Ammonia synthesis How does it work

Summary

El reactor de amoníaco de BASF, en Ludwigshafen, es un testimonio del éxito industrial de la síntesis de amoníaco desarrollada por Fritz Haber y puesta en práctica por Carl Bosch en 1913. La producción de este químico básico sigue siendo fundamental en la química de BASF. El proceso implica la combinación de nitrógeno y hidrógeno bajo alta presión y temperatura, con un catalizador a base de hierro, para romper los enlaces del nitrógeno diatómico y formar amoníaco. El proceso es exentérmico y requiere de un sistema de intercambio de calor para evitar la descomposición del amoníaco. El hidrógeno puro es esencial y se produce a través de varios pasos, incluyendo la reformación primaria y secundaria, y la separación de dióxido de carbono. El 75% de la producción mundial de amoníaco se utiliza en fertilizantes, con el resto destinado a productos técnicos.

Takeaways

• 🏭 La primera reacción de amoníaco de BASF en Ludwigshafen es un testimonio de la implementación industrial del proceso de síntesis de amoníaco desarrollado por Fritz Haber en 1913 por Carl Bosch.
• 🔗 La síntesis de amoníaco combina nitrógeno y hidrógeno para producir amoníaco, requiriendo altas presiones y temperaturas para romper los enlaces del molécula diatómica de nitrógeno.
• 🔨 El nitrógeno se adsorbe en un catalizador a base de hierro, se descompone en átomos y luego se adsorbe hidrógeno para formar amoníaco, siendo el catalizador inalterado.
• 🔥 La reacción exotherma genera calor, por lo que se enfrían los gases reactivos con un suministro de gas frío mediante un sistema de intercambio de calor.
• ⚖️ La prevención de la reacción de equilibrio, donde el amoníaco tiende a descomponerse en sus elementos constituyentes, es clave para la producción de amoníaco.
• 💧 El amoníaco se recolecta como líquido y se almacena en tanques, mientras que el gas de síntesis restante se reutiliza en el reactor.
• 🌱 La producción eficiente de hidrógeno puro es un prerrequisito importante para la síntesis de amoníaco y se logra en varios pasos antes de la síntesis propiamente dicha.
• 🔥 El proceso de reforma primaria convierte el metano en una mezcla de monóxido de carbono, dióxido de carbono y hidrógeno a temperaturas de alrededor de 800 grados centígrados.
• 🌬️ En la reforma secundaria, se añade aire y se convierte el metano restante a más hidrógeno a más de 1000 grados centígrados con catalizadores.
• 🚫 El monóxido de carbono y el dióxido de carbono pueden dañar el catalizador de síntesis de amoníaco y deben ser separados, convirtiéndose el monóxido de carbono en dióxido de carbono y eliminando el dióxido de carbono mediante un proceso de lavado químico.
• 🌐 El 75% de la producción global de amoníaco se utiliza en la producción de fertilizantes, mientras que el resto se utiliza para productos técnicos, como lo es la compañía química Vass Lee.

Q & A

¿Qué testimonio industrial representa el reactor de amoníaco de BASF en Ludwigshafen?

El reactor de amoníaco de BASF en Ludwigshafen representa la implementación industrial del proceso de síntesis de amoníaco a escala de laboratorio, desarrollado por Fritz Haber y ejecutado por Carl Bosch en 1913.

¿Cómo se produce el amoníaco a partir de nitrógeno y hidrógeno?

Para producir amoníaco, se combinan nitrógeno y hidrógeno en presencia de un catalizador a base de hierro bajo altas presiones (más de 150 bar) y temperaturas (sobre 400 grados centígrados). El nitrógeno se adsorbe en el catalizador y se descompone en átomos, permitiendo que el hidrógeno se adsorba y se forme el amoníaco.

¿Qué sucede con el catalizador durante la reacción de síntesis de amoníaco?

El catalizador permanece inalterado durante la reacción, facilitando la unión de átomos de nitrógeno y hidrógeno para formar amoníaco sin ser consumido en el proceso.

¿Por qué se enfrían los gases calientes en el reactor de amoníaco?

Los gases calientes en el reactor de amoníaco se enfrían para evitar la reacción de equilibrio en la que el amoníaco tiende a descomponerse en sus elementos constituyentes. Se logra con un sistema de intercambio de calor que utiliza gases fríos.

¿Cómo se recolecta el amoníaco una vez producido?

El amoníaco se recolecta en su forma líquida y se almacena en tanques, mientras que el gas de síntesis restante se devuelve al reactor para formar más amoníaco.

¿Qué es un prerrequisito importante para la síntesis de amoníaco?

Un prerrequisito importante es la producción eficiente de hidrógeno puro, que se logra a través de varios pasos antes de la síntesis de amoníaco propiamente dicha.

¿Cómo se produce el hidrógeno puro necesario para la síntesis de amoníaco?

El hidrógeno puro se produce a través de varios procesos que comienzan con la reformación primaria del gas natural (metano) con vapor a temperaturas de alrededor de 800 grados centígrados, seguido por la reformación secundaria donde se añade aire y se convierte el metano restante en hidrógeno.

¿Qué sucede con el monóxido de carbono y el dióxido de carbono durante la síntesis de amoníaco?

El monóxido de carbono y el dióxido de carbono deben ser separados ya que dañaría el catalizador de hierro utilizado en la síntesis de amoníaco. El monóxido de carbono se convierte en dióxido de carbono en un proceso de dos etapas utilizando catalizadores especiales, y el dióxido de carbono se elimina mediante un proceso de lavado químico.

¿Cuáles son los componentes del gas de síntesis que se utiliza en la síntesis de amoníaco?

El gas de síntesis utilizado en la síntesis de amoníaco está compuesto de tres partes de hidrógeno y una parte de nitrógeno.

¿Cuál es el destino del mayor porcentaje de la producción global de amoníaco?

El 75% de la producción global de amoníaco se utiliza en la producción de fertilizantes, mientras que el resto se utiliza para productos técnicos.

¿Qué compañía es mencionada en el guion como ejemplo de producción de amoníaco?

La Vass Lee Chemical Company es mencionada como un ejemplo de una empresa que produce amoníaco.