Producción de Amoniaco por el proceso Haber–Bosch

Introducción
A continuación se dará a conocer el método Haber- Bosch y su empleo para la producción del Amoniaco. Para comenzar se dará una descripción detallada del Amoniaco el cual es el producto a producir, y posteriormente daremos paso a conocer la historia. En la historia del Proceso veremos cómo es que tanto Fritz Harber como Carl Bosch colaboraron en esto y como es que todo comenzó. Tras haber obtenido esta información básica, daremos paso a la descripción completa y detallada del proceso Haber-Bosch.

Amoniaco
El amoniaco es un compuesto químico el cual consiste de un átomo de nitrógeno y tres átomos de hidrógeno. Su geometría es piramidal trigonal, aunque en una solución acuosa podría comportarse como base y así ser un tetraedro. Sin embargo a temperatura ambiente el amoniaco es un gas. Este gas se disuelve con facilidad en agua y se evapora. El amoniaco resulta ser un producto riesgoso para nuestra salud. Su ingestión, inhalación, así como el contacto con la piel u ojos podrían traer grandes consecuencias tales como: vómito, irritaciones, quemaduras y daños permanentes. El amoniaco puede ser utilizado como fertilizante, ya que su uso aumenta los niveles que existen en el suelo de hidrógeno. También puede ser utilizado como producto de limpieza y se le conoce como un fuerte desengrasante, el cual ayuda a retirar manchas. La cantidad que producimos cada año de amoniaco es igual a la cantidad producida por la naturaleza y su obtención de manera industrial es única y exclusivamente mediante el proceso conocido como Haber-Bosch.

Historia Proceso
Fritz Haber nació en lo que hoy se le conoce como Wroclaw, Polonia el 9 de diciembre de 1868. Haber estudio en la escuela de St. Elizabeth, donde comenzaría a desarrollar sus primeros experimentos químicos. Realizo sus estudios profesionales en la Universidad de Berlín para estudiar física y química. Tras largos intentos, Fritz Haber logró sintetizar el amoniaco. Sin embargo Haber fue duramente criticado por Nernst, el cual le hacía ver sus ineficiencias, así como la falta de interés comercial de su producto de manera pública, lo cual lo dejaba en ridículo y perdía credibilidad. Aún así y ante toda adversidad Haber logró publicar sus primeros resultados y con ellos obtener el financiamiento que requería de una compañía privada, donde conocería a Carl Bosch uno de sus ayudantes, y el 2 de julio de 1909 la primer demostración del Proceso Haber-Bosch.
Proceso
A continuación se presenta un diagrama con el cual se pretende una mayor comprensión del proceso, el cual será descrito posteriormente.

Desulfuración
Se elimina el sulfuro que contiene el gas natural.

Reformado
El gas natural obtenido después de la desulfuración es llevado a un reformado catalítico con vapor de agua par que se mezcle y se lleva al proceso de reformado el cual tiene dos etapas.

Reformador Primario
El gas se hace pasar a través de unos tubos junto con el vapor. Este proceso hará que se lleve a cabo una reacción endotérmica (una reacción endotérmica, es una reacción química que absorbe energía). Este tipo de reacciones tienen un incremento de entalpía, ya que la energía de los productos es mayor a la de los reactivos. Esta reacción se hace a 800° y se utiliza como catalizador el óxido de niquel. Posteriormente el gas se mezcla con una corriente de aire para aportarle el N2 que se necesita y se obtiene hidrocarburo.

CH4 + H2O CO + 3H2 ΔH = 206 kj/mol
CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 ΔH = 166 kj/mol

Purificación
Se eliminan los gases CO y CO2

Etapa de Conversión
La mezcla se enfría y se lleva a un convertidor en el cual el CO reacciona con vapor de agua y es convertido en CO2.
CO + H2O ↔ CO2 + H2 ΔH = -41 kj/mol

Etapa de eliminación CO2
El CO2 es eliminado mediante absorción
K2CO3 + CO2 + H2O 2KHCO3

Etapa de metanización
Los pequeños restos de CO y CO2 se convierten en CH4
CO + 3H2 CH4 + H2O
CO2 + H2 CH4 + 2H2O

Síntesis de Amoníaco
Hasta este proceso se abra obtenido un gas el cual contenga restos de CH4 y Ar. Ahora el gas se comprime con presión de 200atm. y es llevado al reactor para la producción del amoniaco. El catalizador utilizado es Fe, ya que su reacción natural es muy lenta.
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
En la mayoría de los casos el haber pasado por el reactor para la reacción no es suficiente por lo tanto es necesario que el gas que no reacciono se vuelva a pasar por el reactor. Para que el gas pueda pasar de nuevo se llevan a cabo dos pasos. El primero es obtener el amoníaco que ya fue creado. Esto se hace mediante condensación, y así uno es separado del otro. El amoníaco que se obtiene es almacenado en un tanque a temperatura de – 33°C. Posteriormente de eliminan inertes que hayan quedado en el gas, sin embargo estos gases puede ser comercializados como fuentes de energía.
*Cabe señalar que la producción del amoniaco no contamina y se considera de un proceso sumamente limpio, si bien es cierto que consume una gran cantidad de energía el proceso no tiene ningún vertido de líquidos tóxicos.
¿Para qué nos sirve el amoniaco?
Cerca de un 80% del amoniaco producido se utiliza en la producción de fertilizantes. Sus beneficios son: 1. Es económico 2. Elimina la necesidad de utilizar muchos ácidos 3. Mejora la condición física de los fertilizantes 4. El ácido libre en el superfosfato es neutralizado 5. Aumenta considerablemente los niveles de Hidrógeno en el suelo.
El amoníaco también puede ser utilizado para la fabricación de explosivos, poliuretanos y productos de limpieza domésticos.
Conclusión
El proceso Haber-Bosch, no es nada más que la reacción de nitrógeno e hidrógeno gaseoso para producir amoníaco. Hasta hoy en día este proceso es el único por el cual se puede obtener amoníaco de manera industrial, ya que este también es producido de manera natural y es de gran beneficio para las plantas y animales. Los beneficios que nos trae el amoníaco son muy importantes, sin embargo este producto debe de ser manejado con cautela y extrema precaución, ya que su contacto directo pone en riesgo nuestra salud.
Bibliografía
(s.f.). Recuperado el 19 de 10 de 2010, de Universidad de Castilla La Mancha: http://www.uclm.es/profesorado/afantinolo/Docencia/Inorganica/Tema8/m%C3%A9todo%20de%20Haber.pdf
Amoniaco. (16 de 12 de 2005). Recuperado el 19 de 10 de 2010, de http://www.textoscientificos.com/quimica/amoniaco: http://www.textoscientificos.com/quimica/amoniaco
Michel, N. m. (20 de 10 de 2007). Los procesos catalíticos vistos con detalle atómico. Recuperado el 19 de 10 de 2010, de Ecuador Ciencia: http://www.ecuadorciencia.org/articulos.asp?id=3123
Zmaczynski, R. (s.f.). Recuperado el 19 de 10 de 2010, de Princeton University: http://www.princeton.edu/~hos/mike/texts/readmach/zmaczynski.htm