Comparativos Entre Plantas De Amoniaco Y Urea

INTRODUCCION

Un fertilizante es una sustancia destinada a abastecer y suministrar los elementos químicos al suelo para que las plantas los absorban. Se trata, por tanto, de una reposición o aporte artificial de nutrientes. Los denominados nutrientes son en formas químicas saludables y asimilables por las raíces de las plantas, para mantener y/o incrementar el contenido de estos elementos en el suelo. Las plantas no necesitan compuestos complejos, del tipo de las vitaminas o los aminoácidos esenciales en la nutrición humana, pues sintetizan todo lo que precisan. Sólo exigen una docena de elementos químicos, que deben presentarse en una forma que la planta pueda absorber. Dentro de esta limitación, el nitrógeno, por ejemplo, puede administrarse con igual eficacia en forma de urea, nitratos, compuestos de amonio o amoníaco puro

1.0 Proceso de producción de amoníaco.

1.1 Método de reformado con vapor

A continuación se explica el proceso de obtención de amoníaco teniendo como referencia el diagrama de flujo de bloques del método de reformado con vapor. Este método es el más empleado a nive mundial para la producción de amoniaco.

Se parte del gas natural constituido por una mezcla de hidrocarburos siendo el 90% metano (CH4) para obtener el H2 necesario para la síntesis de NH3.

1.2 Desulfuración

Antes del reformado tenemos que eliminar el S que contiene el gas natural, dado que la empresa distribuidora le añade compuestos orgánicos de S para olorizarlo.

R-SH + H2 RH + H2S hidrogenación

H2S + ZnO H2O + ZnS adsorción

1.3 Reformado

Una vez adecuado el gas natural se le somete a un reformado catalítico con vapor de agua (craqueo- rupturas de las moléculas de CH4). El gas natural se mezcla con vapor en la proporción (1:3,3)-(gas:vapor) y se conduce al proceso de reformado, el cual se lleva a cabo en dos etapas

1.3.1 Reformador primario

El gas junto con el vapor se hace pasar por el interior de los tubos del equipo donde tiene lugar las reacciones siguientes

CH4 + H2O CO + 3H2 ΔH = 206 kj/mol

CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 ΔH = 166 kj/mol

Reacciones fuertemente endotérmica.

Estas reacciones se llevan a cabo a 800ºC y están catalizadas por óxido de niquel (NiO), así se favorece la formación de H2.

1.3.2 Reformador secundario

El gas de salida del reformador anterior se mezcla con una corriente de aire en este 2º equipo, de esta manera aportamos el N2 necesario para el gas de síntesis estequiométrico N2 + 3H2. Además, tiene lugar la combustión del metano alcanzándose temperaturas superiores a 1000ºC.

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O ΔH<< 0

En resumen, después de estas etapas la composición 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%). → conversión 99% de hidrocarburo.

1.4 Purificación

El proceso de obtención de NH3 requiere un gas de síntesis de gran pureza, por ello se debe eliminar los gases CO y CO2.

Etapa de conversión.

Tras enfriar la mezcla se conduce a un convertidor donde el CO se transforma en CO2 por reacción con vapor de agua,

CO + H2O ↔ CO2 + H2 ΔH = -41 kj/mol

Esta reacción requiere de un catalizador que no se desactive con el CO. La reacción se lleva a cabo en dos pasos,

a) A aprox. 400ºC con Fe3O4.Cr2O3 como catalizador → 75% de la conversión.

b) A aprox. 225ºC con un catalizador más activo y más resistente al envenenamiento: Cu-ZnO → prácticamente la conversión completa.

Etapa de eliminación del CO2.

Seguidamente el CO2 se elimina en una torre con varios lechos mediante absorción con K2CO3 a contracorriente, formandose KHCO3 según

K2CO3 + CO2 + H2O 2KHCO3

Este se hace pasar por dos torres a baja presión para desorber el CO2, el bicarbonato pasa a carbón liberando CO2. (subproducto- para fabricación de bebidas refrescantes).

1.5 Etapa de metanización.

Las trazas de CO (0,2%) y CO2 (0,09%), que son peligrosas para el catalizador del reactor de síntesis, se convierten en CH4:

CO + 3H2 CH4 + H2O

CO2 + H2 CH4 + 2H2O

Proceso sobre lecho catalítico de Ni (300ºC).

1.6 Síntesis de amoníaco

Así se obtiene un gas de síntesis con restos de CH4 y Ar que actúan como inertes.

A continuación el gas se comprime a la presión de 200 atm. Aproximadamente (compresor centrífugo con turbina de vapor) y se lleva al reactor donde tiene lugar la producción del amoníaco, sobre un lecho catalítico de Fe.

N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)

En un solo paso por el reactor la reacción es muy incompleta con un rendimiento del 14-15%. Por tanto, el gas de síntesis que no ha reaccionado se recircula al reactor pasando antes por dos operaciones,

a) extracción del amoníaco mediante una condensación.

b) eliminación de inertes mediante una purga, la acumulación de inertes es mala para el proceso. El gas de purga se conduce a la unidad de recuperación Ar para comercializarse CH4 se utiliza como fuente de energía N2 y H2 se introducen de nuevo en el bucle de síntesis

El amoníaco se almacena en un tanque criogénico a -33ºC, el amoníaco que se evapora (necesario para mantener la temperatura) se vuelve a introducir en el tanque.

1.7 Usos del amoniaco

La mayor parte del amoniaco (80%) se destina a la fabricación de fertilizantes, como

• Nitrato amónico: NH4NO3

• Sales amónicas: (NH4)2SO4 , (NH4)3PO4

• Urea: (NH2)2C=O

Otros usos del amoníaco incluyen:

• Fabricación de HNO3. Explosivos y otros usos.

• Caprolactama, nylon

• Poliuretanos

• Gas criogénico por su elevado poder de vaporización.

• Productos de limpieza domésticos tales como limpiacristales.

2.0 Producción industrial de urea.

La síntesis de urea a nivel industrial se realiza a partir de amoníaco (NH3) líquido y anhídrido carbónico (CO2) gaseoso. La reacción se verifica en 2 pasos. En el primer paso, los reactivos mencionados forman un producto intermedio llamado carbamato de amonio y, en la segunda etapa, el carbamato se deshidrata para formar urea.

Surge un problema dado que las velocidades de las reacciones son diferentes. La primera etapa es mucho más rápida que la segunda, con lo cual el carbamato intermedio se acumula. Además, la primera reacción no se verifica

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