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Proceso Haber-Bosch para la obtención de amoniaco

Obtención de amoniaco en la industria por el proceso de Haber-Bosch

Obtención de amoniaco

El proceso en que se basa la siguiente explicación está esquematizado en la figura 8. En primer lugar la composición del gas de síntesis en cuanto a la relación entre el tanto por ciento en volumen de hidrógeno y de nitrógeno debe ser 3:1. Para conseguir esto se le añade nitrógeno puro a dicha mezcla mediante un compresor que trabaja con una relación de presiones de 1 a 200 atm. Una vez preparado así el gas de síntesis aún hay que eliminar los restos de compuestos de azufre y de monóxido de carbono que contiene ya que envenenarían el catalizador. Para conseguir su total eliminación el gas es introducido un horno previo lleno del mismo catalizador que el que se utilizará durante la síntesis del amoniaco: un fundido solidificado de hierro elemental, principalmente, con pequeñas cantidades de Al2O3, K2O y CaO. Los compuestos de azufre son retenidos por el hierro en forma de sulfuro de hierro y los restos de CO se hidrogenan en el contacto a CH4 y H2O. Esta purificación tiene lugar a 200 ºC y en ella no tiene lugar la formación de amoniaco. El gas de síntesis purificado está listo para entrar en el horno de síntesis  permitiendo que el catalizador tenga larga vida.

Trabajar con hidrógeno a alta presión es determinante en la construcción del horno de síntesis. El hidrógeno a alta presión es capaz de eliminar el carbono, que forma parte del acero, con formación de hidrocarburos. Con esto el acero pierde su dureza y resistencia y después de un cierto tiempo de funcionamiento el horno puede rajarse o explotar. Por otra parte el hierro a alta temperatura es permeable al hidrógeno, permeabilidad que se ve incrementada por las altas presión. Para salvar estas dificultades se construye el horno con hierro dulce pobre en carbono. Este apenas tiene resistencia a la presión y tampoco puede evitar que el hidrógeno difunda a su través, pero estas dificultades pueden salvarse si se reviste este tubo con un segundo tubo de acero al cromo-níquel resistente a la presión y se procura simultáneamente que el hidrógeno que se difunda a través del primero se pueda eliminar del espacio entre ambos tubos con facilidad y a baja presión.

Para la síntesis del amoniaco, el horno debe calentarse a unos 400-500 ºC. Entonces comienza la reacción de formación de amoniaco que transcurre exotérmicamente. Esta circunstancia obliga a eliminar por refrigeración el calor que se desprende ya que el exceso de calor retrograda la reacción. El gas que sale del horno contiene de un 8 a un 12 % de amoniaco que se separa del resto de gas de síntesis mediante sucesivas refrigeraciones, primero con agua y después más a fondo con salmuera como refrigerante hasta conseguir que el amoniaco que contiene, después de descomprimir al pasar por la válvula de expansión  se recoja líquido en el tanque. El gas de síntesis que no ha reaccionado se lleva de nuevo al horno mediante la bomba de circulación.

 

 

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©Felipe Moreno Romero

fresenius1@gmail.com