WIKA Brasil

Plantas de metanol

Durante muitos anos, o metanol estabeleceu-se como um importante material orgânico básico, tanto em aplicações químicas como no sector energético. No processo de baixa pressão comumente usado hoje, por meio de síntese catalítica, hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono são transformados em metanol (CH3OH) em pressões de até 100 bar e temperaturas de até 300°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 de entrada
  • Produção e purificação de gás de síntese
  • Síntese de metanol
  • Destilação 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.

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Compressores de gás de síntese

Compressores de gás de síntese
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Reformador Primário

Reformador Primário
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Pré-reformador

Pré-reformador
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Hidrogenação e dessulfurização

Hidrogenação e dessulfurização
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Reformador Secundário

Reformador Secundário
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Tanques de armazenamento

Tanques de armazenamento
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Colunas de fracionamento de metanol

Colunas de fracionamento de metanol
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Calibração e serviço

Calibração e serviço
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Reator de síntese de metanol

Reator de síntese de metanol
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Separador de metanol

Separador de metanol
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Hidrogenação e dessulfurização

Em vez de carvão, nafta e petróleo, hoje o gás natural é utilizado principalmente como matéria-prima para a produção de metanol. 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, tubos Venturi com transmissores de pressão diferencial montados.


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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 reforma a vapor de metano:

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

Esta combinação é responsável pela 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.


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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 conduz a um rendimento reduzido 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.


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Reformador Secundário

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

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

Esta combinação é responsável pela recuperação ideal de hidrogênio e gás de síntese. 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 ATR possui revestimento refratário no 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.


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Compressores de gás de síntese

O gás de síntese recém-reformado é combinado com gás de síntese reciclado e comprimido a cerca de 80 bar por meio de um compressor multiestágio acionado por turbinas a vapor. Antes e durante a compressão, o meio é resfriado e o condensado resultante é separado em separadores. O seu nível deve ser monitorizado continuamente para evitar qualquer potencial transbordamento. Os compressores e as áreas da planta a jusante ficam assim protegidos do teor excessivo de umidade.

Instrumentos de medição de nível bypass modulares são recomendados para esta tarefa, pois transmitem o nível com precisão e, por meio de uma função de comutação opcional, acionam um aviso em tempo hábil. Em pontos particularmente críticos, as versões com câmara dupla permitem medições redundantes. Além do indicador de bypass, outros sistemas de medição podem ser integrados, por exemplo, corrente reed, sensores magnetostritivos, radar e garfo vibratório. Para o bom funcionamento dos compressores, a temperatura nos seus rolamentos fortemente tensionados deve ser monitorada. Sensores de temperatura altamente resistentes a vibrações garantem a precisão necessária para isso.


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Reator de síntese de metanol

No reator de metanol, a síntese de hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono em metanol (CH3OH), e o subproduto água, ocorrem em um processo de baixa pressão a pressões de 50 ... 100 bar e temperaturas de 200 ... 300°C. Dependendo do conceito da planta, são utilizados vários reatores resfriados a gás e a água, conectados em série com tubos cheios de catalisador.

Para garantir que a pressão necessária para a síntese desejada esteja constantemente disponível, medições (precisas, mesmo sob altas temperaturas) são feitas na entrada e na saída do reator usando um sistema de transmissor de processo/selo diafragma com compensação de temperatura. 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 catalíticos é monitorada por vários termômetros multiponto de resposta rápida com rápida transferência de calor.


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Separador de metanol

Após a síntese do metanol, o fluxo do meio é resfriado e os componentes do metanol líquido e da água são separados dos componentes do gás de síntese que não reagiram no separador de metanol. Os gases são devolvidos ao circuito de síntese através da unidade de adsorção com oscilação de pressão. Os líquidos são transferidos para o tanque de expansão como metanol bruto.

Sensores redundantes diversos são frequentemente usados ​​para monitoramento de nível no separador. Transmissores de pressão diferencial com selos de diafragma totalmente soldadas e sem vedação emitem saída para a coluna de nível hidrostático. Indicadores de nível operacionalmente comprovados, com corrente reed ou transmissor magnetostritivo e sistema opcional de duas câmaras para montagem de um sensor de radar, garantem assim uma medição constante com um sinal estável.


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Colunas de fracionamento de metanol

Ao final, o metanol bruto resultante é processado em duas etapas nas colunas de fracionamento de metanol para armazenamento e revenda. Na coluna de baixo ponto de ebulição (coluna de topo), subprodutos altamente voláteis, como gases dissolvidos, são primeiro separados por destilação. Em seguida, a separação final do metanol puro da água e dos álcoois ocorre nas colunas de alto ponto de ebulição.

A correta separação, destilação e transferência subsequente do meio é monitorada por meio de sensores de nível diversos e redundantes. Transmissores de pressão diferencial com selos de diafragma totalmente soldadas e sem vedação emitem saída para a coluna de nível hidrostático. Indicadores de nível operacionalmente comprovados, com corrente reed ou transmissor magnetostritivo e sistema opcional de duas câmaras para montagem de um sensor de radar, garantem assim uma medição constante com um sinal estável.


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Tanques de armazenamento

O metanol é armazenado temporariamente em grandes tanques até seu uso posterior. Termômetros multiponto suspensos são frequentemente usados ​​para monitorar a temperatura nos tanques, que normalmente são operados sem pressão. Graças ao seu design compacto e ao conceito inteligente de transporte e instalação, os sensores, alguns dos quais com mais de 20 metros de comprimento, podem ser convenientemente manuseados e instalados na fábrica sem o uso de um guindaste adicional.


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Calibração e service

Consulta, design, implementação – tudo de uma só fonte

Instrumentos de calibração precisos são o ponto de partida para resolver seus requisitos de teste. No entanto, eles constituem apenas uma parte de um sistema de calibração de alto desempenho. Da nossa extensa gama de produtos, podemos projetar para você uma solução completa e individual que contém todos os componentes relevantes: com adaptabilidade para itens de teste, alimentação de pressão e vácuo, componentes para controle de pressão e ajuste fino, até alimentação de tensão e multímetros para o calibração de itens de teste elétrico. Nossa força particular reside no planejamento de projetos, desenvolvimento e construção de sistemas completos, individuais e específicos para aplicações – desde simples estações de trabalho manuais até sistemas de teste totalmente automatizados em linhas de produção.

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