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Urea y amoniaco Proceso de producción

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on 2 December 2016

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Transcript of Urea y amoniaco Proceso de producción

Reformación
1ra

Urea y amoniaco
Proceso de producción
Amoniaco
Urea
Introducción

Impacto y manejo del proceso
Higiene y seguridad en el trabajo
Impacto
ambiental
Tratamiento y manejo de residuos
PLANTA DE UREA

Sobre la empresa

...desde 1974
Algunos Términos
Biuret
contaminante tóxico
Carbamato de Amonio
MEA
producto intermediario
Gas natural: (79-97)% Metano
Dioxido de Carbono
Amoniaco
Nitruro de Hidrógeno
Nitruro de Trihidrógeno
Nitro-Sil
Vaporole
Gas de amonio
AM-FOL
Corna'e Sierbo
Apariencia Incoloro
Olor penetrante y desagradable
Densidad 0.73 kg/m3; 0,00073 g/cm3
Masa molar 17,03 g/mol
Punto de fusión 195,42 K (-78 °C)
Punto de ebullición 239,81 K (-33 °C)
Usos del Amoniaco
Fertilizante
Precursor de compuestos de nitrógeno
Limpiador
Fermentación
Agente antimicrobiano para alimentos
Fertilizante agrícola

Usos menores y emergentes:
Refrigeración - R717
Para remediación de emisión de gases
Como combustible
Como estimulante
En la Industria Textil
Gas de levantamiento
Tratamiento de la madera
Fuente: potashcorp.com
Urea
Carbamida
Aminometanamida
Diaminometanona
Apariencia blanco
Densidad 1340 kg/m3; 1,34 g/cm3
Masa molar 60,06 g/mol
Punto de fusión 405,8 K (133 °C)
Usos de la Urea
Fertilizante
Industria de los plásticos
Suplemento alimenticio para el ganado
Producción de drogas

Fuente: potashcorp.com
Unidad
de
síntesis
Unidad
de
granulación
Sección de compresión de CO2 y NH3
La Urea se sintetiza a partir de amoníaco y CO2 proveniente de la Planta de Amoníaco. Estas
materias primas se presurizan en esa sección
para ser alimentados a la Sección de Síntesis.
Unidad
de
síntesis
Sección de síntesis
Esta sección conforma el corazón de la Planta de Urea. La síntesis de urea se basa en la reacción entre amoníaco líquido, CO2 gaseoso suministrado desde la Planta de Amoníaco, y la solución de carbamato de reciclo suministrada desde la Sección de Recuperación de Planta de Urea.
Deshidratación del carbamato para formar urea

2NH3 + CO2 NH4COONH2 + 157,5 kJ
NH4COONH NH2CO2NH2 + H2O – 26,4 kJ
Sección de purificación

La solución de urea compuesta por 49 %peso de urea, 12,9 %peso de amoníaco y 12,7 %peso de CO2 proveniente del fondo del Stripper se trata en la Sección de Purificación, donde el carbamato de amonio y el amoniaco en exceso contenido en la solución se descomponen y separan por reducción de presión y calentamiento.
La reacción de descomposición del carbamato:
NH2 – COONH4 (l) 2NH3 (g) + CO2 (g)
Sección de concentración
Después de descomponer y separar de la solución de urea el amoníaco y CO2 (o carbamato) que no reaccionaron en la Sección de purificación, la solución de urea se concentra a 96 %peso por evaporación al vacío en una etapa en la Sección de Concentración, para luego ser alimentada a la sección de granulación.
2NH2CONH2 NH2CONHCONH2 + NH3
Sección de recuperación
Los gases de amoníaco y CO2 separados en la Sección de Purificación son absorbidos y recuperados a dos niveles de presión, llamados absorción de Baja Presión a 2,4 kgf/cm2 G y absorción de Alta Presión a 15,8 kgf/cm2 G, con condensado de proceso como absorbente, para ser reciclado a la sección de síntesis como solución de carbamato.
Sección de tratamiento y condensado
El agua evaporada durante la concentración de la solución de urea en la Sección de Concentración condensa en el Condensador de Superficie del Sistema de Generación de Vacío en conjunto con niebla de urea, gases de amoníaco y CO2, para formar el condensado de proceso. El condensado de proceso se envía al Sistema de Tratamiento de Condensado de Proceso donde la urea se hidroliza para convertirse en amoníaco y CO2, para ser despojados.
Unidad
de
granulación
Sección de granulación
La urea-formaldehído se dosifica al proceso en la corriente de succión de la bomba de alimentación de urea de tal manera que la concentración de formaldehído en el producto final (urea granulada) sea de 0,45-0,60% p/p.

Sección de reciclo
La Balanza a la salida del Granulador transfiere los gránulos a la salida del alimentador hacia el elevador midiendo a su vez el flujo de los mismos. Los gránulos son transportados por el y entran al elevador donde son clasificados en las siguientes medidas:

- Lump - Over size - Product size - Under size
Sección de recuperación de polvos
El “Dust Collection Blower” colecta el polvo de urea mediante succionadores de aire localizados en los puntos donde el polvo de urea se pudiese adherir y entorpecer el manejo del producto, tales como las Tolvas, Triturador, Elevador y la Balanza
Diagrama de bloque
La Urea (CO(NH)2) es la fuente de Nitrógeno más usada globalmente.
Menores costos de producción, menos problemas ambientales como también menores costos de almacenamiento y transporte en relación con el alto contenido de N (46%) han dado como resultado que la Urea lidere las fuentes sólidas de Nitrógeno.
Calidades
La urea es un producto de alta rotación debido a sus variados usos en la industria agroindustrial e industria en general. Para el consumo de esta urea se tiene un estimado de entre 4-6 meses.
Mecanismo de comercialización
El 91% de la urea producida se emplea como fertilizante. Se aplica al suelo y provee nitrógeno a la planta. También se utiliza la urea de bajo contenido de biuret (menor al 0.03%) como fertilizante de uso foliar. Se disuelve en agua y se aplica a las hojas de las plantas, sobre todo frutales, cítricos.
Fabricación de resina
Productos de salud para la piel
Productos comerciales
Cigarrillos
La alimentación del ganado
Reformación
2ra

Conversión
de CO

Extracción
de CO

2
Metanación
del amoniaco
Síntesis
Condensación
Almacenaje
Proceso
productivo

Seguridad de los procesos
La gestión de la seguridad en los procesos incluye las siguientes acciones:
Pruebas de riesgos físicos para materiales y reacciones.
Examen del mantenimiento preventivo y la integridad mecánica de los sistemas y servicios del proceso.
Capacitación de los trabajadores.
Elaboración de instrucciones operativas y procedimientos de respuesta a emergencias.
Riesgos de origen químico
Algunas de las medidas recomendadas prevención y control de las emisiones consisten en:

Instalar detectores de gas en las zonas peligrosas, siempre que sea posible.
Asegurar una ventilación adecuada en todas aquellas zonas en que se manipule amoniaco.
Garantizar la extracción y filtración del aire en todas las zonas bajo techo donde pueda generarse polvo de urea
Peligro de incendio y explosión
Las causas más habituales de incendios y explosiones en las instalaciones de producción de fertilizantes nitrogenados incluyen:
• Incendios y explosiones provocados por la fuga accidental de gas sintético en las plantas de producción de amoniaco.

• La formación de mezclas de gases explosivos en los depuradores de gases inertes y el vertido de amoniaco en las instalaciones de urea;

• Incendios provocados por productos o polvo de fertilizantes contaminados con aceite y otras sustancias combustibles en presencia de una fuente de calor.


Las recomendaciones para prevenir y controlar los riesgos de incendio y explosiones incluyen las siguientes:
Instalar unidades de detección de fugas y otros sistemas para detectar con rapidez los escapes.
Segregar las zonas de proceso, almacenamiento, servicios auxiliares y de seguridad y adoptar distancias de seguridad correspondientes.
Eliminar las posibles fuentes de ignición.
Almacenamiento del amoniaco
Las posibilidades de escapes tóxicos durante la manipulación y almacenamiento del amoniaco líquido deben ser minimizadas mediante la adopción de las siguientes medidas:

Evitar la colocación de los tanques de almacenamiento de amoniaco cerca de las instalaciones en que existe riesgo de incendio o explosión.
Usar depósitos de almacenamiento refrigerados para los grandes volúmenes de amoniaco líquido, dado que el vertido inicial de amoniaco en caso de producirse fallos en los conductos o los tanques es menor que el registrado en los sistemas de almacenamiento presurizado de amoniaco.
Implementar y mantener un Plan específico de Manejo de Emergencias que contenga orientaciones sobre las medidas de emergencia para proteger tanto a los trabajadores como a las comunidades locales en caso de producirse escapes de amoniaco tóxicos.
Emisiones a la atmósfera
Las estrategias de manejo para los catalizadores usados incluyen las siguientes:

Una adecuada gestión del emplazamiento, incluida la inmersión de los catalizadores pirofóricos usados en agua durante su almacenamiento temporal y transporte hasta el punto final de tratamiento, evitando así las reacciones exotérmicas no controladas.
La devolución de los catalizadores al fabricante para su regeneración o recuperación.
La gestión fuera del emplazamiento por parte de empresas especializadas para recuperar los metales pesados o preciosos mediante procesos de recuperación o reciclado siempre que sea posible.
Emisiones del proceso de producción de amoniaco
Algunas de las medidas de prevención y control consisten en:
Utilizar los tratamientos de los gases de purga empleados en la síntesis del NH3 para recuperar el NH3 y H2 antes de quemar el resto en el reactor de reformado primario.
Aumentar el período de estancia de los gases residuales en la zona de alta temperatura del reactor de reformado primario.
Las emisiones de amoniaco de las válvulas de escape o de los dispositivos encargados de controlar la presión de depósitos o tanques de almacenamiento deben ser recogidas y enviadas a una antorcha o a un depurador húmedo.
Instalar métodos de detección de fugas para identificar emisiones fugitivas de amoniaco durante el proceso de producción o el almacenamiento.
Establecer programas de mantenimiento, especialmente cajas de relleno para vástagos y juntas de válvulas de seguridad, para reducir o eliminar los escapes.
Emisiones del proceso de producción de urea
Algunas de las medidas de prevención y control recomendadas consisten en:
Reducir las emisiones de polvo, empleando un proceso de granulado, en lugar de perlado, para obtener el producto.
Depurar los gases residuales con el condensado de proceso antes de descargarlos en la atmósfera y volver a procesar la solución de urea recuperada.
Utilizar cámaras de filtración para evitar la emisión de aire cargado de polvo procedente de los puntos de transferencia, filtros, máquinas de embolsado, etc., en combinación con un sistema de disolución de polvo de urea que permita reciclar la urea en el proceso.
Conectar a una antorcha las válvulas de seguridad/juntas en las bombas de amoniaco/urea y conductos de ventilación de los tanques.
Aguas residuales
Efluentes de las plantas de amoniaco
Algunas de las medidas de prevención y control recomendadas consisten en:
El amoniaco absorbido de los gases de purga y del vapor instantáneo debe recuperarse en un circuito cerrado para evitar que se produzcan emisiones de amoniaco acuoso.
El hollín resultante de la gasificación en los procesos de oxidación parcial debe recuperarse y reciclarse para usar en el proceso.
Los condensados deberían separarse con vapor para reducir el contenido para reducir el contenido en amoniaco y reutilizarse como agua de abastecimiento de la caldera después del tratamiento de intercambio de iones o enviarse a la planta de tratamiento de aguas residuales para su tratamiento con otras corrientes que contengan amoniaco.
Efluentes de las plantas de urea
Algunas de las medidas de prevención y control recomendadas consisten en:
Mejorar el diseño de los calentadores/separadores de evaporación para minimizar el arrastre de la urea.
Eliminar el NH3, el CO2 y la urea de las aguas de procesos en una unidad de tratamiento de estas aguas, y reciclar los gases en el proceso de síntesis para optimizar el aprovechamiento de las materias primas y reducir los efluentes.
Instalar tanques sumergidos para recoger las aguas de lavado de la planta y otras corrientes contaminadas procedentes de los drenajes para reciclar dichas aguas en el proceso o transportarlas hasta la unidad de tratamiento de aguas de proceso.
Contaminación por nitrógeno en el agua
Desulfuración
GAS NATURAL
(90%CH )

1
2
Hidrogenación
Desulfuración
R-SH + H
RH +
H O + ZnS
Gas natural
P= 160 psi
T= 400 °c
Cat= CoMo
NiMo
Reactor
+ ZnO
P= 160 psi
T= 400 °c
Cat= ZnO
Reactor
Reactor
H
H S
ZnS
Gas libre Azufre
(CH ) Gas libre de azufre
CH
Vapor de agua
T= 550 °C
Reformador
Horno
T= 850 °C
CO
CO
H
CH (15-30%)
GAS DE SÍNTESIS
CH + H O
CO + 3H
CH + 2H O
CO + 4H
RXNS ENDOT
Gas de síntesis
Aire (N , O )
T= 1200 °C
Cat: Ni
Reformador
CO 8%
CO 12%
H 56%
CH 0,5 %
N 23%
H O
CH + O
CO + H O
RXN EXOT
3
4
5
6
7
8
9
Combustión
(CO, CO , H , CH )
Conversión alta T
CO + H
Gas de combustión
T= 400 °c
Cat= Fe
Reactor
CO + H O
T= 225 °c
Cat= Co
Reactor
Reactor
Gas con trazas
CO
Conversión baja T
80% conv CO
Vapor de agua
Vapor de agua
100% conv CO
CO2 8%
CO 12%
H2 56%
CH4 0,5 %
N2 23%
H2O
CO2 20%
CO 0,3%
H2
CH4
N2
H2O
MEA
Torre de absorción
H2 56%
N2 23%
CH4
CO2
CO
H2O
MEA(CO2)
CO2 20%
CO 0,3%
H2
CH4
N2
H2O
GAS
GAS con trazas de CO2
TRAZAS
Cat=Ni
Al proceso de Urea
(CO2)
Reactor
H2 56%
N2 23%
CH4
CO
CO2
H2O
GAS libre de
TRAZAS
GAS con trazas de
CO
CO2
Ni
H2
CH4 %
CO
CO2
CH4 + 2H2O
CO2 + 4H2
RXNS EXOT
CH4 + H2O
CO + 3H2
Cat: Ni
Gas de
combustión
CH (15-30%)
Gas de síntesis
Gas de
combustión
CH4 0,5 %
Gas con trazas de CO
Gas con trazas de CO2 y CO
Gas libre de CO y CO2
Amoniaco
gaseoso
Amoniaco
líquido
H , CO, CO
Vapor
de agua
Aire
(O , N )
H
Vapor
de agua
MEA
MEA(CO2)
Reactor
Amoniaco
NH3
Ni
H2
CH4
CO
CO2
RXN EXOT
2NH3
N2 + 3H2
Cat: Fe
Ni
H2
CH4
GAS libre de
T=400°C
P=200 atm
Conversión
15%
H2, N2
Amoniaco
NH3
N2
H2
CH4
Condensador
NH3 (l)
N2
H2
Purga
P= 34 atm
T= -30°C
TIPOS
DE UREA
Granulada
La Urea granulada que tiene un tratamiento al granulo con formaldehído que le da dureza al granulo y evita la perdida de nitrógeno durante el almacenaje.
Perlada
Urea perlada, no pose dicho tratamiento razón por la cual es un producto con mas polvillo, más desuniformidad en tamaño de grano y más absorción potencial de humedad durante el almacenamiento.
T=46°C
MEA: OH-CH2-CH2-NH2
-OH + CO2
-OCOO- + H+
-NH2 + CO2
-NCOO- + H+
T=300°C
RXN ExoT
2
4
2
2
2
H S
2
H S
2
2
4
4
4
4
2
2
2
2
2
2
4
2
4
2
2
2
2
2
2
2
4
2
4
2
2
2
2
2
2
2
4
2
2
2
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