TRATAMIENTO DE GASES IMQ - 310

Reduccion de SOxPlanta 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 15-20 % 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 2005Fundición

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

Potrerillos SO2 93,39 100,00

  MP 0,85 5,50

  As 0,72 0,80

Ventanas SO2 12,15 45,00

  MP 0,41 1,00

  As 0,05 0,12

Caletones SO2 115,80 (b)

  MP (c) (b)

  As 0,12 0,38

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 plantGeneral 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

AbsorciónSulfur 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 CPS1CPS2

Spray-radiation

cooler

Spraycooler

ESP

Spray-radiation

cooler

Spray-radiation

cooler

Spraycooler

ESP

ESP ESP

PLG1GCP

PLG1

PLG2GCP

PLG2

Tailgas

Tailgas

El Teniente (PLG1) - 2007Parameter Unit Value

Total Water to GCPTemperature to GCPDust to GCPInlet flow, dry basisAcid plant dilution airTotal flow, dry basisComposition, dry basis

SO2

O2

N2

CO2

VolumeSO2

O2

RatioO2/SO2

Acid production (100%)

Nm3/hroC

kg/hrNm3/hrNm3/hrNm3/hr

%v/v%v/v%v/v%v/v

Nm3/hrNm3/hr

--mtpd

16.008350226

101.57170.721(max)

172.292

8,7813,73

balance0

15.12723.656

1,561.588

PLG1

Dryingtower

Packed gascooling tower

Washingtower

Venturiscrubber

Wet electrostaticprecipitators

Effluentstripper

air

Packed tower

weak acidcooler

Gas toPLG1blower

Strong acid

stripperair

To effluent treatment

Gas fromsmelter

E341 E321

E331

E351

Bed 1

Bed 3

Bed 2

Bed 4

AbsorptionTower

Preheater

To stack

From dryingtower

air

air

El Teniente (PLG2)Parameter Unit Original

Design

Total Water to GCPTemperature to GCPDust to GCPInlet flow, dry basisAcid plant dilution airTotal flow, dry basisComposition, dry basis

SO2

O2

N2

CO2

VolumeSO2

O2

RatioO2/SO2

Acid production (100%)

Nm3/hroC

kg/hrNm3/hrNm3/hrNm3/hr

%v/v%v/v%v/v%v/v

Nm3/hrNm3/hr

-- mtpd

31.920350223

248.08037.039

285.119

9,615,1

balance1,6

27.37143.053

1,572.874

Feed gas (PLG1)

140000

145000

150000

155000

160000

165000

170000

175000

180000

23:45 4:33 9:21 14:09 18:57 23:45

Flo

w (

Nm

3/h

r)

April 18,2003

Design flow = 172,292 Nm3/hr

Un día de operación: fluctuaciones

450

460

470

480

490

500

510

520

530

540

550

560

570

23:45 4:33 9:21 14:09 18:57 23:45

Tem

pera

ture

(C

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

%S

O2

in f

eed

gas

SO2

Bed 2 outlet

Bed 2 inlet

April 18,2003

Specified bed 2inlet temperature (460 C)

20

25

30

35

40

23:45 4:33 9:21 14:09 18:57 23:45

Tem

pera

ture

(C

)

95.0

95.5

96.0

96.5

97.0

97.5

98.0

98.5

%H

2S

O4

March 29, 2003Drying tower inlet gas temperature

Drying tower acid strength

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

DIAGRAMA GENERAL PLANTA DE ACIDO SULFURICO

ABSORCIONINTERMEDIA

VTI CT

Precipitadores Fläkt M

ConvertidorTeniente

CHIMENEA ENAMI

HV-184

SECADO DE GASES

VENTILADORPRINCIPAL

PV-183

W 22

Conversión Catalítica

ChimeneaPlanta de

Acido

ABSORCIONFINAL

K 5V 10

CPS

CT

HV-190

Precipitador Miljo

ConvertidoresPierce Smith

VTI CP S

K1K2

K4K3

polvos

P EP A

soluciones ácidas

ácidoproducto

LIMPIEZA DE GASES

LAVADO DEGASES

Tratamiento de Efluentes

ácido 98%

gases secos y limpios

agua

gas

REACTOR C 20

gas limpio

descarga al mar

K 6

REACTOR C 1

CAPA 4

Conversión Catalítica

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

Operación Operación % SO2 % O2 % CO2 % H2O Temp. polvoNm3/min Nm3/h % vol. % vol. % vol. % vol. ºC gr/Nm3

1 Aire Soplado CT 486 29.160 0,0 21,0 0,0 0,0 20 02 Aire Dilución CT 613 36.800 0,0 21,0 2,3 2,0 20 03 Gases Salida CT 1.350 81.000 10,9 12,0 1,2 2,6 675 16,94 Gases CT a PEE 1.447 86.800 9,2 10,7 1,0 14,8 390 14,25 Gases CT tras PEE 1.518 91.100 8,7 11,2 0,9 15,2 340 0,76 Aire Soplado CPS 300 18.000 0,0 21,0 0,0 0,0 20 07 Aire Dilución CPS 350 21.000 0,0 21,0 0,0 0,0 20 08 Gases Salida CPS 653 39.200 8,2 12,2 0,0 0,9 622 9,39 Gases CPS a PEE Miljo 730 43.800 7,4 11,0 0,0 10,9 410 8,310 Gases CPS tras PEE Miljo 787 47.200 6,9 11,8 0,0 10,1 307 0,411 Gases a Pta. Acido (seco) 1.820 109.181 8,1 11,4 0,6 12,8 320 0,612 Gases a Chimenea 0 0 0 0 0 0 0 013 Agua enfriam. Gases CT 8,4 m3/h ---- 0 0 0 0 0 014 Agua enfriam. Gases CPS 3,5 m3/h ---- 0 0 0 0 0 015 Polvo PEPA gases CT 400 kg/h ---- 0 0 0 0 0 016 Polvo Miljo gases CPS 90 kg/h ---- 0 0 0 0 0 0

MANEJO DE GASES PLANTA DE ACIDO

VTI CT

Precipitadores Fläkt

ConvertidorTeniente

Precipitador Miljo

VTI CP S

polvos

P EP A

Bypass Miljo

CPS-1

agua13

CT1 agua

14

agua14

CPS-3

agua14

CPS-2

airesoplado

dilución

2

3

6 airesoplado

dilución

7

6 airesoplado

dilución

7

6 airesoplad

dilución

7

8

8

8

4

9

9

9

15

5

16

9 10

12

11

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

FLUJ O GASEOSO FLUJ O ACIDODESCRIPCIÓN FLUJO TEMP. PRESION SO2 DESCRIPCIÓN FLUJO TEMP. H2SO4

Nm3/h ºC mBar % en vol. m3/h ºC % en peso

1 Gas ante K1 133.919 350 -3,0 9,7 8 Acido a K1 750 76,7 40

2 Gas tras K1 133.919 76,7 -12,0 8,1 9 Acido a Venturis 510 71,8 20

3 Gas tras Venturis 133.919 71,8 -36,4 8,1 10 Acido salida K20 400 57 0,21

4 Gas Ante K20 41.528 71,2 -36,4 7,9 11 Acido enttrada K20 388 38 0,21

5 Gas Ante K2 96.899 71,2 -36,4 7,9 12 Acido salida K2 950 57 0,21

6 Gas tras K2/K20 129.410 38 -53,0 11,3 13 Acido entrada K2 910 38 0,21

7 Gas tras PEEH 129.410 38 -72,2 11,3 14 Acido efluente K1 76,7 40

15 Acido efluente K2 13,5 57 0,21

GASES DE FUNDICIÓN

LIMPIEZA DE GASES

TORRELAVADO

VENTURIS

CICLONES

TORRES DE ENFRIAMIENTO

PRECIPITADORES2° ETAPA

K 1

B 8B-7

P 9 / 1 - 2

W 20

W 1 / 1 - 3

EFLUENTE

P 20 / 1 - 2

P 2 / 1 - 3

K 20

P 1 / 1 - 2

K 2

PRECIPITADORES1° ETAPA

GASES LIMPIOS

K 1EFLUENTE

K 215

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

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.

FLUJ O GASEOSO FLUJ O ACIDODESCRIPCIÓN FLUJ O TEMP. SO2 SO3 PRESIÓN DESCRIPCIÓN FLUJ O TEMP. % ACIDO

Nm3/h ºC % en vol. % en vol. mbar 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

3 Gas tras K4 ante V10 131.130 40,0 12,0 0,0 -150,2 15 Acido tras W7 a K3 421,0 40,0 80,0

4 Gas tras V10 131.130 89,7 12,0 0,0 317,4 16 Acido de K3 a B26 23,9 59,4 80,0

5 Gas de 3º capa a K6 124.818 210,0 0,4 10,1 177,0 17 Acido circuito K4 464,0 40,0 95,0

6 Gas de K6 a 4º capa 110.587 60,0 0,4 0,0 127,0 18 Acido de B26 a K6 24,3 58,5 80,0

7 Gas de 4º capa a K5 110.368 193,6 0,1 0,4 53,7 19 Acido de K4 a K6 40,0 94,0

8 Gas de K5 a chimenea 109.920 75,0 0,1 0,0 0,0 20 Acido fondo de K6 1200,0 89,7 98,5

21 Acido tras W21 a K6 1131,0 60,0 98,5

FLUJ OS DE AGUA 22 Acido K6 a K5 31,2 60,0 98,5

DESCRIPCIÓN FLUJ O TEMP. 23 Acido fondo K5 767,0 83,8 98,5

m3/h ºC 24 Acido tras W8 a K5 764,0 75,0 98,5

11 Agua dilución a K6 3,2 40,0 25 Acido rebalse K5 a B6 32,7 98,8 98,5

12 Agua dilución a K5 0,4 40,0 26 Acido producto tras W9 32,0 35,0 98,5

SECADO Y ABSORCION

K-3W 7

P 4

K-4

P 6

K-5

AGUA DEPROCESO

P 7P 5

W 9

aEstanques

W 8

P 70

W 21

MEZCLADORB-70

K-6

B 26

B 6

SO3 desdeCapa 3

gas sin SO3a Capa 4 Soplador

V10

ácido 98%desde K6

gas deGrupo

Lavado

gas desdecapa 4

P 4/3

1

2

3

5

6

7

8a chimenea

1211

1314

15

16

17

18

19

2

21

2

2

2

2

2

a Reactor C-204

MEZCLADORR1-2

P 26

DESCRIPCIÓN FLUJ O TEMP. SO2 SO3 PRESION DESCRIPCIÓN FLUJ O TEMP. SO2

Nm3/h ºC % vol. % vol. mbar Nm3/h ºC % vol.

1 Gas de V10 a W24 131.000 89,7 12,0 0,0 340,9 9 Gas salida W26 ante W23 123.694 371,3 0,9

2 Gas salida W24 a C20 131.000 254,5 12,0 0,0 317,4 10 Gas a absorción en K6 123.694 210,0 0,9

3 Gas entrada Capa 1 131.000 440,0 12,0 0,0 297,2 11 Gas desde absorción de K6 109.097 60,0 1,0

4 Gas salida Capa 1 126.635 625,0 5,5 6,9 288,5 12 Gas salida W23 ante W6 109.097 274,2 1,0

5 Gas entrada Capa 2 126.635 450,0 5,5 6,9 271,5 13 Gas entrada Capa 4 109.097 410,0 1,0

6 Gas salida Capa 2 124.513 540,0 2,2 10,4 260,8 14 Gas salida Capa 4 108.606 437,9 0,1

7 Gas entrada Capa 3 124.513 440,0 2,2 10,4 236,5 15 Gas salida W27 ante W24 108.606 413,5 0,1

8 Gas salida Capa 3 123.694 475,0 0,9 11,8 228,1 16 Gas hacia absorción de K5 108.606 210,0 0,1

CONVERSION

C 20

A ATMÓSFERA

GAS

V 3

W 24

W 10

W 22

D 1

C-1TORRE CATÁLISIS

CAPA # 3 a

CAPA # 3 b

CAPA # 4 a

CAPA # 4 b

W 6

A ATMÓSFERA

AIRE

V 2

W 26 W 23

desde K6

a K6AIRE V 20

W 27

a K5

desde V101

2

3

4

5

6

7

8 9

10

11

12

13

14

15

16

TORRE W-11 TEMP. FLUJ O TORRE W-25 TEMP. FLUJ O

DESCRIPCIÓN ºC m3/h DESCRIPCIÓN ºC m3/h

1 Alimentación Colmo 20,0 14 Alimentación Colmo 20,0 22

2 Alimentación CAS 20,0 15 Alimentación CAS

3 Descarga bombas P10 20,0 1.964 16 Descarga bombas P22 20,0 1.399

4 Entrada Soplador V-10 20,0 36 17 Entrada W9 20,0 52

5 Salida Soplador V-10 27,0 36 18 Salida W9 45,5 52

6 Entrada W21/1-4 20,0 305 19 Entrada W20 20,0 400

7 Salida W21/1-4 42,0 305 20 Salida W20 40,3 400

8 Entrada W8 20,0 274 21 Entrada W1/1-3 20,0 332

9 Salida W8 44,0 274 22 Salida W1/1-3 38,6 332

10 Entrada W7/1-2 20,0 192 23 a Sist. Enfriam Gases 20,0 14

11 Salida W7/1-2 37,5 192 24 Retorno caliente Torre 39,1 1.385

12 Retorno caliente Torre 41,2 1.918 25 Purga 20,0 16

13 Purga 20,0 20

agua Colmo

a Sistema Enfriamiento Gases

REFRIGERACIÓN DE AGUA

SOP LADOR V10

SECADO Y ABSORCIÓN

P 10

motor V-10

V-10

reactivos

W 11 / 1 W 11 / 2

W 8

W 7/ 1-2

W 21/ 1-4

W 9

reactivos

W 25 / 1 W 25 / 2

W 20

W 1/1-3

filtro

P 22

purga

purga

LAVADO DE GASES

ACIDO P RODUCTO

agua CAS

1

2

3

4

5

6 7

8 9

10 1112

13

14

1516

17

18

1920

21

22

23

24

25