Avaliação da produção de vapor e conversão do reator catalítico em processo de produção de ácido sulfúrico

Abstract

O processo de produção de ácido sulfúrico apresenta uma grande importância econômica para o mercado global de produtos químicos e bens de consumo. Apesar de ser um processo conhecido e consolidado há mais de um século, há um grande esforço para o desenvolvimento de tecnologias que maximizem a produção de vapor e reduzam os níveis de emissão por meio de uma maior conversão de dióxido de enxofre em trióxido de enxofre. O objetivo deste trabalho foi comparar a produção de vapor e a conversão do reator catalítico em uma planta de ácido sulfúrico de uma indústria química brasileira. Essa avaliação foi feita por meio da alteração do set-point de temperatura de entrada da corrente de dióxido de enxofre no conversor catalítico. O ganho financeiro relacionado à variação da produção de vapor foi estimado com base nos valores em reais por tonelada de vapor, considerando os dados fornecidos pela empresa. Além disso, a temperatura da queima do enxofre desempenha um papel importante na produção de vapor. A otimização da temperatura de entrada do reator catalítico resultou em um ganho financeiro estimado de R$ 640.356,00 por ano para a temperatura de 415 ºC. No entanto, a maior conversão (99,72%) ocorreu a 410 ºC, possivelmente relacionada à concentração de gás mais próxima ao ideal recomendado. A importância deste trabalho destaca-se por suas implicações diretas na eficiência energética e nos ganhos financeiros para a empresa, além de promover a redução das emissões de dióxido de enxofre por meio da otimização do processo. Recomenda-se a repetição do teste para os leitos subsequentes e o monitoramento contínuo da eficiência do catalisador, visando a otimização constante do processo.

The production process of sulfuric acid holds significant economic importance for the global market of chemical products and consumer goods. Despite being a well-known and established process for over a century, there is considerable effort to develop technologies that maximize steam production and reduce emission levels through higher conversion of sulfur dioxide into sulfur trioxide. The objective of this study was to compare the steam production and the conversion efficiency of the catalytic reactor in a sulfuric acid plant of a Brazilian chemical industry. This evaluation was conducted by altering the set-point temperature of the sulfur dioxide feed stream entering the catalytic converter. The financial gain related to the variation in steam production was estimated based on the values in Brazilian reais per ton of steam, considering the data provided by the company. Furthermore, the temperature of sulfur combustion plays an important role in steam production. The optimization of the inlet temperature of the catalytic reactor resulted in an estimated financial gain of R$ 640,356.00 per year at a temperature of 415 ºC. However, the highest conversion rate (99.72%) occurred at 410 ºC, possibly related to the gas concentration being closer to the ideal recommended level. It is suggested to repeat the test for subsequent beds and monitor the catalyst efficiency to optimize the process. The importance of this work stands out for its direct implications on the company's energy efficiency and financial gains, as well as promoting the reduction of sulfur dioxide emissions through process optimization. It is recommended to repeat the test for subsequent beds and continuously monitor the catalyst efficiency to ensure ongoing process optimization.