PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE UREA

PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE UREA


La síntesis de urea a nivel industrial se realiza a partir de amoníaco (NH3) líquido y anhídrido carbónico (CO2) gaseoso. La reacción se verifica en 2 pasos. En el primer paso, los reactivos mencionados forman un producto intermedio llamado carbonato de amonio y, en la segunda etapa, el carbonato se deshidrata para formar urea.
Surge un problema dado que lasvelocidades de las reacciones son diferentes. La primera etapa es mucho más rápida que la segunda, con lo cual el carbonato intermedio se acumula. Además, la primera reacción no se verifica por completo, por lo que también quedan amoníaco y dióxido libres. En adición a esto, debe mencionarse que el carbonato es un producto altamente corrosivo, por lo cual lo que se hace es degradar la parte decarbonato no convertida a urea en sus reactivos de origen, y luego volver a formarlo.



Vemos que la primera reacción es exotérmica, y la segunda es endotérmica.

Un problema del proceso es que en el segundo paso de la reacción, se forma un producto llamado biuret, que resulta de la unión de dos moléculas de urea con pérdida de una molécula de amoníaco. Este producto es indeseable por ser un tóxico. Poresta razón es necesaria su eliminación.
Según lo expuesto, el proceso completo de producción de la urea puede separarse en las siguientes etapas.
1. Obtención de CO2
2. Obtención de amoníaco
3. Formación de carbonato
4. Degradación del carbonato y reciclado.
5. Síntesis de urea
6. Deshidratación, concentración y granulación

Diagrama del proceso completo de producción de la urea

Obtención de CO2El CO2 se obtiene a partir de gas natural, mediante la reacción conocida como reforming.
Antes del reforming, deben separarse las impurezas del gas, tales como gotas de aceite, partículas de polvo, y sobre todo desulfurar el gas, ya que el azufre interfiere con la acción de los catalizadores.

Luego de purificar el gas, se procede a la obtención de CO2 mediante dos etapas de reforming catalíticocon vapor de agua. El calor necesario para la reacción, la cual es endotérmica, proviene de la combustión del gas natural y de los gases parcialmente reformados. Se deja entrar aire al reactor para obtener la relación necesaria de H2/N2para la posterior obtención del amoníaco. La reacción es la siguiente
2 CH4 + 3 H2O  CO + CO2 + 7 H2
Las dos etapas de reforming se verifican según la reacciónexpuesta, y a la salida de la segunda etapa, se obtiene un gas con las siguientes proporciones: 56% H2, 12% CO, 8% CO2, 23% N2 y menos de 0,5% CH4.
Para eliminar el CO y convertirlo en CO2, se realiza la conversión de CO haciendo que reaccione catalíticamente con vapor de agua para formar CO2 y H2 usando hierro y cobre como catalizadores.
Del gas resultante se separa el CO2 mediante una solución demono etanol amina (MEA), mediante la siguiente reacción:
MEA (CO2)  MEA + CO2
Compresión del anhídrido carbónico
El dióxido resultante es enviado a dos etapas sucesivas de compresión en las cuáles se eleva la presión a 160 atmósferas absolutas. Al dióxido se le agregan pequeñas cantidades de aire pasivante para inhibir la acción corrosiva.
Obtención de amoníaco
El otro reactivo necesario para laproducción de urea es el amoníaco. Éste se obtiene a partir del gas reformado separado del CO2. Se produce primeramente una etapa de metanación para convertir a metano las bajas proporciones que quedan de CO y CO2en circulación, dado que éstos interferirían en la acción del catalizador en la etapa final de síntesis del amoníaco
CO + 3 H2 CH4 + H2O
CO2 + 4 H2 CH4 + 2 H2O
Luego de la metanación, el gascirculante se compone de aire, metano y vapor de agua, los cuales reaccionan con catalizador de hierro para formar amoníaco en estado gaseoso según:
7 CH4 + 10 H2O + 8 N2 + 2 O2 16 NH3 + 7 CO2
El amoníaco gaseoso se condensa por enfriamiento y se separa del gas para almacenarlo a presión de unas 13 atmósferas. El amoníaco gaseoso remanente es recirculado al loop de síntesis.

Formación del...