Proceso de amoniaco

INTRODUCCIÓN


El propósito de este documento es proporcionar información sobre turbomáquinas actualizar y adaptar oportunidades en el proceso de producción de amoníaco. En primer lugar, vamos a discutir amoniaco como producto, cómo se produce y qué sistemas de apoyo a esta requiere. A continuación vamos a describir tres áreas de oportunidad para Triconex: la seguridad, la turbina controles y los controles de compresor. Vamos a entrar en detalles sobre qué elementos podemos instalar, actualizar o modernizar dentro de esas tres categorías. Para concluir, vamos a discutir las implicaciones y estrategias, consideraciones especiales, y otros importantes información. Usted encontrará una serie de diagramas a continuación del texto que describa procesos y organización pertinentes.

Amoníaco como PRODUCTO
El amoníaco se utiliza principalmente en la producción de fertilizantes, tales como amonio sulfato, nitrato de amonio, fosfato de amonio. También se utiliza como refrigerante y como un intermedio para algunos productos petroquímicos. La mayoría de las plantas de amoníaco son parte de una planta de fabricación de fertilizantes más grande que funciona con ácido nítrico, fosfórico ácido, ácido sulfúrico, urea y / o co-gen. En su forma pura, existe amoniaco a temperatura ambiente condiciones que un gas. Cuando se comprime a entre 200 y 300 psig, puede ser condensada contra el aire o el agua de refrigeración. Con el fin de aplicarlo al suelo, amoníaco debe combinarse con otras sustancias. Estas sustancias son elegidos por su beneficios adicionales a la del suelo.

Que producen amoníaco
Las materias primas básicas para el amoníaco son gas natural (metano) y el aire. Gas natural proporciona hidrógeno y de aire proporciona nitrógeno a la molécula de amoniaco NH3. UN planta de amoníaco convencional tiene los siguientes elementos básicos: un reformador primario, una reformador secundario, una eliminación de dióxido de carbono y un bucle de síntesis. La mayoría de amoniaco plantas también tienen apoyo y de servicios públicos secciones, la integración de sistemas de vapor, de almacenamiento instalaciones, etc. En el reformador primario, gas de alimentación de metano a alta presión se calienta y se combinó con vapor a alta presión. En presencia de calor y un catalizador, el metano y el vapor reaccionan para formar dióxido de carbono y de hidrógeno.

En el reformador secundario, el efluente caliente del reformador primario se combina con el aire, haciendo que el oxígeno en el aire para combinar con hidrógeno. Este proceso resulta en dióxido de carbono caliente, nitrógeno, hidrógeno y vapor de agua. Estos gases se enfrían mediante la generación de vapor.


A continuación, el gas de proceso se pasa a través de la sección de eliminación de dióxido de carbono y los secadores a elimine todo, excepto los gases de hidrógeno y nitrógeno (consulte la Figura 1 en la página 6 para mayor detalle). Esta mezcla se denomina el gas de síntesis.El gas de síntesis es comprimido por el compresor de gas de síntesis a más de 2.500 psig. Entonces es circula a través del bucle de síntesis donde un catalizador induce el nitrógeno y el hidrógeno para reaccionar ante forma amoniacal. Un contacto directo matorrales más frías fuera del amoniaco que se forma en el bucle de síntesis. sin reaccionar los gases se devuelven a una etapa de reciclaje en el compresor de gas de síntesis, y al bucle syn.

El amoníaco líquido de la refrigeración con amoniaco condensador compresor se pulveriza en la corriente de gas de síntesis se hace reaccionar a enfriarlo a medida que pasa a través del enfriador de contacto. Debido a que este proceso supone riesgos significativos tanto para turbomaquinaria y seguridad, Invensys Triconex ofrece productos y servicios para mejorar el rendimiento y aumentar la seguridad del usuario.

Los avances en la producción de amoníaco

Antes de finales de 1960, las plantas de amoníaco primera generación utilizan compresores alternativos porque las presiones requeridas eran muy altas (más de 5000 psig) y los flujos eran bajos. Una gran planta producida 200 toneladas por día. A través del desarrollo de catalizadores de baja presión y hornos más grandes a mediados de la década de 1960, M. W. Kellogg logra presiones y flujos que permitieron el uso de compresores centrífugos. Otro desarrolladores de amoníaco pronto comenzaron a usar diseños similares. Estas plantas de segunda generación eran capaz de producir 1000-1250 toneladas por día. Una planta de última generación que está siendo construido por un par de diseñadores, incluyendo Kellogg y KTI / pescado. Estas plantas se caracterizan por las presiones de bucle syn aún más bajos y diseños modulares de proceso.

SISTEMAS DE SOPORTE

Un número de sistemas de apoyo están asociados con la producción de amoníaco. Algunos de estos sistemas existir en casi todas las plantas de amoniaco, mientras que otros se proporcionan de acuerdo a las necesidades específicas. Esta sección analiza tres sistemas de apoyo específicas: la compresión de gas de alimentación, tratamiento de gas de alimentación, y sistemas de vapor.

• Alimentación de compresión de gas. Cuando el suministro de gas natural a la planta es más bajo que el proceso requiere, un compresor aumenta la alimentación a la presión requerida por el reformador primario. Este compresor es por lo general una sola sección de modelo pequeño, centrífugo impulsado por una turbina de vapor o un motor eléctrico.
• El tratamiento de alimentación de gas. Si el gas de alimentación contiene azufre o mercaptanos, una unidad de desulfuración elimina estos contaminantes antes de la entrada del gas en el reformador primario.
• Sistemas de vapor. A medida que el reformador secundario quema el oxígeno (con hidrógeno), una tremenda cantidad de calor disponible y se utiliza para generar vapor. Mientras que las plantas de amoníaco de más edad producido 600 psig de vapor, los reformadores secundarios en las plantas después de los años 1970 produjeron 1500-1800 psig vapor. Esta producción de vapor de alta presión se convirtió en práctica con el desarrollo de la alta velocidad turbinas de vapor adecuados para tales presiones.

Para iniciar el proceso de amoníaco, una caldera auxiliar proporciona el vapor 600 psig requerida en la primaria reformador. Este vapor acciona el compresor de aire de proceso y el compresor de refrigeración de amoníaco.

Plantas de amoníaco por lo general pasan 1.500 psig de vapor procedente del reformador secundario a través de la sección de alta presión de la turbina de compresor de gas de síntesis. Esto a veces se llama "la cabeza de la turbina. "El vapor extraído de la sección de alta presión se utiliza para suministrar el proceso y el turbinas que opera a 600 psig. La sección de condensación del compresor de la turbina de gas de síntesis ofrece ninguna potencia adicional requerida por el compresor que no se produjo ya en el de alta presión sección de la turbina. Otros niveles, tales como la presión de vapor de 250, 150 y 50 psig-se utilizan para la calefacción y para la pequeña vapor turbinas en la planta. La válvula de entrada del compresor de turbina de gas de síntesis (V1) controla el vapor 1500 psig presión. La caldera auxiliar, decepción y la ventilación de las válvulas de control de la presión del colector de 600 psig.

LO QUE HAY EN TI PARA TRICONEXC
Cuando la Unión Soviética se disolvió, la mayor parte de sus plantas de amoníaco ineficientes fueron desarmados debido a los costos excesivos en el consumo de automóviles. Desde ese momento, el margen de beneficio de estilo occidental plantas ha mejorado, sobre todo porque las plantas de amoniaco modernos equipos de eliminar la redundancia. Ahora dependen de compresores, hornos y un-escatimado sofisticados, que ofrecen alta rentabilidad márgenes. Este entorno es el escenario perfecto para los controladores de Invensys Triconex. El amoníaco es un componente importante del mercado HPI. Para producir amoniaco, fabricación y las empresas de fertilizantes requieren sistemas de control robusto para sus necesidades de turbomaquinaria y seguridad únicas. Invensys objetivo es apoyar a estos sistemas con nuestra cartera de soluciones y servicios.

• La seguridad. Aunque las plantas de amoniaco ahora generan un alto margen de ganancia, también se enfrentan significativa problemas de seguridad. De hecho, su producto final (NH3) es letal si se aspira.

Uno de los principales problemas de seguridad se refiere a altas presiones y temperaturas. Por ejemplo, el principal reformador es un calentador a fuego que eleva la temperatura de metano a más de 1000 ° F. El secundario reformador añade aire a alta presión al efluente del reformador primario. Ambas piezas de equipos representan riesgos muy importantes de explosión si no se protegen adecuadamente. Otro preocupación de seguridad implica el bucle de síntesis, que contiene hidrógeno a velocidades de hasta 3000 psig. esta alta presión el hidrógeno puede causar grandes daños si no se controla con precisión. Todos estos riesgos de seguridad requieren el uso de un sistema de paro de emergencia muy robusto (ESD) plataforma. sistemas de seguridad TMR Invensys están diseñados para proteger equipos y personas, minimizando

riesgos mediante la implementación de las rutinas de seguridad apropiadas y hardware confiable.

• Los controles de la turbina. Debido a que se requiere vapor en el proceso de producción, y debido a que el secundario reformador tiene un desprendimiento de calor considerable, plantas de amoníaco generalmente utilizan turbinas de vapor para conducir bombas y compresores. En algunas plantas de amoníaco (C. F. diseño Braun), turbinas de gas se utilizan para conducir el gas de síntesis y / o compresores de aire de proceso. El diseño actual Braun todavía utiliza un marco de 5 para accionar el compresor de aire.

En este caso, los gases de escape es conducido en el reformador primario para su uso como aire de combustión se calienta. Estas turbinas requieren controles de turbomaquinaria fiables y eficientes. Invensys tiene Triconex una importante experiencia en la modificación, actualización y puesta en marcha de los equipos que participan en TMC la producción de amoníaco. Proporcionamos servicios de turbinas para los siguientes elementos:

Procesar compresor de aire. Este compresor es generalmente accionado por una turbina de condensación de una sola válvula con vapor de entrada 600 psig. Como se mencionó anteriormente, este compresor es a veces impulsado por un gas turbina o un motor eléctrico.

Syn compresor de gas. Estos compresores operan habitualmente en más de 12.000 rpm. su más conductor común es una turbina de vapor, ya que esto elimina la necesidad de una caja de engranajes. Las turbinas de gas en este compresores caballos de fuerza Rango de operar a 5000 rpm o menos. A mediados de los 1906s, M. W. Kellogg pionero en el uso de una extracción de condensación turbina de vapor muy alta presión para este servicio. Hoy en día, prácticamente todos los diseños incorporan esta disposición.






El amoniaco compresor de refrigeración. A 600 psig entrada de la turbina de extracción de una sola válvula es la más conductor común para este servicio. Alimentar compresor de gas. A veces llamado el compresor de gas natural, esta máquina aumenta la alimentación gas a la presión requerida por el reformador primario. Por lo general, es un pequeño compresor de barril impulsado por una turbina de vapor de un solo válvula o un motor eléctrico. Algunas plantas de amoníaco no tienen una compresor de gas combustible si la presión de la tubería es adecuada.

Los aficionados de combustión de aire. Los grandes ventiladores se utilizan para el aire de combustión del reformador primario. el inducida proyecto (ID) del ventilador suele ser de tres veces el tamaño y la potencia del ventilador de tiro forzado (FD).




Alimentación de la caldera Bombas. Para proteger el sistema de vapor contra un fallo de alimentación eléctrica, al menos una de las bombas de agua de alimentación de calderas es accionado por una turbina de vapor.




La eliminación de CO2 bombas de circulación. Estas bombas son generalmente en un gran similar en poder de la caldera alimentar, pero salvado por una bomba accionada por motor. Teniendo en cuenta las grandes cargas del condensador en una amoniaco planta, los flujos de agua de refrigeración son significativos. Por lo general, la bomba de agua al menos un enfriamiento, que es accionado por una turbina de vapor de condensación.

Controles del compresor. Cada uno de los compresores procedimiento mencionado anteriormente es unspared y fundamental para el proceso. Si cualquiera de estas máquinas deja de producir hacia adelante de flujo, el proceso es interrumpida. Cada una de las siguientes máquinas también tienen requisitos especiales de control:

Alimentar compresor de gas. El compresor funciona en el control de la presión de descarga. Si estomáquina es accionada por motor o turbina, que por lo general incluye una válvula de estrangulación de succión que maneja cualquier incertidumbre en presión de succión. Por ejemplo, si la carga cae de tal manera que los tramos de turbina gobernador mínimo y la presión de descarga sigue aumentando, la válvula de mariposa de succión disipa esta energía de presión adicional.

El uso de un controlador integrado cura a un número de problemas. Por ejemplo, la presión de descarga -control está dividido osciló entre el variador y el controlador de la válvula de mariposa de succión. El controlador integrado también es útil en el funcionamiento de la válvula de derivación del compresor (que difiere de la válvula de retroceso) para la puesta en marcha y parada del tren.






Procesar compresor de aire. La descarga de 600 psig de esta máquina entra en el secundario reformador. Para generar una relación de compresión más alta que 40 requiere hasta seis etapas de intercooler compresión. Las plantas construidas antes de la década de 1990 utilizaron dos cuerpos de compresor, y la alta presión cuerpo a veces se utiliza una caja de cambios.


La mayoría de las plantas de amoniaco modernos usan una sola, íntegramente engranados-compresor de seis etapas. el twobodycompresores utilizan una válvula de ventilación modulada en la descarga para evitar sobretensiones durante operación por encima de la velocidad mínima del gobernador. Debajo de la velocidad mínima gobernador, un solenoidoperated válvula de purga se abre en el cuerpo de descarga de baja presión para proteger el cuerpo de baja presión.






Syn compresor de gas. En una segunda planta de generación, esta máquina de dos cuerpos tiene tres intercooler etapas y una etapa de reciclaje. Es común para la turbina de tener un cuerpo de compresor en cada extremo. La segunda generación de plantas Braun utilizan una máquina de tres cuerpos (tres etapas), además de reciclaje impulsado por una turbina de gas por lo general un Pratt y Whitney o aeroderivada Rolls-Royce. Tercero plantas de generación han reducido la presión bucle syn de tal manera que el compresor de gas de síntesis se ajusta a un solo cuerpo.

CONCLUSIÓN


Ahora que hemos discutido el proceso involucrado en la producción de amoníaco, es fácil ver cómo es crucial el equipo de turbomaquinaria relacionado es. También es fácil ver la importancia de los controles fiables en reducir al mínimo los riesgos de seguridad y aumentar la eficiencia. Con una amplia experiencia, probada en el campo, Invensys Triconex proporciona sistemas de control garantizados para mejorar el rendimiento de planta de amoníaco.

ESQUEMAS
Los siguientes diagramas explican el proceso de producción de amoníaco para Kellogg, Linde, y KTI / Fish procesos:

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Se muestra la traducción de Syn Gas Compressor. These compressors routinely operate at over 12,000 rpm. Their most common driver is a steam turbine, as this eliminates the need for a gear box. Gas turbines in this compressors horsepower range operate at 5000 rpm or less. In the mid-1906s, M. W. Kellogg pioneered the use of a very high pressure extraction-condensing steam turbine for this service. Today, virtually all designs incorporate this arrangement. Ammonia Refrigeration Compressor. A 600 psig inlet single-valve extraction turbine is the most common driver for this service. Feed Gas Compressor. Sometimes called the Natural Gas Compressor, this machine boosts feed gas to the pressure required by the primary reformer. Usually, it is a small barrel compressor driven by a single-valve steam turbine or an electric motor. Some ammonia plants do not have a fuel gas compressor if their pipeline pressure is adequate. Combustion Air Fans. Large fans are used for the primary reformer combustion air. The induced draft (ID) fan is usually three times the size and power of the forced draft (FD) fan. Boiler Feed Pumps. To protect the steam system against an electrical power failure, at least one of the boiler feed water pumps is driven by a steam turbine. CO2 Removal Circulating Pumps. These pumps are usually large—similar in power to the boiler feed, but spared by a motor-driven pump. Considering the large condenser loads in an ammonia plant, cooling water flows are significant. There is usually at least one cooling water pump, which is driven by a condensing steam turbine.

Traducir del Syn Gas Compressor. These compressors routinely operate at over 12,000 rpm. Their most common driver is a steam turbine, as this eliminates the need for a gear box. Gas turbines in this compressor’s horsepower range operate at 5000 rpm or less. In the mid-1906s, M. W. Kellogg pioneered the use of a very high pressure extraction-condensing steam turbine for this service. Today, virtually all designs incorporate this arrangement. Ammonia Refrigeration Compressor. A 600 psig inlet single-valve extraction turbine is the most common driver for this service. Feed Gas Compressor. Sometimes called the Natural Gas Compressor, this machine boosts feed gas to the pressure required by the primary reformer. Usually, it is a small barrel compressor driven by a single-valve steam turbine or an electric motor. Some ammonia plants do not have a fuel gas compressor if their pipeline pressure is adequate. Combustion Air Fans. Large fans are used for the primary reformer combustion air. The induced draft (ID) fan is usually three times the size and power of the forced draft (FD) fan. Boiler Feed Pumps. To protect the steam system against an electrical power failure, at least one of the boiler feed water pumps is driven by a steam turbine. CO2 Removal Circulating Pumps. These pumps are usually large—similar in power to the boiler feed, but spared by a motor-driven pump. Considering the large condenser loads in an ammonia plant, cooling water flows are significant. There is usually at least one cooling water pump, which is driven by a condensing steam turbine.

1. Proceso de amoníaco (Figura 1)
2. Combustible del compresor de gas (Figura 2)
3. Proceso de Kellogg compresor de aire-moderno, de Tercera Generación (Figura 3)
4. Syn gas y proceso Kellogg amoníaco tren-moderno, de Tercera Generación (Figura 4)
5. Proceso de compresor de aire-moderno proceso de Linde (Figura 5)
6. Booster nitrógeno compresor moderno proceso Linde (Figura 6)
7. Syn-compresor de gas moderna Proceso Linde (Figura 7)
8. Turbo Generador-moderno proceso Linde (Figura 8)
9. Syn Gas / amoníaco tren-moderna KTI / Proceso de pescado (Figura 9)
10. Proceso de compresor de aire moderno-KTI / Proceso de pescado (Figura 10)
11. Proceso de compresor de aire-Kellogg proceso tradicional (Figura 11)
12. El amoniaco compresor de refrigeración de tren-Kellogg proceso tradicional (Figura 12)
13. Síntesis del compresor de gas de tren-Kellogg proceso tradicional (Figura 13)

BIBLIOGRAFIA

Catalytic Ammonia Synthesis

Fundamentals and Practice

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