Sintesis del amoniaco

SINTESIS DEL AMONIACO

El amoniaco es un gas incoloro de olor penetrante a temperatura ambiente, el cual es muy útil en la industria (plásticos, explosivos, detergentes, etc.), pero también en el ambiente, ya que es uno de los nutrientes esenciales de las plantas.

Es por ello que actualmente se utiliza el proceso Fritz-Bosch (dado así en honor a los químicos Fritz Haber y Carl Bosch), el cual es un medio para producción de amoniaco en grandes cantidades.

Dicho proceso consiste en lo siguiente:

El hidrógeno que se va a necesitar para reaccionar con el N2 se va a obtener a partir del gas natural llamado metano (NH4), éste es limpiado previamente para eliminar impurezas de azufre. El método de limpieza es hidrogenando el azufre, creando sulfuro de hidrógeno ( CH4 + H2S ). Entonces, el sulfuro de hidrógeno creado pasara por una reabsorción reaccionando con óxido de zinc para formar sulfuro de zinc mas agua ( H2S + ZnO  ZnS + H2O ).

(1) Una vez limpio el metano, se procede a hacerlo reaccionar con vapor para producir monóxido de carbono y gas hidrógeno ( CH4 + H2O  CO + 3H2).Posteriormente el metano que queda sin reaccionar en esta reacción, se vuelve a hacer reaccionar pero ahora con oxígeno para producir monóxido de carbono y más hidrógeno (2CH4 + O2  2CO + 4H2 ).

(2) Por otro ducto se hace pasar aire, el cual contiene O2 y N2. Ahora bien, el CO2 y el H2 obtenidos en la reacción anterior se mezclarán con el N2 del aire ingresado, y a dicha reacción se le añadirán dos catalizadores: óxido de hierro (Fe3O4), el cual ayudará a que la reacción sea mucha más rápida (es necesario un aumento de presión y el uso de este catalizador, debido a que la reacción sin éste es muy lenta, puesto que se necesita una elevada energía de activación consecuencia de la estabilidad de la unión molécula de N-N) y Carbonato de Calcio (K2CO3).

(3) El N2 + H2 + CO son introducidos en un horno de síntesis por medio de un compresor. Tal horno está fabricado de una capa de hierro dulce pobre en carbono y una segunda de acero al cromo-níquel, esto para evitar que éste explote por la acción del Fe, el cual a altas temperaturas es permeable con el hidrógeno, lo que ocasiona la eliminación del carbono y por ende la formación de hidrocarburos haciendo perder resistencia al acero. Una vez dentro del horno los reactivos, se hace calentar con H2O a 200º y a 200 atm. El catalizador Fe3O4 se separa dejando al Fe libre, el cual se va a encargar de debilitar el enlace interatómico N-N para que pueda romperse más fácilmente acelerando la reacción y por ende generar una sola molécula de nitrógeno y así reaccionar con los átomos de hidrógeno provenientes de la disociación del H2. Terminada la reacción, el H2O ingresada es expulsada por un ducto y el CO2 es absorbido por el K2CO3 según : K2CO3 + CO2 + H2O 2KHCO3. Esta etapa es crucial para la obtención del amoniaco (NH3).

La reacción final sería: N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) + ΔH

Donde ΔH= -46.2 kj/mol = calor generado (entalpía) .

(4) Para concluir el proceso, el NH3 ya formado pasa por un condensador donde será enfriado con agua para finalmente ser depositado en un tanque de almacenamiento en estado líquido.

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