2.- DIAGRAMA DE BLOQUES

OBTENCION DEL AMONIACO PROCESO: HALDOR TOPSOE

3.- ANTECEDENTES DEL PROCESO.

La empresa haldor topsoe fue fundada en el año 1940 e incorporada es 1972 teniendo mpor ptopietario a HAALDOR TOPSOE HOLDING la tecnología que caracteriza a este proceso son dos que son la tecnología para el reformador , el prereformador y los catalizadores que la empresa misma produceLa tecnología para el reformador primario TOPSOE consiste en dos partes principales: la sección radiante, la cual contiene los tubos de reformación, y la sección de conversión, la cual contiene un número de serpentines de convección para precalentar los gases de proceso, generación de vapor y súper-calentamiento y precalentamiento de agua de alimentación a las calderas.La última innovación de TOPSOE es un equipo llamado pre-reformador, que disminuye el volumen a reformar en el primario y por lo tanto puede aumentarse la carga en la planta, además si el volumen a reformar disminuye, se reduce el consumo de energía.Los catalizadores de reformación están hechos a base de níquel. Años después se desarrolló un catalizador con soporte de un compuesto de alúmina, esta innovación permitía mayor fortaleza y resistencia con respecto a los anteriores, y cuyo rango de níquel oscila entre un 12-22%.Con respecto a las tecnologías anteriormente descritas, se llegó a la conclusión que como la GIRDLER no diseña plantas de amoniaco en su totalidad, tan solo abacá la sección de reformación de metano, como se explicó anteriormente y la tecnología TOPSOE posee el diseño completo de las plantas de amoniaco y son además uno de los líderes en la fabricación de catalizadores para este tipo de plantas, dichas tecnologías en conjunto abarcan el diseño completo de una planta de producción de amoniaco

Información general:

Haldor Topsøe A/SFundada en 1940; Incorporada: 1972Propietario: Haldor Topsøe Holding A/S (100%)Subsidiarias:

Haldor Topsøe, Inc. Haldor Topsøe International A/S, Dinamarca

o Haldor Topsøe India Pvt. Ltd. India ZAO Haldor Topsøe, Rusia Topsøe Fuel Cell A/S, Dinamarca Haldor Topsøe America Latina SA, Argentina Ventas Anuales (2008): 5.2 billones DKK (~1.000 MM USD) Número de empleados (2009): ~2.100

Amoniaco - Producción & ConsumoProducción mundial de amoníaco ~ 150 MM MTPY (2008)

El 80% del NH3 es utilizado en la producción de fertilizantes Crecimiento anual: aprox. 3% El mercado de amoniaco esta muy relacionado al crecimiento de la

población y no se espera que la tasa de crecimiento cambie dramáticamente

La capacidad adicional es obtenida como una combinación de Revamps de plantas existentes y construcción de nuevas plantas

Nuevas características del proceso Diseño optimizado del Reformador

– Utilización de mejores materiales en los tubos– Mayor flujo de calor ⇒ahorro en el numero de tubos– Introducción del intercambiador de calor de reformación (HTER)

Reactores mas pequeños– Debido a las continuas mejoras en los catalizadores– Desarrollo conjunto de tecnología y catalizadores - “The Topsøe

Approach” Nuevo diseño del quemador en el Reformador Secundario

– Mantenimiento mínimo Stripper de condensado de procesos de MP

– Mejor performance (“stripeo”) Sin efluentes, ni emisiones

Convertidor de Amoniaco S-300

– Volumen reducido de catalizador ⇒menor tamaño ⇒menor costo– 20% de ahorro en el volumen del catalizador

Mejoras en otros equipamientos (pe: compresores)

Topsøe se dedica a… _ Investigación y desarrollo en catálisis heterogénea _ Producción y comercialización de catalizadores _ Licencias de tecnologías _ Provisión de equipos críticos _ Ingeniería de plantas basadas en procesos catalíticos

Tecnologías Gas de Síntesis Amoníaco Hidrógeno Gas de Síntesis Metanol DME TREMP™ (SNG) TIGAS

Amoniaco - Producción & Consumo_ Producción mundial de amoníaco ~ 150 MM MTPY (2008)_ El 80% del NH3 es utilizado en la producción de fertilizantes_ Crecimiento anual: aprox. 3%_ El mercado de amoniaco esta muy relacionado al crecimiento de la población y no se espera que la tasa de crecimiento cambie dramáticamente_ La capacidad adicional es obtenida como una combinación de Revamps de plantas existentes y construcción de nuevas plantas

4.- DESCRIPCIÓN DE LAS ETAPAS Y SECCIONES DEL PROCESO.Para el amoniaco se tiene que, las etapas del proceso de producción determinadas por la tecnología Girdler-Topsoe y Haldor-Topsoe son:

1. Hidrodesulfuración.2. Reformación Primaria.3. Reformación Secundaria.4. Conversión de Alta.5. Conversión de Baja.6. Lavado de .Metanación.7. Compresión y Síntesis.8. Refrigeración.

9. Almacenamiento.

HIDRODESULFURACIÓN (H.D.S.)

En esta etapa del proceso se lleva a cabo el tratamiento preliminar del Gas Natural, eliminando de éste los componentes dañinos (compuestos de azufre) capaces de envenenar a los catalizadores en la etapa de Reformación, imprescindibles para obtener el producto deseado y con la calidad requerida. La Hidrodesulfuración se compone de la Hidrogenación y Desulfuración del Gas Natural.

Hidrogenación

El gas al llegar desde la subestación, a una presión de 21 kg/cm2, se mezcla con una corriente rica en hidrógeno gaseoso cuya presión es de 18-19 Kg/cm2 aproximadamente, controlando así la presión de entrada del Gas Natural La corriente de hidrógeno proviene de la Unidad de Recuperación de Hidrógeno (P.S.A.). La concentración de Amoníaco gaseoso a la entrada del hidrogenador debe ser controlada por debajo de 1.000 ppm. La mezcla de gas natural e hidrógeno pasa al compresor donde aumenta presión y temperatura hasta 30-33 kg/cm2 y 80-90°C; luego la corriente se precalienta en el túnel de convección H-702A/B hasta 350-400°C. La mezcla es alimentada al hidrogenador donde los compuestos orgánicos de azufre reaccionan con hidrógeno gaseoso para formar sulfuro de hidrógeno (H2S). El catalizador que se emplea en esta etapa contiene centros activos de cobalto y molibdeno (Co/Mo); el volumen del mismo en el hidrogenador es de 9m3. Las reacciones de Hidrogenación que se llevan a cabo son:

Desulfuración

La corriente que sale del hidrogenador entra a los desulfuradores, que se encuentran conectados en serie (también pueden operar en paralelo). El sulfuro de hidrógeno producido en la Hidrogenación queda retenido en el lecho de óxido de zinc por una adsorción química

La reacción se lleva a cabo a unos 370°C aproximadamente y cada desulfurador contiene un volumen de 8 m3de óxido de zinc. Las principales reacciones:

El parámetro de control que se toma en cuenta es la concentración de sulfuro de hidrógeno a la salida de los de sulfuradores, la cual debe ser menor a 1 ppm.

REFORMACIÓN

En esta etapa se produce hidrógeno para la síntesis de Amoníaco; definiendo así la utilidad dela misma. Se compone básicamente de Reformación Primaria (formación de H2, CO y CO2) y Reformación Secundaria (completar la conversión del metano a H2, CO y CO2; además se inyecta aire para aprovechar el nitrógeno de éste).

Reformación primaria

A la salida de los de sulfuradores, el gas natural ya purificado es mezclado con una corriente de vapor de 30 kg/cm2(V-30), donde se controla que la relación V/G sea mayora 3 (% másico). La mezcla entra al túnel de convección H-704, donde incrementa su temperatura hasta 540°C aproximadamente y entra al Reformador Primario.El Reformador Primario es de forma circular y tiene 224 tubos de 85,2 mm de diámetro, con42 quemadores laterales; el catalizador empleado es de óxido de níquel soportado en alúminay el volumen utilizado es de aproximadamente 13 m3. En este reactor se lleva a cabo la reformación del gas natural, formando hidrógeno gaseoso; también se favorece, en presencia de vapor, la conversión del monóxido de carbono a dióxido de carbono (en menor proporción ya que esta reacción es exotérmica y la de reformación es endotérmica).Las reacciones que se dan en el son las que se muestran a continuación; entre los parámetros de control que se consideran está la concentración de metano residual a la salida del equipo, que se controla en un rango de valores de 9,5 y 12,0% (composición molar).

Reformación secundaria

La corriente a la salida del Reformador Primario entra al Reformador Secundario. En esta etapa se inyecta el aire ya caliente por el tope del convertidor y se produce la reacción de combustión del metano y la formación de agua, por la reacción entre el oxígeno del aire y el hidrógeno formado en la etapa anterior. El suministro de aire tiene como objetivo proporcionar el nitrógeno necesario para la reacción de síntesis de Amoníaco y generar calor para aprovecharlo en la reacción de reformación que se da en el lecho del mismo convertidor. El catalizador utilizado es de óxido de níquel soportado en alúmina y el volumen empleado es 14,6 m3. En el tope del Reformador Secundario A-702 ocurren las siguientes reacciones:

En el lecho del Reformador Secundario ocurren las reacciones para la formación de Hidrógeno gaseoso. Se prevé que la concentración de metano residual a la salida del esté entre 0,15 y 0,20% (composición molar)

CONVERSIÓN DEL MONÓXIDO DE CARBONO

La sección de Conversión es la encargada de hacer reaccionar el monóxido de carbono con vapor de agua para formar dióxido de carbono, que puede ser removido fácilmente en la siguiente sección de la planta (Remoción de CO2) y aprovecharlo como materia prima en el proceso de producción de Urea. En esta etapa se busca favorecer la cinética de la reacción (Conversión de Alta/HTS) y la termodinámica (Conversión de Baja/LTS), utilizando dos convertidores para tal fin

Conversión de alta (HTS)

La corriente a la salida del pasa por el equipo (caldera de calor residual de gas reformado) y por el (precalentado de metanación) para aprovechar el calor de la línea, generando así vapor y a su vez enfriando la corriente, ya que el convertidor opera a temperatura menor. A la salida del la corriente se mezcla con vapor de 30 Kg/cm 2 y luego entra al donde ocurre la reacción en presencia de un catalizador de Fe/Soportado en alúmina. La temperatura a la entrada del reactor debe estar en 360°Caproximadamente y presenta un incremento de 60°C, ya que la reacción es exotérmica:

El volumen de catalizador utilizado es aproximadamente 34 m3 y es distribuido en dos lechos. Se considera la concentración molar del monóxido de carbono a la salida del convertidor (HTS) como parámetro de control; ésta debe estar entre 2,0-2,4%. Luego a la salida del (LTS) se controla en 0,15-0,38%.

Conversión de baja (LTS)

La corriente a la salida del convertidor se enfría aprovechando el calor para generar vapor en las calderas de alta y baja presión de gas convertido; luego la corriente entra al convertidor A-705 (LTS), en donde se lleva a cabo la reacción de transformación del monóxido de carbono en presencia de un catalizador. El

volumen utilizado de catalizador es de 34,5 m 3, distribuido en dos lechos. La reacción que ocurre es la siguiente:

La temperatura a la entrada del es aproximadamente 195°C y presenta un incremento de 20°C. En esta etapa del proceso la concentración de monóxido a la salida del es muy baja. Se debe controlar muy bien la temperatura de reacción ya que el catalizador es sensible a ésta y se puede dañar si se incrementa por encima de 220°C.

LAVADO DE CO2

Las secciones de Reformación y Conversión dejan una alta cantidad de dióxido de carbono en el gas (18-20%, composición molar); éste compuesto es nocivo para el catalizador de síntesis y por ello se emplean soluciones de aminas (TEA, triestino amina y MEA, monoetanolamina) que permiten absorberlo y luego despojarlo, para enviarlo a la planta de Urea donde es utilizado como materia prima.

Remoción con TEA

El gas reformado, proveniente del, pasa por una serie de intercambiadores para disminuir la temperatura hasta 70°C aproximadamente; luego entra por el fondo a la columna absolvedora y se pone en contacto con la solución de TEA a contracorriente, la cual es enfriada hasta 70°C en el antes de entrar a la.En la columna se absorbe parte del CO 2 ; la solución rica en el gas sale por el fondo dela misma y es enviada a la despojadora, donde se opera a baja presión y alta temperatura para permitir la separación del CO 2 . El CO2 removido se envía a la planta d Urea.

La reacción de absorción química es exotérmica y desarrolla unas 350 kcal, por cada Kg dicho 2 absorbido en una solución de TEA al 24-35% p/p:

Remoción con MEA

El gas reformado a la salida de la columna se enfría aún más en el y pasa por el separador SR-752; luego es enviado a la segunda columna de absorción (a una temperatura de 46°C), donde se pone en contacto con una solución de MEA a contracorriente, previamente enfriada en el hasta 46°C.En la torre se absorbe el remanente de CO2, la solución rica en el gas sale por el fondo y es enviada a la despojadora, donde se opera a baja presión y alta temperatura para permitir la separación del CO 2, y así enviarlo a la planta de Urea. La reacción de absorción química es exotérmica y desarrolla unas 450 kcal por cada Kg deCO2 absorbido en una solución de MEA al 24-30% p/p:

El parámetro de control en ésta etapa del proceso es la concentración de CO2 a la salida de la columna absolvedora, que debe estar por debajo de 500 ppm. El problema común es ésta sección es la corrosión producida por las aminas. Se piensa que es debido a la reacción entre hierro metálico de los equipos y el ácido carbónico, que al calentarse y al liberarse del CO2 precipita como carbonato de hierro insoluble. En el sistema de remoción de CO2 con MEA (ésta es más corrosiva por ser una amina primaria) se utilizan inhibidores de corrosión a base de vanadio y antimonio.

METANACIÓN

El gas reformado sale de la sección de Remoción de CO2 con trazas de CO y CO2, lo que puede dificultar la operatividad del convertidor de síntesis de amoníaco, envenenando el catalizador. Esta corriente se precalienta en los intercambiadores de calor y luego entra al convertidor, donde ocurre la conversión del CO y CO 2 a metano. Las reacciones que se llevan a cabo en ésta sección son las siguientes:

Éstas ocurren en presencia de un catalizador con centros activos de óxido de níquel, soportado en alúmina. El convertidor opera a 300°C aproximadamente y el principal parámetro de control en el gas a la salida del convertidor es la concentración de monóxido y dióxido de carbono, que sumadas no deben pasar los 10 ppm. Además se consideran otras variables de control, como la relación H2 /N2 (3:1), ya que justo en ésta etapa el gas reformado se considera listo para la síntesis de amoníaco.

SÍNTESIS DE AMONÍACO

El gas producido en la sección de reformación se comprime en varias etapas en el compresor, hasta la presión requerida para la Síntesis de Amoníaco (180 Kg/cm2). El compresor de gas de síntesis y gas de reciclo están en un eje común, movido por la turbina de vapor TV-801; consta de cuatro etapas. La corriente de gas a la salida de la C-801 (torre de refrigeración automática), donde se realiza el lavado de gas reformado, entra a la primera etapa del compresor de síntesis; luego pasa a los intercambiadores para entrar al separador. Entra a la segunda etapa del compresor y pasa a la tercera; ésta corriente se conoce como gas de reemplazo. Ala salida de la tercera etapa se mezcla con el gas que viene del convertidor de síntesis,y pasa por los intercambiadores de calor y por el separador.Luego entra al intercambio de calor y finalmente entra a la cuarta etapa del compresor,donde adquiere la presión necesaria para entrar al convertidor.La síntesis del amoníaco se lleva a cabo en presencia de un catalizador con centros activos de óxido de hierro, a través de una reacción exotérmica y con disminución de volumen o moles(favorecida por las bajas temperaturas y altas presiones), por medio de la siguiente reacción:

El convertidor es de flujo axial y consta de tres lechos catalíticos con doce termocuplasen el primero, seis en el segundo y seis en el tercero. El producto de reacción es separado en el y almacenado en el separador a – 6°C y 20 kg/ cm2 aproximadamente; desde aquí el amoníaco es enviado al separador, para luego ser bombeado a través de la PC-851 A/B a los distintos intercambiadores de calor que operan con éste líquido como refrigerante.REFRIGERACIÓN Y ALMACENAMIENTO

Esta sección prepara el amoníaco líquido a diferentes temperaturas y lo hace re circular como refrigerante. Los intercambiadores de calor operan con amoníaco líquido frío; la descarga del separador e intercambiador de calor operan con amoníaco líquido caliente, que sale del separador. El amoníaco líquido, ya caliente, que regresa de los intercambiadores de calor, fluye a través de una serie de separadores donde se expande y baja su temperatura como consecuencia de esa expansión. Los vapores producidos se envían al compresor de refrigeración de cinco etapas compresor, donde se comprimen y regresan a los separadores, para expandirse nuevamente. El almacenamiento se realiza en dos tanques, separadores, con una capacidad de almacenamiento de 3.000 y 10.000 TM respectivamente. La temperatura del amoníaco líquido es de – 32°C y la presión de los vapores se controla en 0,035 kg/cm2.

5.- VENTAJAS Y DESVENTAJAS RESPECTO A OTROS PROCESOS.VENTAJAS

La empresa Haldor Topsoe, es una empresa que se dedica a:

Investigación y desarrollo en catálisis heterogénea Producción y comercialización de catalizadores Licencias de tecnologías Provisión de equipos críticos Ingeniería de plantas basadas en procesos catalíticos

Es por ello que tiene una ventaja bastante aparente en cuanto a los otros procesos debido a que son ellos mismos quienes producen y mejoran sus catalizadores para sus procesos. Además como se muestra a continuación presenta una mejoría constante en cuanto a maquinaria, para lo que es la producción de amoniaco:

Nuevas características del proceso:

Diseño optimizado del Reformador– Utilización de mejores materiales en los tubos– Mayor flujo de calor ⇒ahorro en el numero de tubos– Introducción del intercambiador de calor de reformación (HTER)

Reactores mas pequeños– Debido a las continuas mejoras en los catalizadores– Desarrollo conjunto de tecnología y catalizadores - “The Topsøe

Approach” Nuevo diseño del quemador en el Reformador Secundario

– Mantenimiento mínimo Stripper de condensado de procesos de MP

– Mejor performance (“stripeo”)– Sin efluentes, ni emisiones

Convertidor de Amoniaco S-300– Volumen reducido de catalizador ⇒menor tamaño ⇒menor

costo– 20% de ahorro en el volumen del catalizador

Mejoras en otros equipamientos (pe: compresores)

La empresa además de cuenta con la mayor experiencia en cuanto a la puesta en marcha de diferentes plantas de amoniaco en todo el mundo, además de tener una cobertura mundial ya que se encuentra en casi todos los continentes.Su reconocimiento a la calidad de su tecnología y su trabajo eficiente se puede ver en las estadísticas que indican que es la em´resa con el mayor porcentaje en cuanto a la puesta en marcha de nuevas plantas se refiere.A continuación se presenta un cuado que hace grafico lo anteriormente mencionado:

DESVENTAJAS

Se debe remover el azufre tal que se encuentre menos a 1ppmm ya que corre el riesgo de envenenamiento del catalizador de niquel del reformador primario y también los cloruros

El sistema KAAP presenta muchas ventajas en su aplicación, sobre el sistema Haldor Topsoe pudiéndose inclinar en la tecnología en esta ultima Sus plantas poseen un capacidad de 200000TM/D A fin de mejorar su rendimiento es recomendable cambiar de su catalizador lo cual trera consigo mayor gasto

6.- Conclusiones El Método Haldor Topsoe es uno de los más usados, pero no el único. Consiste en dos partes principales: la sección radiante, la cual contiene

los tubos de reformación, y la sección de conversión, la cual contiene un número de serpentines de convección para precalentar los gases de proceso, generación de vapor y súper-calentamiento y precalentamiento de agua de alimentación a las calderas.

La última innovación de TOPSOE es un equipo llamado pre-reformador, que disminuye el volumen a reformar en el primario y por lo tanto puede

aumentarse la carga en la planta, además si el volumen a reformar disminuye, se reduce el consumo de energía.

7.- Bibliografia. http://www.cntq.gob.ve/siqym/productos/cadenas/fichastecnicas/

Amoniaco.pdf http://www.ipegauni.edu.pe/foro/descargas/martes/6-30%20Haldor

%20Topsoe.pdf