Química industrial ii prof. ronald márquez capítulo 4 nitrógeno – producción de gas de síntesis 1.4. nitrógeno – producción de gas de síntesis

1.4.1. Producción de nitrógeno

Figura 38 Diagrama de flujo de un separador criogénico de aire para producción de nitrogeno gaseoso y líquido. Proceso de doble columna a) Filtro de aire; b) Compresor de aire; c1, c2) Enfriador de aire; d) Scrubber o eliminador de neblina; e) Adsorbedor; f) Calentador; g) Intercambiador de calor; h) Turbina de expansión; i) Columnas de rectificación (i1) Columnade alta presión; (i2) Columna de baja presión; k) Evaporador/condensador; l) Subenfriador

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Figura 39 Usos del gas de síntesis

1.4.2. Producción de gas de síntesis 1.4.2.1. Composición
Es una mezcla de H2 + N2 (para la síntesis de amoniaco) o H2 + CO (para la síntesis de CH3OH)

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Prof. Ronald Márquez1.4.2.2. Producción
Se obtiene a través de la oxidación parcial de metano:

La reacción total es producida en una llama a 1300-1400ºC y P=60-80atm, con un tiempo de residencia de 2-5 seg. La reacción exotérmica (2) provee de calor para las reacciones endotérmicas 3 y 4

1.4.3. Reformado con vapor de hidrocarburos
Esencialmente envuelve la reducción de H2O por un hidrocarburo para producir H2+ CO El proceso total comprende una secuencia de reacciones catalíticas separadas: 1. Desulfuración (Remoción de los compuestos con S) 2. Reformado con vapor primario (Produce H2 + CO2 + CH4 que no ha reaccionado) 3. Reformado con vapor secundario (Remueve CH4, adiciona N2 o O2) 4. Reacción de Shift del Gas de Agua a alta T (Ajusta la relación H2/CO o remueve CO) 5. Reacción de Shift del Gas deAgua a baja T (Ajusta la relación H2/CO o remueve CO) 6. Metanación (Remueve CO)

1. Purificación de la alimentación de HC – Desulfuración y desclorificación
Los compuestos de azufre son convertidos en H2S por hidrodesulfuración (HDS), usando catalizador Co-Mo/Al2O3 a 300-400ºC y 35-70 atm:

El H2S producido por la reacción HDS es removido hasta < 10 ppm por “scrubbing” con adsorbente, comoZnO:

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2. Reformado con vapor primario

Tan rápido como el CO y el H2 son producidos, ellos establecen un equilibrio de concentraciones de CO, H2, CH4, CO2, y H2O, de acuerdo al equilibrio para la metanación y la reacción de Shift:

Consideraciones Termodinámicas: 1. Debido a que el proceso global de reformado con vapor es muy endotérmicoy el equilibrio favorece el avance de la reacción a alta T y baja P. 2. La conversión del CH4 es favorecida por una alta relación de reactivos H2O : CH4 y alta T. 3. La reacción de Shift del gas de agua poco exotérmica es favorecida por baja T y una alta relación de reactivos H2O : CH4. 4. Debido a que las condiciones termodinámicas para máxima generación de hidrógeno de CH4 y CO son opuestas, elproceso total es diseñado con diferentes etapas 5. Tabla 5 Reformado con vapor de hidrocarburos: etapas del proceso, reacciones y catalizador ,

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Figura 40 Reformador Primario para la producción de Hidrógeno y CO (Solutia Inc. Luling, EE.UU.)

Figura 41 Especies químicas presentes al equilibrio durante el proceso de reformado con vapor enfunción de la temperatura (base 1 kmol de CH4 y 1 kmol de H2O iniciales)

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Figura 43 Concentraciones al equilibrio de (a) CH4, (b) CO y (c) CO2 en función de la temperatura, presión, y relación vapor:carbono para reformado con vapor de metano; (d) Composición al equilibrio de gas seco con respecto a la temperatura durante el reformado convapor de n-heptano a 29,6 atm, H2O:C = 4 mol/mol

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Mecanismo de reformado con vapor: La reacción 6.13 involucra la adsorción de agua en la superficie del metal, promotores y soporte – pero principalmente sobre los últimos dos componentes: el oxígeno es adsorbido sobre la superficie del promotor o soporte luego difunde sobre la superficie del...