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FERTILIZANTES
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*Un Fertilizante es una sustancia o mezcla qumica natural o
sinttica utilizada para enriquecer el suelo y favorecer el
crecimiento vegetal. Las plantas no necesitan compuestos complejos,
del tipo de las vitaminas o los aminocidos, esenciales en la
nutricin humana, pues sintetizan todos los que precisan. Slo exigen
una docena de elementos qumicos, que deben presentarse en una forma
que la planta pueda absorber.
Dentro de esta limitacin, el nitrgeno, por ejemplo, puede
administrarse con igual eficacia en forma de urea, nitratos,
compuestos de amonio o amoniaco puro.
Definicin de fertilizante
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*Fertilizantes orgnicos:Se trata de los estircoles, composta,
basuras fermentadas, turba, guano, humus de lombriz, etc. Su accin
es lenta, pues proporcionan Nitrgeno a medida que las bacterias los
descomponen. Los fertilizantes o abonos de origen orgnico
(estircol, turba, composta, etc.) son lentos porque antes los
nutrientes, se tienen que ir liberando a medida que los
microorganismos los descomponen para ponerlos a disposicin de las
races. Como mejor actan los microorganismos es en suelos calientes,
PH neutro o alcalino, con humedad y muy aireados. Ah la
descomposicin es ms veloz.
Tipos de fertilizantes
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*cidos hmicos:Loscidos Hmicosson molculas complejas orgnicas
formadas por la descomposicin demateria orgnica. Estos influyen
directamente en la fertilidad del suelo, a la vez que contribuyen
significativamente a su estabilidad, incidiendo en la absorcin de
nutrientes y como consecuencia directa, en un crecimiento
excepcional de la planta.pueden encontrarse de forma ms o menos
elevada en todos los suelos, como consecuencia directa de la
descomposicin de los vegetales.
Tipos de fertilizantes
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*Fertilizantes minerales:Son fertilizantes qumicos generalmente
son de accin rpida y estimulan el crecimiento y vigor de las
plantas cuando se aplican. Estos fertilizantes se agrupan en
diversos tipos segn las sustancias que proporcionan: - Nitrogenados
- Fosfricos - Potsicos - Complejos - Binarios - Etc.Tipos de
fertilizantes
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*Fertilizantes de lenta liberacin:Estn diseados para que el
Nitrgeno se vaya liberando poco a poco, de forma continua. Los
fertilizantes de lenta liberacin se comercializan como abonos
granulados, barras y pastillas. Se trata de abonos que, como su
nombre indica, sueltan los elementos fertilizantes que contienen
(Nitrgeno, Fsforo, Potasio, Magnesio) poco a poco, a lo largo de al
menos 3 meses.
Tipos de fertilizantes
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*Fertilizantes lquidos:Se mezclan con el agua de riego. Para
macetas son muy apropiados los fertilizantes lquidos. Un poco cada
15 das durante los meses de mayor actividad de las plantas
(primavera y verano). Cuando se requieran efectos rpidos, utiliza
fertilizantes qumicos disueltos en el agua de riego. Los
fertilizantes lquidos son muy apropiados para las plantas en
macetas.
Tipos de fertilizantes
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*Aminocidos y Extractos de algasCuando una planta ha sufrido por
sequa, por plagas, por un trasplante, por un tratamiento con
pesticidas mal realizado, por ejemplo, herbicida, o por cualquier
otro trastorno, puedes aplicar unos productos llamados aminocidos;
esto le ayudar a superar el trauma.Su mayor inters, ms que como
alimento, est en su capacidad para vigorizar y estimular las
plantas a que superen situaciones adversas como sequas, daos por
heladas, trasplantes, transportes, plagas, enfermedades, etc. Los
tratamientos con aminocidos o con extractos de algas permiten al
cultivo recuperarse ms rpido si est debilitado por haber sufrido
alguna de esas circunstancias. Tipos de fertilizantes
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*Todos los proyectos de produccin de fertilizantes requieren la
fabricacin de compuestos que proporcionan los nutrientes para las
plantas: nitrgeno, fsforo y potasio, sea individualmente
(fertilizantes "simples"), o en combinacin (fertilizantes
"mixtos").
El amoniaco constituye la base para la produccin de los
fertilizantes nitrogenados, y la gran mayora de las fbricas
contienen instalaciones que lo proporcionan, sin considerar la
naturaleza del producto final. As mismo, muchas plantas tambin
producen cido ntrico en el sitio.
La materia prima preferida para producir amoniaco es el petrleo
y el gas natural; sin embargo, tambin se utiliza carbn, nafta y
aceite combustible.
Produccin de fertilizantes
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Produccin de fertilizantes Los fertilizantes nitrogenados ms
comunes son: amoniaco anhidro, urea (producida con amoniaco y
dixido de carbono), nitrato de amonio (producido con amoniaco y
cido ntrico), sulfato de amonio (fabricado en base a amoniaco y
cido sulfrico), nitrato de calcio y amonio, o nitrato de amonio y
caliza el resultado de agregar caliza al nitrato de amonio.
Los fertilizantes de fosfato incluyen los siguientes: piedra de
fosfato molida, escoria bsica (un subproducto de la fabricacin de
hierro y acero), superfosfato (que se produce al tratar la piedra
de fosfato molida con cido sulfrico), triple superfosfato
(producido al tratar la piedra de fosfato con cido fosfrico), y
fosfato mono y diamnico. Las materias primas bsicas son: piedra de
fosfato, cido sulfrico (que se produce, usualmente, en el sitio con
azufre elemental), y agua.*
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Produccin de fertilizantesTodos los fertilizantes de potasio se
fabrican con salmueras o depsitos subterrneos de potasa. Las
formulaciones principales son cloruro de potasio, sulfato de
potasio y nitrato de potasio.
Se pueden producir fertilizantes mixtos, mezclndolos en seco,
granulando varios fertilizantes intermedios mezclados en solucin, o
tratando la piedra de fosfato con cido ntrico (nitrofosfatos).
Tambin es posible hacer fertilizante de forma natural. *
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El AmoniacoElamoniaco anhidro, es elamonaco puro, sinagua,
presentado en estado lquido a temperatura ambiente y se le aade el
trminoanhidropara distinguirlo de otros productos a los que se les
denomina impropiamenteamoniacoya que a las soluciones amoniacales,
soluciones de amoniaco en agua, se les llama, comnmente, amoniaco
en vez de agua amoniacal o hidrxido amnico. Al sulfato amnico, sal
amoniacal slida y cristalina, se le llama, tambin, en medios
agrcolasamoniaco, posiblemente porque fue el primerabonoamoniacal
que se emple masivamente.
El amonaco ha sido usado en laagriculturadesde principios del
siglo XX. En 2004, el 83% del amonaco producido industrialmente en
el mundo se usaba como base para fertilizantes agrcolas, lo que
supone un consumo de ms del 1% del total de la energa que produce
la humanidad.
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El AmoniacoSntesis en el laboratorio:
El amoniaco se obtiene fundamentalmente mediante la
descomposicin trmica de sales amnicas:
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El AmoniacoSntesis industrial:La fijacin natural de nitrgeno (se
entiende la combinacin de nitrgeno molecular
odinitrgenoconoxgenoohidrgenopara darxidosoamonio a la biosfera) se
realiza a travs de la refinada especialidad de ciertas enzimas que
se encuentran en las bacterias que viven en las races de las
plantas o a travs de la fuerza bruta de las tormentas
elctricas.Casi el 13% de toda la fijacin de nitrgeno sobre la
Tierra, se realiza industrialmente mediante el proceso Haber-Bosh
para la formacin de amoniaco a partir de sus elementos:
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El AmoniacoEs una reaccin exotrmica por lo que un excesivo
aumento de temperatura no favorece la formacin de amoniaco.
La dificultad esencial en la reaccin de sntesis del amoniaco es
que bajo la mayor parte de las condiciones la reaccin no es
completa.
Es una reaccin reversible y proporciona una excelente
oportunidad para aplicar los principios del equilibrio, y de ver
los arreglos necesarios para que el proceso industrial sea
econmicamente rentable.
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El AmoniacoDe la revisin de la ecuacin:
podemos observar tres maneras de maximizar el rendimiento de la
produccin de amoniaco:Disminuir la concentracin de NH3. Ya que el
amoniaco es el producto, de inters el cual se va extrayendo,
conforme se va formando y har que el sistema produzca ms, en un
intento continuo de mantener el equilibrio.Disminuir el volumen
(aumento de la presin). Ya que 4 moles de gas reaccionan para
producir 2 moles de gas, disminuir el volumen desplazar la posicin
del equilibro hacia donde hay menor nmero de moles de gas, esto es,
hacia la formacin del amoniaco.
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El AmoniacoDisminuir la temperatura. Ya que la formacin de
amoniaco es exotrmica, la disminucin de la temperatura (eliminar
calor) desplazar la posicin de equilibrio hacia el producto,
aumentando constante calorfica Kc. Por tanto, las condiciones
ideales para maximizar la produccin de amoniaco son: Extraccin
contina de 3 NH conforme se forma, alta presin y baja
temperatura.
Desafortunadamente, surge un problema que enmarca claramente las
diferencias entre los principios del equilibrio y de la cintica.
Aunque el rendimiento se favorece a baja temperatura (reaccin
exotrmica), la velocidad de formacin no (reaccin muy lenta, puesto
que tiene una elevada energa de activacin, consecuencia de la
estabilidad del N2). De hecho, el amoniaco se forma tan lentamente
a baja temperatura que el proceso no es econmicamente viable*
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El AmoniacoEn la prctica se logra un arreglo que optimiza en
rendimiento y la velocidad. Se usan la alta presin y la remocin
continua para aumentar el rendimiento, pero para aumentar la
velocidad se aumenta la temperatura hasta un nivel moderado y se
emplea un catalizador. Para lograr la misma velocidad sin
catalizador, se requiere de mayores temperaturas y resulta en un
rendimiento mucho ms bajo.Para alargar la vida del equipo, las
plantas modernas de amoniaco operan a presiones de 200-300 atm y a
temperaturas de 400 - 540 C. Los catalizadores que se emplean en la
actualidad son esencialmente consisten en xidos de Fe con pequeas
cantidades de otros xidos metlicos no reducibles.
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El AmoniacoLos catalizadores se preparan fundiendo una mezcla de
magnetita y de los promotores (xidos metlicos) a temperaturas del
orden de 1600-2000 C. El fundido se enfra rpidamente, se pulveriza
y se convierte en pequeas partculas, generalmente de tamao
comprendido entre 6-10 mm.
La reduccin de la magnetita es un proceso crucial para la
formacin del catalizador, Fe elemental:
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El Amoniaco: Proceso de Haber - BoschBrevemente el proceso
consiste en lo siguiente:
La relacin estequiomtrica de los gases de reaccin comprimidos (
N2 : H2 = 1 : 3 en volumen), se inyecta en una caldera, cmara de
reaccin presurizada, donde fluye sobre una capa del catalizador.
Algo del calor que se necesita proviene del cambio de entalpa de la
reaccin.
La mezcla en equilibrio que se alcanza, contiene el 35% de
amoniaco en volumen, se enfra con un enfriador de serpentn hasta
que el NH3 se condensa (Pe = -33.4 C) y se extrae.
Puesto que los puntos de ebullicin de N2 y H2 son mucho ms
bajos, permanecen gaseosos y son reciclados por bombas de regreso
dentro de la cmara de reaccin para que el proceso contine.
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El Amoniaco: Proceso de Haber - Bosch
Un aspecto crtico de este proceso es disponer de una fuente de
H2 (g). Esto se logra principalmente a partir del gas natural.
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*Cadena industrial de fertilizantes.DIAGRAM A DE PROCESOS
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* El 77% de la produccin mundial de amoniaco emplea Gas natural
como materia prima. El 85% de la produccin mundial de amoniaco
emplea procesos de reformado con vapor.
Fuentes del amoniaco
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*Diagrama de obtencin del amoniaco por el mtodo del reformado
con vapor
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*Desulfuracin. El gas natural pasa primero a travs de un lecho
absorbente, para remover las ltimas trazas de azufre que actan
reduciendo la vida del catalizador.
Reformado. Una vez adecuado el gas natural se le somete a un
reformado cataltico con vapor de agua (craqueo- rupturas de las
molculas de CH4). El gas natural se mezcla con vapor en la
proporcin (1/3.3)-(gas vapor) y se conduce al proceso de reformado,
el cual se lleva a cabo en dos etapas.
Descripcin del proceso
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*Reformador primario. El gas junto con el vapor se hace pasar
por el interior de los tubos del equipo donde tiene lugar las
reacciones siguientes:
La reaccin global es fuertemente endotrmica, y para conseguir un
alto porcentaje de reformado hay que operar a temperaturas
superiores a 700C. A fin de alcanzar estas temperaturas, la reaccin
se verifica en un horno donde se quema combustible, circulando los
reaccionantes dentro de unos tubos rellenos de catalizador (xido de
Nquel (NiO)), as se favorece la formacin de H2.Reformador
secundario. El gas de salida del reformador anterior se mezcla con
una corriente de aire en este 2 equipo, de esta manera aportamos el
N2 necesario para el gas de sntesis estequiomtrico N2 + 3H2. Adems,
tiene lugar la combustin del metano alcanzndose temperaturas
superiores a 1000C.
Ttulo
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*
En resumen, despus de estas etapas la composicin del gas
resultante es aprox. N2(12,7%), H2(31,5%), CO (6,5%), CO2(8,5%),
CH4(0,2%), H2O (40,5%), Ar (0,1%). Entonces la conversin es 99% de
hidrocarburo.Purificacin. Los gases procedentes del reformado
secundario, contienen cantidades importantes de monxido de carbono
que hay que convertir en hidrgeno por medio de vapor agua, debido a
que el CO representa una prdida potencial de materia prima en la
obtencin de hidrgeno para la sntesis del amoniaco, siendo por otro
lado un veneno para el catalizador. Dentro de la fabricacin del
amoniaco, la purificacin del gas de sntesis representa el 1% del
consumo energtico total.
Ttulo
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*Etapa de conversin. Tras enfriar la mezcla se conduce a un
convertidor donde se produce la reaccin. Reaccin exotrmica en donde
no influye la presin. Esta reaccin requiere de un catalizador que
no se desactive con el CO. En la prctica industrial, la conversin
del monxido de carbono se efecta en dos etapas.Aproximadamente a
400C con Fe3O4.Cr2O3 como catalizador. En esta primera etapa, se
desprende una considerable cantidad de calor que eleva la
temperatura de los gases impidiendo una conversin elevada (75% de
la conversin). Por ello, los gases convertidos se llevan a una
caldera de recuperacin de calor donde se enfran y pasan a una
segunda etapa.Aproximadamente a 225C con un catalizador ms activo y
ms resistente al envenenamiento: Cu-ZnO, prcticamente la conversin
completa.
Ttulo
-
*
Proceso sobre lecho cataltico de Ni (300C).Sntesis de amoniaco.
A continuacin el gas se comprime a la presin de 200 atm.
Aproximadamente (compresor centrfugo con turbina de vapor) y se
lleva al reactor donde tiene lugar la produccin del amonaco, sobre
un lecho cataltico.
En un solo paso por el reactor la reaccin es muy incompleta con
un rendimiento del 14-15%. Por tanto, el gas de sntesis que no ha
reaccionado se recircula al reactor pasando antes por dos
operaciones:
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Extraccin del amonaco mediante una condensacin.Eliminacin de
inertes mediante una purga, la acumulacin de inertes es mala para
el proceso. El gas de purga se conduce a la unidad de
recuperacin.Ar para comercializarse.CH4 se utiliza como fuente de
energa.N2 y H2 se introducen de nuevo en el bucle de sntesis. En el
proceso anterior hay tres variables que optimizar para obtener un
rendimiento idneo y son: presin, temperatura y actividad del
catalizador. Estas influyen en la cintica y en el equilibrio de la
reaccin.
*
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compresin y sntesis del amoniaco El amonaco se almacena en un
tanque criognico a -33C, el amonaco que se evapora (necesario para
mantener la temperatura) se vuelve a introducir en el tanque.
*
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Proceso de obtencin de urea.*
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Descripcin del procesoFormacin del carbamato. La reaccin de
sntesis de Urea se lleva a cabo a altas presiones (200 bar) y el
nivel trmico ptimo (190C) en un reactor construido en acero
inoxidable especial. Antes de ingresar al reactor, el CO2 es
comprimido hasta 200 atm, mediante un compresor elctrico y el
amonaco hasta 145 atm. El NH3 y el CO2 reaccionan rpida y
exotrmicamente, en una primera etapa, para formar el carbamato, que
luego se deshidrata a urea + agua. Esta reaccin logra cerca del
100% en condiciones normales. El carbamato de amonio se forma segn
la siguiente reaccin exotrmica.
*
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No todo el Carbamato de Amonio se descompone en Urea y Agua. La
fraccin que se descompone para formar Urea en relacin a la cantidad
total que ingresa al reactor se denomina conversin. La conversin de
Carbamato en Urea en el reactor est en el orden de 70%. El resto
debe reciclarse permanentemente y en forma continua al reactor para
lograr una conversin total. Se logra, bajando la presin y
temperatura, se desplaza el equilibrio hacia los reactivos. Luego
la mezcla gaseosa se vuelve a comprimir causando su recombinacin.
Si hay amonaco en exceso, este se separa en forma gaseosa de la
solucin de carbamato. Para disminuir los costos totales de la
recompresin, esta se realiza en etapas.Sntesis de urea.El carbamato
se deshidrata a urea mediante la reaccin:
*
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La produccin de la Urea se realiza en un reactor vertical, que
opera a 188 190 C y 160 Kgf/cm2 absoluta, una relacin N/C de 3,6
3,8, un tiempo de residencia de alrededor de 45 minutos y un grado
de conversin (en un paso) del 65 70 %. Esta operacin combina la
formacin de carbamato (exot., rpida) en su parte inferior, por la
alimentacin de CO2 y NH3 en exceso y la descomposicin del carbamato
en urea (mucho mas lenta y endotrmica).Deshidratacin, concentracin
y granulacin.Concentracin. La corriente de Urea y agua obtenida en
las etapas de Descomposicin, la cual contiene aproximadamente 70%
de Urea, es concentrada al 80% en un concentrador de vaco mediante
la aplicacin de calor externo utilizando vapor de agua. Esta
corriente se denomina Urea de Sntesis, y es bombeada hacia la
unidad de Evaporacin.
*
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Evaporacin. La corriente proveniente del Concentrador se sigue
concentrado en dos etapas de Evaporacin, la primera de ellas (se
concentra hasta 95 %) operando a 0.3 Kg/cm2 absolutos y la segunda
(se concentra hasta 99.8 %) a muy alto vaco, para lograr la
evaporacin del agua sin descomponer trmicamente la Urea. Un equipo
clave de esta etapa es un eyector de importantes dimensiones que
permite lograr los niveles de vaco requeridos. Se obtiene de este
modo una corriente de Urea fundida a 132 C con muy bajo contenido
de agua, del orden de 0.5%. Esta corriente es enviada a la Torre de
Prilling para la formacin de perlas de Urea.Granulacin. Luego se
pasa al perlado de Urea (formacin de pequeas perlas del orden de 2
4 mm de dimetro) se realiza en la Torre de Perlado (Torre de
Prilling). Se obtiene de este modo el producto final, a unos 40 50
C de temperatura, el cual es transportado mediante elevadores y
cintas a los silos de almacenaje.
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La Urea fundida es bombeada a la parte superior de la torre de
80 metros de altura y 16 metros de dimetro. Mediante un canasto
giratorio con unas 6000 pequeas perforaciones se logra obtener una
lluvia de Urea fundida, cuyas gotas se van solidificando primero y
enfriando luego durante su cada libre, a la vez que se hace
circular aire en sentido contrario mediante grandes ventiladores
ubicados en la parte superior de la torre.*
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Ventajas del ProcesoReformado Primario:Dado que el volumen de
los gases formados es muy superior al de partida, el equilibrio de
las reacciones anteriores se desplaza hacia la derecha cuando se
opera a bajas presiones. Pero es preferible, desde el punto de
vista energtico, operar a medias o altas presiones debido a que:1.
El gas de sntesis (gas natural) hay que comprimirlo a altas
presiones y es ms econmico energticamente comprimir los gases antes
del reformado, ahorrando adems la etapa de compresin entre el
reformado secundario y la conversin del monxido de carbono.2. En la
etapa de conversin del CO, aunque la reaccin es independiente de la
presin, sta influye del catalizador. Por otra parte, si se comprime
despus del reformado, es necesario enfriar los gases, habiendo la
posibilidad de condensacin de vapor de agua, vapor que es necesario
en la siguiente etapa.
*
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Ventajas del ProcesoReformado Secundario:A fin de obtener el
mximo rendimiento energtico, se requiere que la mayor parte de la
reaccin se lleve a cabo en la zona de combustin, ya que al ser
exotrmica se reduce el combustible aportado. Para que esto ocurra
es necesario precalentar el aire a una temperatura del orden de
600C.
Etapa de Conversin:Como en esta etapa se requiere de un
catalizador que no se desactive con el CO. Este tipo de catlisis,
ofrece las siguientes ventajas: Ser exotrmica y estar favorecida
por las bajas temperaturas. Disminucin de la cantidad de vapor
necesario, con el consiguiente ahorro energtico. Reduccin del costo
de los equipos, debido a que por su elevado rendimiento, el tamao
de estos, es menor.
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Ventajas del ProcesoSntesis de Amoniaco:Hay tres variables que
optimizar para obtener un rendimiento idneo y son: presin,
temperatura y actividad del catalizador. Estas influyen en la
cintica y en el equilibrio de la reaccin.
Factores que influyen en el Consumo Energtico:
Una presin elevada da ms conversin, ms capacidad y concentracin
de amoniaco, pudiendo condensarse una cantidad elevada del mismo,
con un simple enfriamiento de gases, sin necesidad de equipo
refrigerante. Posibilitando igualmente una mayor recuperacin de
calor. Pero en contra est el mayor consumo de energa y las mayores
dificultades constructivas.
*
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Ventajas del ProcesoLa presencia de inertes en la alimentacin
hace disminuir la presin parcial de los gases, traducindose en un
desplazamiento del equilibrio que perjudica la formacin de
amoniaco. Para contrarrestar la presencia de inertes, se aumenta la
potencia del compresor, con el consiguiente aumento del consumo
energtico.
Porcentaje de Energa Consumida por Operacin
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*Economa del ProcesoExisten numerosos mtodos en la sntesis
actual del amoniaco, pero todos ellos derivan del proceso
Haber-Bosch original. Las modificaciones ms importantes estn
relacionadas con la fuente del gas de sntesis, la diferencia en los
procesos de preparacin del gas de sntesis y las condiciones de
obtencin del amoniaco. Estas modificaciones generan ahorros
significativos.
Existen dos procesos para la obtencin del gas de sntesis:
Reformado por vapor y Oxidacin parcial. El primero es menos enrgico
y no necesita una planta fraccionadora de aire. Adems la materia
prima empleada es gas natural, naftas ligeras o pesadas, que
contengan hasta 1.000 p.p.m. de azufre. El cual se obtiene de los
procesos de refinacin. Es por este motivo que el 77% de la
produccin mundial de amoniaco Gas natural como materia prima, y el
85% de la produccin mundial de amoniaco se lleva a cabo mediante el
proceso por reformado con vapor.
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*Tabla 1. Relacin comparativa de diferentes materias primas y
procesos en los que son empleadas.
PROCESOREFORMADO POR VAPOROXIDACION PARCIALMATERIA PRIMAGAS
NATURALFUEL OIL PESADOCARBONCONSUMO DE ENERGIA11,31,7COSTO POR
INVERSION11,42,4COSTO DE PRODUCCION11,21,7
*33*
