PROCESO HALDOR TOPSOE PARA LA OBTENCIÓN DE

AMONIACO

IntroducciónAmoniacoEl amoniaco es un gas formado por la combinación de un átomo de nitrógeno y tres de hidrógeno. Es incoloro, más ligero que el aire, tiene un olor desagradable que irrita los ojos y las vías respiratorias. Tiene un sabor cáustico.El amoniaco, es uno de los productos intermedios más importantes de la industria química. La mayor parte del amoniaco (80%) se destina a la fabricación de fertilizantes, como:•Nitrato amónico: NH4NO3

•Sales amónicas: (NH4)2SO4, (NH4)3PO4

•Urea: (NH2)2C=OOtros usos del amoníaco incluyen:•Fabricación de HNO3.•Explosivos.•Caprolactama, nylon.•Poliuretanos.

Propiedades físicas •Gas incoloro en condiciones normales•Temperatura de solidificación: –77.7ºC•Temperatura normal de ebullición: –33.44ºC•Calor latente de vaporización a 0ºC: 302 kcal/kg•Presión de vapor a 0ºC: 4,1 atm.•Temperatura crítica: 132.4ºC•Presión crítica: 113 atm.•Densidad del gas (0ºC y 1atm.): 0.7714 g/l•Constante dieléctrica: 22

Síntesis Industrial el amoniacoEl NH3 se obtiene exclusivamente por el método denominado Haber-Bosh (Fritz Haber y Carl Bosh). El proceso consiste en la reacción directa entre el nitrógeno y el hidrógeno gaseosos. Existen numerosos métodos en la síntesis actual del amoniaco, pero todos ellos derivan del proceso Haber-Bosch original.

a) DesulfuraciónLa materia prima primero a través de un lecho absorbente, para remover las últimas trazas de azufre que actúan reduciendo la vida del catalizador.

b) Reformado con VaporUna vez adecuada la alimentación se la somete a un reformado catalítico con vapor de agua (craqueo- rupturas de las moléculas de CH4). La materia prima se mezcla con vapor en la proporción (1:3)-(materia prima: vapor) y se conduce al proceso de reformado, el cual se lleva a cabo en dos etapas.

Reformador PrimarioEl gas junto con el vapor se hace pasar por el interior de los tubos del equipo donde tiene lugar las reacciones siguientes:

Reformador SecundarioEl gases procedentes del reformador primario, se mezclan con una corriente de aire para proporcionar la cantidad de nitrógeno necesario para el gas de síntesis estequiométrico N2 + 3H2. Además, tiene lugar la combustión del metano alcanzándose temperaturas superiores a 1000 ºC.c) Etapa de ConversiónTras enfriar la mezcla se conduce a un convertidor donde se produce la reacción de conversión.Reacción exotérmica en donde no influye la presión. Esta reacción requiere de un catalizador que no se desactive con el CO.

d) Etapa de Eliminación del CO2

El anhídrido carbónico, formado en las reacciones anteriores, tiene que eliminarse antes de pasar a la etapa de compresión.Este se hace pasar por dos torres a baja presión para desorber el CO2, el bicarbonato pasa a carbón liberando CO2.

e) Etapa de Metanización.También hay que eliminar el monóxido de carbono residual que es peligroso para el catalizador del reactor de síntesis.Desde el punto de vista energético, el proceso más interesante es la metanización catalítica, que no sólo elimina el CO, sino también el CO2 y el O2 residual.

f) Síntesis del amoniacoA continuación el gas se comprime a la presión de 200 atm. Aproximadamente (compresor centrífugo con turbina de vapor) y se lleva al reactor donde tiene lugar la producción del amoníaco, sobre un lecho catalítico.

Eliminación de inertes mediante una purga, la acumulación de inertes es mala para el proceso. El gas de purga se conduce a la unidad de recuperación Ar para comercializarse CH4 se utiliza como fuente de energía N2 y H2 se introducen de nuevo en el bucle de síntesis

Proceso Haldor Topsoe

Aplicación.- Este proceso se utiliza para producir amoniaco a partir de una variedad de hidrocarburos con un rango desde el gas natural hasta naftas pesadas, utilizando el proceso de producción de amoniaco con poca energía de Topsoe.

Ventajas del Proceso

Las ventajas de este proceso, respecto a otros procesos, son: •Mayor compacidad, simplicidad de diseño del convertidor •Eliminación de costosos intercambiadores de calor, que son requeridos en procesos operados a baja presión. •Remoción de amoníaco solo con agua de refrigeración.•La recuperación del 20% del gas no convertido es reciclado para aumentar la eficiencia y la conversión del proceso completo. Los compresores grandes y masivos que se utilizan en los otros procesos están obligados a mantener presiones elevadas lo que cuesta gran cantidad de dinero.•El proceso Haldor Topsoe resulta más económico y más efectivo especialmente para procesos de media y alta capacidad. También la vida del convertidor es mas larga y el amoníaco es eliminado por agua refrigerada.

Materia prima e insumosLa composición del Gas Natural que se debe utilizar en la planta de Amoniaco es la siguiente:•Temperatura del Gas Natural, 120 ºF•Presión Aproximadamente 820 Psig.•Punto de Rocío HC (Max 32ºF @ 640 Psig) , -88,43 ºF•Punto de Roció HC (Cricondentherm), -85.16ºF•Gravedad Especifica 0,610•Contenido de Agua Lb/MMSCF, 0,0025

Composición de diseño de Gas Natural% Molar

CO2

N2

C1

C2

C3

Gas Natural , salida Planta de Turbo expansión de Rio

Grande

1,857

0,588

91,046

6,480

0,029

Los insumos que se contemplan en la plata son:

•Vapor de agua el cual es agregado al proceso en una relación 3 a 1 respecto a la materia prima.•Se utiliza aire el cual provee de nitrógeno al proceso.•Agua para enfriamiento.•Agua potable.•Energía eléctrica, bajo voltaje 220 V – 60Hz (monofásica), medio voltaje 380 V – 60Hz (trifásica), alto voltaje 4,160 V – 60Hz (trifásica).•Hidrógeno para la partida de la planta.•Lubricantes para bombas, motores y máquinas.•Catalizadores de Fierro, Zinc, Cromo, Cobalto y Cobre.•Aditivos anti-aglomerante•Lubricantes para bombas, motores y maquinarias.

Localización de la plantaLas Plantas de Amoniaco-Urea (PAU), se implementarán en el Departamento de Cochabamba, Provincia Carrasco, Municipio Entre Ríos en la localidad de Bulo Bulo en un terreno cuya superficie prevista será de 368,64 Hectáreas. Las coordenadas UTM que delimitan el área de implementación del Proyecto son:

El mapa de ubicación con los ríos más importantes, electricidad y gasoductos se muestra en la siguiente figura.

Diagrama de Flujo del Proceso

a) Desulfurizador

b) Reformador Primario

Composición de salida:

c) Reformador Secundario

d) Reactor Shift alta temperatura y Reactor Shift baja temperatura

e) Absorvedor

f) Metanizadora

g) Reactor de Síntesis

Inversión y financiamientoLa inversión necesaria para la planta de Amoniaco-Urea en Bolivia con el uso de esta tecnología, asciende a 1.000 Millones de Dólares Americanos. Éste proyecto dará inicio al desarrollo del Complejo Petroquímico de Carrasco, el cual contendrá varias plantas.

El Proyecto pretende generar 350 empleos directos y 800 indirectos durante el periodo de operación que será de 20 años.

Demanda de fertilizantes en Bolivia

Un estudio realizado por la Organización de las Naciones Unidas para la agricultura y la alimentación en el año 1999, estimó la demanda y oferta de fertilizantes minerales en Bolivia. La demanda nacional de fertilizantes minerales en 1996 fue estimada en 27000 toneladas métricas, si bien las estadísticas oficiales nacionales indican 14000 toneladas métricas.

El principal consumidor de fertilizantes en Bolivia es el sector agricultor, por su alta demanda para el cultivo de sus productos para así abastecer la demanda del mercado interno y externo.

Análisis de la Demanda

Año

Demanda

Año

Demanda

Año

Demanda

Año

Demanda

1967 2900 1977 3614 1987 6531 1997 12555

1968 1800 1978 4640 1988 4508 1998 5054

1969 2912 1979 3255 1989 10234 1999 1940

1970 1545 1980 2968 1990 5162 2000 7503

1971 4100 1981 6918 1991 7752 2001 11529

1972 4967 1982 2700 1992 13737 2002 13342

1973 5299 1983 8387 1993 10155 2003 12916

1974 6000 1984 5147 1994 10796 2004 18120

1975 3200 1985 5800 1995 6769 2005 24621

1976 2900 1986 6700 1996 9059 2006 15464

Proyección de la demanda La proyección de la demanda se la realizo hasta el año 2030

Año

Demanda

Año

Demanda

2006 31844 2018 305513

2007 40953 2019 349003

2008 51976 2020 396481

2009 65086 2021 448120

2010 80455 2022 504095

2011 98257 2023 564578

2012 118665 2024 629741

2013 141851 2025 699758

2014 167989 2026 774801

2015 197251 2027 855044

2016 229811 2028 940659

2017 265841 2029 1031820

2030 1128698

GRACIAS