BRPI0809552A2 - Método de produção de ácido sulfúrico e instalação para realizar o método - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE PRODUÇÃO DE ÁCIDO SULFÚRICO E INSTALAÇÃO PARA REALIZAR O MÉTODO".
A presente invenção refere-se a um método de produção de ácido sulfúrico, no qual um gás bruto contendo SO2 é produzido em uma planta de recuperação de ácido sulfúrico, o gás bruto é alimentado através de pelo menos um reator, no qual o SO2 sofre uma reação catalítica de SO2 para formar SO3, e o SO3, assim formado, é convertido em ácido sulfúrico.
O gás bruto pode ser produzido por combustão de conversão 10 catalítica de gases residuais contendo sulfeto de hidrogênio, que se acumulam, por exemplo, durante a purificação de gases de fornos de coque. O gás bruto, na maioria das vezes, tem um teor em SO2 entre 3 e 12% (v/v). Usualmente, o gás bruto é resfriado em uma caldeira com calor residual e, opcionalmente, diluído com ar para estabelecer uma razão O2/SO2 supereste15 quiométrica. A reação exotérmica de SO2 para dar SO3 ocorre sobre catalisadores, por exemplo, catalisadores de V2O5 em temperaturas entre 400 e 650°C. O SO3, por meio disso formado, é resfriado e absorvido em ácido sulfúrico concentrado em um absorvedor. No processo conhecido, que é também designado como um processo de contato na literatura, SO2 e SO3 20 na forma de uma névoa de ácido sulfúrico ocorre como emissões substanciais. As emissões de SO2 resultam de uma conversão incompleta de SO2 em SO3. SO2 não-convertído é meramente absorvido em uma extensão muito pequena no absorvedor. A emissão de SO2 pode ser de até 3.000 mg/Nm3 se medidas adequadas não forem tomadas para reduzir as emissões.
Inúmeras medidas para a redução de emissões de SO2 são co
nhecidas. Um elevada razão 02/S02 pode promover, de maneira termodinâmica, a conversão de SO2 em um nível de temperatura, em geral, mais baixo. O uso de um catalisador dopado com césio pode aperfeiçoar a conversão e atingir emissões de SO2 mais baixas. Finalmente, a fim de aperfei30 çoar 0 grau de conversão, o número de estágios de catalisador pode ser aumentado ou pode ser fornecido um absorvedor intermediário antes do último estágio de catalisador. Entretanto, em alguns casos, os custos operacionais de uma planta de recuperação de ácido sulfúrico são aumentados de maneira significativa pelas medidas descritas. Além disso, as medidas são complexas em termos de tecnologia de processo e de tecnologia de planta e são adequadas somente para o ajuste retrospectivo de plantas de recupera5 ção de ácido sulfúrico existentes em uma extensão limitada. Uma visão geral de medidas conhecidas para a redução de emissões de SO2 em uma planta de recuperação de ácido sulfúrico é dada na publicação de H. Wiesenberger "State of the art in sulfuric acid production", Monographs, Vol. 137 (2001), páginas 7 a 23, ISBN 3-8557-583-1.
Depuradores de suspensão de gesso são usados para separar
SO2 em plantas de energia, plantas de incineração de resíduos e instalações industriais, em que um elevado grau de separação é alcançado. Em plantas de coqueamento ou plantas petroquímicas, tendo uma planta de recuperação de ácido sulfúrico a jusante, um depurador de suspensão de gesso, em 15 geral, não está disponível. A emissão de SO2 não pode ser introduzida nos depuradores de H2S de uma planta de purificação para gás de forno de coque ou depuradores de gás correspondentes em uma planta petroquímica, uma vez que os sais produzidos interferem com os estágios a jusante de um sistema de purificação de gás de coque convencional ou equipamento cor20 respondente em uma planta petroquímica.
A patente alemã de número 26 58 208 descreve um processo de eliminação de óxidos de enxofre a partir de um gás residual produzido durante a combustão de hidrocarbonetos, em que óxidos de enxofre contidos no gás residual são reduzidos a sulfeto de hidrogênio em uma zona de con25 versão catalítica. O sulfeto de hidrogênio é extraído a partir da corrente de gás residual, de modo que a corrente de gás residual purificada contenha somente pequenas quantidades de enxofre.
A partir da Patente US N0 2.992.884, é conhecido reduzir gases residuais a partir da produção de ácido sulfúrico com hidrogênio.
Em um processo, conhecido a partir do documento de Patente
Alemã N0 21 66 916 [GB 1.344.471], gases residuais são purificados por hidrogenação catalítica de enxofre, o dióxido de enxofre contido nos gases residuais sendo convertidos em H2S1 usando uma quantidade estequiométrica de hidrogênio, e em enxofre, seguindo absorção em uma solução aquosa alcalina.
A Patente US N0 4.919.912 descreve um processo, em que uma 5 corrente de gás contendo SO2 é passada através de uma zona de reação, na qual ocorre uma reação de Claus e é formado enxofre elementar. Uma vez que a corrente de gás contém uma quantidade superestequiométrica de SO2 para a reação de Claus, o gás residual a partir desta reação de Claus é alimentado a uma zona de hidrogenação, na qual o SO2 em excesso é con10 vertido em sulfeto de hidrogênio. O sulfeto de hidrogênio é extraído a partir do gás efluente e alimentado de volta à zona de reação e está disponível para a produção de enxofre com a reação de Claus.
O objetivo da invenção é eliminar as emissões de SO2, que ocorrem em uma planta de recuperação de ácido sulfúrico de maneira tão com15 pleta quanto possível. Em particular, deve ser possível ajustar retrospectivamente plantas de ácido sulfúrico existentes em operações de coqueamento e em plantas petroquímicas, por uso dos depuradores de gases ali disponíveis. No planejamento de plantas novas, o método deve contribuir no sentido de ser capaz de produzir ácido sulfúrico concentrado tendo elevado ren20 dimento e eficiência de energia.
O objeto da invenção e a solução que atinge esse objeto é um método de produção de ácido sulfúrico, em que um gás bruto contendo SO2 é produzido em uma planta de recuperação de ácido sulfúrico, o gás bruto é passado através de pelo menos um reator, no qual ocorre uma reação catalí25 tica de SO2 para formar SO3 e o SO3, formado por meio disso, é convertido em ácido sulfúrico, em que, a fim de reduzir a emissão de SO2 da corrente de gás que deixa a planta de recuperação de ácido sulfúrico, pelo menos uma corrente parcial do gás que contém SO2, que deixa a planta de recuperação de ácido sulfúrico, é hidrogenada com um gás rico em H2, e a corrente 30 de gás contendo H2S formada pela hidrogenação é alimentada para um depurador de gás de H2S de uma planta de forno de coque ou de uma planta petroquímica. No método de acordo com a invenção, a corrente de gás contendo H2S é alimentada de volta para os depuradores de gás de H2S usualmente fornecidos para purificação de gás em plantas de coqueamento e em plantas petroquímicas. O método de acordo com a invenção é adequado para o ajuste retrospectivo de plantas de recuperação de ácido sulfúrico e5 xistentes em operações de coqueamento e plantas petroquímicas e permite operação quase livre de emissões da planta de recuperação de ácido sulfúrico com respeito a gases.
Se a planta de recuperação de ácido sulfúrico for parte de uma operação de planta de coqueamento, gás de forno de coque pode ser usado para hidrogenar a emissão de SO2. Além disso, é também possível reciclar o gás contendo H2S formado por hidrogenação de volta ao depurador de gás de H2S de uma planta de purificação para gás de forno de coque.
De preferência, a corrente de gás é aquecida por troca de calor com o vapor de gás que deixa o reator de hidrogenação antes de entrar em um reator de hidrogenação.
O gás bruto contendo SO2 pode ser produzido por combustão ou conversão catalítica de gases contendo sulfeto de hidrogênio que se acumulam, em particular durante a purificação de gás de forno de coque. De acordo com uma concretização preferida do método de acordo com a invenção, 20 a corrente de gás que deixa a planta de recuperação de ácido sulfúrico com emissões de SO2 é dividida em primeira e segunda correntes, a primeira corrente parcial sendo reciclada para o gás bruto contendo SO2, e a segunda corrente parcial sendo alimentada ao estágio de pós-tratamento previamente descrito e hidrogenada com gás rico em H2. O rendimento em ácido sulfúrico 25 pode ser aperfeiçoado reciclando-se parcialmente a corrente de gás que deixa a planta de recuperação de ácido sulfúrico de volta para a corrente de gás bruto contendo SO2. O reciclo parcial das emissões de SO2 para o gás bruto, de acordo com a invenção, tem a vantagem adicional de que pode ser tolerado um menor grau de conversão da reação catalítica de SO2 em SO3, 30 especificamente enquanto se mantém boa eficiência para a recuperação de ácido sulfúrico. Além disso, como um resultado de se reciclar parte das emissões de SO2 de volta ao gás bruto, é estabelecido um menor teor em água no gás bruto, que promove a concentração do ácido sulfúrico e que pode ser usado para se obter um ácido sulfúrico altamente concentrado.
Uma concretização adicionalmente vantajosa do método de acordo com a invenção propicia que o gás bruto contendo SO2 seja produzido 5 por uma combustão em dois estágios de gases contendo sulfeto de hidrogênio e que a primeira corrente parcial seja alimentada à corrente de gás bruto antes do segundo estágio de combustão. O SO3 formado pela conversão catalítica de SO2 é absorvido de maneira apropriada em um absorvedor em ácido sulfúrico concentrado.
A invenção também se refere a uma planta de acordo com a rei
vindicação 8, para realizar o processo. As reivindicações 9 a 11 descrevem concretizações preferidas dessa planta.
A invenção é explicada nas partes que se seguem com referência a uma concretização ilustrativa. Nas Figuras:
a figura 1 é um fluxograma do método de acordo com a inven
ção.
a figura 2 mostra 0 processo da figura 1 com um retorno parcial adicional da emissão de SO2 para o gás bruto contendo SO2.
Supõe-se uma planta de recuperação de ácido sulfúrico 1, em que gás bruto contendo SO2 2 é inicialmente produzido. O gás bruto contendo SO2 2 é produzido por combustão superestequiométrica de um gás residual contendo sulfeto de hidrogênio 3, que é alimentado a uma fornalha de combustão 5 com uma corrente de ar 4 contendo componentes de gás ácidos. Na concretização ilustrada, a combustão é realizada em duas câmaras de combustão sucessivas 6 e 6’, em que a corrente de gás, para estabelecimento de uma razão 02/S0 superestequiométrica, é opcionalmente diluída com ar 7. O gás bruto de SO2 quente é resfriado em um resfriador 8 e alimentado a uma pluralidade de reatores 9 conectados em série, nos quais ocorre uma reação catalítica exotérmica a partir de SO2 em SO3, por exempio, com catalisadores de V2O2. Entre os estágios, os gases são resfriados por trocadores de calor 10 para a temperatura de entrada do próximo estágio catalítico. Forma-se uma corrente de gás rica em SO2 11, a qual é fornecida a um absorvedor 12 operado com ácido sulfúrico concentrado. Um circuito de líquido 13 para o ácido sulfúrico é fornecido ao absorvedor 2. Ele é retirado a partir do fundo do absorvedor 12, resfriado e retornado no topo. O SO2 proveniente do gás é absorvido no ácido sulfúrico concentrado. A corrente 5 parcial 14 do ácido sulfúrico, correspondente à quantidade absorvida, é descarregada como uma corrente de produto. Água 15 pode ser fornecida ao circuito de líquido para ajustar a concentração de ácido sulfúrico.
A corrente de gás 16, que deixa o absorvedor 12, contém emissões de SO2. Dependendo do projeto dos estágios catalíticos 9, os níveis 10 podem ser de até 3.000 mg/Nm3. A corrente de gás 16, que deixa a planta de recuperação de ácido sulfúrico 1 com emissões de SO2, é hidrogenada em um estágio de pós-tratamento 17 com um gás rico em H2 18, no método mostrado na figura 1. A corrente de gás de H2S 19, formada pela hidrogenação, é retornada ao processo de depuração de uma planta de forno de co15 que ou de uma planta petroquímica não-mostrada, localizada a montante da planta de recuperação de ácido sulfúrico 1.
Gás de forno de coque contendo, como seus principais componentes H2, CH4 e quantidades menores de CO, CnHm e CO2, é usado para a hidrogenação da emissão de SO2. O gás contendo H2S 19, formado por hi
drogenação, é reciclado para o depurador de gás de H2S de uma planta de purificação para gás de forno de coque.
Antes de entrar no reator de hidrogenação 20, a corrente de gás
16 é preaquecida por troca de calor com a corrente de gás que deixa o reator de hidrogenação 20.
A variante de método mostrada na figura 2 difere do método
mostrado na figura 1 pelo fato de que a corrente de gás 16, que deixa a planta de recuperação de ácido sulfúrico 1 com emissões de SO2, é dividida em duas correntes parciais 21 e 21’, a primeira corrente parcial 21 sendo reciclada para o gás bruto contendo SO2 2, e a segunda corrente parcial 21’ 30 sendo hidrogenada com gás rico em H2 18, no estágio de pós-tratamento 17. Na concretização ilustrada de acordo com uma concretização preferida da invenção, o gás bruto contendo SO2 e produzido por combustão em dois estágios de gases contendo sulfeto de hidrogênio e a primeira corrente parcial
21 é alimentada ao gás bruto antes do segundo estágio de combustão 6’.
A invenção também se refere a uma instalação para a realização
do método.
Claims (9)
1. Método de produção de ácido sulfúrico, em que um gás bruto contendo SO2 (2), produzido em uma planta de recuperação de ácido sulfúrico (1), é passado através de pelo menos um reator (9), no qual ocorre uma reação catalítica de SO2 em SO3, e o SO3, por meio disso formado, é convertido em ácido sulfúrico, e em que, a fim de reduzir a emissão de SO2 da corrente de gás (16) que deixa a planta de recuperação de ácido sulfúrico (1), pelo menos uma corrente parcial do gás contendo SO2 que deixa a planta de recuperação de ácido sulfúrico (1) é hidrogenada com um gás rico em H2 (18) e a corrente de gás contendo H2S (19), formada pela hidrogenação é alimentada em um depurador de gás de H2S de uma planta de forno de coque ou de uma planta petroquímica.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás de forno de coque é usado para hidrogenação das emissões de SO2.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, antes de entrar em um reator de hidrogenação (20), a corrente de gás é aquecida por troca de calor com o vapor de gás que deixa o reator de hidrogenação (20).
4. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que o gás bruto contendo SO2 (2) é produzido por combustão ou conversão catalítica de gases contendo sulfeto de hidrogênio (3), que se acumulam, em particular, durante a purificação de gás de forno do coque e de que a corrente de gás (16), que deixa a planta de recuperação de ácido sulfúrico (1) com emissões de SO2, é dividida em primeira e segunda correntes parciais (21 e 21’), a primeira corrente parcial (21) sendo reciclada de volta para o gás bruto contendo SO2 (2), e a segunda corrente parcial (21’) sendo alimentada para o estágio de pós-tratamento (17) e hidrogenada com gás rico em H2 (18).
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o gás bruto contendo SO2 (2) é produzido por combustão em dois estágios de gases contendo sulfeto de hidrogênio (3) e de que a primeira corrente parcial (21) é misturada com o gás bruto (2) antes do segundo estágio de combustão (6’).
6.Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5,caracterizado pelo fato de que o SO3, formado pela conversão catalítica de SO2, é absorvido em um absorvedor (12) em ácido sulfúrico concentrado.
7.Instalação para realizar o método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, compreendendo: uma planta de recuperação de ácido sulfúrico (1) tendo pelo menos um reator (9) para reação catalítica de SO2 em SO3 e um absorvedor (12) operado com ácido sulfúrico, e um estágio de pós-tratamento (17), ao qual pode ser fornecida pelo menos uma corrente parcial da corrente de gás (16), que deixa a planta de recuperação de ácido sulfúrico, o estágio de pós-tratamento (17) incluindo um reator de hidrogenação (20) suprido com um gás rico em H2 para hidrogenação das emissões SO2 da corrente de gás fornecida, a corrente de gás contendo H2S (19), formada pela hidrogenação, sendo alimentada a um depurador de gás conectado ao estágio de pós-tratamento, o depurador de gás sendo um componente de uma planta de purificação para gás de forno de coque.
8. Instalação, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o estágio de pós-tratamento (17) compreende um trocador de calor para preaquecimento da corrente de gás antes de entrar no reator de hidrogenação (20), por troca de calor com a corrente de gás que deixa o reator de hidrogenação (20).
9. Instalação, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizada pelo fato de que a planta de recuperação de ácido sulfúrico (1) compreende uma fornalha de combustão (5), em que um gás bruto contendo SO2 (2) é produzido por combustão ou conversão catalítica de gases contendo sulfeto de hidrogênio e de que um dispositivo de reciclo é fornecido, o qual retorna uma corrente parcial (21) da corrente de gás, que deixa a planta de recuperação de ácido sulfúrico com uma emissão de SO2 para o gás bruto contendo SO2.
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