WIKA Brasil

Planta de amônia

A amônia tem sido estabelecida há muitos anos como um importante material básico no campo da produção de fertilizantes (uréia e sais de amônio). Usando o processo Haber-Bosch, o hidrogênio e o nitrogênio são convertidos em amônia (NH3) sob pressões de 250 bar e temperaturas de 550°C. O conceito de planta individual é escolhido dependendo da matéria-prima geograficamente disponível e da capacidade de produção desejada.

O processo de produção ocorre em quatro etapas:

  • Preparação da matéria-prima
  • Produção e purificação de gás de síntese
  • Síntese de amônia
  • Separação e armazenamento

Para reduzir a energia necessária e alcançar um rendimento consistentemente elevado com qualidade constante, os operadores dependem da manutenção de vários parâmetros críticos do processo – pressão, temperatura, vazão, nível – nas respectivas seções da planta.

Amônia × 3

Reformador primário

Reformador primário
2

Pré-reformador

Pré-reformador
4

Reformador secundário

Reformador secundário
7

Unidade de purificação criogênica

Unidade de purificação criogênica
6

Metanação

Metanação
1

Hidrogenação e dessulfuração

Hidrogenação e dessulfuração
9

Resfriador de amônia

Resfriador de amônia
8

Reator de síntese de amônia

Reator de síntese de amônia
5

Reatores de deslocamento água-gás

Reatores de deslocamento água-gás
10

Calibração e serviço

Calibração e serviço
Amônia
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Hidrogenação e dessulfuração

Em vez de carvão, nafta e petróleo, hoje o gás natural é utilizado principalmente como matéria-prima para a produção de amônia. Componentes indesejados do gás natural, como o enxofre, são ligados na forma de sulfeto de hidrogênio (H2S) através de hidrogenação direcionada e depois removida no reator de dessulfurização.

Para monitorar constantemente a atividade do catalisador no reator de hidrogenação em todo o leito, termômetros multiponto especialmente adaptados são usados ​​para monitorar múltiplos pontos. O funcionamento correto deve ser garantido permanentemente, uma vez que quaisquer componentes de enxofre que escapem envenenarão as etapas posteriores do processo. O fluxo de gás correto é detectado usando placas de orifício compactas e tubos Venturi com transmissores de pressão diferencial instalados.


Hidrogenação e dessulfuração × F

Flow

Flow
L

Level

Level
T

Temperature

Temperature
P

Pressure

Pressure
Hidrogenação e dessulfuração
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Pré-reformador

Dependendo da matéria-prima e do projeto da planta selecionada, um, dois ou três tipos de reformadores são instalados em série para a reforma do metano a vapor:

  • 1. Pré-reformador
  • 2. Reformador primário: Reformador de metano a vapor (SMR)
  • 3. Reformador secundário: reformador autotérmico (ATR)

Esta combinação é a base para a recuperação ideal de hidrogênio e gás de síntese. No pré-reformador cilíndrico baseado em leito catalítico, o primeiro estágio de pré-reforma ocorre sob o fornecimento de vapor quente a cerca de 500ºC e 30 bar.

Para monitorar constantemente a atividade e o envelhecimento do catalisador em todo o leito, termômetros multiponto especialmente adaptados são usados ​​para registrar múltiplos pontos. A relação entre gás e vapor deve ser monitorada com precisão para evitar coqueificação e danos ao catalisador. Placas de orifício compactas e tubos Venturi com transmissores de pressão diferencial montados realizam esta tarefa de forma confiável e durável.


Pré-reformador × L

Flow

Flow
L

Level

Level
P

Pressure

Pressure
T

Temperature

Temperature
Pré-reformador
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Reformador primário

No reformador primário (conhecido internacionalmente como reformador de metano a vapor – SMR), os tubos do reformador são montados verticalmente em várias fileiras, que são continuamente acionados com queimadores externos. A conversão da mistura gás-vapor em hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono ocorre no interior do tubo cheio de catalisador. As paredes dos tubos do reformador, que geralmente são de liga especial, estão permanentemente sob tensão especial devido às altas temperaturas. Uma rachadura durante a operação normal devido ao excesso de temperatura não é incomum. Isso pode tornar necessária a paralisação da produção ou até mesmo danificar toda a fábrica. A operação alternativa do processo – como é frequentemente praticado – com uma chama reduzida leva a uma produtividade reduzida e o operador da instalação deve aceitar perdas permanentes de eficiência.

Através da análise direcionada da configuração individual e do posicionamento perfeito dos sensores de temperatura da superfície do tubo (XTRACTO-PAD®) combinados com os materiais do tubo, oferecemos a solução perfeita. A temperatura exata da superfície do tubo, que é independente do impacto da chama, é registrada 24 horas por dia, 7 dias por semana, devido ao design blindado especial. O SMR agora pode ser controlado para longevidade com o maior rendimento. Além disso, além das superfícies dos tubos, as temperaturas dos gases de combustão produzidos pela queima também são monitoradas na câmara. Soluções de sensores adequadas para esta finalidade, com poços termométricos feitos de materiais resistentes a longo prazo, são desenvolvidas especificamente para sua aplicação.


Reformador primário × F

Flow

Flow
P

Pressure

Pressure
T

Temperature

Temperature
Reformador primário
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Reformador secundário

Depois de converter inicialmente cerca de um terço do gás que passou pelo reformador primário, o próximo estágio “inflama” no reformador secundário a temperaturas superiores a 1.000ºC e pressões superiores a 30 bar para atingir uma conversão próxima de cem por cento. O reformador autotérmico (ATR) possui revestimento refratário em seu interior. A mistura vapor-gás e, através de um grande queimador, o ar de processo pré-aquecido (componentes de oxigênio e nitrogênio) são alimentados por cima. Primeiro, ocorre a combustão parcial – oxidação parcial. Em seguida, a mistura flui através do leito catalítico, localizado na parte central do reformador, e os componentes restantes do metano são finalmente convertidos

Para monitorar este processo exigente de forma adequada e contínua, a temperatura correta é registrada em muitos leitos de catalisador por meio de sensores de temperatura multiponto WIKA especialmente projetados. Devido ao seu design robusto e à proteção dos elementos sensores contra envenenamento por hidrogênio, esses sensores oferecem medição redundante que é estável a longo prazo.


Reformador secundário × F

Flow

Flow
L

Level

Level
T

Temperature

Temperature
P

Pressure

Pressure
Reformador secundário
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Reatores de deslocamento água-gás

O monóxido de carbono produzido durante o processo de reforma influenciaria negativamente a subsequente síntese de amônia, envenenando o catalisador ali utilizado. Com a adição de vapor, o monóxido de carbono é convertido em dióxido de carbono no reator de deslocamento de alta temperatura (HTS) e no reator de deslocamento de baixa temperatura (LTS). O CO2 pode ser separado ainda melhor do fluxo de mídia nas etapas subsequentes do processo no purificador e no metanador.

A atividade uniforme dos catalisadores nos reatores HTS e LTS é crucial para a reação. O monóxido de carbono não convertido não deve entrar nas próximas etapas do processo O estado de atividade e envelhecimento pode ser determinado, com precisão, através da utilização de termômetros multiponto com múltiplos pontos distribuídos no leito. Isto permite uma previsão baseada em dados de medição do fim do ciclo de vida do catalisador.


Reatores de deslocamento água-gás × L

Level

Level
T

Temperature

Temperature
F

Flow

Flow
P

Pressure

Pressure
Reatores de deslocamento água-gás
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Metanação

No reator de metanação, o monóxido de carbono e o dióxido de carbono residuais indesejados são removidos da corrente de meio hidrogênio-nitrogênio. Com a adição de hidrogênio, a metanação de CO e CO2 ao metano e à água ocorre por meio de uma reação catalítica.

A atividade uniforme dos catalisadores é crucial para a reação. O monóxido de carbono não convertido não deve entrar nas próximas etapas do processo O estado de atividade e envelhecimento pode ser determinado, com precisão, através da utilização de termômetros multiponto com múltiplos pontos distribuídos no leito. Isto permite uma previsão baseada em dados de medição do fim do ciclo de vida do catalisador.


Metanação × L

Level

Level
T

Temperature

Temperature
F

Flow

Flow
P

Pressure

Pressure
Metanação
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Unidade de purificação criogênica

Na unidade de purificação criogênica, as impurezas, como o argônio, são removidas em uma caixa fria isolada em temperaturas abaixo de -170°C e a proporção desejada de hidrogênio para nitrogênio para a síntese de amônia é ajustada.

Para temperaturas tão baixas, uma linha de válvulas de instrumentação WIKA em design monoflange e válvula agulha é usada (bloqueio, bloqueio e alivio e bloqueio e alivio duplo). Isto permite uma conexão segura e permanentemente selada das soluções de transmissor de pressão e transmissor de pressão diferencial.

Combinações especiais de sensores de temperatura com poço termométrico, que se adaptam às baixas temperaturas e às condições especiais de instalação nas paredes duplas isoladas, são frequentemente usadas como uma solução completa com um transmissor remoto de temperatura SIL.


Unidade de purificação criogênica × F

Flow

Flow
L

Level

Level
P

Pressure

Pressure
T

Temperature

Temperature
Unidade de purificação criogênica
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Reator de síntese de amônia

No reator de síntese de amônia, a síntese de hidrogênio e nitrogênio em amônia (NH3), sob pressões de 150 ... 250 bar e temperaturas de 400 ... 520°C. Os reatores verticais ou horizontais contêm vários leitos cheios de catalisador nos quais a mistura gasosa é convertida em várias passagens.

Para garantir que a pressão necessária para a síntese desejada esteja disponível continuamente, as medições são feitas na entrada do reator usando um sistema de transmissor/selo diafragma com compensação de temperatura (exato, mesmo sob altas temperaturas).

Durante a reação de múltiplos estágios, é gerado muito calor, que é removido por meio de estágios de resfriamento intermediário. A distribuição crítica da temperatura ao longo dos leitos do reator é monitorada por vários termômetros multiponto de resposta rápida com rápida transferência de calor.


Reator de síntese de amônia × F

Flow

Flow
L

Level

Level
P

Pressure

Pressure
T

Temperature

Temperature
Reator de síntese de amônia
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Resfriador de amônia

Após a síntese da amônia, o gás é resfriado significativamente e liquefeito em vários estágios utilizando um sistema interligado de trocadores de calor e resfriadores de amônia. Sensores redundantes diversos são frequentemente usados ​​para monitoramento de nível crítico. Transmissores de pressão diferencial, com vedações de diafragma totalmente soldadas e niveladas, conectadas através de capilares, dão saída à coluna de nível hidrostático.

Indicadores de nível com corrente reed ou transdutores magnetostritivos com sistemas de duas câmaras permitem que bolhas de gás criadas pela fervura do gás amônia simplesmente passem pelo flutuador e, assim, fornecem uma medição analógica contínua comprovada operacionalmente com um sinal estável.


Resfriador de amônia × F

Flow

Flow
P

Pressure

Pressure
L

Level

Level
T

Temperature

Temperature
Resfriador de amônia
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Consultoria, design, implementação – tudo de uma só fonte

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Calibração e serviço
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