O que é síntese de amônia? A amônia é um composto que ocorre naturalmente e pode ser produzida pela atividade humana. Ela é um gás incolor com um odor muito característico, que quando dissolvido em água resulta em amônia líquida ou amônia aquosa. A amônia é uma importante fonte de nitrogênio e é utilizada para a produção de fertilizantes para culturas agrícolas, gramados e plantas e, também, é largamente empregada para a produção de produtos de limpeza domésticos e industriais e de cuidados pessoais. Devido aos seus usos e a alta demanda, faz-se necessário que seja sintetizada de forma artificial.
O processo Haber–Bosch é basicamente um dos procedimentos industriais mais eficientes e bem-sucedidos adotados para a produção de amônia. Os químicos alemães Fritz Haber (1868-1934) e Carl Bosch (1874-1940), no século 20, desenvolveram dispositivos de alta pressão e catalisadores para realizar o processo em escala laboratorial. A síntese da amônia pode ser feita por diversas rotas, dentre as quais a reação entre o hidrogênio e o nitrogênio (reação I), como ocorre no processo Haber-Bosch, pode ser destacada.
3 H2 + N2 ⇋ 2 NH3 ΔH°27 °C = -46,35 kJ/mol (I)
Após muitos estudos em como tornar a produção da amônia viável em escala industrial, em 1908, Haber e Le Rossignol tiveram um grande avanço, pois projetaram, construíram e modificaram um sistema onde se fazia a mistura gasosa de nitrogênio e hidrogênio a 200 atm (20 MPa). Para isso a mistura era introduzida em um reator, onde era pré-aquecida com o calor da reação que ocorria no leito catalítico e, após a passagem por este leito, era conduzida para um separador onde a amônia era liquefeita e separada; Devido à conversão ser tipicamente entre 10-15%, os gases que não reagiram retornavam para o reator. Este reciclo faz com que o tamanho dos equipamentos seja significativamente maior, resultando em maiores custos.
Esquema do sistema de Haber e Le Rossignol para o preparo de amônia a partir de H2 e N2
Outra forma de produção de amônia seria através do processo de Claude, proposto por Georges Claude em 1917, que se assemelha ao processo Haber-Bosch com a aplicação de temperaturas entre 500-650 °C. A principal diferença entre os processos é a aplicação de pressões maiores para a síntese de amônia no processo Claude (900-1000 atm). Para se atingir pressões tão elevadas, seria necessária uma compressão em múltiplos estágios aplicando compressores. Esta elevação na pressão seria capaz de aumentar o rendimento da reação para 40%, o que seria mais interessante economicamente. Estima-se que caso fossem aplicados mais reatores, esta conversão poderia chegar a 80%, eliminando a necessidade de reciclo, como necessário no processo Haber-Bosch.
Outra divergência quanto aos processos é o catalisador: no caso do processo Claude, o catalisador mais empregado é o ferro. Embora em teoria o processo Claude seja possível, na prática industrial ele não é viável devido às condições severas que são necessárias. A alta pressão requerida promoveria uma redução da vida útil do catalisador, além de problemas de corrosão e fragilização ou ainda estouro da tubulação, que são mais prováveis de acontecer em pressões mais elevadas. Estes fatores fizeram com que o processo Claude não fosse capaz de competir com o processo Haber-Bosch.
Além do processo mencionado anteriormente para preparo da amônia, existem também outros métodos que estão sendo estudados, como o processo eletroquímico, em que as reações no cátodo e no ânodo nas células condutoras de prótons são mostradas nas reações (2) e (3):
N2 + 6 H+ + 6 e− ⇌ 2 NH3 (III)
3 H2 ⇌ 6 H+ + 6 e− (IV)
E como o ciclo termoquímico, consistindo em dois processos: redução (ativação do nitrogênio) e hidrólise a vapor (formação de amônia), ambos representados nas reações (4) e (5).
Al2O3 + 3C + N2 → 2 AlN + 3 CO ΔH°25 °C = 708.1 kJ/mol (V)
2AlN + 3 H2O → Al2O3 + 2 NH3 ΔH°25 °C = −274.1 kJ/mol (VI)
Apesar de novos métodos de produção de amônia estarem sendo investigados atualmente, os principais problemas encontrados para a elaboração de novas rotas são a baixa reatividade do nitrogênio encontrado no ar, a baixa conversão das matérias-primas em amônia, e possíveis problemas de contaminação do meio reacional/amônia. Sendo assim, o processo Haber-Bosch permanece a principal rota de síntese de amônia aplicada atualmente.
Matérias-primas do portfólio da Usiquímica:
O processo Haber-Bosch é o principal método de produção da amônia, e é vital para atender as demandas da sociedade quanto a esta importante matéria-prima. A amônia tem o seu principal uso como fertilizantes, mas também pode ser utilizada na produção de produtos de limpeza, plásticos, tecidos, como gás refrigerante, entre outros. A Usiquímica atua como fornecedora de amônia na sua forma anidra e também na forma de soluções:
Amônia Gás Anidra: A Amônia na forma anidra pode utilizada como matéria-prima em muitos processos, tais como: Produção de fertilizantes como o Sulfato de Amônio, Nitrato de Amônio, Uréia e Fosfato de Amônio; no setor têxtil para produção de fibras como o nylon; para produção de plásticos, explosivos e produtos químicos; e no setor de produtos de limpeza, como detergentes e amaciantes de roupas. A Amônia Anidra também pode ser usada como Gás de refrigeração. Nota-se, portanto, a importância da Amônia nos mais diversos processos. Por isso, conte com a Usiquímica para o fornecimento de matéria-prima de qualidade para o seu negócio!
Amônia Solução (Hidróxido de Amônio): o produto é produzido em diversas concentrações e de acordo com a demanda do cliente. Suas principais aplicações são nos setores: têxtil, agrícola, borracha, couro, lubrificantes, alimentícios, cosmético, tratamento de efluentes, tintas entre outros.
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