BR112017023546B1

BR112017023546B1 - Planta de processo para a produção de ácido sulfúrico e referido processo

Info

Publication number: BR112017023546B1
Application number: BR112017023546-3A
Authority: BR
Inventors: Mads Lykke; Rasmus SVERDRUP; Morten Thellefsen
Original assignee: Haldor Tops0E A/S
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2022-04-12
Also published as: CA2985419C; EA034697B1; KR20180023889A; CA2985419A1; AU2016287352B2; US10829376B2; EA201890173A1; WO2017001463A1; CL2017003068A1; AU2016287352A1; BR112017023546A2; EP3317226B1; CN107635915B; CN107635915A; EP3317226A1; KR102615985B1; SA518390670B1; US20180127271A1

Abstract

PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ÁCIDO SULFÚRICO. A presente invenção se refere a uma planta de processo para a produção de ácido sulfúrico a partir de um gás de processo compreendendo SO2, compreendendo uma entrada de gás de processo, um primeiro conversor de SO2 tendo uma entrada e uma saída, um primeiro condensador tendo uma entrada de gás, uma saída de gás e uma saída de líquido, um dispositivo de mistura de gás tendo uma primeira entrada, uma segunda entrada e uma saída, um aquecedor de gás de processo tendo uma entrada e uma saída, um segundo conversor de SO2 tendo uma entrada e uma saída, um segundo condensador tendo uma entrada de gás, uma saída de gás e uma saída de líquido, um ou mais meios para resfriamento e armazenamento de ácido sulfúrico e um gás de processo saída purificado, em que a saída de gás do primeiro condensador está em comunicação fluida com a primeira entrada de um dispositivo de mistura, a saída do dispositivo de mistura está em comunicação fluida com a entrada do aquecedor de gás do processo, a saída do aquecedor de gás do processo está em comunicação fluida com a entrada para o segundo (...).

Description

[001] Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) é uma substância química muito comum, usado em várias indústrias, por exemplo, produção de fertilizantes, alquilação, lixiviação do minério de metal e produção de dióxido de titânio, papel e borracha.

[002] A maior parte das matérias-primas para a produção de ácido sulfúrico é enxofre elementar a partir da desulfurização de petróleo e gás, mas ainda gás H2S extraído diretamente do processo de desulfurização é amplamente usado. SO2 liberado durante processos de fundição de metal também é uma importante matéria-prima.

[003] Os processos de conversão da matéria-prima baseada em enxofre em ácido sulfúrico são numerosos, mas a maioria deles compartilha o mesmo layout básico: transformação da matéria-prima baseada em enxofre em um gás composto por SO2, oxidação catalítica de SO2 para SO3 e ou a absorção de SO3 em uma solução de H2SO4 ou condensação de H2SO4 a extrair o produto desejado de ácido sulfúrico.

[004] Dependendo da composição de matéria-prima e a legislação ambiental local, a eficiência de conversão de SO2 desejada dita o layout do processo. Para altas concentrações de SO2 e altas eficiências de conversão de SO2, o layout de processo mais comum para a planta de ácido sulfúrico é o tipo chamado de dupla conversão: uma primeira oxidação de SO2 e a primeira extração de ácido sulfúrico seguido por uma segunda oxidação de SO2 final e a segunda extração definitiva de ácido sulfúrico. A primeira extração do produto garante conversão termodinâmica SO2 favorável na segunda etapa de oxidação de SO2 e com tal layout geral de eficiência de conversão de SO2 acima de 99,95 % é atingível.

[005] WO 2013/044937 divulga um processo do tipo de dupla conversão, no qual o ácido sulfúrico é removido por condensação. Um gás de reciclagem é removido da saída do primeiro condensador e direcionado para a entrada do primeiro conversor, com o objetivo de reduzir o tamanho do equipamento e volume de fluxo.

[006] WO 2009/060022 divulga um processo do tipo de dupla conversão, no qual o ácido sulfúrico concentrado é produzido pela absorção do trióxido de enxofre no ácido sulfúrico.

[007] A presente divulgação descreve tal um layout de planta de ácido sulfúrico para tratamento de diferente matérias-primas contendo enxofre, tendo um layout mais simples e a recuperação de calor maior do que a técnica anterior. Especificamente, a presente divulgação descreve uma melhora no layout da primeira etapa de condensação de ácido sulfúrico e a primeira etapa de reaquecimento de gás do processo, fornecendo um layout mais simples requerendo menos área de troca de calor, custo de operação reduzido e operação mais robusta da planta de ácido sulfúrico.

Definições

[008] Como usado aqui a planta de ácido sulfúrico deve ser entendida como o equipamento de processo e o processo que inclui uma entrada de gás de alimentação, conversão catalítica de SO2 a SO3 e hidratação de SO3 para formar ácido sulfúrico, bem como os processos de suportes relacionados, incluindo válvulas, bombas, trocadores de calor, etc.

[009] Como usado aqui, um material cataliticamente ativo pode ser catalisador de qualquer forma e formato, incluindo, entre outros, pellets catalisadores, catalisadores extrudidos, catalisadores monolíticos e superfícies revestidas com material cataliticamente ativo. O material cataliticamente ativo pode incluir qualquer substância conhecida na técnica para catalisar a oxidação do SO2 a SO3, incluindo, entre outros, as seguintes substâncias ativas do vanádio álcali, platina, césio, óxido de rutênio, e carvão ativado.

[0010] Ao longo do presente texto, elementos triviais, mas críticos, tais como bombas, válvulas e trocadores de calor podem não ser mencionados explicitamente, mas tal omissão não deve ser interpretada como uma ausência de elementos, a menos que explicitamente mencionado como tal.

[0011] Em todo o pedido, os compostos químicos podem ser referidos por fórmulas químicas, nomes químicos ou nomes triviais. Estes devem ser entendidos como totalmente sinônimo, e nenhum significado especial será transferido de diferenças nesta terminologia.

[0012] Onde um termo como imediatamente a montante ou a jusante é usado, este confere que apenas etapas do processo insignificantes ou elementos existem entre as duas etapas do processo ou elementos discutidos.

[0013] No seguinte, a unidade Nm3 será entendida como “normal” m3, ou seja, a quantidade de gás formado neste volume a 0°C e 1 atmosfera (101325 Pa).

[0014] O ponto de orvalho para um componente de um gás (como o ponto de orvalho do ácido sulfúrico), é a temperatura e a pressão na qual o componente (ácido sulfúrico) inicia a condensação da fase de gás.

[0015] Em geral as reações químicas podem ser descritas por qualquer um dos termos conversão, decomposição, reação ou oxidação, sem qualquer entendimento específico sendo tomado a partir deste, a menos que especificamente declarado.

[0016] Onde as concentrações (%) na fase de gás são apresentadas, estas são, salvo se indicado em contrário, são apresentadas em concentração molar.

[0017] Como usado aqui, as concentrações de trióxido de enxofre na forma de gás são demonstradas como % em mol sob a suposição de que todos os enxofres hexavalentes estão presentes como o trióxido de enxofre, e, portanto, incluem trióxido de enxofre, bem como o trióxido de enxofre hidratado ao ácido sulfúrico gasoso. Da mesma forma se as concentrações de água são demonstradas como “não hidratadas” presume-se que nenhuma água esteja ligada em ácido sulfúrico.

[0018] O termo comunicação fluida deve ser interpretado como qualquer conexão substancialmente sem obstáculos entre dois elementos do processo, incluindo mas não limitado a conexão através de tubulações e dutos, através do mesmo lado dos trocadores de calor, mas excluindo a conexão através de um reator de catalisador preenchido.

[0019] O termo comunicação térmica será interpretado como qualquer conexão térmica não impedida substancialmente entre dois elementos de processo, incluindo, mas não limitado a conexão através do trocador de calor, com os dois meios em comunicação térmica estando presente em lados separados no mesmo trocador de calor, ou por uma conexão térmica através de um meio de troca de calor.

[0020] Um amplo espectro da presente invenção se refere à uma planta de processo para a produção de ácido sulfúrico a partir de um gás de processo compreendendo SO2, compreendendo uma entrada de gás de processo, um primeiro conversor de SO2 tendo uma entrada e uma saída, um primeiro condensador tendo uma entrada de gás, uma saída de gás e uma saída de líquido, um dispositivo de mistura de gás tendo uma primeira entrada, uma segunda entrada e uma saída, um aquecedor de gás de processo tendo uma entrada e uma saída, um segundo conversor de SO2 tendo uma entrada e uma saída, um segundo condensador tendo uma entrada de gás, uma saída de gás e uma saída de líquido, um ou mais meios para resfriamento e armazenamento de ácido sulfúrico e uma saída de gás de processo purificado, em que a referida entrada de gás do processo está em comunicação fluida com a entrada do primeiro conversor de SO2, a saída do primeiro conversor de SO2 está em comunicação fluida com a entrada de gás do primeiro condensador, a saída de líquido do primeiro condensador está em comunicação fluida com um ou mais dos referidos meios para resfriamento e armazenamento de ácido sulfúrico, a saída de gás do referido primeiro condensador está em comunicação fluida com a primeira entrada de um dispositivo de mistura, a saída do referido dispositivo de mistura está em comunicação fluida com a entrada do aquecedor de gás de processo, a saída do referido aquecedor de gás de processo está em conexão fluida com a entrada ao referido segundo conversor de SO2 e a segunda entrada do referido dispositivo de mistura de gás, a saída do segundo conversor de SO2 está em comunicação fluida com a entrada de gás do segundo condensador, a saída de líquido do segundo condensador está em comunicação fluida com um dos referidos meios para armazenamento de ácido sulfúrico, a saída de gás do referido segundo condensador está em comunicação fluida com a saída de gás de processo purificado, caracterizado pelo fato de que a primeira entrada do referido dispositivo de mistura de gás estando em comunicação fluida com a saída do referido primeiro condensador, sem trocador de calor intermediário com o benefício associado de tal uma planta de processo sendo eficiente em energia e tendo uma necessidade reduzida para materiais resistentes à corrosão, em comparação com uma planta de processo tendo aquecimento do gás deixando o primeiro condensador.

[0021] Em uma outra modalidade, o referido dispositivo de mistura compreende por um ou mais elementos para reforço de mistura, tais como placas de choque ou elementos de embalagem com o benefício associado deste um dispositivo de mistura de mistura aumentada de gás dessulfurizado parcialmente frio e gás de processo reciclado quente e, portanto, risco reduzido de condensação de ácido sulfúrico corrosivo.

[0022] Em uma outra modalidade um ou ambos do referido primeiro e segundo condensador é composto por um gabinete de meio de resfriamento, tendo uma entrada de meio de resfriamento e uma saída de meio de resfriamento com o benefício associado de tal um condensador tendo controle melhorado de temperatura de condensação.

[0023] Em uma outra modalidade o referido gabinete de meio de resfriamento é um reservatório de pressão, e em que referido condensador é composto por um número de tubos feitos de material resistente à corrosão, com o benefício associado de um condensador ser compacto.

[0024] Em uma outra modalidade o referido gabinete de meio de resfriamento compreende um número de tubos feitos de materiais resistentes à corrosão e em que referido condensador é composto por um reservatório feito de materiais resistentes à corrosão, permitindo que o gás de processo corrosivo no lado do reservatório dos tubos.

[0025] Em outra modalidade a planta de processo é composta por um segundo aquecedor de gás de processo tendo uma entrada e saída em que referida comunicação fluida com a saída do primeiro aquecedor de gás de processo e a saída do segundo aquecedor de gás de processo está em comunicação fluida com o segundo conversor de SO2, e no qual pelo menos um do primeiro e segundo aquecedor de gás de processo está em comunicação térmica com a saída do segundo conversor de SO2 com o benefício associado de integração térmica melhorada da recuperação do calor desenvolvido no segundo conversor de SO2.

[0026] Em uma outra modalidade a planta de processo para a produção de ácido sulfúrico ainda compreendendo um incinerador tendo uma entrada de matéria-prima, uma entrada de oxidante, uma entrada de combustível do suporte opcional e uma saída, em que referido matéria-prima compreendendo enxofre está em comunicação fluida com a referida entrada da matéria-prima, um oxidante, como o ar, ar aquecido ou um gás rico em oxigênio, está em comunicação fluida com a referida entrada de oxidante, uma alimentação de combustível de suporte opcional está na comunicação fluida com a referida entrada de combustível de apoio e a saída do incinerador está em comunicação fluida com a referida entrada de gás do referido processo, com o benefício associado de uma ampla faixa de matérias-primas que compreende enxofre sendo compatível com uma referida planta de processo incluindo um incinerador, incluindo enxofre reduzido como H2S e enxofre elementar bem como o ácido sulfúrico gasto composto por impurezas.

[0027] Um outro aspecto da invenção se refere a um processo para a produção de ácido sulfúrico, compreendendo as etapas de dirigir um gás de processo, compreendendo SO2 e O2 para entrar em contato com um material cataliticamente ativo na oxidação do SO2 a SO3, fornecendo um gás de processo oxidado, opcionalmente, adicionando água para a hidratação de SO3 a H2SO4 ao referido gás de processo ou gás de processo oxidado e dirigindo o mesmo a um primeiro condensador, o referido primeiro condensador extraindo o H2SO4 condensado e um gás parcialmente desulfurizado, com uma temperatura de pelo menos 150°C, 160°C ou 180°C a 190°C, 200°C ou 220°C, combinando o referido gás parcialmente dessulfurizado com um gás de processo intermediário quente reciclado, fornecendo um gás de processo intermediário, aquecer o referido gás de processo intermediário por trocador de calor em um ou mais trocadores de calor, fornecendo um gás de processo intermediário, extrair uma quantidade de referido gás intermediário de processo quente como gás reciclado intermediário de processo quente, direcionar o referido gás de processo intermediário quente para um segundo material cataliticamente ativo em oxidação de SO2 a SO3, e fornecendo um gás de processo totalmente oxidado, opcionalmente adicionando água para hidratação de SO3 a H2SO4 ao referido gás de processo intermediário quente ou gás de processo totalmente oxidado, direcionando este a um segundo condensador, o referido segundo condensador extraindo H2SO4 condensado e um gás dessulfurizado com o benefício associado de tal processo sendo termicamente mais eficiente e tendo equipamentos de menor custo, comparado a um processo equivalente em que o gás extraído do primeiro condensador tem uma temperatura mais baixa.

[0028] Em outra modalidade a temperatura do gás processo entrando no primeiro conversor de SO2 é de 360°C, 370°C ou 380°C a 400°C, 410°C ou 420°C, com o benefício associado de tais condições de processos sendo altamente eficazes na conversão de SO2 a SO3.

[0029] Em outra modalidade a temperatura do gás de processo entrando no primeiro condensador é de 240°C, 260°C ou 280°C a 290°C, 300°C ou 310°C, com o benefício associado de tais condições de processo reduzindo a perda de energia necessária para a refrigeração e reaquecimento de gás de processo parcialmente convertido.

[0030] Em uma outra modalidade do referido material cataliticamente ativo na oxidação de SO2 a SO3 compreende pelo menos um elemento retirado do grupo consistindo em do álcali vanádio, platina, césio, óxido de rutênio e carvão ativado, com o benefício associado de tais materiais cataliticamente ativos, sendo altamente seletivo e robusto para oxidação de SO2 a SO3.

[0031] Em uma outra modalidade o gás de processo é composto por 1-10% em mol de SO2, com o benefício associado de referido um gás de processo tendo uma liberação adequada de calor para manter o equilíbrio de calor da planta.

[0032] Em uma outra modalidade o processo para a produção de ácido sulfúrico compreende a etapa adicional de incineração da matéria-prima rica em enxofre na presença de um oxidante para formar referido gás de processo, com o benefício associado de tal processo sendo capaz de utilizar uma ampla faixa de matérias-primas compostas por enxofre, incluindo enxofre reduzido como H2S e enxofre elementar, bem como ácido sulfúrico gasto, compreendendo as impurezas.

[0033] Em uma outra modalidade a temperatura do gás de processo quente reciclado é de 360°C, 370°C ou 380°C a 400°C, 410°C ou 420°C, com o benefício associado de um gás com tal temperatura sendo adequado para reaquecimento do gás parcialmente dessulfurizado e ao mesmo tempo sendo apropriado para oxidação catalítica de SO2 a SO3.

[0034] Em uma outra modalidade a proporção entre o fluxo de gás parcialmente dessulfurizado e um gás de processo intermediário quente reciclado é de 12:1 a 4:1, com o benefício associado de uma proporção sendo um bom equilíbrio entre a capacidade de misturar os fluxos e a capacidade de elevar a temperatura do gás parcialmente dessulfurizado reaquecido para um nível de segurança acima do ponto de orvalho do ácido sulfúrico.

[0035] Os processos para converter matéria-prima baseada em enxofre em ácido sulfúrico incluem o chamado processo de ácido sulfúrico úmido, na qual uma matéria-prima à base de enxofre é transformada em SO2, que é cataliticamente oxidado a SO3 e que é hidratado para formar H2SO4 que é condensado para gerar o produto ácido desejado.

[0036] Gerenciamento térmico de uma planta para a produção de ácido sulfúrico é complexo. A oxidação de SO2 a SO3 é um processo exotérmico, que na presença de um catalisador requer uma temperatura de ativação acima de 360°C. A eficiência de conversão de SO2 é geralmente limitada por equilíbrio químico, que é mudado na direção de SO2 em temperatura elevada. Portanto, a temperatura do gás de processo parcialmente convertido é reduzida por trocador de calor interleito para ganhar condições de equilíbrio favorável, ainda mantendo a temperatura acima da temperatura de ativação do catalisador.

[0037] Uma vez que o H2SO4 concentrado é altamente corrosivo à temperatura de gás de processo convertida deve estar acima do ponto de orvalho do ácido sulfúrico, para evitar a condensação não pretendida de H2SO4. Seções da planta onde a condensação pretende ocorrer precisam ser resistentes à corrosão, ou seja, feitas de equipamento caro com superfícies alinhados, ou feitas de vidro, pelo menos até que as condições de condensação sejam superadas, por exemplo, por diluição com ar ou aquecimento do gás de processo acima da temperatura de ponto de orvalho.

[0038] Além disso, a condensação do ácido sulfúrico é muito complexa, com alta tendência à formação de aerossóis, se o processo de condensação não é controlado pela aplicação da taxa de resfriamento adequada dos gases de processo. Os aerossóis podem ser difíceis de evaporar novamente. Além disso, o gás de processo deixando os condensadores de ácido sulfúrico em outras configurações podem estar propensos à condensação indesejada imediatamente a jusante do condensador se as superfícies frias estão presentes, muitas vezes com efeitos de corrosão.

[0039] Tradicionalmente os critérios de concepção para uma planta de ácido sulfúrico úmido envolveram minimizar a temperatura de saída a partir do conversor de SO2, resultando em conversão máxima de SO2 a SO3 no conversor. Da mesma forma a temperatura de saída do condensador foi minimizada, para garantir a completa condensação de ácido sulfúrico. No entanto, com a introdução de processos de condensação dual, a faixa de parâmetros operacionais foi expandida e possibilidades não triviais para melhorar a operação do processo foram identificadas.

[0040] Com um segundo conversor de SO2 e um segundo condensador, é aceitável ter um nível superior de SO2 do primeiro conversor e um nível maior de H2SO4 do primeiro condensador, contanto que estes níveis maiores podem ser mitigados no segundo conversor e o segundo condensador. A real natureza da condensação requer resfriamento do gás do processo, que é termicamente ineficiente tal como em layout de condensação dual, uma vez que o gás do processo para o segundo estágio precisa ser reaquecido, a fim de obter a temperatura de ativação do catalisador para a conversão de SO2 a SO3.

[0041] Portanto, um layout de processo em que o resfriamento do gás de processo na etapa de condensação é limitada e a necessidade de reaquecimento é semelhantemente limitada aumenta a eficiência térmica do processo. Contanto que as desvantagens a partir de vapor de ácido sulfúrico aumentado e a concentração de SO2 no gás processo sejam menores, será benéfico operar a primeira conversão e a primeira etapa de condensação em um modo menos ideal.

Figuras:

[0042] A Figura 1 mostra um layout de processo de acordo com a técnica anterior, com gás ácido (H2S) ou enxofre elementar como matéria-prima.

[0043] A Figura 2 mostra um layout de processo que é um detalhe de técnica anterior.

[0044] A Figura 3 mostra um layout de processo da presente divulgação, com gás ácido (H2S) ou enxofre elementar como matéria-prima de estoque alimentada.

[0045] A Figura 4 mostra um layout de processo da presente divulgação, com o chamado ácido sulfúrico gasto como matéria-prima. Elementos usados nas figuras: (1) Matéria-prima contendo enxofre (2) Ar de atomização comprimido (3) Combustível de suporte (4) Ar de combustão (5) câmara de combustão (6) Gás quente incinerado (8) Trocador de calor (12) Refrigerador de gás de processo (16) Dispositivo de filtração (17) Linha de sólidos (18) Gás de processo livre de sólidos (20) Gás de processo diluído (22) Reator catalítico SCR (24) Gás de processo contendo SO2 quente (26) Primeiro conversor de SO2 (28) Camada de catalisador (30) Resfriadores interleito (32) Resfriador de gás de processo parcialmente convertido (34) Gás de processo contendo SO3 resfriado (36) Primeiro condensador de Ácido sulfúrico (38) Gás dessulfurizado parcialmente (39) Primeiro Aquecedor de gás de processo (40) Saída de líquido do primeiro condensador (41) Ponto de mistura (43) Gás dessulfurizado parcialmente reaquecido (44) Gás de processo secundário (46) Ventilador de gás de processo (48) Gás de processo pressurizado (50) Segundo reaquecedor de gás de processo (52) Gás de processo pré-aquecido (54) Terceiro reaquecedor de gás de processo (58) Gás de processo dessulfurizado parcialmente quente (59) Gás de processo quente reciclado (60) Segundo conversor de SO2 (62) Camada de catalisador (64) Gás de processo totalmente convertido (66) Gás de processo resfriado (68) Segundo condensador de ácido sulfúrico (70) Saída de líquido do segundo condensador (72) Gás de processo dessulfurizado totalmente convertido (74) Ar refrigerado para o segundo condensador de ácido sulfúrico (76) Segundo ventilador de ar refrigerado (78) Ar refrigerado pressurizado para o segundo condensador de ácido sulfúrico (80) Ar de refrigeração quente a partir do segundo condensador. (82) Ar de chaminé do trocador de calor (84) Ar quente (86) Gás de chaminé (88) Chaminé (90) Ar de resfriamento para o primeiro condensador de ácido sulfúrico (92) Primeiro ventilador de ar de refrigeração (94) Ar de refrigeração pressurizado para o primeiro condensador de ácido sulfúrico (96) Ar de refrigeração quente (97) Aquecedor de ar de refrigeração (98) Ar quente para o primeiro reaquecedor de gás de processo (100) Ar saindo primeiro reaquecedor de gás de processo (102) Fração de combustão do ar refrigerado (104) Ventilador de ar de combustão (108) Ar de diluição comprimido (110) Ar de diluição quente (112) Fonte de NH3 (114) Mistura de ar de diluição (116) Ar de refrigeração em excesso (118) Recuperador de calor de ar de refrigeração (120) Ar de refrigeração frio

[0046] Na figura 1, um layout de processo geral da técnica anterior chamado de planta de condensação de ácido sulfúrico de conversão dupla é mostrado. Uma matéria-prima contendo enxofre (1), como um gás contendo H2S e/ou enxofre elementar, é alimentada em uma câmara de combustão (5), em que qualquer composto de ácido sulfúrico é convertido a SO2 na zona de chama quente do combustor. Oxigênio para a oxidação de matéria-prima é adicionado à câmara de combustão (5) conforme o ar atmosférico pré-aquecido (4) da 1a etapa de condensação de ácido sulfúrico. Se houver necessidade de suporte de combustível, este também é adicionado à câmara de combustão (5). O gás incinerado quente (6) sai da câmara de combustão (5) a 800-1200 °C e este é resfriado até 380-420 °C no trocador de calor (8) formando um SO2 quente contendo gás de processo (24). Normalmente este trocador de calor é uma chamada caldeira de resíduo de calor, produzindo vapor saturado de alta pressão da tarefa transferida do gás incinerado quente (6). O gás de processo contendo SO2 (24) entra no primeiro conversor de SO2 (26), em que uma ou mais camadas de catalisadores (28), adequadas para a oxidação da SO2 a SO3, são instalados. O número de camadas de catalisador (28) é tipicamente entre 1 e 3, dependendo da eficiência de conversão de SO2 desejada. A oxidação do SO2 é uma reação exotérmicas, o que aumenta a temperatura do catalisador e gás de processo, e a fim de proporcionar condições termodinâmicas benéficas para a conversão de SO2, o calor de reação normalmente é removido em um ou mais resfriadores interleito (30), instalado entre as camadas de catalisador. Tipicamente vapor de alta pressão é usado para resfriar o gás de processo para a temperatura ideal para a camada de catalisador seguinte. Após a camada final de catalisador no primeiro conversor de SO2 (26), tipicamente 95% do SO2 foi oxidado e o gás de processo parcialmente convertido é resfriado a cerca de 280-300°C no resfriador de gás de processo parcialmente convertido (32), produzindo vapor de alta pressão saturado. O gás de processo contendo SO3 resfriado (34) é direcionado para o primeiro condensador de ácido sulfúrico (36), em que o gás de processo é resfriado a cerca de 100°C, por troca de calor com o ar atmosférico (94). O SO3 reage com a água na fase gasosa para formar H2SO4 e no resfriamento o H2SO4 é condensado a partir de fase gasosa e é retirado da saída líquida do primeiro condensador (40) na parte inferior do primeiro condensador de ácido sulfúrico. O gás dessulfurizado parcialmente refrigerado (38) deixando o condensador é praticamente isento de vapor de ácido sulfúrico, mas uma pequena quantidade de ácido sulfúrico aerossol é inevitável. Para evaporar este aerossol de ácido sulfúrico, o gás dessulfurizado parcialmente (38) é direcionado para o primeiro reaquecedor de gás de processo (39), que é feito de material resistente à corrosão e usa o ar quente do primeiro condensador de ácido sulfúrico (36) e aquecedor de ar de refrigeração (97) para trazer a temperatura dos gases de processo reaquecidos (43) para em torno de 180°C, ou seja, acima da temperatura de ponto de orvalho do ácido sulfúrico. Para aumentar a temperatura de gás de processo secundário (44) para em torno de 210 °C, gás de processo quente reciclado (59) é misturado com o gás de processo reaquecido (43) e, em seguida, comprimido no ventilador de gás de processo (46). No segundo reaquecedor de gás de processo (50) o gás de processo pressurizado (48) troca calor com o gás de processo totalmente convertido (64) a partir do segundo conversor de SO2 (60) e reaquecimento final do gás processo pré-aquecido (52) pode ser realizado no terceiro reaquecedor de gás de processo (54), garantindo a temperatura ideal do gás de processo entrando no segundo conversor de SO2 (60), normalmente 370 a 410°C. Uma fração do gás de processo quente do terceiro reaquecedor de gás de processo (54) é reciclado (59) para uma posição a montante do ventilador de gás de processo (46). O gás de processo para reciclar também poderia ter sido extraído da posição (52), mas exigiria uma maior taxa de fluxo devido à baixa temperatura do gás de processo. O gás de processo (58) entrando no segundo conversor tem baixa concentração SO2 e SO3 e assim é possível alcançar alta eficiência de conversão SO2 com apenas uma camada de catalisador única (62), mas em princípio o segundo conversor SO2 também poderia consistir em duas camadas de catalisador, separadas por um resfriador interleito, tal como descrito no primeiro conversor SO2 (26). O gás de processo totalmente convertido (64), deixando o segundo conversor SO2 é resfriado no segundo reaquecedor de gás de processo (50) e o gás de processo resfriado (66) é direcionado para o segundo condensador de ácido sulfúrico (68), que funciona da mesma maneira que o primeiro condensador de ácido sulfúrico (36). O ácido sulfúrico extraído da saída de líquido do primeiro condensador (40) e a saída de líquido do segundo condensador (70) são misturados e resfriados antes de serem enviados para um tanque de armazenamento de ácido sulfúrico.

[0047] O gás de processo dessulfurizado totalmente convertido (72) saindo do segundo condensador de ácido sulfúrico em torno de 100 °C contém quantidades mínimas de SO2 e ácido sulfúrico aerossol e podem ser enviados para a chaminé (88) sem outro tratamento.

[0048] O ar de refrigeração para o segundo condensador de ácido sulfúrico (78) pode ser ar ambiente que é comprimida no segundo ventilador de ar de refrigeração (76) antes de entrar no segundo condensador de ácido sulfúrico (68). O ar de refrigeração a partir do segundo condensador (80) é aquecido em um trocador de calor de ar de chaminé (82) para aumentar a temperatura do ar aquente (84) e misturado diretamente com o gás de processo dessulfurizado totalmente convertido (72) para garantir a evaporação completa do ácido sulfúrico aerossol e fornecer um gás de chaminé seco (86), de tal modo que a chaminé (88) pode ser concebida para condições secas. Em alguns casos pode não ser necessário aumentar a temperatura do ar de refrigeração quente do segundo condensador (80) e, portanto, o trocador de calor de ar de chaminé (82) pode ser omitido. Se a chaminé é desenhada para condições “úmidas” pelo uso de materiais resistentes à corrosão um trocador de calor de ar de chaminé (82) pode alternativamente ser usado para resfriar o ar de refrigeração quente, assim, aumentando a recuperação de calor da planta.

[0049] Na Figura 2, correspondendo a um detalhe da Figura 1, o layout do processo de técnica anterior em torno do primeiro condensador de ácido sulfúrico e primeiro reaquecimento do gás parcialmente dessulfurizado é mostrado. O gás de processo contendo SO3 resfriado (34) entra na parte inferior do primeiro condensador de ácido sulfúrico (36), que consiste em um banco de tubo de tubos de vidro vertical em que o gás de processo entra nos tubos a partir da parte inferior. Conforme o gás de processo é resfriado na sua maneira acima através do tubo, o ácido sulfúrico é formado e condensa sobre a superfície interna do tubo de vidro e/ou a bobina interna usada para aprimoramento de transferência de calor. Por gravidade o ácido sulfúrico condensado flui para o fundo dos tubos e é retirado na saída do líquido do primeiro condensador (40). Na temperatura de saída do gás de processo a 100 °C praticamente nenhum ácido sulfúrico pode existir na fase gasosa do gás parcialmente dessulfurizado (38), mas pequenas quantidades de ácido sulfúrico aerossol foram formadas, das quais a maior parte é capturada em desnebulizador na parte superior dos tubos de vidro. A linha de gás de processo contendo o gás dessulfurizado parcialmente (38) é, assim, considerado “úmido” e deve ser feita de um material apropriado para suportar a natureza corrosiva do ácido sulfúrico. No primeiro reaquecedor de gás de processo necessário (39) a temperatura do gás de processo aumenta para entre 160°C e 200°C, que é suficiente para garantir a evaporação do aerossol de ácido sulfúrico e, portanto, fornecer um gás de processo “seco” para reaquecer até 370410°C necessário para a conversão final de SO2 no segundo conversor de SO2 (60). Primeiro reaquecedor de gás de processo (39) deve ser construído de material resistente ao ácido sulfúrico no lado de gás de processo e o vidro é geralmente selecionado devido à sua resistência de corrosão muito elevada e custo relativamente baixo.

[0050] O ar atmosférico (90) é usado como o meio de resfriamento no primeiro condensador de ácido sulfúrico. O ar de refrigeração é comprimido no primeiro ventilador de ar refrigerado (92) e enviar para a extremidade fria do primeiro condensador de ácido sulfúrico a uma temperatura na faixa típica variam de 20-50°C. No primeiro condensador de ácido sulfúrico (36) o ar de refrigeração é aquecido e deixa o condensador como ar de refrigeração aquecido (96) a uma temperatura na faixa típica de 200-260°C, que é apropriada para reaquecer o gás parcialmente dessulfurizado (38) deixando o primeiro condensador de ácido sulfúrico (36) não sendo muito quente para exceder a temperatura de projeto para o material de construção do primeiro reaquecedor de gás de processo (39).

[0051] O ar de refrigeração aquecido (96) pode passar por um aquecedor de ar de refrigeração opcional (97), que aumenta a temperatura do ar de refrigeração quente (98) para o reaquecedor de gás de processo (39) para o desejado 230-260°C, deve o ar de refrigeração aquecido (96) não estar já nesta temperatura.

[0052] O ar de refrigeração deixando o primeiro reaquecedor de gás de processo (100) é tipicamente 180-220°C e para aumentar a recuperação de calor da planta, esta energia térmica restante pode ser usada. Na Figura 1 é mostrado um layout em que uma fração de combustor do ar de refrigeração (102) é comprimida no ventilador de ar de combustão (104) e usada para ar de combustão (4) na câmara de combustão (5). Desta forma, toda a energia térmica do ar de refrigeração é recuperada na planta. O fluxo de ar de refrigeração é tipicamente duas vezes a quantidade de ar de combustão e, assim, uma fração em excesso de ar de refrigeração (116) deve ser direcionada através de outra via. Se economicamente viável, calor pode ser extraído do ar de refrigeração em um recuperador de calor de ar de refrigeração (118), antes do ar da refrigeração frio (120) ser ventilado. O calor do ar de refrigeração pode ser usado para, por exemplo, pré-aquecer a água de alimentação da caldeira, pré-aquecer a água desmineralizada, produção de vapor de baixa pressão e/ou fins de secagem.

[0053] Uma desvantagem deste layout de resfriamento e reaquecimento de gás de processo é que muito da função de refrigeração é necessário para resfriar o gás de processo de 270-300°C a 100°C e reaquecer este de 100°C a 180°C novamente. Isto requer elevado fluxo de ar de refrigeração e grandes áreas de trocador de calor, uma vez que trocadores de calor gás/gás têm coeficientes de transferência de calor relativamente baixos. Além disso durante condições de compensação, tais como a operação de baixa carga (ambos no que se refere ao fluxo e/ou produção de ácido sulfúrico) pode ser difícil de manter uma alta temperatura do ar de refrigeração aquecido (96), deixando o primeiro condensador de ácido sulfúrico e, portanto, é necessário acrescentar um aquecedor de ar de refrigeração (97), aumentando o custo e adicionando complexidade para a planta. Aquecedores elétricos, aquecedores de vapor e óleo quente são aplicáveis para o aquecimento do ar de refrigeração. Também durante os start-ups e paradas pode ser difícil controlar a temperatura do ar para o primeiro reaquecedor (39), devido ao aquecimento do equipamento e devido às variações químicas das variações na quantidade de enxofre e, portanto, a quantidade de energia liberada pode variar em tais situações.

[0054] Nas figuras 3 e 4 os layouts melhorados são propostos, o que mitiga algumas desvantagens do layout anterior como descrito acima.

[0055] Na figura 3, um exemplo de layout de processo geral da técnica anterior para uma chamada planta de ácido sulfúrico de condensação dupla de dupla conversão é mostrado. A maioria do layout de processo corresponde ao layout mostrado na Figura 1, em que matéria-prima contendo enxofre (1), como um H2S contendo gás e/ou enxofre elementar, é alimentada em uma câmara de combustão (5), onde qualquer composto de enxofre é convertido em SO2 na zona de chama quente do combustor. Oxigênio para a oxidação de matéria- prima é adicionado à câmara de combustão (5) conforme o ar atmosférico pré-aquecido (4) da 1a etapa de condensação de ácido sulfúrico. Se houver necessidade de suporte de combustível, ele também é adicionado à câmara de combustão (5). O gás incinerado quente (6) deixa a câmara de combustão (5) a 800-1.200°C e é resfriado a 380-420°C no trocador de calor (8) formando um gás de processo contendo SO2 quente (24). Normalmente este trocador de calor é uma chamada caldeira de calor residual, produzindo vapor saturado de alta pressão da função transferida do gás de ácido sulfúrico quente (6). O gás de processo contendo SO2 quente (24) entra no primeiro conversor de SO2 (26), em que uma ou mais camadas de catalisador (28), adequadas para a oxidação de SO2 a SO3, são instaladas. O número de camadas de catalisador (28) é tipicamente entre 1 e 3, dependendo da eficiência de conversão de SO2 desejada. A oxidação do SO2 é uma reação exotérmica, o que aumenta a temperatura do catalisador e gás de processo, e a fim de proporcionar condições termodinâmicas benéficas para a conversão de SO2, o calor de reação normalmente é removido em um ou mais resfriadores interleito (30), instalados entre as camadas de catalisador. Geralmente vapor de alta pressão é usado para resfriar o gás de processo para a temperatura ideal para a próxima camada de catalisador. Após a camada de catalisador final no primeiro conversor de SO2 (26), tipicamente 95% do SO2 foi oxidado e o gás de processo parcialmente convertido é resfriado para em torno de 270-300°C no resfriador de gás de processo parcialmente convertido (32), produzindo vapor saturado de alta pressão.

[0056] O gás de processo contendo SO3 resfriado (34) é direcionado para o primeiro condensador de ácido sulfúrico (36) que é semelhante ao descrito na Figura 1, mas a principal diferença é que o gás parcialmente dessulfurizado deixa o primeiro condensador de ácido sulfúrico em 180°C, assim, reduz significativamente a tarefa de resfriamento no primeiro condensador de ácido sulfúrico e elimina a primeira etapa de reaquecimento de gás do processo. O gás parcialmente dessulfurizado (38) com uma temperatura na faixa de 140190°C é combinado com gás de processo quente reciclado (59) para evaporar as pequenas quantidades de ácido sulfúrico aerossol no gás parcialmente dessulfurizado (38) e fornecer um gás seco para o ventilador de gás de processo a jusante (46). Entre o processo de mistura (41) e o ventilador de gás de processo, um misturador de gás (42) compreendendo elementos para reforçar a mistura, tais como placas de choque ou elementos de embalagem podem ser instalados para garantir que os dois gases (38 e 59) sejam suficientemente misturados para assegurar que a evaporação de aerossol é concluída no gás de processo secundário (44) antes do soprador de gás de processo (46).

[0057] O fluxo de ar de refrigeração aquecido (96) a partir do primeiro condensador de ácido sulfúrico (36) é reduzido em comparação com a técnica anterior, mas há ainda excedente à necessidade para ar de combustão (4) e ainda apenas uma fração (mas uma fração maior) do ar de refrigeração quente é direcionado para o ventilador de ar de combustão (104). A menor a fração de ar de refrigeração em excesso (116) pode ser usada para fins de aquecimento, como descrito na técnica anterior.

[0058] Para aumentar a temperatura secundária do gás de processo (44) para em torno de 210 °C, gás de processo quente reciclado (59) é misturado com o gás de processo dessulfurizado parcialmente (38) e, em seguida, comprimido no ventilador de gás de processo (46). No segundo reaquecedor de gás de processo (50) o gás de processo pressurizado (48) troca calor com o gás de processo totalmente convertido (64) a partir do segundo conversor de SO2 (60) e o reaquecimento final do gás processo pré-aquecido (52) pode ser realizado no terceiro reaquecedor de gás de processo (54), garantindo a temperatura ideal do gás processo entrando no segundo conversor de SO2 (60), normalmente de 370 e 410°C. Uma fração do gás de processo quente é reciclada (59) para uma posição a montante do ventilador de gás de processo (46). O gás de processo para reciclar também poderia ter sido extraído da posição (52), mas exigiria uma maior taxa de fluxo devido à baixa temperatura do gás de processo.

[0059] O gás de processo (58) entrando no segundo conversor de SO2 tem baixa concentração de SO2 e SO3 e assim é possível alcançar alta eficiência de conversão de SO2 com apenas uma camada de catalisador única (62), mas em princípio o segundo conversor de SO2 também poderia consistir em duas camadas de catalisador, separadas por um resfriador interleito, tal como descrito no primeiro conversor de SO2 (26). O gás de processo totalmente convertido (64), deixando o segundo conversor de SO2 é resfriado no segundo reaquecedor de gás de processo (50) e o gás de processo resfriado (66) é direcionado para o segundo condensador de ácido sulfúrico (68), que funciona da mesma maneira como o primeiro condensador de ácido sulfúrico (36). O ácido sulfúrico retirado da saída de líquido do primeiro condensador (40) e a saída de líquido do segundo condensador (70) são misturadas e resfriadas antes de enviadas para um tanque de armazenamento de ácido sulfúrico.

[0060] O gás de processo dessulfurizado totalmente convertido (72) deixando o segundo condensador de ácido sulfúrico em torno de 100°C contém quantidades mínimas de SO2 e ácido sulfúrico aerossol e pode ser enviado para a chaminé (88) sem tratamento adicional.

[0061] O ar de refrigeração para o segundo condensador de ácido sulfúrico (78) pode ser ar ambiente que é comprimido no segundo ventilador de ar de refrigeração (76) antes de entrar no segundo condensador de ácido sulfúrico (68). O ar de refrigeração quente a partir do segundo condensador (80) é aquecido em um trocador de calor de ar de chaminé (82) para aumentar a temperatura do ar quente (84) e misturado diretamente com o gás de processo dessulfurizado totalmente convertido (72) a fim de assegurar a completa evaporação do aerossol de ácido sulfúrico e fornecer um gás de chaminé seco (86), tal que a chaminé (88) pode ser projetada para condições secas. Em alguns casos, pode não ser necessário aumentar a temperatura do ar de refrigeração quente a partir do segundo condensador (80) e assim, o trocador de calor de ar de chaminé (82) pode ser omitido. Se a chaminé é projetada para condições “úmidas” pelo uso de materiais resistentes à corrosão um trocador de calor de ar de chaminé (82) alternativamente pode ser usado para refrigerar o ar de refrigeração quente, aumentando assim a recuperação de calor da planta.

[0062] Em uma modalidade alternativa não mostrada, o meio de trocador de calor usado para resfriamento do condensador pode ser gás de processo em vez de ar atmosférico. Isto tem a vantagem de fornecer pelo menos pré- aquecimento parcial do gás de processo antes da reação, mas pode exigir um design mais cuidado do condensador, com relação a vazamento de gás.

[0063] Em uma outra modalidade alternativa não ilustrada, o oxidante direcionado ao incinerador pode ser oxigênio puro ou outro gás enriquecido em oxigênio em vez de ar atmosférico. Isto tem o benefício de maior eficiência de energia e menores volumes de gás de processo, mas a desvantagem pode ser o custo de oxigênio é muito alto e que o volume reduzido significa uma diluição térmica reduzida do calor liberado.

[0064] Na Figura 4, um layout de processo de condensação dupla de conversão dupla alternativo é mostrado para a regeneração do chamado ácido sulfúrico gasto, por exemplo, uma unidade de alquilação. Este é principalmente na extremidade frontal da chamada planta de ácido sulfúrico que o layout difere do layout de processo como mostrado na Figura 3.

[0065] O ácido sulfúrico gasto de uma unidade de alquilação é aproximadamente 90% p/p H2SO4, 5% p/p H2O e 5% p/p hidrocarbonetos, que deve ser regenerado para pelo menos 98% p/p H2SO4 antes reciclado de volta para a unidade de alquilação. O processo de regeneração do ácido gasto é para queimar os hidrocarbonetos na alta temperatura (> 1000°C) em que os hidrocarbonetos são oxidados a CO2 e H2O. A essa temperatura, o ácido sulfúrico é decomposto em SO2, O2 e H2O. O SO2 deve então ser oxidado a SO3, reagir com água para formar H2SO4 e condensado para produzir o produto de ácido sulfúrico desejado.

[0066] O ácido sulfúrico gasto, que é a matéria-prima contendo enxofre (1) neste exemplo, é atomizado na chama da câmara de combustão (5) por meio de ar de atomização comprimido (2). Combustível de suporte (3) é necessário para sustentar uma temperatura alta de combustão e reduzir o consumo de combustível de apoio, ar de combustão quente (4) é usado como a fonte de O2. Se a produção de ácido superior é desejada, outras alimentações contendo enxofre podem ser adicionadas, por exemplo, gás H2S e/ou enxofre elementar. O gás de processo quente a partir da câmara de combustão é resfriado até 450-550 °C no trocador de calor (8) que pode ser uma caldeira de calor residual, produzindo vapor saturado em alta pressão, e ainda resfriado em resfriador de gás de processo (12) a uma temperatura na faixa de 380-420 °C. Conforme a alimentação de ácido gasta contém (menores) quantidades de metais dissolvidos, os metais formarão óxidos e sulfatos durante a combustão e o gás de processo (6, 10 e 14) conterá menores quantidades de sólidos, que são removidos em um dispositivo de filtração (16). O filtro pode ser um precipitador eletrostático ou um filtro de cerâmica. Os sólidos são separados do gás de processo e são retirados do filtro em linha (17). O gás de processo livre de sólidos (18) é combinado com uma corrente de ar quente (114), opcionalmente contendo NH3. Ar de refrigeração comprimido (108) do primeiro condensador de ácido sulfúrico (36) é aquecido de 240-280°C na saída de ventilador de ar da combustão (104) para 380 - 420°C em resfriador de gás de processo (12). O ar de diluição a quente (110) é opcionalmente misturado com uma fonte de NH3 (112), como NH3 anidro, NH3 aquoso ou ureia, antes do ar de diluição (114) opcionalmente compreendendo NH3 é combinado com o gás de processo contendo SO2. A câmara de combustão (5) é operada com excesso moderado de O2, para minimizar o fluxo de gás de processo e, assim, o volume e custo da câmara de combustão (5), trocador de calor (8) (caldeira de calor residual) e dispositivo de filtração (16). Portanto, o gás de processo carregado SO2 (18) não contém O2 suficiente para a oxidação completa do SO2 a SO3 no primeiro conversor de SO2 (26) e assim, o ar de diluição (114) é requerido. Como alternativa, o excesso de O2 na câmara de combustão (5) poderia ser maior, em detrimento de volumes de gás de processo aumentados e custos de equipamento.

[0067] O gás de processo diluído (20) opcionalmente passa por um reator catalítico SCR (22), em que NO e NO2 no gás de processo reage com o NH3 (112) fornecido via o ar de diluição (114) para formar N2 inofensivo e H2O, no chamado processo de redução catalítica seletivo (SCR).

[0068] O gás de processo então entra no primeiro conversor de SO2 (26) em que o SO2 é cataliticamente oxidado para SO3 e a primeira etapa de condensação de ácido sulfúrico, reaquecimento de gás de processo, segunda etapa de oxidação de SO2 e a segunda etapa de condensação de ácido sulfúrico é como descrita anteriormente - ver ainda a figura 3.

[0069] Um layout alternativo, quando um reator SCR é necessário, é para dividir o ar de diluição quente (110) em duas frações: uma corrente contendo NH3 (114), como mostrado na Figura 4 e uma corrente isenta de NH3 é misturada com a corrente 24 apenas a montante ao conversor de SO2 (26). Usando o ar carreador mínimo para NH3, a grande fração de ar de diluição (110) é contornada ao reator catalítico SCR (22), minimizando o tamanho do reator.

[0070] Em outra modalidade adicional não ilustrada, um sistema equivalente do SCR que compreende um reator SCR e uma corrente contendo NH3 pode ser adicionada para o layout do processo mostrado na Figura 3.

Exemplo 1: Primeiro condensador de ácido sulfúrico e reaquecer de gás de processo para uma planta de ácido sulfúrico 900 MTPD

[0071] Neste processo exemplar, cálculos para um MTPD 900 (toneladas métricas por dia) foram calculados para dois layouts do processo de condensação dupla de conversão dupla conforme descrito acima. Na técnica anterior o gás de processo no primeiro condensador de ácido sulfúrico é resfriado de 290°C a 100°C e reaquecido a 180°C, como esboçado na Figura 1. No novo layout proposto o mesmo gás de processo é resfriado de 290°C a 180°C conforme representado na Figura 3.

[0072] O fluxo e a composição dos gases de processo entrando no primeiro condensador de ácido sulfúrico são semelhantes, como os processos a montante são semelhantes para os dois layouts. O layout de planta a jusante da primeira seção de reaquecimento (ou seja, da corrente 44 e para a chaminé (88) também é semelhante para os dois layouts. Devido ao aumento de 80 °C na temperatura a composição do gás de processo na corrente 38 tem uma concentração ligeiramente maior de H2SO4.

[0073] Na tabela 1, o efeito de tamanho e a função dos trocadores de calor (36 e 39) são comparados, para esta planta de H2SO4 e é observado que a função total de trocador de calor é reduzida de 20,9 Gcal/h para 16,0 Gcal/h, ou seja, uma redução de 23%. A função reduzida a ser transferida combinada com maiores diferenças de temperatura entre os meios de trocador de calor resulta em quase 40% de redução na área de trocador de calor requerida.

[0074] A função menor requerida no primeiro condensador de ácido sulfúrico também resulta em um fluxo de ar de refrigeração inferior (corrente 90) e, portanto, um consumo de energia significativamente menor em ventilador de ar de refrigeração (92).

Tabela 1.

Exemplo 2. Concentração de ácido sulfúrico em gás de processo saindo do primeiro condensador de ácido sulfúrico.

[0075] Neste exemplo, o efeito de aumentar a temperatura do gás de processo (38), deixando o primeiro condensador de ácido sulfúrico (36) é calculado. Na saída de gás de processo do primeiro condensador de ácido sulfúrico, um desnebulizador é instalado e pode ser assumido que o gás de processo saindo do condensador está em equilíbrio termodinâmico com o ácido sulfúrico detido no filamento desnebulizador.

[0076] Na tabela 2, a concentração do vapor de H2SO4 no gás de processo (38), deixando o primeiro condensador de ácido sulfúrico (36) é mostrada como uma função da temperatura do gás de processo, em uma pressão de gás de processo de 1,013 bar (101300 Pa). O gás de processo entrando no primeiro condensador de ácido sulfúrico contém 6 % vol. de SO3 (não hidratado) e 10 % vol. de H2O (não hidratado). A maior parte do ácido sulfúrico é condensada e extraída na parte inferior do condensador de ácido sulfúrico. O ácido sulfúrico da fase de vapor saindo com o gás de processo será condensado no segundo condensador de ácido sulfúrico (68).

[0077] Como pode ser visto na tabela, a concentração de vapor de H2SO4 aumenta com o aumento da temperatura, da concentração de praticamente zero a 100°C até 0,9 % vol. a 220°C. A 100°C praticamente 100% do ácido é retirado como produto condensado, que diminui a 86,7% a 220°C.

[0078] No princípio, o primeiro condensador de ácido sulfúrico poderia operar a 220 °C, ainda reduzindo a função no primeiro condensador de ácido sulfúrico e necessidade de reaquecer gás de processo. Mas a grande fração de vapor de H2SO4 deixando o primeiro condensador de ácido sulfúrico influenciará negativamente o equilíbrio termodinâmico de reação SO2 + 0,5 O2 θ SO3, ocorrendo no segundo conversor de SO2, conforme H2SO4 se decompõe a SO3 e H2O na alta temperatura no conversor SO2. O resultado será uma baixa eficiência de conversão de SO2 e/ou um maior volume de catalisador exigido.

[0079] Também uma concentração maior de H2SO4 no gás de processo para o segundo condensador de ácido sulfúrico aumentará o tamanho e a função desta unidade, reduzindo as economias de custos ganhas para o primeiro condensador de ácido sulfúrico.

[0080] A faixa de temperatura 160-190°C dos gases de processo deixando o primeiro condensador de ácido sulfúrico representa o comércio ideal entre o custo de capital e de operação e a eficiência de conversão de SO2.

[0081] Outro benefício da maior temperatura de saída do gás de processo é que mais vapor de água é retirado do ácido do desnebulizador e levado para longe do gás de processo, aumentando ligeiramente a concentração do ácido de produto condensado.

Tabela 2.

Claims

1. Planta de processo para a produção de ácido sulfúrico a partir de um gás de processo, compreendendo SO2, compreendendo uma entrada de gás de processo, um primeiro conversor de SO2 tendo uma entrada e uma saída, um primeiro condensador tendo uma entrada de gás, uma saída de gás e uma saída de líquido, um dispositivo de mistura de gás tendo uma primeira entrada, uma segunda entrada e uma saída, um aquecedor de gás de processo tendo uma entrada e uma saída, um segundo conversor de SO2 tendo uma entrada e uma saída, um segundo condensador tendo uma entrada de gás, uma saída de gás e uma saída de líquido, um ou mais meios de refrigeração e armazenamento de ácido sulfúrico e uma saída de gás de processo purificado, em que a referida entrada de gás de processo está em comunicação fluida com a entrada do primeiro conversor SO2, a saída do primeiro conversor de SO2 está em comunicação fluida com a entrada de gás do primeiro condensador, a saída do líquido do primeiro condensador está em comunicação fluida com um dos referidos meios para refrigeração e armazenamento de ácido sulfúrico, a saída de gás do referido primeiro condensador está em comunicação fluida com a primeira entrada de um dispositivo de mistura, a saída do dispositivo de mistura está em comunicação fluida com a entrada do aquecedor de gás de processo, a saída do referido aquecedor de gás de processo está em comunicação fluida com a entrada ao referido segundo conversor de SO2 e a segunda entrada de referido dispositivo de mistura de gás, a saída do segundo conversor de SO2 está em comunicação fluida com a entrada de gás do segundo condensador, a saída do líquido do segundo condensador está em comunicação fluida com um dos referidos meios para refrigeração e armazenamento de ácido sulfúrico, a saída de gás do referido segundo condensador está em comunicação fluida com a saída de gás de processo purificado, caracterizada pelo fato de que a primeira entrada do referido dispositivo de mistura de gás está em comunicação fluida com a saída do referido primeiro condensador, sem trocador de calor intermediário.

2. Planta de processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o referido dispositivo de mistura compreende placas de choque ou elementos de embalagem configurados para reforçar a mistura.

3. Planta de processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que um ou ambos do referido primeiro e segundo condensador compreende um gabinete de meio de refrigeração, tendo uma entrada de meio de refrigeração e uma saída de meio de refrigeração.

4. Planta de processo, de acordo com a reivindicação de 3, caracterizada pelo fato de que o referido recipiente de meio de refrigeração é um reservatório de pressão, e em que o referido condensador compreende um número de tubos feitos de material resistente à corrosão.

5. Planta de processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o referido recipiente de meio de refrigeração compreende um número de tubos feitos de materiais resistentes à corrosão e em que o referido condensador é composto por um reservatório feito de materiais resistentes à corrosão.

6. Planta de processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que compreende um segundo aquecedor de gás de processo tendo uma entrada e uma saída em que a referida entrada do segundo aquecedor de gás de processo está em comunicação fluida com a saída do primeiro aquecedor de gás de processo e a saída do segundo aquecedor de gás de processo está em comunicação fluida com o segundo conversor de SO2, e em que pelo menos um do primeiro e segundo aquecedor de gás de processo está em comunicação térmica com a saída do segundo conversor de SO2.

7. Planta de processo para a produção de ácido sulfúrico a partir de uma matéria-prima contendo enxofre em qualquer estado de oxidação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um incinerador tendo uma entrada de matéria- prima, uma entrada de oxidante, uma entrada de combustível de suporte opcional e uma saída, em que a referida matéria- prima compreendendo enxofre está em comunicação fluida com a referida entrada de matéria-prima, um oxidante, como ar, ar aquecido ou um gás rico em oxigênio, está em comunicação fluida com a referida entrada de oxidante, uma alimentação de combustível de suporte opcional está em comunicação fluida com o referido suporte de combustível e a saída de incinerador está em comunicação com a referida entrada de gás de processo.

8. Processo para a produção de ácido sulfúrico, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de a. dirigir um gás de processo, compreendendo SO2 e O2 para entrar em contato com um material cataliticamente ativo na oxidação do SO2 a SO3, fornecendo um gás de processo oxidado, b. opcionalmente, adicionar água para a hidratação de SO3 a H2SO4 ao referido gás de processo ou gás de processo oxidado e dirigindo este a um primeiro condensador, c. a partir do referido primeiro condensador extraindo H2SO4 condensado e um gás parcialmente dessulfurizado, tendo uma temperatura de pelo menos 150°C, 160°C ou 180°C a 190°C, 200°C ou 220°C, d. combinando referido gás parcialmente dessulfurizado com um gás de processo intermediário quente reciclado, fornecendo um gás de processo intermediário, e. aquecimento de referido gás processo intermediário por troca de calor em um ou mais trocadores de calor, proporcionando um gás de processo quente intermediário f. retirando uma quantidade de referido gás intermediário de processo quente como gás de processo intermediário quente reciclado, g. direcionando o referido gás de processo intermediário a um segundo material cataliticamente ativo na oxidação de SO2 a SO3, e fornecendo um gás de processo totalmente oxidado, h. opcionalmente, adicionando água para hidratação de SO3 a H2SO4 para referido gás de processo intermediário quente ou gás de processo totalmente oxidado, direcionando este a um segundo condensador, i. a partir do referido segundo condensador extraindo H2SO4 e um gás dessulfurizado.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a temperatura dos gases de processo entrando no primeiro conversor de SO2 é de 360°C, 370°C ou 380°C a 400°C, 410°C ou 420°C.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a temperatura do gás de processo entrando no primeiro condensador é de 240°C, 260°C ou 280°C a 290°C, 300°C ou 310°C.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que o referido material cataliticamente ativo na oxidação de SO2 a SO3 compreende pelo menos um elemento tomado do grupo que consiste em álcali vanádio, platina, césio, óxido de rutênio, e carbono ativado.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que o gás de processo compreende 1-10% em mol de SO2.

13. Processo para a produção de ácido sulfúrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa adicional de incinerar a matéria-prima rica em enxofre na presença de um oxidante para formar o referido gás de processo.

14. Processo para a produção de ácido sulfúrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13, caracterizado pelo fato de que a temperatura do gás de processo reciclado quente é de 360°C, 370°C ou 380°C a 400°C, 410°C ou 420°C.

15. Processo para a produção de ácido sulfúrico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 14, caracterizado pelo fato de que a proporção entre o fluxo de gás parcialmente dessulfurizado e um gás de processo intermediário quente reciclado é de 12:1 a 4:1.