Analisis y Seleccion de Procesos Amoniaco-urea

ANALISIS Y SELECCIÓN DEPROCESOS POR ETAPAS 1. PRODUCCIÓN DE AMONIACO:

tecnología PURIFIERplus es de KBR  Esquema general El Proceso de PURIFIERplusTM KBR se ilustra en la Figura 1.

Figura 1

Descripción del proceso Previo desulfurizado de la alimentación de gas natural, esta se divide en dos corrientes, en las cuales se les inyecta la corriente de vapor vapor de de proceso antes de su  precalentamiento en el horno del proceso. Las corrientes de alimentación mixta  precalentadas, se dirigen en flujo f lujo paralelo tanto al intercambiador de reformación y al reformador auto-térmico (ATR). Alrededor del 60 al 70 por ciento de la alimentación se dirige a la ATR, la alimentación restante va al intercambiador de reformación.

El aire del proceso para el ATR se comprime y se calienta previamente en el horno del  proceso antes de su entrada en el ATR. El Proceso de PURIFIERplusTM utiliza alrededor de 50 por ciento más de aire que el requerimiento estequiométrico. En el ATR, algunos de los hidrocarburos combustionan, liberando el calor necesario  para la reforma endotérmica de la parte restante hidrocarburos con vapor de agua sobre el catalizador de reformado de níquel. El efluente del ATR reformación.

fluye hacia el lado de la carcasa del intercambiador de

El intercambiador es un diseño de intercambiador de tubo abierto patentad a. La alimentación mas vapor entra en el lado del tubo. A medida que la mezcla fluye a través de los tubos, se pone en contacto el catalizador de reformado con el vapor  convencional. El calor necesario para la reacción de reformado endotérmica es proporcionado por el gas de lado de la carcasa, que es una mezcla del efluente del ATR y del lado de los tubos. El gas de síntesis mezclado que sale del lado de la carcasa del intercambiador de reformación que contiene aproximadamente 2,5% (base seca) metano que se enfría mediante la generación de vapor de alta presión, a ntes de shift conversión. Conversión de Shift utiliza tradicional dos etapas de alta y baja temperatura de reactores. El dióxido de carbono se elimina mediante procesos probados de otros fabricantes tales como UOP o BASF. En el proceso de condensado es recuperado, despojado con vapor de media presión en el separador de condensado y reciclado como vapor de proceso a la sección de reformado. El gas de síntesis a partir de la absorción de CO2 se calienta en un intercambiador de alimentación / efluente y luego pasado por el catalizador de metanización para convertir los óxidos de carbono residuales a metano. En la preparación para el secado, el efluente del metanador se enfría por intercambio de calor con alimentación del efluente del metanador y agua de refrigeración. El efluente del metanador luego se combina con el gas de síntesis de purga de reciclo y se enfría aún más con el refrigerante del amoníaco a aproximadamente 4 ° C. El gas frío del separador de condensado se destina a los secadores de gas de síntesis. Se proporcionan dos secadores, ellos contienen mol tamiz desecante y operar en un ciclo de 24 horas. Al salir de estos secadores, el total de agua, CO2 y NH3 contenido se reduce a menos de 1,0 ppmv.

La regeneración de los secadores de tamices moleculares se realiza con el gas residual del Purificador.

El purificador criogénico proporciona la purificación final del gas de síntesis bruto.

El sistema se compone de tres piezas de equipo: un intercambiador de alimentación / efluente, con una baja velocidad de expansión, y una columna de rectificación con una sobrecarga integrada de condensador. Características de diseño de equipos específicos incluyen: •Intercambiador, que es un diseño de placa-aleta y construido de aluminio. • La columna criogénica, que opera en el rango de menos 170 ° C a menos 200 ° C. • Condensador Integral, que es un diseño de carcasa y tubo • Expansor, que es una unidad compacta, de baja velocidad que es típicamente acoplado a un generador para recuperar energía. Una tonelada métrica de 2.000 por día (MTPD) planta de amoníaco requiere un expansor con una capacidad de aproximadamente 200 kW. La alimentación seca va al purificador con relación de aproximadamente 2,0 H / N donde primero se enfría en la parte superior del intercambiador de alimentación / efluente por intercambio con la de gas y el gas residual purificada. A continuación, fluye a través de un turbo-expansor donde la energía se recupera para desarrollar la refrigeración neta requerida para la unidad criogénica. El efluente del turbo-expansor se enfría más y condensa parcialmente en la parte inferior del intercambiador y entra entonces en la columna rectificadora. Todo el metano, aproximadamente el 60 por ciento de argón y todo el exceso de nitrógeno llegado al purificador se eliminan como "fondos". Líquido de la parte inferior 

del rectificador se evaporó parcialmente a presión reducida en la carcasa del lado del condensador de cabeza del rectificador para proporcionar reflujo para la columna. Es recalentada aún más por el intercambio con gas de alimentación del purificador y luego deja como residuo gas para regenerar los secadores de tamiz molecular. El gas de desecho se utiliza entonces como combustible en el calentador de proceso. El gas de síntesis que contiene aproximadamente 0,25 por ciento de argón y una relación de 3,0 H / N se vuelve a calentar por intercambio con la alimentación del purificador y luego se va a la succión del compresor de gas de síntesis. El gas purificado se comprime a aproximadamente 150 bares mientras se combina con gas de reciclo sin reaccionar. La descarga del compresor se calienta por el intercambio de alimentación/ efluentes y entra en el convertidor horizontal. En el convertidor de amoniaco la conversión se levantó de un dos por ciento a más de mil por ciento, al pasar   por más de tres lechos de catalizador de magnetita.

KBR ofrece su convertidor de s íntesis de amoniaco horizontal. Refrigeradores Inter-etapa entre los lechos de catalizador permite tener la máxima conversión y recuperación de calor.

El convertidor contiene dos o tres etapas de reacción, cada uno con flujo vertical hacia abajo en los lechos de catalizador de magnetita. Los refrigeradores están dispuestos entre los lechos de catalizador para una máxima conversión y recuperación de calor. El efluente del convertidor es enfriado por generación de vapor de alta presión, por el intercambio de alimentación/efluentes, con agua de refrigeración, y finalmente en  propietaria de KBR "Chiller Unitized." Un convencional sistema de refrigeración  proporciona el enfriamiento necesario. Una pequeña corriente de purga es reciclada a aguas arriba de los secadores con el fin de recuperar el hidrógeno y nitrógeno. El amoníaco producto se exporta desde el lazo de síntesis, ya sea como un producto caliente para su posterior procesamiento o un producto frío para el almacenamiento.

Información Adicional: KRES™ 

KRES es un intercambiador basado en la tecnología de reformado con vapor de calor   patentada que consiste en un precalentador, un reformador autotérmico (ATR) y un intercambiador de reformación. KRES toma el lugar de un reformador primario convencional por la alimentación de aire en exceso, alimentación de gas natural y vapor   para el ATR y de alimentación y vapor de agua en paralelo en el extremo superior de la robusta, de carcasa y tubo de intercambiador de reformación. El ATR compacto y intercambiador de reformación en combinación con el precalentador ocupan mucho menos espacio que una parcela reformador de metano con vapor de agua alimentada convencional.

Los tubos del intercambiador de reformación KBR son abiertas y cuelgan de una hoja de un solo tubo en el extremo frío de entrada para minimizar los problemas de expansión. Ellos están llenos de un catalizador de reformado convencional, que puede ser cargado con facilidad a través de una tapa superior desmontable. El calor para conducir la reacción de reformado es suministrado por el gas efluente de la ATR, que opera en paralelo con el cambiador de reformación. Para garantizar la temperatura adecuada para conducir la reacción, el ATR recibe el exceso de aire de  proceso, por lo general el 50 por ciento más de lo que se requiere para mantener el equilibrio de nitrógeno.

El ATR efluente caliente entra en el lado de la carcasa inferior del intercambiador de reformación donde se combina con gas reformado que sale de los tubos de reformado. Esta corriente de gas combinada viaja hacia arriba a través del lado de la carcasa del intercambiador de reformación para el necesario calor para la reacción de reforma endotérmica que ocurren dentro de los tubos llenos de catalizador de reformado. De esta manera, la energía térmica que de otro modo se utiliza para generar vapor   posiblemente no sean necesarios en una pérdida de calor de la caldera aguas abajo del reformador, se utiliza, en cambio, para reemplazar el combustible como fuente de calor   para la reacción de reformado.

2.PRODUCCION DE UREA: TECNOLOGÍA STAMICARBON, Urea 2000plus. FUNDAMENTO: Urea está formada por reacción de amoníaco con carbono dióxido. Esto forma primero el intermedio, carbamato, que luego se descompone en agua y urea. La reacción es relativamente lenta e incompleta así que las materias primas que no han reaccionado necesitan ser eliminado del producto de reacción después de la reacción. Esto se puede hacer mediante el uso de materia prima fresca, ya sea CO2, o amoniaco, como agente de separación. Cuando el CO2 es utilizado, se conoce como un proceso de extracción de CO2. (Licencia de UHDE)

En la sección de síntesis, el amoníaco y CO2 reaccionan exotérmicamente condensándose en amonio carbamato de bencilo y el carbamato resultante es endotérmicamente deshidratado a la urea y el agua.

Como se muestra en el diagrama de bloques, el proceso de separación es la simplicidad misma permitiendo que el exceso de amoniaco no convertido a partir de la sección de síntesis para ser reciclado como carbamato en sólo una sola etapa. En esta sección de recirculación el inconverso NH3 y CO2 se quitan de la corriente principal del producto,

condensada nuevamente en carbamato y se recicla a la sección de síntesis utilizando una  bomba de carbamato de alta presión. Como se muestra en el diagrama de bloques, el proceso de separación es la simplicidad misma permitiendo que el exceso de amoniaco no convertido a partir de la sección de síntesis para ser reciclado como carbamato en sólo una sola etapa. En esta sección de recirculación el inconverso NH3 y CO2 se quitan de la corriente principal del producto, condensada nuevamente en carbamato y se recicla a la sección de síntesis utilizando una  bomba de carbamato de alta presión.

DESCRIPIÓN DEL PROCESO La síntesis de urea a nivel industrial se realiza a partir de amoníaco (NH 3) líquido y anhídrido carbónico (CO 2) gaseoso. La reacción para obtener urea a partir de CO2 y  NH3 se da por medio de la formación de un producto intermedio:

()   ⁄   ( )    ( )    ()   ⁄  ()   ()   ()

Estas dos reacciones están en equilibrio pero difieren en gran manera en sus velocidades de reacción, por lo que la reacción más lenta será quien determine la velocidad de la reacción, esta es la reacción de deshidrogenación. Así tenemos: a.

En el primer paso, los reactivos mencionados forman un producto intermedio llamado carbamato de amonio

 ()   ()    () -

()   ⁄

Reacción muy rápida Esta reacción no se da por completo, quedan amoniaco y dióxido libres

 b. Y en la segunda etapa, el carbamato se deshidrata para formar urea.

  ( )    ( )    ()   ⁄ -

Reacción muy lenta, Origina que el carbamato intermedio se acumule (Altamente corrosivo)

La principal reacción secundaria es la siguiente: En el proceso de la recuperación y purificación de la urea, se da una reacción secundaria, formando un compuesto llamado Biuret

       La urea con alto contenido de biuret provoca toxicidad a las plantas en germinación, así como la presencia de amoniaco no convertido, por lo que su concentración debe ser  inferior a 0.9 % en la composición del producto final.

Por la diferencia de velocidades de las reacciones y por los perjuicios que generan, la operación se da en dos etapas:

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ETAPA 1  se obtiene un efluente constituido por urea (40 a 60 %), carbamato de amonio, y los reactantes no convertidos como el amoniaco y el gas carbónico.

-

ETAPA 2  Se da la eliminación del carbamato de amonio por un proceso de descomposición, siguiendo la inversa de la reacción de formación para obtener los reactivos de partida:

  ()   ()   ()

En consecuencia a las dos etapas que requiere la producción industrial de urea, la planta de producción de urea a partir de amoniaco se s ubdivide en cuatro secciones: •

Sección de síntesis

•

Sección de descomposición

•

Sección de recuperación

•

Sección de cristalización y Prilling

STAMICARBON UREA 2000 PLUS TM SYNTHESIS WITH POOL CONDENSER

RECIRCULACIÓN

DESORCION & HIDROLISIS

GRANULACIÓN EN LECHO FLUIDO

1. Sección de síntesis:

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Descripción del proceso

En la sección de síntesis de amoníaco y CO2 se condensa exotermicamente a carbamato de amonio y el carbamato resultante es endotérmicamente deshidratado a la urea y el agua. Se añade la alimentación de amoniaco una vez que el amoniaco ha sido bombeada por  una bomba de alta presión. El dióxido de carbono requerido se mezcla con una pequeña cantidad de aire para evitar la corrosión y se comprime a la presión de síntesis en un compresor de múltiples etapas. Se alimenta entonces a través del separador a la sección de síntesis de bajo mantenimiento de las condiciones óptimas de proceso de aprox. 140  bar y 180 ° C. En el separador también se capturan pequeñas cantidades de amoníaco que no ha reaccionado y enviados de nuevo al proceso de síntesis. La temperatura de síntesis de 185 ° C es baja y, en consecuencia, la corrosión en la  planta es insignificante. Los resultados de la reacción de síntesis en un equilibrio químico; parte del amoniaco y dióxido de carbono no se convierte en urea y agua y necesita ser eliminado de la mezcla de reacción por medio de un proceso de separación, utilizando dióxido de carbono a quitarse el amoníaco que no ha reaccionado. Esta característica de diseño es muy eficaz debido a su bajo requerimiento de energía y la conservación de los reactivos no convertidos en la sección de síntesis. Después de despojar, el separador de gas de escape se introduce entonces en el condensador piscina de alta presión junto con amoniaco fresco y la solución de carbamato de la torre de limpieza de alta presión. El calor liberado por la formación de carbamato en el condensador de piscina de alta presión se recupera para generar vapor  de baja presión. Posteriormente, la mezcla de gas y líquido fluye en el reactor de urea en el que  principalmente la formación de urea se lleva a cabo. La mezcla de reacción líquida que sale del reactor a través de un desbordamiento se envía a la parte superior del separador. Los gases de escape (gases inertes, NH3, CO2 y H20) que se separan del líquido en la  parte superior del reactor se lavan en el lavador de alta presión con carbamato solución de la sección de circulación de baja presión. Por lo tanto, la mayor parte de los gases son recuperados y devuelto al condensador piscina a través del eyector de alta presión. La no-condensables retirados del lavador de alta presión se lavan en una baja presión absorbedor, minimizando de este modo las emisiones de amoniaco.

El amoniaco y el dióxido de carbono están presentes en el reactor de síntesis en una relación de 3,5:1 respectivamente (exceso de amoniaco) para promover la formación de urea.

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Equipos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

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Compresor de CO2 H2 removedor de H2 Bomba de amoniaco de alta presión Stripper  Condensador tipo piscina Reactor  Lavador de alta presión (scrubber) Absorvedor de baja presión

Alimentación: Amoniaco: En estado líquido CO2: En estado gaseoso Aire: En estado gaseoso, se mezcla en la línea del CO2 para evitar la corrosión

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Reacción:

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Reacción que se da en el pool condensador  Conversión de amoniaco y CO2: 80%

  ( )    ( )    ()   ⁄ Reacción que se da en el reactor  Conversión de carbamato a urea: 70%

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Condiciones de operación: Presión de síntesis: 140 bar 

Temperatura: 185°C (baja temperatura) [Evita que se forme biuret en grandes  proporciones, la corrosión es insignificante para la planta]

2. Recirculación y evaporación Sólo una etapa de recirculación se requiere debido a la baja las concentraciones de amoníaco y de dióxido de carbono en la solución de urea despojado. El amoniaco y dióxido de carbono todavía contenida en la solución de urea descargado  por el separador se recuperan en esta etapa de baja presión. La proporción ideal de amoníaco y dióxido de carbono en los gases recuperados significa que la dilución de la solución de carbamato de amonio resultante se reduce al mínimo a pesar de la baja  presión de alrededor de 4 bar. Como resultado, la bomba de carbamato requiere una capacidad mucho más baja y menos agua no deseada se reci cla a la sección de síntesis. La solución de urea que sale de la sección de recirculación se concentra aún más en la sección de evaporación ración para satisfacer los requisitos del proceso de granulación. La evaporación al vacío se elige para minimizar la formación de biuret. Un depósito de solución de urea se proporciona para recoger la solución durante la limpieza periódica del granulador. Todo el proceso de condensación se recoge en un tanque de condensado proceso, desde donde se envía a la sección de desorción

Equipos 9. Dissociation heater and separator  10. Condensador de baja presión carbamate. 11. Tanque de nivel para LPCC 12. Bomba de alta presión carbamate 13. Absorvedor atmosférico 14. Tanque flash 15. Pre-evaporador  16. Tanque de solución de Urea 17. Bomba de solución de Urea 18. Evaporador  19. Condensador  20. Tanque condensador flash 21. Tanque de Amoniaco-agua 22. Condensador de reflujo

3. Desorción y la hidrólisis En el primer dispositivo de desorción, amoniaco y dióxido de carbono son expulsados del proceso de condensado. El condensado se bombea a continuación a la columna de la hidrólisis, donde cualquier urea que todavía está presente se disocia. El amoniaco y dióxido de carbono liberado por lo tanto se desorben en el segundo dispositivo de desorción con la ayuda de vapor de agua. El gas que sale del primer dispositivo de desorción en la parte superior se alimenta al condensador de reflujo, donde el NH 3, CO 2 y vspor de H 2O se condensan, y la mayoría se bombea a continuación al condensador de carbamato de LP. El resto se devuelve a la  primera desorción. El agua de proceso que sale del segundo dispositivo de desorción cumple incluso los más estrictos requisitos legales ambientales, permitiendo que estas aguas residuales a ser utilizado como maquillaje para el sistema de agua de refrigeración o incluso como agua de alimentación de caldera. Por consiguiente, no hay agua corriente de efluente de residuos de este procedimiento de la urea.

Equipos 23. Tanque de nivel para el condensador  24. Primer y segundo desorbedor  25. Hidrolizador  32. Lavador granulador  33. Enfriador lavador 

4. Cristalización y Prilling La urea en soluciones de 70  –  90%, sigue para su terminado dos procedimientos: cristalización y granulado directo (Prilling). El proceso y la tecnología que se seguirá será el que brinda el licenciante Uhde, por ser  la compañía que realizará la ingeniería del proyecto. El proceso de granulación en lecho fluido UFT es la tecnología de granulación debido a su alta eficiencia y un granulador que es Sures excelente calidad del producto con sólidos extremadamente bajas tasas de reciclaje. El proceso ofrece una flexibilidad máxima de funcionamiento y fiabilidad, así como los requisitos mínimos de mantenimiento y la necesidad de menos personal operativo. Por otra parte, el hecho de que no produce aguas residuales y las emisiones de sólo un mínimo de polvo también significa que se ajusta a las más estrictas en las leyes medioambientales, mientras que la producción extremadamente duras, gránulos redondeados que son resistentes a la trituración y la abrasión. Estos gránulos se pueden

 producir en una amplia gama de tamaños pre-definido (véase la página 17 para más detalles de las ventajas.) Este avanzado proceso ha permitido la construcción de grandes plantas de granulación de tren individuales del mundo, con una capacidad de 3.600 tpd de SAFCO IV. El proceso de UFT comprende las siguientes etapas. El formaldehído se añade a la masa fundida de urea como una ayuda de granulación antes de que se inyecta en el granulador. El modo de granulación provoca acumulación, lo que significa que los gránulos se forman a través de la solidificación del fundido de urea depositada sobre el material de semilla. Aire de fluidización, que no es deshumidificado, incluso en climas húmedos muy calientes, se suministra a la capa de producto a través de una placa perforada. El  producto granulado se extrae del granulador se enfría en el enfriador de lecho fluido  primero y levantada por los elevadores de cangilones a la sección de detección. Cualquier material de gran tamaño se tritura y se volvió a sembrar el granulador como  partículas junto con los granos de cereal bajo medida. La especificación de producto de calidad se envía a almacenamiento después del enfriamiento final. La urea polvo arrastrado en el aire desde el granulador, los enfriadores de lecho fluido y varios puntos de extracción de polvo, se recupera en un sistema de lavado. Proceso de condensado de la sección de desorción se utiliza como agua de reposición  para el líquido de lavado, que se recicla a la sección de evaporación como solución al 45%.

Equipos 26. Bomba de fundición de Urea 27. Granulador  28. Primer enfriador  29. Bucket elevator  30. Cribas vibratorias 31. Enfriador final 34. Trituradora de rodillos

Características: La tecnología de lecho fluido UFT es conocido como el proceso de granulación más exitoso. Esta tecnología, que cuenta con los siguientes puntos destacados:  _Flexibilidad

Su gran flexibilidad permite que prácticamente todas las distribuciones de tamaño de  productos solicitados, a partir de un diámetro medio de 2 a 7 mm, a ser producido en la misma planta sin interrumpir la operación de cambio de tamaño. La unidad de granulación proporciona sencilla puesta en marcha y los procedimientos de apagado y un ratio de cobertura que es el 60% de la capacidad nominal.  _El tiempo de reacción La fiabilidad inherente del proceso es en gran parte debido al hecho de que los molinos no tienen partes móviles, los sopladores y los ventiladores sólo se utilizan para el tratamiento de aire ambiente o borrado y no se requieren transportadores de cinta para el transporte de sólidos dentro de la unidad de granulación.  _Emisiones. Tecnología de depuración eficiente y rentable se utiliza para recuperar el producto valioso y para cumplir con los requisitos ambientales más estrictas.  _Gran capacidad de un solo tren Con su unidad de granulación compacta del proceso es la elección ideal para grandes  plantas de producción de urea de un solo tren. Las unidades de granulación para SAFCO IV en Arabia Saudita y QAFCO 4 en Qatar son excelentes ejemplos con sus capacidades de 3.600 y 3.500 tmpd tmpd de gránulos de urea, respectivamente.  _La calidad del producto Gránulos de alta calidad con una forma bien redondeada, que son muy duros y muy resistente a la compresión ya la abrasión, lo que les libre de polvo, no se apelmaza y completamente suelto.  _Alta eficiencia Con su sofisticada selectividad del tamaño del producto, el granulador minimiza tanto la urea reciclaje y la carga para la sección de evaporación.