Abastecimiento perfectoin situConceptos inteligentes para lageneración de gas in situ

Índice:

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

2

El nitrógeno, oxígeno y argón están disponiblesilimitadamente debido a su presencia natural enla atmósfera. Estos y los gases noblescontenidos en el aire pueden obtenersemediante procesos de fraccionamientoespecíficos. Los componentes no requeridos delproceso de fraccionamiento se devuelven a laatmósfera.

Cada gas tiene sus calidades de aplicaciónespecíficasEl uso de los gases del aire y del hidrógeno eshoy en día tan natural como el del agua y de laenergía eléctrica. El oxígeno se utiliza, porejemplo, en el refinado del acero y es también imprescindible en la fabricación de vidrio y latecnología medioambiental. Las característicasdel nitrógeno se aprovechan, por ejemplo, parainertizaciones en la industria química, petro-química y farmacéutica. El argón, gas nobleobtenido del aire, juega un papel central en laproducción de aceros finos y sirve como gas debarrido en la fabricación de semiconductores.

El hidrógeno se aplica tanto para el recocido deaceros de alta aleación y piezas sinterizadascomo para la oxireducción de metales fundidos.Además, se emplea como combustible eficientepara pulir vidrio.

Gases industriales: tan importantescomo el agua y la energía eléctrica

3

Pureza y volumen según requerimientos

El uso de plantas on-site, que producen los gases“in situ”, es razonable si existe una continua altademanda de gases industriales. Una planta on-site permite un suministro fiable y óptimo encuanto a costes, asegurándolo por mediode sistemas de suministro de emergencia y conla ayuda de la logística de Messer.

Los volúmenes y las purezas requeridas de losgases dependen principalmente del respectivosector y las aplicaciones empleadas. Por tanto,Messer ofrece a sus clientes un concepto desuministro hecho a medida que correspondeexactamente a los requerimientos individuales.

Fundamentalmente existen dos grupos deprocesos para separar el aire: el fraccionamientocriogénico y el no-criogénico.

Fraccionamiento criogénico del aireEn las plantas de fraccionamiento criogénico delaire, los gases contenidos en el aire se separansegún el principio de separación por rectificacióna bajas temperaturas, aprovechando las diferen-tes temperaturas de ebullición. Aparte de los doscomponentes principales del aire, el nitrógeno yel oxígeno, pueden obtenerse también argón asícomo los gases nobles criptón y xenón en formapura.

El principio de separación criogénica se aplicapara los siguientes tipos de plantas:• Plantas de fraccionamiento de aire con fabri-  cación de varios productos, gran capacidad y  licuación óptima• Generadores de nitrógeno CryoGAN• Generadores de oxígeno CryoGOX

Componente Símboloquímico

Proporciónvolumétrica [%]

Nitrógeno N2 78,08

Oxígeno O2 20,95

Argón Ar 0,93

Dióxido decarbono CO2 0,035

Hidrógeno H2 5 · 10-3

Neón Ne 1,82 · 10-3

Helio He 5,2 · 10-4

Criptón Kr 1,14 · 10-4

Xenón Xe 8,7 · 10-6

Planta de  fraccionamiento de aire de Messer en Hungría

Composición del aire

4

Fraccionamiento no-criogénico del aireLos procesos no-criogénicos para separar el airefuncionan según el principio de la adsorción porcambio de presión o se basan en la separaciónmediante membranas semipermeables.

Existen los siguientes tipos de plantas:• Adsorción por cambio de presión (PSA)• Adsorción por cambio de presión al vacío  (VPSA)• Membranas

Sobre la base de los procesos defraccionamiento criogénicos y no-criogénicos, Messer ofrece plantas defraccionamiento de aire con las siguientescapacidades nominales:

Capacidad nominal

Tipo deplanta

Producto m³/h t/día

Planta O2 750 - 60.000+ 25 - 2.000

N2, Ar hasta 180.000

Generadores O2 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 losrequerimientos con respecto a la pureza y elvolumen del gas así como el perfil de consumo.Sobre la base de los diagramas siguientes sepuede hacer una primera selección del tipo deplanta apropiado.

5

Planta PSA para generar nitrógeno

Pureza100%99%

93%

90%

1                    10                  100            1.000             10.000        m3/h

1                    10                100                  1.000          10.000       m3/h

Pureza100%

99,9%

99%

90%

Botellas ybloques

Botellas ybloques

Suministrolíquido

Suministro de oxígeno

Suministro de nitrógeno

Suministrolíquido

Plantas criogénicasde fraccionamientode aire

Plantas criogénicasde fraccionamientode aire

Plantas VPSA/VSA

Membranas

Plantas PSA

Las plantas criogénicas de frac-cionamiento de aire garantizan unsuministro flexible y seguro

Planta de fraccionamiento de airePara las industrias que consumen grandesvolúmenes de gases industriales (acero,petroquímica, refinerías) o que requieren unsuministro de múltiples productos (oxígeno,nitrógeno y argón), el suministro se realizahabitualmente a través de una planta defraccionamiento de aire.

En caso de este tipo de planta, el aire secomprime primero a aproximadamente 6 bar.Después de eliminar sustancias indeseadas –principalmente dióxido de carbono y vapor deagua – en un tamiz molecular, el aire llega alintercambiador de calor donde es refrigeradohasta licuarse. A continuación se fracciona en losdiferentes componentes que se evaporan encontracorriente a las corrientes entrantes y secalientan casi a temperatura ambiente.Opcionalmente, se pueden fabricar productoslíquidos mediante la generación del frío a travésde turbinas de expansión.

Técnica adaptada a las necesidades del clienteMesser ofrece una gama fiable y diversa deplantas de fraccionamiento de aire, con unacapacidad de 25 hasta más de 2.000 toneladasmétricas por día (referido a la capacidad deoxígeno), que brinda una alta flexibilidad.

Esquema de una planta de fraccionamiento de aire

6

Compresor

Oxígeno gas

Nitrógeno gas

Calentador de gas deregeneración (eléctrico o

por vapor)

Tamiz molecularAdsorbedor

Aire

Intercambiadorde calor principal

Gas de escapede la regeneración

TurbinaColumnade bajapresión

Columnade argón crudo

Columnade altapresión

Argón

Nitrógenolíquido

Oxígeno líquidoRefrigerador

Nuestros llamados paquetes estándar comprenden todas las ventajas que resultan denuestra experiencia técnica combinada con undiseño innovador de las instalaciones ofreciendocortos plazos de entrega y bajos costes. Enaquellos casos, donde una planta diseñadaindividualmente es la solución correcta, nuestroequipo de especialistas procurará que losrequerimientos en cuanto a las especificaciones ypresiones del producto, el caudal o la flexibilidadse cumplan de forma óptima.

Messer también es el socio ideal si se trata deinstalaciones para la producción de gases dealta pureza. Nuestras plantas de fraccionamientode aire HIGH PURITY tienen una capacidadflexible con unos grados de pureza del 99,995%para oxígeno así como dentro del margen de ppbpara nitrógeno y argón.

También disponemos de licuadores para elsuministro líquido al 100%, los cuales Messer construye con capacidades de hasta 600toneladas métricas por día.

Generadores de nitrógeno CryoGAN – unasolución especialmente económicaEl nitrógeno (N2) es conocido por sus caracterís-ticas de protección por lo que se aplica a menudopara la inertización si se requiere una atmósferalibre de oxígeno. A menudo, los consumidoresmedianos aplican el N2 como “gas de uso” enestado líquido enfocado a un suministroeconómico.

Para cubrir la demanda de mayores cantidades denitrógeno a bajo coste, Messer ha desarrollado elgenerador CryoGAN. En este caso se trata deuna planta específica que produce nitrógeno ytrabaja según el principio del fraccionamientocriogénico del aire.

Messer desarrolla y construye los generadoresCryoGAN en sus propias instalaciones. Estánconcebidos de forma modular y ofrecen unagama de capacidad de 200 hasta 5.000 N3/h.

Generadores de oxígeno CryoGOX – aire ycostes comprimidosCon los generadores de oxígeno CryoGOX,Messer ha desarrollado un sistema desuministro de oxígeno económico, fiable, flexibley sencillo, por el cual se interesan diversasindustrias (pulpa y papel, vidrio, cerámica,química y metalurgia).

Estos generadores se basan también en elprincipio del fraccionamiento criogénico del aire,pero con compresión interna del producto. Eloxígeno líquido sale de la columna de bajapresión y es bombeado bajo presión por losintercambiadores de calor para refrigerar losgases del aire entrantes. El caudal de oxígenogas resultante está a disposición del cliente apresiones de hasta 20 bar. Las principalesventajas de este concepto son que se puedeprescindir de un costoso compresor de oxígeno,la alta pureza del oxígeno (99,6%) y la posibilidadde producir de forma económica oxígeno líquidopara el almacenamiento.

Messer construye los generadores CryoGOXsegún los requerimientos del cliente.Capacidades de 100 a 400 toneladas métricasdiarias cubren las principales aplicacionesindustriales.

Las ventajas del fraccionamiento criogénicopara 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 aireno criogénicas para prácticamentecualquier demanda

Messer ofrece una gama de tecnologías nocriogénicas para todas las aplicaciones yprocesos imaginables.

Plantas PSA – el aire es todo lo que se necesitaEl proceso PSA (Presume Swing Adsorption =adsorción por cambio de presión) se basa en lascaracterísticas físicas de adsorción en tamicesmoleculares especialmente tratadas. A fin deproducir el nitrógeno y oxígeno de formaeconómica y con unos grados de pureza de hastael 99,9% (nitrógeno) y 93% (oxígeno), las plantasPSA tan sólo requieren aire puro y seco. Este secomprime a hasta 10 bar, se limpia y acontinuación se transporta por unos recipientescon tamices moleculares, las cuales,dependiendo del tipo de gas requerido, estánrellenas o con tamices moleculares de carbono(CMS) o zeolita. El suministro continuo denitrógeno y/o oxígeno es posible conmutando lacorriente de gas. Mientras que un recipiente estáen operación, el otro se regenera mediante unareducción de presión. Los componentes de gasno deseados se liberan y se devuelven a laatmósfera.

Plantas VPSA – la producción de oxígenopuede ser económicaEl proceso VPSA (Vacuum Pressure SwingAdsorption = adsorción por cambio de presióncon vacío) representa una modificación delproceso PSA. Las plantas VPSA trabajan con unventilador que produce una sobrepresión deaproximadamente 1,5 bar y una bomba al vacíoque opera durante el ciclo de regeneración. Porello se reduce el consumo de energía.

Membrana

Plantas de membrana – nitrógeno a demandaEl proceso de membrana aprovecha las diferen-tes velocidades de difusión de los gases del aireen su paso por una membrana polimérica. Paraello se filtra el aire atmosférico, se comprimehasta alcanzar la presión deseada, se seca y sepasa por un módulo de membrana. Loscomponentes del aire con mayor velocidad dedifusión (O2 y CO2) penetran en las fibras de lamembrana polimérica más rápido formando unacorriente de nitrógeno como producto primario.La pureza del caudal de nitrógeno gas dependede la velocidad de flujo por el módulo demembrana, pudiéndose alcanzar valores del 93hasta el 99,5 % y más en caso de una operacióneficiente.

Sistema de suministro de emergencia

Suministro de seguridad fiableEl suministro garantizado en caso de emergencia esel punto clave en cada concepto de suministro in situy da seguridad al consumidor también en caso deparo por mantenimiento, corte de energía eléctrica yotros acontecimientos imprevistos en cuanto alsuministro de gases. Basándose en nuestra logísticagestionada regionalmente, con coordinacióncentralizada en toda Europa, se garantiza que sesuministre de forma fiable a cada uno de los clientescon gases técnicos a pesar de las paradas previstase imprevistas.

8

Esquema de flujo de una memebrana de nitrógeno

Esquema de flujo de una planta PSA

Las ventajas del fraccionamiento nocriogénico del aire para el cliente:

• 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 tempe-  raturas de operación

Ventajas comunes: flexibilidad yrentabilidadTodos los procesos no criogénicosindicados  (PSA, VPSA, membrana)distinguen por la alta flexibilidad en suaplicación. Además, ofrecen muchopotencial en cuanto a rentabilidad, el cualse aprovechará de forma óptima gracias alasesoramiento de los especialistas deMesser, y basándose en la pureza y elcaudal necesarios.

Compresor de aire Amortiguador

Secador por frío

Caudalímetro

Unidad de filtración Regulador

9

Almacénde  proceso

Válvula de retroceso

Nitrógeno para el cliente

Diafrágma

Tamizmolecular decarbono

Compresor de aire

Secador por frío

Amortiguador Unidad de filltración

Calefactor

Amortiguadorde nitrógeno(opcional)

Caudalímetro Válvula deproducto

Nitrógeno para el cliente

Módulo1 - nAtmósfera

Válvula decontrol  deoxígeno

Válvula gas de escape

Atmósfera

Válvula deentradade aire

TMCTMC

Analítica

La producción de hidrógeno – tanindividual como sus usuarios

Para la producción de hidrógeno y gases desíntesis (Singas), Messer ofrece toda una gamade tecnologías, dependiendo la selección delproceso óptimo de diferentes factores, entre loscuales figuran entre otros la aplicación, pureza yel caudal requeridos. Los técnicos de Messerestarán encantados de asesorarle al respecto.

Electrólisis, reformadores de vapor o PSA –una cuestión de la demanda del clientePara clientes con un consumo menor dehidrógeno o los que dispongan de materiasprimas alternativas in situ, Messer ofrece lasplantas de electrólisis para producir hidrógenocon una capacidad de 0,5 hasta 100 Nm3/h. Estasplantas, diseñadas individualmente por Messer,cuentan con módulos que ofrecen máximaflexibilidad en cuanto al diseño o posiblesampliaciones. Los grados de pureza alcanzablesdel hidrógeno ascienden al 99,9% y más. Conello cumplen los altos requerimientos de purezade la industria alimentaria, electrónica y química.

Los reformadores de vapor usan gas naturalcomo materia prima y pueden emplearse tantopara pequeñas como para grandes plantas dehidrógeno. En caso del llamado proceso dereformado de vapor, la materia prima se mezclacon vapor del proceso, se calienta a aproxi-madamente 480º C y se fracciona en elreformador mediante un catalizador basado enníquel. En el reactor CO-Shift, donde se produceuna reacción de monóxido de carbono (CO) conH2O para formar H2 y CO2 (conversión catalítica),el contenido de hidrógeno en el gas reformadosigue aumentando. 

Planta de hidrógeno de 2.000 Nm3/h

Posteriormente se refrigera el gas rico enhidrógeno en varios pasos y se separan loscondensados. El hidrógeno es purificadofinalmente en una unidad PSA multilecho. Salede la unidad PSA con 15 a 30 bar y un grado depureza de hasta 99,9995 %.

Para empresas que ya disponen de unsuministro de hidrógeno, pero que requierenunos grados de pureza superiores paraaplicaciones posteriores, Messer puedesuministrar plantas PSA de hidrógeno comounidades por separado. Absorben el caudal degas rico en hidrógeno produciendo hidrógeno dealta pureza (>99,999 %).

La planta PSA de hidrógeno puede integrarse enel sistema de control ya existente del cliente ytrabaja totalmente automática. El número delechos de adsorción (tanques) depende de laproducción de H2. El producto hidrógenoresultante dispone de valores constantes decaudal, presión y temperatura. 

Generación de hidrógeno por reformación de vapor

10

Vapor de proceso Batería de vapor

Caldera de vapor

Agua para caldera

Refrigerador   Compresor  dehidrógeno

Adsorciónpor cambio depresión

Gas natural

Gas combustión Reformador de vapor

Vapor de exportación

Gas de combustión

Hidrógeno

Desul-fura-

ciónConver-sión de

CO

Paso a paso para un suministroin situ

Los requerimientos de un suministro con gasestécnicos dependen principalmente del respectivosector y las tecnologías de aplicación empleadas.A fin de poder ofrecer unos conceptos desuministro que corresponden exactamente al tipode gas, así como a la cantidad y calidadrequeridos, Messer ha desarrollado una lista deprioridades 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, instala-    ciones 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.

Nuestro objetivo: su concepto individualizadode suministroEl objetivo de Messer en el área del suministro insitu está claramente definido. Contiguo al terrenodel cliente, operamos instalaciones hechas amedida según la respectiva demanda de gas. Deesta manera, el cliente puede utilizar los gasesrequeridos tan fácilmente como la “corrienteeléctrica de la toma de corriente”. La base paratal suministro es el correspondiente contrato desuministro de gases técnicos. Como alternativa,el cliente puede adquirir una planta on-site paraoperarla directamente. Además es posiblecontratar a Messer para operar la planta. La ventade la planta se realiza través de CryogenicEngineering – una compañía formada por unajoint venture entre la alemana Messer GroupGmbH y el fabricante chino de plantas defraccionamiento de aire Hangzhou Hangyang Co.Ltd.

Regímenes de marcha y seguridad siempresupervisadosMientras que las grandes plantas defraccionamiento de aire son operadas conoperarios propios, las plantas más pequeñas seoperan a menudo sin personal completamenteautomatizadas. Para la operación y supervisión dedichas plantas, Messer ha instalado el CentroEuropeo de Control (CEC) en Budapest. A travésde un sistema de transmisión de datos estáconectado con cada una de las plantas y por lotanto supervisa los principales datos de operacióny todos los avisos de alarma. En caso deirregularidades en la operación, el CEC disponeque aquel personal de Messer, que estédisponible dentro de poco tiempo in situ, elimineel fallo.

Planta PSA para la producción de hidrógeno                          Desde el centro de control en Budapest se 

                             supervisan todas las plantas a distancia

11

Messer Group GmbH es una de las compañíaslíderes de gases industriales en Europa y China.La compañía opera plantas de fraccionamiento deaire para la producción de líquidos y el suministroa grandes clientes de la industria del acero,química y petroquímica. El oxígeno, nitrógeno yargón líquidos figuran entre los productos conmayor demanda.

Messer cuenta con más de 100 años deexperiencia en el diseño y la operación de plantasde fraccionamiento de aire y sigue consolidandoesta ventaja competitiva. Las plantas construidasy operadas por Messer se consideran en todo elmundo como vanguardistas en cuanto a sudiseño, calidad de ejecución y fiabilidad.

Messer Ibérica de Gases, S.A.Autovía Tarragona-Salou, km.3,8

E-43480 Vilaseca (Tarragona)Tel. +34 977 309 500Fax +34 977 309 501

info.es@messergroup.comwww.messer.es

Messer está presente en más de 30 países enEuropa y Asia así como en Perú con más de 60compañías operativas. Las actividades inter-nacionales se dirigen desde el área de Frankfurtam Main. Las funciones técnicas centrales,incluyendo logística, ingeniería y producción asícomo las tecnologías de aplicación se gestionandesde Krefeld.

Messer es la mayor empresa de gasesindustriales dirigida por sus propietarios y empleaa unos 4.700 colaboradores.

Una base sólida