Fertilizantes nitrogenados

Características dos fertilizantes nitrogenados

• As plantas industriais utilizam, basicamenteduas formas de nitrogênio para a produção defertilizantes:

▫ Nítrico (NO-3)

▫ Amoniacal (NH4+)

Nitrogênio nítrico

• Forma utilizada pelas plantas em grandesquantidades;

• Não é rapidamente absorvido pelo solo e pode semover com a água;

• Pode ser denitrificado à N2

Nitrogênio amoniacal

• É nitrificado em temperaturas superiores à 10°C;

• Facilmente absorvido pelo solo;

• Pode ser imobilizado por alguns minerais;

• Em solos alcalinos pode formar amônia, que édifundida para o ar.

Amoniação

• É a conversão biológica de compostosnitrogenados em íon amônio.

Proteína+H2OAminoácidos+H2ONH4+

Exemplo: conversão de ureia em nitrogênioamoniacal pela enzima urease.

Nitrificação

• Conversão bacteriana do nitrogênio amoniacalem nitrogênio nítrico;

• Possui efeito acidificante;

• Fatores que favorecem a nitrificação:

▫ Presença de oxigênio

▫ pH em torno de 6,5

▫ Temperaturas entre 23-33°C

Nitrificação

2𝑁𝐻4+ + 3𝑂2 → 2𝑁𝑂2

− + 2𝐻2𝑂 + 4𝐻+

2𝑁𝑂2− + 𝑂2 → 2𝑁𝑂3

−

Denitrificação

• Conversão do nitrato (NO3-) em nitrogênio

molecular (N2) por bactérias sob condiçõesanaeróbias.

𝑁𝑂3− → 𝑁𝑂2

− → 𝑁2𝑂 → 𝑁2

Classificação dos fertilizantes

nitrogenados• Quanto à forma disponível de nitrogênio:

▫ Fertilizantes amoniacais:

Sulfato de amônio (21%N) e bicarbonato de amônio(17%N)

▫ Fertilizantes nítricos:

Nitrato de cálcio (16%N) e nitrato de sódio (16%N)

Classificação dos fertilizantes

nitrogenados

• Fertilizantes nítrico-amoniacais:

▫ Nitrato de amônio (34%N), nitrato de cálcio-amônio (21-27%N) e nitrato de sulfato-amônio(26-30%N)

• Fertilizantes tipo amida:

▫ Ureia(46%N) e cinamida cálcica (20%N)

Ureia

• Início do século XX – hidrólise da cianamida decálcio:

CaCN3 + 3H2O → CO(NH2)2+Ca(OH)2

• Atualmente utiliza-se o processo iniciado pelaDu Pont em 1930, envolvendo Amônia e dióxidode carbono.

Ureia

• Fertilizante mais utilizado mundialmente;

• Brasil – 1,1 milhão t/ano

▫ 80% para fertlizantes;

▫ Demais para a produção de resinas, plásticos,adesivos, aglomerados, laminados de madeira,tintas, vernizes e cosméticos.

Ureia

• Razões para o crescimento do uso da ureia comofertilizante:

▫ Alto teor de nitrogênio;

▫ Tecnologia de produção eficiente;

▫ Facilidade e segurança de aplicação;

▫ Segurança de produção e manuseio;

▫ Facilidade do controle da poluição gerada na suaprodução;

Ureia

• Desvantagens:

▫ Alto potencial de perda de nitrogênio porvolatilização;

▫ Pode prejudicar a germinação quando aplicadomuito próxima a semente;

Processo de produção

• Duas etapas:

▫ Formação do carbamato de amônio:2𝑁𝐻3 + 𝐶𝑂2 ⇌ 𝑁𝐻2𝐶𝑂2𝑁𝐻4 ∆𝐻 = −117 𝑘𝐽

▫ Desidratação do carbamato de amônio:

𝑁𝐻2𝐶𝑂2𝑁𝐻4 ⇌ 𝐶𝑂(𝑁𝐻2)2+𝐻2𝑂 ∆𝐻 = 15,5 𝑘𝐽

Processo de produção

• Conversão:▫ Aumenta com a elevação de temperatura (190-

200oC). Corrosão;

▫ Aumenta com a razão NH3/CO2 (3). Reciclar NH3 é relativamente simples; 50% de excesso; Diminui a corrosão;

▫ Diminuí com a razão H2O/CO2.

▫ Aumenta com o aumento da pressão (140 a 250 atm).

Processo de produção

• Reator:

▫ Autoclave em aço inoxidável;

▫ Pressão superior a 140 atm;

▫ Temperatura 180-210oC.

• Carbamato é decomposto em NH3 e CO2.

• NH3 e CO2 podem ser reciclados;

• 80% em Ureia.

Sistemas de decomposição do

carbamato• Convencional:

▫ Reator opera a temperatura de 200-210oC epressão de 200-250 atm;

▫ Redução da pressão da mistura e aumento datemperatura.

▫ Utilizam-se várias etapas.

▫ Decompositor -> condensadores;

▫ Normalmente se empregam 3 etapas;

Sistemas de decomposição do

carbamato

• Estripagem

▫ Baseia-se no uso dos gases reagentes para rebaixara pressão de vapor através do fluxo emcontracorrente.

▫ Pressão no reator é menor, da ordem de 140 atm etemperatura de 180-185oC;

▫ Menor consumo global de energia e menor custode investimento;

Acabamento da ureia

• Perolação:

▫ Solução concentrada a 99,8%;

▫ Torre de perolação.

• Granulação:

▫ Solução 95-99%;

▫ Granulador rotativo.

Nitrato de amônio

• Fertilizante de grande aplicação;

▫ Elevado teor de nitrogênio;

▫ Baixo custo de produção;

▫ Combina os benefícios do nitrato e do íon amônio.

• Porém a dificuldade no manuseio vem diminuindo seu uso ano a ano.

Processo de produção

• O processo de produção do Nitrato de amônio é dividido em três etapas principais:

▫ Neutralização

▫ Evaporação

▫ Acabamento

Neutralização

• Trata-se da neutralização do ácido nítrico pela amônia gasosa

𝐻𝑁𝑂3 + 𝑁𝐻3 → 𝑁𝐻4𝑁𝑂3

• A reação de neutralização é exotérmica com ∆H= -86 kJ/mol

Neutralização

• A partir da concentração do ácido nítrico utilizado no processo a neutralização pode ser realizada:

▫ Sob pressão de vácuo;

▫ Sob pressão atmosférica (T aprox 145 °C)

▫ Sob pressão entre 3 e 5 atm (T entre 175 e 190 °C)

Neutralização

• Após a neutralização, a solução de nitrato de amônio apresenta concentração entre 78 e 87%

• Para uma estocagem mais prolongada adiciona-se à solução pequenas quantidades de ácidos minerais

Concentração

• Elevação da concentração da solução de 99 até 99,7%

• Utilização de evaporadores em um ou dois estágios

• Evaporadores à vácuo ou de película descendente.

Acabamento

• A etapa de acabamento controla a etapa de concentração, já que para cada tipo de produto final é requerida uma determinada faixa de concentração

• Um exemplo de etapa de acabamento é a perolação

Acabamento

• Perolação:

▫ Solução é aspergida do topo de uma torre sendo seca por um fluxo de ar em contra corrente

▫ Para soluções com concentração superior à 99% as torres possuem entre 20 e 30 metros de altura

▫ É importante revestir o produto com substâncias anti-higroscópias

Sulfato de amônio

• Características:

▫ Baixo teor de nitrogênio (21%)

▫ Importante fonte de enxofre (24%S)

▫ Baixa higroscopicidade

▫ Alta estabilidade química

▫ Alta eficiência agronômica

Processo de produção

• A obtenção do sulfato de amônio pode ser realizada a partir dos seguintes processos:

▫ Processo Merseburg

▫ Reação-evaporação de amônia e ácido sulfúrico

Processo Merseburg

• Reação entre o carbonato de amônio e o sulfato de cálcio

𝑁𝐻3 +𝐻2𝑂 → 𝑁𝐻4𝑂𝐻2𝑁𝐻4𝑂𝐻 + 𝐶𝑂2 → (𝑁𝐻4)2𝐶𝑂3 + 𝐻2𝑂

(𝑁𝐻4)2𝐶𝑂3 + 𝐶𝑎𝑆𝑂4. 2𝐻2𝑂 → 𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 2𝐻2𝑂 + (𝑁𝐻4)2𝑆𝑂4

Processo Merseburg

• A reação ocorre em tanques agitados durante 4-6 h

• O carbonato de cálcio é retirado por filtração

• A solução de sulfato de amônio é concentrada em evaporadores multiestágios, os cristais separados em centrífugas e secos em secadores rotativos

Reação-evaporação de amônia e ácido

sulfúrico• Esse processo é regido pela seguinte reação:

2𝑁𝐻3 + 𝐻2𝑆𝑂4 → (𝑁𝐻4)2𝑆𝑂4

• As matérias-primas são alimentadas diretamente num evaporador-cristalizador e o produto seco num secador rotativo.

Referências

1. Souza, M. M. V. M., Processos Inorgânicos.Editora Synergia, 2012.

2. Lopes, A. S., Bastos, A. R. R., Daher, E.,Fertilizantes nitrogenados no brasil: umproblema de escassez.

3. Lucena, Paulo. Petrobras – Posicionamentoatual e perspectivas de produção defertilizantes nitrogenados. Petrobrás, 2010.