Síntese amônia

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Universidade Estadual de Santa Cruz – UESC
Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas – DCET
Curso de Engenharia Química
Discente: Ana Luíza Freitas Ferreira 
Professor: Elizama Aguiar de Oliveira 
Disciplina: Petróleo, gás e biocombustíveis 
Ilhéus – BA, 14 de outubro de 2017.
Atividade 3 – Síntese de amônia
	
Caracterização das matérias primas e produtos e descrição do processo de produção 
Diversas fontes de combustíveis podem ser usadas para produzir amônia, sendo as principais matérias primas o gás natural e o ar atmosférico. O gás natural é uma substância composta por hidrocarbonetos que permanecem em estado gasoso nas condições atmosféricas normais. É essencialmente composta pelos hidrocarbonetos metano (CH4), com teores acima de 70%, seguida de etano (C2H6) e, em menores proporções, o propano (C3H8), usualmente com teores abaixo de 2%. A obtenção do hidrogênio é realizada através do gás natural.
O processo de Haber é uma reação entre o nitrogênio e o hidrogênio para produzir amoníaco. Esta reação é catalisada com o ferro, sob as condições de 200 atmosferas de pressão e uma temperatura de 450ºC:
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) + energia
O catalisador não afeta o equilíbrio, porém acelera a velocidade da reação. A adição de catalisador permite que o processo se desenvolva favoravelmente em temperaturas mais baixas. No início, para a reação Haber-Bosch, usava-se o ósmio e urânio como catalisadores. Atualmente utiliza-se de maneira extensiva o ferro.
O hidrogênio é o elemento em maior abundância na crosta terrestre, sendo utilizado desde a produção de semicondutores até a indústria petroquímica. É utilizado no processamento do petróleo na etapa de hidroprocessamento, atuando na presença de um catalisador. Este processo é conhecido por hidrotratamento ou hidroacabamento e promove uma acentuada melhoria na qualidade dos produtos. Na síntese da amônia é utilizado tanto como matéria prima quanto tratamento. 
Inicialmente o N2(g) era proveniente da liquefação do ar, depois utilizou-se a reação:
2 C (s) + O2 (g,ar) 2 CO (g)
Obtendo-se um gás com, principalmente, 62% de N2 e 32% de CO, que, combinado com o processo de hidrogênio, gerava a mistura ideal para a síntese de amônia.
O nitrogênio é o elemento em maior abundância no ar atmosférico, é pouco reativo e não inflamável por isso ele é empregado em processos químicos quando se deseja uma atmosfera inerte e também já foi muito usado no preenchimento de bulbos de lâmpadas de filamento para reduzir o processo de vaporização deste. 
Figura 1: Esquema do aparelho de Haber e Le Roussignol para síntese da amônio a 200 atm (20 MPa) a partir de nitrogênio e hidrogênio na proporção 1:3, respectivamente. 
A amônia formada é um gás, porém refrigerado e sob alta pressão é liquefeito. Nestas condições, sob a forma líquida, não ocorre a reversibilidade, ou seja, a reação a decomposição em nitrogênio e hidrogênio não acontece. O processo de industrialização foi fundamental para acabar com essa dependência. O processo Haber foi adotado inicialmente para as necessidades militares, atualmente metade do total do nitrogênio é usado para a produção de fertilizantes utilizados na agricultura. Além dessa aplicação, é bastante utilizado em produtos farmacêuticos, de limpeza e em processos de refrigeração. 
Dessulfurização 
Dessulfuração é o processo de remoção de enxofre, a partir de algum dispositivo, para evitar a contaminação e consequente envenenamento dos catalisadores utilizados nessa etapa e nas posteriores. As etapas do processo consistem do pré aquecimento da carga, hidrogenação dos mercaptans e adsorção de enxofre como H2S.
A remoção do H2S é realizada utilizando-se um adsorvente de zinco, segundo a seguinte reação: 
ZnO + H2S ZnS + H2O
Reforma a vapor 
O hidrogénio pode ser obtido através da reação entre o gás natural (CH4), ou outro hidrocarboneto leve, com o vapor de água. Este processo realiza-se em duas fases. Na primeira fase, o gás natural é exposto a vapor de água a altas temperaturas, originando monóxido de carbono e hidrogênio de acordo com a equação química:
CH4 (g) + H2O (g) → CO (g) + 3H2 (g)
Shift 
Na etapa do conversor de shift, monóxido de carbono reage com vapor para gerar mais hidrogênio e dióxido de carbono. A reação é reversível e exotérmica. A razão do reator de shift é favorecida através de altas temperaturas, porém a máxima atividade de conversão do CO a CO2 é favorecida através de baixas temperaturas. A reação está representada abaixo: 
CO (g) + H2O (g) → CO2 (g) + H2 (g)
Remoção de CO2
O CO2 produzido na etapa de shift precisa ser removido em quase sua totalidade para seguir no processo de síntese de amônia. O sistema de remoção utilizado pela FAFEN realiza a remoção de gás carbônico por meio de absorção química, utilizando-se carbonato de potássio. A reação é descrita abaixo: 
K2CO3 + H2O + CO2 2KHCO3
Metanação 
Após a remoção do dióxido de carbono no shift, ainda restam traços de monóxido e dióxido de carbono, que são fortes contaminantes para a síntese de amônia, podendo causar envenenamento dos catalisadores. Estes contaminantes são removidos por metanação, reação descrita abaixo:
CO + 3H2 CH4 + H2O
CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O
A concentração final dos contaminantes deve ser inferior a 10 ppm. Para isso, utiliza-se uma temperatura de 315°C e um catalisador de níquel.