Filiera ammoniaca Haber-Bosch + urea
Ammonia Haber-Bosch + urea pipeline
Filiera ammoniaca e urea: steam reforming del metano per syngas, sintesi Haber-Bosch (N2 + 3H2 → 2NH3) su catalizzatore di Fe ad alta pressione, seguita da reazione di NH3 con CO2 per produrre urea, principale fertilizzante azotato mondiale.
Diagramma di flusso
flowchart LR
steamReforming["steam reforming"]
waterGasShift["water gas shift"]
h2Purification["purificazione H2"]
haberBosch["Haber-Bosch"]
ureaSynthesis["sintesi urea"]
prillingAndGranulation["prilling e granulazione"]
s_methane(["CH4"]):::role_rawMaterial
s_methane --> steamReforming
s_steam(["vapore"]):::role_utility
s_steam --> steamReforming
s_niCatalyst(["catalizzatore Ni"]):::role_catalyst
s_niCatalyst -.-> steamReforming
s_synthesisGas(["syngas"]):::role_intermediate
steamReforming --> s_synthesisGas
s_carbonDioxide(["carbon dioxide"]):::role_byproduct
steamReforming -.-> s_carbonDioxide
s_carbonMonoxide(["monossido di carbonio"]):::role_byproduct
steamReforming -.-> s_carbonMonoxide
s_hydrogen(["idrogeno"]):::role_byproduct
steamReforming -.-> s_hydrogen
s_synthesisGas --> waterGasShift
s_steam --> waterGasShift
s_carbonMonoxide --> waterGasShift
s_highTemperatureShiftCatalyst(["catalizzatore HTS"]):::role_catalyst
s_highTemperatureShiftCatalyst -.-> waterGasShift
waterGasShift --> s_hydrogen
waterGasShift -.-> s_carbonDioxide
s_hydrogen --> h2Purification
s_purifiedHydrogen(["idrogeno purificato"]):::role_intermediate
h2Purification --> s_purifiedHydrogen
s_purifiedHydrogen --> haberBosch
s_nitrogen(["azoto"]):::role_rawMaterial
s_nitrogen --> haberBosch
s_hydrogen --> haberBosch
s_feHaberCatalyst(["catalizzatore Fe Haber-Bosch"]):::role_catalyst
s_feHaberCatalyst -.-> haberBosch
s_ammonia(["ammoniaca"]):::role_finalProduct
haberBosch --> s_ammonia
haberBosch -. recycle .-> s_purifiedHydrogen
s_ammonia --> ureaSynthesis
s_carbonDioxide --> ureaSynthesis
s_ureaMelt(["urea fusa"]):::role_intermediate
ureaSynthesis --> s_ureaMelt
s_water(["acqua"]):::role_byproduct
ureaSynthesis -.-> s_water
s_ammoniumCarbamate(["carbammato di ammonio"]):::role_utility
ureaSynthesis -. recycle .-> s_ammoniumCarbamate
s_ureaMelt --> prillingAndGranulation
s_urea(["urea"]):::role_finalProduct
prillingAndGranulation --> s_urea
classDef role_rawMaterial fill:#e8f4ff,stroke:#06c,color:#003
classDef role_finalProduct fill:#e8ffe8,stroke:#0a7,color:#030
classDef role_intermediate fill:#f0f0f0,stroke:#666,color:#333
classDef role_byproduct fill:#fff4e0,stroke:#cc7a00,color:#642
classDef role_waste fill:#fae8e8,stroke:#888,stroke-dasharray:3 3,color:#444
classDef role_utility fill:#e0f7f7,stroke:#06c8c8,color:#033
classDef role_catalyst fill:#fde0f0,stroke:#cc3399,color:#506
classDef role_mine fill:#f5e6d3,stroke:#8b5a2b,color:#3d2e15,stroke-width:2px
materia prima
prodotto finale
intermedio
sottoprodotto
scarto
utility
catalizzatore
⛏️ miniera
--> consumes/produces · -.> byproduct/waste/catalyst/recycle/mine
Unit Operation
🧪 = ha reazione bilanciata · ⚙️ = solo fisica
| Operazione | Consuma | Produce | Catalizzatore | Equipment | CO₂eq | Resa |
| 🧪 steam reforming |
CH4, vapore | syngas |
catalizzatore Ni | reformer tubolare |
9.0 | 0.90 |
| 🧪 water gas shift |
syngas, vapore, monossido di carbonio | idrogeno |
catalizzatore HTS | — |
— | 0.95 |
| ⚙️ purificazione H2 |
idrogeno | idrogeno purificato |
— | — |
— | 0.98 |
| 🧪 Haber-Bosch |
idrogeno purificato, azoto, idrogeno | ammoniaca |
catalizzatore Fe Haber-Bosch | reattore sintesi ammoniaca, compressore multistadio |
1.6 | 0.18 |
| 🧪 sintesi urea |
ammoniaca, carbon dioxide | urea fusa |
— | reattore urea |
-0.73 | 0.65 |
| ⚙️ prilling e granulazione |
urea fusa | urea |
— | torre di prilling |
— | 0.99 |
Reazioni chimiche bilanciate
| Operazione | Equazione bilanciata | ΔH |
| steam reforming |
CH4 + H2O -> CO + 3 H2 |
+206.0 kJ/mol |
| water gas shift |
CO + H2O -> CO2 + H2 |
-41.2 kJ/mol |
| Haber-Bosch |
N2 + 3 H2 -> 2 NH3 |
-92.4 kJ/mol |
| sintesi urea |
2 NH3 + CO2 -> H2N-CO-NH2 + H2O |
-101.0 kJ/mol |
Ruolo delle sostanze in questa filiera
Condizioni operative
| Operazione | Temperatura | Pressione | Atmosfera |
| steam reforming |
800–900 °C | 14.8–29.6 atm | riducente |
| water gas shift |
320–450 °C | 19.7–29.6 atm | riducente |
| purificazione H2 |
25–40 °C | 19.7–34.5 atm | — |
| Haber-Bosch |
400–500 °C | 148.0–296.1 atm | riducente |
| sintesi urea |
180–200 °C | 138.2–246.7 atm | — |
| prilling e granulazione |
135–150 °C | atm | ossidante |
Input energetici
| Operazione | Forma | Energia specifica |
| steam reforming |
termica | 12.5 MJ/kg |
| Haber-Bosch |
elettrica | 7.0 MJ/kg |
| sintesi urea |
termica | 3.5 MJ/kg |
Supply chain inter-filiera
⬅ Materie prime/intermedi forniti da altre filiere
- ammoniaca ← melamina da urea (alta pressione), Filiera soda Solvay
- carbon dioxide ← Filiera bauxite-alluminio, bioetanolo da mais (dry-mill), biometano da digestione anaerobica + upgrading, Filiera ossido di etilene + glicole etilenico, Filiera calce idratata, magnesio Pidgeon, melamina da urea (alta pressione), Filiera vetro float Pilkington, Filiera cemento Portland, Filiera soda Solvay, Filiera acciaio (altoforno + BOF)
- monossido di carbonio ← produzione carbone attivo (attivazione a vapore), ferrocromo da cromite, ferromanganese da pirolusite, ferrosilicio da quarzo + rottame ferro, Filiera piombo Imperial Smelting, Filiera silicio metallurgico, acciaio inossidabile (via AOD), stagno da cassiterite (carbotermico), TiO2 pigmento via cloruri, titanio processo Kroll
- idrogeno ← produzione carbone attivo (attivazione a vapore), BTX da reforming catalitico, cloro-soda (cella a membrana), Filiera etilene da steam cracking, Filiera idrogeno verde PEM, polistirene da stirene
- CH4 ← Filiera etilene da steam cracking
- azoto ← Filiera ASU separazione aria, abbattimento catalitico N2O (decomposizione Pt/Rh)
➡ Prodotti/sottoprodotti consumati da altre filiere
- ammoniaca → acrilonitrile (SOHIO) + ABS, diluizione soluzione acquosa di ammoniaca, Filiera ammonio nitrato, caprolattame a Nylon 6, Filiera fosfati DAP/MAP, solfato di idrossilammina (processo DSM HPO), sintesi metilammina (NH3 + MeOH catalitica), sintesi monoetanolammina (NH3 + EO), Filiera acido nitrico Ostwald, cianuro di sodio da processo Andrussow, Filiera soda Solvay
- carbon dioxide → CO2-to-metanolo (idrogenazione catalitica Cu/ZnO/Al2O3), Filiera etilene da steam cracking, Filiera soda Solvay
- monossido di carbonio → DPC via carbonilazione ossidativa, Filiera metanolo da syngas, fosgene da CO + Cl2 (su C attivato), Filiera acciaio (altoforno + BOF)
- idrogeno → BTX da reforming catalitico, butadiene da C4 cut (distillazione estrattiva), cicloesano da idrogenazione benzene, Filiera idrogeno verde PEM, biodiesel HVO (drop-in), H2O2 processo anthraquinone (AO), solfato di idrossilammina (processo DSM HPO), Filiera HCl industriale, Filiera metanolo da syngas, produzione molibdeno metallico (arrostimento + riduzione H2), poliuretano via MDI, acido tereftalico purificato da p-xilene, Filiera acciaio DRI-H2 + EAF
- syngas → Filiera metanolo da syngas
- urea → melamina da urea (alta pressione)
- acqua → produzione carbone attivo (attivazione a vapore), diluizione soluzione acquosa di ammoniaca, Filiera bauxite-alluminio, bioetanolo da mais (dry-mill), biometano da digestione anaerobica + upgrading, cloro-soda (cella a membrana), Filiera coke da carbone, elettrodeposizione foglio rame (grado batteria), Filiera rame pirometallurgico, raffineria petrolio (CDU + VDU), Filiera ossido di etilene + glicole etilenico, formaldeide da metanolo (Formox), oro da cianurazione + CIP, Filiera idrogeno verde PEM, Filiera calce idratata, H2O2 processo anthraquinone (AO), Filiera HCl industriale, assemblaggio cella Li-ion (NMC), carbonato di litio da spodumene, LiOH·H2O da carbonato di litio, produzione solfato di manganese monoidrato (battery grade), melamina da urea (alta pressione), Filiera nichel da solfuri, Filiera acido nitrico Ostwald, Filiera acido fosforico wet, Filiera PVC, estrazione salgemma + evaporazione salamoia, gomma SBR, coagulante sodio alluminato trattamento acque, Filiera soda Solvay, Filiera H2SO4 da zolfo elementale, Filiera zinco idrometallurgico
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Query di esempio sui ruoli delle sostanze in questa filiera:
PREFIX chem: <https://ontology.siletto.it/chem-pipeline#>
SELECT ?role ?substance WHERE {
?substance chem:playsRole ?ra .
?ra chem:role ?role ; chem:inPipeline chem:ammoniaHaberBoschUreaPipeline .
} ORDER BY ?role
Vedi altri esempi SPARQL.
Dereferenziabile: chem:ammoniaHaberBoschUreaPipeline
· ontologia completa
· TTL sorgente