1. Diagrama de bloques para la obtención de amoniaco proceso Samsung Engineering Co. Ltd

2. Diagrama de bloques para la obtención de amoniaco proceso Samsung Engineering Co. Ltd

3. Antecedentes del proceso

El pasado 13 de septiembre de 2012 se firmó el contrato entre YPFB a nombre del Gobierno boliviano y la empresa surcoreana Samsung Engineering Co. Ltd. para el diseño de Ingeniería, la Procura y la Construcción (IPC) de una planta para la producción de 650.000 TM/año de urea y 420.000 TM/año de amoniaco, en Bulo-Bulo, provincia Carrasco de Cochabamba y que entrará en operación en octubre del año 2015. El costo final es de $US 844 millones, financiado totalmente por el Banco Central de Bolivia que, por vez primera, decide financiar un proyecto industrial nacional. Con esta firma de contrato se concreta -por fin- una ilusión que tiene una historia de larga data

Las tecnologías a ser usadas por Samsung son licencia de KBR de USA para la producción de amoniaco y licencia de TOYO del Japón para producir urea granulada. Este escenario indica que la Samsung -por sí sola- no posee tecnologías propias para producir amoniaco y urea, y recurrirá a la KBR y la TOYO para la provisión de tecnologías.

YPFB retomo la receta del proyecto original propuesto por la GNI en julio de 2009 de utilizar el proceso Toyo para urea y el proceso KBR para amoniaco, sólo que ahora será ejecutado por la Samsung. Sin embargo, debemos reconocer que ambas son tecnologías mundialmente conocidas y tienen mucho prestigio, de manera que las plantas de urea y amoniaco en Carrasco están garantizadas para funcionar bien.

3.1. Consumo de gas y producción

El complejo petroquímico tendrá un consumo de gas natural de 1,4 millones de metros cúbicos por día (MMmcd) aproximadamente.

La planta tendrá una capacidad de producción anual de 420.000 toneladas métricas año (TMA) de amoniaco y 650.000 TMA de urea con 360 días de operación por año.

3.2.Usos

Bolivia es el único país latinoamericano cuya agricultura no emplea de manera sustancial los fertilizantes nitrogenados.

El amoniaco es el insumo para la producción de urea, en tanto que la urea producida se empleará en los cultivos para mejorar su rendimiento y eficiencia, pues se podrán producir más cantidad en el mismo espacio, se habilitarán terrenos no cultivables o se recuperarán terrenos agotados.

La producción de urea granulada se empleará como fertilizante que se aplicará al suelo y proveerá nitrógeno a los cultivos.

También facilitará la transferencia de tecnología en el sector rural y el acceso a nuevos conocimientos en busca de un salto en el nivel de desempeño de la agricultura, la agropecuaria y la industria nacional.

3.3.Análisis de la situación actual de los fertilizantes Importación de fertilizantes

Tm-año

El análisis de mercado boliviano refleja una gran tendencia al consumo de fertilizante DAP por lo que se proyecta la producción de 100.000 TM/año de DAP y 50.000 TM/año de complejos NPK (15-15-15), cantidades que traducidas a nutrientes representan una oferta total de 25.500 TM de N, 53.500 TM de P2O5 y 7500 TM de K2O al año.

Demanda insatisfecha de NPK en Bolivia

TM/año

Precios NPK en Latinoamérica

3.4.Mercados

De la producción de urea generada en planta, entre el 10 y el 20%, cubrirá la demanda del mercado interno y contribuirá a elevar la productividad del sector agrícola en Bolivia. En tanto que entre el 20 y el 80% de los volúmenes excedentarios serán destinados a la exportación.

Las negociaciones están avanzadas con Brasil y Argentina que demostraron interés por adquirir urea debido a que tienen un plan agrícola de producción y de ampliación de frontera agrícola.

3.5. Impactos

Ampliación de la frontera agrícola. La producción de urea ayudará a mejorar la productividad del sector agrícola en Bolivia, promoverá el desarrollo de las regiones y contribuirá a la seguridad alimentaria. Además, el uso de fertilizantes permitirá ampliar la frontera agrícola del país.

Generación de divisas. Una vez en operación, el complejo petroquímico permitirá generar divisas para el país de aproximadamente $us 340 millones anuales como ingreso bruto durante 20 años. “La exportación de urea generará divisas al año para el país como ingreso bruto, monto significativo que beneficiará a la población”, destacó Villegas.

Polo de desarrollo petroquímico. El departamento de Cochabamba, y particularmente la región de Bulo Bulo, se convierte en el primer polo de desarrollo de la industrialización del gas natural porque en este complejo se empleará alta tecnología que requiere de grandes inversiones para su implementación.

El Plan de Industrialización del Gas Natural de YPFB contempla el equilibrio regional de los departamentos productores de hidrocarburos. Cochabamba es un departamento productor de gas natural y tiene la capacidad para alimentar con gas a la planta. En YPFB están implementando toda una estrategia de industrialización y de conformación de polos de desarrollo.

Empleos. Se generarán más de 3.000 fuentes de empleo directo e indirecto en las etapas de construcción, producción, distribución y comercialización en el mercado nacional e internacional.

En todo el proceso de construcción habrá una captación significativa de mano de obra. Samsung contratara el 85% de la mano de obra boliviana, es así que el departamento de Cochabamba se beneficiara de la captación de personal.

Además, se requerirá de mano de obra especializada tanto para la fase de inversión, puesta en marcha, operación y mantenimiento para poder generar un avance en este tipo de tecnologías y procesos.

La Filosofía de Samsung Engineering para este proyecto en especial es la búsqueda de valor compartido para garantizar y promover el desarrollo en Bolivia, depositando un especial interés en la generación de nuevos puestos de trabajo, el fortalecimiento de las calificaciones de nuestros colaboradores y proveedores locales, así como el fomento del progreso a nivel comunitari

3.6.Gas natural boliviano

Gas natural boliviano es sinónimo de METANO: CH4

Derivados del gas natural

En estas gráficas cabe resaltar la consideración de que el gas natural boliviano es principalmente metano, es decir es óptimo para obtención de amoniaco

4. Descripción de las etapas 4.1.  Reformación catalítica

Después de la extracción de azufre, el reformador primario del vapor convierte cerca del 70 % de la alimentación de hidrocarburo en gas de síntesis. El metano es mezclado con vapor y pasado por encima de un catalizador del níquel. Las principales reacciones de reformación son:

CH4 +  H2O ↔ CO + 3H2

CO +  H2O ↔ CO2 + H2

El proceso de reformación catalítica del hidrocarburo vapor produce gas crudo de síntesis por reformación del vapor bajo presión. Las reacciones son endotérmicas, así el suministro de calor para el reformador es requerido para mantener la temperatura deseada de reacción. Los gases saliendo del reformador son CH4, 6 % mol; CO, 8 %; CO2, 6 %; H2, 50 %; Y H2O, 30 %. La presión de operación está entre 20–35 bar, y los gases saliendo del reformador contienen cerca de 6 % de CH4. Esto representa aproximadamente 30 % de la entrada inicial de gas natural. La Figura 1, muestra el flowsheet de proceso de reformación catalítica.

En el reformador secundario, es introducido aire para suministrar el nitrógeno para tener 3:1 hidrógeno H2 y nitrógeno N2 en el gas de síntesis. El calor de combustión del gas parcialmente reformado suministra la energía para reformar el hidrocarburo alimentado restante. El vapor producto reformado es empleado para generar vapor y para precalentar el gas natural alimentado

Figura 1.  Flowsheet de reformación catalítica

4.2.  Conversión shift y metanación

La conversión shift involucra dos etapas. La primera tapa emplea un catalizador a alta temperatura, y la segunda emplea un catalizador a baja temperatura. Los convertidores shift, remueven el monóxido de carbono producido en la etapa de reformación, convirtiéndolo a dióxido de carbono mediante la reacción

CO +  H2O ↔ CO2 + H2

La reacción produce hidrógeno adicional para la sintesis del amoniaco.

El efluente del  reactor shift es enfriado y el agua condensada es separada. El gas es purificado mediante la remoción de dióxido de carbono desde el gas de síntesis mediante la absorción con carbonato caliente, Selexol, o metil etil amina (MEA). Después de la purificación, las trazas remanentes de monóxido de carbono y dióxido de carbono son removidas en las reacciones de metanación.

CO  +  3H2  ↔  CH4  +  H2O

CO2  +  4H2  ↔  CH4  +  2H2O

La Figura 2, ilustra la conversión shift y metanación. El metano resultante es inerte y el agua es condensada. Así, la mezcla purificada de hidrógeno y nitrógeno con una relación molar de 3H2 : 1N2  es comprimida a la presión seleccionada para la síntesis del amoniaco.

Figura 2. Diagrama de flujo del proceso Shift y Metanación

4.3.  Proceso de compresión

El gas de síntesis purificado es enfriado y el agua condensada es removida. El gas de síntesis es luego comprimido en una serie de compresores centrífugos con enfriamiento entre etapas hasta una presión de 150 bar. Los compresores centrífugas son accionados por turbinas a vapor usando el vapor generado en la misma planta. Esto reduce el consumo total de potencia. Coker [2] ilustra el diseño de un compresor centrifugo. La Figura 3 muestra el compresor con enfriamiento entre etapas.

Figura 3. Compresores con enfriamiento entre etapas

4.4.  Unidad de conversión

El gas de síntesis comprimido es secado, mezclado con vapor de reciclo, e introducido al reactor de síntesis después del compresor de reciclo. La mezcla de gas es enfriada y el amoniaco liquido es removido desde el separador secundario. El vapor es calentado y pasado al convertidor de amoniaco. La alimentación es precalentada dentro del convertidor antes de ingresarlo al lecho catalítico. La reacción ocurre a  450–600°C sobre un catalizador de óxido de hierro. La reacción de síntesis del amoniaco entre el nitrógeno, N2,  e hidrógeno, H2, es

N2  +  3H2   ↔   2NH3

La reacción es una reacción de equilibrio que es exotérmica. Bajas temperaturas favorecen la producción de amoniaco. Altas presiones en exceso de 21 bar son requeridas para conseguir conversión suficiente. Se consiguen conversiones de 20%–25% de amoniaco por paso. Sin embargo, la conversión de hidrógeno por paso es mucho menor que 30%, por lo que el proceso requiere un reciclo grande de gases no reaccionados.

El vapor producto de la conversión es enfriado mediante refrigeración con amoniaco en el separador primario para condensar el amoniaco producto.  Una corriente de purga es removida desde los gases remanentes para prevenir la acumulación de inertes (en particular, CH4 y Ar) en el reactor de síntesis. La Figura 4 muestra el diagrama de flujo del proceso de conversión y la Figura 5 ilustra el diagrama de flujo del proceso de una planta de amoniaco completa .

Figura 4. Diagrama de flujo del proceso de la unidad conversión

Figura 5. Diagrama de flujo completo de una planta de amoniaco.

5. Descripción de la planta a ser construida

5.1.Plazos para la construcción de la planta

5.2.Flujograma planta de urea-amoniaco

5.3. Esquema de la planta de amoniaco

5.4.Localización de la planta

5.5.Diagrama de entrada función y salida en la planta de amoniaco-urea

6. Ventajas y desventajas respecto a otros procesos

La Samsung Engineering licenciante de la planta de amoniaco en Bolivia, Bulo-Bulo, provincia Carrasco de Cochabamba no posee tecnología propia para la producción de amoniaco entonces utilizara las tecnologías KBR y TOYO

KBR para la producción de amoniaco TOYO para la producción de urea

Más que hablar de ventajas y desventajas se debe hablar de las diferencias existentes entre otros procesos estas son:

6.1.Proceso KAAP-KRES (Kellog) 1992-1994 Catalizador no basado en Fe, sino Rutenio sobre grafito Permite operar el bucle de síntesis a 70-90bar (procesp KAAP) Reformado autotérmico (proceso KRES 1994) Consumos de 6.5Gcal/t

6.2.Proceso Coproducción de metanol (Haldor-Topsoe) 1993 Para diversificar y no depender únicamente del mercado de los fertilizantes. La unidad de coproducción entre dos etapas de la compresión de síntesis. La nueva unidad consiste en:

Reactor de síntesis de metanol. Metanizadora a alta presión

6.3. Proceso Linde 1997 Produce independientemente H2 y N. Luego se alimentan al bucle de síntesis El H2 mediante reformado y purificación con PSA. El N2 mediante una unidad de fraccionamiento de aire. Dada la baja concentración de O2 no necesita purga en el bucle de síntesis Permite integrar unidades de productos adicionales como el metanol, CO.

7. Análisis económico del proceso Samsung Engineering Co. Ltd7.1. Indicadores financieros

7.2. Inversiones:

Los costos de inversión eran:

Planta de amoniaco $US 4.000.000 Planta de acido nítrico $US 2.400.000; Planta de nitrato de amonio: $US 2.700.000; Planta de fertilizantes NP combinado: $US 100.000; Haciendo un total de $US 9.200.000 de inversión.

7.3.Descripción de los costos de la planta

7.4. Indicadores del proyecto

Indicadores del inversionista

Indicadores sociales

7.5.Valor agregado de gas natural boliviano

Base: Millar de pies cúbicos de Gas Natural,Costo de 2,0 $US

8. Conclusiones

No debemos ser simples exportadores de urea y amoniaco que son básicamente materias primas, el gobierno nacional debe comprender que la alternativa más conveniente es establecer un Gran Complejo Industrial en Carrasco en base a una nueva estrategia de convertir el amoniaco en productos de valor agregado exportables.

Planteamos que el Complejo Industrial de Carrasco se construya en base a las siguientes actividades industriales: (1) Planta de urea y amoniaco; (2) Planta de aminas derivadas del amoniaco; (3) Planta de producción de fertilizantes NPK; y (4) Planta industrial de n-Hexano.

Será fundamental que se contrate a profesionales nacionales expertos en petroquímica para que funcionen como supervisores y fiscales de obra en cada una de las etapas del proyecto ejecutadas por la Samsung y garanticen que el cronograma de actividades sea cumplido en forma oportuna y eficiente hasta su conclusión en Octubre del 2015.