Plantas on-site

Abastecimiento perfecto
in situ
Conceptos inteligentes para la
generación de gas in situ
Índice:
2
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
11
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 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 en la fabricación de vidrio y la
tecnología 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.
3
Planta de fraccionamiento de aire de Messer en 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. Por tanto,
Messer ofrece a sus clientes un concepto de
suministro hecho a medida que corresponde
exactamente a los requerimientos individuales.
Fundamentalmente existen dos grupos de
procesos para separar el aire: el fraccionamiento
criogénico y el no-criogénico.
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 las diferentes temperaturas de ebullición. Aparte de los dos
componentes principales del aire, el nitrógeno y
el oxígeno, puede obtenerse también argón así
como los gases nobles criptón y xenón en forma
pura.
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El principio de separación criogénica se aplica
para los siguientes tipos de plantas:
• Plantas de fraccionamiento de aire con fabricación de varios 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 - 60.000+ 25 - 2.000
N2, Ar
hasta 180.000
Generadores O2
Fraccionamiento no-criogénico del aire
Los procesos 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/día
2500 - 12.000 100 - 400
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 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
m3/h
Suministro de nitrógeno
Pureza100%
Botellas y Suministro
bloques
líquido
99,9%
Plantas criogénicas
de fraccionamiento
de aire
Plantas PSA
99%
Membranas
90%
Planta PSA para generar nitrógeno
1
10
100
1.000
10.000
m3/h
5
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 de gases industriales (acero,
petroquímica, refinerías) o que requieren un
suministro de múltiples productos (oxígeno,
nitrógeno y argón), el suministro se realiza
habitualmente 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
intercambiador de calor donde es refrigerado
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.
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
Compresor
Turbina
Nitrógeno gas
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
6
Oxígeno líquido
Nuestros llamados paquetes estándar
comprenden 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 en cuanto a las especificaciones y
presiones del 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 (N2) 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 N3/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 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 almacenamiento.
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
7
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 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 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 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:
Compresor de aire
Amortiguador Unidad de filtración
• Bajos costes – debido al bajo
consumo de energía eléctrica
• Fiabilidad – especialmente las plantas
de membrana con muy pocas piezas
movibles posibilitan una operación
prácticamente sin mantenimiento
• Nitrógeno/oxígeno según necesidad –
un arranque rápido y una operación
sencilla permiten al cliente aplicar el
gas como fuente de procesos
• Plantas modulares – transportables y
ocupan poco espacio
• Seguridad – debido a las bajas temperaturas de operación
Regulador
Secador por frío
Caudalímetro
Diafragma
Almacén
de proceso
Válvula de retroceso
TMC
Tamiz
molecular
TMC
de carbono
Nitrógeno para el cliente
Esquema de flujo de una planta PSA
Compresor de aire
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
Secador por frío
Atmósfera
Caudalímetro Válvula de
producto
Amortiguador
de nitrógeno
(opcional)
Módulo1 - n
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 membrana de nitrógeno
9
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 Nm3/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 Nm3/h
Posteriormente se refrigera el gas rico en
hidrógeno 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
Desulfuración
Gas combustión
Adsorción
por cambio de
presión
Conversión de
CO
Reformador de vapor
Hidrógeno
10
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.
A fin de poder ofrecer unos conceptos de
suministro que corresponden exactamente al tipo
de gas, así como a la cantidad y calidad
requeridos, 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, pureza, grado de automatización,
período de servicio, 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 suministro 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 interrupciones
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 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 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 asegura
que el personal de Messer esté disponible en un
corto plazo de tiempo in situ para eliminar 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 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
[email protected]
www.messer.es