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17/03/2017

Sistemas de Recuperação de Energia para Plantas de Ácido Sulfúrico

Ácido Sulfúrico
Sistemas de Recuperação de Energia para Plantas de Ácido Sulfúrico

Sistemas de recuperação de energia para plantas de ácido sulfúrico

Vitor A. Sturm¹, Bruno B. Ferraro1, Michael D. Montani1, Nelson P. Clark¹

¹Clark Solutions, São Paulo, SP, Brazil


Abstract

Este artigo ilustra uma nova abordagem na recuperação de energia para as plantas de ácido sulfúrico. Uma unidade foi projetada para recuperar a perda de calor, reduzindo a água de resfriamento e aumentando a produção de vapor sem comprometer a operação em um sistema completamente isolado e de confiabilidade.

Keywords: Sulfuric Acid; Energy Recovery


1.PLANTAS DE ÁCIDO SULFÚRICO COMO USINAS TÉRMICAS

Plantas de ácido sulfúrico têm operações unitárias exotérmicas – queima do enxofre no forno, oxidação catalítica do SO2 a SO3 no conversor e absorção de SO3 com ácido nas torres de absorção.

Tipicamente uma planta de ácido sulfúrico irá recuperar calor da fornalha e do conversor e o transformar em vapor de alta pressão – aproximadamente 2/3 de todo o calor gerado é recuperado.

Infelizmente, o 1/3 restante do calor gerado, a parte que se origina nas torres de absorção, é eliminado através da água de resfriamento. Esta perda é devida a baixa temperatura do ácido concentrado retornando, tipicamente entre 100 e 120 ° C – que não pode ser eficientemente recuperado vai vapor.

Algumas tecnologias mudaram as temperaturas operacionais para aumentar a recuperação de energia disponível do ácido, variando de 180 a 240° C, mas afetaram os materiais utilizados, as condições operacionais e trazem desvantagens como o aumento da corrosão e da produção de H2.

A Clark Solutions projetou um sistema isolado para recuperar a energia perdida sem comprometer a operação. Este sistema seguro de recuperação de calor (SAFEHR™ BFW) pode aumentar o faturamento da planta e reduzir os custos operacionais.

2.SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE ENERGIA

Uma planta de ácido sulfúrico de 3000 MTPD pode gerar até 200 MW de calor, com 135 MW recuperados através de vapor e perdas de 65 MW para a água de resfriamento.

Uma unidade de recuperação isolada foi projetada pela Clark Solutions para recuperar parcialmente o calor perdido. O sistema consiste em trocadores de calor a placas para minimizar a diferença de temperatura entre os lados quentes e um circuito fechado de água para transferir calor do trocador de calor de ácido para o trocador de calor da água de alimentação de caldeira.

Operando desta forma, há controle sobre qualquer eventual vazamento via instrumentação no circuito fechado. O circuito fechado também impede a contaminação do processo com ácido e pode ser aplicado para aquecer não só a água de alimentação de caldeira, mas também outras utilidades da planta.  O aquecimento da água de alimentação de caldeira desafoga a capacidade de vapor.

Um esquema de todo calor perdido no trocador de calor casco e tubo pode ser observado na Figura 1:

Figura 1. Perda de calor típica para planta de 3000 MTPD

A Figura 1 também mostra a utilização média de água de resfriamento.

Um esquema do SAFEHR™ BFW é visto na Figura 2.

Figura 2. Esquemático do SAFEHR™ BFW

O esquema da Figura 2 mostra um aumento na energia recuperada; aproximadamente 10% do calor perdido são recuperados neste caso. Esta recuperação pode ser aumentada dependendo da capacidade de vapor e utilidades da planta, bem como as necessidades de calor de outras plantas próximas. A Figura 2 mostra também a diminuição da água de resfriamento quando o SAFEHR™ BFW está operacional.

Figura 3. Representação esquemática 3D do SAFEHR™ BFW

A Figura 3 mostra um esquema 3D do SAFEHR™ BFW. O sistema pode ser adaptado para qualquer necessidade de instalações, fornecendo calor à água ou fluidos especiais, tais como soluções de eletrólitos, como um exemplo de caso.

3.ECONOMIAS

O SAFEHR™ BFW pode fornecer economias e receitas. A tabela 1 mostra a valores aproximados para um sistema recentemente projetado.

Tabela 1. Visão geral de receitas e economias do SAFEHR™ BFW

Parâmetro Economias
Capacidade 3000 MTPD
Água de Resfriamento -500 m³/h
Make-Up -10 m³/h
Recuperação de Energia +7 MW
Receita Incremental +700k USD/year

O retorno dependerá da capacidade da planta e dos preços de energia, mas as estimativas situam-se entre 2 e 3 anos para casos recentes – sem considerar a redução de água de resfriamento, make-up e os custos de tratamento de água.

4.CONCLUSÃO

Melhorias de processo são constantes para aumentar faturamento e diminuir custos. O sistema de recuperação de energia (SAFEHR™ BFW) da Clark Solutions é fácil de operar, aumenta a produção de energia e reduz custos da água de resfriamento sem afetar a operação.

A Clark Solutions está sempre disponível para suporte.

SAFEHR™ é um trademark registrado da Clark Solutions no Brasil.

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