Procedimiento e instalación para enfriar ácido sulfúrico.

Un procedimiento para enfriar ácido que se extrae de un aparato de absorción de una planta de ácido sulfúrico

, en el que se bombea el ácido desde un depósito con bomba de ácido hasta un intercambiador de calor y seguidamente se le suministra de nuevo al aparato de absorción, en el que se calienta agua como medio de transporte de calor, en el intercambiador de calor, con el calor del ácido y se la convierte al menos parcialmente en vapor, y en el que se separa el agua del vapor, caracterizado por que se suministra el agua a un espacio de envuelta del intercambiador de calor y se suministra el agua a unos elementos de transferencia de calor dispuestos en el espacio de envuelta y se la convierte al menos parcialmente en vapor, por que el vapor generado en el intercambiador de calor es separado del agua en un tambor de vapor y por que el agua así obtenida se recircula hacia el intercambiador de calor por medio de una bomba.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/000074.

Solicitante: OUTOTEC OYJ.

Nacionalidad solicitante: Finlandia.

Dirección: Puolikkotie 10 02230 Espoo FINLANDIA.

Inventor/es: DAUM, KARL-HEINZ, SCHALK, WOLFRAM.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Azufre; Sus compuestos > C01B17/80 (Aparatos)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Azufre; Sus compuestos > C01B17/765 (Conversión de SO 3 -en varias etapas)

PDF original: ES-2514667_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento e instalación para enfriar ácido sulfúrico.

Campo de la invención La presente invención se refiere al enfriamiento de ácido que se extrae de un aparato de absorción de una planta de ácido sulfúrico, en el que se bombea el ácido desde un depósito con bomba de ácido hacia un intercambiador de calor y seguidamente se le suministra de nuevo al aparato de absorción, en el que el agua como medio de transporte de calor es calentada en el intercambiador de calor con el calor del ácido y es al menos parcialmente convertida en vapor, y en el que se separa el agua del vapor.

El ácido sulfúrico se produce usualmente por el llamado procedimiento de doble absorción, tal como se describe en Ullmannâ?s Encyclopedia of Industrial Chemistr y , 5ª edición, vol. A25, páginas 635 a 700. El dióxido de azufre (SO2) obtenido como gas residual de plantas metalúrgicas o por combustión de azufre se convierte en trióxido de azufre (SO3) en un convertidor multietapa por medio de un catalizador sólido, por ejemplo con pentóxido de vanadio como componente activo. El SO3 obtenido es extraído después de las etapas de contacto del convertidor y suministrado a un absorbedor intermedio, o bien después de la última etapa de contacto del convertidor es suministrado a un absorbedor final en el que el gas que contiene SO3 es guiado a contraflujo con ácido sulfúrico concentrado y es absorbido en el mismo.

La absorción del SO3 en ácido sulfúrico es un proceso fuertemente exotermo, de modo que el ácido se calienta y tiene que ser enfriado nuevamente. Al mismo tiempo, el calor del ácido puede utilizarse para la generación de vapor y la recuperación de energía. Debido a las temperaturas claramente superiores a 140º C que existen durante la absorción por ácido sulfúrico, el enfriamiento del ácido se ha efectuado hasta ahora exclusivamente en calderas tipo hervidor, en donde el ácido caliente fluye a través de tubos de forma de U para ser hecho pasar por un hervidor lleno de agua como medio de transporte de calor. La circulación se basa aquí en el principio del termosifón. El agua calentada se convierte en vapor a baja presión y asciende debido a la densidad más baja. El vapor puede utilizarse en la planta (véase Ullmannâ?s Encyclopedia of Industrial Chemistr y . loc. cit. p. 662) .

Aunque tales calderas tipo hervidor tienen una construcción sencilla y, por tanto, pueden fabricarse a bajo coste, se requieren grandes cantidades de agua para llenar la caldera tipo hervidor. Además, pueden surgir problemas cuando se producen fugas en el circuito del ácido. Dado que escapa ácido de los tubos hacia el depósito de agua, se obtiene una gran cantidad de ácido débil altamente corrosivo cuya temperatura aumenta además en gran medida debido al calor de hidratación producido. La resistencia a la corrosión de los aceros utilizados en el sistema cae en gran medida por debajo de una concentración de ácido sulfúrico de 99, 1% en peso (acero 310SS) o 97, 9% en peso (acero 3033) . Hay riesgo de daño del haz de tubos o incluso de toda la caldera tipo hervidor. Además, la mezcla de ácido/agua puede ser separada solamente con un esfuerzo desproporcionado, de modo que, en la práctica, la mayoría de las veces el usuario tendrá que vaciar completamente uno o ambos sistemas.

Sumario de la invención Por tanto, el objeto de la invención consiste en proporcionar un enfriamiento fiable de ácido sulfúrico y aumentar la seguridad de la planta.

Este objeto se resuelve sustancialmente con la invención debido a que se suministra el ácido a un espacio de envuelta del intercambiador de calor y se suministra el agua a unos elementos de transferencia de calor dispuestos en el espacio de envuelta y se convierte dicha agua al menos parcialmente en vapor, el vapor generado en el intercambiador de calor es separado del agua en un tambor de vapor y el agua así obtenida es recirculada hacia el intercambiador de calor por medio de una bomba.

Dado que en el intercambiador de calor se pone menos agua en contacto con el ácido que en la caldera convencional tipo hervidor llena de agua, la cantidad de agua mezclada con ácido se reduce claramente en el caso de una fuga. Puesto que las funciones de la caldera convencional tipo hervidor se dividen en los elementos separados constituidos por el intercambiador de calor, el tambor de vapor y la bomba de recirculación, se facilita adicionalmente la manipulación en el caso de una fuga. Se pueden separar fácilmente el agua y el circuito de ácido.

Para reducir aún más los riesgos en el circuito de enfriamiento del ácido se desea una rápida detección de errores. Tan pronto como se detecta un error, se puede desconectar el suministro de agua al intercambiador de calor y se puede eliminar el error.

Según la invención, la interrupción del flujo de entrada de agua se inicia, por ejemplo, al medir una concentración de ácido cambiada. A este fin, se habilitan diversos puntos de medición que se basan preferiblemente en principios de medición diferentes. En el absorbedor se pueden utilizar en particular métodos que determinen la concentración del ácido a través de la conductividad, mientras que en la etapa de enfriamiento alrededor del intercambiador de calor asociado se determina preferiblemente la velocidad del sonido en el medio o el índice de refracción del ácido. Una

redundancia de los instrumentos y principios de medición utilizados asegura que se pueda determinar con seguridad la concentración de ácido en cualquier momento.

Sin embargo, la concentración de ácido solo puede ser utilizada efectivamente para la detección de fugas cuando está vinculada con la corriente de agua del proceso. Al principio, las fugas son usualmente pequeñas, de modo que solamente entran pequeñas cantidades de agua en el circuito del ácido. Como resultado, se disminuye la concentración del ácido, pero esto se compensa por el control del proceso debido a que se añade menos agua del proceso. Cuanto mayor se haga la fuga tanto más agua del proceso es sustituida por el agua que escapa en el intercambiador de calor. De esta manera, se mantiene una concentración de ácido uniforme. Sin embargo, la fuga en el intercambiador de calor solamente es detectada cuando la válvula del agua del proceso está completamente cerrada y la concentración del ácido continúa todavía disminuyendo. Es probable que el equipo esté ya entonces seriamente dañado. Por tanto, según la invención, se monitorizan al mismo tiempo el suministro de agua del proceso, la carga de la instalación y la concentración del ácido.

Según un aspecto particularmente preferido de la invención, se mide la temperatura del ácido a la entrada y a la salida del intercambiador de calor y se la vincula con el caudal del medio de transporte de calor suministrado al intercambiador de calor. Mediante la diferencia de temperatura Î"T puede crearse el equilibrio térmico a través del intercambiador de calor. Una fuga en el intercambiador de calor conducirá a una perturbación del equilibrio térmico, ya que entra agua en el circuito del ácido y esta agua genera calor adicional. Se cambia la relación entre el vapor producido y el calor producido en el intercambiador de calor, lo que puede servir como variable de control para una interrupción del flujo de agua.

Para verificar la composición del agua de alimentación de la caldera se mide su conductividad de acuerdo con la invención directamente detrás del intercambiador de calor. Dado que la presión en el lado del agua/vapor del intercambiador de calor es claramente más alta que en el lado del ácido, no hay usualmente riesgo de que entre cantidades mayores de ácido en el circuito del agua. Por tanto, esta medición puede utilizarse solamente en grado restringido... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para enfriar ácido que se extrae de un aparato de absorción de una planta de ácido sulfúrico, en el que se bombea el ácido desde un depósito con bomba de ácido hasta un intercambiador de calor y seguidamente se le suministra de nuevo al aparato de absorción, en el que se calienta agua como medio de transporte de calor, en el intercambiador de calor, con el calor del ácido y se la convierte al menos parcialmente en vapor, y en el que se separa el agua del vapor, caracterizado por que se suministra el agua a un espacio de envuelta del intercambiador de calor y se suministra el agua a unos elementos de transferencia de calor dispuestos en el espacio de envuelta y se la convierte al menos parcialmente en vapor, por que el vapor generado en el intercambiador de calor es separado del agua en un tambor de vapor y por que el agua así obtenida se recircula hacia el intercambiador de calor por medio de una bomba.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que se miden la temperatura del ácido a la entrad y la salida del intercambiador de calor y/o la concentración del ácido y se vinculan tales mediciones con el caudal del medio de transporte de calor suministrado al intercambiador de calor.

3. Una instalación para enfriar ácido que se extrae de un aparato de absorción de una planta de ácido sulfúrico, en particular para realizar un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, cuya instalación comprende un intercambiador de calor (13) al cual se suministra ácido caliente desde un depósito (9) con bomba de ácido por medio de una bomba (10) y en el cual se transfiere calor del ácido al agua actuante como medio de transporte de calor, un generador de vapor en el que se genera vapor a partir del agua, y un conducto de retorno

(15) para recircular al menos parcialmente el ácido enfriado hacia el aparato de absorción, caracterizada por que el intercambiador de calor (13) es un intercambiador de calor de haz de tubos con una pluralidad de tubos (14) o un intercambiador de calor de placas con una pluralidad de placas como elementos de transferencia de calor, por que el intercambiador de calor (13) está conectado al depósito (9) con bomba de ácido y al conducto de retorno (15) y, a través de un conducto (25) , a un tambor de vapor (22) al cual se suministra el medio de transporte de calor calentado procedente del intercambiador de calor (13) y en el cual se separa del agua el vapor generado, y por que el tambor de vapor (22) está conectado con el intercambiador de calor (13) a través de un conducto de recirculación

(23) para la circulación del agua, en donde un espacio de envuelta (12) del intercambiador de calor (13) que rodea a los elementos de transferencia de calor está conectado al depósito (9) con bomba de ácido y al conducto de retorno (15) , y por que los elementos de transferencia de calor del intercambiador de calor (13) están conectados con el conducto de recirculación (23) y con el tambor de vapor (22) .

4. La instalación según la reivindicación 3, caracterizada por que el intercambiador de calor (13) está dispuesto a un valor más alto que el del depósito (9) con bomba de ácido.

5. La instalación según cualquiera de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizada por que está prevista una bomba de circulación (24) dispuesta en el conducto de recirculación (23) .

6. La instalación según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada por que está dispuesta en el conducto (15) de retorno al aparato de absorción (2) una cámara de mezclado (16) en la que se mezcla el ácido recirculado con agua de alimentación del proceso.

7. La instalación según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizada por que está dispuesta una válvula de corte (30, 31) entre el intercambiador de calor (13) y el tambor de vapor (22) y/o en el conducto de recirculación (23) .

8. La instalación según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizada por que delante y detrás del intercambiador de calor (13) están previstas unas estaciones de medición de temperatura (32, 33) para detectar la temperatura del ácido y/o delante del intercambiador de calor (13) y/o del aparato de absorción (2) están dispuestas unas estaciones de medición de concentración (34, 35) para detectar la concentración del ácido.

9. La instalación según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizada por que está prevista una pluralidad de intercambiadores de calor (13) dispuestos en paralelo uno con otro.