Las temperaturas extremas y la alta concentración de hidrógeno en los reactores de oxidación parcial (POX) crean un entorno difícil para los instrumentos de medición, incluido el termopar, que no están equipados para hacer frente a estos desafíos.
La oxidación parcial (POX), el proceso inicial de transformación de la materia prima de hidrocarburos crudos en componentes de mayor valor, requiere temperaturas muy altas y produce un calor considerable. Junto con los medios difíciles presentes en las unidades de proceso, como el hidrógeno, este entorno extremo reduce en gran medida la vida útil de la mayoría de los instrumentos de medición, incluido el termopar.
Uso del termopar: descripción de la tecnología de una planta de oxidación parcial
La mayoría de las plantas POX utilizan un proceso integrado para la generación de gas de síntesis (syngas), seguido de la purificación de los compuestos resultantes.
Paso 1: oxidación parcial
La oxidación parcial (POX), también llamada gasificación, es el proceso en el que el combustible de alimentación -metano, aceite residual, carbón pulverizado u otro hidrocarburo- reacciona exotérmicamente en presencia de una pequeña cantidad de oxígeno. Como la combustión es intencionadamente incompleta, el POX produce un gas que contiene hidrógeno y monóxido de carbono. La siguiente es la reacción general de POX utilizando metano como materia prima:
CH4 + ½O2 -> CO + 2H2 (+ calor)
El syngas (gas de síntesis) resultante contiene productos útiles. Por ejemplo, el hidrógeno inyectado en la mezcla de aire y combustible de un motor diésel da lugar a una combustión más completa, lo que significa una mayor eficiencia del combustible y menos emisiones. El hidrógeno también se utiliza como combustible. El monóxido de carbono es fundamental en la fabricación de metales y otras materias primas, productos químicos y petroquímicos, productos farmacéuticos y semiconductores. Si la reacción POX utiliza aire en lugar de O2 puro, el syngas resultante también contendrá N2, CO2, etc. Si la materia prima contiene azufre, el H2S (sulfuro de hidrógeno) y otros compuestos de azufre también estarán presentes en el gas de síntesis.
Hay dos tipos de oxidación parcial.
- La oxidación parcial térmica (TPOX) requiere al menos 1200°C (2192°F) para una reacción.
- La oxidación parcial catalítica (CPOX) sólo necesita 800-900°C (1472-1652°F) porque un catalizador potencia la reacción química..
El tipo de POX utilizado depende en gran medida de la cantidad de azufre del combustible. Si su contenido de azufre es superior a 50 ppm (0,005%), envenenaría el catalizador durante el CPOX; por lo tanto, el CPOX no se recomienda para materias primas con alto contenido de azufre. Por otra parte, las altas temperaturas necesarias para el TPOX hacen que los equipos e instrumentos de medición tengan normalmente una vida útil más corta.
Aunque el gas de síntesis podría utilizarse como combustible, su función principal es servir como recurso intermedio en la producción de amoníaco (para fertilizantes), metanol y otros componentes valiosos. Y este proceso requiere el enriquecimiento del syngas mediante una reacción de cambio de gas a agua u otro método.
Paso 2: reacción de cambio de gas a agua
Una parte del gas de síntesis caliente, al salir del generador POX, se desvía para generar el vapor de alta presión necesario para la reacción de cambio de gas a agua (WGSR – WGSR – water-gas shift reaction), mientras que el resto se enfría en un baño de agua y se utiliza como materia prima en este segundo paso. Durante la WGSR, el monóxido de carbono del gas de síntesis enfriado se combina con el agua en presencia de un catalizador a base de cobre para producir dióxido de carbono y más hidrógeno.
CO + H2O <-> CO2 + H2 (+ algo de calor)
Paso 3: purificación y separación del gas de síntesis
Antes de poder utilizar el hidrógeno y el dióxido de carbono, es necesario realizar una purificación y una separación adicionales. Estos procesos se basan en una serie de membranas, tamices moleculares y lavados de gases ácidos.
Para obtener más información sobre el termopar WIKA, visite nuestro sitio web.
No dude en ponerse en contacto con nosotros para obtener más información.
Lea también el siguiente artículo del Blog:
“Calibraciones de temperatura: termopares vs. termorresistencias”