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Tecnologa Qumica Industrial

1. Propiedades, y almacenamiento. 2. Materias primas, usos y produccin. 3. Procesos industriales 4. Proceso steam reforming 5. Nuevos desarrollos

1. Propiedades y almacenamiento.
Propiedades fsico qumicas Gas incoloro en condiciones normales. Temperatura de solidificacin -77,7C Temperatura normal de ebullicin -33,4C Calor latente de vaporizacin a 0C 302kcal/kg Presin de vapor a 0C 4,1ata. Temperatura crtica 132,4C Presin crtica 113 ata. Densidad del gas (0C y 1 ata) 0,7714g/l Lmites de explosividad 16-27%v en aire a 0C Efectos Txicos Txico por inhalacin (edema pulmonar) y los vapores irritacin de ojos y con agua irritacin de piel. Salpicaduras de amonaco lquido produce quemaduras y dao irreparable en ojos.
Propiedades
Amonaco. Propiedades y almacenamiento

Almacenamiento
Almacenamiento refrigerado: Presin atmosfrica y aprox. -33C Capacidades 10000 a 30000t (hasta 50000)
Esferas o tanques a presin: Temperatura ambiente y su presin de vapor. Capacidades de hasta 1700 t
Esferas semirefrigeradas: Presin intermedia (4atm) y 0C. Capacidades intermedias.
Amonaco. Propiedades y almacenamiento

Produccin
Una planta tpica de amonaco tiene una produccin de unas 1500 t/d
Materias primas
Materias primas
Hidrocarburos
Carbn
Ligeros Reformado con vapor
Pesados Oxidacin parcial
Gas Natural
Naftas ligeras
Fuel oil pesado
Residuos de vaco
Gasificacin Sin presencia en Europa
PROCESO EMPLEADO para gas de sntesis
2. Materias primas, usos y produccin
La materia prima restante es la energa que aportan los HC o carbn (junto con parte de hidrgeno).
El amonaco se produce a partir de aire, agua.
La reaccin de sntesis del amonaco se produce a partir del nitrgeno y del hidrgeno:
N2+3H2 2NH3 H25 = -21920kcal/kmol

El 77% de la produccin mundial de amonaco emplea Gas Natural como materia prima. El 85% de la produccin mundial de amonaco emplea procesos de Reformado con vapor.
Gas Natural Fuel Oil Pesado Carbn
Consumo deEnerga
1.0 1.3 1.7
Coste deInversin
1.0 1.4 2.4
Coste deProduccin
1.0 1.2 1.7
Las previsiones son que el gas natural siga siendo la materia prima principal durante por lo menos los prximos 50 aos.
Amonaco. Materias primas, usos y produccin
Materias primas (cont.)

Usos
Amonaco. Materias primas, usos y produccin
Industria de los fertilizantes Urea Nitratos amnicos Sales amnicas
Produccin de cido ntrico
Aprox. 80% de la produccin
Plsticos Explosivos
Produccin de Resinas, adhesivos,... Explosivos
Fluido frigorfico
Oferta-demanda
Tendencia de crecimiento global de 1-2,5% Exportadores: pases de la exURSS Importadores: EEUU, Europa Occidental, India, Corea, Filipinas y Taiwan
Produccin aprox. 140Mtm/a

Plantas de amonaco de Krupp Uhde

3. Procesos industriales Amonaco. Procesos industriales
Existen 2 procesos principales para producir el gas de sntesis para el amonaco:
Reformado con vapor de gas natural o hidrocarburos ligeros. Oxidacin parcial de fuel oil pesado.
La sntesis del amonaco es independiente del proceso empleado para el gas de sntesis, aunque la calidad de este afecta al diseo del bucle de sntesis y a las condiciones de operacin.
Hay tres secciones fundamentales en el proceso de fabricacin
Gasificacin Reformado:
Gasificacin del carbn Oxidacin parcial y Reformado con vapor
Conversin-depuracin Conversin de CO a H2 y CO2
Bucle de sntesis Compresin y reaccin a alta presin y temperatura. (Es necesario realizar una purga de inertes)

Amonaco. Procesos industriales
Diagrama de bloques del proceso de fabricacin por reformado con vapor (convencional).

4. Proceso reformado con vapor Amonaco. Proceso steam reforming
La conversin terica basada en una alimentacin de metano es:
0.88CH4+1.26Aire+1.24H2O 0.88CO2+N2+3H2
N2+3H2 2NH3
Produccin de gas de sntesis: 25-35bar Sntesis del amonaco: 100-250bar
1. Desulfuracin
350-400C
Precalentamiento Gas
5mgS/Nm3
CH4
Desulfuracin
R-SH+H2 RH+H2S H2S+ZnO H2O+ZnS Cataliz. Co-Mo
Hidrogenacin Adsorcin Menos de 0.1ppm S
CH4

2. Reformador primario
Fuel
Aire CO+3H2 CH4+H2O
CO+H2O CO2+H2
H298o=206kJ/mol
H298o=-41kJ/mol
100-200C
CO2 NOx SO2 CO
Precalen- tamiento
500/600C
Amonaco. Proceso steam reforming
Gas
Vapor
400C CH4 Gas (composicin
cerca del equilibrio qumico). Se reforma 30-40% de los HC 800C
900C
Reformador Primario
H2 34,3% CO 6,4% CO2 8,3% CH4 5,0% H2O 45,8% N2 0,2% Ar --

3. Reformador secundario Amonaco. Proceso steam reforming
4. Shift conversion
BFW
Agua
Vapor
400C
Gas con 12-15% CO base seca
Reformador Secundario Gas del reformador
primario
Composicin cerca del eq. qumico
Aire de proceso 600C
Combustin
Para cumplir el balance energtico Para tener gas de sntesis estequiomtrico
T 1000C 99% HC convertida
H2 31,5% CO 8,5% CO2 6,5% CH4 0,2% H2O 40,5% N2 12,7% Ar 0,1%
Shift Conversin
CO+H2O CO2+H2
H298o=-41kJ/mol
HTS 400C
LTS 200C 3%CO b.s.
Catalizador xido de Fe
H2 CO 0,3% b.s. CO2 CH4 H2O N2 Ar

6. Metanizacin
5. Descarbonatacin
Condensador
H2O
H2 CO 0,3% b.s. CO2 CH4 H2O N2 Ar
Absorcin qumica
Absorcin fsica o
CO2 aMDEA
Glicol Dimetileter
(o PSA)
100-1000ppmv de CO2
H2 CO 0,3% b.s. CO2 100-1000ppmv CH4 H2O N2 Ar
CO2+4H2 CH4+2H2O CO+3H2 CH4+H2O
Metanizador 300C
H2O
H2 CO ppm CO2 ppm CH4 H2O N2 Ar

7. Compresin y 8. Sntesis del Amonaco
Compresin
Condens. 1
Reactor de Sntesis
Purga
Inertes
Gas de sntesis
Amonaco Catalizador de Fe (o Ru sobre grafito)
350-550C
20-30% reaccin por paso N2+3H2 2NH3 H298o=-46kJ/molNH3
100-250 bar (centrfugo con turbina de vapor)
Inertes 10-15%
99.5-99.8%
H2 CO ppm CO2 ppm CH4 H2O N2 Ar
H2 N2 Ar
NH3 CO CO2 CH4 H2O CH3OH
Condens.

Amonaco. Proceso steam reforming Compresin y Sntesis del Amonaco

5,6. Depuracin del syngas mediante PSA Amonaco. Depuracin del syngas
PSA
Gas ms depurado. Evita la unidad de metanizacin. Evita la prdida de H2. No se genera ms metano (inerte). Se obtiene amonaco ms concentrado. Permite mejorar la eficacia del bucle de sntesis.
Ventajas
Compresin
Condens.
Reactor de Sntesis
Purga
Inertes
Gas de sntesis de PSA Amonaco
Se regeneran usando parte del gas depurado

Reactor de sntesis

Reactor de sntesis
Parcial II
Parcial I
Lecho I
Lecho II
Salida
Entrada parcial II
Entrada parcial I

Reactor horizontal (KBR)

9. Recuperacin del gas de purga Amonaco. Recuperacin del gas de purga
Criognico

Membranas permeables

NH3 CH4
Inertes
H2 N2
Ar
Shift Conversin
HTS 400C
LTS 200C 3%CO b.s. 0,3%CO b.s.
CO2 H2 N2 H2Ovap exceso
Condensador
H2O
Fuel
Absorcin qumica
Absorcin fsica o
CO2
(o PSA) 100-1000ppmv de CO2
Metanizador 300C
H2O
900C 800C
Vapor Aire
Precalen- tamiento
500/600C Gas 400C
Reformador Primario
Reformador Secundario
Aire de proceso 600C
Combustin T 1000C
99% HC convertida
BFW
Agua
Vapor
400C
Compresin
Mezcla Condens.
Reactor de Sntesis
Purga
Inertes
Gas de sntesis
350-550C 100-250 bar
Amonaco
Desulfuracin
R-SH+H2 RH+H2S H2S+ZnO H2O+ZnS 350-400C
Precalentamiento
Cataliz. Co-Mo Hidrogenacin Adsorcin Menos de
0.1ppm S
Gas
5mgS/Nm3 Amonaco. Proceso de fabricacin

Tecnologa Qumica Industr

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