DESCRIPCION DEL PROCESO EN UNA PLANTA DE ACIDO


Generalidades

La planta de ácido sulfúrico tiene una capacidad de 1.125 toneladas métricas de ácido sulfúrico al 100% cada 24 horas, alimentada en forma continua con gas de proceso, de composición definida y con una conversión de SO2 a SO3 de 97,5%. La composición del ácido producto es de 98,5% en H2SO4.

A continuación se presenta una tabla con los datos técnicos de diseño:

Indices de diseño Base de Diseño Autotermal
Flujo de gas (base seca Mm3/h)

110.000 122.000
Consumo de gas (%)

SO2 10,0 5,0 (mín)
SO3 0 0
O2 13,1 14,0
CO2 0,6 0
N2 balance balance
H2O Saturado Saturado
Temperatura (ºC) 40 40
Presión (mm c. a.) < 990 < 990

Las etapas de elaboración del ácido son las siguientes:

Sin embargo, para fines prácticos del curso, trabajaremos con una descripción más detallada, que permite la siguiente clasificación:

Dicho ordenamiento será útil para establecer e identificar el equipamiento en cada etapa.

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Limpieza de Gases y Enfriamiento

En esta etapa el gas que contiene SO2 abandona el horno flash y el convertidor de cobre, conteniendo nitrógeno, oxígeno, polvo, humo metálico, vapor de agua y algunas impurezas del mineral como halógenos (flúor, cloro), selenio y arsénico.

La eliminación parcial o total de las impurezas gaseosas y líquidas se efectúa en un tren de limpieza cuyos equipos a continuación se enumeran:

El gas proveniente de la cámara de mezcla, entra a 320ºC a la Torre de Humidificación, la cual no contiene relleno en su interior. El gas se lava por medio de nozzles o boquillas con ácido débil, cuya concentración varía alrededor de 30% en H2SO4, de este modo el gas se enfría por el contacto con el líquido en contra corriente a 90ºC. El ácido débil es recirculado en la torre sin enfriarlo y las impurezas más pesadas son enviadas a un estanque sedimentador conteniendo principalmente polvo y arsénico.

Desde la Torre de Humidificación el gas se envía al Venturi Scrubber, donde entra a favor de corriente con ácido débil inyectado a través de toberas o nozzles.

El gas nuevamente se enfría y se retienen la totalidad de las impurezas, principalmente, arsénico y selenio.

De este modo el gas es conducido a la Torre de Enfriamiento, la cual contiene relleno en su interior. Nuevamente ácido débil se recircula en su interior a través del relleno en contra corriente lo que permite retirar parte de la neblina ácida, los cloruros, el vapor de agua, como también todos los compuestos fluorados.

Debido al contacto de ácido de concentración 3% en H2SO4 con el gas húmedo; el líquido es enfriado en intercambiadores de calor, para seguir posteriormente recirculando el ácido a través de la torre.

Cada cierto período parte de este ácido es mezclado con una solución de silicato de sodio, necesaria para hacer reaccionar el flúor del gas y de este modo retirarlo del sistema. La presencia de flúor en el gas en etapas posteriores, como son secado y absorción produce daños estructurales en el revestimiento del ladrillo antiácido de las torres.

El gas frío, parcialmente purificado, pasa a los Precipitadores Electrostáticos Húmedos, que son unidades que operan de a pares en paralelo. En estos la mayor parte de la neblina ácida y partículas de polvo, es eliminada por precipitación eléctrica.

El ácido débil acumulado en el fondo de los precipitadores es enviado al estanque de la Torre de Enfriamiento, así mismo este ácido es utilizado desde la torre, para el lavado de las unidades de Electrofiltros a través de nozzles ubicadas en el techo de cada unidad. EL propósito de ello es mantener los electrodos limpios de polvo, para favorecer el contacto eléctrico. Ver figuras.

Todo el transporte de gas a lo largo del tren de limpieza se efectúa por succión de un ventilador que transporta desde la entrada a la Torre de Humidificación hasta la Torre de Absorción.

Con el propósito de evitar un posible colapso en los ductos que transportan el gas, el sistema de ductos incorpora a la salida de los Precipitadores Electrostáticos, un dispositivo denominado "sello de agua"; que es capaz de vaciarse en caso de aumentar por sobre el nivel de control, la presión de succión en los ductos.

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Secado de los Gases

El gas limpio y frío es conducido a la etapa de secado en donde se reduce la humedad constituida por vapor de agua.

Los equipos principales están dados por:

Aquí el gas es puesto en contacto con ácido al 96% de concentración, en una torre de relleno cerámico con flujo en contra corriente. Debido a que la reacción de agua y ácido es exotérmica, el calor debe ser retirado mediante un enfriador de tubos y carcaza, con agua refrigerante circulando por los tubos y el ácido por la carcaza. El ácido, de este modo circula desde el estanque de almacenamiento impulsado por una bomba, hacia el tope de la Torre de Secado, así mismo el gas que abandona la torre lo hace libre de humedad. Para evitar el transporte de neblina en el gas, la torre tiene dispositivos para capturar el rocío o neblinas ácidas que de lo contrario llegarían al ventilador principal de la planta y luego a la etapa de conversión. Ver figuras.

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Conversión de SO2 a SO3

Los gases al abandonar la torre de secado, son conducidos mediante el soplador a la etapa de conversión.

El equipamiento esta compuesto por:

El gas es conducido mediante un ventilador hacia los intercambiadores de calor frío, intermedio y caliente, de este modo el gas entra al convertidor con una temperatura cercana a 420ºC. El paso por cuatro etapas de este convertidor generará el calor necesario que se aprovechará en los intercambiadores gas-gas para calentar o enfriar, según sea el caso, el gas que está en proceso. Dicho aumento de temperatura en el convertidor se debe a que la reacción de formación del SO3 a partir de oxígeno y SO2, efectuada en presencia de un catalizador llamado pentóxido de vanadio, es exotérmica, por lo tanto se genera un calor de reacción que es aprovechado para calentar el gas frío que entra al convertidor.

Esta etapa además cuenta con una unidad de precalentamiento compuesta por: Un quemador a petróleo y un intercambiador de calor semejante a los anteriores, utilizado en la etapa de calentamiento del convertidor durante la puesta en marcha o cuando la concentración de SO2 en los gases es insuficiente para mantener las temperaturas en los cuatro pasos del convertidor. De este modo el Precalentador calienta aire que se hace circular por el convertidor hasta alcanzar la temperatura de operación en cada etapa (~ 420ºC).

Por otro lado el calor excesivo generado durante la conversión es retirado por medio de una Caldera de Calor Residual para producir vapor saturado. Ver figuras.

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Absorción del SO3

El gas convertido en la etapa anterior pasa a la siguiente para producir ácido sulfúrico.

Los equipos principales son:

El gas que entra a la Torre de Absorción a una temperatura cercana a 70ºC, se pone en contacto con ácido en contra corriente de 98% de concentración. La torre está compuesta de relleno cerámico del tipo Intalox, que permite la absorción del SO3 del gas en el ácido. Producto de esta absorción se genera calor, el cual es retirado de la torre por medio de un intercambiador de tubos y carcaza. El ácido es conducido desde un estanque por medio de una bomba vertical hacia el tope de la torre por donde escurre por gravedad. El gas abandona la torre pasando por un dispositivo que capta el rocío y luego por una serie de eliminadores de neblina tipo Vela, para dirigirse a la chimenea de gases libre de SO2.

El SO3 absorbido genera un ácido más concentrado el cual se nivela a la concentración de 98,5% que es la de producción. El volumen en exceso de ácido en esta torre es enviado al estanque de almacenamiento de producto donde es enfriada por un intercambiador a 35ºC. Ver figuras.

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