Además del proceso de Haber-Bosch, se puede obtener amoniaco industrialmente por otros procedimientos que en su momento rivalizaban con el proceso de Haber-Bosch. Así podemos encontrar, entre otros, tres procedimientos: el proceso de la cianamida, como subproducto en la fabricación de cok y gas de alumbrado y el proceso del arco eléctrico.

Como digo, hubo que esperar bastante. Los primeros en

conseguir un proceso práctico para fijar el nitrógeno

atmosférico fueron dos alemanes: Adolph Frank y Nikodem

Caro. El método Frank-Caro, patentado en 1895, consiguió

por fin lo que antes parecía imposible.

 

Adolph Frank (1834-1916) [dominio público].

El método Frank-Caro realizaba la siguiente reacción química

para fijar el nitrógeno atmosférico:

CaC2 + N2 → CaCN2 + C

Dicho con palabras, la reacción era entre el nitrógeno del aire y

el carburo de calcio (CaC2), y lo que se obtenía era carbono puro

(C) y la molécula que es el objetivo de la reacción, la cianamida

de calcio (CaCN2).

El carburo de calcio de la reacción se obtenía a su vez mediante

un proceso descubierto unos años antes, por el que el óxido de

calcio (CaO), un mineral muy común y barato, producía carburo

al combinarlo con carbón de coque a muy alta temperatura:

CaO + 3C → CaC2 + CO

Por lo tanto, los compuestos requeridos para el proceso Frank-

Caro eran relativamente comunes. El resultado, la cianamida de

calcio (CaCN2), podía emplearse directamente como fertilizante

nitrogenado. Sin embargo, resultó ser menos eficaz de lo que se

pensaba, y desde luego mucho menos que otros, como los

nitratos.

Afortunadamente, aunque la cianamida no fuese muy buen

fertilizante, era posible convertirla en otra molécula mucho más

versátil, capaz de producir multitud de fertilizantes

nitrogenados diferentes: el amoníaco (NH3). La razón es que la

cianamida, al reaccionar con agua, produce lo siguiente:

CaCN2 + 3H2O → 2NH3 + CaCO3

De modo que, aunque fuese indirectamente, el proceso de

Frank-Caro fue durante un tiempo la salvación de la agricultura

intensiva. En pocos años se construyeron muchas fábricas de

cianamida, la mayor de todas en Odda, en Noruega, y no en

Alemania como podrías pensar en un principio.

Antiguos hornos de producción de cianamida mediante el

método Frank-Caro en Odda [David Aasen Sandved/ CC

Attribution-Sharealike 3.0 License].

¿Por qué razón en Noruega y no Alemania? Porque los hornos

que ves en la foto, en los que se alcanzaba la temperatura

necesaria para arrancar la reacción, empleaban

grandes resistencias eléctricas. El consumo de electricidad

para producir la cianamida era muy grande, más aún teniendo

en cuenta que el carburo de calcio obtenido a partir de su óxido

que hemos mencionado antes necesita también hornos

eléctricos.

Y Noruega disponía –y dispone hoy– de una industria

hidroeléctrica descomunal: electricidad relativamente barata

para alimentar los hornos de cianamida. Europa estaba tan

hambrienta de fertilizantes nitrogenados que la fábrica de Odda

y otras más pequeñas produjeron muchos miles de toneladas

anuales a principios del siglo XX. Tal vez no fuese el proceso

idóneo, pero era mucho mejor que depender del comercio

internacional de salitre o guano.

Aunque el proceso de Frank-Caro fuera factible en Noruega, los

noruegos intentaron desarrollar otros más eficaces. Un hombre

de negocios, Samuel Eyde, había comprado hacia el cambio de

siglo varias plantas hidroeléctricas, y estaba buscando un modo

de obtener fertilizantes nitrogenados de ese modo; en una cena

conoció al físico Kristian Olaf Birkeland, un tipo poco conocido

pero realmente genial, y juntos fundaron Norsk Hydro, que

sigue existiendo hoy.

Kristian Birkeland (1867-1917) y Samuel Eyde (1866-1940)

[dominio público].

El método Birkeland-Eyde era bien diferente del de Frank-

Caro. En este caso se realizaba la reacción en un horno que

producía un arco eléctrico –una chispa descomunal de enorme

temperatura– que, mediante un campo magnético, se hacía

incidir sobre un gran disco metálico. Luego se hacía pasar aire

sobre el disco, que gracias al arco eléctrico se calentaba hasta

unos tres mil grados.

En esas condiciones extremas, el N2 del aire reaccionaba con el

O2 para producir monóxido de nitrógeno:

N2 + O2 → 2NO

A su vez, el monóxido de nitrógeno se dejaba enfriar y se

combinaba de nuevo con oxígeno atmosférico para producir

dióxido de nitrógeno:

NO + O2 → 2NO2

Finalmente el dióxido de nitrógeno se disolvía en agua para

producir ácido nítrico, que además de muchas aplicaciones

industriales puede emplearse para obtener muchos fertilizantes

nitrogenados diferentes:

3NO2 + H2O → HNO3 + NO

Pero el método Birkeland-Eyde seguía necesitando de grandes

cantidades de energía. Esto era un problema incluso en

Noruega con sus grandes plantas hidroeléctricas, pero mucho

más en el resto del mundo, donde no existía esa ventaja. De

modo que los científicos siguieron buscando, y uno de ellos

encontró la solución – nuestro héroe de hoy, Fritz Haber.

Otros métodos de obtención

Además del proceso de Haber-Bosch, se puede obtener amoniaco

industrialmente por otros procedimientos que en su momento rivalizaban con el

proceso de Haber-Bosch. Así podemos encontrar, entre otros, tres

procedimientos: el proceso de la cianamida, como subproducto en la

fabricación de cok y gas de alumbrado y el proceso del arco eléctrico.

Método de la Cianamida

En el proceso de la cianamida, el amoniaco se prepara, como en el

proceso de Haber-Bosch, a expensas del nitrógeno del aire y la caliza.

Fue descubierto por Frank y Caro, en Alemania, en 1895, y usado por primera

vez en la industria en 1906. Consta de la siguiente fase :

Consta de las siguientes:

1.- Se calienta cal y coque conjuntamente en un horno eléctrico, formándose

carburo cálcico

CaO   +   3 C    =    C2Ca   +   CO

2.- Se pasa nitrógeno obtenido del aire,sobre el carburo cálcico machacado

que contiene un poco de cloruro o fluoruro cálcico, calentándolo a unos 1000

ºC. En la reacción se forma cianamida cálcica y carbón

C2Ca   +   N2    =    CN2Ca   +   C

3.- La cianamida de calcio se agita primero con agua fría para descomponer

todo el carburo cálcico no transformado, y luego se trata con vapor de agua a

alta presión. En estas condiciones se produce amoniaco

CN2Ca   +   3 H2O    =    CO3Ca   +   2 NH3

La cianiamida calcica puede utilizarse directamente como

fertilizante, realizándose la hidrolisis muy lentamente en el suelo húmedo

No obstante la cianamida es un compuesto altamente toxixo, por lo que

es procedimiento cayo en desuso.

Método de Arco Electico

En cuanto al tercer proceso de obtención de amoniaco, competidor con

los dos anteriores y con el proceso Haber-Bosch, se basaba en un

método descubierto hacía ya mucho tiempo, por el que se activaban el

nitrógeno y el oxígeno juntos mediante chispas eléctricas para formar óxidos de

nitrógeno, a partir de los cuales se podría preparar el ácido nítrico. Este

proceso imita el proceso de fijación de nitrógeno que se produce, de forma

natural, en la atmósfera terrestre durante las tormentas eléctricas Pero

industrialmente, un proceso como éste requería temperaturas extremadamente

altas (2000-3000ºC) y, por tanto, una cantidad de electricidad que no lo hacía

rentable.

Obtención Alternativa

El amoniaco y sulfato amónico pueden obtenerse como subproductos en

la fabricación de coque y gas de alumbrado. La hulla bituminosa o blanda

contiene un 1% de nitrógeno y un 7% de hidrógeno, combinado. Cuando se

calienta esta hulla, se produce una destilación destructiva y se desprende

nitrógeno en forma de amoniaco. Éste sale mezclado con otras sustancias, y se

disuelve en agua o en ácido sulfúrico. Tratando con cal la disolución resultante,

se obtiene amoniaco puro.

PRINCIPALES INDUSTRIAS EN LA PRODUCCION DE AMONIACO EN

VENEZUELA

El desarrollo de la química moderna desde hace más de 50 años, ha

demostrado que el petróleo es la materia prima ideal para la síntesis de la

mayor parte de los productos químicos de gran consumo. Además de su gran

abundancia y disponibilidad, está formado por una gran variedad de

compuestos permite acrecentar aún más las posibilidades de nuevos

productos.

La importancia de la petroquímica está en su capacidad para producir grandes

volúmenes de productos a partir de materias primas abundantes y a bajo

precio.

La industria petroquímica en Venezuela nació con la creación de Pequiven

Morón con la finalidad cubrir las necesidades de industriales básicos, como

fertilizantes en el país, así como la producción de productos químicos como el

ácido sulfúrico. Siendo Pequiven la principal empresa encargada de producir y

comercializar productos petroquímicos y bajo su directriz opera a los tres

Complejos Petroquímicos los cuales ubican a lo largo de la costa norte del

país. Esta situación geográfica ofrece ventajas comerciales para los Complejos

El Tablazo (Estado Zulia), José Antonio Anzoátegui (Estado Anzoátegui) y

Morón (Estado Carabobo)

Complejo Petroquímico de Morón, Edo Carabobo:

La industria Petroquímica Venezolana fue fundada en 1953 como dirección del

Ministerio de Minas e Hidrocarburos (Dirección de Petroquímica Nacional).

Luego de realizados los estudios preliminares, se elaboran una planificación

general y se iniciaron los proyectos, al tiempo que se instalaba una pequeña

planta mezcladora de fertilizantes en Morón, Estado Carabobo, la cual más

adelante se convertiría en la sede del complejo Petroquímico que lleva su

nombre.

Ubicado en las costas del estado Carabobo, en las cercanías de la población

de Morón, este Complejo inició sus operaciones en 1956, con capacidad para

producir 150 MTMA de fertilizantes nitrogenados y fosfatados, la cual fue

expandida a 600 MTMA durante el período 1966-196

Para 1963, el parque de plantas existentes en Morón comprendía las plantas

de Cloro-Soda, Ácido Fosforito, Superfosfatos., Amoniaco, Ácido Nítrico, Nitrato

de Amonio, Urea, Mezcladora de Fertilizantes NPK y Sulfato de Amoniaco.

Hasta llegar a hoy, el Complejo Morón, ha sido sucesivamente ampliado, de

manera que actualmente cuenta, además de las arriba mencionadas, con

plantas para el procesamiento de caucho, fibras sintéticas y plásticos, urea,

ácido sulfúrico, ácido fosfórico y superfosfatos triple, en polvo y granulado

Complejo Petroquímico Ana María Campo

Se ubica en la costa oriental del Lago de Maracaibo del estado Zulia,

tiene una capacidad instala de amoniaco de 300 TMTPA y 360 TMTPA de urea

(fertilizantes nitrogenados). Su construcción aumentó significativamente la

expansión de las actividades petroquímicas venezolanas e impulsó el

aprovechamiento del gas natural como fuente básica de insumos para estas

operaciones.

José Antonio Anzoátegui

Denominado oficialmente como Complejo Petroquímico General de

División José Antonio Anzoátegui se inauguró el 14 de agosto de 1990, con el

fin de impulsar el desarrollo de la petroquímica en el Oriente del país, está

ubicado en el estado Anzoátegui, tiene una superficie de 740 hectáreas.

Cuenta con una producción de amoniaco y urea de aproximadamente

1200 y 1450 MTMA (Miles de Toneladas Métricas Anuales) respectivamente.

Producción mundial de amoniaco

Al ser una sustancia de difícil transporte, la mayor parte del amoniaco es

consumido en el país donde se produce. China es el mayor productor y

consumidor de amoniaco del mundo.

El amoniaco es el segundo producto químico sintético de mayor producción

mundial

El nitrógeno se utiliza virtualmente en cada país en el mundo y

consecuentemente muchos países tienen plantas productoras de amoníaco. En

el 2003, un poco más de 146 millones de toneladas cortas de amoniaco fueron

producidas en 75 países, representando todos los continentes exceptuando la

Antártica. La producción total mundial casi es doblada en los últimos 25 años.

Los mayores productores de amoniaco en orden descendente son:

País Producción (Ton corta) % de capacidad

China 40487 100

India 13015 85

Rusia 12200 79

EEUU 11757 74

Juntos estos países representan cerca del 50% de la capacidad de producción

mundial de amoniaco, y 55% de la producción actual. Asia es el mayor

productor de amoniaco seguido por Norte América y Europa

Actualmente, en torno a un 80 % del amoníaco que se produce en todo el mundo se utiliza como fuente de nitrógeno para fabricar fertilizantes, mientras que el 20 % restante se emplea en distintas aplicaciones industriales, como la producción de plásticos, fibras, explosivos, hidracina, aminas, amidas, nitrilos y otros compuestos orgánicos de nitrógeno que sirven de productos intermedios en la fabricación de tintes y productos farmacéuticos. Entre los productos inorgánicos que se fabrican a partir del amoníaco destacan el ácido nítrico, la urea y el cianuro de sodio. El amoníaco también se utiliza en medidas de protección para el medio ambiente, por ejemplo, para eliminar los NOx de los gases de combustión. El amoníaco líquido es un disolvente destacado y también se utiliza como refrigerante.

INDUSTRIA DEL AMONIACO EN EL MUNDO

En 2003, la capacidad mundial de producción de amoníaco alcanzó los 109 millones de toneladas. La mayor parte de esta capacidad se encontraba en las regiones que se enumeran a continuación:

Asia (46 % de la capacidad mundial) Europa del Este y Asia central (14 %) América del Norte (11 %) Europa occidental (9 %), en comparación con el 13 % que se registró

en 1988 Oriente Próximo (7 %) América Latina (6 %) Europa central (4 %) África (1 %) Oceanía (1 %)

En 1974, en los países en vías de desarrollo se concentraba un 27 % de la capacidad mundial de producción de amoníaco. En 1998, este porcentaje había aumentado hasta un 51 %. En estos países, el amoníaco se utiliza para producir urea para el cultivo de arroz.

Una planta moderna de producción de amoníaco suele contar con una capacidad de entre 1000 y 2000 t/d, mientras que las plantas más nuevas pueden alcanzar hasta 2200 t/d. En la Unión Europea, el sector del

amoníaco produce aproximadamente 11 millones de toneladas de amoníaco al año (2001) en unas 50 plantas.

Con el aumento del precio de las materias primas y la dura competencia del mercado, muchos productores han optado por renovar o modernizar sus instalaciones, más antiguas y menos eficientes, para que continúen siendo competitivas. En la mayoría de proyectos de renovación realizados, se aumentó ligeramente la capacidad de producción, puesto que parte de la maquinaria original estaba sobredimensionada y sólo fue necesario eliminar obstáculos específicos que no acarreaban un gasto excesivo. Dado que las posibilidades de mercado para una empresa no aumentan de 1000 a 1500 t/d sino que mejoran paulatinamente, este incremento moderado de la capacidad comporta un menor riesgo y resulta más económico que construir una planta nueva.