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AMONIACO
PRODUCCION DEL AMONIACO A PARTIR DE GAS NATURAL
El reformado de hidrocarburos con vapor de agua es el proceso mediante el cual el 
metano u otros hidrocarburos se convierten a hidrógeno y monóxido de carbono por 
reacción con vapor de agua sobre la superficie de un catalizador.
El reformado de hidrocarburos con vapor de agua para la obtención de gases (H2, CO, 
CO2, CH4), representado en el esquema 1.6.1, se puede describir formalmente por las 
ecuaciones siguientes:
CnHm + n H2O → n CO + (n + 1/2 m) H2 ΔH > 0 (1.6.1)
CO + 3 H2 ↔ CH4 + H2O ΔH = -206 kJ/mol (1.6.2)
CO + H2O ↔ CO2 + H2 ΔH = - 41.2 kJ/mol (1.6.3)
La reacción de reformado (ecuación 1.6.1) es un proceso fuertemente endotérmico. 
Excepto para el caso del metano, la reacción (1) es irreversible, y la distribución de 
productos viene dada por los equilibrios termodinámicos de las ecuaciones (1.6.2) y 
(1.6.3) que corresponden, respectivamente, a la reacción de metanación y a la 
transformación de CO en presencia de agua, conocida esta última como reacción de 
Water Gas Shift (WGS). En la práctica, la composición en el equilibrio se puede 
modificar por la aparición de reacciones paralelas o consecutivas. Este es el caso de 
la demetilación en hidrocarburos aromáticos, o más generalmente, la formación de 
carbón.
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INGENIERIA DE PROCESOS PETROQUIMICOS Docente: Ing. Felipe Estuardo Yarasca 
Con gas natural como materia prima, las Plantas dependen de vapor reformado 
para producir hidrógeno. El nitrógeno se obtiene del aire en un reformador 
secundario. El CO reacciona con el vapor para producir H2 y CO2; éste se 
extrae y el gas resultante se comprime: El CO y el CO2 residuales se eliminan 
por metanación; el gas se comprime y se alimenta a la unidad de síntesis de 
NH3. 
En su conjunto las Plantas constan de seis unidades interconectadas como se 
indica en el diagrama: el reformado con vapor, con sus dos reformadores 
(primario y secundario), el enfriamiento y conversión del gas reformado, la 
descarbonatación con carbonato potásico y/o Monoetanolamina (MEA), la
metanizacion y finalmente el bucle de síntesis.
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 Hay tres secciones fundamentales en el proceso de fabricación:
Reformado --------------- Reformado con vapor
Conversión-depuración ------ Conversión de CO a H2 y CO2
Bucle de síntesis -------------- Compresión y reacción a alta presión 
temperatura.
En el proceso de reformado con vapor, la conversión teórica basada en una 
alimentación de metano es:
0.88 CH4 + 1.26 Aire + 1.24 H2O ----------- 0.88 CO2 + N2 + 3 H2
N2 + 3 H2 --------- 2 NH3
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Los catalizadores usados en los procesos son sensibles al azufre y a los 
compuestos azufrados. El gas es precalentado hasta 350 – 400 °C y entonces 
es tratado en un vessel de desulfurización, donde los compuestos azufrados 
son hidrogenados a H2S usando un catalizador de Co-Mo, luego son 
adsorbidos en pellets de ZnO.
 
El gas es mezclado con vapor, y la mezcla gas/vapor es calentado hasta 500 –
600° C.
El reformador primario consiste de varios tubos de cromo-niquel llenos con el 
catalizador de niquel. El gas de proceso se alimenta hacia abajo sobre el 
catalizador y se extrae por el fondo de los tubos. La reaccion es altamente 
endotermica.
La composición del gas de salida del reformador primario esta dada por las 
siguientes reacciones de equilibrio:
CH4 + H2O -------- CO + 3H2
CO + H2O -------- CO2 + H2
El calor para el proceso de reformado primario es proporcionado por la 
combustión de gas natural u otro combustible gaseoso.
El flue-gas sale a 100 – 200° C. Esas emisiones son principalmente CO2, NOx, 
con pequeñas cantidades de SO2 y CO.
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En la fabricación de amoniaco es necesario introducir nitrógeno en el proceso. 
Esto se logra, mezclando aire con el gas de reformación primario, en un 
recipiente forrado con refractario que contiene catalizador reformador adicional 
(Ni).
La temperatura a la salida del reformador esta alrededor de los 1000° C.
El gas del proceso es enfriado a 350 – 400° C en un BFW.
Los gases calientes proporcionan suficiente calor para generar la gran cantidad 
de vapor necesaria para el proceso y para la operación de los compresores.
 
La conversión del CO en CO2 e H2 usando vapor es un proceso esencial:
CO + H2O ---------- CO2 + H2
La reacción es exotermica.
La etapa de desplazamiento conversión se lleva a cabo en dos etapas, una a 
alta temperatura (HTS) y la otra a temperaturas bajas (LTS).
La conversión HTS (High Temperature Shift), se verifica sobre un catalizador 
de oxido de Fe/Oxido de Cr a temperaturas de 400° C, donde el CO contenido 
es reducido hasta aproximadamente un 3%. 
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El gas desde el HTS es enfriado y pasado a través del convertidor LTS ( Low 
Temperature Shift).
 Este convertidor LTS esta lleno con catalizador de oxido de Cu/Oxido de Zn y 
opera a 200° C.
El CO residual esta alrededor del 0,2 -0,4%.
El gas es enfriado y el vapor en exceso es condensado antes de ingresar al 
sistema de remoción del CO2.
El CO2 es removido por absorción química o por absorción física.
Los solventes usados en la absorción química son: Monoetanolamina (MEA), 
Metil Dietanolamina Activada (aMDEA) o solución de carbonato de potasio 
caliente.
Para la absorción física se emplea: Glicol Dimetileter (Selexol), carbonato de 
propileno y otros.
Otro proceso emergente en este ámbito es la adsorción con modulación de
presión (PSA), que permite combinar en una sola etapa el proceso clásico de
eliminación de CO2 y la metanización (siguiente etapa del proceso). Este
método resulta adecuado cuando la pureza del CO2 es poco relevante. Sin
embargo, cuando se desee obtener CO2 puro como producto, se puede optar
por una depuración clásica con disolvente del efluente gaseoso de baja presión
del PSA para recuperar el CO2.
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Las pequeñas cantidades remanentes de CO y CO2 por conversión a CH4 en el 
metanador.
CO + 3H2 ------------ CH4 + H2O
CO2 + 4H2 -----------CH4 + 2H2O
La reacción ocurre cerca de los 300° C en un reactor lleno de catalizador de 
oxido de Ni/Oxido de Al.
El metano es un gas inerte en la reacción de sintesis, pero el agua debe ser 
removida antes de ingresar al convertidor. 
A pesar de que el metano no participa en la reacción de síntesis, el agua que 
se forma se debe eliminar antes de que llegue al convertidor. Para ello, se 
realiza un proceso de refrigeración, seguido de una etapa de condensación, 
que se aplica después del metanizador y, por último, una etapa de 
condensación/absorción delamoniaco producto, que se lleva a cabo en el 
circuito o en una unidad de secado del gas de reposición.
Se utilizan compresores centrífugos para presurizar el gas de síntesis hasta 
conseguir el nivel necesario (100 – 250 bar, 350 – 550 °C) para la síntesis del 
amoniaco. En algunos casos, se emplean tamices moleculares después de la 
etapa de compresión inicial para eliminar las últimas trazas de H2O, CO y CO2 
del gas de síntesis. Los compresores suelen funcionar con turbinas de vapor 
que aprovechan el vapor obtenido del exceso de calor de proceso. Durante la 
etapa de compresión, una pequeña cantidad de condensado, que todavía 
contiene amoniaco, se elimina del gas de síntesis. Además, los aceites 
lubricantes del equipo mecánico, que se suelen eliminar en los separadores de 
aceite/agua, también los pueden contaminar.
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La síntesis de amoniaco tiene lugar sobre un catalizador de Fe y presiones de 
100 – 200 bar y temperaturas en el rango 350 – 550° C.
N2 + 3H2 -------------- 2NH3
Solamente entre un 20 % y un 30 % del gas de síntesis se convierte en
amoniaco en un solo paso, puesto que las condiciones de equilibrio son poco
favorables. El gas sin reaccionar se recicla después de eliminar el amoniaco
que se haya formado. A continuación, se añade gas de síntesis nuevo al
circuito.
A medida que avanza la reacción de síntesis exotérmica, el volumen se reduce
y, por lo tanto, aumenta la presión y disminuye la temperatura, factores que
favorecen la reacción. La temperatura del catalizador se debe controlar, ya que
el calor de la reacción con el equilibrio y velocidad de reacción necesaria
producen un aumento de la temperatura. Para controlar ésta, se puede recurrir
a una técnica que consiste en subdividir el catalizador en distintas capas. Entre
estas, los gases se enfrían directamente, añadiendo gas de síntesis refrigerado, 
o indirectamente, generando vapor. Existen distintos diseños de convertidor que 
permiten aplicar esta técnica.
Para condensar el amoniaco en el circuito, la refrigeración con agua o aire no 
permite alcanzar una concentración suficientemente reducida de amoniaco en 
la entrada. Por este motivo, el NH3 se vaporiza para enfriar el gas. Los vapores 
de amoniaco se licuan mediante un compresor de refrigeración. Las distintas 
configuraciones de síntesis pueden variar según el punto donde se añada el 
gas de repuesto o donde se extraiga el amoniaco licuado y el gas de purga.
Las últimas investigaciones en este campo apuntan al uso de catalizadores más 
activos, como el hierro dopado con cobalto y el rutenio. Estos catalizadores 
permiten mantener una presión de síntesis más baja y reducir el consumo 
energético.
El reformado convencional con metanización como etapa final de purificación 
produce un gas de síntesis que contiene gases sin reaccionar y elementos 
inertes (metano y argón). Para evitar la acumulación de estos elementos 
inertes, se debe aplicar un flujo continuo de gas de purga. Éste contiene, 
básicamente, amoniaco, nitrógeno, hidrógeno, elementos inertes y gases sin 
reaccionar. El caudal de este flujo de gas de purga permite controlar el nivel de 
elementos inertes en el circuito y mantenerlos dentro de un nivel aproximado 
del 10 % al 15 %.
Los gases inertes no disuelven en el amoniaco condensado. La mayor parte de 
estos inertes es removido en la corriente de purga desde el loop.
Un balance de masas en el bucle de síntesis en régimen estacionario 
determina el caudal de gas que debe purgarse para que la concentración de 
inertes en el reciclo se mantenga constante. Para centrar ideas, considérese 
que se desea mantener una concentración máxima en el circuito del 13 %v de 
inertes con un gas procedente de la metanización que contiene el 0,8 %v; la 
purga deberá ser mayor que el 6,1 % del gas de alimentación, lo que supone 
una pérdida importante. La recuperación de los componentes más valiosos 
presentes en la purga es obligada, por lo menos de una gran parte del 
hidrógeno y, en muchas ocasiones, también la del metano y la del argón. 
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El amoniaco es la materia prima para la fabricación del ácido nítrico, del nitrato 
amónico y otros nitratos inorgánicos, así como de la urea, todos ellos de empleo 
masivo como fertilizantes. 
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