Planta de amoníaco

Hidrogenación y desulfuración

En lugar de carbón, nafta y petróleo, hoy en día se utiliza principalmente gas natural como materia prima para la producción de amoníaco. Los componentes no deseados del gas natural, como el azufre, se unen en forma de sulfuro de hidrógeno (H₂S) mediante hidrogenación selectiva y después se eliminan en el reactor de desulfuración.

Para controlar constantemente la actividad del catalizador en el reactor de hidrogenación en todo el lecho, se utilizan termómetros multipunto especialmente adaptados para controlar varios puntos. Debe garantizarse permanentemente su correcto funcionamiento, ya que cualquier componente de azufre que se cuele envenenaría las fases posteriores del proceso. El caudal de gas correcto se detecta utilizando placas de orificio compactas y tubos Venturi con transmisores de presión diferencial montados.

Pre-reformador

Dependiendo de la materia prima y del diseño de la planta seleccionada, se instalan uno, dos o tres tipos de reformadores en serie para el reformado de metano con vapor:

• 1. Pre-reformador
• 2. Reformador primario: steam methane reformer (SMR)
• 3. Reformador secundario: autothermal reformer (ATR)

Esta combinación es la base para la recuperación óptima de hidrógeno y gas de síntesis. En el pre-reformador de lecho catalítico cilíndrico, la primera etapa de pre-reformado tiene lugar bajo vapor caliente a unos 500 °C y 30 bares.

Para controlar continuamente la actividad del catalizador en el reactor de hidrogenación en todo el lecho, se utilizan sondas de temperatura multipunto especialmente adaptadas. La proporción entre gas y vapor debe controlarse con precisión para evitar la coquización y el deterioro del catalizador. Las placas de orificio compactas y los tubos Venturi con transmisores de presión diferencial montados realizan esta tarea de forma fiable y duradera.

Reformador primario

En el reformador primario (conocido internacionalmente como steam methane reformer - SMR), los tubos del reformador están montados verticalmente en varias filas, que se encienden continuamente con quemadores desde el exterior. La conversión de la mezcla de gas y vapor en hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono tiene lugar en el interior del tubo lleno de catalizador. Las paredes de los tubos del reformador, que suelen ser de una aleación especial, están sometidas permanentemente a una tensión especial debido a las altas temperaturas. No es infrecuente que se produzca una grieta durante el funcionamiento normal debido a un exceso de temperatura. Esto puede obligar a parar la producción o incluso dañar toda la planta. El funcionamiento alternativo del proceso -como se practica a menudo- con una llama reducida da lugar a una reducción de la productividad y el operador de la planta debe aceptar pérdidas permanentes de eficiencia.

Mediante el análisis específico de la configuración individual y la colocación perfecta de los sensores de temperatura de la superficie del tubo (XTRACTO-PAD®) adaptados a los materiales del tubo, ofrecemos la solución perfecta. La temperatura exacta de la superficie del tubo, que es independiente del impacto de la llama, se registra 24 horas al día, 7 días a la semana, gracias a su diseño blindado especial. Ahora, el SMR puede controlarse realmente para que dure mucho tiempo con el máximo rendimiento. Además de las superficies de los tubos, en la cámara también se controlan las temperaturas de los gases de combustión producidos por la combustión. Las soluciones de sensores adecuadas para este fin, con termopozos fabricados con materiales resistentes a largo plazo, se desarrollan específicamente para su aplicación.

Reformador secundario

Tras convertir inicialmente alrededor de un tercio del gas que pasa por el reformador primario, la siguiente etapa se "enciende" en el reformador secundario a temperaturas de más de 1.000 °C y presiones de más de 30 bares para lograr una conversión cercana al cien por cien. El reformador autotérmico (ATR) tiene un revestimiento refractario en el interior. La mezcla de vapor y gas y, a través de un gran quemador, el aire de proceso precalentado (componentes de oxígeno y nitrógeno) se introducen desde arriba. En primer lugar, se produce una combustión parcial, una oxidación parcial. A continuación, la mezcla fluye a través del lecho catalítico, situado en la parte central del reformador, y finalmente se convierten los componentes de metano restantes.

Para controlar este exigente proceso de forma adecuada y continua, en muchos lechos de catalizador se registra la temperatura correcta mediante sensores de temperatura multipunto WIKA especialmente diseñados. Gracias a su robusto diseño y a la protección de los elementos sensores contra el envenenamiento por hidrógeno, estos sensores ofrecen una medición redundante y estable a largo plazo.

Reactores de desplazamiento de agua-gas

El monóxido de carbono producido durante el proceso de reformado influiría negativamente en la posterior síntesis de amoníaco al envenenar el catalizador allí utilizado. Con la adición de vapor, el monóxido de carbono se convierte en dióxido de carbono en el reactor de cambio de alta temperatura (HTS) y en el reactor de cambio de baja temperatura (LTS). El CO₂ puede separarse aún mejor del flujo de medios en los pasos posteriores del proceso en el lavador y el metanizador.

La actividad uniforme de los catalizadores en los reactores HTS y LTS es crucial para la reacción. El monóxido de carbono no convertido no debe entrar en los siguientes pasos del proceso. El estado de actividad y envejecimiento puede determinarse, con precisión, utilizando termómetros multipunto con varios puntos distribuidos en la cama. Esto permite una predicción basada en datos de medición del final del ciclo de vida del catalizador.

Metanización

En el reactor de metanación, el monóxido de carbono y el dióxido de carbono residuales no deseados se eliminan de la corriente de medios de hidrógeno-nitrógeno. Con la adición de hidrógeno, la metanación de CO y CO₂ a metano y agua tiene lugar mediante una reacción catalítica.

La actividad uniforme de los catalizadores es crucial para la reacción. El monóxido de carbono no convertido no debe entrar en los siguientes pasos del proceso. El estado de actividad y envejecimiento puede determinarse, con precisión, utilizando termómetros multipunto con varios puntos distribuidos en la cama. Esto permite una predicción basada en datos de medición del final del ciclo de vida del catalizador.

Unidad de purificación criogénica

En la unidad de purificación criogénica, las impurezas, como el argón, se eliminan en una caja fría aislada a temperaturas inferiores a -170 °C y se ajusta la proporción deseada de hidrógeno y nitrógeno para la síntesis de amoníaco.

Para temperaturas tan bajas, se utiliza una gama de válvulas de instrumentación WIKA en diseño de válvula monobrida y de aguja (de bloqueo, de bloqueo y purga y de doble bloqueo y purga). Esto permite una conexión segura y permanentemente sellada de las soluciones de transmisor de presión y transmisor de presión diferencial.

Las combinaciones especiales de termopozo y sensor de temperatura, que se adaptan a las bajas temperaturas y a las condiciones especiales de instalación en las paredes dobles aisladas, se utilizan a menudo como solución completa con un transmisor de temperatura SIL remoto.

Reactor de síntesis de amoníaco

En el reactor de síntesis de amoníaco, la síntesis de hidrógeno y nitrógeno en amoníaco (NH_3), bajo presiones de 150 ... 250 bar y temperaturas de 400 ... 520 °C. Los reactores verticales u horizontales contienen varios lechos rellenos de catalizador en los que la mezcla de gases se convierte en varias pasadas.

Para garantizar que se dispone constantemente de la presión necesaria para la síntesis deseada, se realizan mediciones (precisas, incluso a altas temperaturas) a la entrada y a la salida del reactor mediante un sistema de transmisor de proceso/separador de sembrana con compensación de temperatura.

Durante la reacción en varias etapas se genera mucho calor, que se elimina mediante etapas de interenfriamiento. La distribución de la temperatura crítica a lo largo de los lechos del reactor se controla mediante varios termómetros multipunto de respuesta rápida con transferencia rápida de calor.

Enfriadora de amoníaco

Tras la síntesis de amoníaco, el gas se enfría considerablemente y se licua en varias etapas mediante un sistema interconectado de intercambiadores de calor y enfriadores de amoníaco. Para la supervisión de niveles críticos se utilizan a menudo sensores redundantes. Los transmisores de presión diferencial, con separadores de membrana totalmente soldadas y enrasadas conectadas mediante capilares, dan salida a la columna de nivel hidrostática.

Los indicadores de nivel con cadena de láminas o transductores magnetostrictivos con sistemas de dos cámaras permiten que las burbujas de gas creadas por el gas amoníaco en ebullición simplemente pasen por el flotador y, de este modo, proporcionan una medición analógica continua probada desde el punto de vista operativo con una señal estable.

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