Abastecimiento perfecto in situ Conceptos inteligentes para la generación de gas in situ
Índice:
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3
Gases industriales
4|5
Pureza y volumen según petición
6|7
Fraccionamiento criogénico del aire
8|9
Fraccionamiento no-criogénico del aire
10
Producción de hidrógeno
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Paso a paso para un suministro in situ
Gases industriales: tan importantes como el agua y la energía eléctrica El nitrógeno, oxígeno y argón están disponibles ilimitadamente debido debido a su presencia natural en la atmósfera. Estos y los gases nobles contenidos en el aire pueden obtenerse mediante procesos de fraccionamiento específicos. Los componentes no requeridos del proceso de fraccionamiento se devuelven a la atmósfera.
Cada gas tiene sus calidades de aplicación específicas El uso de los gases del aire y del hidrógeno es hoy en día tan natural como el del agua y de la energía eléctrica. El oxígeno se utiliza, por ejemplo, en el refinado del acero y es también imprescindible imprescindib le en la fabricación de vidrio y la tecnología medioambiental. medioambiental. Las características del nitrógeno se aprovechan, por ejemplo, para inertizaciones en la industria química, petroquímica y farmacéutica. El argón, gas noble obtenido del aire, juega un papel central en la producción de aceros finos y sirve como gas de barrido en la fabricación de semiconductores. El hidrógeno se aplica tanto para el recocido de aceros de alta aleación y piezas sinterizadas como para la oxireducción de metales fundidos. Además, se emplea como combustible eficiente para pulir vidrio.
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Planta de fraccionamie fraccionamiento nto de aire de Messer en Hungría Hungría
Pureza y volumen según requerimientos El uso de plantas on-site, que producen los gases “in situ”, es razonable si existe una continua alta demanda de gases industriales. Una planta onsite permite un suministro fiable y óptimo en cuanto a costes, asegurándolo por medio de sistemas de suministro de emergencia y con la ayuda de la logística de Messer. Los volúmenes y las purezas requeridas de los gases dependen principalmente del respectivo sector y las aplicaciones empleadas. empleadas. Por tanto, Messer ofrece a sus clientes un concepto de suministro hecho a medida que corresponde exactamente a los requerimie requerimientos ntos individuales.
Fundamentalmente existen dos grupos de procesos para separar el aire: el fraccionamiento criogénico y el no-criogén no-criogénico. ico.
Fraccionamiento criogénico del aire En las plantas de fraccionamiento criogénico del aire, los gases contenidos en el aire se separan según el principio de separación por rectificación a bajas temperaturas, aprovechando aprovechando las diferentes temperaturas de ebullición. Aparte de los dos componentes principales del aire, el nitrógeno y el oxígeno, pueden obtenerse también argón así como los gases nobles criptón y xenón en forma pura. 4
El principio de separación criogénica se aplica para los siguientes tipos de plantas: • Plantas de fraccionamiento de aire con fabricación de varios productos, productos, gran capacidad y licuación óptima • Generadores de nitrógeno CryoGAN • Generadores de oxígeno CryoGOX
Símbolo químico
Componente
Proporción volumétrica [%]
Nitrógeno
N2
78,08
Oxígeno
O2
20,95
Argón
Ar
0,93
Dióxido de carbono
CO2
0,035
Hidrógeno
H2
5
Neón
Ne
1,82 · 10 -3
Helio
He
5,2
Criptón
Kr
1,14 · 10-4
Xenón
Xe
8,7
Composición del aire
· 10-3
· 10-4
· 10 -6
Sobre la base de los procesos de fraccionamiento criogénicos y nocriogénicos, Messer ofrece plantas de fraccionamiento de aire con las siguientes capacidades nominales: Capacidad nominal Tipo de planta
Planta
Producto m³/h
O2
750 75 0 - 60.0 60.000 00+ + 25 - 2.0 2.000 00
N2, Ar
hasta 180.000
Gene Ge nera rado dore res s O2
Fraccionamiento no-criogénico del aire Los procesos no-criogénicos no-criogénicos para separar el aire funcionan según el principio de la adsorción por cambio de presión o se basan en la separación mediante membranas semipermeables. Existen los siguientes tipos de plantas: • Adsorción por cambio de presión (PSA) • Adsorción por cambio de presión al vacío (VPSA) • Membranas
t / dí a
2500 25 00 - 12.0 12.000 00 10 100 0 - 40 400 0
N2
200 - 5.000
10 - 100
PSA
N2
10 - 2.800
0,5 - 85
VPSA
O2
100 - 5.000
20 - 150
Membrana
N2
10 - 3.500
0,5 - 100
¿Cuál de estas plantas es la “mejor”? No hay contestación universal a esta pregunta. Más bien, debe comprobarse cuáles son los requerimientos requerimie ntos con respecto a la pureza y el volumen del gas así como el perfil de consumo. Sobre la base de los diagramas siguientes se puede hacer una primera selección del tipo de planta apropiado. Suministro de oxígeno Pureza100% 99% Botellas y Suministro bloques líquido
Plantas criogénicas de fraccionamiento de aire
93% Plantas VPSA/VSA
90% 1
10
100
1.000
10.000
m 3/h
Suministro de nitrógeno Pureza100%
99,9%
Botellas y Suministro bloques líquido
Plantas criogénicas de fraccionamiento de aire
Plantas PSA 99% Membranas
90%
Planta PSA para generar nitrógeno
1
10
100
1.000
10.000
m 3/h
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Las plantas criogénicas de fraccionamiento de aire garantizan un suministro flexible y seguro Planta de fraccionamiento de aire Para las industrias que consumen grandes volúmenes volúmene s de gases industriales (acero, petroquímica, refinerías) o que requieren un suministro de múltiples productos (oxígeno, nitrógeno y argón), el suministro se realiza habitualmente habitualmen te a través de una planta de fraccionamiento de aire. En caso de este tipo de planta, el aire se comprime primero a aproximadamente 6 bar. Después de eliminar sustancias indeseadas – principalmente dióxido de carbono y vapor de agua – en un tamiz molecular, el aire llega al intercambiadorr de calor donde es refrigerado intercambiado hasta licuarse. A continuación se fracciona en los diferentes componentes que se evaporan en contracorriente a las corrientes entrantes y se calientan casi a temperatura ambiente. ambiente. Opcionalmente, se pueden fabricar productos líquidos mediante la generación del frío a través de turbinas de expansión.
Técnica adaptada a las necesidades del cliente Messer ofrece una gama fiable y diversa de plantas de fraccionamiento de aire, con una capacidad de 25 hasta más de 2.000 toneladas métricas por día (referido a la capacidad de oxígeno), que brinda una alta flexibilidad.
Aire Oxígeno gas Turbina Nitrógeno gas Compresor
Argón
Columna de baja presión Columna de argón crudo
Nitrógeno líquido
Intercambiador de calor principal Refrigerador
Calentador de gas de regeneración (eléctrico o por vapor) Columna de alta presión
Tamiz molecular Adsorbedor
Gas de escape de la regeneración
Esquema de una planta de fraccionamiento de aire
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Oxígeno líquido
Nuestros llamados paquetes estándar comprenden comprend en todas las ventajas que resultan de nuestra experiencia técnica combinada con un diseño innovador de las instalaciones ofreciendo cortos plazos de entrega y bajos costes. En aquellos casos, donde una planta diseñada individualmente es la solución correcta, nuestro equipo de especialistas procurará que los requerimientos requerimie ntos en cuanto a las especificaciones y presiones del producto, producto, el caudal o la flexibilidad se cumplan de forma óptima. Messer también es el socio ideal si se trata de instalaciones para la producción de gases de alta pureza. Nuestras plantas de fraccionamiento de aire HIGH PURITY tienen una capacidad flexible con unos grados de pureza del 99,995% para oxígeno así como dentro del margen de ppb para nitrógeno y argón. También disponemos de licuadores para el suministro líquido al 100%, los cuales Messer construye con capacidades de hasta 600 toneladas métricas por día.
Generadores de nitrógeno CryoGAN – una solución especialmente económica El nitrógeno (N 2) es conocido por sus características de protección por lo que se aplica a menudo para la inertización si se requiere una atmósfera libre de oxígeno. A menudo, los consumidores medianos aplican el N2 como “gas de uso” en estado líquido enfocado a un suministro económico. Para cubrir la demanda de mayores cantidades de nitrógeno a bajo coste, Messer ha desarrollado el generador CryoGAN. En este caso se trata de una planta específica que produce nitrógeno y trabaja según el principio del fraccionamiento criogénico del aire. Messer desarrolla y construye los generadores CryoGAN en sus propias instalaciones. Están concebidos de forma modular y ofrecen una gama de capacidad de 200 hasta 5.000 N 3 /h.
Generadores de oxígeno CryoGOX – aire y costes comprimidos Con los generadores de oxígeno CryoGOX, Messer ha desarrollado un sistema de suministro de oxígeno económico, fiable, flexible y sencillo, por el cual se interesan diversas industrias (pulpa y papel, vidrio, cerámica, química y metalurgia). Estos generadores se basan también en el principio del fraccionamiento criogénico del aire, pero con compresión interna del producto. El oxígeno líquido sale de la columna de baja presión y es bombeado bajo presión por los intercambiadores intercambiado res de calor para refrigerar los gases del aire entrantes. El caudal de oxígeno gas resultante está a disposición del cliente a presiones de hasta 20 bar. Las principales ventajas de este concepto son que se puede prescindir de un costoso compresor de oxígeno, la alta pureza del oxígeno (99,6%) y la posibilidad de producir de forma económica oxígeno líquido para el almacenamien almacenamiento. to. Messer construye los generadores CryoGOX según los requerimientos del cliente. Capacidades de 100 a 400 toneladas métricas diarias cubren las principales aplicaciones industriales.
Las ventajas del fraccionamiento criogénico para el cliente • Alta pureza del oxígeno • Operación muy fiable • Bajo consumo de energía • Producción paralela de oxígeno líquido y nitrógeno líquido
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Plantas de fraccionamiento de aire no criogénicas para prácticamente cualquier demanda Messer ofrece una gama de tecnologías no criogénicas para todas las aplicaciones y procesos imaginables.
Plantas PSA – el aire es todo lo que se necesita El proceso PSA (Presume Swing Adsorption = adsorción por cambio de presión) se basa en las características físicas de adsorción en tamices moleculares especialmente especialmente tratadas. A fin de producir el nitrógeno y oxígeno de forma económica y con unos grados de pureza de hasta el 99,9% (nitrógeno) y 93% (oxígeno), las plantas PSA tan sólo requieren aire puro y seco. Este se comprime a hasta 10 bar, se limpia y a continuación se transporta por unos recipientes con tamices moleculares, las cuales, dependiendo del tipo de gas requerido, están rellenas o con tamices moleculares de carbono (CMS) o zeolita. El suministro continuo de nitrógeno y/o oxígeno es posible conmutando la corriente de gas. Mientras que un recipiente está en operación, el otro se regenera mediante una reducción de presión. Los componentes de gas no deseados se liberan y se devuelven a la atmósfera. Plantas VPSA – la producción de oxígeno puede ser económica El proceso VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption = adsorción por cambio de presión con vacío) representa una modificación del proceso PSA. Las plantas VPSA trabajan con un ventilador que produce una sobrepresión de aproximadamente aproximadame nte 1,5 bar y una bomba al vacío que opera durante el ciclo de regeneración. Por ello se reduce el consumo de energía.
Membrana
Plantas de membrana – nitrógeno a demanda El proceso de membrana aprovecha las diferentes velocidades de difusión de los gases del aire en su paso por una membrana polimérica. Para ello se filtra el aire atmosférico, se comprime hasta alcanzar la presión deseada, se seca y se pasa por un módulo de membrana. Los componentes del aire con mayor velocidad de difusión (O2 y CO2) penetran en las fibras de la membrana polimérica más rápido formando una corriente de nitrógeno como producto primario. La pureza del caudal de nitrógeno gas depende de la velocidad de flujo por el módulo de membrana, pudiéndose pudiéndose alcanzar valores del 93 hasta el 99,5 % y más en caso de una operación eficiente.
Suministro de seguridad fiable El suministro garantizado en caso de emergencia es el punto clave en cada concepto de suministro in situ y da seguridad al consumidor también en caso de paro por mantenimiento, corte de energía eléctrica y otros acontecimientos imprevistos en cuanto al suministro de gases. Basándose en nuestra logística gestionada regionalmente, con coordinación centralizada en toda Europa, se garantiza que se suministre de forma fiable a cada uno de los clientes con gases técnicos a pesar de las paradas previstas e imprevistas.
Sistema de suministro de emergencia
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Las ventajas del fraccionamiento no criogénico del aire para el cliente:
Compre Com presor sor de air aire e
Amortig Amo rtiguad uador or Un id ida d de f ilil tr tr ac ac ió ión
• Bajos costes – debido al bajo consumo de energía eléctrica • Fiabilidad – especialmente las plantas de membrana con muy pocas piezas movibles posibilitan posibilitan una una operación prácticamente sin mantenimiento mantenimiento • Nitrógeno/oxígeno según necesidad – un arranque rápido y una operación sencilla permiten permiten al cliente cliente aplicar el gas como fuente de procesos • Plantas modulares – transportables y ocupan poco espacio • Seguridad – debido a las bajas temperaturas de de operación operación
R eg egu la lad or or
Secador por frío Caudalímetro
Diafrágma
Almacén de proceso Válvula de retroceso
TMC
Tamiz molecular de TMC carbono
Nitrógeno para el cliente
Esquema de flujo de una planta PSA
Compresor de aire
AmortiguadorUnidad Amortiguador Unidad de filltración
Ventajas comunes: flexibilidad y rentabilidad Todos los procesos no criogénicos indicados (PSA, VPSA, membrana) distinguen por la alta flexibilidad en su aplicación. Además, ofrecen mucho potencial en cuanto a rentabilidad, el cual se aprovechará de forma óptima gracias al asesoramiento de los especialistas de Messer, y basándose en la pureza y el caudal necesarios.
Calefactor Módulo1 - n
Secador por frío
Atmósfera
Caudalímetro Válvula de producto
Amortiguador de nitrógeno (opcional)
Válvula de control de oxígeno
Analítica Válvula gas de escape
Válvula de entrada de aire
Atmósfera Nitrógeno para el cliente
Esquema de flujo de una memebrana de nitrógeno
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La producción de hidrógeno – tan individual como sus usuarios Para la producción de hidrógeno y gases de síntesis (Singas), Messer ofrece toda una gama de tecnologías, dependiendo la selección del proceso óptimo de diferentes factores, entre los cuales figuran entre otros la aplicación, pureza y el caudal requeridos. Los técnicos de Messer estarán encantados de asesorarle al respecto.
Electrólisis, reformadores de vapor o PSA – una cuestión de la demanda del cliente Para clientes con un consumo menor de hidrógeno o los que dispongan de materias primas alternativas in situ, Messer ofrece las plantas de electrólisis para producir hidrógeno con una capacidad de 0,5 hasta 100 Nm 3 /h. Estas plantas, diseñadas individualmente por Messer, cuentan con módulos que ofrecen máxima flexibilidad en cuanto al diseño o posibles ampliaciones. Los grados de pureza alcanzables del hidrógeno ascienden al 99,9% y más. Con ello cumplen los altos requerimientos de pureza de la industria alimentaria, electrónica y química. Los reformadores de vapor usan gas natural como materia prima y pueden emplearse tanto para pequeñas como para grandes plantas de hidrógeno. En caso del llamado proceso de reformado de vapor, la materia prima se mezcla con vapor del proceso, se calienta a aproximadamente 480º C y se fracciona en el reformador mediante un catalizador basado en níquel. En el reactor CO-Shift, donde se produce una reacción de monóxido de carbono (CO) con H2O para formar H2 y CO2 (conversión catalítica), el contenido de hidrógeno en el gas reformado sigue aumentando.
Planta de hidrógeno de 2.000 Nm 3 /h
Posteriormente se refrigera el gas rico en Posteriormente hidrógeno hidrógen o en varios pasos y se separan los condensados. El hidrógeno es purificado finalmente en una unidad PSA multilecho. Sale de la unidad PSA con 15 a 30 bar y un grado de pureza de hasta 99,9995 %. Para empresas que ya disponen de un suministro de hidrógeno, pero que requieren unos grados de pureza superiores para aplicaciones posteriores, Messer puede suministrar plantas PSA de hidrógeno como unidades por separado. Absorben el caudal de gas rico en hidrógeno produciendo hidrógeno de alta pureza (>99,999 %). La planta PSA de hidrógeno puede integrarse en el sistema de control ya existente del cliente y trabaja totalmente automática. El número de lechos de adsorción (tanques) depende de la producción de H2. El producto hidrógeno resultante dispone de valores constantes de caudal, presión y temperatura.
Generación de hidrógeno por reformación de vapor
Vapor de exportación Vapor de proceso
Batería de vapor Gas de combustión
Gas natural
Desulfura-
Conversión de CO
ción
Gas combustión
Adsorción por cambio de presión
Reformador de vapor Hidrógeno
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Caldera de vapor
Refrigerador Compresor de hidrógeno Agua para caldera
Paso a paso para un suministro in situ Los requerimientos de un suministro con gases técnicos dependen principalmente del respectivo sector y las tecnologías de aplicación empleadas. empleadas. A fin de poder ofrecer unos conceptos de suministro que corresponden exactamente al tipo de gas, así como a la cantidad y calidad requeridos, requerido s, Messer ha desarrollado una lista de prioridades para proyectar un suministro in situ: 1. Proceso tecnológico del cliente. 2. Parámetros del proceso: entre otros, tipo de gas, presión, presión, pureza, pureza, grado grado de de automatización, automatización, período de servici servicio, o, perfiles de consumo. 3. Valoración primera/ factibilidad del proyecto en cuanto a la tecnología de generación del gas, consumo de energía, coste del gas, instalaciones de suministr suministro o de emergencia, reflexión con respecto a la seguridad. 4. Modelación del proceso por ordenador para simular los conceptos técnicos 5. Análisis de fiabilidad para garantizar períodos de servicio eficientes y sin interrupcion interrupciones. es. 6. Preparación de la oferta y presentación de la misma para el concepto de suministro 7. Aceptación del concepto de suministro 8. Instalación y puesta en marcha de la planta.
Planta PSA para la producción de hidrógeno
Nuestro objetivo: su concepto individualizado de suministro El objetivo de Messer en el área del suministro in situ está claramente definido. Contiguo Contiguo al terreno del cliente, operamos instalaciones hechas a medida según la respectiva demanda de gas. De esta manera, el cliente puede utilizar los gases requeridos requerido s tan fácilmente como la “corriente eléctrica de la toma de corriente”. La base para tal suministro es el correspondiente contrato de suministro de gases técnicos. Como alternativa, el cliente puede adquirir una planta on-site para operarla directamente. Además es posible contratar a Messer para operar la planta. La venta de la planta se realiza través de Cryogenic Engineering – una compañía formada por una joint venture entre la alemana Messer Group GmbH y el fabricante chino de plantas de fraccionamiento de aire Hangzhou Hangyang Co. Ltd. Regímenes de marcha y seguridad siempre supervisados Mientras que las grandes plantas de fraccionamiento de aire son operadas con operarios propios, las plantas más pequeñas se operan a menudo sin personal completamente automatizadas. Para la operación y supervisión de dichas plantas, Messer ha instalado el Centro Europeo de Control (CEC) en Budapest. A través de un sistema de transmisión de datos está conectado con cada una de las plantas y por lo tanto supervisa los principales datos de operación y todos los avisos de alarma. En caso de irregularidades en la operación, el CEC dispone que aquel personal de Messer, que esté disponible dentro de poco tiempo in situ, elimine el fallo. Desde el centro de control en Budapest se supervisan todas las plantas a distancia
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Una base sólida Messer Group GmbH es una de las compañías líderes de gases industriales en Europa y China. La compañía opera plantas de fraccionamiento de aire para la producción de líquidos líquidos y el suministro a grandes clientes de la industria del acero, química y petroquímica. El oxígeno, nitrógeno y argón líquidos figuran entre los productos con mayor demanda.
Messer está presente en más de 30 países en Europa y Asia así como en Perú con más de 60 compañías operativas. Las actividades internacionales se dirigen desde el área de Frankfurt am Main. Las funciones técnicas centrales, incluyendo logística, ingeniería y producción así como las tecnologías de aplicación se gestionan desde Krefeld.
Messer cuenta con más de 100 años de experiencia en el diseño y la operación de plantas de fraccionamiento de aire y sigue consolidando esta ventaja competitiva. Las plantas construidas y operadas por Messer se consideran en todo el mundo como vanguardistas en cuanto a su diseño, calidad de ejecución y fiabilidad.
Messer es la mayor empresa de gases industriales dirigida por sus propietarios y emplea a unos 4.700 colaboradores.
Messer Ibérica de Gases, S.A. Autovía Tarragona-Salou, km.3,8 E-43480 Vilaseca (Tarragona) Tel. +34 977 309 500 Fax +34 977 309 501
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