Sntesis de amoniaco.Para preparar la mezcla estequiometria de (75% de y 25% de ) para la sntesis de amoniaco, es necesario retirar el presente en el gas de sntesis ya que el acta veneno del catalizador.La eliminacin de y la produccin de se logra haciendo reaccionar la mezcla de gases proveniente de la seccin de reformado de una planta de amoniaco con vapor de agua (sobre un catalizador apropiado), para formar y mediante la reaccin de conversin. Los catalizadores que suelen usarse se denominan de alta y baja temperatura y ambos tipos estn disponibles comercialmente.Reaccin de water-gas shift.

Esta reaccin es reversible y moderadamente exotrmica.Problema.Disear un sistema que permita generar hidrogeno y disminuir la presencia de mediante la reaccin anterior.Especificaciones del alimento y el producto.Alimento en base seca: [Composiciones (% molar) Alimento total en base hmeda:Especificaciones de las impurezas. en base seca, despus de la reaccin de conversin. (Este es un rango tpico). El valor seleccionado depende de la relacin y de otros factores.Informacin de los catalizadores (anexo A).Procedimientos a considerar.1- Remover parte del con el catalizador de en un lecho. Absorber el producido e ir a un segundo lecho del mismo catalizador con condiciones de equilibrio ms favorables debido a la ausencia del 2- Realizar toda la reaccin en un solo lecho utilizando como catalizador el de oxido de 3- Remover parte del en un lecho con un catalizador de y completar la remocin utilizando un segundo lecho del catalizador ms costoso de oxido de

Solucin.PROCEDIMIENTO 1.Fig. 1. Absorcin de CO2 para favorecer el equilibrio en el segundo reactor

Este caso es una propuesta tentativa, ya que se utilizara el catalizador ms barato y con ms tolerancias a altas temperaturas, trayendo consigo un aumento en la velocidad de reaccin. Adems, al eliminar parte del se favoreceran las condiciones de equilibrio para el segundo reactor, dando lugar a una conversin mas grande. No obstante, para la absorcin de se utiliza como solvente monoetanolamina debido a que este compuesto es barato y presentan una alta reactividad con gases cidos [13,14del articulo]. pero este puede degradarse por reacciones de dixido de nitrgeno, dixido de azufre y oxigeno presentados en los gases de entrada al absorbedor[8], promoviendo as repercusiones desfavorables hacia La torre como la corrosin.Con base a lo anterior, cabe anotar que el proceso de carga de dixido de carbono a la torre influye fuertemente en el proceso de corrosin debido al aumento de concentracin de cido carbnico ( y del ion bicarbonato () por medio del siguiente mecanismo [16].

Reacciones de oxido-reduccion

Teniendo esto en cuenta, se observa que estas condiciones no favorecen al diseo ya que se presentan perdidas por corrosin. De la misma forma, construir una planta de absorcin representa un gasto significativo no solo en cuidados de corrosin sino de inversin. Adems el trabajo que esta realizara no ser en gran parte importante, ya que en el primer reactor se producir una conversin de significativa que de alguna u otra forma no repercutir en gran medida el equilibrio en el siguiente reactor. Estas conclusiones se llevan a cabo por medio de una simulacin en ASPEN HYSYS.Simulacin en ASPEN HYSYS.Se empieza por definir la lista de componentes. Esta se definir en dos partes (gases y lquidos), ya que para el solvente se modela con NTRL Y los gases con peng-robinson. Lista de gases. Fig.2 Lista de componentes. (Gas seco y vapor de H2O)

Lista de lquidos. Fig.3 Lista de componentes. (Solvente)

Ahora se definirn los dos paquetes de fluido. Gases (se utilizara la lista de componentes 1.).

Fig. 4 Seleccin del paquete para los gases

Liquido (se utilizara la lista de componentes 2). Fig. 5 Seleccin del paquete para el lquido.

Se define la cintica de la reaccin. Fig. 6 modelo para la cintica de la velocidad de reaccin.

Se utilizara reaccin de simple rate ya que es la que se asemeja a la cintica que se tiene.En este espacio se definen las constantes de equilibrio y las propiedades de equilibrio del sistema como la estequiometria y la variable en que se va medir la velocidad de reaccin (presin parcial de ). Ahora se procedera a construir la simulacion.

Fig. 7 Definicin de parmetros para la cintica de la velocidad de reaccin.

Planteamento de la simulacionFig.8 Diagrama de flujo del problema.

Teniendo planteado el diagrama de flujo se empezaran a definir las corrientes y los equipos.Para el PFR-100. Fig.9 Especificaciones del primer reactor

De la misma manera se especifican para los dems equiposEn el proceso de la simulacin del absorbedor se presentaron problemas de especificaciones, como el nmero, presin y temperatura en los platos. Fig.10 Problemas en la especificacin de la torre

Fig.11 problemas en la especificacin de la torre

Aun as se plantearon dos alternativas de solucin para poder suplir este problema.1- Se simula sin torre de absorcin y se observa las composiciones de salida del primer y segundo reactor.Fig.12 Diagrama de flujo para la primera alternativa

REACTOR SIN TORRE DE ABSORCIN

COMPONENTES ALSAS

METANO0,0030,0030,003

AGUA0,39390,31930,3159

HIDRGENO0,34420,41920,4226

DIXIDO DE CARBONO0,04790,12240,1258

MONXIDO DE CARBONO0,07880,00370,0003

NITRGENO0,13230,13230,1323

2- A la corriente de salida del primer reactor se le retira 98% del co2 ya que esto es lo que retira tericamente este tipo de solventes en estas torres[33].

Fig.13 Diagrama de flujo para la segunda alternativa

REACTOR CON TORRE DE ABSORCIN

COMPONENTES ALSASA2S

METANO0,0030,0030,00370,0037

AGUA0,39390,31930,35470,3507

HIDRGENO0,34420,41920,14760,147

DIXIDO DE CARBONO0,04790,12240,46570,4697

MONXIDO DE CARBONO0,07880,00370,00410,0001

NITRGENO0,13230,13230,02490,0289

Ahora bien, como el propsito de la torre era mejorara las condiciones de equilibrio para el segundo reactor. Cabe anotar que la conversin producida en el segundo reactor es muy pequea para la gran inversin que se requiere al implementar una torre de absorcin.PROCEDIMIENTO 2.En este procedimiento estudiara la viabilidad de tener la reaccin en un solo lecho con catalizador de oxido de cobre-zinc. Para observar como se desarrolla este procedimiento se procede a construir una grfica de de en el gas seco vs temperatura, donde existirn curvas de balance de masa, energa y equilibrio.Fig.14 Grafica de en la salida vs

Se requiere obtener porcentajes de entre y luego proceder con una aproximacion de de la temperatura de equilibrio. Esto se puede abordar de dos maneras. Al seleccionar de en la salida del reactor se procede a ubicar en la grafica el corte con la curva de equilibrio y utilizar de aproximacion. De la misma forma se sigue una trayectoria por la linea de el balance de energia y se calcula un valor de temperatura de aproximadamente para la entrada. Pero anteriormente se dijo que la temperatura de rocio era de , entonces si se utilizan las condiciones anteriores para la entrada, el agua entrara en fase liquida generando asi una degradacion de catalizador. Al seleccionar de en la salida del reactor se sigue la misma forma anterior y se observa que la temperatura de salida es mayor que , mucho mayor a la maxima soportada por el catalizador.por lo anterior esta opcion no es viable desde el punto de vista termodinamico.Simulacin en ASPEN HYSYS.Se procede a trabajar en un solo reactor con una presin de 390 psi relleno de catalizador de oxido de . El objetivo de esta simulacin es plantear condiciones de temperatura a la entrada para as obtener temperaturas de salida, y apoyar la las afirmaciones planteadas anteriormente. Fig.15 Diagrama de flujo para el lecho con catalizador de oxido de

Fig.13 Simulacin para una temperatura de entrada de

De la misma forma se hace para para otras temperaturas.PRESIN 390 psi

ENTRADASALIDA

355503,2

361516,7

370527,3

381537

400558,8

Con base a lo mostrado anteriormente, es factible afirmar que esta opcin no es viable. PROCEDIMIENTO 3.Al empezar el diseo de este procedimiento se tiene que realizar una investigacin en la literatura acerca de las caractersticas de la reaccin de water-gas shift. Reaccin cataltica Ligeramente exotrmica Utilizacin de dos etapas, una de alta temperatura y otra de baja, con refrigeracin intermedia Disminuye la concentracin de CO Aumenta la concentracin de H2 Las condiciones de operacin para este procedimiento se hallaron de forma grfica y matemtica.Se trabajara a la presin de salida del reformador (400 psi) para aprovechar la tendencia a aumentar la velocidad de reaccin, y se asume una cada de presin en las tuberas y en el equipo de mezclado de aproximadamente 10 psi. [43]Segn la Fig.14 se puede observar que para trabajar a temperaturas menores a la mxima del catalizador de oxido de y garantizar que su vida til sea mayor, debe asegurarse que la concentracin de en la salida del segundo reactor no puede ser superior a . Teniendo esto, se corta la curva de equilibrio (azul) y se utiliza una aproximacin de 50F al equilibrio. A continuacin se sigue una lnea adiabtica hasta 3% deen la salida (eso ser para el primer reactor) y se ubica la temperatura de salida de la misma forma. Se siguen lneas adiabticas para ubicar las temperaturas de entrada a cada reactor. Se usara una simulacin en ASPEN HYSYS con los parmetros definidos por las condiciones de aproximacin de del equilibrio anexo C con el fin de apoyar los datos calculados anteriormente. Adems, habiendo demostrado esto se optimizara en ASPEN HYSYS para condiciones ms cerca del equilibrioSimulacin en ASPEN HYSYS.Definicin de la lista de componentes Fig.2. Definicin del paquete de fluidos para los gases Fig.4. Definicin de las reacciones Fig.6 (para este caso se utilizan dos reacciones: catalizador de Fe y oxido de Cu-Zn) las especificaciones de esta se hallan en funcin de cada catalizador Fig.7. Anexo B.Planteamiento de la simulacin. Fig.14 Diagrama de flujo para el procedimiento 3

Especificaciones de los equiposR-Fe

Fig.15 Condiciones tericas de operacin del primer reactor

Fig.16 Condiciones tericas de operacin del primer reactor

Fig.17 Composiciones de entrada y salida del primer reactor a las condiciones tericas

R-Cu-ZnFig.18 Condiciones tericas de operacin del segundo reactor

Fig.19 Condiciones tericas de operacin del segundo reactor

Fig.17 Composiciones de entrada y salida del segundo reactor a las condiciones tericas

Optimizacion a condiciones mas cercas del equilibrio con las mismas dimensiones el los reactores.

Como se puede observar el trabajar a temperaturas mas cercanas al equilibrio y a las maximas soportadas por el catalizador no trae como consencuencia un aumento significativo en la conversion es por este que a manera de conclucion es preferible trabajar a las condiciones teoricas para mantener un margen de seguridad en la utilizacion de los equipos.Este procedimiento es realativamente viable ya que los volumenes, teperaturas y masa de catalizador usados ANEXO C comparten una relacion viable entre costos y producto obtenido.