Nitrogeno

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INVESTIGACIONES NITROGENO 3. H. BRAHAM. INVESTIGACIONES SOBRE EL NITROGENO El Nitrógeno atmosférico Instituto Científico e Industrial del Salitre. (De la Revista ''Caliche") Investigaciones sobre el Nitrógeno III Parte Ititroducción nes Coiiierciales, y la segiiiitla parte, ~Re\.istaGeneral de la Sitiiacibii del Nitrógeno en los Estados Uniclos, en el N.o 226. Eii uii lapso de iiienos de 20 años la produccibii iniiiidial cle coinpiiestos nitrogenaclos extraídos JL-LIO KLIZIS, del nitrógeno libre del aire se ha desarrollado desde L>iret-1OY. las deinostraciones de Iaboratorio hasta una industria coi1 una capacidad anual activa de m i s de 550 000 toneladas eje nitrbgeno fijo por año y iiiia EL PR.OCEDIMIENT0 DEL NITROGENO protliiccióii efectiva durante el año últiino de más de 400 000 toneladas. Converticlas eii salitre de ATklOSFERICO Chile, esta producción alcanzaría a 11110s 2 565 000 COSTEN 1110 toneladas, que es más de lo que Chile exporta por aiio y si se convierten en sulfato (le anionio, el total sería 1 940 000 tonelatlas, o sea, el eq~ii\~:ilente El l~rocediinieiitodel arco. al sulfato reciiperado de 155 000 000 de toneladas El procedimieiito de la cianániida. de hulla destiladas en hornos de subproductos. El procedimieiito tlel aiiioníaco sintético clirecto. Sin embargo, la industria del nitrógeno atinosfé- Diversos procediniientos fijaelores del nitrógeno. rico A DE CALCIO A L TÉRJIINODE S U DESARROLLO B¿LICO (1) - - - - Toii. iiictr. El procedimiento de la cianhrnida DESARROLLO COJIERCIAL - C:\P.\CIDAD MS.YI>G Ci\LCUL.SD.\ 600 O00 110 O00 290 O00 140 O00 90 000 3.5 O 0 0 60 O00 100 000 200 m 0 Ton. t~ictr. 120 000 22 000 .58 O00 28 000 1 S 000 7 000 12 O00 20 000 40 O00 En el procediniieiito cle la cianátnida, el nitrí~genoes fijado mediante una conibinacióii quí- Japón. . . . . . . . . . . . niica con carburo de calcio para formar cianá-n i d a de calcio. El procedimiento fué descul>ier623 000 325 O00 t o por dos químicos alemanes, el Dr. Adolfo Frank y el Prof. Nicodemo Caro, Ilabiéndose puesto en trabajo la primera planta coniercial en Italia en 1906. Este procediiiiiento requiere menos de un cuarto de la energía eléctrica necesaria en el (1) Vease Fijaciin y Utilizarióri del Nitrógeno aíiiiosfériprocedimiento del arco por unidad de nitrógeno fijo y por eso sil desarrollo no ha sido tan estrictaineiite co Ordnance Office Uccuments N.a Y41. liniitado a aquellas países que pcseen fuerza hidráulica extraordinariamente barata. Las materias primas necesarias en este proceclin~iento, hulla y cal, son relativamente baratas y abundantes. contrariamente a lo que pasa con los otros proceSe Iia visto que la industria de la cianámida de dimientos, el de la cianámida produce directamente iin niaterial s6lido que puede ser tratado sin mayor calcio se estendió rápidamente durante la guerra, transformación. El descubriniiento de que este aumentando desde 34 000 ton. métr. de nitrógeno producto podía ser usado directamente como un ma- fijo hasta tina capacidad calculada de 325 000 ton. terial fertilizante estiinuló grandemente la fabrica- Lo mismo que muchas otras indiistrias que tu\ rieron ' ción de cianámida d e ca1cio.y hacia 1913 había fá- gran desarrollo debido a la guerra, esta sufrió tamI~ricasen trabajo en nue1.e diversos paí-=es con una bién una severa depresión en la inayoría de los países producción total de unas 172 000 toneladas netas a l termiiiar la guerra y sólo ahora alcanza m4s o de cianámida. que corresponden aproximadanlente menos una situacitn estable. Una parte de su capaa 34 000 toneladas de nitrógeno fijo. 'cidad productora se ha perdido por ccmpleto; muEl hecho de que el nitrógeno de la cianániida clias fábricas están de pára o trabajan con s61o una «e calcio puede ser transformado fácilmente en parte de su capacidad. El estado actual de la inamoníaco gaaeoco, y este a su \-e2 convertido en dustria se ve mejor en el siguiente cuadro: lfVESII'IGiLCIOrV SOBRE E L NITROGEXO AC'iU.4L DE L.4 1I;DGSíSTRTA DE 31ID.A DE: CAI.Cl0, 1923 E'TADO .- - - 1 1 1 --- ~'ATSES LA C I . ~ W ~ - Ton. metr. Alemania. . . . . . . . . . Francia . . . . . . . . . . . It a 1'ia . . . . . . . . . . . . Noruega . . . . . . . . . . Suecia . . . . . . . . . . . . Suiza . . . . . . . . . . . . Polonia . . . . . . . . . . . Tclievoeslovaqiiia . . Y iigoslavia . . . . . . . . Japón . . . . . . . . . . . . Canadá . . . . . . . . . . . Estados Unidos. . . . - Total ......... - -- -- Número dCapacidad proProducción presente, e plantas uctora anual de anual cantidad de nitrógeno 4 8 4 2 2 1 1 1 2 4 1 1 - 31 Ton. metr. 84 0001-68~0 38 O00 1 7 200 16 500 5 500 31 -000 (1) 6 O00 6 O00 2 000 1 600 30 O00 10 O00 5 O00 3 O00 10 000 6 O00 10 O00 20 O00 13 500 13 500 40 O00 (1) 286 000 ¡ -140 800 (1) No fabrican. Se notará qiie el número de fábiicas se ha reducido de 36 a 31, con una pérdida de capacidad de 39 000 toneladas de nitrógeno por año, y que la producción total presente es sensiblemente menos de la mitad de la capacidad. Sin embargo, la pioducción actual es algo como cuatro veces la que había en 1913. -4.ctualmente se están agrandando en Alemania dos fábricas de cianániida y la producción de cianáiiiicla en Francia está en aumento. i\ctualiiiente no hay seiiales de cambios de significación, en el estado de la industria de la cianámida en otros países. Ciiando se pasa nitrógeno gaseoso puro sobre carbiiro de calcio finamente pulverizado 7' calentado a unos 1 OOO°C, el nitrógeno se fija qiiírnicainente en forma de un compuesto sólido, la cianámida de calcio, cegíin se expresa esencia!niente en la ecuación siguiente: El proceso entero debe considerarse que consiste en cuatro etapas: a ) calcinación de la cal, b ) fabricación de carburo, con hulla o cok, y cal, c) producción de gas nitrógeno puro del aire por liquefacción y destilación; 1' d) tratamiento del carburo con nitrógeno puro para formar cianámida de cslcio. i\~luchosintentos se han hecho para simplificar el procedimiento por medio del calentaniiento de una mezcla de roca calcárea y carbón en una atinósfera de nitrógeno, pero se ha encontrado mas económico el efectuar el proceso en las cuatro etapas separadas antes mencionadas. La calcinacióii de la calcárea es un proceso iiiujr sencillo. Consiste en calentar la roca parcialmente triturada hasta una temperatura de unos 1 100°C en un horno vertical o rotatorio. El carbonato de calcio, que conlúnrneiite constituye el 96% o onás de la raca calcárea se descoinpone segiin la ecuación siguiente : CaCO,+calor =CaO+CO - 42 900 g. cal. Se notará que esta desconiposición absorbe una cantidad de energía relativamente grande. La eficiencia térmica del procedimiento con buenas coiidiciones de operación cs de más o menos SS?&, siendo el gasto medio de carbón alrededor de 300 kilos por tonelada de cal producida. La fabricación del carburo es con mucho el mayor ítem de coste en el procedimiento de In cianámida, según se verá despubs. El carbiiro es producido fundiendo iina mezcla de antracita o cok con cal en 1111horno eléctrico. El carbiiro fundido a una temperatura de unos 2 OOO°C es sangrado del horno, desde donde corre a carros enfriadores para solidificarse, l7 una vez frío, es t:iturado y iiiolido para su tratamiento con el nitrógeno. La reacción en que se forma el carburo se expresa en la ecuacióii siguiente: Ca0+3C = CaC,+CO - 131 000 gr. cal. Esta ecuación muestra que la cantidad de energía química absorbida en la formación del carburo es muy grande. Excede en algo al 60% de la energía total realmente puesta en un gran horno niocleíno de carbiiro. El consiirno de energía en la planta de Muscle Shoals por 1000 kilos de carburo crudo (81.5yo CaC,) f116 de 2 963 kilowatthora. El iiitr6geno del aire necesita ser separado del osígeno qiie lo acompaña, del anhidrido carbónico 1del agua, antes de que piieda ser fijado o combinado químicaniente con el carbiiro. El proceso es relativamente siniple 11 poco dispendioso y consiste esencialmente en la liquefacción y destilación del airedespués de haberleestraído el aiihidrido carbónico y el vapor de agua. Solo el 6.5%, de la energía elí-ctrica total requerida en el procedimiento de la cianánlida se emplea en la producción de nitrógeno puro. La última de las cuatro etapas en la fijación d e nitrógeno mediante el procedimiento de la cianámida de calcio es el trataiiiiento del carburo con el nitrhgeno para formar la cianámida. La reacción está representada en la ecllación siguiente: CaC,+N,= CaCN,+C+98 430 g. cal. Se ve que en esta reacción se libera una gran cantidad de energía. Al efectuar esta operación eii escala comercial es sólo necesario calentar una pequeña cantidad de la carga hasta 1 OOO°C para 1x1-ESTIGACZOS S O B R E E L IVIT'ROGESO . . einpezar la reacción después de lo cual ella se niantiene por sí sola. El gasto efectivo de energía el&trica para este fin es de 0.9% aproxiiiiaclamente, clel total. enipleado e n el procedimiento. Dos tipos de lioriios están Iioy en uso en la iiitrificación del carl~uro,el continuo y el discontinuo, el 95% de la actual producción de cianámida proviene del tipo discoiitinuo. El coste de operacibii de los dos tipos es substancialmente el mismo, especialinerite ciiaiido los lioriios discontinuos tienen tina capacidad de varias toneladas por carga. Se necesitan 24 a 48 Iioras por carga en los lioriios discoiitiniios. 1IATERIAS P R I l I A S 1' F U E R Z A KEQUERID.\S Las materias primas y la fuerza qiie se necesitan en el procedimiento de la cianámida están indicadas en el ciiadro siguiente. Sus cifras se basan en los resultados del trabajo de prueba de la planta de nitratos N.O2 de los Estados Unidos, en Muscle Shoals, y pueden considerarse como representativas para las grandes plantas modernas de ciariárnida. lIATERI.4S P R l h I A S P FUERZA REQUERIDAS E X EL PROCEDI\~IENTO D E LA CIAXÁAIIDA n r C A L C ~ O - - - Por ton. neta d e cianhmida 21.5 por ciento d e nítrógeno Roca calcárea, tons. . . . . . . Carbón, tons. . . . . . . . . . . . Cok, tons.. . . . . . . . . . . . . . Fuerza eléctrica, kilowattIiora. . . . . . . . . . . . . . . . . . Por tonelada neta de nitrógeno fijado. l . 75 0.2 1 0 .S4 8.14 O. 98 2.52 2.808 13 OSO Se notará que en este procedimiento se iiec~sitaii cantidades relati\.aineiite grandes de' calcareas. Sin embargo, la roca calcárea es iin inaterial niiiy barato y ampliamente distribiiído. El carbbri se emplea en calcinar la roca calcárea y en secar el cok empleado en la fabricación del carburo. Eri lugar de cok, puede emplearse antracita, C O I ~ I Ose hace en inuclias plantas europeas de cian5mida La calidad de estas materias primas no necesita ser tan alta corno para la fabricación de carburo des: tinado a la generación de acetileno, pero hay varias \ventasias en las operaciones derivadas del eiiipleo de buenas cualidades de materias prinias. La fuerza necesaria para este procedimiento es aprosimadamente de 13 000 kilowatt-llora por toiielada neta de nitrógeno fijo. Esto es, alrededor de 1111quinto de lo que requiere el procedimiento del arco, y porlo tanto el procedimiento de la cianáinida noestan limitadoen cuanto a los sitiosdondepuededesarrollarsecomo lo es el procedimientodelarco. COSTE DEL PROCEDIJIIENTO DE LA CIASAhIIDA No se conocen los costes efectivos de la construcción y el trabajo de una planta de ciaiiámida de c~lcio, bajo las actuales coiidiciones de este país. Por eso se han preparado los siguientes cálculos, basados en los costes del tiempo de guerra para la construcción y operación de la planta de nitratos N.O 2 de los Estados Unidos, teniendo en cuenta las condiciones cambiadas. Sobre esta base se calcula que una planta de cianámida completa incluyendo el sitio, y con una capacidad de 40 000 toneladas de nitrógeno fijo por año, costaría 16 000 000 de dólares. Esta cifra no incluye la planta de fuerza jr corresponde a 400 dólares por tonelada anual de nitrógeno fijo. Un cálculo del coste de producción de la cianámida puede verse en el ciiadro siguiente: COSTE DE FALIRICACIÓN.-PRC~CEDI~IIESTO D E LA C I A N Á ~ I I D ADE CALCIO Cantidad por ton. neta de N. fijado Roca caliza, tonelada= . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cok, toneladas.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Carbón, toneladas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Electrodos, libras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fuerza, kilowatt-horas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Materiales diversos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trabajo (operaci6n). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trabajo (mantenimiento). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reparaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gastos fijos.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gasto generales (1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (1) Incluye inter&, amortización, segurcs e inipuestos. .l. ....... .l. Ccste unitario ......... Coste pcr ton. neta dz N. fijado O/o del coste total de produc. CO~I~BUSTIE B LSOLlDO PUL 17ERIZ.41)0 Con fuerza a 3,4 y 5 niilésiinos de dolar por kiIowatt-hora, el coste de fuerza por tonelada de nitrógeno fijo es de dólares 39.15, 52.20 y 65.25, respectivamente, lo que representa 19.1, 23.9 y 28.2% del coste de producción total. El coste total de 192 dólares por tonelada, o sea 9.6 cents. por liIxa, excluye las regalías o participaciones a que esté sometido el procedimiento, y es equivalente sobre la ,base del nitrógeno, a l salitre chileno a razón de 30.15 dólares por tonelada. Si la cianámida se va a emplear directamente conio fertilizante, hay que instalar un equipo para hiiniedecer el producto crudo con agua y con aceite. El coste de una instalación para este objeto sería de más 0 menos 1 250 000 dólares, correspondieiido a i i i i gasto total de 17 250 000 dólares, o sea 431.25 pur tonelada anual neta de nitrógeno. El tratamiento de la cianámida con agua y aceite costaría aproximadamente 0.75 dólares por tonelada, incliiyerido el valor del aceite, o sea 3.50 dólares por tonelada de nitrógeno contenido. Elcoste total de fabricación de la cianáinida así tratada, incluyendo gastos fijos a 15% del equipo, adicional, es, por lo tanto, de 200.10 dólares por tonelada d e nitrógeno. Esto equivale, sobre l a base del nitrógeno, a 31.40 dólares por tonelada d e salitre chileiio. La distril~ucióndel coste total de la fijación del nitrógeno mediante el procedimiento de la cianámida se ve inejor en. el cuadro siguiente: -. --- lTl;hls - 1 c..t. Materiales.. . . . . . . . . . . S 4 f . 4 0 Trabajo . . . . . . . . . . . . . . 33.50 Fuerza (a 2 inilésiinos por kilowatt-hora).. 26.10 5. O0 Reparaciones . . . . . . . . . T o t a l . . . . . . . . , 112 .O0 Gastos fijos, etc. . . . . . 80.00 Gran total . . . . 192.00 - --- j - - restos de carburo no nitrificado. E l crctctiido de nitrógeno varfa entre 19 57 23%, según 1ó cualid~cl de los niateriales einpleados y los métcdcs de cperación. La cianániida 1 ruta puede convertirse en iin número niuy grande de compuestos. Tratada con vapor I ~ a j opresión, produce amoiiíaco; por fusión con cal en un horno eléctrico produce cianiiro crudo: y puede hacérsele producir iirea, diciancdianiida y guanidina conlo producto tlirecto. Todos estos coinpiiestos pueden a sii vez ser coiivertidos eii numerosos otros cuerpos. La mayor parte de la cianáinida que hoy se fabrica se emplea directamente como fertilizante. Para este objeto se le da geiieralmeiite una ligera llo\rima de agua y aceite para que sil inanipulacióri sea más fácil y segura. Una parte de l a producción es convertida en ainoníaco y en cianuro y sólo u n a cantidad relativamente insignificante se emplea en la fabricación de iirea, diciaiiodiainida y guaiiidiiia. Desgraciadamente, la cianámida, no es un fertilizante enteraniente satisfactorio. E s algo desagradable de iiianejar, a menos que sufra una preparación ; no se le puede mezclar con seguridad en grandes proporciones con \-arios materiales fertilizantes, especialmente con áciclo fosfórico, y por eso sii empleo en fertilizantes, mezclados e s muy limitatlo: y finalineiite, no Le puede confiar en él de que d4 resultados satisfactorios en una gran variedad tle cultivos y de suelos y bajo varias caracteres de cliriia. Por esta razón el mercado para la cianSmidn en este país es pequeño, tal vez de S0 000 toneladas anuales, aun cuando el coste por kilo de nitrógeno es iiienor en esta forma que en la de salitre chileno o sulfato de aiiionio. --- 70 del coste 1 excluyendo % del cos. a s t . ~ o s ~ te JIEJORAS EN EL PROCEDIJIIESTO DE LA C'IASÁ~IIDA Y POSIBILID,\DES DE REDUCIR S U COSTlS I 42.3 30.0 24.6 17.5 23.3 4.4 13.6 2.6 100.0 ... . 58.3 41.7 --100.0 .... --- - -- NATURALEZA DE LOS PR?DUCTOS D E L PROCEDIJIIESTO DE L-4 CIANABIIDA D E CALCIO El producto directo del procedimiento de la cianáinida bruta es un sólido gris negro que contiene 55 a 65% de cianámida de calcio (CaCN,) alrededor de 20% de cal, 12% de carbono, algo de sílice, fierro y óxidos de aliiininio, junto con rii- No Iia habido ~iiejorasfuiiclaiiieiitales eii el procedimiento de la cianámida durante 12 años, y la naturaleza del procedimiento es tal que hace más bien remota la probabilidad deefectuar una mejora fundamental. De la diliicidación precedente se deduce que la fabricacibn de carburo constituye el coste principal del procedimiento. Ida fabricación del carburo h a llegado a ser Iioy una operación estandarizada y por eso los cambios capaces de e f e c t u ~una r reducción marcada en el coste no parecen posil~les. Sin embargo, pueden efectuarse econoinías, i i i dudablemente, en todas las etapas del procediiniento. Los consumos de cal y' carbón pueden reducirse algo eil la fabricación del carburo. El óxido de carbono formado en el Iiorno de carburo actualmeiite se pierde; pero si se le extrae sería suficiente para calcinar cerca de la mitad de la roca caliza; la eficiencia en la utilizaciCn del nitrógeno puro piiede aumentarse substancialmente: y la nitrificación del carbiiro, que hoy alcanza a 1111 85% de eficiencia, puede mejorarse. Si todas estas inejoras fueran introducidas en una ainplitud iiieiitar grandemente dentro cle poco. Auiique la que parece enteraiiiente realizable, se calciila que cianámida de calcio puede convertirse en una gran se obtendría una reduccióii de 10 a 15% en el coste variedad de productos, según se ha indicado anted e produ.cción. \'arios de estos puntos están 1105- riormente, el inercado para tales niateriales o es en estiidio. Por ejemplo, iin gran horno de carl>iiro relativamente pequeño o el coste de conversióii que permita la recuperación del ósido de carbono aumenta el gasto total de fabricacióii en grado tal, está Iioy en estudio en Aleniania. que el trabajo remunerador no puede asegurarse, Respecto al futiiro del procedi~iiientode la ciaiiá- escepto bajo coridiciones especialmente favoral~les. mida, Lino llega a la conclusión de qiie, aunque Iiay Por lo tanto, parece que no hay un gran porvenir oportunidades de reducir el coste en algiiiia esteii- para la fabricación de la ciarirímida [le ca 1cio ' en sióri, no Iiay indicación definida que permita es- este país. perár uiia considerable reduccióii en el coste cliirante algún tiempo. El procedimiento del amotiíaco sintético .\DAPT.-\II!IaIDAD DEI, PROCEL>IJIIEXTO T E Li\ CIANÁJIIL)..\ PARA TRABAJAR ES LOS ESTADOS UNIDOS CESARROLLO COJIERCIAL El proceditiiierito del alnonjaco sintíitico, el iiiás El estudio de la adaptabilidacl clel procediiiiieii- iiiievo de los tres proceclimientos coinerciales que t o de la cianámida para operar en este país, en- se liaii clesarrollatlo, es el qiie da más esperanzas vuelve cuestiones relativas, a las materias primas, de producir nitrógeno fijarlo, barato en un prósinio la mano de obra, la fiierza y la naturaleza del ponenir. Muchos de los datos científicos fundanieriproclucto. tales del procediniiento fueron determinados por el Según se Iia heclio notar anteriormente, las ma- profesor Fritz Haber y sus colaboratlores en Aleiiiaterias primas son piedra caliza, carbón y cok. Gran nia durante los anos 1905 a 1908, y por eso el prodes depósitos de calizas de suficiente piireza se cedimiento es frecuentemente Ilainado procediencuentran distribuíclas por todas partes en el inieiito Haber. Una adaptación coinercial fructífera país y el carbón y cok piiedeii obteiierse a un coste de estas in\-estigaciones fué heclia por la Batlische relati\raniente bajo en varias regiones. Las tiecesi- Aiiiliii iincl Soda Fabrik, clespués de cinco años cle dades de materias primas del procediniiento piieden, intensos esfuerzos de parte de iin conjunto iiiiiy por lo tanto, considerarse como satisfeclias en este niinieroso de quíiiiicos e ingenieros in\lestigadores. país. La solución satisfactoria cle este problerna eiioi nieEl procedimieiito de la ciaiiániida requiere un iiiente iiiiportante y difícil es probablemente el trabajo considerable aunque no escesivo. Se calcii- aconteciniiento in6s sol~resalientede la ingeniería la que una planta bien proyectada capaz de produ- q ii íniica . cir 40 000 toneladas de iiitrbgeno por año, requeEn 1913, se piiso en tral,njo la primera fál~rica riría alrededor de 1 200 operarios, sin incluir los en Oppau, Aleiiiaiiia. El rápido de~arrolloclel proencargados de la manipiilación y venta del pro- cediniieiito eii Alemania tliirante la guerra fut tle lo diicto ya listo. Esto corresponde a iinas 38 toiiela- inas reiiiarcal~le.Alemania, enteramente aislada de das de nitrógeno por operario y por atio. Chile, para proveerse del salitre necesario a la faLa fuerza eléctrica reqiierida por este proceclimien- bricacióii de esplosivos, se vi6 obligada a confiar casi t o es aprosimadaiiiente 1.5 kilowatt-año ó 2 caba- eiiteraniente eii su industria fijaclora de nitrOgeiio llos iirgo una fál~rica muy grande con una este país para la cianáinida de calcio, en forma de capnciclarl de 200 000 toiieladas métricas por año. tal está limitado al presente a iinas 50 000-60 000 Esta ultima no estalla del totlo tei-ininacla al coiitoneladas por año, y parece cludoso que piieda au- cliiir la guerra, pero trabaj,?l~acon una capacidad IXI'ESY'IGACIOSES SOBRE' E L IVL'I'ROGE'VO aprosimadaineiite igual a la mitacl de la clue hoy tiene. Aunque los caracteres generalesra'asadutopcrilcer to aleiiiári frieron publicados en las pl~acdaiodni otras publicaciones, iiiriclios de los detalles quírnicos e ingenieriles necesarios al éxito de la operacibn no se conocían fuera de Aleinaiiia durante la guerra. El Gol~ieriiode los Estados Unidos, corno parte d e su prograina para satisfacer el enorme y rápido aumento en la denianda de nitrógeno para la fabricación de esplosivos, y temeroso de ser aislado de Chile, construyó en 1917-18 en Sheffield, Alabanla, una planta fijadora de nitrógeno que debía trabajar según una iiiod;ficación del procedimiento alemán que estaba eii estiidio en el país por la General Chemica1 Co. Sin embargo, nunca se hizo trabajos fructíferos, en gran parte a causa del Iieclio de que no se disponía de los datos de ingeniería quíini'ca necesarios para la correcta construcción de la fábrica. El gobierno británico empezó tan~l~ién la construccibn de iiri;l planta de amoníaco sintético poco antes del armisticio, pero el trabajo se suspendi0 al termiliar la giierra. Despui.~de la giierra. el procedimiento del anioiiíaco sintktico fué el objeto de intensas investigaciones en Gran Bretaña, Francia, Italia y Estados Unidos, pero fué sólo en Agosto de 1921 cuando la primera planta comercial fiib puesta en fructíFco trabajo en Siracusa, Nueva York, por la Atmospheric Nitrogen Corporation. Esta compañía se organizó después de la guerra para seguir estudiando el procedimiento de la General Chemical Co., que había dado resiiltados satisfactorios en Cheffield, Alahama. El estudio en los diversos países se a efectuado i ndependientemente unos de otros y por eso hay varios métodos de realizar el procediiniento de amoníaco sintético. ESTADO ACTUAL D E L A ISDUSTR.IA DEL ,\J[OSÍACO SINTÉTICO El procedimiento del aiiioiiíaco sintético es el íinico de los tres procediiiiientos de fijación coinercialniente establecidos que está sometido a 1111 rápido desarrollo y extensión. El estado actual de esta iiidiistria aparece en el cuadro siguiente: ESTADO ACTUAL DEI. pROCBDIbIlEKT0 DEL AJIONÍ:\CO SIXTÉTICODIRl CTO - - - - - - - I Capñcitlad proNíin'er" c~iictoraanual 'le ~ l ñ " " ~ ,le Ilitrógeno 11-4 ISES I I Tons. iiibt. 2 ' 300 000 Francia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Italia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 3 000 Espaíia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Japún . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Iiigla terra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 I 1 Estados Unitlos. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Aleinniiia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : Tot:il . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -- 2 62.5 3 750 2 250 6 000 -1 120 320 2 700 14 - --- - - OBSLRV.\CIO ES ' Produccibn efectiva en 1923, alrededor de 230 000 toiis. Uiia planta tle pára pnr la ocupación clel Rliin. Plantas esencialnien te experimen tale-. Una planta experimental. Una plantr. eriipezó siis operaciones coirieicialeq en 1933. El trabajo eiiipezó en 1923. El trabajo einpezó en Septienil~rede 1923. El trabajo se dice cliie enipezar:~ en 1931. Empezó en 1931. Einpezb en 1923. EnipezaiA en 1924. 324 765 Se observará qiie la capacidad procluctora de las dos plantas alemanas constit~iyeiiiás del 92% del total prncluciclo por este procedimiento. Sin emI~argo.\.arias plantas pequeñas se han piiesto en trabajo en otros países durante el año último, y por eso la enorme superíoridad tle Alemania en esta industria se va re~lucieiiclolentameiite. Auii más. actualnieiite háj. cinco o seis pequeñas plantas de amoníaco sintético en construcción en varios países y varias otras en proyecto. La forniación clel aiiioníaco resulta de la acción del calor sobre una mezcla de nitrógeno e liidrógeno en ptoporcliol1es apropiadas cliie pasa sobre un catalizador, cu la remocií~n del amoníaco asf formado mediante la condensacikn y la absorcibii, sometiendo el nitrógeno y el hidrógeno no conil)inados a tina nue\ra acción del catalizador. La reacción fundamental del procedimiento Fe expresa por la ecuacibn : La formacibn del amoníaco resulta de la accií~ii del calor (alrededor de 12 000 gr. calorías por nioIécula gramo), y, según se ve en el cuadro siguiente, alimenta el porcentaje de aiiioiiíaco en eq~iilil~rio con el aumento de presibn y con la disminiicikn de la tenipera t iir¿i. I I V ~ ~ E S ~ ' I G . ~ C I OSOBRE S I I , ~ ~EZ, O ~ ,I\7Z'IIROGES0 ductora es alto y la fuerza el6ctrica necesaria es tanibién considerable. Se ha calculado que una planta de hidrógeno electrolítico completa, incluyendo edificios, con una capacidad de 30 000 metros cúbicos de hidrógeno por día, cuesta alrededor de 400 000 dólares. 1-0s gastos de producción diarios, calculados. de tal planta, se enciientraii en la lista siguiente: Para la fijación de una tonelada neta de nitrógeno e11 forma de amoníaco se necesitan teóricamente en este proceso aprosiniadaiiiente 2 240 metros cíi11icos de hidrógeno y 730 inetros cúbicos de nitrógeno, medidos a la presión atniosftrica y a temperatura normal. Dejando iin 10% para las pérdidas de gases, los volíinienes necesarios reríaii 2 550 y 850 metros cúbicos, respectivariiente. La producción de los gases, especialmente el Iiidrógeno, de la necesaria pureza, constitiiye uno tle los principales ítemsde gastos eii la fijación del nitrógeno mediante este procediniiento. Se necesitan gases de gran pureza porque todos los catalizadores para el amoníaco hasta hoy conocidos son sensibles aiin con miiy pequeños porcentajes de inipurezas, coino el anliidrido y el óxido de carbono, el vapor de agua y los coni1>iiestosdel azufre y del fósforo, que se encuentran generalmente en los gases comerciales. La eficiencia de los catalizadores de clisniinuída grandeniente por esos %venenos, que clistiiiiiiiyeii la conversibii de los gases en amoníaco y aunieiitaii así el coste de prodiiccióii. Los principales problemas del procedimiento de amoníaco sintético son, por lo tanto, la produccióii, piirificación y compresión del liidrógeno y el nitrógeno inezclados; la fabricación de un catalizador de anioníaco que sea activo y a pesar de eso no sea envenenado con rapidez por los indicios de inipiirezas existentes eil la mezcla de gases; el desarrollo de equipos tiiecánicos que resistan la acción de los gases bajo alta presióii temperatura, y finalmente 1;) separación del rinioníaco sintetizado en la mezcla de gases. hiétodo ~lectrolitico.-La produccióii de hidrhgeno mediante la electrolisis de soluciones acuosas es es actualmente iin procedi~iiieiito conveniente y eficiente. Para la síntesis del amoníaco, el hidrógeno electrolítico es casi ideal porque se produce drectamente en un grado relativamente alto de pureza (99.7-99.9%), pero el valor de la planta pro(1) Calculado de datos esperimentales obtenidos en el Laboratorio de investigaciones para la fijación del Nitrógeno. A. T. I-.~Hsvs-J. A V I . C! etv. Sor.-\'ol. 46 367, 1924. 42 Mano de obra, dólares . . . . . . . . . . . . . . . Reparaciones y iiianteniiniento, dólares . Agua destilada y materiales diversos, dólares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gastos fijos (16% de las inversiones), dólares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Total si11incliiir fuerza, dólares. 25 23 175 ..... 265 La fuerza eltctrica necesaria se calcula eii 168 kilowatt-hora por 285 metros cúbicos de hidrógeno. Sobre la base de 2 550 metros cúbicos de hidrógeno por tonelada neta de nitrógeno fijo, 3 000 metros cúbicos de hidrógeno fijarian 11.11 tons. de nitrógeno. El coste de producción del hidrógeno, sin incluir la fuerza, es, por lo tanto, 23.70 dólares por tonelada de nitrógeno fijo. El coste del liidrógeno segíin diversos valores de la fuerza se ve en el cuadro sigiiieiite : COSTI.: DEI, H I D R ~ G E N OELBCTROL~TICO COZ! DI\.ERSOS PRECIOS D E LA FUERZ.4 --- ~ - VALORDE r LA POR KILO\VATT-HORA - . l Valor de la fiierZa el hidrógeli0 por fon. de N filo 1 Coste total del Iiidróseno ::$ ": Por 30 inetros por kit,, de tr6geno "oni- Se observará que no se ha heclio rebaja en el coste de producción por el oxígeno que se obtiene como subproducto en este procedimiento. El volumen del oxígeno producido es la mitad del hidrógeno y alcanza alrededor de 1.87 toneladas de oxígeno por tonelada de nitrógeno fijado. Si el El gas así producido contiene 40 a 45% de anliisubproducto oxígeno fuera Irendido a 3 dólares por drido carbonice y 4% de óxido, y es la extractonelada, el coste del nitrógeno fijo se reduciría en ción completa de estos gases del hidrógeno lo que iinos 5.50 dólares por tonelada. constituye alrededor de la mitad del coste del hiCeldas muy eficientes del gas electrolítico se lian drógeno en este procedimiento. El anhidrido cardesarrollado en la industria del oxígeno, y reciente- bónicoesen gran parte extraíclo por lavado con una iiiente su mayor perfeccioiiam'iefito Iia sido estiniu- solución de prlisiato cuproso amoniacal a 200-225 lado por la demanda de hidrógeno para la síntesis atmósferas. El pequeño porcentaje de aiihiclrido del amoníaco. Los esfuerzos del perfeccionamiento carbónico que aun queda es extraído por iin lavado se lian dirigido a obtener celdas más grandes, re- cáustico a la presión anterior. duciendo así el coste de las celdas por unidad de Aunque el nitrógeno para la síntesis del arnoníagas producido, y reduciendo considerableniente el co puede obtenerse mediante la liquefacción >. la espacio de terreno necesario. destilación del aire, los alemanes lian encontrado Algiinas plantas de amoníaco sintético que em- desventajoso el empleo tle prodrictores de gas plean Iiidrógeno electrolítico producido, ya sea como como fuente de nitrógerio. La co~nposicióiide esproducto directo o conio iin subprodiicto eii cier- te gas varía entre límites amplios; conio térniiiio tos procedimientos electroquímicos, están hoy en medio contiene 60% de N,, 25% de CO, 7% de trabajo en varios países. Aunque las plantas de H, y 8% de CO,, hidrocarburos etc. Aprosimadahidrógeno electrolítico para la síntesis del amoníaco mente u n voluinen de este gas está mezclado con j~roporciona tina excelente ocasión para aprovechar dos volúmenes de gas de agua 1. la iiiezcla resultannuevas fuerzas hidráulicas y para el progreso de te es sometida al tratamiento mencionado antes localidades no industriales, parece seguro que la so- para el gas de agua. El gas purificado contiene lución final del problema de la producción de hi- nitrógeno e hidrógeiio en la proporción aprosimada qiie se necesita para la síntesis del ainoníaco drógeno debe producirse por otro camino. .Pi~occdirnieii~o del gas de agrra.-Este procedimien- (1 a 3), salvándose cualquier deficiencia con una to envuelve la producción de gas les, pero no se le emplea en la fijacibn del nitrí~genohasta el presente. 0 f i . n ~ f~renfes.-La posil~ilidatl [le producir hitlrógen~por descomposición térinica de los hitlrocarbiiros contenidos en el gas natural, en el petróleo, etc., parece presentar posibilidatles, pero hasta hoy no ha sido determinada enteramente. El Iieclio iiiás ciiestional)le es el de la piireza del hidrógeiio que, como se ha dicho antes, es un factor de lo más importante en la síntesis del amoníaco. Las principales iriipiirezas son el óxido de carbono y metano, siendo ambos perjiidiciales, el primero por eiiveneiiar el catalizador y el últiino porque se aciiiniila en la síntesis circiilante que es el sistema empleado coiiiCnmen te. La fa11ricacií:ti del hitlrógeno por retlucción del agua inediante el fósforo en lugar del carbón ha sido propiiesta para su eiiipleo en las plantas de ainoníaco siiitético. cuyo producto debe ser un fertilizante nitrogenado fosforatlo, tal coino el fosfato de amonio por ejeinplo. La posibilidad coniercial tle tal proceso no lia sido aún determinada, pero se le investiga actualniente con actividad. La generaci0ii cle hidrógeno por inedio del Ilamado amétodo del silicolx (ferrosilicbn y sosa cáustica) es tleniasiado costoso para ser empleado en la síntesis del amoníaco. El hidrógeno se ol~tienecomo siil~prodiictoen varios procetlimieii tos electroquíiiiicos, como ser en la nianufactiira d e álcalis cáiisticos. La cantidad de Iiidrógeno disponible cle estas fuentes en conjunto es iiiuy grande; por e,jeinplo, 90 000 metros cúbicos en la fnliricaci01i de álcalis cá~isticossólo en este país en 1910. La mayor parte de este hidrógeno se pierde. Siii embargo, el volutiieii disponible e11 las plantas individiiales varía entre 2 0 000 y 3 000 inetroscúl~icospor- día, sieiitlo la últinia cifra algo más que lo necesario para una planta que produzca una tonelada de aiiioníaco por día y probableinente no sea reinunerati\ra la instalación de titiidades pequehas de ainoníaco eri las fuentes peqiieñas de hitlrbgeiio hoy pertlido. La producción de nitrógeiio extraído ! 40%. ," A4ctiialniente se enipleari dos iní.t«tlos entera? inen te diversos de trahajo en el procediniieri to del ainoníaco sintético. En el iiiio, comúnineiite llamado iní-todo cíclico, la ~iiezclade gas es pasada sobre u11 catalizador, se extrae el anioníaco así fortnado y el gas no combinado vuelve al inismo catalizador junto con iin agregado de gas nuevo, niediante una boiiiha cle circiilacibn. Prácticameiite todo el anioníaco sintctico que hoy se produce se obtiene mediante el mí-todo cíclico. Eii el otro método la mezcla de gas pasa sohre varios catalizadores en serie, efectuándose así la coii\rersióii de la mayor parte tle él. El gas no coinhinado es viielto al sisteina generador de gas. El catalizador es uiia parte extraordinariamente importante del sistema del anioníaco sintético. De 61 depende no sólo las condiciones iiiás económicas de operncibn ; como son la presión, la teniperatura, la pureza del gas y su velocidad a través del catalizador, sino tanibién inuchas de las partes mecánicas de la planta entera. Los ca talizadores en iiso al presente consisten esencialniente eii ósido de fierro reducido, al cual, en algunos casos, se han agregado pequeñas cantidades de otros materiales, coniúriniente Ilainados promotores, que IXT'ESTIGACIOATES S O B R E EL AIY'ROGEIVO aumentan la eficiencia del catalizador. Desgracia- por de agua en la mezcla de gases que vuelven damente, la eficiencia de los catalizadores que al aparato de síntesis. hoy se emplean comúnmente en la síntesis del amo.P:.ocedimie?rto Haber-Bosch o a1stnán.-El deniaco es grandemente reducida por la presencia sarrollo comercial del procedimiento alemán se de impurezas, aun en cantidades extraordinaria- debió, según antes se ha dicho, a la Badische Animente pequeñas, como son el anhidrido y el lin iind Soda Fabrik que consiguió poner la prióxido de carbono, el vapor de agua, el oxígeno, mera planta de gran tamaño en trabajo en 1913. el azufre, el fósforo, etc., en la mezcla de nitrógeno Se cree que esta compañía estudió el empleo de e hidrógeno, y de allí la necesidad de la purifica- presiones hasta 1,000 atmósferas, pero llegó a la ción. En caso de que el gas sea algo impuro se re- conclusión de que una presión de trabajo de 200 curre a operar a alta temperatura porque la reac- atmósferas era más aceptable para la producción ción aumenta a l crecer la temperatura y el efecto en gran escala en ese tiempo. El procedimiento de las impurezas sobre el catalizador es en aparien- consiste en producir una mezcla al 3 por 1 de nicia menos pronunciado. Sin embargo, la concentra- trógeno e hidrógeno de gas de agua, y gas de gacógeción del amoníaco en el gas es menor a temperatu- no sometiendo la mezcla a una presión de 200 atra elevada. El problema principal en la fabrica- mósferas a una temperatura de 550" C en presencia ción de catalizadores es, por eso, obtener un ma- de un catalizador, lo que rinde alrededor de 5% terial que trabaje eficientemente a una tempera- de amoníaco. Se extrae la mayor parte del amoníatura relativamente baja aun en presencia de pe- co así formado mediante el lavado con agua bajo queñas cantidades de «venenos* de la mezcla de presión de 200 atmósferas y se devuelve el gas no gases. combinado a l aparato de síntesis mediante una Una de las consideraciones importantes en la bomba de circulación. M á s del 90% del amoníaco formación del amoníaco es el mantenimiento de sintético se produce hoy por este método. la temperatura apropiada en la cámara catalizado.P;,ocedim.ienlo de la General Cliemical Co.-La ra. La formación del amoníaco va acompañada General Chemical Co., emprendió antes de la guede liberación de calor y por eso el sistema de sín- rra el estudio de un procedimiento sobre el amoniatesis debe construirse de tal modo que se mantenga co sintético calculado para operar a una presión un calor apropiado. de 100 atmóderas aproximadamente. El procediExtracción del amonEaco.-La concentración del miento fué instalado por el gobierno en Sheffield amoníaco en la mezcla de gases que salen del cata- en 1918 pero no se realizaron trabajos satisfactolizador varia entre 5 y 20% en los tipos comunes rios. El procedimiento fué después ensayado con del procedimiento del amoníaco sintético. La ex- éxito y está hoy en trabajo en Siracusa, por la tracción del amoníaco puede efectuarse lavando Atmospheric Nitrogen Corporation, en una planlos gases con agua bajo presión, o enfriando la mez- ta que produce alrededor de 15 toneladas de amocla de gases para producir la condensación del amo- níaco por día. .Procedimiei~toCasale o italiano.-El Dr. Casaniaco. En el primer caso el producto es agua amoniacal, en el último es amoníaco líquido anhidro. le en Italia emprendió el estudio de la síntesis del En las grandes fábricas alemanas de amoníaco amoniaco en 1918, y ha desarrollado hoy un métosintético que operan a una presión de 200 atmós- do de trabajo que parece muy satisfactorio. Se feras la concentración del amoníaco en el gas que emplea una presión de trabajo de 750 atmósferas sale de los catalizadores es de un 5% y se emplea y debido al empleo de tan gran presión se ha conseel lavado con agua. En el procedimiento Casale, guido la simplificación y una notable reducción que opera a 750 atmósferas más o menos, la concen- en el tamaño del equipo en comparación con el que tración del amoníaco es alrededor de 20% y sólo se necesita cuando se trabaja a 100 o 200 atmóses necesario enfriar la mezcla de gas a 20-25°C feras. Las dificultades mecánicas en la compresión y para condensar la mayor parte del amoníaco. En el procedimiento Claude, que opera a 900 at- circulación de grandes cantidades de gas a tan almósferas, la extracción del amoníaco puede también tas presiones parece que se han resuelto satisfactoriaefectuarse enfriándolo con agua, ya que la concen- mente. El mayor coste de la compresión es más que tración del amoníaco en el gas es alrededor de un compensado por la mayor formación de amoniaco y la facilidad de extracción del producto en for25%. El trabajo a presiones considerablemente su- ma anhidra. Esta última operación se efectúa simpreriores a 200 atmósferas tiene la decidida venta- plemente enfriando el gas de la cámara catalizadoja desde el punto de vista de la separación del amo- ra a una temperatura a unos 200C. Como medio níaco, pues el producto puede obtenerse sin recu- de control del calor se devuelve al catalizador con rrir al lavado con agua o a la refrigeración inten- los gases no combinados una parte (alrededor de sa. Además la energfa necesaria para comprimir un tercio) del amonfaco formado. La cantidad que el agua para el lavado con agua para liberar el se devuelve se regula según la temperatura del apagas amoníaco del agua amoniacal, y paía compri- rato condensador. Hoy hay en varios paises plantas que operan de mir el gas amoníaco en el caso de que se requiera amoníaco líquido, se elimina y no se introduce va- acuerdo con este procedimiento. Son de pequeña 1S I7ES TIGdCIOI\'ES SOBRE E L SlTROGESO capacidad, con-iúnn-iente producen 7.5 toneladas métricas cle amoníaco por día, y emplean hiclrógeno electrolítico. .Piocedin~feiilo Clnzrde o fra1zcés.-Jorge Claiiíle Iia desarrollado en Fraiicia un procedimiento para el amoníaco sintbtico en el cual se emplea una presión de 200 atmósferas. A esta alta .presión la concentración del amoníaco en el gas que sale del catalizador es alrededor de 25%. De este hecho se sacan ventajas en la construcción del aparato de síntesis. En Iiigar de pasar el gas a tral-6s de solo una cámara catalizadora, y de circular de iiue\lo el gas no combinado después d e la estraccibii del amoníaco, el gas es pasado sucesivaniente a través de una serie de cámaras con dispositivos para extraer el amoníaco por coiidensación después de cada cámara. Cinco cániaras d e síntesis constituyen una unidad, estando las dos primeras en paralelo, seguidas de las otras tres en serie. Aunque el procedimiento puede trabajar col1 hidrógeno de cualquiera de las fuentes antes inencionadas, Claude Iia continuado sus ensayos con referencia especial al empleo de hidrógeno de gas de Ilornos de cok. E l hidrógeno separado de este gas contiene algo de metano y alrededor de 2% de óxido de carbono. En seguida se agrega nitrógeno proveniente d e una planta liquidadora de aire y la mezcla se coinprin-ie en ocho etapas hast a 900 atmósferas. Después es pasado por un piirificador que opera en iiiios 4000 C y en el cual el óxido de carbono es coiivertido en metano y agua. Esta última es condensada y extraída y el gas pasa directamente a la serie de cámaras catalizadoras. Del 80 a l 85% del gas original se convierte eii anioníaco. E l gas resíduo, que contiene 7 a 10% de metano se devuelve a l generador de hidrógeno. La mezcla de metano y ósido de carbón0 del Feparador es empleada en máquinas inotrices que mueven los compresores. El procedimiento Claude, corno el de Casale, es relativamente nuevo y sil desarrollo industrial está hoy solo en su comienzo. Se han instalado varias plantas pequeñas para trabajar según este procedimiento. No existen inforniaciones disponibles respecto al coste efectivo de la fijación del nitrógeno mediante el proceclimieiito del ainoníaco sintético directo, y hay una gran divergencia de opiniones a este respecto, oscilando los dive:sos cálciilos entre 10 y 20 centavos por liilo de amoníaco bajo las actualescondiciones de Estados Unidos. Es de interés considerar doscálculos que se han I-iecho sobre la base de las fábricas alemanas y aceptando los costes de constriiccitn ante-bblicos. 31. Patart (Memoires de la Cocieté des Ingenieurs Ci\.ils de Frünce-Abril-Jiinio 1922, pág. 203), director general del servicio de pólvoras del gobierno francés, hizo iin cuidadoso estudio del coste cle fijación eii 1921 eii la planta de Oppau y calculó que iiiia planta capaz ¿e pioducir 100 toneladas inbtricas de nitrógeno fijo por día, o sea aprosimada. mente 48 000 toneladas netas de aincníaco por año, en la forma de ainoníaco gasoso, tendría u n ccste de 517 francos por tonelada métrica anual de nitrógeno en 1913-13. Esto corresponde aprosiinadaiiiente a 75 dólares por tonelada neta de amoníaco y está dividido casi por igual entie la iiistelaciín productora de mezcla pura de nitrógeno e hidrbgeno, y la de síntesis del amoníaco. El coste total del nitrógeno fijo fué calciilado en 382.45 francos por tonalada métrica d e nitrógeno. o sea 55.25 dólares por tonelada neta de amoníaco. Del ccste total, 51.8% fué asignado a la prcducc;íii y puíificación de la mezcla de nitrigeno e hidrkgeno y el resto a la síntesis del amoníaco. S e ha calculado que la i n ~ e r s i i i ipcr tonelada neta ariual de amoníaco bajo las condiciones de -4lemania antes de la guerra (1914) era alrededor de 270 dblares; el coste de operacitn, exclu;dos los gastos fijos, era de 82 .73 dólares por tonelada; y el coste tctel ela de 107.28 dólares, o sea 5.36 cents. por libra de ariioníaco. Tanibiín te calculó sobie la base de la planta de amoníaco sintético de Sheffield. que una fábrica de capacidad para 11.CCO toneladas de amoníaco, trabajando a 1CO atmCsferas de presión jr ernpleaiido hidrógeno de gas de agua tendría iin coste de 500 dólares por tonelzda neta anual de ainoníaco bajo las condicicnes de Estados Unidos eii 1921. El coste de operación, escluídos los gastos fijos, fué calculado en 127.53 dólares y el coste total en 222.58 dólares por tonelada o sea 11.13 cents. por libra. Una instalación semejante bajo las mismas coi~dicionesque las anteriores, excepto que el hidrógeno debía producirse electrolíticamente, se calculó que costaba 400 dólares por tonelada neta anual de ainoníaco. El coste cle operación, excluídos los gastos fijos, para tal planta fu6 calculado en 140.96 dólares y el toste total del amoníaco en 213.52 dólares, o sea 10.67 cents. por libra de amoníaco. La fuerza fué calcutt lada a un coste de 4 inills. por k i l o ~ \ ~ aIiora. En vista de las mejoras efectiiadas en el pi-ocedii-i-iientoque han llevado a la simplificación del eq~iipo y a la reducción del trabajo de operación, tanto coirio en el coste del hidrógeno puro, hoy parece que el ainoníaco puede producirse en el país a un toste n-iiiclio más bajo que el calciilado para 1921. i\lIucl-ia atención se ha prestado recientemente en el país a las probabilidades comerciales de plantas relativarneilte pequeñas de ainoniaco sintético, y por lo tanto, es de interbs calcular el coste prohable del amoníaco en una pequeRa insta1ac:ón: Las cifras siguientes están basedas e n la inejor información que puede obtenerle actualmente. El cálculo se aplica al coste d e ccnstrucciCn y operación de una planta de amoníaco sintético bajo las II\ VESTIGkCIOI\%S SOBRE EI, n'lTROGEEYO actuales condiciones de los Estados Unidos, y que produzca 10 toneladas de amoníaco por día empleando hidrógeno electrolítico y operando a 300 atmósferas de presión. Se supone que el nitrógeno sea producido calentando una mezcla de aire e hidrógeno. La inversión por tonelada anual neta de amon;aco para dicha planta completa, incluyendo edificios, se calcula en 200 dólares aproximadamente, 50% de los cuales se asignan a la instalación productora de hidrógeno. El coste de producción diario calculado por tonelada de amoníaco puede verse en la lista siguiente : Superintendencia y mano de obra . . . . . $ Mantenimiento y reparaciones . . . . . . . . Materiales (agua destilada, catalizadores etc) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fuerza a 2 mills. (16,000 kilowatt liora) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Contingencias (10% de los items anteriores) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gastos Generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cargos fijos (20%) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 .O0 10 .O0 dos del procedimiento del amoníaco sintético pueden venderse en competencia con el salitre de Chile y con el sulfato subproducto de los hornos de cok. Parece muy probable que una reduccihn de precio en estos dos productos nitrogenados, ocasionada por la competencia de los productos nitrogenados de origen atmosférico, pueda compensarse con éxito mediante mejoras en el procedimiento sintético. XhTURALEZ.1 D E LOS PRODUCTOS DEL PROCEDIMIEXTO DEL A J I O N ~ A C O SINTÉTICO El producto directo del procedimiento del amoníaco sintético es, como ya se ha dicho, el amo4.00 nfaco, que se obtiene ya sea en solución como agua amoniacal o como anomíaco líquido. La demanda de amoníaco en forma de tal es relativamente pe32,.00 queña; estando limitada en su mayor parte a la 5 . 6 0 industria frigorífica y a ciertos procedimientos quí10.00 micos, como por ejemplo la fabricación de ceniza 40.00 de soda. Sin embargo, el amoníaco es una de las formas más importantes del nitrógeno para satisfacer la demanda mundial por una gran variedad de coinTotal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 111 .O0 puestos nitrogenados. De él se puede fabricar no solamente diversas sales apropiadas para usarse como abonos y en la industria química, sino que Con fuerza a 4 mills. por kilowatt hora el costo puede ser convertido en ácido nitrico, satisfacientotal es de 146.80 dólares. do así una necesidad en la fabricación de explosiEl coste de fijación disminuirá algo a medida vos, que antes era satisfecha únicamente por el saque el tamaño de la planta aumente a más de 100 litre chileno. Los más importantes de los proceditoneladas de amoníaco diarias, y por eso en la mientos de conversión del amoníaco y sus productos producción en grande escala el coste sería menor serán descritos brevemente a l estudiar los procedimientos de conversión del amoníaco. del indicado más arriba. Con respecto al coste relativo del amoníaco de hidrógeno electrc!ítico y de hidrógeno de gas de agua, los datos de que hoy se dispone indican de que no solo es el primer coste de la planta mucho menor para e1 primero, sino que la mano de obra, el mantenimiento y las reparaciones son también Muy notables progresos, tanto efectivos comenores y que para costos de fuerza que alcancen mo latentes, se han hecho en el procedimiento del hasta 5 mills. por kilowatt hora el coste total del amoníaco sintético durante los Últimos cuatro años. amoniaco será menor que cuando se emplea hidró- La practicabilidad de trabajar a altas presiones ), geno de gas de agua. Sin embargo, como anterior- la simplificación en las constituciones y en el trabamente se ha establecido, hay claras posibilidades jo que de esto se deduce han sido demostradas: de redudir considerablemente el coste del hidróge- se ha encontrado mejor acero para soportar las inuno del gas de agua y por eso es probable que en unos sitadas condiciones de alta presión, alta temperapocos años el actual límite de fuerza a 5 mills. tura y acción de los gases que hay en el proceso; aproximadamente habrá de ser apreciablemente se han hecho considerables progresos en la reducción reducido. En todo caso, el futuro del procedimien- del coste del hidrógeno y se han estudiado nuevas t o del amoníaco sintético directo parece depender fuentes de este cuerpo. del futuro desarrollo de los métodos de producción Entre las contribuciones recientes de importande hidrógeno de cok o de hulla, más bien que de cia para el procedimiento del amoníaco sintético los procedimientos que requieren grandes cantida- se cuenta el desarrollo de un catalizador muy actides de energia eléctrica. vo estudiado en el laboratorio de Investigaciones Aun cuando no se conocen los costos efectivos sobre el nitrógeno fijo, el que puede adquirirse de la fijación en cada uno de los procedimientos, a bajo precio. Todos los problemas relativos a la hay razones para creer que los productos nitrogena- fijación del nitrógeno mediante el procedimiento del amoníaco sinthtico estáii siendo estudiados rigiirosarnente en el laboratorio de iiivestigaciones en diversos p a í ~ e ys por eso puede confiarce qiie dentro de pocos aiíos se obtengan importantes rnejoras. AD;\PTAI%ILIDADD E LAS CONDICIOSES AlIERICdSAS El procecliiiiiento clel aiiloníaco sintético es mucho más apropiado a las condiciones de Estados Unidos que los procedimientos del arco 5 7 d e la cianáinid a . Hay en este país fuentes latentes enormes de hidrógeno, particularmeiite en la hulla. Las iiecesidades de fuei-~ason relativamente pequeñas escepto cuando se produce hidrógeno electrolítico. El procedimiento aunque requiere un control muy inteligeiite, no exige gran cantidad de trabajo, y la naturaleza del producto es enteramente satisfactoria, aunqiie i e necesita nuevas transforniaciones en varios cle sus LISOS, como por ejemplo como abono. Otros procedim.ientos fijadores de nitrógeno S e ha propuesto varios métodos para la fijación comeicial del nitrígeno atmosfí.rico, pero como antes queda dicho, s lo tres d e estos procediniientos han sido aplicados en grande escala comercial. De los otros métodos propuestos, l a fijación del nitrógeiio mediante los cianuros Iia recibido, prol)ablemeiite, la rnayor atencióri y actualiiiente está cerca de llegar a tener aplicación comercial friictífera. Con excepción de Ics procedimientos a l cianuro, es tal \-ez posible establecer qiie ninguno de los \.arios procecliinientos Iia sido hasta hoy desarrollado siificientemente para asegurar una iiistalación en grande escala. Sin embargo, no hay razón para consideror a los actuales m&odos desarrollados comercialmente ccino los únicos que vayan a eiiiplearce en adelz nte. Hay ciertos metales y sus compuestos que, mezclados con carbCii finamente molido y calentados a 900-1200" C eii una atmCsfera de nitrégeno, forman cianuros. Esta reacci6n fué la b a ~ de e los primercs encaycs de fijar el nitrógeno atmosfírico 11abié~dc:e efectiiedo experimentos en grande eccala en tiempos tan lejanos coino 1843. Se ha estudiado la adaptabilidad cle un gran número de metales en especial los alcalinos y alcalino-terrosos.. De éstos, solo el sodio y el bario se Iian considerado comercialmente apropiados para la síntesis de cianiiros. Ambos han siclo estiidiados en grande eccala, el codio princi- palinente en los l s t a d o s ITnidos y el bario eii 111glaterra. Los procedimieiitos del cianuro de sodio están basados en la siguiente reacción : Sa,C0,+4C+N2= 2 S a C N +3CO-138.500 calorías. Ida p~iblicaciónen 1917, por J . E. Biiclier de sus in\.estigaciones de laboratorio en la re\,ista Eng. Cheiii. 9, 233, 1917, estimuló grandeiiiente el interés por este inbtodo de fijación en Estados Unidos. El procedimiento propuesto por Bi;clier para efectiiar la reacci6ii en escala comercial cons'stfa eii formar briquetas de una iilezcla finamente niolida d e ceniza de so:a, cok fierro, las que serían tratadas con iiitrógeno en retortas 1-erticales calentaclas externamente, y sometiendo las Ixiquetas ya ciaiiizadas a la acciCn del vapor para prcducir ainoníaco y regenerar la ceniza de Loza. El residuo re emplearía repetidas veces eii el procedimiento. Idas priiicipales ventajas reclamadas por el procedirniento del cianuro d e sodio son las siguientes: La temperatura suficientenier~te baja de trabajo que permite el empleo de coinl~~istibles en lugar de eiiei-gía elhctrica para prodiicir el calcr necesario; materiales comparativamente baratos; y simplicidad del procedimiento y por lo tanto gclstcs de iiistalación reclucidcs. LES priilcipales dificiiltades se han visto que son el proporcionar el calor requerido para la reacción en una foima econ&inica, el obtener materiales apropiados para la construcc'¿.n de las retortas y el obtener tina ccn\.ersiEn satisfactoria del carbonato en cianuro. Además, si el residuo, clespués del tratamiento d e la carga cianizada con vapor debe emplearse repetidas veces en el procedimieilto, se hace necesario emplear iina clase de carbón con muy poca ceiiiza ~7 tales claces cle carbón soii dispencliosas. F1 descirrollo comercial del procedimiento Bucher fué emprendido por la Nitrogen Products Co., eii plantas experimentales eii Greeiie, R. 1. y eii Sattville, Va. Durante la guerra el gobieriio construyó una planta en este Ultiino plinto para trabajar según el procedimiento Bucher, como lo había desarrollado la Nitrogen Prcducts Co., la que debia tener una capacided de 10 tonel2das de cianuro d e sodio por día. El cianuro era lixiviado de 12s briquetas inediante el amoníaco líquido y era recuperado por evaporacién de este último. La planta estaba al teiininarse cuando Le firiiió al armisticio y despii6s de una corta experiencia de ensayo fiié cerreda y después tlesarrrada. La experiencia demcstró que era necesario hacer varias mcdific~cicr.esen el prcccdimiento y e11 la planta para obtener un trabajo satisfactorio. Sobre la bz:e de datcs inadecii;dcs a ccusa del trabajo coito e inteiiniteiite. :e calculó (Eng. C11em. 11. 1910 (1919) que cresta alrededcr de 20 cents por libia para prcducir cisniiro de :odio, pero que bajo condicicnes iioirnales 5 7 efectc~iid o en la planta y eii el prccedimiento las iizcdifi- I,\' caciones que se vi6 que era necesarias, se podría prod~iciralrededor de 9 113 cents por libra. A m l ~ a s cifras escluyen el interts de las inversiones y los derechos de patente. Desde 1919 no ha habido mejoras de significación en la inodificacii.n Biiclier de los procedimientos sobre cianuros. El precio actual del cianuro de sodio en el mercado e s alrededor de 22 cents por lil:ra, y por lo tanto sobre la base del último cálculo el prccediniiento parece tenei- posibilidades coinerciales. Sin enibargo, se observará que el nitrógeno en forma de ainoníaco prodiicido de cianuro a 9 113 cents. por libra costaria a lo menos 33 cents. por libra, o sea alrededor de tres veces el actual precio en el mercado del nitrógeno en forma de agua ainoniacal. S e puede decir, sol>re la base de estas cifras, que aunque el procedinliento puede ser conveniente para pro~ , no puede prodiiducir cianuro ácido c i a n h í d r i ~etc., cir amoníaco en competencia con los demás inétodos. Otra inodificación del procediniiento del cianiiro de sodio ha sido desarrollada en este pais por la Air Recliiction Co. El procediniiento difiere del de Ruclier principalmente en que se emplea nie- nos fierro en la carga y en que el tratamiento con nitrógeno se efectúa en retortas rotatorias ligeramente inclinadas. Ultimamente se ha piiesto en trabajo en California una planta que emplea este procedimiento. E l producto de la planta e s coiivertido en ácido cianlíídrico para ser einpleado en la furnigacióti de limoneros. Eegún iina patente reciente, el cianuro de sodio crudo puede tratarse con árido carbónico, con lo cual se 1il;era ácido cianliídrico y se regenera la ceniza de soda. S o se dispone de datos sobre el coste de operación, pero el procediniieiz to trabaja aparentemente en competencia con los cianuros del bien conocido procedimiento de la soda ainoniacal y de la cianámid a de calcio. Si11 eilibargo, no hay indicación de qiie el procedimiento pueda competir con éxito con la cianámida o con el procedimiento del amoníaco sintbtico directo en la fabricación de amoníaco. La fijación del nitrógeno eii forma de cianuro de bario ha sido estudiada en grande escala más o menos continuamente desde 1862, pero el procediniient o no ha sido puesto hasta Iioy en operaci6n comercial remunerativa. E l procedimiento consiste esencialmente en calentar una mezcla de carbonato u ósido de bario con carbón a una teniperatura de 1200nC inis o menos en una atmósfera de nitrógeno. Bajo estas condiciones e,:. conoce una Ferie de reacciones que deben proclucirse, pero el resultado neto piiecle expresarse en la siguiente ecuzciíii: El cianuro ci-ido, qiie contiene comunniente alrecledor de 5% de nitrbgeno fijo, piiede rer lisiviado ya sea con agua y convertido en un cianuro 17ES7'IG.41,'IOSES S O B R R E L XI~'HOGEII-O alcalino ccn un tratamiento posterior, o puede :er tratado con vapor a iina teniperatura varial-le entre 350 y 50OuC para producir amoníaco. E n ambos casos el ieridiio :e emplea de nuevo en el procedimiento. La supuesta \.entaja del bario sobre el sodio para la síntesis de los ciaiiiiros es que la masa que contiene el bario no se funde a tan baja temperatura como con el scdio y la pí-rdida de compuestos de bario de la retorta por ~olatilizaciín es considerablenlente menor. La cuestión de la fusi¿n es importante porque el nitrógeno no puede penetrar la carga y además el material cliie se Fega a las paredes de la retorta aumenta grandemente las dificultades de la operacibn. Sin embargo, el I~ariotiene la desventaja de que, debido a sil gran peso atóniico, la cantidad de carga que re necesita por unidad de nitrógeno fijado es excesivamente grande. Todavía más, no hay n~ercadopala el producto directo cianuro de bario. Entre los más recientes intentos de establecer este procediniiento en escala ccmercial se cueiitan los de una sociedad sueca, que trabaja con 1;;s patentes Thorsdell y Lundeen, y las de una conipahía inglera, la Britisli CyanidesCo. La primera a l - ~ n donó el prccediniiento hace uncs dos anos, derpiiís de haber gastado inás de 3 000 000 de dólares. Sin embargo,la British Cyanides Co., declara Iial er resuelto satislactoriamente las di\ersas dificult:.des del procedimiento y se propone operar ccn í.1 en escala comercial. Aunque el prccedimiento es íitil para la fabriceciín de prcdiictos cianuisdcs que alcanzan alto piecio, 110 puede zer considerec!~ así para la fabricacih del amonlzco. Además de la fijación del nitrógeno di~ectaicente en forma de ciaiiuros, Iia habido numerosas prcpcsiciones de prodiicir primero ácido cianliídrico, que puede ser convertido despriés en una sal, oxidado a ósido nitrico e hidroli7ado a amoniaco. RfIezclas de nitrógeno y di\ ersos hidrccai Luics han sido soiiietidas a la accitn de una descarga elbctrica, efectuando así la fijaciíii de nitrcgeno. Perece que ninguno de los resultados lia sido suficientemente catisfoctorio para asegurar u n d e s ~ r ~ c 110 en grznde escala. Que Ics cianiiics se forman en el trabajo ordinario de loslior~iosde soplete ha sido establecido definitivamente. La pcsibilid~dccrr.eici¿ l ¿e picducir nitrógeno fijo de esta manera cciiio prcducto primario o como un sulprcducto, no 11a sido, sin enibargo, determinada. En relacien con esta última posibilidad se ];a prcpuesto ottener una parte del cianuro a lo inencs extrayendo una parte del gas, tal \ e z un lo%, al ni\,el del hoiiio, para tratarlo en forma de recuperar el cisnuro. Fe dice que esto piiede efectuarse sin in;pedir el norinal funcioiiamiento del horno. Aunque la cantidad de cianurcs que ~ c c l r í aobtenerse de esta n-anera no :e ha estal~lecido,se ha calculado que sería 1 astante Craiide. El pro1 lerra cle los cianurcs en Ics horrcs ¿e soplete J. su iecuperación es hoy investigael i acti\~anientef n este p í s . .IArl~ESTIG~LCfOA'ES SOBRE E L XITROGELYO . PROCEDI;\IIENTO DEL - NITRURO Varios metales y metaloides se combinan directamente'con el nitrógeno y forman compuestos cuyo contenido de nitrógeno es relativamente alta; por ejemplo, 56% de nitrógeno teóricamente en el caso del cianuro de boro. Debido a que estos compuestos pueden desprenderse de su nitrógeno en la forma de amoníaco cuando se les trata con vapor, se ha prestado mucha atención a la formación de nitiuros como un medio de fijar el nitrógeno atmosférico. El coste de fijación del nitrógeno en forma de nitruros ha resultado, sin embargo, muy elevado y actualmente no hay ningún procedimiento comercial remunerativo en operación. En lugar de producir nitrógeno fijo como producto primario mediante los nitruros, se ha propuesto producirlo esencialmente como un subproducto en la metalurgia de ciertos metales. A este respecto se ha prestado atención particular, tanto en Europa corno en este país, a la formación de nitruros de aluminio. Cuando se calienta el mineral o mena de aluminio (bauxita) en un Iiorno eléctrico hasta unos 1.800°C, con carbón y una atmósfera de nitrógeno, se forma nitruro de aluminio, según la ecuación : A1,03+3C+N, = 2AlN+3CO Tratando el producto con solución cáustica bajo condiciones apropiadas, se libera amoníaco y se forma aluminato de sodio, del cual puede recuperarse alúmina pura (Al,03i). La principal dificultad del procedimiento es la construcción de un horno apropiado para trabajar a una temperatura tan alta como es 1 800°C. Además el gasto de fuerza es grande. Considerables trabajos se han efectuado sobre este procedimiento en los Estados Unidos por la Aluminium Co. of America y por la Armour Fertilizer Works y se informa que está última compañia continúa sus investigaciones. Otro método de llevar a cabo esencialmente el mismo procedimiento es producir una aleación de fierro y aluminio, la que después es nitrificada y en seguida tratada con solución cáustica, para producir amoníaco y aluminato de sodio. La alúmina pura es obtenida después de la solución, como anteriormente se lia dicho. Este método de purificación de la alúmina y de producción del amoníaco parece tener importantes posibilidades comerciales. Varios otros nitruros, incluso los de silicio, titano y boro, han sido estudiados como posibles fijadores, pero los resultados no han sido hasta hoy satisfactorios. PROCEDIMIENTO DE EXPLOSIÓN Y COBIBUSTIÓN Un método de fijación del nitrógeno en forma de óxido nitrico, el delarco, ha sido ya descrito. Se han hecho varios ensayos de efectuar la formación del óxido sin el empleo de energía eléctrica. Todos los ensayos envuelven necesariamente el calentamiento de mezclas apropiadas de gases a muy altas temperaturas y los diversos procedimientos propuestos difieren principalmente en la manera de calentar la mezcla. Los trabajos más importantes efectuados a este respecto han sido hechos por Hausser en Alemania, el que ha desarrollado un procedimiento en una pequeña escala comercial en la cual el óxido nítrico se produce por explosión de mezclas apropiadas de gases. El óxido nítrico es después convertido en ácido nítrico como en el procedimiento del arco. La intención original de Hausser fué utilizar la energía de la explosión en la generación de fuerza y obtener ácido nítrico como subproducto. Sin embargo, la posibilidad de generar fuerza con este procedimiento fué después abandonada porque no se pudo obtener un rendimiento satisfactorio de ácido nítrico. El procedimiento, como hoy se le ha desarrollado, consiste, brevemente, en hacer explotar una mezcla comprimida de gas de hornos de cok y aire en una bomba, recuperando el calor de los gases salientes en calderos apropiados, y obteniendo el producto final en la forma de ácido nitrico. Se asegura que puede obtenerse una concentración d e óxido nítrico de 0,7% y que enriqueciendo la mezcla con oxígeno puede obtenerse una concentración mucho más alta. Se asegura también que el procedimiento puede utilizar el gas natural tan bien como el de hornos de cok. Los detalles del procedimiento han sido publicados en J. Soc. Chem. Ind. 1922. Durante la guerra se construyó una pequeña plant a que trabajaba según este procedimiento en el oeste de Alemania y se produjo una cantidad considerable de ácido nítrico. Sin embargo, es necesario un mayor desarrollo en grande escala para determinar el valor del procedimiento. Los otros métodos propuestos para la fabricación de óxido nítrico son en su mayor parte basados en la producción de la alta temperatura mediante la combustión de varios gases, como el gas natural en mezcla con aire o con aire enriquecido de oxígeno. Ninguno de los métodos ha sido suficientemente perfeccionado para mostrar posibilidades comerciales. Interrelación entre los procedimientos fijadores del nitrógeno y sus productos De importancia que cede solo a la fijación del nitrógeno es la conversión del producto inicial de la fijación en compuestos mejor adaptados para satisfacer las diversas necesidades de la agricultura y de las industrias químicas y de explosivos. Las demandas agrícolas, que son, con mucho, las mayores, son actualmente en su mayor parte por nitrógeno en forma de sales del ácido nítrico, esto es, 22 IXVESTIGACIONRS S O B R E E L XIT'ROGEJTO nitratos y en forma de sales de amonio, como por ejemplo el sulfato de amonio. La principal demanda para explosivos es por ácido nítrico, pero la industria química requiere, junto a l ácido nítrico, un gran número de compuestos nitrogenados, como nitratos, nitritos, amoníaco y sus sales, cianuros, etc. 7 P /)ITLAREL A C I O N OE 1 0 J N/rRO6Eho PE'OCCOlNlCNTO DEL RRCO r P I ? O C E D / ~ V I ~ I Y T O SD f O& JUJ PRODUC fROCfOlNlLNlO D I L R UiPCA C w n c /san r : 8~uro CIJRC/ON DEL ros R?#C¿O/M/CEI~OO f L descomponer el carburo e hidratar la r: 1 libre, y alrededor de 3% de aceite para reducir el polvo. La distribución uniforme del agua y el aceite es esencial y se efectúa 'mediante una fina llovizna sobre el polvo revuelto rápidamente. El procedimiento se emplea en A.lemania y en Siiecia y por la American Cyanamid Co. S e calcula que el coste de este tratamiento en una instalación muy grande, como la de Muscle Shoals, sería de 1.50 a 1.75 dólares por tonelada de cianámida tratada. La distribución aproximad a de los gastos por tonelada de nitrógeno contenido es: Fuerza, materiales, trabajo, etc. . . . . . . . . $ 4.40 Cargos fijos 15% sobre 31.25 . . . . . . . . . . . 4.70 C/R&ffNIOR $ U A n f D I n A rtc T o t a l . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S 9.10 La cianámida que se emplea de abono en Francia es de forma granular. Se emplean dos métodos de granular. En lino la cianámida, en lugar de ser reducida a polvo fino, es triturada hasta trozos ~ / r ~ a 81 7 4C ~ L ~ I u/r#aro O sMrrr/co I W ~ R I ~oc O que tienen 1 a 3 milímetros de diámetro. Este pio( s m ~ l l r ~N&UEGO) t &C SODIO SOWO cedimiento tiene l a desventaja de que alrededor del 50% del material re obtiene en forma de fino La interrelación entre los procedimientos de que después necesita ser tratado de alguna manera. fijación del nitrógeno p particularmente de sus pro- Adeinás, debido a l contenido de carburo, el niateductos, se ven en la lámina adjunta. S e verá que rial necesita ser traiisportado y almacenado en tamla cianámida de el amoníaco y el ácido ní- bores metálicos para eliminar los riesgos de extrico son co~i-ipuestosnitrogenados fundamentales, plosión. En el otro método de granulaciói~el polvo de siendo l a cianámida el más importante, ya que prácticamente todo, si no todo, el nitrógeno inor- cianámida se mezcla con agua hasta formar una que se necesita puede satisfacerse con ella. pasta, con la cual se fabrican gránulos y desl~ués El amoníaco, que es el producto directo del pro- se seca. El producto granular puede manejarse sin cedimiento del amoníaco sintético, puede también dificultad, pero su 17alor fertilizante es consideraser producido de la cianámida mediante un pro- blemente menor que el del material Iiidratado y ceso de conversión ; y el ácido nítrico, que es el pro- acertado a causa de la formación de dicianodiámida, ducto directo del procedimiento del arco, puede fa- compuesto que es muy perjudicial si se presenta t~rirarse indirectamente tanto del procedimiento en cantidades apreciables. No se ha inventado de la cianámida como por el del amoníaco sintético. ningún método de granular la cianámida que pueLas cifras muestran también que un gran número de da considerarse como satisfactorio. otros procesos de conversión del nitrógeno son posiCOXVERSIÓN DE L.\ CIASÁAIIDA E N CIASURO comercial de ]>les,y que por 10 tanto la los diversoscompuestos nitrogenadoses una cuestión E n Niagara Falls, Oiitario, seha desarrollado un de coste de conversión. Los caracteres principales de los procedimientos de conversión, junto con al- procedimiento para la fabricación de cianuro crudo gunos referentes a costes, se indican brevemente extraído de la cianámida, el que es explotado por la American Cyanamid Co. El procedimiento consiste en los párrafos que siguen: en fundir una mezcla de cianámida y cloruro de sodio en iin horno eléctrico, enfriando rápidamente CIANÁJIIDA FERTILIZANTE DE CIANASIDA DE CALCIO la masa líquida al concluir la reacción. El cianuro La cianámida de calcio se produce ordinariamen- queda en forma de cianuro de calcio, Ca (CN),, te como un polvo extremadamente fino, en cuya for- y el cloruro de sodio obra simplemente como funma es muy desagradable para manejar porque el dente. E l producto contiene 35 a 50% de .equivalente polvo posee una acción quemante sobre la piel y, además, contiene algo de carburo no nitrificado, de cianuro de sodio, y se emplea en la metalurg'a y el que bajo ciertas circunstancias puede resultar en la fhbricación de ácido cianhídrico para fumigaexplosivo. De los diversos métodos hoy en uso para ciories. No se conocen datos sobre el coste d e coneliminar estas dificultades, el 'más satisfactorio versión, pero el procedimiento opera en competenconsiste en agregar 6 a 7% de agua Al polvo para cia con el del cianiiro de sodio y amonio en el cam23 Z S I~ES'l'IG.4C1OSESS O B R E E L S I i ' R O G E S O planta de cianámida, y con el empleo de áriclo sulfúrico gastado en la Iiidrolisis en la fa1)ricacibii de fosfato ácido. La tlificultad cle separar la lisea cle la solución también es salvada. Una planta capaz para proclucir 2,500 a 3,000 toIda ciancíinida es la fuente clc un 1ií11iieroIT iiy graii- ~ieladasde phospliazote por año está en tral~ajo de de coinpueCtos nitrogenados, conio ciaiiárnida en Martigny, Suiza, y dos plantas están en coiislilxe (H,CN1), tlicianodiamida, giiaiiidina, urea, etc. trucción en Francia. El coste efectivo de operacibn De estos solo la urea ha adquirido una posición cle este procedin~ientono se conoce, pero el coste de iniportancia, no sólo en la industria química, clel nitrógeno en el pliospl-iazote debe ser indiidasino taml~ií-iiconio 1ii-i posible material fertilizante. bleiiieiite superior que el clel ainoníüco y probableRespecto a esto último, puede decirse que todos los mente algo iiieiios cliie eii la forma de siilfnto de ensaj.os Iieclios indican que la iirea es iin esce- ainonio. leiite abono. Se ha propuesto aplicar este procediiniento eii Gi-ancles cantidades de iirea se han lieclio de cia- nI11scleSlioals. Su í-sito estaría sometido a lo iiienos náinida pZ1.a ser empleadas eii la industria quíinica ; a la posibilidad de producir iin artículo que contenpero el coste cle conversión Iia sido demasiado alto ga solo iin porcentaje nii~ypeqiieño de guaiiiliirea para cliie el 1,roducto resulte apro\~ecliableen la a un coste consideral~lenientemenor cliie el cle cona r i c i ~ l t ~ El r procecliniieiito coiisiste eseiicial- vertir el nitrógeno de la ciaiiAniida en siilfato de ii-ierite en esti-aer la cianániitla ,eiiclo la cianáinida de calcio cruda eii 11iia va- obtenerse en foriiia de ainoiiíaco. El resiiltado iiesij;i cerrada con agua en presencia de iin exceso to cle la reacci6n qiieda espresaclo por la eciiación: de anliiclriclo carhbiiico, tratando la solución filtrada de ciaiiáinicla libre (H, CN,) con ácido sulfúrico para efectuar la hidrolisis a urea, y clespii6s Le calcula sobre la base cle la coiistruccióii 31 cosde concentrar la solución de urea y áciclo siilfúrico \)ajo presión reducida, se agrega roca fosfata- te cle operación-cie i\iluscle Slioals, haciendo las salda molida, como en la fabricación de fosfato ácido. vedades propias a las condiciones diversas, que la El protlcc.n final tiene la apariencia de fosfato coiiversibii de la cianáiiiida en anioníaco costaría aprosiinadaniente 30 dólares por tonelada neta de ácido y es Cc condición mecánica excelente. LT11;i cle las principales dificultades cluíiiiicas nitrógeno, distril~uícloscoino sigue: clel prorediiiiiento es el evitar la foriiiación de gran'des cantidades de dicianpcliamida durante la es- Coste de operaciones (fuerza, inaieriales, etc,) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . $ 16.50 tracción auii ciiando este cuerpo se traiisfornia d117.50 rante la liiclrolisis de la cianámida en guanilurea, Cargos fijos (15% de $ 50) . . . . . . . . . . . . . que no puede considerarse como 1111abono de forma P6rdidas de nitrógeno (3y0 a 10 cnis. por 1i bra) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.00 satisfactoria. Si11 embargo, es menos perjudicial que la dicionodiaiiiida eii iiiia inezcla fertilizante. T o t a l . . . . . . . . . . . . . . : . . . . . . . . . $ 30.00 El procedimiento del phospliazote parece tener iniichas espectativas coino inedio de fabricar un Según esto se ve que el procedimiento de la ahotio-iiitrógeno fosforado de la ciaiiámida. El coste del ácido para la liberación de cianámida li- cianáinida necesita producir el nitrógeno fijo a bre y para la hidrolisis ha sido un gran ítem en los un costo de más o menos 1% cents. por libra, meprocediiiiientos propuestos con ailterioi idad. Es- nor que-el del procedimiento del amoníaco sintétito es eliminado en gran parte mediante el empleo co directo si va a coiilpetir con el íiltinio en la prodel anliidrido carlionico de los hornos de cal de la ducción de amoníaco. po de la nietalurgia y en la generación cle ácido ciaiiliídrico. 1x1-ESTiI=d(!lOAYESSOBRE E L LYI~'RO(;I~;SO tonelada aniial cle iiitr¿geiio coli\ertido eil siilfato J, los gastos de cpcraciones, excluídas lcs tle los áciclos. eii 22 dólares más o nieiios por toi~elaclac de iiitrógeiio. Sobre esta hase, el ccste, iiicliiyendo lo necesario para cargos fijos, áciclo y pircliclas de nití-ógei~o.se \-e en el cuacli-o sigiiiei~te: El anioníaco en forma de sales es lo que riiás se necesita de este conipuesto en la actualidad y la clenlanda aumenta rápidamente, en especial para sil ernpleo coino fertilizante. Segúi~se \-e en la lámina, u n gran níiinero cle compuestos ainoniacales- pueden prodiicirre iilediailte el erupleo de varios ácidos. Prácticaniente todos estos conipues- 'OST~*; DE C O S \ . E H S I ~ X DEL A I I O S ~ A C O E S SC-LFATO DI*: ;\i\IOSIO tos han sido fabricaclcs para SLI erilpleo en la i i i dustria quíinica, pero el sulfato de arnonio ol,teiiido casi esclusivainente de los hornos de cok de siillroi. 1011. neta de: I%, del tosprocliictos, ha sido el único disponible en gran caiiticlacl para einplearre conio abono. te tota!.?e Sin embargo, con el desarrollo de los procediinieiisiilfato nitrógeno , cO1~vers'On tos fijadores del nitrógeno y de los métodos l~aratos cle fabricación de otros ácidos, varios tle los compuestos aiuoiiiacales han llegado a obteiierse a precios Ccste de cipe.-aciúii, (mano de obra, fuercapaces para servir de fertilizantes. Los caracte26.5 ,-a, repaí;-,cior;es. ctc S 4.60 S 22.00 res principales en la fabricacidii de los compuestos breveineiite en los rjcido eiilfíirico (S 10 ainoiiiacales está11 estiidiaíl~~s por ton. cle 60" Cí.) 9O 15.70 5.5 . 1 párrafos sigiiientes: 2.40 11 . 2 5 13.6 Cargos fijos (a 15%) P6rclicla íle iiitríigent (2% a 10 ceiits liO .85 1.00 4.8 I~ra... .. . . . . . . . . . -~ctiialiiieri te se prcduceii eii el inundo enorilles --. canticlades de sulf¿ito cle aiiionio. El inttodo coinúii 11 'rolal . . . . . . . . S 17.45 S 82.9.il S 100.0 de fabricacióii consiste en la absorci6ii clel gas aino1 1 níaco por el ácido sulfúrico y en separar los cris- -.- tales de sulfato cle aincnio de la solución. El procetliiiiiento qiic einplea gas anioiiíaco concentrado, Es cle notar clue el ácitlo sulfíirico coiistitiij.e el coiiio el ohteiiiclo cle los procediiliieiitos de ia cia- 55% clel coste de conversióii y corrcrpande a iin nániida J. clel aiiioiiíaco sintético, es enterainente aumento en el valor clel nitrógeno de iii6s cle 2 114 seinejarite al niétoclo moclerno ernpleado coi1 el gas cents por libra. En visto de este fieclio y cle clue diluíclo qiie se obtieiie de los hornos de cok. En el áciclo siilfíirico tiene iniiy pequeiio valor fertia m l ~ o scasos se eniplea ácido siilfúrico de 50 a 60" lizante, si es clue tiene algiino, Iiajo las coiiclicioBí.. nes ordinarias clel terreno, la coiiveiiiencia de ciiiOtro mí.toclo de fabricación del sulfato cle an-ioiiio plear otro portador del anioníaco es eiiteranieiite fué tlesarrollado en Alemania durante la guerra, evicleiit e. doncle faltan fueiites baratas de azufre. El procedimiento cotisinte en tratar iiiia suspensióii de yeso finairente ~pul\~erizaclo con agua. coi1 anioiiíaco y aiiiiidrido carbí)nico. La reaccióii esth reprecciiEl fosfato de :irnonio promete llegar a ser iin tacla pcr la eciiacitn: iil~ono~iiiiyiiiiportante en i ~ i itiempo cercano porcl~iecontiene dos aliiiien tos iiiil->ortantes para las plantas: el nitrógeno y el fósforo. El fosfato de iiiiionio ácido (nionovalente) que es el íiiiico fosfato de aiiionio estal~le.contiene 14.7yC de anioiiía.Actualii-ente se fal~rican2 Of1O toiie1;itlns (liarias co y 61.7% de P,Os, o sea uii 76.4y0 de lo que de sulfato cle aiiionio inediaiite este procecliiiiieiito comíinniente se Ilaina aliii-ieiito de las plantas. Este en Aleniania en la planta de anioiiíaco sint6tico 1n;iteriaI ha sido empleado solamente en iiiia miiy d e h,Ierseburgo. No se conocen datos ao\)re el cos- liniitacla estensiCn coino fertilizante, pero se ha obte del sulafto fabricado por medio cle este procedi- ieniclo con él buenos resultados. La A~nericaii Cyaiianiid Co., eiiiprenclií, la famiento, pero parece muy dudoso de qrte el proce1)ricación de un material cliie contiene aiiioníaco y dimiento sea ecoiióniico para este país. La construcción y coste de operacibn de tina fósforo, en 1917, en su planta de Wariiers K. J . planta que tenga una capacidad anual de 86 500 Este material, vendido bajo el nonibre coiiiercial toneladas de sulfato de amonio y qiie emplee áci- d e ~Ainmo-Posli»,fu2 eii g.an parte exportado do su!fúrico fué calculada por la Nitrate División porque sil alta coiicentraci0n de aliiiieritos para las del ejército americano en 1920. El gasto íle capital plantas lo 1ial:ilital.ari para soportar fletes inás sufué estimado en 75 dó1;rres aprosin~adait~ente por I~idosqiie los materiales fertilizantes inás coiiiiiiles. - - - - ~ I.\'VESTIG dCIOA\'ES SOBRE E L A71TROGE~Y0 El Ammo-Phos se hacia absorbiendo amoníaco en ácido fosfórico obtenido tratando la roca fosfatada con ácido sulfúrico. Se fabricaron dos clases. Una contenía alrededor de 13.5% de NH, y 47% de P, O,; y la otra conocida, con el nombre de grado 20-20, consistía de tina mezcla de siilfato y fosfato de amonio y contenía 20% de NH, y 20% de P, O,. La fabricación de estos materiales Iia sido suspendida por la compañía debido al alto coste de producción del ácido fosfórico. Varias compañías estudian hoy en este país los procedimientos térmicos de fabricación del ácido fosfórico. Estos incluyen el empleo de combustible como también del horno eléctrico. El fósforo es liberado de la carga del horno como fósforo elemental, es oxidado y transformado en P2O, y recogido como ácido fosfórico concentrado mediante precipitadores eléctricos. Actualmente se producen cantidades relativamente grandes de áci~eiite,pero hoy parece que allí diicir ,?cid0 nítrico en los cacos en que se puecle enitaiii11ií.n se prefiere el platino. plear este ácido diliiído más bien que coiicentraEn la osidaci0ii del amoniaco puecle ol~teiierse do. Se notará que respecto al primero el coste de iiiia eficieiicia de 9.5% en operación comercial. absorción n que nos hemos referido antes qiietla La eficiencia cle la absorción del proclucto es apro- eliminado. En varias plantas de ácido sulfúrico de siinadainente de 90y0 sin el empleo de torres alca- Inglaterra se han instalado pequeñas tinidades de linas; haciendo iiiia eficiencia total de 85Yo en la oxidación sohre la hase de los plaiios detallados, confeccioiiaclos por el A/Iinisterio Británico cle miiiiitransformación clel amoníaco eii H N 0 3 de 50%. S o se conocen con esactitiid los costes efectivos ciones. En el cuadro siguielite se compara el coste calde co~istruccióny operación de una planta de osidaciOii del anioníaco I ~ a j olas actiiales condiciones. ciilaclo de produccibri del ácido nítrico concentrado Sin enibargo, tomando los cálctilos lieclios por la coii el salitre chileno, el procedimiento del arco Nitrate Division sobre la base de las instalaciones 17 con la oxidación del ainoní¿ico. E n estos cálcude RlIuscle Shoals y dejando un iiiargen de 15% ppa- los se supone que el salitre chileno cueste 50 dólani cargos fijos y una pérdida total de 15y0 de nitró- res la tonelada (1.42 toneladas de salitre por tonelageno, el coste puede verse en el ciiadro siguiente. da de ácido) y el coste de conversión se tornó a. El coste de constriicción es para iina planta coin- 32 dólares. Las cifras referentes al procedimiento pleta de osidación del anioníaco y de absorción del arco fueron tomadas del coste dado en el estudel ácido con una capacidad anual de 190 000 io- dio del procedimiento del arco, que asignan al nineladas de HNO, de 50yo, qiie correspoiicleii a trato de sodio un precio de 6 ceiits. por libra. Las cifras referentes a la oxidación del amoníaco inclu95 000 toneladas de HNO, de 100%. 1 1 I 1 1-lrVESTIGdCIO&E9 SOBRE EL S1~TROGEI\*O yen un coste de conversión de 26.40 dólares, según se ve en el cuadro precedente, y 'un coste de concentración de 15 dólares por tonelada de ácido concentrado, y el nitrógeno se carga a 10 cents. por libra. 1 Retorta (salitre chileiio) Procedimiento del arco Ouiclacibr~del amoníaro . . . Coste por ton. iictn de: i$ I -- -- 1 10.3 .O0 97.70 8.5.801 - - $ Crecimiento de la industria de fijación del nitrógeno. Según se h a indicado anteriormente, los primeros experimentos comerciaies que tuvieron éxito en ]a fijación del ilitrógeiio atiiiosférico fueron hechos hace 20 años. En este intervalo se Iia desarroIIacio una indi~striamuy considerable cujro crecimiento puede verse en el cuadro siguiente. Los datos sobre producción sólo se conocen apro~imadainentey se dan aqrrí err riúrneros redondos. - . 464 440 386 ... . i~izonfacosin-1 tetico . . . . Es de interés notar a este respecto qrie el precio actual del ácido de.42" (67 .2y0),es de 120 dblares por tonelada que correspoliden a 178.50 dólares por tonelada de ácido calcrilado a 100% .y a 804 cr6lares Dor tonelada de nitrbeeno conten~do. ~ i i n ~ i el i e coste relativooclel árido derivado de los tres procedimientos debe variar considerablemente MII la situacióri y, el taniaiío de la plariia, el coste de la fuerza, de los materiales, etc. haciendo imposible iiiia comparación estricta, parere que no hay dudas respecto al futuro de la oxidación del amoniaco como fueilte de ácido nítrico. El margen en favor de los procedimieiitos del arco y de la oxidación del amoniaco sobre el proceclimiento de las retortas seria mucho mayor si eI prodiicto final ti~vieraque ser ácido diluido. Con la reducción en el coste de fabricación del ácido nítrico mediante estos iiiétodos sintéticos que pueden esperarse confiadamente para dentro de pocos años, queda poca duda respecto a que el salitre chileno serh desplazado como fuente de ácido nítrico. 7 000 110 000 295 000 320 000 -------Total . 10 00C 1 I 55 000 3 i 5 00C 43.5 00C -196 000 I í 1 ) Capacidad protluctora elect ira. alrcOcrlor 241) 000 t:i~iebdas. 1 1 I'fo~l~irci5nrfect ira 1112 Se ve que la guerra inundial estimuló grandeinente la fijaciú~~ del nitrógeno. Esta industria, romo las demás, sufrió una depresión después de este período, especialniente en la prodiicción de cianhmida. Sin embargo, parece, según estas cifras y de los datos aiiteriormente dados, qiie la industria tomada en conjunto se ha repuesto grandemente y que debe esperarse iin aiiriieiito muy importante durante los prósimos 5 a 10 años. Este desarrollo se prodiicirá inciiestionablemente eii el procediiilieiito del amoníaco sintético directo. No cabe duda de que en el Iiituro la fabricaci6n de cornpuestos nitrogenados extraídos del aire jugará r i ~ i rol de importaiicia cada dfa mayor en el al~asteciniiento de las necesidades mundiales de Szoe.