DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

1. OBTENCIÓN DE AMONIACO A PARTIR DE GAS NATURAL

La obtención de amoniaco pasa por diferentes etapas, generalmente como se muestra a continuación:

1.1. Desulfurización de la carga:

En las plantas donde se utilizan procesos de reformado con vapor es importante remover el azufre de la alimentación en forma eficiente, a fin de prever el envenenamiento del catalizador de níquel del reformador primario. Asimismo los cloruros son también venenos para varios catalizadores.

1.2. Reformación Primaria:

Desulfurización de la carga

Reformación Primaria

Reformación Secundaria

Conversión del CO

Remoción de CO2

Metanación

Compresión Síntesis Separación

El gas natural y el vapor son mezclados y precalentados para ingresar al reformador primario. En el reformador primario la reacción de reformado toma lugar sobre un catalizador de níquel en tubos verticales.El calor necesario para la reacción es suministrado por combustión interna del fuel gas en hornillas montadas en la pared y transferido por la radiación de las paredes. Diversos tipos de catalizador están disponibles dependiendo de las características de alimentación. El funcionamiento del reformador primario depende de la interacción compleja entre la transferencia de calor y la cinética de la reacción. El diseño mecánico del reformador así como las características del catalizador de reformado son importantes para el proceso.

Las temperaturas y presiones están en el rango de 700-800 ºC y 30-50 atmósferas, respectivamente. Las reacciones principales son:

CH 4 (g )+CO2 (g )→2CO (g )+2H 2 (g )∆ H°=+226KJ

CH 4 (g )+H2O (g )→CO (g )+3H 2 (g )∆ H °=+164.8KJ

Esta mezcla fluye al reformador secundario.

1.3. Reformación Secundaria:

En el reformador secundario el calor necesario es suministrado por combustión interna. La cantidad estequiométrica de aire de proceso precalentado es inyectado para introducir la cantidad requerida de nitrógeno necesario para la síntesis de amoniaco.

La principal reacción que ocurre en este reactor, es la oxidación parcial del metano con una cantidad limitada de aire. El producto es una mezcla de hidrógeno, dióxido de carbono y monóxido de carbono.La reacción química es representada como sigue:

CH 4+O2+N2→CO2+2H 2+N2∆ H °=−32.1KJ

La temperatura del reactor puede alcanzar los 900ºC en este reformador, debido al calor de la reacción exotérmica.

1.4. Conversión del CO:

El monóxido de carbono (CO) y el dióxido de carbono (CO2) son venenos para los catalizadores de síntesis de amoniaco y deben ser removidos antes de que el gas llegue a la sección de síntesis. Esto se realiza en primer lugar convirtiendo el CO al CO2 en la sección de la conversión del CO, retirando el CO2 y finalmente convirtiendo las cantidades residuales en el Metanador.

En la unidad el monóxido de carbono reacciona con vapor de agua, para dar dióxido de carbono e hidrógeno. La reacción química es altamente exotérmica y se representa como:

CO (g )+H 2O (g )→CO2 (g )+H 2 (g )∆ H°=−41KJ

El reactor contiene generalmente catalizador de fierro soportado en óxido de cromo, alcanzando la oxidación el rango de temperatura de 425-500 ºC

1.5. Remoción de CO2:

Los gases de salida de la unidad Shift Conversión son tratados para remover el dióxido de carbono. Esto puede ser efectuado absorbiendo este compuesto por procesos físicos o químicos como Monoetanolaminas (MEA) o solución de carbonato de potasio o adsorbiendo por medio de tamices moleculares.El dióxido de carbono recuperado es un coproducto que posteriormente se utilizará con el amoniaco para producir urea.

1.6. Metanación:

Después del retiro del CO2, el gas de proceso contiene rastros de CO2 y de CO no convertidos. El retiro final del CO y del CO2 ocurre en el Metanador donde ocurren las reacciones siguientes:

CO (g )+3H 2 (g )→CH 4 (g )+H 2O (g )∆ H °=−206KJ

CO2 (g )+4H 2 (g )→CH 4 (g )+2H 2O (g )∆H °=−164.8KJ

El reactor de Metanación opera en el rango de 200-300 ºC y aproximadamente 10 atmósferas. El producto purificado es una mezcla de hidrógeno y nitrógeno con un ratio de 3:1 para la producción de amoniaco.

1.7. Compresión:

La mezcla de hidrógeno y nitrógeno se comprimen a altas presiones en el rango de 200-300 atmósferas por medio de compresores centrífugos de gran capacidad.

1.8. Síntesis (Síntesis de Haber-Bosch):

El proceso de la obtención del amoniaco consiste en sintetizarlo directamente a partir de hidrógeno y nitrógeno.La mezcla de hidrógeno y nitrógeno en la proporción de 3:1, se comprime para ingresar a un reactor que contiene catalizador de fierro o de otro material.

Se efectúa la reacción por medio de la siguiente reacción, a una temperatura de 500ºC y presión entre 200-300 atmósferas.

N2+3H 2→2NH 3

1.9. Separación:

El hidrógeno y el nitrógeno no convertidos son separados del amoniaco por procesos de enfriamiento utilizando agua de refrigeración (El amoniaco condensa a 33ºC). El hidrógeno y el nitrógeno son reciclados a los compresores de Syngas y el amoniaco condensado es almacenado en tanques para posterior comercialización o utilización en otros procesos.

2. OBTENCIÓN DE UREA

La obtención de urea pasa por la producción de un intermedio llamado carbamato de amonio que por deshidratación genera urea, las principales reacciones químicas son las siguientes:

2NH3 (g )+CO2 (g )↔NH 2COONH4 ( l )∆ H (298 )=−30kcalmol

NH 2COONH 4 ( l )↔H 2NCON H 2 (l )+H 2O∆H (298 )=+3.7kcalmol

Las dos reacciones están en equilibrio y sus principales limitaciones son las siguientes:

No hay una conversión total de los reactivos. No hay una desaparición completa del producto intermedio, carbamato, hacia la

urea. La reacción de transformación de carbamato en urea es muy lenta, por lo que

determina la velocidad de reacción.Estos hechos hacen necesarios operar en dos etapas:

En la primera, 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.

En la segunda, se elimina el carbamato de amonio por un proceso de descomposición, siguiendo la inversa de la reacción de formación para obtener los reactivos de partida:

NH 2COONH 4 ( l )→2NH 3 (g )+CO2 (g )

La principal reacción secundaria es la siguiente:

H 2NCON H 2→H 2 NCONHCON H 2+NH3

En ella se forma un compuesto denominado Biuret, como consecuencia de la recuperación y purificación de la urea.El biuret es un veneno para la flora por lo que su concentración debe ser inferior a 0.9 % en la composición del producto final.

La planta de urea se subdivide en cuatro secciones bien determinadas que son las siguientes:

2.1. Sección de síntesis:

La esencia de la técnica de preparación de la urea consiste en reaccionar el amoniaco y el dióxido de carbono a presión y temperatura elevada.

La síntesis Se realiza en una sola etapa en un reactor en las condiciones de operación siguientes: temperatura de 180-220 ºC y presión de alrededor 200 atmósferas.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.

Según estas condiciones más del 70% de carbamato es descompuesto a urea.

Sección de síntesis

Sección de Descomposición

Sección de recuperación

Sección de cristalización y

Prilling

2.2. Sección de descomposición

La mezcla formada por urea y carbamato amónico se deja expandir a 200 ºC y 30 atmósferas, en estas condiciones ingresan a una columna de destilación (descomponedor). En este equipo la urea sale por el fondo, liberándose del carbamato amónico. El carbamato amónico se descompone en amoniaco y gas carbónico, saliendo estos gases por el tope de la columna.La descomposición se efectúa en tres etapas con disminución sucesiva de presión desde 17 kg/cm2 a 2.5 kg/cm2 y finalmente a presión atmosférica, para quitar completamente el carbamato de amonio y exceso de amoniaco antes de que fluya al cristalizador.

2.3. Sección de recuperación:

Los gases provenientes del separador de gas son purificados en absorbedores de agua para posteriormente ser reciclados al reactor de síntesis de urea. A continuación se muestra de manera general el proceso de obtención de urea:

En el tiempo tres procesos principales han tenido relevancia: Proceso de un solo paso Proceso de reciclo parcial Proceso de reciclo total

Siendo el de reciclo total el que se utiliza actualmente.

2.4. Sección de cristalización y Prilling:

La urea en soluciones de 70 – 90%, sigue para su terminado dos procedimientos: cristalización y granulado directo (Prilling).

2.4.1. Cristalización

Se efectúa a presión atmosférica o al vacío. El calor sensible y el calor de cristalización son el medio calorífico para evaporar el agua y un soplador proporciona el aire. Los cristales se envían a un secador en donde la humedad desciende a 0.3% en una corriente de aire caliente.Si se desea granularla, se conduce la masa a lo alto de una torre de prillado, se funde y se pasa a través de un esferorizador, al salir del fondo de la torre los gránulos son tamizados. La cristalización al vacío, precisa filtrar previamente la solución concentrada de urea, no necesitándose aire, al salir del cristalizador se centrifuga y se completa el ciclo de secado, granulado y tamizado.

2.4.2. Granulado directo

La solución es concentrada a presión atmosférica mediante un soplado con aire. La urea final granulada o cristalizada es llevada a la sección de almacenamiento por medio de un transportador secador neumático para su almacenamiento sea a granel o en envases.