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Topsoe WSA technology Aplication in a small compact sulfuric acid production unit
Mesa Redonda 2014, Chile
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Presentation – main contents
• Introducción a la Tecnología WSA
• Diferentes Layouts
• Perfil de Procesadora Rio Seco
• Principales equipos
• Resumen
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1944 First Topsøe sulphuric acid catalyst delivered to the market
1970 Topsøe was first to introduce ring-shaped sulphuric acid catalyst for reduced pressure drop
1970s WSA Technology was developed in the late 1970s.
1980The first two plants were built for the company Supra AB in Sweden
Based on condensation of the SA in packed columns cooled by circulating sulphuric acid.
1984 Topsøe was first to introduce Daisy-shaped sulphuric acid catalyst for even lower pressure drop.
1980sA second generation WSA technology was developed.
The cooling and condensation of the SO3 process gas took place in glass tubes cooled on the outside by atmospheric air.
1986 The first plant was built for the company Ferrolegeringar AB (M&P Trollhättan AB) in Sweden.
1988 Topsøe was first to introduce caesium-promoted sulphuric acid catalyst, allowing lower operation temperature and higher conversion
1992 Introduction of VK-WSA, a catalyst specially designed for wet catalysis plants
2002 Introduction of VK-WSX, a catalyst for wet catalysis with special properties for low temperature operation
2007Introduction of sulphuric acid catalyst in the form of 25 mm Daisy-shaped particles, giving improved properties for pressure drop build up in dust contaminated gases
Today More than 135 references
Topsøe y el Ácido Sulfúrico - Hitos
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WSA Technology- “ El concepto”
• .WSA ?? → Wet gas Sulphuric Acid
• Convierte líquidos y gases azufrados (S, H2S, CS2, COS, SO2, H2SO4 gastado,gases de cola, etc. con impurezas de hidrocarburos y NH3) en ácido sulfúricogrado comercial
• Trata las diferentes corrientes en condición húmeda, es decir, no es requeridoel secado de los gases a tratar
• Alta eficiencia energética
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What is WSA?
Wet gas Sulfuric AcidUn proceso catalítico para la purificación de corrientes con compuestosazufrados, mientras produce ácido sulfúrico grado comercial y vapor de altapresión
S
H2S
RSH
COS
CS2SO2SO3H2SO4
Sulfuric acid
Cleaned gas
HP Steam
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Áreas de aplicación
• Refinerías de Petróleo
• Plantas Petroquímicas
• Industrias basadas en carbón
• Industria Viscosa (fibras celulósicas)
• Plantas de Generación de Energía
• Industrias Metalúrgicas (Fundición de Plomo / CuS, Tostación de MoS2 / ZnS, SinterizaciónPbS)
• Otras (plantas de Acido Sulfúrico, etc…)
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Reacciones Químicas– WSA H2S gas/Azúfre
H2S, S
SO2
SO3
H2SO4 (gas)
H2SO4 (liquid)
Combustion H2S + 1.5 O2 → SO2 + H2O + heat
S + O2 → SO2 + heat
Conversion SO2 + 0.5 O2 → SO3 + heat
SO3 + H2O → H2SO4 (gas) + heat
H2SO4 (gas) → H2SO4 (liquid) + heat
Gas cooling
Condensation
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WSA process lay-out, H2S gas
H2S gas
SO2 converter
Acid cooler
Product acid
Combustion air
Stack gas
Blower
WSA
condenser
Interbedcooler
Interbedcooler
Gascooler
Combustor
Air
Blower
Reaction:
H2SO4 (g) → H2SO4 (liq)
Reaction:
SO3 + H2O → H2SO4 (g)
BFWSteam
drum
WHB
Reaction:
SO2 + ½O2 → SO3
Reaction:
H2S + 1½O2 → SO2 + H2OCW
Superheated steam
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SO2 Converter
Acid cooler
Product acid
Combustion air
Stack gas
Blower
WSA
Condenser
Interbedcooler
Interbedcooler
Gascooler
Combustor
Air
Blower
BFWSteam
Drum
WHB
MCU
ESP
Dust
CW
H2S gas
Atom. air
Spent
acid
Fuel gas
Superheated steam
Diagrama de Procesos, regeneración de ácido gastado
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Diagrama de procesos, H2S gas + SWS gas
H2S gas
SO2Converter
Product acid
Combustion air
Stack gas
Blower
WSA
Condenser
Combustor
Air
SWS gas
Blower
SCR
Additional reaction:
NH3 + 1.25 O2 → NO + 1.5 H2O
Reaction:
NO + NH3 + 0.25 O2 →
N2 + 1.5 H2O
Super-
heated
steam
BFW
Steam
Drum
MCU
Interbedcooler
Interbedcooler
Gascooler
Acid cooler
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Por qué WSA?
• Recuperación de hasta un 99.99% del contenido de azufre
• El azufre es recuperado en forma de ácido sulfúrico grado comercial
• No se generan productos de desecho
• Se permite la presencia de NH3 e hidrocarburos en la alimentación
• Excelente recuperación energética
• Lay-out simple, pocos componentes
• Atractivos costos de operación y menor inversión en comparación con otras tecnologías
• Muy bajo consumo de agua de enfriamiento
• Bajo consumo de energía
• Alta flexibilidad operacional (Turn down)
• Rango de flujo de gas probado 1000 – 1,200,000 Nm3/h
• Rango de produccion probado 4 - 1,140 TMD
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Incinerator WHB ESP
Conversion Condensation
Incinerator WHBGas Cleaning and Cooling
System WEP ConversionDrying Absorption
Conversion
Absorption
Heat export
Heat loss
Water cooling needed
Heat loss
Water cooling needed
Heat loss
Water cooling needed
Heat export
• Bajo consumo de agua de enfriamiento
• Alta producción de vapor
• Uso de aire caliente para combustion (menor consumo de combustible)
• Menores costos de producción
• Bajo consumo de energía eléctrica (menor resistencia al flujo)
• Ácido cristalino
Heat export
Spent Acid
Sulfur
Off gas
Spent Acid
Sulfur
Off gas
Air
Diagrama Planta SAR DC
Diagrama Planta SAR WSA
SO3 + H2O → H2SO4 SO2 + ½O2 → SO3
SO2 + ½O2 → SO3
SO3 + H2O → H2SO4
SO2 + ½O2 → SO3
SO3 + H2O → H2SO4(g)
SO3 + H2O → H2SO4
H2SO4 (g) → H2SO4 (liq)
H2SO4 + H2O → HSO-4 + H3O
+
Comparativa – Recuperación Energética
Heat loss
Water cooling needed
Ventajas WSA
SCR DNOx
(optional)
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VK-WSA, 25 mm Daisy
VK-WH, 12 mm Daisy
VK-WSA, 12 mm Daisy
VK-WSA, 12 mm Daisy
VK-WSX, 9 mm Daisy
Convertidor de SO2
Bed 1
Bed 2
Bed 3
VK-WSA, 25 mm DaisyExtra dustguard beds
(optional)
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WSA – SO2 conversion vs. temperature
Inter-bed cooling
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Pressure drop build-up - with and without dust protection layer
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Operating time [months]
500
400
300
200
100
00 6 12 18 24
Re
lati
ve p
ress
ure
dro
p
High dust load
No dust protectionTop layer of 25 mm Daisy
+100%
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Condensador WSA
Cooling air inlet
Clean gas outlet
Hot air outlet
SO3 gas inlet
Sulphuric acid
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Planta WSA Procesadora Industrial Rio Seco
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Procesadora Indrustrial Rio Seco
• Pertenece al Grupo minero Buenaventura en Perú
• Procesadora Industrial Rio Seco S. A. plant, esta ubicada en Hural a 100 km de Lima
• Procesa mineral de plata, para lo que se requiere ácido sulfúrico
• Genera sulfato de manganeso y una corriente con contenido de H2S, la cual requiere sertratada
• La corriente de H2S y una corriente de azufre son alimentadas a la planta WSA para producir60 MTPD de H2SO4 al 98 % para consumo propio
• Puesta en marcha: Septiembre de 2014
• Producción de ácido sulfúrico y tratamiento del gas en la misma unidad
• Producción de vapor de alta presión y generación de electricidad en sitio
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Rio Seco, why WSA Technology?
• Tratamiento de gas procedente de la unidad de cristalización de sulfato de manganeso y producción del ácido sulfúrico requerido en una sola unidad
• Alta recuperación de energía
- Producción de vapor de alta presión (1.5-3 TM/TM @ 60 barg)
- Mayor generación de potencia
• Bajo consumo de agua de enfriamiento (aprox 8 m3/TM)
• Bajo consumo de potencia (50-160 kWh/ton)
• Disponibilidad y entrenamiento de personal - Proceso simple y fácil de operar
• Flexibilidad operacional
• Menor cantidad de equipos
• No se generan corrientes de ácido diluido que requieran tratamiento/neutralización
• Soporte técnico de Topsoe durante toda la vida de la planta
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Rio Seco WSA plant process layout
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Rio Seco WSA plant
18 X 30 m
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Rio Seco: Combustor y caldera de recuperación de calor
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Rio Seco SO2 converter
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WSA condenser – modular construction
Hot Air Outlet
Cooling Air Inlet
Clean Gas Outlet
Product Acid Outlet
Acid Gas Inlet
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Condensador WSA
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Quench/Scrubber system
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Rio Seco sulfuric acid System
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WSA/SNOXTM references
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1
2
6
1
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4
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7
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2
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8 9
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5
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1
3
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4
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9
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Oil refining
Coking
Gasification
Metallurgy
Viscose
Sundry applications
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4
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12
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January 2014
15 161918
6
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2021
1918
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282527
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6 7
2532
33
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2931
9
30 35
14
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3738
2829
3233
Acid production: 4 – 1,140 MTPD
More than 135 references
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WSA technology summary
• Tecnología Limpia, probada y confiable
• No consume químicos ni aditivos, y no produce corrientes de desecho
• Ofrece alta recuperación energética y conversión de azufre en forma de ácido comercial
• Posee un layout simple y requiere de áreas relativamente pequeñas para su instlación
• Bajos costos operacionales
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Questions
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Typical scope of supply
• License package
• Basic engineering
• Proprietary equipment
• Catalyst
• Supervision during erection and commissioning
Optional:
• Detailed engineering
• Supply of other equipment
• WSA condenser internals
• Acid vessel, pumps and cooler
• Acid piping and instruments
• Interbed heat exchangers
• Process gas cooler
• Mist control units