H.Gó me me ze tal ,Di s e ñod eRe ac t o r e s2 01 4I I
Obt enci óndeDi Di óxi dodeAzuf r eaPart i rdelAzuf r e, par al aPr oducci óndeÁci doSul f úri coen MONÓM ÓMEROSS. A. H.Góme mez ,Y.Mancer a,M.Mozo,M.Negr et t eJ.Val enci a Uni v e r s i dadde lAt l ánt i c o
Res ume men
P al a br a sCl a v e:
un mat er i al r ef r act ari o que pre sent a l as si gui ent esdi mensi ones:
1. I nt r oducci ón
La obt enci ón de di óxi do de azuf r e esmu muy i mport ant een l ai ndust r i a quí mi camu mundi al , ya que es l a pri me r af ase delpr oceso par a produci r áci do sul f úr i co, mat er i a pri ma f undame ment al en l a el abor ac i ón de f ert i l i zant es,f osf at os,procesos metal úrgi cos, pi gme ment osyot r osusos.
Elazuf r e que i ngr esa al r eact or ent r a por unas boqui l l as at omi mi zadoras de presi ón, t eni endo como flui do que ayuda l a at omi mi zaci ón deeste,elai re.
Para l a comp mprobaci ón de di cho proce so se r eal i zó una vi si t ai ndust ri ala l a emp mpr esa MONOM OMEROS S. A, l a cual i nvol ucr ó un r eact or ,e n est ecasoun horno par al l evara cabo una r eac ci ón de combust i ón, uni dad pr i mor di alen elest udi ode nuest r ocur sode Di señodeReact ores,ypost eri orme ment eapl i car l os conoci mi ent os adqui ri dos en es t a asi gnat ur a,r eal i zandocomparaci onesen l os dat ost eóri cosde l a emp mpresacomo mot al ,yl os obt eni dos por nosot r os. Ademá más est a experi enci a ser á de gr an enri queci mi ent o como moi ngeni er osenf orma maci ón.
Atomizadores Figura 1. Elazuf r eut i l i zadoseencuent r a pr evi ame ment e al macenadoenpi l asconsedi ment ador es,que buscanel i mi naral gunasi mpur ezas.Elazuf r e ant esdei ngresaralr eact orcamb mbi adeest ado en unos ser pent i nes donde elmat er i al en est adosól i dot ransi t aa t ravésdeest os para pasaral í qui do usandovapordebaj apr esi ón como mo flui do cal i ent eapro ve chando su punt o de f usi ón que se da a una t emp mper at ur a de 121°C;despuésdeseri nyect adome medi ant el as boqui l l as pasa por el r eact or que se encuent r aa 1000gr adoscent í gr ados,elcual const a de t r es bafles par a mej or ar l a t r ansf er enci a de cal or en el mi mi smo mo. Est e proces osemu muest r aenelDi agr ama ma1.
La capaci dad de producci ón anualde áci do sul f úri co que t i ene monóme mer os a ni vel mundi al es de 0, 04% es deci r 80000 t onel adasaproxi madament e.
2.Ca r a c te r í s t i c a sde lRe a ct o r
Lareacci ónesbási came ment el acomb mbust i óndel azuf reparal ocualelreactorut i l i zadoparal a pr oducci ón dedi óxi dodeazuf r e,esunhorno met ál i coelcualesunt anquel argo def orma ma ci l í ndri ca en posi ci ón hori zont alde mater i al acer o alcar bón i nt er name ment er ecubi er t o de
1
H.Gó me ze tal ,Di s e ñod eRe ac t o r e s2 01 4I I
El r eact or se encuent r a cubi er t o por t r es capasdel adri l l osref ract ari os,buscandocon est o baj arl as pérdi dasdecal orquepuedan pr oduci r seycon est omant enerl aconver si ón delazuf reconst ant e.
Elazuf r eesesenci al ment eun combust i bl ey present acaracter í st i cassi mi l aresal asdel os combust i bl es pesados. Una vez que el r ef r act ar i o del hor no de azuf r e se ha cal ent adoacol orroj oopaco,l ai nt roducci ón de ai r e y elazuf r ef undi do en elhorno en f or ma pul ve ri zada ( esul t a en l a spray) r i nmedi at acombust i ónpar af ormar S O 2 .
3.DESCRI PCI ON DELPROCESO
Elazuf r e esquemado para produci rdi óxi do de azuf r e(
S O2
Elpr ocesogener alsemuest r aen elDi agr ama 2.
) que a cont i nuaci ón se
somet eal aconver si ón det ri óxi dodeazuf r e(
S O3 ) .Elazuf rereacci ona con eloxí geno
4.JUSTI FI CACI ÓN DEL DI SEÑO
deacuerdoal asi gui ent er eacci ón: Aunqueexi st en f ormasdi f er ent esdel l evar se a cabo l ar eacci ón de combust i ón para l a
S ( s ) + O 2( g ) → S O 2 ( g )
obt enci ón
Δ H f @ 25° c =−70.94 kcal / mol
di óxi do deazuf r e( S O2 ) con oxí geno se pr oduce par a produci rt ri óxi do de azuf r e(
S O3 ) : 1 2
2 ( g)
↔ S O3( g )
Los duct os que cont i enen di chas boqui l l as son met ál i cos,por est ar azón al pr esent ar t emperat ur as t an al t as dent r o delhorno se hace necesari al ar ef ri ger aci ón para evi t ar que di chos duct os vayan a f undi r se . Est a r ef ri ger aci ón se r eal i za medi ant e vapor de aguadebaj apr esi ón.
Δ H f @ 25° c =−23.45 kcal / mol La r eacci ón es una r eacc i ón de equi l i bri o donde l a cant i dad de
,en l a pl ant a 20 de l a
empr esa MONOMEROS S. A. se pl ant ea l a nece si dad porpart e de es t a de hacermás efici ent eelpr ocesodecombust i ónenl aet apa 1 par al a manuf act ur a de áci do sul f úri co, ut i l i zando un quemadorde t i po pul ver i zador dondeelazuf r esevapori zaenf ormadegot as quehansi dof ormadasapart i rdeat omi zador depul ver i zaci ón.La at omi zaci ón desul f ur os se l ogr a medi ant e si mpl es boqui l l as at omi zador as de presi ón y dos boqui l l as de atomi zaci ón.
La r eacci ón es al t ament e ex ot érmi ca r esul t ando consi go en el i ncr ement o de t emper at ur a. Una r eacci ón se cundari a de
S O 2( g ) + O
S O2
S O3 ( g) f or mado
En l amayor í ade l aspl ant asde áci do,en l a combust i ón de azuf r e se ut i l i za ai r e at mosf ér i co para quemar l o. De al l í que l a concent r aci ón máxi ma t eór i ca de di óxi do de
dependerádel at emperat ur adeoperaci óndel hor no, l a cant i dad de exceso de ai r e en presenci adecatal i zador .
azuf r eenelgasseadel21% vol .De S O2 .
El ai r e con el cual r eacci onará el az uf r e l í qui do,essomet i do a un t r at ami ent opr evi o paraqui t ar l eal gunasi mpur ezasqueposeao humedad,yaque est a puedeocasi onarque di cho azuf r e quei ngr esa alhorno r eacci one con elagua y produzca áci do prev i ament e ocasi onando cor r osi ón y ot r os daños en el equi po.
Las oper aci onesdecombust i ón de azuf r eno neces i t an ser anal i zadas para medi r l a concent r aci ón de S O2
y O2 en elgas
de sal i da: hay una r el aci ón defini da ent r e t emperat ur ade oper aci ón yl aconcent r aci ón de
2
S O2
en elgas que per mi t e que l a
H.Gó me ze tal ,Di s e ñod eRe ac t o r e s2 01 4I I
concent r ac i ón de
S O2
S O2
pueda ser
cont r ol ada con l a t emper at ur a del horno sol ament e,como se puede aprec i ar en l a
esde0, 9:1mi ent r asquea12%,es
de 0. 74: 1. De est e modo, par a una producci ón de áci do de 2000 t onel adas por dí a en una pl ant a de áci do sul f úri co, e l vol ume n r equeri do par a el horno es un
figur a2.
mí ni mode188 m
3
.
Est e cr i t er i o provee sufici ent et i empo de r esi denci a para l a combust i ón compl et a de az uf r e a di óxi do de az uf r e dadas l as propi edades i nt ernas di señadasparat alfin. Laspl ant as l ocal i zadas porenci ma delni vel delmar deben aument ar di cha capaci dad debi do algr an vol umen de gasen una baj a pre si ónbaromét ri cacon elfin demant enerel mi smo t i empo de r es i denci a en elhorno, t omando est a mi sma consi der aci ón par a pl ant asquet engan composi ci onesmayor esal 12%. Elmat er i alenelqueest án hechosl oshornos esgener alment eaceroalcar bón yelgr ado de acer o depender á de l as t emper at ur as de oper aci onesdel acarcasa.
Relación Figura 2. temperatura/concentración de dióxido de azufre
Lapr esenci adel ostr esbaflesi nt ernosescon elfindeaument arelcoefici ent econvect i vode t rasf erenci adecal ordelai report urbul enci a paraasíf avorecerl ascondi ci onesdereacci ón y que el cont act o de est e con el ár ea super fici al de l as part í cul as de azuf r e at omi zado sea más ópt i mo ya que est os ayudant ambi énaqueelt i empodere si denci a sea mayor para asíl ogr ar una combust i ón compl et a. El horno est a ge ner al ment e acopl ado aunacal deraen l aquegr an part e del c al or de l a combust i ón de azuf r e se el i mi na( i nt egraci ón energét i ca) .Eldi señode un hor no de combust i ón de az uf r e debe l ogr art ant ounabuena l amez cl acomouna combust i ón compl et adeazuf r eant esdesal i r delhor no y l a ent r ada a l as got as de l a secci ón decal dera. elazuf r e quei mpr egnaa l as par edes deflect or as o cor r ect or ser á vapori zadoi nme di at ame nt eyconvert i doenel di óxi dodeazuf r e.Elf unci onami ent oi nt erno de un horno de azuf r e esi mport ant e para asegur arl acombust i ón compl et adeazuf r ea
Con est a gr áfica se puede cont r ol ar l a concent r aci ón que se r equi er a en l os pr oduct osdeldi óxi dodeazuf r er espect oal a t emperat ur adeoperaci óndelhorno. Los hornosdeazuf r edeber án serdi señados 3
m par a aproxi madament e 0,094 ton
por
dí a de producc i ón de áci do basado en l a máxi ma f uer za delgas de 12 %
S O2
y
unapl ant al ocal i zadaalni veldelmar . En un hornot í pi codeazuf r een unapl ant a deáci dosul f úri co,elpr ocesodecombust i ón esoper adopar adarunacomposi ci ón delgas en un r angode l11o12% de S O2
yhe
aquíe lporqué de est e porcentaj er ef er enci a en cuant oaldi mensi onami ent odeest e.Est e l í mi t eseest abl ece parat eneraun sufici ent e oxi genopr esent eenelgasqueconl l eveauna conver si ón efici ent e de
S O3
S O2
que más
, ya que elazuf r e que queda si n
r eacci onar corr oerá l a super fici ei nt erna en l as paredes del horno y ser á ev i dent e al moment odel asi nspecci ones.
t ar de se obt endr á el c onver t i dor . En 11%
S O 2 ,l ar el aci ón de O2 respect o al 3
H.Gó me ze tal ,Di s e ñod eRe ac t o r e s2 01 4I I
Todo horno de azuf r e ser ár evest i do de un mat eri alr ef ract ari odependi endodelenf oque ut i l i zadosisedesea ai sl aronodi chohorno. Sielext eri ordelreci pi ent enoestáai sl adol a t emperat ur adef unci onami ent odel acar casa ser ámenosquesiunadel gadacapaseapl i ca para ai sl ami ent o:l a di f erenci a ent r e est os 2 enf oques es t á r ef er i da al di se ño a una carcasa f rí aocal i ent e.
• • • •
Ext r acci óndemet al esnof err osos Manuf act ur adeexpl osi vos Det er gent es Pl ásti cos
Cabe des t acar que en l a may or í a de l as apl i caci onesdeláci do sul f úri co ést eaparece como mat er i a pri ma i ndi r ect a y pocas veces apar ececomoproduct ofinal .
5.USOS E I MPORTANCI A
6.BI OGRAFÍ A
El70% de l a producci ón de áci do sul f úri co mundi alsehaceusandocomomat er i apri ma elazuf remi neral ,esdeci rl areacci ón obj et o deest udi o.
1. H. SCOTT FOGLER. El ement os de .Cuart a i ng e ni e r í a del asr e ac c i o ne sq uí mi c a s Edi ci ón.Secci ón 8. 5Obt enci ón dedi óxi do de azuf re.
La oxi daci ón de azuf r e const i t uye elpri mer paso en l a producci ón deláci do sul f úri co y porest arazón elest udi odeest eprocesoesde vi t alt r ascendenci a,asícomosuconoci mi ent o yposi bl eme j or ami ent odecar a alf ut ur o.El proce so usado general ment e para l l ev ar a cabodi chareacci óni mpl i cauncal ent ami ent o hast a al t as t emperat ur as y l ai nyecc i ón con r oci ador es o boqui l l as t ant o del azuf r e der r et i do como del ai r e que se rv i r á como combur ent edel areacc i ón.
2.Out l i ne o fr e c e nte x p er i e nc i e si n Sul phur phur ,No.136,Mayomel t i ngandbur ni ng.Sul Juni o1978,pp.5457 3.Mol kl erFi l t ers, t e n Sul phurfil t r at i o n.Spar Techni calbul l et i nT178006,Ener o1978. 4.Sat er ,M. A. ,Saf erSul phur handl i ng and s t o r ag e. Sul phur , No. 278, EneoFebr er o 2002. ,pp.3139 5.Du Pl ess i s,G. ,I mpro vi ng t he qual i t y of ,No.259,Novi embre Di ci embre1998, Sul phur pp.3843
Ent r el os usos más f r ecuent es del áci do sul f úri cot enemosl ossi gui ent es: • • • •
6.Dowl i ng,N. I . ,Cl ark,P. D.and Hyne,J. B. , Under st andi ng and mi t i gat i ng cor r osi on duri ng handl i ng and t r ansportofel ement al Sul phur , Sul phur 96, Vancouver , Canada, Oct ober20-23,1996,pp.147-159.
Refinaci óndepet ról eos. Fe rt i l i z ant e s Producci óndepi gment os Tr at ami ent odelacer o
4
H.Gó me ze tal ,Di s e ñod eRe ac t o r e s2 01 4I I
Diagrama 1. Fundición de azufre
Diagrama General del proceso de obtención de ácido sulfúrico
5
H.Gó me ze tal ,Di s e ñod eRe ac t o r e s2 01 4I I
6
Diagrama 2. Proceso general obtención dióxido de azufre
