tratamiento de gases imq - 310 reduccion de sox planta de acido sulfurico
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TRATAMIENTO DE GASES IMQ - 310
Reduccion de SOxPlanta de acido sulfurico
Fundiciones de cobre
• Producen gas con SO2 = Contaminación• Hasta 1995 no tanto control de emisiones• Ley exige limpieza de gases• Solución : Cambiar el problema en un
producto: acido sulfúrico• Ahora todas las fundiciones en Chile
incluye al menos una planta de acido sulfúrico
Fundiciones de cobre
• Convertidores producen gases con hasta 15-20 % en volumen de SO2
• Flujo no es constante = problema
Fundición - Convertidores
• Convertidor: El Teniente
• Convertidor: Pierce Smith
– CuFeS2 + O2 --> Cu + oxidos de Fe + SO2
• En la fusión el concentrado de cobre es sometido a altas temperaturas (1.200 ºC) para lograr el cambio de estado de sólido a líquido. Al pasar al estado líquido, los elementos que componen los minerales presentes en el concentrado se separan según su peso, quedando los más livianos en la parte superior del fundido (escoria), mientras que el cobre, que es más pesado se concentra en la parte baja. De esta forma es posible separar ambas partes vaciándolas por vías distintas.
• El convertidor tiene un sistema de cañerías en el interior, las cuales insuflan aire enriquecido con oxígeno, el cual permite la oxidación del hierro y del azufre presentes en los minerales que constituyen el concentrado. El hierro forma magnetita, que se concentra en la escoria, y el azufre forma gases (monóxidos y dióxidos).
Emisiones Codelco 2005Fundición
Tipo de emisión
Total anual (miles de ton)
Límite anual (miles de ton)
Chuquicamata SO2 57,51 (b)
MP 0 (a) 1,85
As 0,37 0,40
Potrerillos SO2 93,39 100,00
MP 0,85 5,50
As 0,72 0,80
Ventanas SO2 12,15 45,00
MP 0,41 1,00
As 0,05 0,12
Caletones SO2 115,80 (b)
MP (c) (b)
As 0,12 0,38
a.De acuerdo a mediciones realizadas a la chimenea cerrada del convertidor de la fundición de concentrado. b.Cumplimiento de la norma de calidad c.A partir del año 2003 se descontinuó la medición de emisiones
Sulfuric acid plantGeneral process
• A) Gas pre-cleaning
(Elimination of impurities, SO3, PM etc)• B) Converter
(conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide)• C) Absorption Tower
(sulfur trioxide absorbed into the sulfuric acid mist)• D) Hydration of Oleum
(to produce sulfuric acid)
Limpieza de gases de fundición de cobre
• Eliminar materia particulada– (T > 400 C : PES)
• Eliminar SO3– (Scrubbing)
• Eliminar arsénico (As2O3) y otros moleculas volatiles (F, Se….)– (Scrubbing)
Conversión catalitica
The mixture of sulfur dioxide and air is heated to 450 C and subjected to a pressure of 101.3 - 202.6 kPa (1 -2 atmospheres) in the presence of a vanadium catalyst (vanadium (V) oxide) to produce sulfur trioxide, SO3(g), with a yield of 98%.
• 2SO2(g) + O2(g) -----> 2SO3(g)
Conversión catalítica
• Proceso exotérmico– (A temperatura alta la reacción vuelve a SO2)
• 3-4 lechos de conversión– T : 450 C en promedio
AbsorciónSulfur trioxide, SO3(g) is dissolved in 98% (18M) sulfuric acid, H2SO4, to produce disulfuric acid or pyrosulfuric acid, also known as fuming sulfuric acid or oleum, H2S2O7.
• SO3(g) + H2SO4 ------> H2S2O7
This is done because when water is added directly to sulfur trioxide to produce sulfuric acid
• SO3(g) + H2O(l) -----> H2SO4(l)
The reaction is slow and tends to form a mist in which the particles refuse to coalesce. Water is added to the disulfuric acid, H2S2O7, to produce sulfuric acid, H2SO4
• H2S2O7(l) + H2O(l) -----> 2H2SO4(l)
Conversión de SO3 en H2SO4
El Teniente
Emisiones El Teniente
AÑO
Emisión Anual Máxima de
SO2
TM/año
Emisión Mensual Máxima de
SO2
TM/mes
Emisión Anual Máxima Material
Particulado Total
TM/año
Desde 1998 -- 62.500 3.017
Desde 1999 494.000 41.166 1.987
Desde 2000 494.000 41.166 1.987
Desde 2001 230.000 19.166 -
Desde 2002 230.000 19.166 -
Desde 2003 115.000 (cumple normas calidad de aire!!!)
1º planta acida: 1998, 2º planta acida: 2001
CT2 CT1 CPS3 CPS1CPS2
Spray-radiation
cooler
Spraycooler
ESP
Spray-radiation
cooler
Spray-radiation
cooler
Spraycooler
ESP
ESP ESP
PLG1GCP
PLG1
PLG2GCP
PLG2
Tailgas
Tailgas
El Teniente (PLG1) - 2007Parameter Unit Value
Total Water to GCPTemperature to GCPDust to GCPInlet flow, dry basisAcid plant dilution airTotal flow, dry basisComposition, dry basis
SO2
O2
N2
CO2
VolumeSO2
O2
RatioO2/SO2
Acid production (100%)
Nm3/hroC
kg/hrNm3/hrNm3/hrNm3/hr
%v/v%v/v%v/v%v/v
Nm3/hrNm3/hr
--mtpd
16.008350226
101.57170.721(max)
172.292
8,7813,73
balance0
15.12723.656
1,561.588
PLG1
Dryingtower
Packed gascooling tower
Washingtower
Venturiscrubber
Wet electrostaticprecipitators
Effluentstripper
air
Packed tower
weak acidcooler
Gas toPLG1blower
Strong acid
stripperair
To effluent treatment
Gas fromsmelter
E341 E321
E331
E351
Bed 1
Bed 3
Bed 2
Bed 4
AbsorptionTower
Preheater
To stack
From dryingtower
air
air
El Teniente (PLG2)Parameter Unit Original
Design
Total Water to GCPTemperature to GCPDust to GCPInlet flow, dry basisAcid plant dilution airTotal flow, dry basisComposition, dry basis
SO2
O2
N2
CO2
VolumeSO2
O2
RatioO2/SO2
Acid production (100%)
Nm3/hroC
kg/hrNm3/hrNm3/hrNm3/hr
%v/v%v/v%v/v%v/v
Nm3/hrNm3/hr
-- mtpd
31.920350223
248.08037.039
285.119
9,615,1
balance1,6
27.37143.053
1,572.874
Feed gas (PLG1)
140000
145000
150000
155000
160000
165000
170000
175000
180000
23:45 4:33 9:21 14:09 18:57 23:45
Flo
w (
Nm
3/h
r)
April 18,2003
Design flow = 172,292 Nm3/hr
Un día de operación: fluctuaciones
450
460
470
480
490
500
510
520
530
540
550
560
570
23:45 4:33 9:21 14:09 18:57 23:45
Tem
pera
ture
(C
)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
%S
O2
in f
eed
gas
SO2
Bed 2 outlet
Bed 2 inlet
April 18,2003
Specified bed 2inlet temperature (460 C)
20
25
30
35
40
23:45 4:33 9:21 14:09 18:57 23:45
Tem
pera
ture
(C
)
95.0
95.5
96.0
96.5
97.0
97.5
98.0
98.5
%H
2S
O4
March 29, 2003Drying tower inlet gas temperature
Drying tower acid strength
Tail gas over limit - 2003 (ppmv)
Month Min Max Average
February -258.4 2464.3 570.0
March -2500.0 9050.3 913.8
April -231.6 11234.3 1408.3
May -94.2 7548.9 1405.1
June 317.8 7258.0 1763.8
July 717.7 5966.0 1839.3
Codelco Ventanas
Planta de Codelco Ventanas
DIAGRAMA GENERAL PLANTA DE ACIDO SULFURICO
ABSORCIONINTERMEDIA
VTI CT
Precipitadores Fläkt M
ConvertidorTeniente
CHIMENEA ENAMI
HV-184
SECADO DE GASES
VENTILADORPRINCIPAL
PV-183
W 22
Conversión Catalítica
ChimeneaPlanta de
Acido
ABSORCIONFINAL
K 5V 10
CPS
CT
HV-190
Precipitador Miljo
ConvertidoresPierce Smith
VTI CP S
K1K2
K4K3
polvos
P EP A
soluciones ácidas
ácidoproducto
LIMPIEZA DE GASES
LAVADO DEGASES
Tratamiento de Efluentes
ácido 98%
gases secos y limpios
agua
gas
REACTOR C 20
gas limpio
descarga al mar
K 6
REACTOR C 1
CAPA 4
Conversión Catalítica
OPERACIÓN DE LA PLANTA
La Planta de Acido Sulfúrico esta compuesta por siete secciones:– (i) Sección Captación y Manejo de Gases.– (ii) Sección de Lavado/Limpieza de Gases– (iii) Sección de Secado de Gases– (iv) Soplador – (v) Sección de Contacto y Conversión– (vi) Sección de Absorción de SO3
– (vii) Sección de Enfriamiento de Agua
Operación Operación % SO2 % O2 % CO2 % H2O Temp. polvoNm3/min Nm3/h % vol. % vol. % vol. % vol. ºC gr/Nm3
1 Aire Soplado CT 486 29.160 0,0 21,0 0,0 0,0 20 02 Aire Dilución CT 613 36.800 0,0 21,0 2,3 2,0 20 03 Gases Salida CT 1.350 81.000 10,9 12,0 1,2 2,6 675 16,94 Gases CT a PEE 1.447 86.800 9,2 10,7 1,0 14,8 390 14,25 Gases CT tras PEE 1.518 91.100 8,7 11,2 0,9 15,2 340 0,76 Aire Soplado CPS 300 18.000 0,0 21,0 0,0 0,0 20 07 Aire Dilución CPS 350 21.000 0,0 21,0 0,0 0,0 20 08 Gases Salida CPS 653 39.200 8,2 12,2 0,0 0,9 622 9,39 Gases CPS a PEE Miljo 730 43.800 7,4 11,0 0,0 10,9 410 8,310 Gases CPS tras PEE Miljo 787 47.200 6,9 11,8 0,0 10,1 307 0,411 Gases a Pta. Acido (seco) 1.820 109.181 8,1 11,4 0,6 12,8 320 0,612 Gases a Chimenea 0 0 0 0 0 0 0 013 Agua enfriam. Gases CT 8,4 m3/h ---- 0 0 0 0 0 014 Agua enfriam. Gases CPS 3,5 m3/h ---- 0 0 0 0 0 015 Polvo PEPA gases CT 400 kg/h ---- 0 0 0 0 0 016 Polvo Miljo gases CPS 90 kg/h ---- 0 0 0 0 0 0
MANEJO DE GASES PLANTA DE ACIDO
VTI CT
Precipitadores Fläkt
ConvertidorTeniente
Precipitador Miljo
VTI CP S
polvos
P EP A
Bypass Miljo
CPS-1
agua13
CT1 agua
14
agua14
CPS-3
agua14
CPS-2
airesoplado
dilución
2
3
6 airesoplado
dilución
7
6 airesoplado
dilución
7
6 airesoplad
dilución
7
8
8
8
4
9
9
9
15
5
16
9 10
12
11
Sección Captación, Manejo y Limpieza de Gases
La Sección de Captación, Manejo y Limpieza de Gases de la Planta de Acido Sulfúrico esta diseñada para:
Captar los gases desde la boca de los Convertidores Teniente y Pierce Smith de la Fundición, con eficiencias de captación de 90 y 95% respectivamente.
– Conducir los gases desde la Fundición hacia las etapas de limpieza mediante los VTI respectivos.
– Retirar desde los gases las partículas sólidas arrastradas desde la Fundición mediante Precipitadores Electroestáticos.
– Disponer los gases para la etapas posteriores de Lavado de los Gases
FLUJ O GASEOSO FLUJ O ACIDODESCRIPCIÓN FLUJO TEMP. PRESION SO2 DESCRIPCIÓN FLUJO TEMP. H2SO4
Nm3/h ºC mBar % en vol. m3/h ºC % en peso
1 Gas ante K1 133.919 350 -3,0 9,7 8 Acido a K1 750 76,7 40
2 Gas tras K1 133.919 76,7 -12,0 8,1 9 Acido a Venturis 510 71,8 20
3 Gas tras Venturis 133.919 71,8 -36,4 8,1 10 Acido salida K20 400 57 0,21
4 Gas Ante K20 41.528 71,2 -36,4 7,9 11 Acido enttrada K20 388 38 0,21
5 Gas Ante K2 96.899 71,2 -36,4 7,9 12 Acido salida K2 950 57 0,21
6 Gas tras K2/K20 129.410 38 -53,0 11,3 13 Acido entrada K2 910 38 0,21
7 Gas tras PEEH 129.410 38 -72,2 11,3 14 Acido efluente K1 76,7 40
15 Acido efluente K2 13,5 57 0,21
GASES DE FUNDICIÓN
LIMPIEZA DE GASES
TORRELAVADO
VENTURIS
CICLONES
TORRES DE ENFRIAMIENTO
PRECIPITADORES2° ETAPA
K 1
B 8B-7
P 9 / 1 - 2
W 20
W 1 / 1 - 3
EFLUENTE
P 20 / 1 - 2
P 2 / 1 - 3
K 20
P 1 / 1 - 2
K 2
PRECIPITADORES1° ETAPA
GASES LIMPIOS
K 1EFLUENTE
K 215
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Sección de Lavado (Limpieza) de Gases
La Sección de Lavado de Gases de la Planta de Acido Sulfúrico esta diseñada para:– Saturar y enfriar los gases calientes de
entrada provenientes de la Fundición.– Retirar la neblina fina de ácido sulfúrico
formada a medida que se lava y enfría el gas.
FLUJ O GASEOSO FLUJ O ACIDODESCRIPCIÓN FLUJ O TEMP. SO2 SO3 PRESIÓN DESCRIPCIÓN FLUJ O TEMP. % ACIDO
Nm3/h ºC % en vol. % en vol. mbar m3/h ºC % peso
1 Gas ante K3 129.410 38,0 11,3 0,0 -72,2 13 Acido de K6 a K3 18,2 60,0 98,5
2 Gas ante K4 129.410 40,0 12,0 0,0 -103,2 14 Acido fondo K3 450,0 59,4 80,0
3 Gas tras K4 ante V10 131.130 40,0 12,0 0,0 -150,2 15 Acido tras W7 a K3 421,0 40,0 80,0
4 Gas tras V10 131.130 89,7 12,0 0,0 317,4 16 Acido de K3 a B26 23,9 59,4 80,0
5 Gas de 3º capa a K6 124.818 210,0 0,4 10,1 177,0 17 Acido circuito K4 464,0 40,0 95,0
6 Gas de K6 a 4º capa 110.587 60,0 0,4 0,0 127,0 18 Acido de B26 a K6 24,3 58,5 80,0
7 Gas de 4º capa a K5 110.368 193,6 0,1 0,4 53,7 19 Acido de K4 a K6 40,0 94,0
8 Gas de K5 a chimenea 109.920 75,0 0,1 0,0 0,0 20 Acido fondo de K6 1200,0 89,7 98,5
21 Acido tras W21 a K6 1131,0 60,0 98,5
FLUJ OS DE AGUA 22 Acido K6 a K5 31,2 60,0 98,5
DESCRIPCIÓN FLUJ O TEMP. 23 Acido fondo K5 767,0 83,8 98,5
m3/h ºC 24 Acido tras W8 a K5 764,0 75,0 98,5
11 Agua dilución a K6 3,2 40,0 25 Acido rebalse K5 a B6 32,7 98,8 98,5
12 Agua dilución a K5 0,4 40,0 26 Acido producto tras W9 32,0 35,0 98,5
SECADO Y ABSORCION
K-3W 7
P 4
K-4
P 6
K-5
AGUA DEPROCESO
P 7P 5
W 9
aEstanques
W 8
P 70
W 21
MEZCLADORB-70
K-6
B 26
B 6
SO3 desdeCapa 3
gas sin SO3a Capa 4 Soplador
V10
ácido 98%desde K6
gas deGrupo
Lavado
gas desdecapa 4
P 4/3
1
2
3
5
6
7
8a chimenea
1211
1314
15
16
17
18
19
2
21
2
2
2
2
2
a Reactor C-204
MEZCLADORR1-2
P 26
DESCRIPCIÓN FLUJ O TEMP. SO2 SO3 PRESION DESCRIPCIÓN FLUJ O TEMP. SO2
Nm3/h ºC % vol. % vol. mbar Nm3/h ºC % vol.
1 Gas de V10 a W24 131.000 89,7 12,0 0,0 340,9 9 Gas salida W26 ante W23 123.694 371,3 0,9
2 Gas salida W24 a C20 131.000 254,5 12,0 0,0 317,4 10 Gas a absorción en K6 123.694 210,0 0,9
3 Gas entrada Capa 1 131.000 440,0 12,0 0,0 297,2 11 Gas desde absorción de K6 109.097 60,0 1,0
4 Gas salida Capa 1 126.635 625,0 5,5 6,9 288,5 12 Gas salida W23 ante W6 109.097 274,2 1,0
5 Gas entrada Capa 2 126.635 450,0 5,5 6,9 271,5 13 Gas entrada Capa 4 109.097 410,0 1,0
6 Gas salida Capa 2 124.513 540,0 2,2 10,4 260,8 14 Gas salida Capa 4 108.606 437,9 0,1
7 Gas entrada Capa 3 124.513 440,0 2,2 10,4 236,5 15 Gas salida W27 ante W24 108.606 413,5 0,1
8 Gas salida Capa 3 123.694 475,0 0,9 11,8 228,1 16 Gas hacia absorción de K5 108.606 210,0 0,1
CONVERSION
C 20
A ATMÓSFERA
GAS
V 3
W 24
W 10
W 22
D 1
C-1TORRE CATÁLISIS
CAPA # 3 a
CAPA # 3 b
CAPA # 4 a
CAPA # 4 b
W 6
A ATMÓSFERA
AIRE
V 2
W 26 W 23
desde K6
a K6AIRE V 20
W 27
a K5
desde V101
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14
15
16
TORRE W-11 TEMP. FLUJ O TORRE W-25 TEMP. FLUJ O
DESCRIPCIÓN ºC m3/h DESCRIPCIÓN ºC m3/h
1 Alimentación Colmo 20,0 14 Alimentación Colmo 20,0 22
2 Alimentación CAS 20,0 15 Alimentación CAS
3 Descarga bombas P10 20,0 1.964 16 Descarga bombas P22 20,0 1.399
4 Entrada Soplador V-10 20,0 36 17 Entrada W9 20,0 52
5 Salida Soplador V-10 27,0 36 18 Salida W9 45,5 52
6 Entrada W21/1-4 20,0 305 19 Entrada W20 20,0 400
7 Salida W21/1-4 42,0 305 20 Salida W20 40,3 400
8 Entrada W8 20,0 274 21 Entrada W1/1-3 20,0 332
9 Salida W8 44,0 274 22 Salida W1/1-3 38,6 332
10 Entrada W7/1-2 20,0 192 23 a Sist. Enfriam Gases 20,0 14
11 Salida W7/1-2 37,5 192 24 Retorno caliente Torre 39,1 1.385
12 Retorno caliente Torre 41,2 1.918 25 Purga 20,0 16
13 Purga 20,0 20
agua Colmo
a Sistema Enfriamiento Gases
REFRIGERACIÓN DE AGUA
SOP LADOR V10
SECADO Y ABSORCIÓN
P 10
motor V-10
V-10
reactivos
W 11 / 1 W 11 / 2
W 8
W 7/ 1-2
W 21/ 1-4
W 9
reactivos
W 25 / 1 W 25 / 2
W 20
W 1/1-3
filtro
P 22
purga
purga
LAVADO DE GASES
ACIDO P RODUCTO
agua CAS
1
2
3
4
5
6 7
8 9
10 1112
13
14
1516
17
18
1920
21
22
23
24
25