Producción de Urea a Partir de Gas Natural

8/9/2019 Produccin de Urea a Partir de Gas Natural

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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


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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


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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.


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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]


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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.


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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


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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


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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.)


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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.


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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.


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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.


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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/produccion


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Tabla N 8.

rea del proyecto industrial

Fuente:

Datos de autor y bibliografa


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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


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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%


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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.htm


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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


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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.


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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


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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 (%)


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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.


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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.


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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


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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


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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


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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:


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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


29/62


30/62



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


31/62



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


32/62



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.


33/62



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


34/62



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)


35/62



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.


36/62



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%3D


37/62



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%3D


38/62



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.


39/62



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


40/62



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


41/62



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


42/62



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


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44/62


45/62



c)

2.9.3 Criterios de escalamiento:

Prediccin de tendencias


46/62


47/62



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


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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


49/62



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


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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_________


1.Balance d materia

1.1. Balance global 1 mF = mG

1.2. Balance de componentes mF x Yi = mG x Yi


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


Flujo 2 F = G = 529.192 TM/Dia

Temperatura 1 TG= 400 C


51/62



Presin

Composicin 45. Relaciones implcitas

Flujo

Temperatura

Presin

Composicin

9


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.


52/62



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


53/62



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___


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


2.1. B. E. Trmica 1 HF+ HA= HR+ Q


3.1. R. E. Fsico

3.2. R. E. Qumico 1 Rx Qca. , CH4+ 2O2 CO2+ 2H2O


Flujo 2A = 1371.424 TM/Dia,F = 2260.01 TM/Dia


54/62



Temperatura 3 TF= 800 C, TA=600 C, TR = 1000 C

Presin

Composicin 6En A: y N2 = 0.79 , y O2 = 0.21


Flujo

Temperatura

Presin

Composicin 6En R(O2= 0) ; En A(CO2, CO, CH4, H2=0) , En F (N2, O2 = 0)

NC + 19


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.


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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_________


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


2.1. B. E. Trmica 1 HF* F - HP* P + AH Rex= 0


3.1. R. E. Fsico


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3.2. R. E. Qumico 1 Rx. Qca.: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)


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


Flujo 0

Temperatura 0

Presin 0

Composicin 1 En F (NH3 = 0)

10


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


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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


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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.


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Producción de Urea a Partir de Gas Natural

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