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INGENIERIA INGENIERIA PETROQUIMICAPETROQUIMICA

Villa Montes - Villa Montes - TarijaTarija

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INDUSTRIALIZACION INDUSTRIALIZACION DE LA UREADE LA UREA

a partir del gas a partir del gas naturalnatural

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La Urea:¿Qué es?La Urea:¿Qué es? La palabra urea proviene del griego οὖρον,

que quiere decir orina; es un compuesto químico cristalino, incoloro, de fórmula

Se encuentra abundantemente en la orina. Es el principal producto terminal del metabolismo protídico en el hombre y en los demás mamíferos y es excretada en grandes cantidades por la orina.

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En cantidades menores, está presente en la sangre, en el hígado, en la linfa y en los fluidos serosos, y también en los excrementos de los peces y muchos otros animales inferiores.

La urea se forma principalmente en el hígado como un producto final del metabolismo. El nitrógeno de la urea, que constituye la mayor parte del nitrógeno de la orina, procede de la descomposición de las células del cuerpo pero, sobre todo, de las proteínas de los alimentos. La urea está presente también en mohos de los hongos así como en las hojas y semillas de numerosas legumbres y cereales.

Es soluble en agua y en alcohol, y ligeramente soluble en éter. Se obtiene mediante la síntesis de Wöhler, que fue diseñada en 1828 por el químico alemán Friedrich Wöhler, y fue la primera substancia orgánica obtenida artificialmente.

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Urea, también conocida como carbamida, carbonildiamida o ácido Carbamídico, es el nombre del ácido carbónico de la diamida.

PropiedadesPropiedades Peso molecularPeso molecular:: 60.06 g/mol DensidadDensidad:: 768 Kg/m3

Punto de fusiónPunto de fusión:: 132.7 ºC Calor de fusiónCalor de fusión:: 5.78 a 6 cal/gr Calor de combustión: 2531 cal/gr Humedad crítica relativa (a 30°C):Humedad crítica relativa (a 30°C): 73% Acidez equivalente a carbonato de calcioAcidez equivalente a carbonato de calcio:: 84 (Partes de

carbonato de calcio necesarias para neutralizar el efecto acidificante de 100 partes de urea)

Índice de salinidad:Índice de salinidad: 75.4 Calor de disolución en agua:Calor de disolución en agua: 57.8 cal/gr (endotérmica) Energía libre de formación a 25 ºC:Energía libre de formación a 25 ºC: 47120 cal/mol

(endotérmica). Corrosividad:Corrosividad: Altamente corrosivo al acero al carbono. Poco

al aluminio, zinc y cobre. No lo es al vidrio y aceros especiales.

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La urea es una sustancia no peligrosa, no tóxica, no cancerígena y tampoco es inflamable aunque si es levemente irritante en contacto en los ojos y piel.Es explosivo si se mezcla con agentes reductores fuertes, como hipoclorito y por termo descomposición, produce gases inflamables y tóxicos (NH3 y CO2) Principales reaccionesPrincipales reacciones

Por termo descomposición, a temperaturas cercanas a los 150 – 160 ºC, produce gases inflamables y tóxicos y otros compuestos. Por ejemplo amoníaco, dióxido de carbono, cianato de amonio (NH4OCN) y biurea HN(CONH2)2. Si se continúa calentando, se obtienen compuestos cíclicos del ácido cinabrio.Soluciones de urea neutras, se hidrolizan muy lentamente en ausencia de microorganismos, dando amoníaco y dióxido de carbono. La cinética aumenta a mayores temperaturas, con el agregado de ácidos o bases y con un incremento de la concentración de urea.

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Producción industrial de Producción industrial de ureaurea

DERIVADOS

GAS NATURAL

DIESEL

FERTILIZANTES

FIERRO Y ACERO

PLASTICOS

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nitratos de K, Na, Ca

nitritos de K, Ca

sales de amonio

AmoniacoNH3

DERIVADOS FERTILIZANTES

ureaurea

nitrofosfatos

Más del 80% del NH3 producido se usa para fabricar

fertilizantesaire comprimido (N2)

Gas natural reformado

(3H2) +

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Tabla 2. Consumo Anual en TM (*)

Mercado 2000 2010 (Miles TM/año) (Miles TM/año)Bolivia 30 50Colombia 400 500CAN 800 1.000Mercosur 2.000 3.000____________________________________________

__

(*) Salgado, 1997

MERCADO DE FERTILIZANTES

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El gas natural boliviano no debe ser comercializado como materia prima en el exterior, ni usado como energético solamente, debe hacerse todo esfuerzo para industrializarlo en el mismo país.

Producir derivados de valor agregado para establecer las bases del desarrollo socio-económico en el país y exportar excedente a otros países

JUSTIFICACION:

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PARAGUAY

BRASIL

CHILE

COLOMBIA

ECUADOR

ARGENTINA

Convertir a Bolivia en el centro productor y

distribuidor de energía eléctrica, fertilizantes NPK, exportación de la Urea , de plásticos y de acero en el continente

sudamericanoPERU

FertilizantesFierro acero

Fertilizantes

Plásticos

FertilizantesPlásticos

Energia eléctricaFierro acero

FertilizantesPlásticos

Energia

eléctrica

FertilizantesPlásticos

Energia eléctrica

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Procesamiento del Gas NaturalProcesamiento del Gas Natural La industria del procesamiento de gas natural ocupa un

segmento importante en el sector de la petroquímica

Tanto el Gas Natural (GN), así como residuos de hidrocarburos (HCRs) se usan para la producción de amoníaco.

Los residuos de hidrocarburos pueden servir para la fabricación de amoníaco.

Las desventajas son el alto consumo de energía y la poca producción de la razón H2/N2 en el gas de síntesis.

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Maduración comercial de Maduración comercial de procesosprocesosMERCADOS DE EXPORTACIÓN

GAS PARA ELECTRICIDAD Y CALOR

GAS A QUÍMICOS

GAS PARA TRANSPORTE

1980-2000Metanol (LPM)-Amoníaco

2000 2005

2004MTO/MTP

2003MegaMethanol/DME

2010 2015+

2012Methanol/DME a Aromáticos

2007Gasoductos de bajo costo

2014Plantas de LNG bajo costo

2008Gas a Líquidos (GTL)

2008De alta Eficiencia CCGT

2013Cogeneración Combinada

2008DME para Electricidad

2014Célula de combustible est.

2000GNC/GLP

2004Aditivos Oxigenados

2004Diesel vía MTP/DME

2011Vehículos con Célula

2018Gas para la economía H2

2018Secuestración de C

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PRODUCCIÓN DE PRODUCTOS PETROQUÍMICOS

En toneladas.

ProductoProducto 1994 1995 1996 1997

UreaUrea 97.832 113.874 135.889 170.513

PolipropilenoPolipropileno 144.323 164.653 180.849 194.696

PolietilenoPolietileno 346.595 278.087 274.167 257.629

PVC y copolímerosPVC y copolímeros 91.040 104.754 102.241 102.641

PoliestirenoPoliestireno 62.900 65.350 67.900  

Negro de humoNegro de humo 42.465 53.404 56.903 63.900

Caucho sintéticoCaucho sintético 48.830 54.254 57.994 55.845

Fibras sintéticasFibras sintéticas 15.830 13.558 15.853 29.526

Hilados sintéticosHilados sintéticos 370.339 35.001 39.382 40.299

050

100150200250300350400

TON/AÑO

Millares

1994 1995 1996 1997

AÑOS

PRODUCCION DE PETROQUIMICOS

Urea

Polipropileno

Polietileno

PVC y copolímeros

Poliestireno

Negro de humo

Caucho sintético

Fibras sintéticas

Hilados sintéticos

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MERCADO REGIONAL DE UREA    

En toneladas.      

Año Brasil Chile Uruguay Paraguay

1992 928.000 292.000 51.000 3.200

1993 1.297.000 293.000 52.000 0,7

1994 1.448.000 278.000 67.000 0,7

1995 1.295.000 311.000 38.000 4.000

1996 1.375.000 305.000 69.000 5.200

.        

1992/1996 (1) 10,3 11 7,7 12,8

MERCADO DE UREA

0200.000400.000600.000800.000

1.000.0001.200.0001.400.0001.600.000

AÑO

BRASIL

CHILE

URUGUAY

PARAGUAY

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La síntesis de urea a nivel industrial se realiza a partir de amoníaco (NH3) líquido y anhídrido carbónico (CO2) gaseoso.

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

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•Nuestro propósito: Nuestro propósito: Industrializar la UREA a Industrializar la UREA a partir de los partir de los hidrocarburos.hidrocarburos.

¿COMO?¿COMO?

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Obtención de COObtención de CO22 El 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.

2 CH2 CH4 4 + 3 H+ 3 H22O CO + COO CO + CO22 + 7 H + 7 H22

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Obtención de Obtención de amoníacoamoníaco 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 CO2 en circulación, dado que éstos interferirían en la acción del catalizador en la etapa final de síntesis del amoníaco

CO + 3 HCO + 3 H22 CH CH44 + H + H22OO COCO22 + 4 H + 4 H2 2 CH CH44 + 2 H + 2 H22OO 7 CH7 CH44 + 10 H + 10 H22O + 8 NO + 8 N22 + 2 O + 2 O2 2 16 NH16 NH33

+ 7 CO+ 7 CO22

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La reacción se verifica en 2 pasos. En el primer paso, los reactivos mencionados forman un producto intermedio llamado carbamato de amonio.En el segundo paso, el carbamato se deshidrata para formar urea.

El carbamato se deshidrata a urea mediante la reacción:

NH2 – COONH4 (l) NH2 – CO – NH2 (l) + H2O (l)

?H= +15.5 kJ/mol

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Diagrama del proceso completo de producción de la urea

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Usos y aplicacionesLos principales usos de la urea son:

Fertilizante

El 90% de la urea producida se emplea como fertilizante. Se aplica al suelo y provee nitrógeno a la planta. También se utiliza la urea de bajo contenido de biuret (menor al 0.03%) como fertilizante de uso foliar. Se disuelve en agua y se aplica a las hojas de las plantas, sobre todo frutales, cítricos.La urea como fertilizante presenta la ventaja de proporcionar un alto contenido de nitrógeno, el cuál es esencial en el metabolismo de la planta ya que se relaciona directamente con la cantidad de tallos y hojas, las cuáles absorben la luz para la fotosíntesis. Además el nitrógeno está presente en las vitaminas y proteínas, y se relaciona con el contenido proteico de los cereales.

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Fertilización foliar:Fertilización foliar: La fertilización foliar es una antigua práctica, pero en general se

aplican cantidades relativamente exiguas en relación a las de suelo, en particular de macronutrientes. Sin embargo varios antecedentes internacionales demuestran que el empleo de urea bajo de biuret permite reducir las dosis de fertilizantes aplicados al suelo, sin pérdida de rendimiento, tamaño y calidad de fruta.

Industria química y plástica:Industria química y plástica: Se encuentra presente en adhesivos, plásticos, resinas, tintas,

productos farmacéuticos y acabados para productos textiles, papel y metales.

Como suplemento alimentario para Como suplemento alimentario para ganado:ganado:

Se mezcla en el alimento del ganado y aporta nitrógeno, el cuál es vital en la formación de las proteínas.

Producción de resinas:Producción de resinas: Como por ejemplo la resina urea-formaldehído. Estas resinas

tienen varias aplicaciones en la industria, como por ejemplo la producción de madera aglomerada. También se usa en la producción de cosméticos y pinturas.

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CICLO DE LA UREACICLO DE LA UREA

Los organismos vivientes, se clasifican en: Los organismos vivientes, se clasifican en:

Amonotélicos (excretan amonio)Amonotélicos (excretan amonio)

Urotélicos (excretan urea).Urotélicos (excretan urea).

Uricotélicos (excretan ácido úrico). Uricotélicos (excretan ácido úrico). Algunos organismos pueden cambiar su metabolismo de Algunos organismos pueden cambiar su metabolismo de amonotélicos a urotélicos o uricotélicos, según las amonotélicos a urotélicos o uricotélicos, según las restricciones de agua a las que sean expuestosrestricciones de agua a las que sean expuestos.

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REPRESENTACION DEL CICLO DE REPRESENTACION DEL CICLO DE LA UREALA UREA