Optimización del Circuito de Evaporación de Amoniaco y Acondicionamiento de Aire en Planta de Nitrato de Amonio

Abstract

Bajo el escenario energético actual, en donde el precio del gas natural no presenta estabilidad, y por lo tanto sus subproductos tampoco, es imprescindible realizar proyectos que tiendan a aprovechar de mejor manera las materias primas cuando este tipo de elementos están involucrados.

El presente trabajo de título, se desarrolló en la Planta Prillex América de Enaex S.A. la cual es una empresa que produce nitrato de amonio en grado explosivo para la minería a partir de la reacción de amoniaco gas con ácido nítrico, este último también producido dentro de la planta.

Como objetivo principal de este trabajo se propone la optimización de las condiciones de operación del circuito de evaporación de amoniaco y acondicionamiento de aire en la subplanta de nitrato de amonio 3, del complejo Prillex América. Esta optimización, lleva consigo beneficios tales como: La recuperación de parte, o la totalidad del amoniaco contenido en los drenajes de los equipos involucrados; disminución de la emisión de riles desde dicha planta, con todas las externalidades positivas que conlleva: medio ambientales; reducción en el uso y capacidad de piscinas de evaporación y estabilidad en la mantención de la temperatura del aire de prillado.

Para cumplir con todos los objetivos propuestos, se dividió el trabajo en una serie de tareas: la primera tarea consistió en realizar una auditoría de las condiciones actuales de operación para cada equipo del circuito, recolectando todos los datos disponibles de los sensores e indicadores instalados en terreno y en la sala de control distribuido (sala de control, DCS) de esta tarea, se definió como base de análisis el funcionamiento del circuito en estado estacionario.

La siguiente tarea consistió en realizar un diagnóstico y caracterización de los drenajes de cada uno de los equipos del circuito, pudiendo de esta forma, definir la operación normal y los episodios críticos de operación del circuito. El desarrollo de esta tarea permitió definir propuestas de optimización al sistema y la valorización de las pérdidas que ascienden a US$ 132586 por año. Se definieron gracias este diagnóstico, alternativas de operación para el circuito tendientes a reducir las descargas de agua amoniacal, y la mantención de la temperatura de aire de prillado. Del análisis de las ventajas y desventajas que estas propiciaban, se discriminó la alternativa mejor evaluada.

La propuesta seleccionada, define un nuevo esquema de operación para el circuito de evaporación de amoniaco y acondicionamiento de aire en base a la integración del vaporizador de agua amoniacal (reconocido con la etiqueta E9206) operando de modo continuo, el cual reduce las pérdidas de materia prima. Esta propuesta se analizó gracias a la modelación matemática realizada en Matlab® que involucró el modelamiento de balances y propiedades fisicoquímicas de los compuestos de las corrientes de involucradas. El vaporizador de agua amoniacal, operará en régimen continuo según el análisis recibiendo un flujo de amoniaco de 293 [kg/hr] de agua amoniacal y 50823[kJ/kg] de energía, la cual será vaporizada por el calor entregado por vapor sobrecalentado a un flujo de 300 [kJ/hr] y 2771[kJ/hkg] que corresponde a la calidad del vapor disponible para este equipo.

La inversión requerida para la implementación de la alternativa de operación propuesta, consiste en inversiones de capital fijo consistentes la instalación de líneas de proceso adicionales e instrumentación alcanzando un total de US$ 33.945, por lo que la recuperación de la inversión sea al tercer mes, resultando un proyecto favorable desde el punto de vista económico.

A partir del presente trabajo, se concluye que es posible optimizar la operación del circuito de evaporación de amoniaco y acondicionamiento de aire, mediante una metodología flexible que permite su extrapolación a otros procesos de la planta, y cuyos resultados son favorables tanto del punto de vista operacional, pues estabiliza las condiciones de operación del circuito, como económicos, reduciendo las pérdidas de materia prima.