PROCESSO INDUSTRIAL DA AMÔNIA NH3 THAÍS

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PROCESSO INDUSTRIAL DA AMÔNIA NH3
PROCESSO HABER-BROCH E FERTILIZANTES 
PROCESSO INDUSTRIAL DA AMÔNIA 
A amônia é um composto constituído de nitrogênio e hidrogênio, com a fórmula molecular NH3. Possui uma geometria piramidal trigonal, em que o átomo de nitrogênio possui um par de elétrons não-ligantes e compartilha os outros com os três átomos de hidrogênio.
PROCESSO INDUSTRIAL DA AMÔNIA 
A mesma é encontrada no estado de gás em condições normais de temperatura e pressão e em líquido quando submetida à pressão elevada ou baixa temperatura. Apresenta um peso molecular de 17,03 g/mol, um ponto de ebulição de -33°C e tem ponto de fusão de - 78°C à pressão atmosférica (PETROBRAS, 2015b). 
A amônia líquida possui características alcalinas, pois é capaz de ceder seu par de livres para outros compostos. Seguindo também o raciocínio de Bronsted-Lowry, pode-se observar a reação de equilíbrio, que exemplifica o conceito de que substâncias básicas podem aceitar prótons de respectivos doadores (ATKINS et al., 2010).
PROCESSO INDUSTRIAL DA AMÔNIA 
A síntese de amônia é muito relevante para a sociedade em nível global por se tratar da produção de uma das matérias-primas mais requisitadas pela fabricação de diversos compostos. 
PROCESSO INDUSTRIAL DA AMÔNIA 
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Ao analisarmos a equação química da síntese da amônia, podemos pressupor que seja uma reação química extremamente fácil no qual duas substâncias simples interagem na formação de um produto composto. Contudo, por trás dessa equação se esconde uma enorme complexidade de condições necessárias para que o processo ocorra com rendimento apreciável. Alta pressão e temperatura, constantes de equilíbrio, entalpias de formação e catalisadores específicos são muitas vezes ignorados, bem como a importância econômica do processo.
PROCESSO HABER-BOSCH
Com o aprimoramento de estudos, tornou-se possível que o químico alemão Fritz Haber (1868-1934) pudesse dar um grande passo para resolução do problema, criando uma forma de reagir nitrogênio atmosférico com hidrogênio em presença de catalisador de ferro em pressões e temperaturas elevadas para produzir amônia. 
O processo de Haber-Bosch é o mais importante para a obtenção da amônia atualmente. Neste processo, gás nitrogênio (proveniente do ar) reage com gás hidrogênio (geralmente derivado do gás natural) a alta temperatura e pressão junto a um catalisador de ferro. Na indústria, a reação geralmente acontece na presença de inertes, como metano (CH4) e argônio (Ar).
PROCESSO HABER-BOSCH
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Existem vários processos de produção de amônia conhecidos atualmente que diferem basicamente quanto à forma de obtenção de hidrogênio. 
Entretanto os mais comuns são: a reforma a vapor do gás natural e a oxidação parcial de óleos pesados ou carvão. 
Segundo Souza (2012), “a reforma com vapor é responsável por cerca de 85% da produção de amônia”. Isso se deve principalmente ao menor custo de implementação e operação da planta de gás natural em comparação com as demais.
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REFORMA A VAPOR
OXIDAÇÃO PARCIAL
 
GÁS NATURAL
ÓLEO PESADO
CARVÃO
CUSTO INVESTIMENTO
1.0
1.5
2.5
CUSTO ENERGIA
1.0
1.3
1.7
CUSTO DE PRODUÇÃO
1.0
1.2
1.7
Tabela 1- Custos relativos de produção de amônia a partir de diferentes matérias-primas
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Reforma a vapor de gás natural 
► O processo de reforma a vapor pode ser conduzido não só pelo gás natural, como também por outros hidrocarbonetos leves como GLP e Nafta.
►No entanto, o gás natural é a matéria-prima mais utilizada no Brasil devido à sua abundância e menor valor agregado.
 Cn H(2n+ 2) + ꞃH2O → nCO +( 2n + 1) H2 
 
 
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Diagrama de blocos do processo de produção de amônia por reforma a vapor do gás natural.
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Dessulfurização da matéria-prima:
A primeira etapa do processo consiste na purificação do gás natural. Essa etapa é fundamental, pois é nela que ocorre a remoção dos compostos de enxofre, como o ácido sulfídrico (H2S), mercaptanas (R-SH), sulfeto de carbonila (COS) e tiofenos (C4H4S), presentes na corrente de matéria-prima e que causam o envenenamento dos catalisadores da reforma e da síntese.
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Essa fase inicia-se como a redução catalítica dos compostos de enxofre contidos na carga a H2S e olefinas através de hidrogênio em excesso. 
R − SH + H2 → H2S + RH
Em seguida é feita a remoção do ácido sulfídrico em um leito de óxido de zinco (ZnO), formando, no próprio leito, sulfeto de zinco (ZnS) que, como se trata de um material sólido, pode ser removido.
H2 S + ZnO → ZnS + H2O
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Separação e purificação do hidrogênio
Primeiramente, ocorre a conversão de Shift, ou seja, o monóxido de carbono reagirá com água, produzindo mais hidrogênio e dióxido de carbono, como descrito na equação.
CO+ H2O ↔CO2 + H2 ∆H < 0
Em seguida, inicia-se a remoção de CO2 através do processo de absorção química ou física. Para a absorção química, são usadas, principalmente, soluções aquosas de aminas (MEA e DEA) ou soluções de carbonato de potássio a quente. Já para a absorção física, utilizam-se o dimetil éter de polietilenoglicol (processo Selexol), o metanol (processo Rectisol), entre outros (SOUZA, 2012).
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Por fim, os gases provenientes da etapa de absorção de CO2 sofrem a metanação. Essa etapa é fundamental para reduzir ao máximo a concentração de CO e CO2 na corrente, já que a presença desses compostos é prejudicial à etapa de síntese de amônia.
CO + 3H2 ↔ CH4 + H2O
 CO2 + 4H2 ↔CH4 + 2H2O
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Síntese de amônia 
A corrente de hidrogênio após sucessivas purificações e introdução de nitrogênio deverá ser comprimida e resfriada de forma a atender as condições da reação de produção de amônia.
 
 3H2+ N2 ↔ 2NH3
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A principal diferença entre os dois processos vapor do gás natural e oxidação de óleos pesados) está na etapa de geração e purificação do gás de síntese.
Primeiramente, é feita a separação do oxigênio do ar, em seguida a gaseificação (geração de gás de síntese) e a purificação do mesmo por meio de remoção de fuligem, enxofre, reação de Shift, remoção de CO2 e lavagem com nitrogênio líquido e por último é realizada a síntese da amônia. 
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Amônia Fertilizantes 
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O setor de fertilizantes está diretamente ligado ao aumento da produtividade da agricultura, sendo um segmento estratégico para o país. Porém, a produção interna do Brasil não é suficiente para atender às demandas acarretando em aumenta na importação destes produtos. 
Então nos últimos anos aumentaram-se os investimentos no setor de fertilizantes, principalmente os nitrogenados.
Com a construção de novas Unidades de Fertilizantes Nitrogenados (UFN).
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A produção de fertilizantes pode ser feita através do gás natural (GLP) ou de atividades de extração mineral, como no caso de fertilizantes potássicos e fosfatados.
Segundo o Anuário Estatístico publicado em 2013 pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), em 2012, 0,48% das reservas mundiais de gás natural estão localizadas no Brasil. Referente às reservas brasileiras, 84,23% estão localizadas em mar. Do total de reservas terrestres, 71,51% estão localizadas no Amazonas. Já as reservas marítimas, o estado do Rio de Janeiro correspondeu a 63,71% do total nacional. Juntos o Amazonas e o Rio de Janeiro respondem a 64,75% do total das reservas provadas de gás natural no Brasil 
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Atualmente, o consumo de gás natural no setor de fertilizantes nitrogenados concentra-se nas unidades industriais da Petrobras/FAFEN, localizadas em Camaçari (BA) e Laranjeiras (SE), como recurso material e fonte energética.
Dados obtidos na ANP no mesmo período citado acima mostra que o Brasil foi o décimo quinto país com maior reserva de petróleo do mundo, estando localizadas principalmente nos estados do Rio de Janeiro, São Paulo, Rio Grande do Norte e Espírito Santo.
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Com relação a produção mundial de petróleo em 2012, o Brasil corresponde a 2,49% do total, se tornando o décimo terceiro maior produtor. A produção brasileira neste período foi de aproximadamente 784 milhões de barris (redução de 2% em relação a 2011), sendo que 91,2% são provenientes de reservas marítimas. O Rio de Janeiro foi o principal estado produtor, sendo responsável por cerca de 74,4% da produção nacional
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A utilização de gás natural no Brasil como matéria-prima para a produção de fertilizantes nitrogenados teve início em 1971. A primeira fábrica foi em Camaçari (BA), dando origem a Nitrofertil, hoje transformada na Fábrica de Fertilizantes Nitrogenados da Petrobras (Fafen). Em seguida foi construída a segunda unidade da Fafen, localizada em Laranjeiras (SE), assim consolidando a indústria de fertilizantes nitrogenados no Brasil.
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Fertilizantes Nitrogenados: 
Os produtos intermediários empregados pela indústria de fertilizantes nitrogenados são: amônia; ácido nítrico para a produção de nitrato de amônio; dióxido de carbono (subproduto da fabricação de amônia) para a produção de uréia; ácido sulfúrico para a produção de sulfato de amônio; e ácido fosfórico para a fabricação dos fosfatos de amônio: monofosfato de amônio (MAP) e difosfato de amônio (DAP) . O nitrogênio pode apresentar diversas formas de participação percentual dentro dos fertilizantes aparecendo como diferentes radicais químicos, nitrato (NO3), amônia (NH4 + ) e uréia (OC(NH2)2).
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No Brasil são empregados dois tipos de processos distintos para a produção de amônia:
Reforma Catalítica de hidrocarbonetos leves com vapor d’água: utilizado nas unidades industriais da Petrobras/FAFEN, localizadas em Camaçari (BA), Laranjeiras (SE) e na UFN V, que será construída em Uberaba (MG), as quais empregam gás natural como matéria – prima. Já a unidade da Fosfertil, localizada em Cubatão, utiliza gás de refinaria como fonte de matéria-prima para a produção de amônia.
Oxidação Parcial de hidrocarbonetos pesados: utilizado apenas na unidade da Fosfértil em Araucária (PR), que emprega resíduo asfáltico como fonte de hidrogênio para a obtenção de amônia.
BIBLIOGRAFIA 
PETROBRAS / UFNV. Unidade de Fertilizantes Nitrogenados V. Informações sobre o projeto. 2013. 
CEKINSKI, E. (Coord.); CALMANOVICI, C.E;Bichara, J.M.; FABIANI, M.; GIULIETTE, M.; CASTRO, M.L.M.; SILVEIRA, P.B.M.; PRESSIONOTTI,Q.S.H.C.; GUARDANI, R. Tecnologia de produção de fertilizantes. Instituto de Pesquisas Tecnológicas. São Paulo, 1990. 237p. Publicação IPT n.1816.
FERRI, Fernando. A Estrutura e a Estratégia Concorrencial da Indústria de Fertilizantes no Brasil. Porto Alegre, 2010.
BROWN, T., GAMBHIR, A., FLORIN, N., FENNEL, P. “Reducing CO2 emissions from heavy industry: a review of technologies and considerations for policy makers”. Grantham Institute for Climate Change n°7. Imperial College London, 2012. 
 
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