Estudio de alternativas y modelado en ASPEN Plus del proceso de producción de amoníaco a pequeña escala a partir de aire y agua de mar

Abstract

El objetivo principal de este proyecto consiste en realizar el modelado de una planta de producción de amoníaco a pequeña escala, con una capacidad de 25 kg/h y una pureza del 98%. Para alcanzar esta meta, se llevará a cabo una revisión bibliográfica y se empleará ASPEN PLUS para realizar las simulaciones correspondientes. El proceso de síntesis del amoníaco precisa de nitrógeno (𝑁₂) e hidrógeno (𝐻₂), que son los elementos fundamentales en la composición del amoníaco (𝑁𝐻₃). Por tanto, se establecerá una ruta de producción que abarque desde las materias primas, aire y el agua de mar. Para lograrlo, se evaluarán y analizarán todas las alternativas disponibles en cuanto a la obtención de 𝑁₂, 𝐻₂ y, finalmente, 𝑁𝐻₃, teniendo en consideración diversos factores. En relación con la obtención de nitrógeno, se considerarán tres alternativas: destilación criogénica, adsorción por oscilación de presión y proceso de permeación de gas basado en membranas. Tras un análisis detallado, se optará por el proceso de membranas debido a su idoneidad para implementaciones a pequeña escala. Respecto a la generación de hidrógeno, se evaluarán otras tres opciones: electrolisis alcalina, electrolisis de membrana de intercambio de protones y electrolisis de óxido sólido. Finalmente, se seleccionará la electrolisis alcalina, considerando aspectos económicos, número de horas de funcionamiento y purezas alcanzadas. Ambas corrientes, una rica en nitrógeno y otra rica en hidrógeno, se introducirán en el proceso final de síntesis de amoníaco Haber-Bosch, descartando las tecnologías de electrocatálisis y fotocatálisis debido a su escaso desarrollo y aplicabilidad. Una vez identificadas y evaluadas las mejores alternativas, procederemos a modelar la planta de producción de amoníaco con una capacidad de 25 kg/h y una pureza superior al 98% utilizando el software ASPEN PLUS.