TRATAMIENTO DE GASES IMQ - 310

Presentación del tema: "TRATAMIENTO DE GASES IMQ - 310"— Transcripción de la presentación:

1 TRATAMIENTO DE GASES IMQ - 310
Reduccion de SOx

2 SOx Dos estrategias: No producir SOx Eliminar SOx del gas

3 SOx No producir SOx: Cambiar combustible:

4 SOx No producir SOx: Cambiar combustible a por ejemplo gas natural:
Consideraciones: Quemador Caldera Precio de combustible

5 CONSUMO ENERGÍA PRIMARIA EN CHILE
1978 1988 1998 2008 (%) Petróleo Crudo 48 38 40 39 Gas Natural 9 11 33 Carbón 12 16 4 Hidroelectricidad 18 23 17 14 Leña y Otros 10 Consumo Bruto (1012 Cal) 104370 139524 250920 448138 Tasa Crecimiento P. Anual 2.90% 6.00% Fuente: Temas Petroleros Nº 36, Página Electrónica ENAP.

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8 SOx Eliminar azufre del combustible: Petroleo crudo
Necesidad de eliminar S Demanda/normas de gasolina y diesel con menos S Hasta 2000 : 2500 ppm de S en diesel 2005: Gasolina : 30 ppm S – diesel : 50 ppm S 2010: Diesel : 15 ppm S

9 SOx Eliminar azufre del combustible: Petróleo crudo
Refinerías de petróleo tienen todos una planta de desulfurización, donde R-S + H2 => H2S + R (catalizador) H2S O2 => SO2 + H2O 2 H2S + SO2 => 3 S H2O (Proceso Claus)

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12 Desulfurización Dos etapas Absorción de H2S
Conversión en azufre elemental

13 Absorcion y stripping de H2S

14 Extracción con aminas (Absorción)
Aminas generales de absorción (Eliminación de H2S y CO2) Monoetanolamina MED Dietanolamina DEA Aminas selectivas (H2S) Metildiaetanolamina MDEA

15 Conversión en azufre elemental Claus Process

16 Description of the Claus Process
First the H2S is separated from the host gas stream using amine extraction. Then it is fed to the Claus unit, where it is converted in two steps: Thermal Step. The H2S is partially oxidized with air. This is done in a reaction furnace at high temperatures ( deg C). Sulfur is formed, but some H2S remains unreacted, and some SO2 is made. a) H2S O2  SO2 + H2O Catalytic Step. The remaining H2S is reacted with the SO2 at lower temperatures (about deg C) over a catalyst to make more sulfur. Typical catalyst: non-promoted spherical activated alumina b) 2 H2S + SO2  3 S + 2 H2O Overall: 3 H2S O2 → 3 S + 3 H2O

17 Procesos Claus

18 Tipos de procesos de Claus
Claus convencional Superclaus Claus + tratamiento de gas

19 Superclaus process H2S + ½ O2  S + H2O
In the Superclaus process, the Claus reaction [reaction (b) above], which limits sulfur conversion because it is in equilibrium, is replaced by the reaction of H2S with O2, which is thermodynamically complete. The catalyst consists of active metal oxides on a carrier. H2S + ½ O2  S + H2O

20 Modified Claus Process with Tailgas Cleanup

21 The front-end Modified Claus Process sulfur plant typically recovers 96-98% of the sulfur in its feed streams, which includes a recycle acid gas stream from the TGCU. By capturing and recycling the unrecovered sulfur leaving in the sulfur plant tailgas, the TGCU can raise the overall sulfur recovery efficiency to 99.9% or higher. The hydrogenation/hydrolysis section reduces the sulfur compounds in the sulfur plant tailgas back to H2S. The quench section cools the hot gas leaving the hydrogenation/hydrolysis section and removes trace components that could degrade the downstream amine solvent. The contacting section uses a selective amine solvent to remove essentially all of the H2S from the gas stream while allowing most of the CO2 to "slip" by and remain in the gas stream. The treated gas from the contacting section is routed to a Tail gas Thermal Oxidizer to incinerate the residual H2S and any other remaining sulfur compounds to SO2 before dispersion to the atmosphere. The solvent regeneration section strips the H2S and CO2 from the amine solvent and recycles the acid gas stream to the front-end Claus plant.

22 Modified Claus Process with Tailgas Cleanup

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26 Eficiencias Proceso Claus
Convencional: % Recuperación de S Modified Claus (Superclaus) : 97 – 98 % Claus + tratamiento de gas: 99.5 – 99.9 %

27 SOx Eliminar azufre del combustible: Carbón (1 – 4 % de S)
50 % de S inorgánico % de S orgánico Inorgánico: FeS2, minerales sulfurados o sulfatos - lavado - separación física – flotación (densidad pirita: 5.0 g/cm3, carbón g/cm3) Orgánico: Mercaptanes, sulfuros - Gasificación + licuefacción : SO2 + carbón sin S ¡¡ caro !!

28 SOx Otra estrategia: Remoción de SOx del gas

29 SOx Otra estrategia: Remoción de SOx del gas
Concentración de SOx del gas Combustion de carbon : 2500 – 5000 ppm de SOx en el gas Fundicion de cobre y otros metales (sulfuros): – ppm de SOx en el gas Diferente objetivos: eliminación o recuperación

30 Concentración de SO2 en el gas
Alta: Recuperación de azufre P.ej. Plantas de acido sulfúrico: min 8 % en volumen Baja: Eliminación de SO2 del gas

31 Tipo de proceso de Eliminación de SO2 del gas
Método desechable: (Throwaway) Húmedo Seco Método regenerativo (Regenerative)

32 Desulfurización termoeléctricas (carbón) USA 1995
Limestone scrubbing: 135 Desechable - humedo Spray scrubbing: 16 Desechable - seco Wellman Lord: Regenerativo - húmedo Adsorption: Regenerativo - seco Other regenerative:

33 Métodos de remoción de SO2

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35 Limestone scrubbing

36 Limestone scrubbing (piedra caliza)
4 pasos importante: A) Absorción de SO2 B) Oxidación de HSO3- C) Disolución de CaCO3 D) Cristalización de yeso

37 Absorción de SO2 SO2 + H2O = H+ + HSO3- HSO3- = H+ + SO32-

38 Absorción de SO2 Importante Concentración de SO2
Difusión de SO2 en película de gas Difusión de SO2 en película de liquido Disociación de SO2 1/Kg = 1/kg + HSO2/(Φ kl) Kg coeficiente global de transferencia de la fase de gas

39 Enhancement factor - Φ Un factor que incluye las reacciones químicas que permiten a SO2 difundir a través la película de liquido. Depende de la concentración de SO2 en el gas 500 ppm : 10 1000 ppm : 7.5 2000 ppm : (a pH = 5.8) Depende de la concentración de SO3- en el liquido, pH, additivos

40 Oxidación de HSO3- HSO ½ O2 = H+ + SO42- HSO4- = SO H+

41 Oxidación de HSO3- Velocidad de oxidación depende de:
Catalizadores en la solución pH en la solución Transferencia de masa de O2

42 Oxidación de HSO3- Catalizadores
Velocidad de oxidación aumenta con la presencia de pequeñas cantidades de Fe o Mn Típicamente están presentes (corrosión, trazas de metales en el cal)

43 Oxidación de HSO3- pH ¡Que importa es la presencia de HSO3-!
Si pH diminuye, la concentración de HSO3- aumenta Típicamente el pH tiene que ser menos de 5 para tener 100 % oxidación

44 Oxidación de HSO3- Transferencia de O2
Solubilidad de O2 en agua es pequeña Control: difusión de O2 a través de la película del liquido

45 Oxidación de HSO3- Velocidad de reaccion:
Rox = kox*[HSO3-]3/2 * [Mn2+]½ * [ O2 ]

46 Disolución de CaCO3 CaCO3 + H+ = Ca HCO3-

47 Disolución de CaCO3 pH durante del reacción de la oxidación tiene que ser 5.4 o menos, pero algo de H+ se gasta para disolver el CaCO3. CaCO3 + H+ = Ca HCO3- pH en la solución tiene que ser 3-4 (depende de la cantidad de SO2 y carbonato de calcio necesaria en el proceso)

48 Cristalización de yeso
Saturación relativa, RS: RS = (aCa2+* aSO42- )/LCaSO4*2H2O

49 Cristalización de yeso
RS < 1 Yeso se disuelve 1 – 1.3 Yeso se cristaliza sobre otros cristales 1.3 – 1.4 Empieza formación de núcleos >1.4 Enucleación domina

50 Cristalización de yeso
Enucleación significa muy pequeñas partículas que son difíciles de secar Optimo RS: 1 – 1.3 Se regula con la dosificación de CaCO3

51 Lime spray drying

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54 Dry scrubbing

55 Limestone Lime

56 Spray Dryer - Baghouse Flue Gas Desulfurization System

57 “Spray drying” – costos (2002) Termoeléctricas
Cost Factor Retrofit New Plant Capital costs (US$/kW) Variable O&M (USmills/kWh) Total O&M (USmills/kWh) (Los reactivos representan los mayores costos de operación)

58 Costos de reactivos Reagent ratio (SO2): 1.0 – 1.3

59 Costos (2000)

60 Métodos regenerativos
Minimizar uso de reactivos Recuperar SOx Azufre elemental Acido sulfúrico

61 Wellman Lord

62 Wellman Lord

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64 Wellman-Lord 4 etapas: Pre-limpieza Absorción principal
Tratamiento de la purga/recuperación de SO2 Regeneración del reactivo

65 1) Pre-limpieza Pre-scrubber Eliminar: HCl P.M. SO3

66 2) Absorción principal Absorcion y reaccion con bisulfito de sodio
Na2SO3 + SO2 +H2O  2 NaHSO3

67 3) Recuperación de SO2 Calor: 2 NaHSO3  Na2SO3 (s) + SO2(g) +H2O(g)
Vapor: 85 % SO2

68 4) Regeneración del reactivo
A) Na2SO3 B) Na2CO3 + SO2  2 Na2SO3 + CO2

69 Wellman Lord

70 Regenerativo: MgO scrubbing
MgO + SO  MgSO3

71 Single alkali sodium carbonate scrubbing

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