1. Síntese Industrial do Amoníaco

UNIDADE 1 – Química e Indústria: Equilíbrios e Desequilíbrios

1.  Síntese Industrial do Amoníaco

1.1 A importância do Amoníaco como matéria-prima

A importância do Azoto para os seres vivos

Elementos essenciais à síntese de tecido vivo nas plantas:

·         Carbono (fornecido pelo dióxido de carbono da atmosfera);

·         Hidrogénio (fornecido pela água);

·         Oxigénio (fornecido pela água, dióxido de carbono e oxigénio da atmosfera);

·         Azoto.

Azoto (N2):

·         Principal constituinte da atmosfera;

·         Poucos organismos são capazes de utilizar o azoto molecular (N2), pois as respectivas moléculas são muito estáveis (ligação tripla – elevada energia de ligação).

·         É necessária a sua conversão numa forma biologicamente utilizável: iões de nitrato (NO3-) e amoníaco (NH3).

Fixação do azoto:

·         Transformação do azoto em compostos azotados biologicamente utilizáveis;

·         Descargas eléctricas na atmosfera;

·         Bactérias.

Fig. 1 – Ciclo do Azoto.

--> Em 1909, Fritz Haber descobriu um processo de produção de Amoníaco.

Nitrato de potássio: Salitre.

Nitrato de sódio: Nitrato do Chile.

Guano Peruano: Formado por excremento de aves marinhas.

A produção do amoníaco

Amoníaco (NH3):

·         Gás incolor de cheiro pungente (picante);

·         Menos denso do que o ar;

·         Dissolve-se facilmente em água;

·         Solução aquosa designa-se amónia;

Fig. 2 – Processo de Produção de Amoníaco de Haber.

Processo de Produção de amoníaco de Haber:

·         Para ter um rendimento apreciável, tem de se processar a pressão e temperatura elevadas (P = 20 MPa; T = 457ºC);

·          Presença de um catalisador (ferro em pó, com pequenas quantidades de óxido de potássio e de óxido de alumínio);

·         Rendimento muito baixo.

 As matérias-primas para a produção do amoníaco

Matérias-primas para o fabrico do amoníaco:

·         Gás natural, ou o petróleo;

·         Água;

·         Ar.

Obtenção do hidrogénio (di-hidrogénio - H2):

·         Reacção entre o gás natural (CH4), ou outro hidrocarboneto leve, com o vapor de água;

·         Duas fases;

·         1º fase: gás natural é exposto a vapor de água a altas temperaturas, originando monóxido de carbono e hidrogénio;

·         2º fase: monóxido de carbono reage com o vapor de água, originando dióxido de carbono e hidrogénio.

·         Processo não sustentável devido às emissões de dióxido de carbono (contribui para o efeito de estufa.

·         Hidrogénio pode também ser obtido como produto secundário da refinação de petróleo. 

1º fase e 2º fase da produção de hidrogénio a partir de gás natural e vapor de água

Obtenção de Azoto (di-azoto - N2):

·         Azoto directamente do ar;

·         Destilação fraccionada do ar líquido (azoto é o primeiro componente a ser separado visto ser o mais volátil).

Fig. 3 - Matérias-primas para o fabrico do amoníaco.

Obtenção do amoníaco – processo de Haber

As utilizações do amoníaco

 Utilizações do Amoníaco:

·         Fertilizantes (85%);

·         Produção do ácido nítrico (fertilizantes, corantes, medicamentos, explosivos);

·         Amoníaco líquido é utilizado com meio de arrefecimento na indústria (vaporização do amoníaco é um processo muito endotérmico).

O amoníaco, a saúde e o ambiente

 Amoníaco:

·         Gás incolor, de cheiro pungente (picante), irritante e tóxico.

·         Vapor  – Extremamente irritante para as mucosas (espirros, dispneia, tosse, lacrimejo e pode causar conjuntivites).

·         Solução líquida – Dermatites de contacto;

·         Solução líquida – Se ingerida, origina dores muito intensas, com intolerância gástrica. A evaporação rápida do líquido pode provocar ulceração pelo frio.

Poluição do meio ambiente:

·         Decomposição térmica de amoníaco à Óxidos de azoto à Chuvas ácidas;

·         Amoníaco na atmosfera à Sulfato de amónio e Nitrato de amónio à Matérias particuladas (pequenas partículas dispersas no ar) à Consequências graves para a saúde.

·         Obtenção de matérias-primas para o fabrico de amoníaco à Dióxido de Carbono à Efeito de estufa.

Exposição prolongada a matérias particuladas são:

·         Aumento da frequência de cancro pulmonar;

·         Problemas respiratórios graves (à medida que o tamanho diminui aumenta a sua perigosidade);

·         Morte prematura.