Criterios de selección de bombas para la producción de ácido sulfúrico

El ácido sulfúrico es el producto químico más utilizado en el mundo. A veces denominado el "rey de los productos químicos", el ácido sulfúrico se fabrica en todo el mundo. China es el mayor consumidor (seguido de Estados Unidos) y Canadá es el mayor exportador. Cada año se producen aproximadamente 265 millones de toneladas métricas (TM).

Se estima que el mercado de ácido sulfúrico superará los 300 millones de toneladas en los próximos años, lo que representa una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) de aproximadamente el 3%.

Este crecimiento se ve impulsado en gran medida por la demanda de agricultura, fabricación de productos químicos y automóviles, procesamiento de metales y refinación de petróleo. El ácido sulfúrico se utiliza ampliamente en la producción de fertilizantes, pesticidas, metales, detergentes, gasolina, pinturas, papel, plásticos y baterías. El ácido sulfúrico se produce a partir de azufre, mediante un proceso que consta de cinco pasos, que requieren una serie de aplicaciones.

El azufre, obtenido de depósitos naturales o mediante la desulfuración de gas natural o petróleo crudo, se calienta y se descompone térmicamente en un horno. Durante este proceso de calentamiento, el azufre (S) reacciona con el oxígeno (O2) del aire para formar dióxido de azufre (SO2). El azufre fundido está en forma líquida y se bombea al horno mediante una bomba de servicio químico.

El SO2 que sale del horno debe estar libre de impurezas (como cenizas u otros sólidos). Una torre de enfriamiento enfría el gas de combustión y una neblina ácida elimina las partículas perdidas. A partir de ahí, un precipitador electrostático elimina las partículas de polvo no solubles restantes. Una vez eliminadas las impurezas, la corriente de gas SO2 se seca en una torre de secado para eliminar el agua restante. Existen múltiples aplicaciones de bombeo en esta etapa, incluida una bomba de lavado de SO2, una bomba depuradora de SO2 y una bomba de secado de SO2 que deben poder resistir el ácido sulfúrico concentrado (98%).

A continuación, el gas SO2 se oxida y se convierte en trióxido de azufre (SO3) mediante un convertidor catalítico de varias etapas con intercambiadores de calor. Durante este paso, la corriente de gas que contiene SO2 y SO3 sale del convertidor y se envía a una torre de absorción primaria donde se recupera el SO3 de la corriente de gas. En esta etapa se utilizan compresores para mover las corrientes de gas.

El SO3 se recupera del convertidor, donde se absorbe en ácido sulfúrico concentrado. Esta reacción produce óleum, también conocido como ácido sulfúrico fumante (H2S2O7), que se recoge en un tanque. El SO3 restante ya ha sido absorbido y es un gas limpio que puede enviarse a la chimenea para su dispersión segura en la atmósfera. Durante esta etapa se utilizan múltiples bombas para la absorción primaria y para la absorción final de ácido sulfúrico al 98%.

En el paso final, el óleum producido en el paso de absorción se bombea a un tanque donde se diluye con agua para producir ácido sulfúrico en concentraciones variables (normalmente, las aplicaciones comerciales utilizan ácido sulfúrico en concentraciones del 78 %, 93 % o 98 %). ). Luego, cada concentración de ácido sulfúrico se bombea a tanques de almacenamiento.

El ácido sulfúrico es una sustancia química peligrosa y corrosiva, clasificada como carcinógeno humano por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC). La exposición por inhalación, ingestión o contacto con la piel puede causar daño renal y pulmonar, y una exposición grave puede causar neumonitis química o edema pulmonar.

Lo que hace que el ácido sulfúrico sea tan peligroso es su reacción exotérmica con el agua. Cuando se introduce en agua o humedad, la solución reacciona para crear iones de hidronio. Esta reacción libera grandes cantidades de calor al medio ambiente, tan fuertes que el ácido sulfúrico concentrado puede carbonizar el papel por sí solo.

Las emisiones externas son uno de los mayores problemas relacionados con los equipos de bombeo utilizados en la producción de ácido sulfúrico. Más del 85% de las fallas de las bombas involucran una falla del sello mecánico o una fuga a través de los sellos estáticos.

Cuando se trata de bombear ácido sulfúrico, se deben evitar a toda costa las fugas. Una de las mejores formas de evitar fugas es utilizar bombas sin sello. Las bombas sin sello funcionan de manera muy similar a las bombas centrífugas convencionales, pero en lugar de prensaestopas o sellos empaquetados, cuentan con una carcasa de contención estática sin sello que forma un extremo líquido o un límite de presión completamente sellado.

Las bombas sin sello de accionamiento magnético están selladas herméticamente, lo que elimina cualquier posibilidad de fugas o emisiones.

Aunque las bombas sin sello ofrecen un entorno seguro y sin fugas, algunos procesos químicos exigen protección adicional. Muchas bombas sin sello ofrecen sensores y paquetes de instrumentación que alertan a los operadores sobre condiciones de falla del sistema, como cavitación, sobrecalentamiento, flujo bajo, rumbo muerto o falta de flujo. Para los servicios de bombas más peligrosos, las bombas sin sello también deben tener opciones de contención secundaria que puedan soportar la temperatura y presión de diseño necesarias para la aplicación para brindar protección adicional en caso de una brecha en la contención primaria luego de una falla del sistema.

Se deben considerar cuidadosamente los materiales de construcción de las partes internas de una bomba. La dura naturaleza del ácido sulfúrico puede causar estragos en el interior de una bomba. Muchos de los catalizadores químicos utilizados en el proceso añaden exigencias adicionales a los materiales de las bombas. Debería estar disponible una amplia gama de materiales de construcción, tanto metálicos como no metálicos, para las bombas utilizadas en la producción de ácido sulfúrico para garantizar su idoneidad con una variedad de concentraciones, incluidos 316SS, aleaciones con alto contenido de níquel y bombas revestidas de etileno tetrafluoroetileno (ETFE).

El gran volumen de producción de ácido sulfúrico ilustra la necesidad de equipos confiables que minimicen el tiempo de inactividad de la planta, ya que muchas plantas operan las 24 horas del día. La capacidad de optimizar el mantenimiento (y planificar actividades de mantenimiento predictivo) ayuda a los operadores a aumentar el tiempo de actividad de la planta. Las bombas sin sello eliminan la necesidad de sellos y sistemas de soporte de sellos, y tienen menos componentes de desgaste, lo que minimiza los costos de mantenimiento y aumenta los intervalos de tiempo medio entre mantenimiento (MBTM).

La producción de ácido sulfúrico es un proceso que consume mucha energía. La electricidad puede representar entre el 40% y el 50% de los costos operativos. En muchos casos, la capacidad de gestionar este gasto determina la rentabilidad de la planta. Las plantas que producen ácido sulfúrico requieren bombas con una envoltura hidráulica eficiente y un sistema hidráulico de baja altura neta de succión positiva (NPSH). Siempre se prefieren los espacios pequeños, no solo para ahorrar espacio en el taller, sino también para facilitar el acceso sencillo para el mantenimiento.

Características como una carcasa de contención no metálica con alta resistencia eléctrica pueden reforzar la eficiencia de las bombas de accionamiento magnético sin sello al eliminar las corrientes parásitas y evitar pérdidas por histéresis durante la operación, que ocurrirían con una carcasa de contención metálica convencional. Esta característica de diseño no sólo reduce los costos de energía, sino que también elimina la generación de calor.

Al planificar una nueva instalación de bombas o una actualización de una instalación existente, el impacto financiero de los sistemas de soporte de sellos es considerable. Una vez instalados estos sistemas, se pueden incurrir en costos adicionales por la necesidad de cumplir con los requisitos ambientales locales, regionales o nacionales, que implican monitorear la efectividad de estos sistemas.

Al eliminar el sello y el sistema de soporte del sello asociado, las bombas sin sello agregan beneficios incrementales a cualquier unidad de procesamiento de ácido sulfúrico. Diez ventajas que ofrecen las bombas de accionamiento magnético sin sello son:

Hannah Verrall es la gerente de línea de productos de las bombas sin sello HMD Kontro de Sundyne. Puede comunicarse con ella en [email protected]. Para obtener más información, visite sundyne.com.