O documento descreve a tecnologia WSA-DC de nova geração da Topsøe para produção de ácido sulfúrico. A WSA-DC permite tratar gases com alto teor de SO2 até 13% com alta conversão e eficiência energética através de dupla conversão e condensação. Isso representa uma melhoria em relação à tecnologia WSA convencional e à DCDA, combinando as vantagens dessas tecnologias.
1. Cobras 2009 – Florianópolis, Brazil
Torben Christensen
WSA-DC – tecnologia Topsøe WSA de nova geração
para gases com maior teor de SO2 e alta conversão
2. Marcos Topsøe para
tecnologia H2SO4
Final dos anos 70
Tecnologia WSA
desenvolvida
e comercializada
1980
Primeira planta
comercial
WSA em operação
1991
Primeira planta
SNOX em
operação
Melhoria progressiva
e desenvolvimento de
catalisadores WSA e VK
2008
Planta WSA
Nº 80
2008/9
Introdução de
WSA-DC
3. Tecnologia WSA - “o conceito”
Converte SO2 em gases residuais em ácido sulfúrico de
especificação comercial
Trata gases residuais com umidade, não é necessária
secagem de gases
Sem consumo de químicos ou aditivos
Sem geração de efluentes
Processo simples, eficiente, confiável e competitivo
Mais de 85 plantas contratadas
4. Hot combustion air
Acid
cooling
Ácido
produto
Água de
resfriamento
Conversão
de SO2
Resfria-
mento
de gás
Condensa-
ção de
ácido
Gás c/ H2S /
Enxofre
filtrado
Queima
H2SO4 (gas) = H2SO4 (liquid) + 90 kJ/mole
Vapor superaquecido AP
Ar atmosférico Retorno de água
de resfriamento
Gás de processo
limpo p/ chaminé
H2S + 1.5 O2 = H2O + SO2 + 518 kJ/mole
Combustão
SO2 + ½O2 = SO3 + 99 kJ/mole
OxidaçãoHidratação
SO3 + H2O = H2SO4 (gas) + 101 kJ/mole
CondensaçãoAlta geração de vapor de alta pressão, 2-3 t/t ácido produzido
Baixo consumo de água de resfriamento, 8-9 m3/t ácido produzido
Princípios do processo WSA,
H2S e enxofre
5. Tecnologia WSA
Incinerador Caldeira
Tambor de
vapor
Soprador de
ar combustão
Conversor
de SO2
Condensador
WSA
Soprador
ar resfriam.
Tanque de
ácido Bomba
ácido
Resfriador
ácido
Resfriador de
gás de processo
1º e 2º
resfriado-
res entre
leitos
BFW
Gás H2S
Gás para
partida
Vapor p/ exportação
Gás limpo
Ácido
sulfúrico
produto
CW
Chaminé
Ar de combustão
7. Arranjo de planta WSA, gás H2S
e enxofre
Gás H2S
Sistema
vapor
Vapor
superaquecido
Conversor
de SO2
Bomba ácido
Resfr. ácido
Ácido produto
Ar de combustão Soprador
Gás da chaminé
Soprador
Condensador
WSA
Resfr.
entre
leitos
Resfr.
gás
proc.
Incinerador
Ar
9. Plantas WSA – situação atual
Referências:
85 referências de plantas em refino, metalúrgica,
gaseificação, coking, geração elétrica, etc.
Correntes até 1.200.000 Nm3/hr e 1.140 MTPD H2SO4
Performance:
Concentração SO2 até 6.5%
Conversão catalítica 99.6%
Concentração H2SO4 limitada a 98%
Alta eficiência energética
Alta eficiência
energética
10. WSA vs. DCDA convencional
Planta DCDA convencional
GAS SO2
DA LAVAGEM
SECAGEM ABSORÇÃO ABSORÇÃO
H2SO4
CONVERSÃO
CALOR
EXPORTADO
PERDA
CALOR
CONVERSÃO
Alta conversão
Média eficiência energética
PERDA
CALOR
CALOR
EXPORTADO
PERDA
CALOR
Planta WSA
H2SO4
GAS SO2
DA LAVAGEM
CONDENSAÇÃOCONVERSÃO
Média conversão
Alta eficiência energética
CALOR
EXPORTADO
CALOR
EXPORTADO
12. Dupla conversão propicia alta eficiência de conversão
Condensação propicia alta eficiência energética
WSA-DC consegue tratar concentrações de SO2 até
13% v/v
Nova tecnologia Topsøe WSA-DC
GAS SO2
H2SO4
CONDENSAÇÃO CONDENSAÇÃOCONVERSÃOCONVERSÃO
CALOR
EXPORTADO
CALOR
EXPORTADO
CALOR
EXPORTADO
CALOR
EXPORTADO
Alta conversão
Alta eficiência energética
WSA-DC é um processo úmido para produção de ácido
sulfúrico com dupla conversão e dupla condensação,
combinando as qualidades atuais da tecnologia WSA com
tecnologia de ácido sulfúrico convencional.
13. Diagrama de processo WSA-DC,
alimentação enxofre/H2S
H2SO4
H2O
Enxofre
Forno de
enxofre/H2S
Conversor
SO2 (3+1 leitos)
1º
condensador
2º
condensador
Gas limpo
Caldeira
CW
14. Diagrama de processo WSA-DC –
Gás SO2
H2SO4
H2O
Gás SO2
Conversor SO2
(3+1 leitos)
1º
condensador
2º
condensador
Gas limpoPré-aquecedores
CW
15. Vantagens da tecnologia WSA-DC
Uma planta WSA com diferente configuração de
processo, mas com mesmos comprovados
componentes da planta
Alta eficiência energética devido à condensação
Alta eficiência de conversão devido à dupla conversão
Ácido concentrado
Trata gases até 13 % (vol) SO2 (gás úmido)
17. Comparação de custos operacionais
Planta base enxofre
540 MTPD
Custo
Unitário
WSA-DC DCDA
Consumo &
Produção
horária
Custos
anuais
€
Consumo &
Produção
horária
Custos
anuais
€
Consumo de enxofre 40 €/t
Consumo energia elétrica 0.05 €/kWh
Produção vapor alta pressão 8 €/t
Consumo água resfriamento 0.03 €/m3
Consumo água de processo 0.50 €/m3
Custos anuais (8.000 h/ano)
Custos operacionais por
t de H2SO4, €
7.36 t
1,250 kWh
34 t
95 m3
4.1 m3
2,355,000
500,000
-2,176,000
22,800
16,400
718,200
7.36 t
1,400 kWh
25 t
930 m3
3.3 m3
2,355,000
560,000
-1,600,000
223,200
13,200
1,551,400
4.0 8.6
18. Conclusões
As vantagens do processo WSA para gases residuais
estão agora disponíveis para gases concentrados.
Mesmos equipamentos comprovados, diferentes
configuração de processo
WSA-DC é um complemento ao existente WSA para
gases residuais
Processo WSA para gases residuais < 7% de SO2
WSA-DC para gases até 13% de SO2
WSA-DC aumenta a taxa de recuperação de calor
Taxa de recuperação de S no WSA-DC até 99.95%
WSA-DC produz ácido sulfúrico concentrado até 99 %