Industrias Químicas

Proceso Haber-Bosch para la síntesis del amoniaco

El proceso Haber – Bosch es un método que permite la síntesis industrial de amoniaco a gran escala, utilizando como reactivos nitrógenohidrógeno en presencia de un catalizador heterogéneo a base de Hierro. Históricamente el mayor problema en relación a la síntesis del amoniaco es la dificultad en romper el triple enlace que mantiene unidos los dos átomos de nitrógeno para formar la molécula N2. Las temperaturas elevadas que serían necesarias para hacer posible tal división, no favorecen termodinámicamente a la reacción de síntesis. El descubrimiento y el posterior perfeccionamiento del sistema catalítico utilizado por Fritz Haber y Carl Bosch ha permitido poder utilizar las temperaturas de ejercicio muy inferiores.

El amoniaco, además de ser una materia prima importante, tiene muchas aplicaciones también en la síntesis de otros productos, como por ejemplo el ácido nítrico y fertilizantes. Otros compuestos importantes que se pueden obtener a partir de amoniaco son: sales de amonio, aminas, amidas, hidracinas, cianuros.

Originalmente el proceso fue patentado por Fritz Haber. En el 1910 Carl Bosch, que en ese periodo trabajaba para BASF, distribuyo comercialmente de manera exitosa el proceso y se aseguró las patentes posteriores. El proceso Haber-Bosch fue utilizado por primera vez a nivel industrial en Alemania, durante la primera guerra mundial: el nitrato de sodio era necesario para construir municiones bélicas; el amoniaco producido se hacía oxidar para la producción de ácido nítrico y más tarde el ácido producido era utilizado para fabricar diferentes nitrocompuestos explosivos usados en las municiones.

La reacción Nitrógeno e hidrogeno reaccionan en proporción 1:3, a una temperatura de 350-550 oC y a 140 – 320 atm de presión utilizando Fe3O4 como catalizador. La reacción consiste en un equilibrio químico en fase gaseosa descrito en la siguiente ecuación

N2 (g) + 3H2(g) -> 2NH3 (g)

La reacción es exotérmica y produce 92,4 kJ/mol (46kJ/mol por cada molecula deNH3) . Las altas presiones utilizadas y la substracción del amoniaco producido del reactor mueve el equilibrio a la derecha.

Equilibrio de la reaccion reversible:

 

 

 

Catálisis

Apenas introducidos en el reactor de síntesis, Fe3O4 se reduce de esta forma:

Fe3O4(g) + 4H2(g) -> 3Fe(s) + 4H2O (g)

Que produce cristales de hierro que asume una estructura porosa. Con el desgaste y la acción de las altas temperaturas