Produccion De Urea, Usos Y Aplicaciones
Enviado por gordolugones • 14 de Junio de 2014 • 3.176 Palabras (13 Páginas) • 619 Visitas
1. Introduccion
El objetivo del presente trabajo practico es realizar un analisis del proceso de
produccion industrial de Urea. La sintesis de urea a nivel industrial se realiza a partir de
amoniaco (NH3) liquido y anhidrido carbonico (CO2) gaseoso, un subproducto del
amoniaco, es por eso ambas plantas se suelen instalar en zonas aledanas.
2. Descripcion del proceso
La Urea hoy es un derivado del amoniaco. Su principal uso es como fertilizante de suelos
(aporta nitrogeno necesario para el crecimiento de plantas). Otros usos menos
frecuentes son como suplemento alimentario para ganado, produccion de resinas,
plasticos, tintas, etc.
Tambien es posible la obtencion de Urea a partir de biomasa, sin duda y a simple vista
trae aparejada grandes ventajas, tanto sociales y ambientales, que incentivan a la
investigacion del proceso y abre las puertas al futuro. Sin embargo hoy sus desventajas
inclinan la balanza.
Su produccion no puede alcanzar en la actualidad el nivel industrial (120.000 TM en el
ano). La biomasa se encuentra distribuida por todo el territorio. No existe costumbre de
clasificacion de los residuos. Se requiere establecer y desarrollar un sistema de
recoleccion de residuos, transporte y almacenamiento de los mismos. La biomasa no
presenta un tamano homogeneo, lo que implica un agregado en el procesamiento. En
la actualidad no existen plantas que produzcan urea con biomasa pero si existen
procesos que producen gas de sintesis usando biomasa.
Obtencion de Amoniaco
El Amoniaco (NH3) es un gas a 1 atmosfera y 20‹C y se lo utiliza principalmente como
materia prima no solo para fertilizantes, sino tambien para detergentes, pinturas,
productos de limpieza, explosivos y acido nitrico. Se obtiene industrialmente a partir del
proceso Haber-Bosch, donde reaccionan directamente H2 y N2 gaseosos. El N2 se
obtiene directamente del aire, mientras que el H2 se obtiene mediante electrolisis
(proceso que resulta muy caro) o a partir de materia hidrocarbonada: Gas Natural,
Naftas, Fuel Oil y Carbon. La eleccion de la materia prima dependera de cada caso en
particular (presupuesto, cercania con respecto al lugar de explotacion), pero debe
tenerse en cuenta que la obtencion del H2 varia segun la eleccion:
E Gas Natural (GN) y Naftas ligeras Reformado catalitico con Vapor (Proceso
elegido y expuesto en detalle)
E Fuel Oil Oxidacion Parcial
1
1
2
.
2
En este caso la proporcion de hidrogeno es menor que cuando se emplea vapor
de agua.
E Carbon Gasificacion
El gas de sintesis obtenido a partir de carbon incandescente a traves del cual
circula vapor de agua se denomina gas de agua:
.
31.4
Esta reaccion es fuertemente endotermica. Dado que el carbon por esta causa
se enfria, se envia una corriente mezcla de oxigeno con vapor de agua. El
oxigeno con el carbon reacciona produciendo calor:
1
2
.
26.6
De la combinacion de estas 2 reacciones es posible mantener la temperatura
adecuada para que un reactor funcione continuamente.
La reformacion de gas natural con vapor de agua es el proceso mas utilizado. En paises
donde no hay gas natural, se recurre a la gasificacion del carbon con vapor de agua, o
bien a la reformacion de hidrocarburos livianos que se encuentran comprendidos en el
rango entre gaseosos y otros liquidos con punto de ebullicion no mayor a 220‹C. La
Argentina tiene historia con el GN debido a sus reservas y el NH3 es producido en su
totalidad con GN, que es actualmente la ruta habitual para la produccion de hidrogeno,
ya que su cinetica es mas rapida, la descomposicion no requiere aditivos y el hidrogeno
generado esta libre de CO.
La reaccion global del proceso de obtencion de amoniaco es:
2.1.- Produccion de H2
2.1.1.- Desulfuracion:
El GN contiene compuestos sulfurosos que danan al catalizador del cracking (Ni).
Dos metodos pueden utilizarse:
a) Carbon Activado: adsorbe el H2S, pero no COS. Adsorbe tambien hidrocarburos
pesados, disminuyendo su rendimiento y quitandole al gas poder calorifico. Requiere
regeneracion con vapor, que culmina en la emision de SOx, H2S, hidrocarburos y CO.
b) Oxido de Zinc (T=400‹C)
No requiere regeneracion (no hay emisiones) y no le quita poder calorifico al gas ya que
no elimina los compuestos mas pesados.
2.1.2.- Reformado Catalitico con Vapor:
El GN caliente se mezcla con vapor sobrecalentado Craqueo catalitico (T=770‹C,
catalizador de Ni para favorecer la produccion de H2):
El Reformador requiere de vapor que es generado en una caldera (gracias a la
combustion de GN o fuel oil, depende de lo que se disponga)
2.2.- Adicion de N2
El gas de sintesis se mezcla con aire (con una relacion H2:N2=3:1) en el reformador
secundario
Ademas, tiene lugar la combustion del metano alcanzandose temperaturas superiores
a 1000oC.
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O AH<< 0
En resumen, despues de estas etapas la composicion del gas resultante es aprox. N2
(12,7%), H2 (31,5%), CO (6,5%), CO2 (8,5%), CH4 (0,2%), H2O (40,5%), Ar (0,1%). ¨
conversion 99% de hidrocarburo
Dado que el catalizador utilizado para formar amoniaco (Haber-Bosh) es hierro
elemental (Fe), deben removerse agua, CO y CO2 para evitar danos al catalizador.
2.3.- Remocion de CO (gWater Gas Shifth)
Tras enfriar la mezcla se conduce a un convertidor donde el CO se transforma en CO2
por reaccion con vapor de agua, CO + H2O . CO2 + H2 ĢH = -41 kj/mol.
Esta reaccion requiere de un catalizador que no se desactive con el CO. La reaccion se
lleva a cabo en dos pasos,
a) A aprox. 400oC con Fe3O4.Cr2O3 como catalizador ¨ 75% de la conversion.
b) A aprox. 225oC con un catalizador mas activo y mas resistente al envenenamiento:
Cu-ZnO ¨ pracOcamente la conversion completa
2.4.- Remocion de CO2
Seguidamente el CO2 se elimina en una torre con varios lechos mediante absorcion con
K2CO3 a contracorriente, formandose KHCO3 segun
K2CO3 + CO2 + H2O 2KHCO3
Este se hace pasar por dos torres a baja presion para desorber el CO2, el bicarbonato
...