Usine d'ammoniac

Hydrogénation et désulfuration

Aujourd'hui, c'est le gaz naturel qui est principalement utilisé comme matière première pour la production d'ammoniac, plutôt que le charbon, le naphta et le pétrole. Les composants indésirables du gaz naturel, comme le soufre, sont liés sous forme de sulfure d'hydrogène (H₂S) par une hydrogénation ciblée, puis éliminés dans le réacteur de désulfuration.

Afin de surveiller en permanence l'activité du catalyseur dans le réacteur d'hydrogénation sur l'ensemble du lit, des thermomètres multipoints spécialement adaptés sont utilisés pour surveiller plusieurs points. Le bon fonctionnement doit être garanti en permanence, car tout composant soufré qui passerait au travers empoisonnerait les étapes du process en aval. Le débit correct du gaz est détecté en utilisant des plaques à orifice compactes et des tubes Venturi avec des transmetteurs de pression différentielle installés.

Pré-réformateur

En fonction de la charge d'alimentation et de la conception de l'installation choisie, un, deux ou trois types de reformeurs sont installés en série pour le reformage du méthane à la vapeur :

• 1. Pré-réformateur
• 2. Reformeur primaire : Reformeur de méthane à la vapeur (SMR)
• 3. Reformeur secondaire : reformeur autothermique (ATR)

Cette combinaison est la base de la récupération optimale de l'hydrogène et du gaz de synthèse. Dans le pré-reformeur cylindrique du catalyseur, la première étape de pré-reformage a lieu sous l'apport de vapeur chaude à environ 500 °C et 30 bar.

Afin de surveiller en permanence l'activité et le vieillissement sur l'ensemble du lit catalyseur, des thermomètres multipoints spécialement adaptés sont utilisés pour enregistrer plusieurs points. Le rapport entre le gaz et la vapeur doit être contrôlé avec précision pour éviter la cokéfaction et l'endommagement du catalyseur. Les plaques à orifice compactes et les tubes Venturi avec transmetteurs de pression différentielle montés remplissent cette tâche de manière fiable et durable.

Réformateur primaire

Dans le reformeur primaire (connu internationalement sous le nom de reformeur de méthane à vapeur - SMR), les tubes du reformeur sont montés verticalement en plusieurs rangées, alimentées en continu par des brûleurs depuis l'extérieur. La conversion du mélange gaz-vapeur en hydrogène, monoxyde de carbone et dioxyde de carbone a lieu à l'intérieur du tube, rempli de catalyseur. Les parois des tubes du reformeur, qui sont généralement alliées, sont en permanence soumises à des contraintes particulières en raison des températures élevées. Il n'est pas rare qu'une fissure se produise lors d'un fonctionnement régulier en raison d'une surchauffe. Cela peut rendre nécessaire l'arrêt de la production ou même endommager l'ensemble de l'usine. Le fonctionnement alternatif du process - tel qu'il est souvent pratiqué - avec une flamme réduite entraîne une réduction du débit, l'exploitant de l'installation doit accepter des pertes permanentes d'efficacité.

Grâce à l'analyse ciblée de l'installation individuelle et au positionnement parfait des thermomètres de surface (XTRACTO-PAD®) adaptés aux matériaux des tuyaux, nous offrons la solution parfaite. La température exacte de la surface du tuyaux, qui est indépendante de la frappe de la flamme, est enregistrée 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 grâce à la conception spéciale du blindage. Le SMR peut maintenant être réellement contrôlé pour sa longévité avec le plus haut débit. De plus, outre les surfaces des tuyaux, les températures des gaz de combustion produits par la cuisson sont également surveillées dans la chambre. Des solutions de capteurs adaptées à cet effet, avec des doigts de gant fabriqués dans des matériaux résistants à long terme, sont développées spécifiquement pour votre application.

Reformeur secondaire

Après la conversion initiale d'environ un tiers du gaz passé dans le reformeur primaire, l'étape suivante " s'enflamme " dans le reformeur secondaire à des températures de plus de 1 000 °C et des pressions de plus de 30 bar pour atteindre une conversion proche de cent pour cent. Le reformeur autothermique (ATR) possède un revêtement réfractaire à l'intérieur. Le mélange vapeur-gaz et, via un grand brûleur, l'air de traitement préchauffé (composants oxygène et azote) sont introduits par le haut. Tout d'abord, une combustion partielle - oxydation partielle - a lieu. Le mélange traverse ensuite le lit catalytique, situé dans la partie centrale du reformeur, et les composants restants du méthane sont finalement convertis.

Afin de surveiller correctement et en permanence ce process exigeant, la température correcte est enregistrée dans de nombreux lits catalytiques au moyen de capteurs de température multipoints WIKA spécialement conçus pour cette application. Grâce à leur conception robuste et à la protection des éléments du capteur contre l'empoisonnement à l'hydrogène, ces capteurs offrent une mesure redondante et stable à long terme.

Réacteurs à eau et à gaz

Le monoxyde de carbone produit au cours du process de reformage aurait une influence négative sur la synthèse ultérieure de l'ammoniac en empoisonnant le catalyseur qui y est utilisé. Avec l'ajout de vapeur, le monoxyde de carbone est converti en dioxyde de carbone dans le réacteur de transfert à haute température (HTS) et le réacteur de transfert à basse température (LTS). Le CO₂ peut être encore mieux séparé du flux de fluide dans les étapes ultérieures du process dans l'épurateur et le méthaniseur.

L'activité uniforme des catalyseurs dans les réacteurs HTS et LTS est cruciale pour la réaction. Le monoxyde de carbone non converti ne doit pas passer aux étapes suivantes du process. L'état d'activité et le vieillissement peuvent être déterminés, avec précision, en utilisant des thermomètres multipoints avec plusieurs points répartis dans le lit. Cela permet de prédire, sur la base des données de mesure, la fin du cycle de vie du catalyseur.

Méthanisation

Dans le réacteur de méthanisation, le monoxyde de carbone et le dioxyde de carbone résiduels indésirables sont éliminés du flux d'hydrogène et d'azote. Avec l'ajout d'hydrogène, la méthanisation du CO et du CO₂ en méthane et en eau a lieu par une réaction catalytique.

L'activité uniforme des catalyseurs est cruciale pour la réaction. Le monoxyde de carbone non converti ne doit pas passer aux étapes suivantes du process. L'état d'activité et le vieillissement peuvent être déterminés, avec précision, en utilisant des thermomètres multipoints avec plusieurs points répartis dans le lit. Cela permet de prédire, sur la base des données de mesure, la fin du cycle de vie du catalyseur.

Unité de purification cryogénique

Dans l'unité de purification cryogénique, les impuretés, telles que l'argon, sont éliminées dans une boîte froide isolée à des températures inférieures à -170 °C et le rapport hydrogène/azote souhaité pour la synthèse de l'ammoniac est ajusté.

Pour ces basses températures, une gamme de vannes d'instrumentation WIKA à monobride et à pointeau est utilisée (vanne, vanne et purge et double vanne et purge). Cela permet une connexion sûre et durablement étanche des solutions de transmetteur de pression et de transmetteur de pression différentielle.

Des combinaisons spéciales de doigts de gant et de capteurs de température, adaptées aux basses températures et aux conditions d'installation particulières dans les doubles parois isolées, sont souvent utilisées comme solution complète avec un transmetteur de température SIL à distance.

Réacteur de synthèse de l'ammoniac

Dans le réacteur de synthèse de l'ammoniac, la synthèse de l'hydrogène et de l'azote en ammoniac (NH₃), sous des pressions de 150 .... 250 bar et des températures de 400 ... 520 °C, a lieu. Les réacteurs verticaux ou horizontaux contiennent plusieurs lits remplis de catalyseur dans lesquels le mélange gazeux est converti en plusieurs passages.

Pour s'assurer que la pression nécessaire à la synthèse souhaitée est disponible en permanence, des mesures sont effectuées à l'entrée du réacteur à l'aide d'un système de transmetteur/montage sur séparateur compensé en température (exact, même à haute température).

Au cours de la réaction en plusieurs étapes, une grande quantité de chaleur est générée, éliminée par des étapes de refroidissement intermédiaire. La distribution de la température critique le long des lits du réacteur est surveillée par plusieurs thermomètres multipoints à réponse rapide et à transfert thermique rapide.

Refroidisseur d'ammoniac

Après la synthèse de l'ammoniac, le gaz est fortement refroidi et liquéfié en plusieurs étapes grâce à un système interconnecté d'échangeurs de chaleur et de refroidisseurs d'ammoniac. Des capteurs divers et redondants sont souvent utilisés pour la surveillance des niveaux critiques. Les transmetteurs de pression différentielle, avec des séparateurs à membrane affleurante entièrement soudés et reliés par des capillaires, délivrent la colonne de niveau hydrostatique.

Les indicateurs de niveau avec chaîne reed ou les transducteurs magnétostrictifs avec systèmes à deux chambres permettent aux bulles de gaz créées par le gaz ammoniac en ébullition de passer simplement à côté du flotteur, et fournissent ainsi une mesure analogique continue éprouvée avec un signal stable.

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