Sesion 5.0 -Proceso Ind II-fertilizantes

8/18/2019 Sesion 5.0 -Proceso Ind II-fertilizantes

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ING. NICOLÁS F. ORTIZ VARGAS

. Industria de Fertilizantes

ver videohttp://www.youtube.com/watch?v=TixVXNDaUlU

INGENIERÍA INDUSTRIAL

Procesos Industriales II

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ING. NICOLÁS F. ORTIZ VARGAS

. Industria de Fertilizantes Materias primasDiseño del productoDiagrama de proceso

Tipos de fertilizantes utilizados en la industriaAplicaciones industrialesReacciones químicas y consumo de energía.Descripción de Operaciones y procesos unitarios.Balance de materia.Rendimiento del proceso

CONTENIDO


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COMPETENCIA

•

Describe las diferentes etapas del procesode la industria de Fertilizantes así como sus

aplicaciones industriales

Á


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FERTILIZANTES ORGÁNICO

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DISEÑO: ORGÁNICO O INORGÁNICO

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• http://www.youtube.com/watch?v=ck2vj46ARDs

• Elaboración de fertilizante orgánico(ecológico)

• Materiales e insumos:• Bioreactor: BidóN de 20 litros:

• Estiercol cuy y conejo 2 kg

• Visceras de pescado, animales pollo, cerdo etc.

• Cascaras vegetales, culantro, frutas , naranjas, manzanas• Plumas de aves ( pollos)

• Orines de cuy ( litro)

• Tiempo: dos meses ,sellado

• Producto: 1 litro para 15 de agua ( abono líquidos, GAS METANO

Bioagricultura Casa Blancahttp://www.youtube.com/watch?v=8jkSMOiEvbw Secretario de Medio Ambiente explica qué es y como funciona el ahttp://www.youtube.com/watch?v=Alht1JcifYA El amoníaco

http://www.youtube.com/watch?v=DcF1_f9Fu9E

http://www.youtube.com/watch?v=ck2vj46ARDshttp://www.youtube.com/watch?v=8jkSMOiEvbwhttp://www.youtube.com/watch?v=Alht1JcifYAhttp://www.youtube.com/watch?v=DcF1_f9Fu9Ehttp://www.youtube.com/watch?v=DcF1_f9Fu9Ehttp://www.youtube.com/watch?v=Alht1JcifYAhttp://www.youtube.com/watch?v=8jkSMOiEvbwhttp://www.youtube.com/watch?v=ck2vj46ARDs


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ING. NICOLÁS F ORTIZ VARGAS


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GUANO DE LA ISLA

• http://www.youtube.com/watch?v=5ZN7-hNbK44

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Ejemplo: proceso Haber-Bosch paraproducción de amoníaco +producciónde hidrógeno por reformado de gasnatural

Diagrama operaciones amoniaco

http://www.youtube.com/watch?v=yYuRPqjHH4Y

http://www.youtube.com/watch?v=yYuRPqjHH4Yhttp://www.youtube.com/watch?v=yYuRPqjHH4Y


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FERTILIZANTES SINTÉTICOS: Proceso de Haber: Amoniaco

• Historia• El proceso fue patentado por Fritz Haber. En 1910, Carl

Bosch comercializó el proceso y aseguró aún máspatentes.

• Haber y Bosch fueron galardonados con el Nobel deQuímica en 1918 y 1931 respectivamente, por sustrabajos y desarrollos en la aplicación de la tecnología enaltas presiones y temperaturas.

• El amoníaco fue producido utilizando el proceso Haber (aun nivel industrial) durante la I Guerra Mundial para suuso en explosivos.

• Esto ocurrió cuando el abasto de Chile estaba controladocasi en un 100% por los británicos.


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Proceso de Haber

• El proceso de Haber - Bosch es la reacción denitrógeno e hidrógeno gaseosos para produciramoníaco. La importancia de la reacción radica en ladificultad de producir amoníaco a un nivel industrial.

• Alrededor del 78,1% del aire que nos rodea es nitrógenomolecular, N2. El elemento como molécula diatómica gaseosa esmuy estable y relativamente inerte debido al enlace triple quemantiene los dos átomos fuertemente unidos. No fue sino hastalos primeros años del siglo XX cuando este proceso fue

desarrollado para obtener nitrógeno del aire y produciramoníaco, que al oxidarse forma nitritos y nitratos. Éstos sonesenciales en los fertilizantes.


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Proceso de Haber

• Como la reacción natural es muy lenta, se

acelera con un catalizador de hierro (Fe3+) yóxidos de aluminio (Al2O3) y potasio (K2O).

• Los factores que aumentan el rendimiento, al

desplazar el equilibrio de la reacción hacia losproductos , son las condiciones de alta presión(150-300 atmósferas) y altas temperaturas (400-

500°C) , resultando en un rendimiento del 10-20%.

• N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) + ΔH...(1)


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Proceso de Haber

• Balance de materia•

Los factores que aumentan el rendimiento, al desplazar el equilibrio de la reacciónhacia los productos , son las condiciones de alta presión (150-300 atmósferas) y altastemperaturas (400-500°C) , resultando en un rendimiento del 10-20%.

• N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) + ΔH...(1)

EJEMPLO: SE PROYECTA PRODUCIR 130 TONELADAS POR DÍA DE AMONIACO POR HORA,Y LA CONVERSIÓN ES DE 20%.Cuanto de materia prima se utiliza


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• ΔH representa el calor generado, tambiénllamado entalpía, y equivale a -92,4 kJ/mol.Como libera calor, la reacción es exotérmica.


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Proceso de producción de amoníaco

Primero : obtención de hidrógenoMétodo de reformado con vaporA continuación se explica el proceso de obtención de amoníaco teniendo comoreferencia el diagrama de flujo de bloques del método de reformado con vapor.

Este método es el más empleado a nivel mundial para la producción de amoniaco.

Se parte del gas natural constituido por una mezcla de hidrocarburos siendo el90% metano (CH4) para obtener el H2 necesario para la síntesis de NH3.


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http://www.youtube.com/watch?v=TixVXNDaUlU

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Desulfuración

• Antes del reformado tenemos que eliminar elS que contiene el gas natural, dado que laempresa distribuidora le añade compuestos

orgánicos de S para olorizarlo.• R-SH + H2 RH + H2S hidrogenación

• H2S + ZnO H2O + ZnS adsorción

f d


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Reformado

• Una vez adecuado el gas natural se le somete a unreformado catalítico con vapor de agua (craqueo-rupturas de las moléculas de CH4). El gas natural semezcla 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• 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 endotérmicas


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• Estas reacciones se llevan a cabo a 800ºC y estáncatalizadas por óxido de niquel (NiO), así se favorecela formación de H2.

Reformador secundarioEl gas de salida del reformador anterior se mezclacon una corriente de aire en este 2º equipo, de estamanera aportamos el N2 necesario para el gas desíntesis estequiométrico N2 + 3H2. Además, tiene

lugar la combustión del metano alcanzándosetemperaturas superiores a 1000ºC.

• CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O ΔH


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Purificación

El proceso de obtención de NH3 requiere un gasde síntesis de gran pureza, por ello se debeeliminar los gases CO y CO

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.


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Etapa de conversión.

• Tras enfriar la mezcla se conduce a un convertidordonde el CO se transforma en CO2 por reacción convapor de agua,CO + H2O ↔ CO2 + H2 ΔH = -41 kJ/mol

esta reacción requiere de un catalizador que no sedesactive con el CO. La reacción se lleva a cabo en dospasos,a) A aprox. 400ºC con Fe3O4.Cr2O3 como catalizador →75% de la conversión.

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


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Seguidamente el CO2 se elimina en una torre convarios lechos mediante absorción con K2CO3 acontracorriente, formándose KHCO3 segúnK2CO3 + CO2 + H2O -------- 2KHCO3

este se hace pasar por dos torres a baja presión paradesabsorber el CO2, el bicarbonato pasa a carbónliberando CO2. (subproducto- para fabricación debebidas refrescantes).

Etapa de eliminación del CO2.


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Las trazas de CO (0,2%) y CO2 (0,09%), que son peligrosas para elcatalizador del reactor de síntesis, se convierten en CH4:CO + 3H

2 CH

4 + H

2O

CO2 + H2 CH4 + 2H2OProceso sobre lecho catalítico de Ni (300ºC).

Etapa de metanización.


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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.


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

A continuación el gas se comprime a la presión de 200 atm.Aproximadamente (compresor centrífugo con turbina de vapor) y selleva al reactor donde tiene lugar la producción del amoníaco, sobreun 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%.

Síntesis de amoníaco

í i d í


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Sí i d í


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Sí i d í


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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 recuperaciónAr para comercializarseCH4 se utiliza como fuente de energía

N2 y H2 se introducen de nuevo en el bucle de síntesis


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IMPORTANCIA

• El proceso Haber produce más de 100millones de toneladas de fertilizante denitrógeno al año.

• Los fertilizantes que se obtienen sonresponsables tanto del sustento de más de untercio de la población mundial, como de

numerosos problemas ecológicos.


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La mayor parte del amoniaco (80%) se destina a lafabricación de fertilizantes, como nitrato amónico: NH4NO3 sales amónicas: (NH4)2SO4 , (NH4)3PO4 urea: (NH2)2C=O

Otros usos del amoníacoincluyen:Fabricación de HNO3. Explosivos y otros usos.Caprolactama, nylonPoliuretanosGas criogénico por su elevado poder de vaporización.Productos de limpieza domésticos tales como

limpiacristales.

Aplicaciones del amoniaco

Aplicaciones del ácido sulfúrico


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Aplicaciones del ácido sulfúrico

Aplicaciones de fosfatos


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Aplicaciones de fosfatos


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Aplicaciones de ácido fosfórico:


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El impacto ambiental

• Solo el 17% del amoniaco usado como fertilizante es consumido por los humanos através de la comida.

• El resto acaba en la tierra o en el aire. Según un artículo de Nature Geoscience, lasemisiones en ausencia de interferencia humana son de 0,5 kilos por hectárea yaño.

•

La agricultura moderna ha multiplicado por 20 esta cifra, lo que ha provocado laalteración del ciclo natural del nitrógeno aunque su impacto global aún no es muyconocido.

• Hay dos problemas directamente relacionados con el amoniaco.• - Uno es el de la eutrofización de las aguas. Los nitratos acaban en mares y ríos,

las algas y bacterias se dan un banquete con el exceso de nutrientes y eso acabacon el oxígeno que necesitan otras especies.

• -Por otro lado, el nitrógeno reactivo está alterando el balance atmosférico,enriqueciendo el ozono de la troposfera y reduciendo el de la estratosfera.

• Eso sí, el amoniaco tiene el efecto positivo de la captura de CO2 en selvas ybosques debido a la mayor presencia de nitrógeno en el aire

NOTICIAS


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NOTICIAS


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http://www.rpp.com.pe/2013-01-28-instalaran-planta-de-fertilizantes-mas-grande-del-mundo-en-peru-noticia_562182.html

…NOTICIAS Añadió que este proyecto demandaría una inversión de US$ 2.000 millones y estaríalista en el 2017.En ese contexto, Palomino, quien también estuvo en Lima durante la visita de MarianoRajoy, jefe del Gobierno Español, mencionó que existen dos lugares costeros

potenciales para la construcción de la megaplanta de fertilizantes: Pampa Melchoritaen Pisco y la costa de Piura.

Palomino dijo que si se instala la planta en Melchorita se llevaría el gas natural quellega desde la selva peruana a través de un gasoducto ya existente, mientras que enPiura se utilizaría gas natural de la zona.

Explicó que donde quiera que se ubiquen las plantas, la de urea consumirá 700.000toneladas anuales de amoniaco, por lo que dejaría alrededor de 400.000 toneladasanuales de amoniaco para la exportación.

"Las 400.000 toneladas de amoniaco no convertido podrían también ser

utilizadas para la producción de hasta 800.000 toneladas de nitrato deamonio poroso, para explosivos que servirían a la gran minería peruana y chilena",agregó.…..

NOTICIAS

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Según Palomino, la megaplanta de fertilizantes que seinstalaría en nuestro país, al año 2017, iniciaría laproducción de hasta 3.500 toneladas de urea por día y3.300 toneladas de amoniaco por día, equivalente a1,2 millones de toneladas/año y 1,1 millones de

toneladas/año, respectivamente.

NOTICIAS


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INVESTIGUE:

FERTILIZANTES :

UREA:NITRATO DE AMONIO

FERTILIZANTES ORGÁNICOS

PROCEDIMIENTOS:

-REALICE UN MAPA MENTAL

-REALICE BALANCES DE MATERIA


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UREA:

http://www.textoscientificos.com/quimica/ure

a


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NITRATO DE AMONIO • El nitrato de amonio o nitrato amónico es una sal formada por iones de nitrato

y de amonio. Su fórmula es NH4NO3.

•

Síntesis• El nitrato de amonio se obtiene por neutralización de ácido nítrico con amoníaco tras laevaporación del agua.

• La reacción entre el amoníaco y el ácido nítrico es irreversible, completa, instantánea,exotérmica y admite cualquier termodinámica o discusión cinética.

• El calor de reacción depende de la concentración de ácido nítrico usado y de la soluciónproducida de nitrato de amonio, pues la disolución cuanto más concentrada está,mayor es el calor de reacción. Dicho calor de reacción se puede utilizar para producir laevaporación del agua de la solución de nitrato de amonio y además para producirvapor.

• El nitrato de amonio puro sufre una descomposición endotérmica a 169 °C y

tiene un punto de ebullición de 230 °C. La concentración del ácido nítrico usadonormalmente es de 55 a 65 %, mientras su punto de ebullición a presión atmosférica esde 120 °C, más bajo por tanto que la solución producida de nitrato de amonio,soluciones altamente concentradas manifiestan altos puntos de ebullición y decongelación.

• Lo primero puede causar altas temperaturas y por tanto operaciones peligrosas y lo segundobloqueo de las tuberías.


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GRACIAS!!!

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