AULA 9A E 9B - SINTESE DA AMONIA

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30/09/2013
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Síntese da Amônia e Ureia
Aula 9
Histórico
• Até o séc. XX os compostos nitrogenados conhecidos 
baseavam-se em excrementos de aves marinhas e no 
Nitrato de Sódio (NaNO3) e potássio (KNO3)�
problemas com a produção agrícola;
• No ano de 1900 verificou-se o eminente esgotamento 
da reserva de Nitrato de Sódio no Chile;
• Os químicos pensaram em transformar o N2 da 
atmosfera, em fertilizante agrícola;
• O N2 é um composto com baixa reatividade, o que 
tornou a tarefa desafiadora;
• 1909 Fritz Haber em laboratório da Univ. de 
Karlsruhe demonstrou a engenheiros da BASF seu 
processo para produzir amônia a partir de H2 e N2.
Inércia Química do N2(g)
• Espécie mais abundante � N2
devido a sua estabilidade 
química;
• Todos os óxidos de nitrogênio 
são menos estáveis 
termodinâmicamente, que seus 
elementos formadores (N2 e H2).
Menos estáveis que seus 
elementos formadores
Anions de nitrato -
Mais estáveis que 
seus elementos 
formadores
Mais estáveis que seus 
elementos formadores
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• Qual a importância desse evento do ponto de 
vista científico, tecnológico e social para a 
humanidade?
– AMÔNIA � Matéria prima de todos os 
fertilizantes nitrogenados.
• “Síntese da amônia e da ureia são responsáveis por 
40% da alimentação humana mundial”.
Porque o Nitrogênio é importante para as 
plantas?
• Sem nitrogênio não tem proteína � sem 
proteína não tem vida.
• Nenhuma planta consegue “pegar” N2 do ar � fonte 
fornecedora é o FERTILIZANTE.
• Exceção SOJA e alguns outras leguminosas: possui uma 
bactéria associada à raiz que absorve o N2 do ar e 
transforma em NH4
+ � transformados em aminoácidos.
• A expansão da população mundial de 1,6 
bilhões de pessoas em 1900 para os atuais 6 
bilhões não teria sido possível sem a “síntese 
da amônia”.
Produção da Amônia – Processo Haber -Bosch
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• A 1ª grande guerra impulsionou o desenvolvimento 
das fábricas de amônia na Alemanha, bem como 
noutros países, pois já existia a capacidade de 
transformar a amônia em ácido nítrico (HNO3), que 
era importante para a fabricação de explosivos.
PROCESSO:
• Condições para o processo:
– Temperatura 
– Pressão
– Catalisador
• Para se conseguir um rendimento maior é 
necessário “mexer” no equilíbrio 
(termodinâmica) e na velocidade da reação 
(cinética).
– Cinética: rapidez do avanço da reação;
– Termodinâmica: troca de energia envolvida na 
reação química e energia necessária de fontes 
externas como por exemplo calor;
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Cinética Química: Processo Haber-Bosch
Cinética Química
• Energia de Ativação e Velocidade de Reação:
Reação Exotérmica
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Catalisadores:
• São substâncias que aumentam a velocidade das 
reações químicas.
• Embora o catalisador não desloque o equilíbrio, ele 
aumenta a velocidade das reações, permitindo que 
o equilíbrio seja alcançado mais rapidamente.
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Processo Haber-Bosch
Fluxograma do Processo de Fabricação
Resumo Esquemático das Etapas do 
Processo
Gas
Natural 
Hidrodessulfurizador
(Remoção de enxofre)
RSH + H2→ RH + H2S
HCl +NaAlO2 →AlOOH +NaCl
H2S + ZnO →ZnS + H2O
Catalisador: CoMo/NiMo
Alumina Modificada
Óxido de Zinco
Reforma primária
(Reforma a vapor)
CH4 + H2O →3H2 + CO
CO + H2O →H2 + CO2
Catalisador: Oxido 
metálico
Reforma secundária
(Adição de ar)
CH4 + H2O → 3H2 + CO
2H2 + [O2 + N2] → 2H2O+ N2
Catalisador: Oxido metálico
SHIFT Alta Temp.
(Conversão de CO)
CO + H2O → CO2 + H2
Catalisador: Fe/ Cr/Cu
Amônia Síntese de AMÔNIA 
(Ammonia Formation)
N2 + 3H2 → 2NH3
Catalisador: Magnetita 
fundida
METANADOR
CO/CO2 Polishing
CO + 3H2 →CH4 + H2O
CO2 + 4H2 →CH4 +2H2O
Catalisador: Oxido metálico
Remoção de CO2 
K2CO3 + H2O + CO2 →→→→2KHCO3
SHIFT Baixa Temp
(Conversão de CO )
CO + H2O → CO2 + H2
Catalisador: Cu Zin
Aluminio
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Descrição das Principais etapas:
Obtenção do H2:
– A partir do Metano (CH4) numa atmosfera de 
vapor
– Presença de Catalisadores de Ni.
• Os compostos de S do GN promovem a desativação dos 
catalisadores. Os compostos sulfurados são separados 
pelo óxido de ferro e pelo carvão ativo.
• 1ª etapa � Hidrodessulfuração para remoção do 
enxofre;
RSH + H2 � RH + H2S
• Reforma primário/reforma a vapor
– Vapor é adicionado ao metano para separar o H2;
– Formação de H2, CO/CO2;
• Reforma Secundária 
– Ar (N2 + O2) + vapor � separa o N2 e formar mais H2
CH4 + H2O � 3 H2 + CO
2 H2 + [O2+ N2 ] � 2 H2O + N2
• PROBLEMAS: Presença de CO e CO2
• MUDANÇA A ALTA TEMPERATURA
– Converter o CO para CO2 que deverá ser removido depois. 
• Adição de H20 - T = 350
oC
CO + H2O � CO2 + H2
• MUDANÇA A BAIXA TEMPERATURA
– Converter o CO para CO2 que deverá ser removido depois. 
• Adição de H20 - T = 200
oC
CO + H2O � CO2 + H2
• REMOÇÃO do CO2
– Utilização de solventes (MonoEtanolAmina –MEA) ou 
carbonato de potássio
• A mistura entra no METANADOR
– Terminará de remover o CO/CO2;
• Última etapa:
– N2 e H2 são combinados no Sintetizador de 
amônia;
– O NH3 é separado por condensação;
– N2 e H2 que não reagiram são reciclados;
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Alguns produtos obtido a partir da amônia:
Aplicações: Aplicações:
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Riscos a saúde Riscos Ambientais
Síntese da Ureia
• Tóxica, a uréia forma-se principalmente no fígado, sendo filtrada 
pelos rins e eliminada na urina, onde é encontrada 
abundantemente; constitui o principal produto terminal do 
metabolistmo protéico no ser humano e nos demais mamíferos. 
•Wohler -> 1º a obter a uréia por síntese em 1828.
– Marco para a Química Orgânica 
–Obtida nas fábricas de NH3 aproveitando as grandes 
quantidades de CO2 disponíveis como subprodutos da 
obtenção de H2.
• 1a etapa: Formação do carbamato de amônio 
•Reação em fase gasosa
•T= 180/200C
•P=170-100 atm
• 2a etapa: Desidratação do carbamato
Dependento do grau de recuperação do NH3 e CO2, material que deixou de 
reagir, os processos podem se classificar em 3 grupos:
–Ciclo único
–Reciclagem parcial
–Reciclagem total
CO2 + 2NH3 ↔ NH4CO2NH2
NH4CO2NH2 ↔ NH2CONH2 + H2O 
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1º) Ciclo único: Não recicla nada. Vantagem: menor inversão, 
entretanto a viabilidade econômica depende do 
aproveitamento de NH3 no preparo de outros produtos e do 
baixo custo de CO2.
2º) Reciclagem parcial: O CO2 não convertido em ureia é 
absorvido em mono ou trietanolamina; o NH3 volta ao reator. 
Recicla amina.
• 3º) Reciclagem total: O NH3 e o CO2 residuais podem 
ser aproveitados de diversas maneiras: 
– Absorvidos por água sob pressão, voltando ao reator como 
uma solução de carbamato de amônio.
– Os dois gases são recolhidos em óleo leve de parafina; 
– Os dois gases são separados por absorventes seletivos. 
Recicla amônia e CO2.