Proceso - Sulfúrico 218

PLANTA DE CIDO SULFRICO

DESCRIPCIN DE PROCESOS


INSTALACIN 218X-XXX-XXX

Edic.: 0Fecha: 00-0-00

Rev.: 0Fecha: 00-00-00

Edic.: 1Fecha: 4-5-95PROCEDIMIENTO PARA OPERACIONP-FEMOPFG-004

Rev.: 0Fecha: 00-00-00DE LA PLANTA DE NPK, INSTALACION 356-A


INST. 218Copia N: Original

NDICESECCIN 0

1. Objetivo4

2. Alcance4

3. Abreviaturas y Definiciones4

3.1. Abreviaturas4

3.2. Definiciones5

4. Responsables Relacionados6

SECCIN 1

5. Cuerpo del Trabajo7

5.1. Tecnologa de la Planta de cido Sulfrico, Instalacin 2187

5.2. Ubicacin Geogrfica7

5.3. Materias Primas, Insumos y Productos8

5.3.1. Materias Primas8

5.3.2. Insumos8

5.3.3. Compuestos Qumicos9

5.3.4. Productos9

5.4. Descripcin del Proceso9

5.4.1. Circuito de Gas10

5.4.1.1. Compresin de Aire 11

5.4.1.2. Secado de Aire 11

5.4.1.3 Combustin de Azufre11

5.4.1.4. Enfriamiento de los Gases12

5.4.1.5. Conversin del Dixido de Azufre (SO2)13

5.4.1.6. Enfriamiento de los Gases de SO314

5.4.1.7. Absorcin del Trixido de Azufre (SO3)15

5.4.2. Circuito de cido y leum 16

5.4.2.1. Sistema de cido16

5.4.2.2. Sistema de leum17

5.4.3. Recuperacin de Calor17

6. Anexos18

6.1. Figura 2. Diagrama de la Planta de cido Sulfrico. Instalacin 218.18

6.2. Figura 3. Diagrama de Bloque de la Planta de cido Sulfrico. Instalacin 218.19

1. OBJETIVO

Servir de herramienta para el anlisis y comprensin del principio de funcionamiento de la planta de cido Sulfrico (Inst. 218).2. ALCANCE

Este documento se aplica al rea de Ingeniera de Proceso, describe en forma general el principio de funcionamiento de cada unas de las etapas de la planta de cido Sulfrico (Inst. 218).3. ABREVIATURAS Y DEFINICIONES

3.1. ABREVIATURASKgf/cm2: kilogramo por centmetro cuadrado.

mmH2O: milmetros de agua.

mmHg: milmetros de mercurio.

ATA: atmsfera absolutappm: partes por milln.

C: grados Celsius.

% molar: porcentaje molar. % peso (%p/p): porcentaje en peso.Cv: caballos de vapor. Equivalente a 0,986 HP

Nm3/h: normal metro cbico por hora.TM/h: tonelada mtrica por hora.

Kg/h: kilogramo por hora.

N.T.U.: Unidades Nefolomtricas de Turbidez (por sus siglas en ingls).

3.2. DEFINICIONESAbsorcin Qumica: Proceso qumico o fsico en el cual tomos, molculas o iones pasan de una fase gaseosa, a una lquida o slida. A diferencia de la adsorcin, no es un proceso de superficie, sino de volumen.

cido Sulfrico: Compuesto qumico muy corrosivo, de formula H2SO4, utilizado en parte en la produccin de fertilizantes.Azufre: Elemento qumico no metlico, de color amarillo, presente en pequeas cantidades en los combustibles fsiles.

Caldera: Artefacto a presin en donde el calor procedente de cualquier fuente de energa se transforma en energa utilizable, en forma de caloras, a travs de un medio de transporte en fase lquida o vapor.

Catalizador: Sustancia capaz de acelerar o retardar una reaccin qumica, permaneciendo l mismo inalterado (no se consume durante la reaccin).

Combustin: Reaccin qumica en donde un elemento combustible se combina con otro comburente (generalmente oxgeno en forma de O2 gaseoso), desprendiendo calor y produciendo un xido.

Compresin: Es una presin que tiende a causar una reduccin de volumen.

Dixido de Azufre: Gas incoloro de formula SO2, de olor penetrante.leum: cido sulfrico al 106%. (100% H2SO4 + 32% p/p de SO3 disuelto).Trixido de Azufre: Producto de la oxidacin del dixido de azufre con oxgeno. Su frmula es SO3. En presencia de agua reacciona violentamente para formar cido sulfrico.4. RESPONSABLES RELACIONADOSGerente Tcnico: Es responsable por la aprobacin de ste documento.Superintendente de Procesos: Es responsable por la supervisin de este procedimiento durante las diferentes fase de la elaboracin del mismo.

Ingeniero de Procesos: Es el responsable intelectual de generar el documento.

5. CUERPO DEL DOCUMENTO5.1. TECNOLOGA DE LA PLANTA DE CIDO SULFRICO (Inst. 218)

La planta de cido Sulfrico (Inst. 218) del Complejo Morn, es un diseo de la empresa KREBS en 1989. Tiene una capacidad de produccin de 880 toneladas mtricas diarias (800 Ton de cido sulfrico al 98% y 80 Ton de leum). La produccin se lleva a cabo mediante el proceso de doble-contacto doble-absorcin.

5.2. UBICACIN GEOGRFICA

La instalacin 218 se encuentra al oeste del Complejo Petroqumico Moro, como se observa en la figura.

Figura 1. Ubicacin de la Planta de cido Sulfrico, Inst. 218, en el Complejo Petroqumico Morn5.3.- MATERIAS PRIMAS, INSUMOS Y PRODUCTOS

5.3.1.- Materias Primas

Azufre Lquido (S)

Pureza (contenido de azufre): 99,5% en peso

Cenizas: 100 ppmAire seco

P = 1,3 Kgf/cm2Punto de roco = < -40C Agua Lquida (H2O)

P = 3-4 Kgf/cm2

5.3.2.- Insumos

Vapor (Inst. 122 A)

28 31 ATA Sobrecalentado (390-400C)Agua Desmineralizada (Inst. 103)

T= 28C

P=7 Kg/cm2Agua de Enfriamiento (Inst. 105-D)

T= 32C

P= 2,5 Kg/cm2Aire para Instrumentos (Inst. 111-B)

T= 28C

P=79 Kg/cm2Condicin: Seco, filtrado y sin aceite.Energa Elctrica (TG-1/2)

2400 V Motores con ms de 150 Cv

400 V Motores con menos de 150 Cv

220 V Iluminacin

5.3.3.- Compuestos Qumicos

L-3003R (Tratamiento interno para las calderas)

L-3514 (Secuestrante de oxgeno en agua de alimentacin)

LG3AR (Inhibidor de corrosin para el condensado)

NaOH (Ajuste de pH)

5.3.4.- Productos

cido Sulfrico al 98% p/p

Concentracin 98-99%

Turbidez 150 N.T.U.

Hierro 10 ppmleum (H2SO4 + SO3)

Concentracin 106,9% H2SO4 en peso (100% de H2SO4 + 32% p/p de

SO3 disuelto)

Hierro 42 ppm mx.

5.4.- DESCRIPCIN DEL PROCESO

La produccin comprende tres etapas principales:

Oxidacin del Azufre (Combustin):

Azufre lquido y aire seco se llevan a un horno donde se realiza la combustin del azufre con l oxigeno contenido en el aire, bajo la siguiente reaccin:S (liq) + O2 (gas) SO2 (gas) Oxidacin Cataltica de Oxigeno de Azufre (conversin de SO2 a SO3).

El gas producido en el horno se enfra y se lleva al reactor. En 4 etapas, se produce la reaccin entre el dixido de azufre y el oxgeno en presencia de un catalizador a base de pentxido de vanadio.

2SO2 (gas) + O2 (gas) 2SO3 (gas) Absorcin de Trixido de Azufre con Acido Sulfrico:

El gas de salida del reactor, es absorbido con cido sulfrico al 98% en concentracin en torres empacadas mediante un mecanismo de absorcin con reaccin.

SO3 (gas) + H2O (liq) H2SO4 (liq)

A continuacin se presenta una descripcin ms detallada del proceso dividido en las siguientes fases:

1. Circuito de Gas.

2. Circuito de Acido leum

3. Recuperacin de Calor.

5.4.1. CIRCUITO DE GASEst formado por cuatro etapas principales:

Compresin de aire.

Secado de aire.

Combustin de azufre.

Conversin de dixido de azufre (SO2).

Absorcin de trixido de azufre (SO3):

Absorcin Intermedia

Absorcin Final

5.4.1.1. Compresin de aire

El aire que se alimenta a la planta entra al filtro FI-05 para retirar el material particulado presente. De all pasa a la turbina TV-01 que alimenta al ventilador principal VV-01. El ventilador succiona el aire y lo descarga a una presin de 0,42 Kg/cm2 (de diseo) y a una temperatura alrededor de los 60-70C a la torre de secado C-01. Se dispone de la vlvula mariposa HV-311 en la descarga del ventilador que permite regular la presin de salida del mismo.

5.4.1.2. Secado de aire

El aire descargado por el ventilador VV-01 entra a la Torre de Secado C-01 por la parte inferior. En la operacin, el aire hmedo se pone en contacto (a contracorriente) con cido sulfrico al 96%, que entra a la torre a una temperatura de 45C.

El cido inyectado se pone en contacto ntimo con el aire mediante el dispositivo de relleno de la torre (sillas intalox). El aire seco sale por el tope de la torre distribuyndose en una lnea principal y una secundaria. La lnea principal de aire seco entra al cabezal del quemador de azufre (HB-01) para ser utilizado en la combustin del azufre lquido. La lnea secundaria va al convertidor A-01 para ser utilizada como enfriamiento en la salida del segundo paso. El arrastre de cido en la corriente de aire se elimina por medio de eliminadores de neblina.

5.4.1.3. Combustin de azufre

El azufre lquido se bombea desde la fosa de sedimentacin hacia el tanque SR-01A; desde ah es enviado, de forma atomizada, a travs de la bomba PC-02 A/B a dos quemadores ubicados en el horno de combustin de azufre HB-01. La atomizacin del azufre lquido permite una mejor combustin del mismo, ya que mejora el contacto con el aire seco que viene del ventilador VV-01.

Aqu se hace reaccionar el azufre con el aire seco (en exceso), proveniente de la torre de secado, para producir dixido de azufre (SO2) a una temperatura aproximada de 1.100-1.150C. La produccin de SO2 est regida por el equilibrio adiabtico de la temperatura de la llama en el quemador de azufre.

S (liq) + O2 (gas) SO2 (gas)

El quemador de azufre solamente consume parte del oxgeno que entra al horno. La composicin del gas que sale del HB-01 est determinada por la relacin molar aire/combustible (1,5/2,5 aire/azufre, por diseo) que se haya quemado. La temperatura y composicin de los gases a la salida del horno que establece el diseo son:

SO2

12%

O2 9%

N2 79%

Temperatura 1.100-1.150C

Los gases de combustin salen del quemador a travs de un ducto, y se enfran en la caldera de calor residual H-02B.

5.4.1.4. Enfriamiento de los Gases

Los gases de combustin se enfran en la caldera de calor residual HB-02B pasando a travs de los tubos de la misma (piro tubular) e intercambiando calor con el agua desmineralizada proveniente del tambor de vapor SR-05, generando vapor de agua saturado.

La caldera posee un sistema de desviacin de los gases de proceso, lo que permite controlar la temperatura de los mismos a la entrada del sobrecalentador F-09 alrededor de los 500C. El sobrecalentador externo F-09 enfra la corriente de gases de combustin desde los 500C hasta 430C, a travs de una corriente de vapor. Una vez ajustada la temperatura, los gases pasan al convertidor.

5.4.1.5. Conversin del Dixido de Azufre (SO2)

El Convertidor A-01 es el equipo que realiza la oxidacin cataltica del dixido de azufre, a travs de un proceso de doble contacto. A diferencia de la instalacin 215, el filtro encargado de retirar la ceniza y polvo presentes en la corriente de gas (FI-04) se encuentra por encima de la entrada a la primera etapa de la conversin.

Realizada la filtracin, los gases libres de material particulado pasan a la primera etapa de conversin. La reaccin que se verifica en el equipo es:

2SO2 (gas) + O2 (gas) 2SO3 (gas)

En la reaccin se combina, de manera definida, el dixido de azufre con cierta cantidad de oxgeno remanente para formar trixido de azufre (SO3). La reaccin se lleva a cabo en presencia de un catalizador de pentxido de vanadio (V2O5).

El convertidor se encuentra dividido en cuatro (4) etapas independientes de catalizador:

1er. Lecho: El primer lecho de catalizador se encuentra debajo del filtro FI-04, y est ubicado en la parte inferior del convertidor. Los gases penetran a esta etapa a una temperatura aproximada de 430C, oxidndose aproximadamente el 55% del SO2, y aumentndose la temperatura de salida de los gases hasta 615C. La temperatura de entrada al 1er. lecho se regula utilizando el desvo de los gases de la caldera H-02B. Actualmente ste se encuentra en modificacin por lo que no esta operativo. Para elevar la temperatura se abre el desvo; para bajarla se debe cerrar.Se debe manipular con cuidado este desvo, ya que un pequeo cambio tiene un efecto inmediato en la temperatura de entrada del filtro. No debe permitirse que permanezca durante mucho tiempo una temperatura de salida del 1er. paso mayor a 615C, ya que se pueden daar las piezas del equipo.

2do. Lecho: Los gases de salida del 1er. lecho salen del convertidor y pasan al equipo F-03, que es un intercambiador gas-gas de alta temperatura; aqu la corriente gaseosa se enfra hasta alcanzar una temperatura de 435C. Luego de alcanzar esta temperatura entran al 2do. lecho, ubicado en el tope del equipo A-01. La temperatura de salida de esta etapa es de unos 522C. La conversin del SO2 a SO3 que se alcanza en el lecho es de un 80% aproximadamente

3er. Lecho: Los gases de salida del 2do. lecho entran a la 3era. etapa, ubicada debajo de la 2da. Entre estos lechos, los gases calientes se enfran con la ayuda de una corriente de aire fro, proveniente de la torre de secado de aire C-01. La conversin que se alcanza en esta etapa es del 91,5%. Los gases salen a una temperatura de 487C.

4to. Lecho: Los gases de salida del 3er. lecho salen del convertidor para enfriarse en el economizador F-02, alcanzando una temperatura de 200C aproximadamente. La corriente gaseosa pasa a la seccin de absorcin intermedia (torre C-02); a la salida de la seccin se calientan a travs de los intercambiadores F-04 y F-05 (de baja y alta temperatura, respectivamente) y entran a la 4ta. etapa de conversin a una temperatura de 425C. Se alcanza una conversin final de 99,7%, asegurando que se cumplan las regulaciones sobre contaminacin ambiental. Los gases salen de esta etapa a 450C.

5.4.1.6. Enfriamiento de los Gases de SO3.

Los gases de SO3 que salen de la ltima etapa de conversin se enfran en el evaporador F-01, alcanzando una temperatura aproximada de 350C, incrementando la produccin de vapor. Este gas se enfra posteriormente hasta 180C en el intercambiador gas-gas de baja temperatura F-04, donde se calientan a su vez los gases provenientes de la torre de absorcin intermedia C-02. Alcanzados los 180C, la corriente gaseosa pasa a la ltima etapa de produccin de cido sulfrico.

5.4.1.7. Absorcin de Trixido de Azufre (SO3).

La absorcin de SO3 en la instalacin 218 se realiza en dos etapas:

Absorcin Intermedia.

Absorcin Final.

Absorcin Intermedia:

La torre de absorcin intermedia C-02 absorbe el trixido de azufre formado en las tres primeras etapas de conversin, mediante el contacto a contracorriente con cido sulfrico al 98,5%.

Los gases que salen de la 3ra. etapa de conversin se enfran en el economizador F-02 hasta los 200C; parte de esta corriente se desva hacia la torre de leum C-04 donde es absorbido el SO3 contenido en ella, el resto contina hacia la torre de absorcin intermedia y antes de entrar a la torre, la corriente se mezcla nuevamente con otra corriente gaseosa que proviene de la torre de leum. El gas entra por la parte inferior de la torre C-02 y se ponen en contacto con una corriente de H2SO4 al 98,5%. Durante el ascenso de los gases al tope de la torre el cido sulfrico absorbe el SO3, reaccionando con el agua contenida en el cido, generando H2SO4.


A la salida de la torre, el gas entra a la cuarta etapa de conversin pasando primero por un intercambiador gas-gas de baja temperatura F-04 y luego por el intercambiador gas-gas de baja temperatura F-03, en los cuales es calentado desde 70 hasta 450C. El cido que se produce por el proceso de absorcin pasa por un proceso de ajuste de concentracin, enfriamiento y recirculacin.

Absorcin Final:

La torre de absorcin final, C-03, absorbe el trixido de azufre formado en la ltima etapa de conversin, mediante el contacto a contracorriente con cido sulfrico al 98%.

Los gases de la 4ta. etapa se enfran en el evaporador F-01 hasta 350C y luego, a travs del intercambiador gas-gas de baja temperatura F-04, alcanzan una temperatura de 180C para entrar a la torre de absorcin C-03. La corriente entra por la parte inferior de la torre y se ponen en contacto con una corriente de H2SO4 al 98%. El mecanismo de absorcin del SO3 es el mismo que se da en la absorcin intermedia: los gases que ascienden por la torre se ponen en contacto con el cido sulfrico, absorbiendo el SO3:


Al igual que en la torre de absorcin intermedia se produce un ajuste de concentracin, un enfriamiento y una recirculacin del cido. El exceso recirculado en la torre de absorcin final, correspondiente al exceso de cido en el circuito completo de recirculacin, es extrado como cido de produccin, el cual es enfriado hasta 40C en el enfriador EA-05 y enviado a los tanques de almacenamiento SR-16/17/18.

5.4.2. CIRCUITO DE CIDO Y LEUM

5.4.2.1. Sistema de cido

El cido que se forma en las torres de absorcin C-02 y C-03 (absorcin media y final), al igual que el utilizado en la torre de absorcin C-01, pasan por un proceso de ajuste de concentracin y temperatura para poder ser retornados al proceso. El H2SO4 en exceso que deja la torre de absorcin final, y que corresponde al exceso en el circuito completo de recirculacin, es extrado como cido de produccin.

5.4.2.2. Sistema de leum

La formacin de leum, se lleva a cabo por la absorcin del trixido de azufre en una corriente de leum recirculado a travs de la torre de leum C-04. La corriente gaseosa que sale de la 3ra. etapa del convertidor A-01se enfra en el economizador F-02 y se desva una parte de esta, por medio de la vlvula HV-309, hacia la torre de leum C-04; aqu se pone en contacto a contracorriente con leum recirculado. El leum que sale de la torre se enfra en el equipo EA-04 y a recirculacin, el exceso se extrae como produccin y se enva a los tanques de leum SR-19/20.

5.4.3. RECUPERACIN DE CALOR

El enfriamiento del gas que proviene del horno H-01, antes de entrar a la primera etapa de conversin, se realiza en la caldera H-02B y el sobrecalentador F-09, donde se produce vapor a una presin de 30Kg/cm2 y una temperatura de 400C.

La caldera de recuperacin se alimenta con agua desgasificada proveniente del tambor de vapor SR-04. Esta se calienta inicialmente en el economizador F-02, donde el gas de la tercera etapa de conversin es enfriado. El calentamiento del agua de alimentacin permite un ahorro de energa en la caldera y en el evaporador, ya que todo el calor que se suministra al agua se utilizar en la generacin de vapor y no en el incremento de su temperatura. Por ltimo, el evaporador se usa para enfriar el gas de proceso despus de la ltima etapa de conversin, y se utiliza para generar un vapor adicional al producido por la caldera.

El evaporador F-01 est conectado directamente al tambor de vapor de la caldera SR-05. El vapor saturado generado en el evaporador y en la caldera se sobrecalienta en el sobrecalentador F-09 y se enva a la red interna de la planta.

6. ANEXOS

ANEXO 1.

FIGURA N2: DIAGRAMA DE LA PLANTA DE CIDO SULFRICO. INSTALACIN 218.ANEXO 2.

FIGURA N3: DIAGRAMA DE BLOQUE DE LA PLANTA DE CIDO SULFRICO. INSTALACIN 218.

Revisado por: Superintendencia de ProcesosAprobado por: Gerencia Tcnica

Documents

Proceso - Sulfúrico 218