Simulación de la síntesis de amoníaco en cascada impulsado por hidrógeno como energía renovable

El propósito del presente trabajo de investigación fue simular y validar una nueva configuración de síntesis de amoníaco en cascada impulsado por hidrógeno como energía renovable; que sirve para predecir la cantidad de producción de amoníaco (flujo molar) y la eficiencia energética del proceso. Para el desarrollo de la simulación en el Programa DWSIM, se estableció y se eligió los tipos de reactores, el paquete termodinámico y ciertas propiedades como: presión, temperatura, flujo molar y entalpia para las corrientes y los equipos del diagrama de flujo. En el caso de los tanques de almacenamiento, se fijó un volumen estándar, para la tubería se dispuso valores en función de las normas ASTM y de las propiedades hidráulicas en donde se específica el tipo de cédula y el material de la tubería. Estas propiedades funcionan adecuadamente para el proceso industrial. A través de los análisis de sensibilidad se demostró que la presión y la temperatura son variables claves para lograr una buena conversión de amoníaco, con un incremento porcentual del 0,65% y 0,84% respectivamente. La simulación permitió obtener una eficiencia energética del 68,55% mediante los flujos de energía de equipos y corrientes; y se cuantificaron 7,2 kmol/s de la cantidad de producción de amoníaco por medio de las corrientes de alimentación (N2 y H2) que ingresan a los reactores de equilibrio colocados en serie. Esta propuesta muestra ser más eficiente pues arroja un error porcentual no mayor del 18% de los resultados obtenidos de la simulación comparados con el referente, indicando que no presenta diferencias significativas entre los valores analizados. No obstante, se recomienda ampliar el rango de presión y temperatura de funcionamiento con la finalidad de lograr mayores tasas de conversión de amoníaco y que sirva de guía para procesos industriales rigurosos o establecer mejoras del mismo.The aim of this research work was to simulate and validate a new configuration of cascaded ammonia synthesis driven by hydrogen as renewable energy which is used to predict the amount of ammonia production (molar flow) and the energy efficiency of the process. For the development of the simulation in DWSIM software, the types of reactors, the thermodynamic package and certain properties such as pressure, temperature, molar flow and enthalpy were established and chosen for the currents and equipment of the flow diagram. In the case of storage tanks, a standard volume was set; values were set for the pipe according to ASTM standards and hydraulic properties, where the pipe schedules and materials were specified. These properties work well for the industrial process. By means of sensitivity analysis, it was shown that pressure and temperature are key variables to achieve good ammonia conversion, with a percentage increase of 0.65% and 0.84% respectively. The simulation allowed to obtain an energy efficiency of 68.55% through the energy flows of equipment and currents; and 7.2 kmol/s of the amount of ammonia production were quantified by means of the feeding currents (N2 and H2) that enter the equilibrium reactors placed in series. This proposal shows to be more efficient since it yields a percentage error no greater than 18% of the results obtained in the simulation compared to the reference, indicating that it does not present significant differences between the values analyzed. However, it is recommended to expand the operating pressure and temperature range in order to achieve higher ammonia conversion rates and to serve as a guide for rigorous industrial processes or to establish improvements