L'ammoniaca si è affermata per molti anni come importante materiale di base nel campo della produzione di fertilizzanti (urea e sali di ammonio). Idrogeno e azoto vengono convertiti in ammoniaca (NH3) a pressioni di 250 bar e a temperature di 550 °C tramite il processo Haber-Bosch. Il concetto di impianto individuale viene scelto in base alla materia prima geograficamente disponibile e alla capacità produttiva desiderata.
Il processo di produzione si svolge in quattro fasi:
- Preparazione della materia prima
- Produzione e purificazione del syngas
- Sintesi dell'ammoniaca
- Separazione e stoccaggio
Per ridurre l'energia richiesta e ottenere una produzione costantemente elevata con una qualità costante, gli operatori dipendono dal mantenimento di diversi parametri di processo critici nelle rispettive sezioni dell'impianto: pressione, temperatura, portata, livello.
Idrogenazione e desolforazione
Al posto del carbone, della nafta e del petrolio, come materia prima per la produzione di metanolo oggi si utilizza principalmente il gas naturale. I componenti indesiderati del gas naturale, come lo zolfo, sono legati sotto forma di idrogeno solforato (H2S) attraverso un'idrogenazione mirata e quindi rimossi nel reattore di desolforazione.
Per monitorare costantemente l'attività del catalizzatore nel reattore di idrogenazione sull'intero letto, vengono utilizzati sonde di temperatura multipoint appositamente adattate per monitorare più punti di misura. Occorre garantire il corretto funzionamento in modo permanente, in quanto eventuali componenti a base di zolfo che dovessero sfuggire potrebbero intossicare le fasi di processo a valle. La corretta portata di gas viene rilevata utilizzando orifizi calibrati compatti, tubi Venturi con trasmettitori di pressione differenziale montati.
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Pre-reformer
A seconda della materia prima e del progetto di impianto scelto, vengono installati in serie uno, due o tre tipi di reformer per il reforming del metano:
- 1. Pre-reformer
- 2. Reformer primario: steam methane reformer (SMR)
- 3. Reformer secondario: autothermal reformer (ATR)
Questa combinazione è responsabile del recupero ottimale di idrogeno e syngas. Nel pre-reformer cilindrico a letto catalitico, il primo stadio di pre-reforming avviene sotto l'apporto di vapore caldo a circa 500 °C e 30 bar.
Per monitorare costantemente l'attività del catalizzatore nel reattore di idrogenazione sull'intero letto, vengono utilizzati sonde di temperatura multipoint appositamente adattate per monitorare più punti di misura. Occorre monitorare con precisione il rapporto tra gas e vapore per evitare il coking e il danneggiamento del catalizzatore Orifizi calibrati compatti e tubi Venturi con trasmettitori di pressione differenziale montati svolgono questo compito in modo affidabile e duraturo.
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Reformer primario
Nel reformer primario (noto a livello internazionale come steam methane reformer - SMR), i tubi del reformer sono montati verticalmente in diverse file, che vengono continuamente alimentate con bruciatori dall'esterno. La conversione della miscela gas-vapore in idrogeno, monossido di carbonio e anidride carbonica avviene all'interno del tubo riempito di catalizzatore. Le pareti dei tubi del reformer, solitamente in lega speciale, sono costantemente sottoposte a particolari sollecitazioni a causa delle alte temperature. Non è raro che si verifichi una fessurazione durante il funzionamento regolare a causa della sovratemperatura. Ciò può rendere necessaria l'interruzione della produzione o addirittura danneggiare l'intero impianto. Il funzionamento alternativo del processo (come spesso viene praticato) con una fiamma ridotta comporta una riduzione della produttività e l'operatore dell'impianto deve accettare perdite permanenti di efficienza.
Grazie all'analisi mirata della configurazione individuale e al perfetto posizionamento dei sensori di temperatura della superficie del tubo (XTRACTO-PAD®) abbinati ai materiali del tubo, siamo in grado di offrire la soluzione perfetta. L'esatta temperatura superficiale del tubo, indipendente dall'intensità della fiamma, viene registrata 24 ore su 24, 7 giorni su 7, grazie allo speciale design schermato. L'SMR può ora essere controllato per garantire una lunga durata con la massima produttività. Inoltre, oltre alle superfici dei tubi, nella camera vengono monitorate anche le temperature dei gas di combustione prodotti dalla combustione. Le soluzioni di sensori adatte a questo scopo, con pozzetti termometrici realizzati con materiali resistenti a lungo termine, sono sviluppate appositamente per la vostra applicazione.
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Reformer secondario
Dopo aver convertito inizialmente circa un terzo del gas passato attraverso il reformer primario, lo stadio successivo si "accende" nel reformer secondario a temperature superiori a 1.000 °C e pressioni superiori a 30 bar per ottenere una conversione vicina al cento per cento. L'ATR (Autothermal reformer) ha un rivestimento refrattario all'interno. La miscela di vapore e gas e, tramite un grande bruciatore, l'aria di processo preriscaldata (composta da ossigeno e azoto) vengono immessi dall'alto. In primo luogo, si verifica una combustione parziale - ossidazione parziale. Successivamente la miscela passa attraverso il letto catalitico, situato nella parte centrale del reformer, e infine vengono convertiti i restanti componenti del metano.
Per monitorare correttamente e continuamente questo processo impegnativo, la temperatura corretta viene registrata in molti letti di catalizzatori mediante sonde di temperatura multipoint WIKA appositamente progettate. Grazie alla robusta struttura e alla protezione degli elementi del sensore contro l'avvelenamento da idrogeno, questi sensori offrono misure ridondanti e stabili a lungo termine.
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Reattori ad acqua-gas
Il monossido di carbonio prodotto durante il processo di reforming influenzerebbe negativamente la successiva sintesi dell'ammoniaca avvelenando il catalizzatore utilizzato. Con l'aggiunta di vapore, il monossido di carbonio viene convertito in anidride carbonica nel reattore ad alta temperatura (HTS) e nel reattore a bassa temperatura (LTS). Nelle fasi successive del processo nello scrubber e nel metanatore è possibile separare la CO2 ancora meglio dal flusso dei fluidi.
L'attività uniforme dei catalizzatori nei reattori HTS e LTS è fondamentale per la reazione. Il monossido di carbonio non convertito non deve entrare nelle fasi successive del processo. Lo stato di attività e di invecchiamento può essere determinato, con precisione, utilizzando sonde di temperatura multipoint con più punti distribuiti nel letto del catalizzatore. Ciò consente di prevedere, sulla base dei dati di misura, la fine del ciclo di vita del catalizzatore.
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Metanizzazione
Nel reattore di metanizzazione, il monossido di carbonio e l'anidride carbonica residui indesiderati vengono rimossi dal flusso di idrogeno e azoto. Con l'aggiunta di idrogeno, la metanazione di CO e CO2 a metano e acqua avviene tramite una reazione catalitica.
L'attività uniforme dei catalizzatori è fondamentale per la reazione. Il monossido di carbonio non convertito non deve entrare nelle fasi successive del processo. Lo stato di attività e di invecchiamento può essere determinato, con precisione, utilizzando sonde di temperatura multipoint con più punti distribuiti nel letto del catalizzatore. Ciò consente di prevedere, sulla base dei dati di misura, la fine del ciclo di vita del catalizzatore.
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Unità di purificazione criogenica
Nell'unità di purificazione criogenica, le impurità, come l'argon, vengono rimosse in una cella frigorifera isolata a temperature inferiori a -170 °C e viene regolato il rapporto desiderato tra idrogeno e azoto per la sintesi dell'ammoniaca.
Per queste basse temperature, viene utilizzata una gamma di valvole per strumentazione WIKA in esecuzione monoflangia e a spillo (blocco, blocco e sfiato e doppio blocco e sfiato). Ciò consente un collegamento sicuro e permanentemente sigillato delle soluzioni di misura che utilizzano un trasmettitore di pressione e un trasmettitore di pressione differenziale.
Le speciali combinazioni pozzetto-sensore di temperatura, adatte alle basse temperature e alle particolari condizioni di installazione nelle doppie pareti isolate, sono spesso utilizzate come soluzione completa con un trasmettitore di temperatura SIL remoto.
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Reattore di sintesi dell'ammoniaca
Nel reattore di sintesi dell'ammoniaca, avviene la sintesi di idrogeno e azoto in ammoniaca (NH3), a pressioni di 150 ... 250 bar e temperature di 400 ... 520 °C. I reattori verticali o orizzontali contengono diversi letti pieni di catalizzatore in cui la miscela di gas viene convertita in più passaggi.
Per garantire che la pressione necessaria per la sintesi desiderata sia costantemente disponibile, le misure (precise, anche a temperature elevate) vengono effettuate all'ingresso e all'uscita del reattore mediante un sistema di trasmettitori di processo/sistemi con separatore a membrana compensato in temperatura.
Durante la reazione a più stadi si genera molto calore, che viene eliminato mediante stadi di intercooling. La distribuzione della temperatura critica lungo i letti di catalizzatore è monitorata da diversi sonde di temperatura multipoint a risposta rapida con rapida convezione termica.
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Refrigeratore dell'ammoniaca
Dopo la sintesi dell'ammoniaca, il gas viene raffreddato in modo significativo e liquefatto in diverse fasi utilizzando un sistema interconnesso di scambiatori di calore e refrigeratori di ammoniaca. Per il monitoraggio del livello nel separatore si utilizzano spesso sensori diversi e ridondanti. Con ii trasmettitori di pressione differenziale con separatori a membrana completamente saldati e privi di guarnizioni si ottiene una colonna di livello idrostatica.
Gli indicatori di livello con catena reed o i trasduttori magnetostrittivi con sistemi a due camere consentono alle bolle di gas create dall'ebollizione dell'ammoniaca di passare semplicemente attraverso il galleggiante, fornendo così una misura analogica continua con segnale stabile.
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Consulenza, progettazione, realizzazione: tutto da una sola fonte
Gli strumenti di taratura di precisione sono il punto di partenza per risolvere ogni esigenza di misura. Tuttavia, essi rappresentano soltanto uno dei componenti di un sistema di taratura ad alte prestazioni. Partendo dalla nostra gamma di prodotti, è possibile progettare una soluzione completa e personalizzata comprendente tutti i componenti necessari per effettuare la taratura di strumenti e dotata di alimentazione di pressione e vuoto, componenti per il controllo e regolazione fine della pressione, fino alle alimentazioni in tensione e multimetri per la taratura di strumenti elettrici. La nostra particolare forza sta nella pianificazione del progetto, nello sviluppo e nella costruzione di sistemi completi, personalizzati e per applicazioni specifiche, da semplici stazioni di lavoro manuali a sistemi di prova completamente automatici all'interno delle linee di produzione.
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