Plantas de metanol

Hidrogenación y desulfuración

Hoy en día, el gas natural se utiliza principalmente como materia prima para la producción de metanol, en lugar del carbón, la nafta y el petróleo. 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, tubos Venturi con transmisores de presión diferencial montados.

Pre-reformador

Dependiendo de la materia prima y del diseño de la planta elegido, se instalan en serie uno, dos o tres tipos de reformadores de metano:

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

Esta combinación es responsable de 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

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 con vapor de metano:

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

Esta combinación es responsable de la recuperación óptima de hidrógeno y gas de síntesis. 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 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.

Compresores de gas de síntesis

El gas de síntesis recién reformado se combina con el reciclado y se comprime a unos 80 bares mediante un compresor multietapa accionado por turbinas de vapor. Antes y durante la compresión, el fluido pasa por la etapa de interenfriamiento y el condensado resultante se separa en separadores. Su nivel debe controlarse continuamente para evitar cualquier posible desbordamiento. De este modo, los compresores y las zonas posteriores de la planta quedan protegidos de un contenido excesivo de humedad.

Para esta tarea se recomiendan los instrumentos modulares de medición de nivel tipo Bypass, ya que transmiten el nivel con precisión y, mediante una función de conmutación opcional, activan una advertencia a tiempo. En puntos especialmente críticos, las versiones con doble cámara permiten una medición redundante. Además del indicador de nivel tipo Bypass, pueden integrarse otros sistemas de medición, por ejemplo, sensores magnetostrictivos con cadena Reed, radar y horquilla vibratoria. Para que los compresores funcionen sin problemas, debe controlarse la temperatura de sus cojinetes, sometidos a grandes esfuerzos. Los sensores de temperatura altamente resistentes a las vibraciones garantizan la precisión necesaria.

Reactor de síntesis de metanol

En el reactor de metanol, la síntesis de hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono en metanol (CH_3OH), y el subproducto agua, tiene lugar en un proceso de baja presión a presiones de 50 ... 100 bares y temperaturas de 200 ... 300 °C. Dependiendo del concepto de la planta, se utilizan varios reactores refrigerados por gas y por agua, conectados en serie con tubos llenos de catalizador.

Para garantizar que se dispone constantemente de la presión necesaria para la síntesis deseada, se realizan mediciones (precisas, incluso a altas temperaturas) en la entrada y la salida del reactor mediante un sistema de transmisor de proceso/sistema de separadores 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 de catalizador se controla mediante varios termómetros multipunto de respuesta rápida con transferencia rápida de calor.

Separador de metanol

Tras la síntesis de metanol, el flujo de medios se enfría y los componentes de metanol líquido y agua se separan de los componentes de gas de síntesis sin reaccionar en el separador de metanol. Los gases se devuelven al circuito de síntesis a través de la unidad de adsorción por cambio de presión. Los líquidos pasan al depósito de expansión como metanol bruto.

Para controlar el nivel en el separador se suelen utilizar sensores varios y redundantes. Los transmisores de presión diferencial con separadores de membrana totalmente soldados y no sellados emiten la columna de nivel hidrostática. Los indicadores de nivel de eficacia probada, con cadena Reed o transmisor magnetostrictivo y sistema opcional de dos cámaras para montar un sensor de radar, garantizan una medición constante con una señal estable.

Columnas de fraccionamiento de metanol

Al final, el metanol crudo resultante se procesa en dos etapas en las columnas de fraccionamiento de metanol para su almacenamiento y reventa. En la columna de bajo punto de ebullición (columna topping), los subproductos altamente volátiles, como los gases disueltos, se separan primero mediante destilación. A continuación, la separación final del metanol puro del agua y los alcoholes tiene lugar en las columnas de alto punto de ebullición.

La correcta separación, destilación y transferencia de los medios se controla mediante diversos sensores de nivel redundantes. Los transmisores de presión diferencial con separadores de membrana totalmente soldados y no sellados emiten la columna de nivel hidrostática. Los indicadores de nivel de eficacia probada, con cadena Reed o transmisor magnetostrictivo y sistema opcional de dos cámaras para montar un sensor de radar, garantizan una medición constante con una señal estable.

Depósitos de almacenamiento

El metanol se almacena temporalmente en grandes depósitos hasta su posterior utilización. A menudo se utilizan termómetros multipunto colgantes para controlar la temperatura de los tanques, que suelen funcionar sin presión. Gracias a su diseño compacto y a su concepto inteligente de transporte e instalación, los sensores, algunos de los cuales tienen más de 20 metros de longitud, pueden manipularse e instalarse cómodamente en la planta sin necesidad de utilizar una grúa adicional.

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