Sistemas AmericanosNo fluxograma da Figura 18.4 está ilustrado o sistema para a síntese do amoníaco

desenvolvida pela Nitrogen Engineering Coorporation. As etapas estão ilustradas na Tabela 18.4.Todas as sínteses do amoníaco estão baseadas na reação:

12

N2 (g) + 32

H2 (g) → NH3 (g)

∆H18°C = -11,0 kcal, ∆H659°C = -13,3 kcalEsta reação é muito exotérmica e, por isso, o projeto do conversor (Figura 18.5) deve ser de

maneira a controlar a temperatura no ponto desejado para a conversão que foi considerada econômica nas condições particulares escolhidas pelos engenheiros químicos, conforme Figura 18.3.

Figura 18.3. Porcentagem de amoníaco em equilíbrio, a partir de uma mistura inicial a 3:1 em H2 e N2, em diversas temperaturas e pressões

Tabela 18.3. Sistemas de produção e amoníaco sintético ordenados em ordem crescente de pressão de conversão

Figura 18.4. Fluxograma de uma usina de amônia

Tabela 18.4. Etapas e alternativas na síntese do amoníaco (Figura 18.4)

O sistema americano, conforme o fluxograma da Figura 18.4 e as Tabelas 18.3 e 18.4, pode ser desmembrado na seguinte sequência de etapas coordenadas:

O gás da síntese do amoníaco é preparado pela reforma catalítica do hidrocarboneto gasoso (por exemplo, gás natural) no reformador primário e alta pressão, e com vapor de água superaquecido; e com ar, no reformador secundário para injetar o nitrogênio. A quantidade de ar é ajustada para garantir que a razão molar H2/N2 seja de 3 para 1 (Cq).

O CO é convertido a CO2 pela reação de deslocamento com o valor de água H2O (do reformador a vapor), catalisada pelo óxido de ferro (Cq).

O CO2 é removido pela solução quente de K2CO3 reativada (com a regeneração no refervedor dando CO2) (Cq).

O processo é seguido, conforme a Figura 18.4, pela metanação (Cq).A Figura 18.4 mostra onde o calor é economizado em diversos trocadores de calor (Op).

A mistura 3/1 de hidrogênio e nitrogênio, isenta de CO, é comprimida a 150-200 atm, ou mais, e misturada aos gases recomprimidos da recirculação. Os gases passam então para um trocador de calor secundário, refrigerador e separador, para remoção do amoníaco residual (Op).

No conversor de amônia (Figura 18.5), os gases são aquecidos, num trocador de calor em contracorrente, até a temperatura da reação e reagem em presença do catalisador, depois do que são resfriados e a maior parte do amoníaco é liquefeita (Cq).

Uma parte dos gases é purgada, para obstar o acúmulo adverso de diluentes, como o metano ou o argônio, e o restante é recomprimido para recirculação (Op).

O gás purgado é remetido para o reformador primário (Op).

Figura 18.5. Conversor de síntese de amoníaco

Usinas americanas de grande porte para produção de 600 ton/dia ou mais, com sistemas de conversão de baixa pressão

No setor da amônia ocorreu uma revolução, provocada pela aplicação dos compressores com septo vertical, do tipo centrifugo a tambor, para operar o gás de síntese a pressões até 4200 psi (286 atm) ou mais. Estes compressores se adaptam às Figuras 18.4 e 18.5 e as Tabelas 18.3 a 18.5. A elevação da pressão de reforma do gás de síntese para mais de 400 psig (27 atm manométricas) pode economizar até 25% do custo da compressão da usina de amoníaco. Mediante a elevação da temperatura do efluente da reforma primaria e pelo aquecimento do ar de combustão antes da injeção no reformador secundário endotérmico, parte da reforma é deslocada do reformador primário, de elevado custo, para o reformador secundário, de baixo custo. Estas modificações se referem ao compressor do gás de síntese para a síntese do amoníaco, e precedem a parte principal do sistema. Os engenheiros das usinas americanas de grande porte substituíram os compressores alternativos pelos compressores centrífugos, mais econômicos. As vantagens estão na grande redução do capital necessário a uma grande usina de amoníaco e no custo do amoníaco. Nas usinas menores, os compressores alternativos são usados para se atingir a pressão desejada.

A carência do gás natural barato provocou a busca de outras fontes de abastecimento. Em escala mundial, o gás natural responde por 65% do abastecimento, mas a nafta, os hidrocarbonetos pesados e o carvão estão se tornando fontes crescentemente atrativas. O controle das usinas de

amoníaco, efetuado por computadores, aumenta o rendimento, graças a redução das variações do processo.