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TRATAMIENTO DE GASES
IMQ - 310
Reduccion de SOx
Planta de acido sulfurico
Fundiciones de cobre
•
•
•
•
Producen gas con SO2 = Contaminación
Hasta 1995 no tanto control de emisiones
Ley exige limpieza de gases
Solución : Cambiar el problema en un
producto: acido sulfúrico
• Ahora todas las fundiciones en Chile
incluye al menos una planta de acido
sulfúrico
Fundiciones de cobre
• Convertidores producen gases con hasta 1520 % en volumen de SO2
• Flujo no es constante = problema
Fundición - Convertidores
• Convertidor: El Teniente
• Convertidor: Pierce Smith
– CuFeS2 + O2 --> Cu + oxidos de Fe + SO2
• En la fusión el concentrado de cobre es sometido a altas
temperaturas (1.200 ºC) para lograr el cambio de estado de
sólido a líquido. Al pasar al estado líquido, los elementos
que componen los minerales presentes en el concentrado se
separan según su peso, quedando los más livianos en la
parte superior del fundido (escoria), mientras que el cobre,
que es más pesado se concentra en la parte baja. De esta
forma es posible separar ambas partes vaciándolas por vías
distintas.
• El convertidor tiene un sistema de cañerías en el interior,
las cuales insuflan aire enriquecido con oxígeno, el cual
permite la oxidación del hierro y del azufre presentes en
los minerales que constituyen el concentrado. El hierro
forma magnetita, que se concentra en la escoria, y el azufre
forma gases (monóxidos y dióxidos).
Emisiones Codelco 2005
Fundición
Tipo de
emisión
Total anual
(miles de ton)
Límite anual
(miles de ton)
Chuquicamata
SO2
57,51
(b)
MP
0 (a)
1,85
As
0,37
0,40
SO2
93,39
100,00
MP
0,85
5,50
As
0,72
0,80
SO2
12,15
45,00
MP
0,41
1,00
As
0,05
0,12
SO2
115,80
(b)
MP
(c)
(b)
As
0,12
0,38
Potrerillos
Ventanas
Caletones
a.De acuerdo a mediciones realizadas a la chimenea cerrada del convertidor de la fundición de concentrado.
b.Cumplimiento de la norma de calidad
c.A partir del año 2003 se descontinuó la medición de emisiones
Sulfuric acid plant
General process
• A) Gas pre-cleaning
(Elimination of impurities, SO3, PM etc)
• B) Converter
(conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide)
• C) Absorption Tower
(sulfur trioxide absorbed into the sulfuric acid mist)
• D) Hydration of Oleum
(to produce sulfuric acid)
Limpieza de gases de fundición de
cobre
• Eliminar materia particulada
– (T > 400 C : PES)
• Eliminar SO3
– (Scrubbing)
• Eliminar arsénico (As2O3) y otros moleculas
volatiles (F, Se….)
– (Scrubbing)
Conversión catalitica
The mixture of sulfur dioxide and air is heated
to 450 C and subjected to a pressure of 101.3 202.6 kPa (1 -2 atmospheres) in the presence
of a vanadium catalyst (vanadium (V) oxide) to
produce sulfur trioxide, SO3(g), with a yield of
98%.
•
2SO2(g) + O2(g) -----> 2SO3(g)
Conversión catalítica
• Proceso exotérmico
– (A temperatura alta la reacción vuelve a SO2)
• 3-4 lechos de conversión
– T : 450 C en promedio
Absorción
Sulfur trioxide, SO3(g) is dissolved in 98% (18M) sulfuric
acid, H2SO4, to produce disulfuric acid or pyrosulfuric acid,
also known as fuming sulfuric acid or oleum, H2S2O7.
•
SO3(g) + H2SO4 ------> H2S2O7
This is done because when water is added directly to sulfur
trioxide to produce sulfuric acid
•
SO3(g) + H2O(l) -----> H2SO4(l)
The reaction is slow and tends to form a mist in which the
particles refuse to coalesce. Water is added to the disulfuric
acid, H2S2O7, to produce sulfuric acid, H2SO4
•
H2S2O7(l) + H2O(l) -----> 2H2SO4(l)
Conversión de SO3 en H2SO4
El Teniente
Emisiones El Teniente
AÑO
Emisión Anual
Máxima de
SO2
TM/año
Emisión Mensual
Máxima de
SO2
TM/mes
Emisión Anual
Máxima
Material
Particulado
Total
TM/año
Desde 1998
--
62.500
3.017
Desde 1999
494.000
41.166
1.987
Desde 2000
494.000
41.166
1.987
Desde 2001
230.000
19.166
-
Desde 2002
230.000
19.166
-
Desde 2003
115.000
(cumple normas
calidad de
aire!!!)
1º planta acida: 1998, 2º planta acida: 2001
CT2
CT1
CPS3
CPS2
CPS1
Spray
cooler
Spray
cooler
Sprayradiation
cooler
Sprayradiation
cooler
Sprayradiation
cooler
ESP
ESP
ESP
PLG1
GCP
PLG2
GCP
PLG1
PLG2
Tail
gas
Tail
gas
ESP
El Teniente (PLG1) - 2007
Parameter
Total Water to GCP
Temperature to GCP
Dust to GCP
Inlet flow, dry basis
Acid plant dilution air
Total flow, dry basis
Composition, dry basis
SO2
O2
N2
CO2
Volume
SO2
O2
Ratio
O2/SO2
Acid production (100%)
Unit
Value
Nm3/hr
oC
kg/hr
Nm3/hr
Nm3/hr
Nm3/hr
16.008
350
226
101.571
70.721(max)
172.292
%v/v
%v/v
%v/v
%v/v
8,78
13,73
balance
0
Nm3/hr
Nm3/hr
15.127
23.656
-mtpd
1,56
1.588
PLG1
Washing
tower
Venturi
scrubber
Packed gas
cooling tower
Wet
electrostatic
precipitators
Gas to
PLG1
blower
Gas from
smelter
Drying
tower
Packed
tower
weak acid
cooler
air
Effluent
stripper
air
To effluent treatment
Strong
acid
stripper
Preheater
Bed 4
From
drying
tower
Bed 2
E341
E321
Bed 1
To stack
air
E331
Absorption
Tower
air
E351
Bed 3
El Teniente (PLG2)
Parameter
Total Water to GCP
Temperature to GCP
Dust to GCP
Inlet flow, dry basis
Acid plant dilution air
Total flow, dry basis
Composition, dry basis
SO2
O2
N2
CO2
Volume
SO2
O2
Ratio
O2/SO2
Acid production (100%)
Unit
Original
Design
Nm3/hr
oC
kg/hr
Nm3/hr
Nm3/hr
Nm3/hr
31.920
350
223
248.080
37.039
285.119
%v/v
%v/v
%v/v
%v/v
9,6
15,1
balance
1,6
Nm3/hr
Nm3/hr
27.371
43.053
-mtpd
1,57
2.874
Feed gas (PLG1)
180000
175000
3
Design flow = 172,292 Nm /hr
165000
3
Flow (Nm /hr)
170000
160000
155000
150000
145000
April 18,2003
140000
23:45
4:33
9:21
14:09
18:57
23:45
Un día de operación: fluctuaciones
570
12
SO2
11
550
10
540
9
530
8
520
Bed 2 outlet
510
500
7
6
5
Bed 2 inlet
490
4
480
3
Specified bed 2
inlet temperature (460 C)
470
460
450
April 18,2003
23:45
4:33
2
1
0
9:21
14:09
18:57
23:45
%SO2 in feed gas
Temperature (C)
560
40
March 29, 2003
Drying tower inlet
gas temperature
98.0
35
97.5
97.0
30
96.5
96.0
25
20
23:45
95.5
Drying tower acid
strength
4:33
9:21
95.0
14:09
18:57
23:45
%H2SO4
Temperature (C)
98.5
Tail gas over limit - 2003 (ppmv)
Month
Min
Max
Average
February
-258.4
2464.3
570.0
March
-2500.0
9050.3
913.8
April
-231.6
11234.3
1408.3
May
-94.2
7548.9
1405.1
June
317.8
7258.0
1763.8
July
717.7
5966.0
1839.3
Codelco Ventanas
Planta de Codelco Ventanas
OPERACIÓN DE LA PLANTA
La Planta de Acido Sulfúrico esta
compuesta por siete secciones:
–
–
–
–
–
–
–
(i) Sección Captación y Manejo de Gases.
(ii) Sección de Lavado/Limpieza de Gases
(iii) Sección de Secado de Gases
(iv) Soplador
(v) Sección de Contacto y Conversión
(vi) Sección de Absorción de SO3
(vii) Sección de Enfriamiento de Agua
MANEJO DE GASES
PLANTA D
ACIDO
agua
13
11
4
Precipitadores Fläkt
dilución
5
3
2
9
CT
1
aire
soplado
Convertidor
Teniente
VTI CT
agua
14
15
PEPA
dilución
8
7
9
Bypass Miljo
6
aire
CPS-1
soplado
dilución
agua
14
8
Precipitador Miljo
7
6
aire
soplado
9
CPS-2
agua
10
9
12
14
VTI CPS
dilución
8
7
6
aire
soplad
16
polvos
CPS-3
Sección Captación, Manejo y
Limpieza de Gases
La Sección de Captación, Manejo y Limpieza de Gases
de la Planta de Acido Sulfúrico esta diseñada para:
Captar los gases desde la boca de los Convertidores
Teniente y Pierce Smith de la Fundición, con eficiencias de
captación de 90 y 95% respectivamente.
– Conducir los gases desde la Fundición hacia las etapas de
limpieza mediante los VTI respectivos.
– Retirar desde los gases las partículas sólidas arrastradas
desde
la
Fundición
mediante
Precipitadores
Electroestáticos.
– Disponer los gases para la etapas posteriores de Lavado de
los Gases
LIMPIEZA DE GASES
GASES DE
FUNDICIÓN
3
6
2
5
PRECIPITADORES
1° ETAPA
TORRES DE
ENFRIAM IENTO
4
1
13
11
K 1
K 20
W 1/ 1- 3
K 2
W 20
VENTURIS
TORRE
LAVADO
8
CICLONES
9
B -7
12
10
B
8
PRECIPITADORES
2° ETAPA
P 20 / 1- 2
P 9 / 1- 2
7
P 2 / 1- 3
14
EFLUENTE
P 1/ 1- 2
K1
FLU JO GASEOSO
DESCRIPCIÓN
EFLUENTE
15
K2
GASES
LIMPIOS
FLU JO ACID O
FLUJO
TEMP.
PRESION
SO2
Nm3/ h
ºC
mBar
% en vol.
DESCRIPCIÓN
FLUJO
TEMP.
H2SO4
m3/ h
ºC
% en peso
Sección de Lavado (Limpieza) de
Gases
La Sección de Lavado de Gases de la
Planta de Acido Sulfúrico esta diseñada
para:
– Saturar y enfriar los gases calientes de
entrada provenientes de la Fundición.
– Retirar la neblina fina de ácido sulfúrico
formada a medida que se lava y enfría el
gas.
SECADO Y ABSORCION
a Reactor C20
4
3
Soplador
V10
2
15
17
6
8
a
Estanques
gas desde
capa 4
SO3 desde
Capa 3
gas de
Grupo
Lavado
a chimenea
gas sin SO3
a Capa 4
21
2
2
7
5
W9
W8
2
1
K-3
W7
K-5
19
K-4
K-6
14
13
W 21
2
ácido 98%
desde K6
M EZCLADOR
B-70
P4
B6
M EZCLADOR
R1-2
2
2
P 70
16
P6
11
12
P5
P7
P 4/3
A GUA D E
P R OC ESO
18
B 26
P 26
FLUJO GASEOSO
D ESC R IP C IÓN
FLUJO ACIDO
F LUJO
T EM P .
SO2
SO3
P R ESIÓN
Nm3/h
ºC
% en vol.
% en vol.
mbar
D ESC R IP C IÓN
F LUJO
T EM P .
% A C ID O
m3/h
ºC
% peso
1
Gas ante K3
129.410
38,0
11,3
0,0
-72,2
13
Acido de K6 a K3
18,2
60,0
98,5
2
Gas ante K4
129.410
40,0
12,0
0,0
-103,2
14
Acido fondo K3
450,0
59,4
80,0
CONVERSION
A A TM ÓSFERA
W 10
V3
C-1
3
6
GA S
TORRE CATÁLISIS
CAPA # 3 a
W6
4
D1
7
12
5
CAPA # 3 b
13
CAPA # 4 a
2
W 22
C 20
CAPA # 4 b
14
8
desde V10
S CR IP CIÓN
9
A ATMÓSFERA
1
15
16
11
W 24
W 27
desde K6
10
a K5
W 26
AIRE
AIRE
V 20
W 23
V 2
FLU JO
T E MP .
S O2
S O3 P R E S ION
D E S CR IP CIÓN
Nm3/ h
ºC
% vol.
% vol.
mbar
e V10 a W24
131.000
89,7
12,0
0,0
340,9
9
alida W24 a C20
131.000
254,5
12,0
0,0
317,4
10 Gas a absorción en K6
Gas salida W26 ante W23
a K6
FLU JO
T E MP .
S O2
Nm3/ h
ºC
% vol.
123.694
371,3
0,9
123.694
210,0
0,9
REFRIGERACIÓN DE AGUA
22
18
LAVADO DE
GASES
20
a Sistema
Enfriamiento
Gases
24
21
W 1/ 1-3
filtro
reactivos
ACIDO
PRODUCTO
W9
19
W 20
14
17
W 25 / 1
23
W 25 / 2
16
15
P 22
25
purga
agua CAS
SECADO Y ABSORCIÓN
10
12
11
SOPLADOR
V10
W 8
8
W 7/ 1-2
6
W 21/ 1-4
9
V-10
7
mo to r
V-10
4
reactivos
5
agua Colmo
2
W 11/ 1
W 11/ 2
3
1
P 10
13
purga
T OR R E W -11
T EMP.
FLU JO
T OR R E W -25
T EMP.
FLU JO
DESCRIPCIÓN
ºC
m3/ h
DESCRIPCIÓN
ºC
m3/ h
20,0
22
20,0
1.399
1
Alimentación Colmo
20,0
14
Alimentación Colmo
2
Alimentación CAS
20,0
15
Alimentación CAS
3
Descarga bombas P10
20,0
16
Descarga bombas P22
1.964