Produção de amoníaco e sua optimização

Abstract

Com este trabalho pretendeu-se estudar o estado da arte de produção de amoníaco que é uma matéria-prima importante para a produção de fertilizantes nitrogenados e é usado frequentemente em sistemas de refrigeração industrial. A sua obtenção via reacção catalítica em meio gasoso baseado no processo Haber-Bosch é o método mais utilizado. Com base nos dados recolhidos e diagramas de processos relativos à produção de amoníaco foi desenvolvido uma folha de simulação que permitiu estudar os parâmetros processuais e identificar as melhores condições de operação permitindo avaliar as condições óptimas de produção de um reactor de síntese de amoníaco. Para isso, consideramos o estudo de um reactor tubular, adiabático, para a produção de 656,4 t/dia de amoníaco, a partir do hidrogénio proveniente do steam reforming e do azoto proveniente do ar, na presença de um catalisador à base de ferro, com uma alimentação de 5055 mol/s. As simulações efectuadas consideraram as condições para optimizar a produção em função das variáveis do processo (Temperatura da alimentação 423K e Pressão operatória 200 atm), para isso, optou-se por uma configuração com um reactor de dois leitos e um permutador de calor acoplado. Assim, há aproveitamento da energia libertada na reacção para aquecimento da fracção da alimentação, a uma temperatura tal que aumente a velocidade de reacção. Obtiveram-se melhores rendimentos quando o primeiro leito é mais pequeno do que o segundo, a razão molar H2/N2 é de 2,3, a fracção pré-aquecida é 0,85 e o tamanho das partículas do catalisador 6 mm. A perda de carga e o factor de eficácia, para um leito fixo adiabático, é de 15,27 atm e de cerca 35%, respectivamente. Na síntese do amoníaco a perda de carga e o factor de eficácia não são desprezáveis, pois há uma diminuição significativa da produção. Com a configuração de dois leitos com permutador, com fracção pré-aquecida de 0,71, com 7,9% de inertes, verificase uma melhoria no grau de conversão de hidrogénio de 15,4 para 17,30%.

ABSTRACT: This work was intended to examine the state of the art of ammonia production which is an important raw material for the production of nitrogenous fertilizers and is often used in industrial refrigeration systems. Its acquisition by catalytic reaction in the midst gas based on the Haber-Bosch process is the most used method. Based on the collected data and diagrams of processes related to the production of ammonia it was developed a sheet of simulation which allowed studying the process parameters and identify best operating conditions allowing assess the optimal conditions for producing ammonia in a synthesis reactor. For this, it was considered the study of a tubular reactor, adiabatic, for the production of 656.4 tonnes per day of ammonia, from steam reforming hydrogen and nitrogen from the air, in the presence of a iron catalyst, feeding 5055 mol / s, of syntheses gas. The simulations considered the conditions to optimise the production function of variables in the process (FeedTemp= 423 K; Operation Pressure = 200 atm), this way, it was decided to a set with a reactor for two beds and a heat exchanger attached. Thus, there is energy released in reaction to heating of the fraction of feeding at a temperature that will increase the speed of reaction. There were better performances when the first bed is smaller than the second, the H2/N2 molar ratio is 2.3, the pre-heated proportion is 0.85 with 6mm size catalyst particles. The loss of load factor and efficiency factor, for a fixed bed adiabatic, was 15.27 atm and about 35%, respectively. In the synthesis of ammonia the loss of load factor and effectiveness factor are not negligible, because there is a significant reduction in production. With two beds and heat exchanger configuration , setting 0.71 pre-warmed fraction , and 7.9% of inerts, there is an improvement in the degree of conversion of hydrogen from 15.4 to 17.30%.