PROCESO HABER BOSH

El amoniaco debe su nombre a los romanos, que lo encontraron cerca del templo deAmn, en la actual poblacin de Luxor, Egipto. Aquel cristal blanco-grisceo que los romanos llamaron sal de Amn era lo que hoy conocemos como cloruro amnico.La sal de Amn fue un ingrediente muy importante en alquimia, utilizado por los alquimistas rabes del siglo VIII, as como por sus colegas europeos en la Edad Media. En nuestros das el amoniaco se usa principalmente como fertilizante o para la produccin de fertilizantes nitrogenados (se estima que el 83% de la produccin mundial de amoniaco se destina a este propsito). Tambin se usa comnmente como componente de productos de limpieza, como fuente de nitrgeno en fermentaciones microbianas, y como precursor de otros compuestos nitrogenados en la industria qumica.

Aunque el amoniaco, como tal o como alguna de sus sales, puede encontrarse naturalmente en materia orgnica en descomposicin, en fumarolas volcnicas, guano, etc., la principal fuente de este compuesto para el hombre deriva de su sntesis industrial. Se estima que cada ao el hombre produce industrialmente tanto amoniaco como el que se genera de manera natural en el planeta, y que el 1% de la energa producida por el hombre en el mundo se destina a la produccin de este compuesto.

Cristales de cloruro amnico, a partir de solucin hipersaturada.A lo largo de la historia, diversas personas han desarrollado procesos para la obtencin de amoniaco por distintos procedimientos qumicos. As, en el siglo XV, un alquimista llamadoBasilius Valentinusobtuvo amoniaco mediante el tratamiento del cloruro amnico con lcalis. Aos ms tarde se obtuvo amoniaco de los cuernos y cascos de los bueyes, mediante destilacin de los mismos y neutralizacin del carbonato amnico resultante con cido clorhdrico. El amoniaco en forma gaseosa no fue aislado hasta 1774 porJoseph Priestley, aunque la composicin de este entonces llamado gas alcalino no fue determinada hasta 11 aos ms tarde, porClaude Louis Bertholet.Sin embargo, la produccin de amoniaco a gran escala data de pocas mucho ms recientes. Fue en 1909 cuandoFritz Haberdesarroll un proceso para obtener amoniaco a partir del nitrgeno del aire, a un ritmo de 100-125 mL por hora. La empresa qumica alemana BASF (Badische Anilin und Soda Fabrik; en espaol: Fbrica de Baden de Bicarbonato de Sodio y Anilina) compr el proceso a F. Haber, y asign al cientficoCarl Boschla tarea de llevarlo a una escala industrial. En 1910 BASF patent el proceso y el amoniaco comenz a producirse a gran escala en 1913 en su planta de Oppau, Alemania. Este amoniaco tuvo una enorme importancia estratgica durante la Primera Guerra Mundial, ya que en 1914 Alemania dej de tener acceso al nitrato de Chile, en poder de los aliados. El proceso de Haber-Bosch proporcion al bando alemn una fuente abundante de amoniaco para la fabricacin de explosivos. De no haber sido por esta invencin, probablemente la Triple Alianza hubiese contado con un menor potencial blico, y este episodio dramtico de la historia de la humanidad hubiese sido ms corto.

El diseo experimental de Fritz Haber y Robert Le Rossignol para producir amoniaco a partir de hidrgeno y nitrgenoF. Haber fue galardonado con el premio Nobel de Qumica en 1918 por la sntesis del amoniaco a partir de sus elementos. C. Bosch obtuvo el mismo galardn en 1931, junto con su compatriotaFriederich Bergius, por sus contribuciones a la creacin y desarrollo de los mtodos qumicos a alta presin. F. Haber tambin es recordado, tristemente, por su contribucin cientfica al desarrollo de armas qumicas. Segn l mismo, en tiempo de paz, un cientfico pertenece al mundo, pero en tiempo de guerra pertenece a su pas.

Instalacin de un reactor de alta presin en la planta de produccin de amoniaco de BASF Oppau

La sntesis de Haber-BoschEn resumen, el proceso de Haber-Bosch consiste en la sntesis de amoniaco a partir de nitrgeno e hidrgeno, en condiciones de elevada presin (200 atm) y elevada temperatura (450-500C). La reaccin que tiene lugar es:N2(g) + 3H2(g) 2 NH3(g) -92,2 KJPara que la reaccin tenga lugar se utilizan diversos catalizadores, principalmente compuestos de hierro, aunque tambin xidos de aluminio y de potasio. El nitrgeno que se usa como reactivo se obtiene directamente del aire. El hidrgeno se obtiene a partir de un hidrocarburo, siendo el gas natural la materia prima ms utilizada para este fin. En el caso del metano, componente principal del gas natural, la reaccin que tiene lugar es:CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)El monxido de carbono generado debe ser eliminado. Este paso es muy importante, ya que si no se lleva a cabo podra acortar considerablemente la vida til del catalizador. Bosch solvent este problema convirtiendo previamente el CO en CO2, y realizando posteriormente un sistema de lavados con lejas cuprferas que permiten la absorcin de ambos compuestos. La conversin de CO en CO2se produce mediante la siguiente reaccin:CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)El proceso de Haber-Bosch lleva utilizndose ms de 100 aos, y sin embargo sigue sin comprenderse por completo cmo tiene lugar la reaccin de sntesis de amoniaco en la superficie de los catalizadores. El pasado mes de noviembre la revistaSciencepublic un artculo en el que un grupo de cientficos de la Universidad de Rochester y del Instituto Max Planck de Qumica Bioinorgnica aportan nueva luz sobre los eventos que tienen lugar, a escala molecular, durante la sntesis de este compuesto a partir de sus elementos. El proceso de Haber-Bosch es eficiente, pero es difcil de comprender, porque la reaccin ocurre slo en la superficie del catalizador, y esto es difcil de estudiar directamente, afirmaPatrick Holland, investigador principal del estudio.En el ltimo siglo, diversos estudios cientficos han tenido como objeto la naturaleza de las superficies de hierro y hierro/potasio de los catalizadores utilizados, as como las cinticas de reduccin de N2. Estos estudios han concluido que el hierro est predominantemente en un estado de oxidacin 0, y que el paso limitante de la reaccin es la adsorcin del N2a la superficie del catalizador y la ruptura del enlace NN para dar lugar a iones N3-unidos a la superficie. Estos iones reaccionan posteriormente con H2para formar los enlaces N-H. Sin embargo, debido a la dificultad de estudio de los procesos qumicos de superficie, an se desconocen cuestiones como cuntos tomos de hierro estn involucrados en el proceso de ruptura del enlace NN, o si el potasio interacta directamente con el N2en este proceso de ruptura.P. Holland y su equipo llevaron a cabo la sntesis de amoniaco en solucin, no en forma gaseosa, utilizando como catalizadores compuestos solubles de hierro. Descubrieron que un determinado complejo de hierro con potasio era capaz de romper el enlace triple covalente del N2para formar un complejo con ncleo R-Fe3N2. Los tres tomos de hierro actan juntos en la ruptura de los enlaces NN. Posteriormente, el nuevo complejo reacciona con hidrgeno en medio cido para formar amoniaco.Hasta ahora no se haba logrado llevar a cabo la sntesis de amoniaco en solucin. Aunque el tradicional proceso de Haber-Bosch sigue siendo ms eficiente y econmico, este estudio podra servir para el desarrollo de mejores catalizadores que permitan que la reaccin se produzca en condiciones de presin y temperatura ms reducidas.DESCRIBIR LAS ETAPAS DEL PROCESO DE PRODUCCIN DE AMONIACO.Mtodo de reformado con vaporA continuacin se explica el proceso de obtencin de amonaco teniendo como referencia el diagrama de flujo de bloques del mtodo de reformado con vapor. Este mtodo es el ms empleado a nive mundial para la produccin de amoniaco.Se parte del gas natural constituido por una mezcla de hidrocarburos siendo el 90% metano (CH4) para obtener el H2necesario para la sntesis de NH3.

DesulfuracinAntes del reformado tenemos que eliminar el S que contiene el gas natural, dado que la empresa distribuidora le aade compuestos orgnicos de S para olorizarlo.R-SH + H2RH + H2S hidrogenacinH2S + ZnOH2O + ZnS adsorcinReformadoUna vez adecuado el gas natural se le somete a un reformado cataltico con vapor de agua (craqueo- rupturas de las molculas de CH4). El gas natural se mezcla con vapor en la proporcin (1 : 3,3)-(gas : vapor) y se conduce al proceso de reformado, el cual se lleva a cabo en dos etapasReformador primarioEl gas junto con el vapor se hace pasar por el interior de los tubos del equipo donde tiene lugar las reacciones siguientes fuertemente endotrmicasCH4+ H2OCO + 3H2H = 206 kj/molCH4+ 2H2OCO2+ 4H2H = 166 kj/molEstas reacciones se llevan a cabo a 800C y estn catalizadas por xido de niquel (NiO), as se favorece la formacin de H2.

Reformador secundarioEl gas de salida del reformador anterior se mezcla con una corriente de aire en este 2 equipo, de esta manera aportamos el N2 necesario para el gas de sntesis estequiomtrico N2 + 3H2. Adems, tiene lugar la combustin del metano alcanzndose temperaturas superiores a 1000C.CH4+ 2O2CO2+ 2H2O H