Post on 01-Jun-2018
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
1/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -1 -
INDICE
Pg.
I. ASPECTOS GENERALES:
1.1.- Resumen Ejecutivo ...................................3
1.2.- Formulacin del problema...........3
1.3.- Objetivos................3
1.3.1. Objetivo general..............................3
1.3.2. Objetivos especficos...............4
1.4.- Justificacin ......4
1.5.-Alcances y Limitaciones..............5
1.5.1. Viabilidad.....................................5
1.5.2. Lugar...............................6
1.5.3. Tiempo................................7
1.5.4. Financiacin.......8
II. CUERPO DEL INFORME.-
2.1.- Introduccin.......9
2.2.-Antecedentes.............................................10
2.3.- Requerimientos..........................................11
2.3.1. Requerimientos Tcnicos..................................11
2.3.2. Requerimientos Econmicos........................................22
2.3.3. Requerimientos Ambientales................23
2.3.4. Tratamiento de efluentes... ............24
2.4.- Definicin conceptual del Proceso...........26
2.4.1. Operaciones Unitarias Principales..................26
2.4.2. Fortalezas y Debilidades Ambientales............26
2.4.3. Recuperacin de Subproductos...........272.4.4. Confinamiento de desechos................27
2.5.-Anlisis Tcnico del Proceso..............................27
2.5.1. Diagramas de Proceso PBD y PFD.................27
2.5.1.1.- Diagrama de flujo BFD .. ........................28
2.5.1.2.- Diagrama de flujo PFD...........................29
2.5.2. Tablas de balance tcnico, de materia y Energa........29
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
2/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -2 -
2.6.- Fundamentos del Proceso.................30
2.6.1. Reacciones qumicas principales..................30
2.6.2. Antecedentes termodinmicos.................36
2.7.- Estructura de reciclo y purgas del diagrama de flujos...............40
2.8.- Estructura General del Sistema de separacin..................41
2.9.- Red de intercambiadores de calor (anlisis Pinch para integracin
energtica).................................................................................43
2.10.- Resultados de Anlisis de las Etapas Principales............44
2.10.2. Criterios de escalamiento.................45
2.11.-Memoria de Anlisis y Clculos.................46
2.12.- Comentario y Conclusiones.................59
2.14.- Bibliografa..............60
2.15.- Anexos...........................................................................................................60
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
3/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -3 -
Anlisis Y Diseo de una Planta Industrial del Proceso de Produccin de Urea a
Partir de Gas Natural
I. ASPECTOS GENERALES
Resumen Ejecutivo:
El presente perfil de diseo nos da a conocer el proceso de obtencin de
urea, partiendo como materia prima el gas natural proveniente de la planta
de fraccionamiento de pisco, el presente perfil de diseo contiene:
Balance de materia del Proceso de 550.251 ton de gas natural por
da se obtendr 1750.090 ton de urea por da.
Anlisis Pinch del proceso aprovechando la energa a utilizar sin
desperdiciar energa.
Diagrama de procesos y de bloques.
Caractersticas del producto y de la materia prima a utilizar.
Caractersticas principales de los equipos y procesos a realizarse en
la obtencin de urea.
1.1 FORMULACION DEL PROBLEMA
Es posible desarrollar el anlisis del proceso para obtener urea
utilizando como materia prima el gas natural?
Qu tipo de tecnologa se utilizara para el anlisis y diseo de
obtencin de urea utilizando como materia prima el gas natural?
Cmo se aplicara los conocimientos adquiridos para analizar y
comprender el proceso de obtencin de urea utilizando como materia
prima el gas natural?
Qu parmetros de calidad ambiental debe cumplir el proceso de
obtencin de la urea utilizando como materia prima el gas natural?
La urea como producto cumple con las normas tcnicas peruanas para
su comercializacin?
Qu conocimientos y experiencias se alcanzarn al finalizar dicho
trabajo?
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 OBJETIVO GENERAL
Elaborar una propuesta de diseo de una planta industrial para la
produccin de urea a partir de gas natural.
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
4/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -4 -
1.2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Buscar la informacin existente para analizar los diferentes tipos de
tecnologa para obtener Urea a partir del gas natural y aplicar la
tecnologa adecuada para realizar un buen proceso.
Analizar, evaluar y entender las etapas del proceso de produccin de
urea a partir del gas natural, determinando sus ventajas y
desventajas.
Estudiar los efectos sobre el medio ambiente de la produccin
industrial de urea y analizar los mtodos preventivos y correctivos
correspondientes.
Adquirir nuevos conocimientos que nos integre como profesionales
en el desarrollo de este proyecto para desempear como futuros
ingeniero qumico en el campo competitivo.
1.3 JUSTIFICACION:
El ingeniero debe tener la habilidad para aplicar sus conocimientos a
situaciones prcticas con el propsito de lograr productos y sub productos
terminados que sean benficos para la sociedad. Sin embargo, al hacer
estas aplicaciones, el ingeniero qumico debe admitir las implicancias
econmicas y ambientales con el fin de lograr un impacto ambiental
negativo.
El sustento legal del presente perfil de diseo se basa en la ley N 29163
y LEY N 26221.
Con la aprobacin del reglamento de la ley N 29163, ley de promocin
para el desarrollo de la industria petroqumica, se promueve el desarrollo
de la petroqumica, el cual establece normas para el desarrollo de las
actividades petroqumicas, a partir de los componentes del gas natural, el
articulo 1 prioriza la produccin de urea y fertilizantes bajo criterio de
responsabilidad socio-ambiental. En la actualidad con la explotacin del
gas de camisea es necesario elaborar un proyecto para la instalacin de
una planta productora de urea como una forma de aprovechamiento de
dichas fuentes de gas natural y as disminuir las importaciones
relacionadas a este producto.[3]
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
5/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -5 -
Dado que el estado con la ley N 29163 y La ley orgnica de
hidrocarburos (LEY N 26221) que norma las actividades de
hidrocarburos en el territorio nacional, el estado promueve al desarrollo de
las actividades de hidrocarburos. Con el apoyo de estas normas legales
mencionadas se podr realizar con ms nfasis esta propuesta de
rediseo.[2]
Actualmente en el Per no existen industrias dedicadas a la elaboracin
de amoniaco a partir del gas natural y por ende ninguno de sus derivados
como por ejemplo fertilizantes (urea), los cuales son importados de
diferentes partes de Latinoamrica como Mxico, Brasil, Argentina, etc.
Teniendo en cuenta que el gas natural es menos contaminante que los
combustibles slidos y lquidos. Por un lado, como cualquier otro
combustible gaseoso, no genera partculas slidas en los gases de la
combustin, produce menos CO2 (reduciendo as el efecto invernadero),
menos impurezas, como por ejemplo azufre (disminuye la lluvia cida),
adems de no generar humos y es el mas limpio de los combustibles [1]
Para lo cual es necesaria la elaboracin de un proyecto para la
instalacin de una planta productora de amoniaco y derivados
(fertilizantes urea).
Fuente:[1] http://]www.minem.gob.pe/
[2] http://www.perupetro.com.pe/legal02-s.asp#top
[3] http://www.elperuano.com.pe/
1.4. ALCANCES Y LIMITACIONES
1.4.1. Viabilidad:
El Per cuenta con reservas de gas natural como el de Camisea en
Cuzco, el cual es materia prima principal para la produccin de urea a
nivel industrial; as como camisea hay tambin reservas de gas
natural en el Per que existen en la actualidad, que se mencionan en
la tabla N1 y en la tabla N2; al comparar estas tablas de reserva de
gas natural del 2000 con el 2006, vemos que hay materia prima para
nuestra propuesta de rediseo. La presencia de este tipo de reservas
facilita la posibilidad de producir urea en nuestro propio pas, lo cualfavorece el presente perfil de proyecto.
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
6/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -6 -
Tabla N 1:
Fuente: www.minem.gob.pe/archivos/dgm/inversiones/confe_hora_gas.ppt[1]
Tabla N 2:Fuente: www.minem.gob.pe/archivos/dgm/inversiones/confe_hora_gas.ppt
1.4.2. Lugar:
El proyecto se pretende desarrollar en el Per, ya que contamos con
la materia prima Principal. El lugar que sugerimos para su instalacin
ser en la ciudad de pisco ya que ah esta la planta de
fraccionamiento del gas natural de la compaa Pluspetrol, operadora
del Consorcio Camisea.
Fuente: http://www.universia.edu.pe/noticias/principales/destacada.php?id=61446
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
7/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -7 -
1.7.3. Tiempo:
El tiempo de duracin para la elaboracin del perfil del proyecto ser
de 9 semanas segn lo descrito en el Cronograma de actividades,
segn la tabla n 04.
PLAN DE TRABAJO
Cronograma De Actividades (Diagrama de Gantt)
TITULO DEL PROYECTO: Anlisis Y Diseo de una Planta Industrial del
Proceso de Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
ACTIVIDADPROGRAMADA
SEMANAS: Semestre acadmico 2008 - II
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Bsquedabibliografa del
tema delproyecto X X X X X X X X X X X
Elaboracin deuna propuesta
de proyecto X XElaboracin de
diagrama deprocesos X X X X X
Anlisis derendimiento de
un proceso X XAnlisis degrados de
libertad XAnlisis degrado de
reaccionesqumicas X
Anlisis de unsistema deseparacin XDiseo delSistema de
integracin deenerga del
proceso XSntesis del
proceso X XAsesora
metodolgica X X X X XExposiciones
de Avanc X X X X XPresentacin
de borradores X X X X X XPresentacin X
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
8/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -8 -
del informefinal
Tabla n 03: Cronograma de actividades
1.7.4 Inversin y Financiamiento
El costo del trabajo esta referido en la tabla n 04.
Tabla N 4: Costo del trabajo (Aprox.)
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
9/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -9 -
II. CUERPO DEL INFORME:
2.1. INTRODUCCION
El presente informe tiene como finalidad Elaborar una propuesta de rediseo de una
planta industrial para la produccin de Urea a partir del gas natural, para lo cual
debemos previamente analizar y comprender los procesos tradicionales de produccin
de amoniaco y CO2 a partir de gas natural como tambin las tecnologas nuevas
utilizadas en la sntesis del amoniaco y CO2,para producir urea como producto
principal as mismo, debemos estudiar los efectos sobre el medio ambiente de la
produccin industrial de amoniaco y analizar los mtodos de prevencin
correspondientes, todo esto posibles gracias a nuestros conocimientos bsicos de
materias cientficas tales como cintica qumica y diseo de reactores, fenmenos detransporte, clculos numricos, termodinmica, transferencia de masa y calor, etc., as
como programas de simulacin computarizados que nos ayudan a resolver problemas
matemticos con facilidad.
Las razn por las cual se elabor el presente informe es porque actualmente en el
Per no existen industrias dedicadas a la elaboracin de urea debido a que no se
contaba con grandes fuentes de gas natural el cual es la materia prima mas
utilizada para la produccin de este. Para desarrollar una industria de produccinde fertilizantes como lo es la urea se tiene la disponibilidad de materias primas,
una buena ubicacin geogrfica para desarrollar la planta en cuestin y el acceso
a mercados de alto crecimiento.
En la actualidad con la explotacin del gas de camisea es necesario elaborar un perfil
de diseo para la instalacin de una planta productora de urea como una forma de
aprovechamiento de dichas fuentes de gas natural.
La urea, cuya formula qumica es (NH2)2CO, ha pasado a ser la principal forma de
fertilizante en el mundo; puede ser elaborado haciendo lo reaccionar con Dixido
de Carbono (CO2) y Amoniaco (NH3) a alta temperatura y presin.
Hoy en da es el fertilizante nitrogenado de uso ms extendido y crecimiento ms
sostenido a nivel mundial, debido a que es el fertilizante ms eficiente en trminos
de costos para el suministro de nitrgeno el cul es esencial en el metabolismo de
la planta. Por su alto contenido en nitrgeno es econmico para producir.
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
10/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -10 -
2.1 ANTECEDENTES BIBLIOGRFICOS:
TITULO:Anlisis Y Re-Diseo de una Planta Industrial del Proceso de
Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
Ubicacin Geogrfica Temas relacionados Observaciones
Local ----------- ------------------------------------------------- ------------
Nacional
Cuzco Proyecto del Gas Natural deCamisea
. El desarrollo del proyecto contemplala produccin de amonaco con fines
industriales y el desarrollo defertilizantes nitrogenados.
Es la principal reserva degas natural, localizado enla regin sur oriental delpas, estimada en 10.94billones de pies cbicos.
Ica .El grupo chileno Sigdo Koppers y elgrupo peruano Brescia, acordaroninvertir de manera conjunta en el
desarrollo del primer proyectopetroqumico de amoniaco y nitrato
de amonio en Per; a iniciativarepresenta unos US$650 millones y
su construccin culminara durante elao 2011.
se abastecer de gasnatural proveniente de laplanta de fraccionamientode pisco este proyecto de
realizara en eldepartamento de ica
Piura .Per erigi su primera planta deamoniaco en Talara (Piura) en 1973,
aunque posteriormente. por
problemas de suministro de gas fuesacado de servicio en 1991
Al no contar con suficientemateria Prima (Gas
Natural) se cerro la planta
de Urea
Internacional
Fertinitro I.
Venezuela Complejo de fertilizantesnitrogenados , que incluyen dos
plantas de amoniaco con produccindiaria de 1.8 MTA y dos plantas de
urea granular de produccin diaria de2.2 MTA
Fue un proyecto puesto enmarcha el 27 de marzo de1998 en el Complejo Jos
Antonio Anzotegui
Brasil FAFEN - Fbrica de FertilizantesNitrogenados. Es responsable del64% de la produccin nacional de
urea (principal producto de la unidad),el fertilizante nitrogenado que ms se
utiliza en el mundo.
Es la mayor productora deurea de Brasil, con una
capacidad instalada de 1milln 750 mil toneladas
por ao.
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
11/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -11 -
Mxico PEMEX PetroqumicaEmpresa que elabora, comercializa ydistribuye productos petroqumicosselectos, en crecimiento continuo ymaximizando su valor econmico,con calidad, seguridad, respeto al
medio ambiente
Actualmente opera a un25% de su capacidad
Complejo cuenta con lossiguientes complejos:
PetroqumicoIndependencia, el
Complejo PetroqumicaCangrejera,etc
Argentina PROFERTIL S.ALa planta de Profertil, est diseadapara la produccin de Urea, a partirde la combinacin de amonaco yanhdrido carbnico, en un reactorconstruido especficamente para
resistir las condiciones de presin y
temperatura.
Profertil visualiza alambiente como un sistema
complejo del que formaparte, y cuya influencia seextiende a las condicionesde vida de la sociedad en
la que convergen yparticipan dinmicamente,condiciones y funciones
de los medios naturales eintereses sociales.
Tabla N 5.
Fuente:
http://www.pequiven.com/pqv_new/fertinitrosp.phphttp://www.profertil.com.ar/nuestros-productos.jsphttp://www.sigdokoppers.cl/noticias/noticias.htmhttps://www.ptq.pemex.com/portal/PagSubMenuVisita.aspx?IdMenu=1&IdsMenu=7Tesis de la San Marcos Estudio de prefactibildad de la produccin de UreaVerificar Fichas Bibliogrficas en el anexo A-1
2.2 REQUERIMIENTOS:
2.2.1 Aspectos Tcnicos:
2.2.1.1Aspectos Tcnicos sntesis de amoniaco:
Existen numerosos mtodos en la sntesis actual del amoniaco, pero todos
ellos derivan del proceso Haber-Bosch original. Las modificaciones ms
importantes estn relacionadas con la fuente del gas de sntesis, la diferencia
en los procesos de preparacin del gas de sntesis y las condiciones de
obtencin del amoniaco.
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
12/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -12 -
Tabla n 06:
Cuadro de comparaciones tcnicas de procesos de produccin de amoniaco.
Fuente:
http://www.textoscientificos.com/quimica/amoniaco/produccionhttp://www.patentesonline.com.ve/patente.pesquisar.do?pesquisa=conversion%20de%20oxido&inicio=40 - 17k
Conclusiones:En base al anlisis de la tabla n 06, el proceso a analizar seria
el de reformado con vapor con catalizador de oxido de hierro debido a su gran
utilizacin a nivel mundial, su bajo costo de produccin y su operacin a
condiciones seguras, adems de la basta informacin q hay acerca de l.
http://www.textoscientificos.com/quimica/amoniaco/produccionhttp://www.textoscientificos.com/quimica/amoniaco/produccion8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
13/62
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
14/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -14 -
Tabla N 8.
rea del proyecto industrial
Fuente:
Datos de autor y bibliografa
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
15/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -15 -
2.2.2 Anlisis De Materia Prima Y Productos:
a) materias primas:
gas natural:
El gas natural es un combustible de origen fsil que se extrae del
subsuelo. Es ms ligero que el aire y los expertos coinciden a la hora de
calificarlo como la energa por excelencia del siglo XXI. Este
combustible ocupa el tercer lugar en el ranking de fuentes de energa
ms utilizadas en el mundo y representa la quinta parte del consumo
energtico mundial. Se denomina gas natural a una mezcla de gases,
cuyos componentes principales son hidrocarburos gaseosos, (en
particular el metano que aparece en una proporcin superior al 70%).
El gas natural se encuentra en la naturaleza en las llamadas bolsas de
gas , bajo tierra, cubiertas por capas impermeables que impiden su
salida al exterior. El gas natural se puede encontrar acompaando al
crudo en pozos petrolferos (gas natural asociado) o bien en
yacimientos exclusivos de gas natural (gas natural no asociado). No
existe una teora rigurosa sobre su formacin pero se puede asegurarque proviene de un proceso anlogo al de la formacin del petrleo.
FAMILIAS DE GASES.
Cuando un gas es capaz de reaccionar con el oxgeno del aire de
forma rpida y con desprendimiento de energa trmica (proceso de
combustin) se denomina gas combustible. Los combustibles gaseosos
se clasifican en diferentes familias. La Norma espaola UNE 60.002
clasifica los gases combustibles segn un parmetro llamado ndice de
Wobbe, cociente entre el Poder Calorfico Superior y la raz cuadrada
de la densidad relativa del gas
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
16/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -16 -
PRIMERA FAMILIA.
ndice de Wobbe comprendido entre 5.700 y 7.500 Kcal /m3(n).
Pertenecen a esta familia el gas manufacturado, el gas de coquera, y el
gas de mezcla hidrocarburo-aire de bajo ndice de Wobbe.
SEGUNDA FAMILIA.
ndice de Wobbe comprendido entre 9.680 y 13.850 Kcal/m3.
Pertenecen a esta familia los gases naturales y las mezclas
hidrocarburo-aire de alto ndice de Wobbe (aire propanado).
TERCERA FAMILIA.
ndice de Wobbe comprendido entre 18.500 y 22.070 Kcal/m3.
Pertenecen a esta familia los GLP (gases licuados del petrleo),
propano, butano...
COMPOSICIN DEL GAS NATURAL.
Ms del 70 % del gas natural es METANO, al que acompaan otros
hidrocarburos saturados como el etano, propano, butano, pentano ypequeas proporciones de otros gases.
La composicin del gas natural oscila segn la procedencia del mismo
MAR DEL
NORTE
ARGENTINA
LIBIA
METANO CH4 92% 91,2% 86,5%
ETANO C2H6 3,5% 7,4% 12,4%
PROPANO C3H8 0,7% 0,8% 0,3%
BUTANO C4H10 0,3% 0,1% ----
OTROS 3,5% 0,5% 0,8%
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
17/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -17 -
DISTRIBUCIN Y TRANSPORTE.
La Distribucin y el transporte del gas natural desde los yacimientos
hasta los puntos de consumo se realiza de dos formas:
1. Mediante canalizacin de gas (Gasoductos)
2. Mediante su transporte y almacenamiento en estado
liquido.
Transporte y distribucin mediante canalizaciones de gas (GN). La
distribucin del gas natural en estado gaseoso por tuberas se realiza
a diferentes presiones.
Alta presin B: Presiones mayores de 16 Bares.
Alta presin A: Presiones comprendidas entre 4 y 16
Bares.
Media presin B: Presiones comprendidas entre 0,4 y 4
Bares.
Media presin A: Presiones comprendidas entre 0,05 y
0,4 Bares.
Baja presin: Presiones inferiores a 0,05 Bar.
Transporte de gas natural en estado lquido (GNL)
Licuacin del gas natural.
El GNL se transporta y almacena en unas condiciones de
presin y temperatura de163C (estado criognico)
para que los recipientes solo tengan que soportar la
presin hidrosttica. Se conoce con el nombre de estado criognico aquel en
el que se encuentra un fluido a muy baja temperatura.
El GNL se transforma en gas en los vaporizadores
alimentados por algn fluido caliente (agua, aire,
vapor...).
FUENTE:http://www.dcgasextremadura.es/index.htm
http://www.dcgasextremadura.es/index.htmhttp://www.dcgasextremadura.es/index.htmhttp://www.dcgasextremadura.es/index.htmhttp://www.dcgasextremadura.es/index.htm8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
18/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -18 -
M. P. Principal: gas natural.
concentracin de azufre menor a 10 ppm.
concentracin de metano no menor a 94% en volumen.
(previamente fraccionado).
proveedor: planta de fraccionamiento de Pisco- Per.
M. P. Secundaria:
Dixido de Carbono:
Propiedad ValorMasa molecular 44.01Gravedad especfica 1.53 a 21 oCDensidad crtica 468 kg/m3Concentracin en el aire 370,3 * 107ppmEstabilidad AltaLquido Presin < 415.8 kPaSlido Temperatura < -78 oCConstante de solubilidad de Henry 298.15 mol/ kg * barSolubilidad en agua 0.9 vol/vol a 20 oC
FUENTE: Libro qumica Orgnica General
Amoniaco:
El amonaco es un compuesto qumico cuya molcula est
compuesta por un tomo de nitrgeno (N) y tres tomos de
hidrgeno (H) y cuya frmula qumica es NH3.
El nombre de amonaco deriva del nombre dado a una divinidadegipcia: Amn. Los egipcios preparaban un compuesto, cloruro
amnico, a partir de la orina de los animales en un templo
dedicado a este Dios. Cuando se llevo a Europa mantuvo ese
nombre en recuerdo de la sal de Amn.
Propiedades fsico qumicas del amonaco:
Gas incoloro en condiciones normales
Temperatura de solidificacin77,7C
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
19/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -19 -
Temperatura normal de ebullicin33,4C
Calor latente de vaporizacin a 0C 302 kcal/kg
Presin de vapor a 0C 4,1 atm.
Temperatura crtica 132,4C
Presin crtica 113atm.
Densidad del gas (0C y 1atm.) 0,7714 g/l
Efectos txico s
Es txico por inhalacin (edema pulmonar) y los vapores
producen irritacin de ojos. Las salpicaduras de amonaco
lquido producen quemaduras y un dao irreparable en los ojos.
Almacenamiento
El amonaco se puede almacenar en almacenamientos
refrigerados a presin atmosfrica y aproximadamente 33C
con capacidades de 10000 a 30000 tn (hasta 50000)
Tambin puede almacenarse en esferas o tanques a presin a
temperatura ambiente y su presin de vapor con capacidades de
hasta 1700 tn.
Por ultimo se utilizan esferas semirefrigeradas a presiones
intermedias (4atm) y 0C estas esferas tambin tienen
capacidades intermedias entre los almacenamientos a
temperatura ambiente y los refrigerados.
FUENTE: Resumen de la tesis de Produccin de UreaUNMSM
Libro qumica Orgnica General
Aire atmosfrico:
Extrado de la atmsfera.
Micro filtrado, libre de impurezas y de agentes
txicos.
Precalentado a 600 C en un horno de
calefaccin.
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
20/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -20 -
b) productos:
P. Principal:Urea Granulada.
FUENTE: Libro qumica Orgnica General
P. Secundarios:
N2 y H2, los cuales son separados y regresados alproceso de sntesis.
Recuperacin de NH3
Recuperacin de CH4
FUENTE: Manual del ingeniero qumico
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
21/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -21 -
Agua de desecho:
El agua que sale del proceso se dirige a la planta de tratamiento
de agua, y el despus de pasar por el tratamiento cumple los
limites permisibles para ser desechado al desage
CARACTERISTICA
LIMITE
PERMISIBLE
Aluminio 0.200
Arsnico 0.050
Bario 0.700
Cadmio 0.005
Cianuros 0.070
Cloro Residual Libre 0.20 - 1.50
Cloruros 250.000
Cobre 2.000
Cromo Total 0.050
Dureza total 500.000
Fenoles o compuestos fenolicos 0.300
fierro 0.300
Fluoruros 1.500
Benceno 10.000
Etil benceno 300.000
Tolueno 700.000Xileno 500.000
Manganeso 0.150
Mercurio 0.001
Nitratos 10.000
Nitritos 1.000
Nitrgeno amoniacal 0.500
PH 6.5 - 8.5
FUENTE: Norma oficial NOM 127 SSA1 1994, salud ambiental. Para uso de
consumo Humano. Limites permisibles de calidad y tratamientos a que debe
someterse el agua para su potabilizacin
2.2.3 Aspectos Econmicos: Perfil de Inversin Econmica (%)
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
22/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -22 -
Tabla N 9
2.2.4 Aspectos Ambientales y Sociales
En las plantas de produccin de urea descritas aqu son de esperar
impactos ambientales en los mbitos aire, aguas, suelo, as como
emisiones sonoras. Por regla general, sin embargo, existen para todas
las instalaciones de este tipo procedimientos cuya aplicacin permite
limitar los daos.
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
23/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -23 -
Tabla N 9.
Tabla N 10
2.2.5 Tratamiento de Efluentes:
2.2.5.1 Emisiones gaseosas:
Depuracin de gases con el proceso de condensacin
inerte antes de la salida de humos a la atmsfera.
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
24/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -24 -
En la torre de granulacin y aire para recuperar la planta
de urea y NH3.
De reduccin de polvo mediante la produccin de nitrato
de amonio granular en lugar de producto.
Bolsa de filtracin de aire cargado de polvo de puntos de
transferencia, pantallas, mquinas de embolsado, etc.,
junto con un sistema de reciclaje de disolucin para el
proceso.
2.2.5.2 Lquido de las emisiones:
Tratamiento de aguas residuales de proceso y de la
recuperacin de condensados de urea, CO2 y NH3.
Mejora de la evaporacin calentador, mejorando el
separador de diseo para reducir al mnimo la urea arrastre.
Suministro de suficiente capacidad de almacenamiento para
la planta de inventario para atender la planta y alterar las
condiciones de cierre.
Provisin de tanques sumergidos para recoger plantas de
lavado, etc. de los drenajes para reciclar a la seccin de
tratamiento de aguas residuales.
El uso de sellos mecnicos para bombas.
2.2.6 SERVICION AUXILIARES:
PROVEEDOR DESTINOSERVICIOS
AUXILIARESEnerga Edelnor Toda la planta
AguaPoso Tratamiento de Agua
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
25/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -25 -
MATERIAPRIMA
GasNatural
Planta deFraccionamiento
(Pisco)
Desulfurisador yproduccin deGas de sntesis
PRODUCTO
PRINCIPAL(UREA)
----------------------
50% mercadonacional y 50%
mercadointernacional
PRODUCTOSECUNDARIO
---------------------- --------------------------
RESIDUOS OEFLUENTES
---------------------- Previo tratamiento
Tabla: N 10
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
26/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -26 -
2.3 DEFINICIN CONCEPTUAL DE OPERACIONES Y PROCESOS:
2.3.1 Operaciones y Procesos Principales:
2.3.2 Fortalezas y Debilidades Ambientales
Tabla: N 12
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
27/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -27 -
2.3.3 Recuperacin De Subproductos:
La recuperacin de los subproductos se hace por medio de una separador, el
cual separa parte del N2 y el H2 remanentes de la reaccin de sntesis y los
devuelve a la lnea de proceso, la otra parte de los subproductos son enviados
a un sistema de recuperacin el cual seleccionar los compuestos uno por uno,
obtenindose:
N2 y H2, los cuales son devueltos a la lnea de proceso.
NH3, el cual es purificado y envasado para comercializarlo,
FUENTE: Manual del ingeniero Qumico
2.5.4 Confinamiento De Deshechos:
La fabricacin de UREA es un proceso muy limpio no existen vertidos
lquidos. Los vapores de proceso son utilizados como fuente de energa
calorfica para calentar otras corrientes principalmente las corrientes de
proceso luego de esto se condensan y regresan a los generadores de vapor.
2.4 ANLISIS TCNICO DEL PROCESO:
2.6.1 Diagramas del proceso, BFD Y PFD:
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
28/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -28 -
A) BFD:
Pre-Calentamiento Desulfuracion
Pre-
Calentamie
nto
Gas
Natural
Filtro
Aire
Pre-
Calentamiento
Reformador
Primario
Reformador
Secundario
Gas
Limpio
Generador
de vapor de
agua
agua
Cambio de
Alta
Temperatura
Cambio de
Baja
Temperatura
Absorcion de
CO2
DEA
CO2
Metanacin
H2
CompresorMezclaReactor de
Sintesis
Entradadel
Catalizador
Salidadel
Catalizador
Condensador
Separador
CO2
Reactor de
UreaUrea+
Carbamato+
aceite
Tanque de
equilibrio
Tank flash
Stripping
Concentracion
De Urea
Granulacion
De Urea
Grnulos de Urea
Vapor de agua
Separacion
(G/L)
H2O
I. de
calor
GasdeSintesis
I. de
calor
NH3
compresor
compresor
decantadorSolucin de Urea
Aceite Deposito
Torre de
descomposicion
aceite
Gas de
purga
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
29/62
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
30/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -30 -
2.5.-FUNDAMENTO DEL PROCESO:
2.5.1 Fundamentos de la sntesis del amoniaco
Reacciones qumicas principales:
A) Desulfuracin:
- Reacciones en fase gaseosa:
- Hidrogenacin: R-SH + H2 RH + H2S
-r R-SH= K R-SHH2
- Adsorcin: H2S + ZnO H2O + ZnS
-r H2S= K H2SZnO
B) Reformador primario:
Estas reacciones se llevan a cabo en reactores y catalizados por xido de nquel
(NiO), as se favorece la formacin de H2. Reacciones fuertemente endotrmica.
Reacciones en fase gaseosa:
Para: CH4+ H2O CO + 3H2 H = 206 kj/mol
r CH4= -K1 CH4H2O+ K2 COH23
G = HT* S
Para: CH4+ 2H2O CO2+ 4H2 H = 166 kj/mol
r CH4= -K1 CH4H2O2+ K2 CO2H2
4
G = HT* S
S = S productos - S reactivos
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
31/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -31 -
C) Reformador secun dario:
Tiene lugar la combustin del metano alcanzndose temperaturas superiores a
1000C.
CH4+ 2O2 CO2+ 2H2O H = -802 kj/mol
-r CH4= K CH4O22
D) Etapa de con versin:
Tras enfriar la mezcla se conduce a un convertidor donde el CO se transforma
en CO2por reaccin con vapor de agua:
CO + H2O CO2+ H2 H = -41 kj/mol
r CH4= - K1 CO2H2+ K2 COH2O
G = HT* S
E) Etapa de elimin acin del CO2:
Seguidamente el CO2 se elimina en una torre con varios lechos mediante
absorcin con Dienatolamina a contracorriente, luego regenerndose en la
torre de desorcion. As se obtiene el CO2 que reaccionara con NH3 para la
formacin de la Urea
F) Etapa de metanizacin:
Las trazas de CO (0,2%) y CO2(0,09%), que son peligrosas para el catalizador
del reactor de sntesis, se convierten en CH4. Proceso sobre lecho cataltico deNi (300 C).
CO + 3H2 CH4+ H2O
CO2+ H2 CH4+ 2H2O
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
32/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -32 -
G) Sntesi s de amonaco :
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) H = -92.22 kJ/mol-1
2/32
322
3
2/3
2213
H
NHK
NH
HNKrNH
G = HT* S
2.5.2 Fundamentos de la sntesis de la Urea:
La reaccin de sntesis de Urea se lleva a cabo a altas presiones (200 bar.)
y el nivel trmico ptimo (190 C) en un reactor construido en acero
inoxidable especial. La reaccin se produce entre el amonaco, el CO2y la
solucin reciclada de carbamato, proveniente de la etapa de absorcin.
Antes de ingresar al reactor, el CO2 es comprimido hasta 200 atm,
mediante un compresor elctrico y el amonaco hasta 145 atm. El NH 3y el
CO2 reaccionan rpida y exotrmicamente, en una primera etapa, para
formar el carbamato, que luego se deshidrata a urea + agua. Esta reaccinlogra cerca del 100% en condiciones normales.
Descom posic in del carbamato.
No todo el Carbamato de Amonio se descompone en Urea y Agua. La
fraccin que se descompone para formar Urea en relacin a la cantidad
total que ingresa al reactor se denomina conversin. La conversin de
Carbamato en Urea en el reactor est en el orden de 70%. Es decir que de
cada 100 Kg de carbamato que se forman, slo 70 Kg. pasan a Urea. El
resto debe reciclarse permanentemente y en forma contina al reactor para
lograr una conversin total.
Como habamos visto, el carbamato se forma mucho ms rpido que la
urea. Al ser altamente corrosivo, su manejo es muy difcil. Por sta razn, lo
que se hace es degradarlo nuevamente a NH3y CO2para luego volver a
formarlo.
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
33/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -33 -
La reaccin de descomposicin:
NH2COONH4(l) 2NH3(g) + CO2 (g)
Se logra de dos formas:
1. Bajando la presin y temperatura, se desplaza el equilibrio hacia los
reactivos. Luego la mezcla gaseosa se vuelve a comprimir causando su
recombinacin. Si hay amonaco en exceso, este se separa en forma
gaseosa de la solucin de carbamato. Para disminuir los costos totales de
la recompresin, esta se realiza en dos etapas.
2. La otra forma es mediante el stripping del amonaco, desplazando la
reaccin hacia productos. Al bajar la presin parcial del reactivo, el sistema
evoluciona hacia su equilibrio degradando el carbamato. Esta forma tiene la
ventaja de poder hacerse a la presin de sntesis, lo que reduce el costo de
recompresin.
B.-Sntes is de urea.
El carbamato se deshidrata a urea mediante:
1.-Concentracin
La corriente de Urea y agua obtenida en las etapas de
Descomposicin, la cual contiene aproximadamente 70% deUrea, es concentrada al 80% en un concentrador de vaco
mediante la aplicacin de calor externo utilizando vapor de
agua. Esta corriente se denomina Urea de Sintesis, y es
bombeada hacia la unidad de Evaporacin.
2.-Evaporacin
La corriente proveniente del Concentrador se sigue
concentrado en dos etapas de Evaporacin, la primera de
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
34/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -34 -
ellas (se concentra hasta 95 %) operando a 0.3 Kg/cm2
absolutos y la segunda (se concentra hasta 99.8 %) a muy
alto vaco, para lograr la evaporacin del agua sin
descomponer trmicamente la Urea. Un equipo clave de esta
etapa es un eyector de importantes dimensiones que permite
lograr los niveles de vaco requeridos.
Se obtiene de este modo una corriente de Urea fundida a
132 C con muy bajo contenido de agua, del orden de 0.5%.
Esta corriente es enviada a la Torre de Prilling para la
formacin de perlas de Urea.
3.-Granulacin
Luego se pasa al perlado de Urea (formacin de pequeas
perlas del orden de 2 4 mm de dimetro) se realiza en la
Torre de Perlado (Torre de Prilling).
C.-Reaccio nes Qumic as Princ ipales en la pro du cc in de urea
Anlisis de las reacciones qumicas
Las reacciones qumicas que se llevan en el proceso son:
2NH3(l) + CO2 (l) NH2 COONH4 (l)
NH2 COONH4 (l) NH2 CO NH2(l) + H2O (l)
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
35/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -35 -
Ecuacin Estequiometria:
2A + B C
Cintica de Reaccin:
2A + B C
22
2
1 A
C
KC
AB
KrC
El equilibrio de la reaccin 1 dependen, en gran medida a la presin
y la temperatura, los cambios de volumen debido a que las grandes
Tener lugar. Esta reaccin slo puede ocurrir a una presin que est
por debajo de la presin de carbamato de amonio.
En la que comienza la disociacin o, por el contrario, la presinde funcionamiento del reactor se debe mantener por encima de La
presin de vapor de carbamato de amonio.
Tipo de reactor
El tipo de reactor que se utilizara en la produccin de urea a partir
de amoniaco es un REACTOR CSTR; ya que en ser con
agitacin, ya que todos los puntos en reactor tendrn la mismaconcentracin. Y porque la reaccin se realiza en fase liquida
Efectos de las condiciones de operacin del reactor
Los efectos que se dan en el rendimiento del reactor radican en las
variables operacionales; siendo estas la temperatura, presin y
concentracin.
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
36/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -36 -
La produccin de la Urea se realiza en un reactor vertical, que opera
a 188 190 C y 160 Kgf/cm2absoluta, una relacin N/C de 3,6
3,8 con un tiempo de residencia de alrededor de 45 minutos y un
grado de conversin (en un paso) del 5060 %.
Esta operacin combina la formacin de carbamato (exot., rpida)
en su parte inferior, por la alimentacin de CO2 y NH3 y la
descomposicin del carbamato en urea (mucho ms lenta y
endotrmica).
Tamao del reactor
CA = CA0(1-XA)
SI : XA = 55 %
Por ser CSTR:
V = XA
FAO - rA
V = 0.55 * FAO
- rA
2.5.3-Antecedentes Termodinmicos:
La reaccin entre el gas del nitrgeno y el gas de hidrgeno para producir el gas del
amonaco esexotrmica,lanzando 92.4kJ/mol de la energa en 298K (25oC).
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
Calculando la G:
G = HT. S
http://64.233.179.104/translate_c?hl=es&u=http://www.ausetute.com.au/enthchan.html&prev=/search%3Fq%3Dindustrial%2Bammonia%2Bproduction%2B%26hl%3Des%26lr%3Dhttp://64.233.179.104/translate_c?hl=es&u=http://www.ausetute.com.au/enthchan.html&prev=/search%3Fq%3Dindustrial%2Bammonia%2Bproduction%2B%26hl%3Des%26lr%3D8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
37/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -37 -
Por Principio de Le Chetalier:
el aumento de la presin hace la posicin del equilibrio moverse a la derechadando por resultado un porcentaje ms alto del amonaco puesto que hay ms
molculas del gas en el lado de la mano izquierda de la ecuacin (4 en total)
que all est en el lado derecho de la ecuacin (2). El aumento de la presin
significa que el sistema ajusta para reducir el efecto del cambio, es decir, para
reducir la presin teniendo pocas molculas del gas.
disminuir la temperatura hace la posicin del equilibrio moverse a la derecha
dando por resultado una produccin ms alta de amonaco puesto que la
reaccin es exotrmica (calor de los lanzamientos). La reduccin de latemperatura significa que el sistema ajustar para reducir al mnimo el efecto
del cambio, es decir, producir ms calor puesto que la energa es un producto
de la reaccin, y por lo tanto producir ms gas del amonaco tambin
Sin embargo, el ndice de la reaccin en temperaturas ms bajas es
extremadamente lento, as que una temperatura ms alta se debe utilizar para
acelerar la reaccin que da lugar a una produccin ms baja de amonaco.
Mientras que la temperatura aumenta, laconstante de equilibrio disminuye mientrasque la produccin de amonaco disminuye.
Temperatura (oC) Keq
25 6.4 x 102
200 4.4 x 10-1
300 4.3 x 10-3
400 1.6 x 10-4
500 1.5 x 10-5
Se aumenta la temperatura significa que ms molculas el reactivo tienensuficiente energa para superar la barrera de la energa a reaccionar (energa
de activacin) as que la reaccin es ms rpida en temperaturas ms altas
(solamente la produccin de amonaco ms bajo segn lo discutido arriba).
Una gama de temperaturas de 400-500oC es un compromiso diseado para
alcanzar una produccin aceptable del amonaco (10-20%) dentro de un
perodo aceptable.
http://64.233.179.104/translate_c?hl=es&u=http://www.ausetute.com.au/lechatsp.html&prev=/search%3Fq%3Dindustrial%2Bammonia%2Bproduction%2B%26hl%3Des%26lr%3Dhttp://64.233.179.104/translate_c?hl=es&u=http://www.ausetute.com.au/lechatsp.html&prev=/search%3Fq%3Dindustrial%2Bammonia%2Bproduction%2B%26hl%3Des%26lr%3D8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
38/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -38 -
En 200oC y las presiones sobre 750atm hay una conversin casi 100% dereactivo al producto del amonaco.
Puesto que hay dificultades asociadas a contener cantidades ms grandes de
materiales en esta alta presin, presiones ms bajas de alrededor 200atmsferas se utilizan industrialmente.
Usando una presin alrededor de 200atm y una temperatura alrededor de500oC, la produccin de amonaco es 10-20%, mientras que los costes y laspreocupaciones de seguridad en biulding y durante la operacin de la planta sereducen al mnimo
Durante la produccin industrial del amonaco, la reaccin nunca alcanza equilibrio
mientras que la mezcla del gas que sale del reactor se refresca para licuefactarse y
para quitar el amonaco.
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
39/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -39 -
2.5.4 Mecanismo de Regeneracin de Reactivos:
2.5.4.1Reactivo a Regenerar Dietanolamina:
La solucin de DEA RICA proveniente del fondo de la torre absorbedora y el separador
de gas combustible se alimenta al tanque de desorcin (o de flasheo) con el fin deeliminar los hidrocarburos lquidos y parte de los gases cidos retenidos por la DEA
que por efecto de presin se encuentren disueltos en esta solucin. La amina rica
acumulada en el tanque de desorcin, se enva por diferencia de presiones al
Intercambiador de calor DEA RICA / DEA POBRE, donde se calienta por medio de
contracorriente de DEA pobre procedente del Rehervidor de la torre regeneradora.
Una vez precalentada, la Amina pasa al filtro de DEA RICA tipo cartucho, con la
finalidad de eliminar los slidos y partculas de sulfuro presentes en la solucin de
DEA, formados por el ensuciamiento de la Amina con el gas. Una vez filtrada lasolucin contina hacia la torre regeneradora. La DEA rica procedente del filtro es
alimentada al plato No. 3 de la torre regeneradora la cual consta de 20 platos de los
cuales los 18 de la parte inferior son para efectuar la regeneracin de la solucin
absorbente y en los dos restantes, fluye agua a contracorriente con los gases cidos
con el fin de llevar a cabo el lavado de stos y evitar prdidas de DEA por arrastre.
El gas cido saturado con agua sale del domo de la torre regeneradora hasta unos
49c aproximadamente condensndose de esta manera los vapores de agua. Una
corriente de inhibidor de corrosin es suministrada a la lnea de alimentacin del
enfriador, con la finalidad de minimizar la corrosin en este equipo. La mezcla de
cidos-agua condensada, entran al acumulador de reflujo de la torre regeneradora
donde se lleva a cabo la separacin de esta mezcla, los gases cidos son e enviados
al quemador a control de presin al quemador y el agua acumulada en este recipiente,
se retorna al plato superior de la torre regeneradora en forma de reflujo siendo
utilizado para determinar y eliminar el calor de la parte superior de la columna, para
que se condensen los compuestos ms pesados. La solucin de dietanolamina
regenerada que sale por el fondo de la torre, entra al rehervidor que acta como un
plato ms de la misma torre; la solucin es enviada al Rehervidor con la finalidad de
elevarle la temperatura producindose de esta manera los vapores necesarios para el
Agotamiento de los cidos, los cuales salen por la parte superior del Rehervidor
retornndose a la torre regeneradora donde a contracorriente son la solucin de Amina
Rica descendente la despojan de los gases cidos. El tanque de balance acta como
tanque de carga para las bombas de inyeccin de dietanolamina. En este tanque se
tiene una alimentacin de gas combustible para mantener una presin interna
constante y proporcionar una carga neta positiva a las bombas. La DEA POBRE, es
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
40/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -40 -
succionado del tanque de balance por las bombas de Amina tipo reciprocante de tres
pistones, con el fin de mandar la solucin al domo de la torre absorbedora, la presin
de descarga de las bombas es de 84.1 Kg/cm2. , en la descarga de las bombas se
cuenta con un cartucho que sirve para inyectar agente antiespumante, que controle la
formacin de Espuma en la torre absorbedora.
2.6 Estructura de reactores, reciclo y purgas del diagrama de flujos.
En el proceso de obtencin de la produccin de amoniaco se observaron las
siguientes etapas principales:
Preparacin de la
alimentacin del
reactorreactor
Preparacin de la
alimentacin del
separadorseparador
Control ambiental
reciclo
F
R
P
D
Recepcin de
materia prima
Separacin de productosProceso de produccin
Donde:F: alimentacin
P: producto
R: reciclado
D: desecho
Preparacin de la
alimentacin del
reactorreactor
Preparacin de la
alimentacin del
separadorseparador
Control ambiental
reciclo
F
R
P
D
Recepcin de
materia prima
Separacin de productosProceso de produccin
Donde:F: alimentacin
P: producto
R: reciclado
D: desecho
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
41/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -41 -
2.7 ESTRUCTURA GENERAL DEL SISTEMA DE SEPARACIN:
2.7.1 Sistema de separacin de lquidoGas
El sistema de separacin ser indirecto ya que se utiliza material
externo en la corriente del proceso. Esto sucede en la torre de
absorcin en la posible separacin del CO2.
Mtodo Algoritmico y Euristico
N componentes
N
N subgrupos
(N(n+1)/2)-N
N sub
problemas
((N-1)N(N+1))/6
N de posibles
secuencias
(2(N-1))!/ (N!(N-
1)!)
4 6 10 5
NC = 4NSG = 6NSP =10NS =5
Las corrientes se enumeran de acuerdo a la solubilidad con respecto ala
dietanolamina el mas soluble es el CO2.
A = CO2
B = CO
C = N2
D = H2
Vemos que nuestro problema es Hibrido es algoritmico y euristico los posiblesarreglos que se pueden dar son los siguientes
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
42/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -42 -
Vemos que los siguientes arreglos no forma parte de nuestro problema asi que de los
6 arreglos mencionados escogemos uno de los 3 primeros para esto vemos las
caractersticas fisicoqumicas de las sustancias.
A, B, C, D
D, B, C
D, B
B
C
A
D
A, B, C, D
D, B, C
D, C
C
B
A
D
A, B, C, D
D, B, C
B, C
C
D
A
B
D, A, B, C
D, B, C
D, B
B
C
A
D
D, A, B, C
D, B, C
D, C
C
B
A
D
D, A, B, C
D, B, C
B, C
C
D
A
B
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
43/62
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
44/62
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
45/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -45 -
c)
2.9.3 Criterios de escalamiento:
Prediccin de tendencias
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
46/62
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
47/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -47 -
PF : presin de mezcla de alimentacin.TF : temperatura de mezcla de alimentacin, 400 C.
PV : presin de vapor de agua.TV : temperatura de vapor de agua.
PP : presin de salida del reactor.
TP : temperatura de salida del reactor.
CF:y CO2 : CO2 de alimentacin.y H2: hidrgeno de alimentacin.y N2: nitrgeno de alimentacin.y CO : CO de alimentacin.y CH4 : metano de alimentacin.
CV:y H2O : vapor de agua.
CP:y CO2 : CO2 a la salida del reactor.y H2:hidrgeno a la salida del reactor.y N2: nitrgeno a la salida del reactor.y CO : CO a la salida del reactor.y CH4 : metano de a la salida del reactor.y H2O : vapor de agua a la salida del reactor.
Para Todo i = 1,2,3,4,5,6.
CO2 = 1CO = 2N2 = 3H2 = 4CH4 = 5H2O = 6
2. Clculo De N De Variables:
Nv = 3(nc+2)+Q+W = 3(6+2)+1
Nv = 25
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
48/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -48 -
3. Anlisis De Relacio nes Independien tes:
EQUIPO:__R-230__________
RELACIN N REFERENCIA
1.Balance d materia
1.1. Balance global 1 mF+ mV = mP + r x w
1.2. Balance de componentes NC - 1Y x mF + Y mV = Y *mP + Y xr x w
2. Balance de energa
2.1. B. E. Trmica 1RxHTCpQvTCpTCp
TE
)..()....( 181816161717
2.2. B. E. Mecnica3. Relaciones de equilibrioTco.
3.1. R. E. Fsico
3.2. R. E. Qumico 1 Rx. Qumica : CO + H2O CO2+ H2
4. Relaciones explcitas
Flujo
Temperatura 1 Tf = 400 C
Presin
Composicin 10
5. Relaciones implcitas
Flujo
Temperatura
Presin
Composicin 6En F(H2O = 0) ; En V(CO2, CO, H2, N2,CH4 = 0)
NC + 19
Clculo De Grados De Libertad:
GL= NV- NR
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
49/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -49 -
GL = 25NC - 19 = 66 = 0
B) Horno de calefaccin:
El gas q sale del tanque de almacenamiento sale temperaturas muy bajas por
haber estado el estado liquido por medio de licuefaccin para su mejor manejo
y almacenamiento; por tanto, es necesario calentarlo antes de pasarlo a la
etapa de desulfuracin, para esto se hace fluir por medio de un horno de
calefaccin con gas natural, elevndose la temperatura del gas hasta unos 400
C, que es necesario para llevar una mejor reaccin de desulfuracin, el
hidrgeno adherido al gas reacciona con el azufre contenido en l para as
luego ser adsorbido por un lecho cataltico.
1. Definicin De Variables
PF : presin de mezcla de alimentacin.TF : temperatura de mezcla de alimentacin.PG : presin de la mezcla a la salida del horno.
TG : temperatura de la mezcla a la salida del horno, 400
CF:y CH4 : metano de alimentacin.y H2: hidrgeno de alimentacin.
5
4
Q-120
Q
y H2y CH4
CF
y H2y CH4
CG
TF:
PF:
F= 529,192 TM/dia
TG: 400 C
PG:G
FUEL
GASES DE
COMBUSTION
5
4
Q-120
Q
y H2y CH4
CF
y H2y CH4
CG
TF:
PF:
F= 529,192 TM/dia
TG: 400 C
PG:G
FUEL
GASES DE
COMBUSTION
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
50/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -50 -
CG:y CH4 : metano a la salida del horno.y H2: hidrgeno a la salida del horno.
Para Todo i = 1,2.
CO2 = 1CO = 2
Clculo De N De Variables:
Nv = 2(nc+2)+Q+W = 2(2+2)+1
Nv = 9
Anlisis De Relaciones Independ ientes:
EQUIPO:__Q-120_________
RELACIN N REFERENCIA
1.Balance d materia
1.1. Balance global 1 mF = mG
1.2. Balance de componentes mF x Yi = mG x Yi
2. Balance de energa
2.1. B. E. Trmica 1 Hf*FHg*G + Q = 02.2. B. E. Mecnica3. Relaciones de equilibrioTco.
3.1. R. E. Fsico
3.2. R. E. Qumico
4. Relaciones explcitas
Flujo 2 F = G = 529.192 TM/Dia
Temperatura 1 TG= 400 C
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
51/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -51 -
Presin
Composicin 45. Relaciones implcitas
Flujo
Temperatura
Presin
Composicin
9
Clculo De Grados De Libertad:
GL= NV- NR
GL= 9(9)
GL= 0
C)Reformador secundarios (R-230):El gas de salida del reformador R-220 se mezcla con una corriente de aire
en este 2 equipo, de esta manera aportamos el N2 necesario para el gas de
sntesis estequiomtrico N2 + 3H2. Adems, tiene lugar la combustin del
metano alcanzndose temperaturas superiores a 1000C.
CH4+ 2O2 CO2+ 2H2O
En resumen, despus de esta etapa la conversin del hidrocarburo es de 99%aprox.
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
52/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -52 -
1. Definicin De Variables:
PF : presin de mezcla de alimentacin.TF : temperatura de mezcla de alimentacin, 800 C.PA : presin del aire.TA : temperatura del aire, 600 C.PR : presin de salida del reactor.TR : temperatura de salida del reactor.
CF:y CO2 : CO2 de alimentacin.y H2: hidrgeno de alimentacin.y CO : CO de alimentacin.y CH4 : metano de alimentacin.
CA:y N2: Nitrgeno de aire.y O2: Oxigeno de aire.
CR:
11
10
14
R-220TF: 800 C
PF:
F
TA: 600 CPA:
A
TR: 1000 C
PR:
R
CAy N2 = 0.79
y O2 = 0.21
CR
y CO2
y CO
y H2
y CH4
y N2
y O2
CP
y CO2
y CO
y H2
y CH4Q
11
10
14
R-220TF: 800 C
PF:
F
TA: 600 CPA:
A
TR: 1000 C
PR:
R
CAy N2 = 0.79
y O2 = 0.21
CR
y CO2
y CO
y H2
y CH4
y N2
y O2
CP
y CO2
y CO
y H2
y CH4Q
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
53/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -53 -
y CO2 : CO2 a la salida del reformador.y H2: hidrgeno a la salida del reformado.y N2: nitrgeno a la salida del reformado.y CO : CO a la salida del reformado.y CH4 : metano a la salida del reformado.y O2: Oxigeno a la salida del reformador.
Para Todo i = 1,2,3,4,5,6.
CO2 = 1CO = 2N2H2 = 3CH4 = 4N2 = 5H2O = 6
Clculo De N De Variables:
Nv = 3(nc+2)+Q+W = 3(6+2)+1
Nv = 25
Anlisis De Relaciones Independ ientes :
EQUIPO:__R-230___
RELACIN N REFERENCIA
1.Balance d materia
1.1. Balance global 1mF + mA = mR + x r x w
1.2. Balance de componentes NC -1 Yi x mF + Yi mA = Yi*mR + Yix r x w
2. Balance de energa
2.1. B. E. Trmica 1 HF+ HA= HR+ Q
2.2. B. E. Mecnica3. Relaciones de equilibrioTco.
3.1. R. E. Fsico
3.2. R. E. Qumico 1 Rx Qca. , CH4+ 2O2 CO2+ 2H2O
4. Relaciones explcitas
Flujo 2A = 1371.424 TM/Dia,F = 2260.01 TM/Dia
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
54/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -54 -
Temperatura 3 TF= 800 C, TA=600 C, TR = 1000 C
Presin
Composicin 6En A: y N2 = 0.79 , y O2 = 0.21
5. Relaciones implcitas
Flujo
Temperatura
Presin
Composicin 6En R(O2= 0) ; En A(CO2, CO, CH4, H2=0) , En F (N2, O2 = 0)
NC + 19
Clculo De Grados De Libertad:
GL= NV- NR
GL = 3NC + 7NC-19 = 2 NC12 = 2*6-12 = 0
D) Reactor De Sntesis (R-290):
El comportamiento del acero frente al hidrgeno a altas presin y temperatura
es un factor determinante para la construccin de un horno de sntesis.
El hierro a elevadas temperatura y presin es permeable al hidrgeno, que en
estas condiciones es capaz de eliminar al carbono con formacin de hidruros.
Con esto el acero pierde resistencia y despus de un cierto tiempo de
funcionamiento el horno puede rajarse y explotar. Para impedirlo se construye
el horno con hierro dulce pobre en carbono. Este apenas tiene resistencia a la
presin y tampoco puede evitar que el H2 se difunda a travs, pero estasdificultades pueden salvarse si se reviste este tubo con un segundo de acero al
cromo-nquel, resistente a la presin y se procura simultneamente que el
hidrgeno que se difunda a travs del primero se pueda eliminar del espacio
entre ambos con facilidad y a baja presin.
condiciones termodinmicas de trabajo:
temperatura media (500oC)
alta presin (250 atmsferas, 351kPa) Rx. Exotrmica, con intercambio de calor.
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
55/62
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
56/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -56 -
y H2:hidrgeno de alimentacin.y CH4:metano de alimentacin.yAr : argn de alimentacin.
CP:y NH3: amoniaco producido.y N2 : nitrgeno remanente.y H2: hidrgeno remanente.y CH4: metano a la salida del reactor.yAr : argn a la salida del reactor
Para Todo i = 1, 2, 3, 4, 5.
NH3 = 1
N2 = 2H2 = 3CH4 = 4Ar = 5
Calculo De N De Variables:
Nv = 2(nc+2)+Q+W
Nv = 2(5+2) +1= 15
Anlisis De Relaciones Independ ientes:
EQUIPO:___R-280_________
RELACIN N REFERENCIA
1.Balance d materia
1.1. Balance global 1 mF = mP + r x w
1.2. Balance de componentes NC1 Yi x mF = Yi*mP + Yix r x w
2. Balance de energa
2.1. B. E. Trmica 1 HF* F - HP* P + AH Rex= 0
2.2. B. E. Mecnica3. Relaciones de equilibrioTco.
3.1. R. E. Fsico
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
57/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -57 -
3.2. R. E. Qumico 1 Rx. Qca.: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)
4. Relaciones explcitas
Flujo 2Fi = Pi = 5977.851 TM/dia , segn tabla n
07.
Temperatura 1 TP= 500 C
Presin 2 PP= PF = 200 atm
Composicin 1 Y NH3= 0.25
5. Relaciones implcitas
Flujo 0
Temperatura 0
Presin 0
Composicin 1 En F (NH3 = 0)
10
Clculo De Grados De Libertad:
GL= NV- NR
GL = 15NC - 9 = 1559 = 1
Anlisis de Grado libertad del Reactor de urea R-290
Y UREAY3H2O
Y3
CARBAMATOY3CO2
Y3
NH3
F1
F2
F3
Y NH3
Y CO2
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
58/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -58 -
NV=3(NC+2) +1= 3NC + 7
Relaciones Independientes N Descripcin
Balance General 1 F1 + F2 + F3 = F4 + r x w
Balance de Componente NC - 1
Yi xF1 +Yi x F2 +Yi x F3 =Yi x F4 + Yi x r x w
Balance de Energa
B.E. calorica
B.E. Mecnica
1
0
)33()2211( HTCpQvTCpTCpT
E
Ri
Relacin Equilibrio Tco.
R.E.Fisico
R.E.Qumico
1
2 NH3 +CO2 UREA +AGUARelaciones Implcitas
FPTC
0004
Y3CARB.= Y3NH3=Y
3H2O =Y
3CO2= 0
Relaciones ExplcitasFPT
C
222
3
P= 200 BART1=200 C
Y1
CO2 =Y2
NH3 =Y3
UREA= 1
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
59/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -59 -
NC + 17
DOF=NV-NRDOF= 3NC + 7 -NC17 = 2 NC - 10= 2*(5)10= 0
2.11 DISCUSIN Y CONCLUSIONES
Falto ms informacin con respecto a la
produccin de Urea ya que no se encontraron libros con respecto a
reacciones slidas.
Se recomendara estudiar mas afondo sobre la
naturaleza de las Reacciones de Descomposicin.
Es un proceso limpio a comparacin con otros
combustibles como el petrleo, genera menos contaminacin.
La produccin de Urea de este fertilizante es muy
usado en el Per y es de mucha utilidad para el uso agrnomo.
La produccin de Urea ayudara al progreso del
pas.
2.12 COMENTARIOS
El proceso de produccin de Urea a partir del Gas natural es un proceso
que toma tiempo y dedicacin.
Las tecnologas modernas se pueden adaptar a nuestra realidad, como
vimos todo esta en base al presupuesto que se cuente o al nivel que sequiera producir Urea.
Se ha adquirido de alguna manera conocimientos sobre como es el anlisis
de un proceso productivo, comprendiendo los conceptos muy importantes.
El trabajo realizado nos ayudara como base para un posible proyecto de
investigacin a realizarse en el futuro.
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
60/62
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
61/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos
Espinoza zorrilla ever angel Pgina -61 -
8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural
62/62
Ingeniera Qumica Anlisis y Sntesis de Procesos Qumicos