INTRODUCCIN

Durante el presente siglo, la revolucin de la qumica y la expansin industrial han proporcionado la produccin y la aparicin en el mercado de un sinnmero de sustancias qumicas, las cuales a lo largo de su proceso de produccin e introduccin al mercado, van marcando diversos aspectos importantes. Cada da, gracias a las necesidades que surgen en la vida cotidiana, se forjan las ideas de productos que mejoren la calidad de vida. Tal es el caso de los agricultores y los fertilizantes Los fertilizantes son productos qumicos que se administran a las plantas ( suelo) con la intencin de aportar los tres principales nutrientes de las plantas Nitrgeno, Fsforo y Potasio. Para mejorar su crecimiento y desarrollo de su potencial gentico. El NPK es un fertilizante altamente utilizado desde hace mucho tiempo en la agricultura venezolana, trayendo consigo grandes salidas de dinero al importar el producto. Es por ello que surgi la necesidad de crear una planta en Venezuela que cubriera las necesidades de la agricultura local. Se cre una empresa en donde se llevan a cabo actualmente procesos para la produccin de fertilizantes, entre los que destacan: NPK, urea, entre otros. En Pequiven, especficamente en el Complejo Petroqumico Morn, se producen fertilizantes NPK (basados en Nitrgeno,Fsforo y Potasio), que corresponden a la cadena de los productos fosfatados, ideales para los cultivos de pltano, arroz, maz, papa, caraotas, entre otros. La planta de granulados del complejo antes mencionado, es la instalacin 356-A, y se encarga de producir fertilizantes granulados NPK as como fertilizantes NP con diversas proporciones de Nitrgeno, Fsforo y Potasio y DAP (Fosfato Diamnico). En este trabajo se explicarn diversos aspectos bsicos de la produccin de NPK, las fases de produccin, los riegos asociados, las variables de control del proceso, el mercado y produccin nacional, las tecnologas de produccin ms usadas entre otros. Dichos aspectos sern expuestos de forma ordenada, apoyados de figuras para su mayor comprensin. Vale la pena destacar, que como futuros ingenieros qumicos, el conocimiento de este proceso (al igual que muchos otros) tiene mucha relevancia, ya que, la industria 1

petroqumica es de repunte actualmente. De igual forma manejar aspectos de la dinmica del mercado. Por otro lado, el cido sulfrico es una molcula que presenta una estructura piramidal, con el tomo de azufre en el centro y los cuatro tomos de oxgeno en los vrtices. Este acido fuerte se encuentra en casi todo el mundo y posee mucha utilidad industrial.. El cido sulfrico fue producido por primera vez aproximadamente en el ao 1,000 de la era cristiana. En el siglo XVIII el cido sulfrico fue preparado por el quemado de salitre con azufre y se utilizaba en la fabricacin de yeso, botones y tintes, razn por la cual el qumico francs Jean Antoine Chaptal (1756-1832) comprendi la necesidad de producirlo a gran escala para esas y otras industrias florecientes. Estableci la primera fbrica comercial de cido sulfrico en Montpellier, Francia. En el siglo XVIII y XIX, este fue esencialmente producido por una cmara procesadora en la cual el xido de nitrgeno era usado como un catalizador homogneo para la oxidacin del xido de azufre. El producto hecho por este proceso era de baja concentracin, no era lo suficientemente alto para los muchos usos comerciales. Durante la primera mitad del siglo XIX, la cmara procesadora fue gradualmente reemplazada por el proceso de contacto, considerando el mtodo anterior obsoleto. En 1915, un efectivo catalizador de vanadio fue desarrollado para el proceso de contacto. El catalizador de vanadio tiene la ventaja de una resistencia superior a la intoxicacin y de ser relativamente abundante y barato comparado con el platino. En el ao de 1831, se desarrolla el primer proceso de doble absorcin en gran escala. En este proceso, el gas SO2 que ha sido parcialmente convertido en SO3 por medio del catalizador es refrigerado, pasa a travs del cido sulfrico para remover SO3 recalentado, y luego es pasado a travs de una o dos cmaras de catalizadores. Por este mtodo, la conversin total puede ser incrementada desde el 98% al 99.5-99.8%, por consiguiente reduciendo la emisin del SO2 convertido a la atmsfera. La produccin de cido sulfrico que se obtiene en el Complejo Petroqumico Morn (PEQUIVEN) se hace a travs del proceso de contacto. La instalacin 215 fue diseada en 1967 y la instalacin 218 fue diseada en 1989.

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CAPITULO I NPK

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FUNDAMENTOS TERICOS

LOS FERTILIZANTES

a) Necesidad de la fertilizacin Para que los cultivos den un ptimo desarrollo y produccin, es necesario que se disponga de todos los nutrimentos esenciales adecuadamente balanceados y presentes, en forma tal que puedan ser eficazmente aprovechados por las plantas. Con mucha frecuencia ocurre que los suelos no pueden proporcionar nutrimentos en las cantidades necesarias para el cultivo de las cosechas que desea el productor; por lo cual, es indispensable suplir los nutrimentos deficientes del suelo, mediante la aplicacin de fertilizantes.

b) Fertilizantes qumicos Los fertilizantes o abonos son sustancias qumicas que contienen en una forma adecuada para su absorcin y utilizacin, uno o ms de los elementos nutritivos esenciales para las plantas. Entre estos nutrimentos, el nitrgeno (N), el fsforo (P) y el potasio (K) generalmente se encuentran en los suelos en cantidades inferiores a la que exigen los cultivos para dar buenas cosechas. Por lo tanto, son los que reciben ms atencin y los que se aplican en mayores cantidades y con ms regularidad en los programas de abonamiento.

Esto explica por qu las compaas elaboradoras de fertilizantes forman con dichos tres elementos la base de la composicin de los abonos comerciales. No obstante, la escasez de cualquier otro nutrimento se remedia con suministros de abonos que lo contienen; por ejemplo, el calcio y el magnesio se adicionan con escalamiento, y el azufre se suple con frecuencia con fertilizantes como el superfosfato triple y el sulfato de amonio o de potasio.

c) Frmula de abono Corrientemente, se conoce como frmula del abono a unas cifras constituidas por tres nmeros separados por un guin. Tales cifras conducen el contenido de nitrgeno, fsforo y potasio en el fertilizante, en trminos del porcentaje de cada uno de ellos incluido en el 4

mismo y en el orden mencionado; es decir, la primera cifra corresponde al nitrgeno, la segunda al fsforo, y la tercera al potasio. De esta manera, la expresin 20-10-5 significa que en 100 kilogramos, 20 son de nitrgeno, 10 son de fosfato (P2O5) y 5 son de potasa (K2O). Si el abono no tiene alguno de ellos, el lugar respectivo lleva la cifra 0. Por ejemplo, la frmula 18-46-0 quiere decir que el abono posee 18% de nitrgeno, 46% de fsforo y que no tiene potasio. Algunas veces se incluye una cuarta cifra separada por una barra (/) y corresponde al porcentaje de magnesio (MgO) en el fertilizante. Los smbolos CP, SP NP, despus de la frmula, significan que la mezcla ha sido preparada con cloruro de potasio, sulfato de potasio o nitrato de potasio, respectivamente. Entre los tipos de fertilizantes, se tiene: fertilizantes nitrogenados (urea, sulfato de amono y nitrato de amonio clcico), fertilizantes fosfatados (superfosfato simple, superfosfato triple, fosfato diamnico y fosforita), fertilizantes potsicos (cloruro de potasio y sulfato de potasio) y los fertilizantes compuestos (NPK).

d) Fertilizantes compuestos NPK En vista de que los fertilizantes hasta ahora mencionados contienen slo uno o dos elementos nutritivos mayores, y necesitndose generalmente tres (NPK) para la obtencin de una fertilizacin armnica, existe una tendencia cada vez mayor hacia la elaboracin de fertilizantes que presenten simultneamente los nutrientes N, P y K. Esta elaboracin puede realizarse siguiendo dos caminos, a saber: mediante mezclado mecnico de los fertilizantes simples, y mediante reacciones qumicas. Hoy en da, los fertilizantes completos que se obtienen por medio de reacciones qumicas son de mayor importancia que los obtenidos mediante mezclado mecnico. Este tipo de fertilizante completo se caracteriza por su elevado contenido de nutrientes, su uniforme granulacin, y sus buenas propiedades fsicas. Su valor est regido, primero, por su contenido de nutrientes puros; segundo, por su relacin N: P: K; tercero, por la forma en que se presentan sus nutrientes individuales; y cuarto, por su contenido de elementos menores y sustancias contaminantes. En comparacin con los fertilizantes simples los fertilizantes completos poseen las siguientes ventajas: La presencia de los tres elementos nutritivos capitales evita crasos errores en la fertilizacin, como por ejemplo, en los tratamientos unilaterales. Por ello que este tipo de 5

fertilizantes pueda aplicarse especialmente en aquellas regiones donde los agricultores son an poco versados en el empleo cientfico de los fertilizantes. Implican bajo costo de aplicacin, especialmente en aquellas zonas con elevados jornales. Ahorro de espacios y costos en su almacenamiento. Adems de ello, los fertilizantes completos, preparados por reaccin qumica y a veces por adicin de material de acondicionamiento, poseen propiedades fsicas excepcionalmente buenas que permiten su adecuado almacenamiento. Debido a la homogeneidad de sus nutrientes individuales y a su buena estructura, los fertilizantes pueden esparcirse mejor y con mayor uniformidad sobre el terreno.

Las ventajas arriba mencionadas van acompaadas, sin embargo, de ciertas desventajas: El uso de fertilizantes complejos no permite la aplicacin de nutrientes individuales (N, P y K) en diferentes pocas y mediante diferentes mtodos, hecho que frecuentemente se tornan en importantes factores de la eficiencia del fertilizante. Es imposible divergir de la frmula dada; su relacin nutritiva no puede ser adaptada en todos los casos a condiciones especiales. El costo por unidad de nutrientes resulta generalmente mayor que en los fertilizantes simples. e) Nutrientes: El nitrgeno es un elemento vital para las plantas. Tan importante como las protenas para tu organismo. Cuando falta nitrgeno en las plantas las hojas se ponen amarillas y dejan de crecer. El fsforo les da la fuerza necesaria para mantenerse rgidas y poder sostener todas sus partes. Tambin promueve el buen desarrollo de las races y fortalece el ciclo de cada planta. La falta de fsforo se reconoce porque las hojas se oscurecen ms de lo normal. La planta deja de florecer o florece muy poco. Las races dejan de crecer. El potasio es un elemento indispensable para la fotosntesis de las plantas. Sin este elemento, la planta no puede cumplir su ciclo normalmente. Sin potasio, las hojas muestran 6

severos cambios de color que pueden ser en tonalidades amarillentas o verde muy plido con manchas cafs. Las plantas tambin muestran algunos cambios cuando les falta algn otro componente como zinc, hierro, magnesio, calcio y otros. f) Fertilizantes lquidos: son de accin rpida. Debido a que son absorbidos muy deprisa, deben aplicarse cada 2 o 3 semanas. Casi todos deben mezclarse con agua antes de aplicarlos mediante un accesorio acoplado a la manguera.

g) Fertilizantes granulados: se aplican con un esparcidor y tienen que regarse para que penetren en la hierba. Los fertilizantes granulados son fciles de controlar: puede saber con exactitud cunto fertilizante est usando y dnde.

DEFINICIONES cido Fosfrico: Compuesto qumico de frmula H3PO4, utilizado en parte en la produccin de fertilizantes. cido Sulfrico: Compuesto qumico muy corrosivo, de formula H2SO4, utilizado en parte en la produccin de fertilizantes. Amonaco: Compuesto qumico cuya molcula consiste en un tomo de Nitrgeno (N) y tres de Hidrgeno (H), de acuerdo a la frmula NH3. El amonaco y sus derivados (Urea, Sulfato de Amonio, Nitrato de Amonio, etc.) son utilizados como fertilizantes nitrogenados. Antiapelmazante: Sustancia con que se tratan, por lo general, la superficie de los abonos granulados para evitar su apelmazamiento. Apelmazamiento: Fenmeno que consiste en la unin de partculas, o grnulos de abono, formando masas difciles de separar. Cloruro de Potasio: Compuesto qumico de frmula KCl, utilizado en su mayora para la manufactura de fertilizantes. D.A.P.: Fertilizante granulado con contenido de Nitrgeno (N) y Fsforo (P). Exotrmico: Cualquier proceso que desprende calor. Fosfato Monoamnico (MAP): Compuesto qumico utilizado como abono fosfatado, cuyo contenido es 12% de N2 y 60% de P2O5. Granulometra: Parmetros que miden el tamao del grano en los fertilizantes. 7

Sulfato de Amonio (SAM): Compuesto qumico de frmula [(NH4)2SO4], que se utiliza como fertilizante nitrogenado. Sulfato de Magnesio: Compuesto qumico de frmula Mg2SO4 (16% MgO y 31,7% SO3). ES una fuente de magnesio para la formulacin de fertilizantes. Sulfato de Potasio: Slido cristalino blanco, de frmula K2SO4 ( 50-52% de K2O y 46,547,5% SO3). Importante fertilizante de potasio.

TECNOLOGAS DISPONIBLES EN EL MERCADO

Varios son los procesos disponibles, dependiendo de las materias primas usadas, como la granulacin de "papilla", (con preneutralizador y reactor tubular), granulacin slida, granulacin por ruta nitrofosfatos de "papilla". La tecnologa aplicada ms extendida es la tecnologa de "papilla" de INCRO, basada en el uso del Reactor Tubular de INCRO, aprovechando las ventajas del bajo contenido de humedad que las papillas de sal amnica que produce el reactor tubular. La produccin de fertilizantes por el proceso de Acidos mezclados (Fosfontrico) para la fabricacin de fertilizantes complejos NPK se realiza en dos secciones. La seccin hmeda (acidulacin, neutralizacin y mezclado). La seccin seca que comprende las etapas de granulacin y secado, tamizado, enfriamiento, recubrimiento, y transporte.

Tecnologa INCRO S.A Durante los pasados 25 aos INCRO S.A ha desarrollado su propia tecnologa de fertilizantes, dirigida principalmente a la produccin de DAP y NPK. El proceso est basado en el uso del Reactor Tubular de INCRO y ocasionalmente del Preneutralizador como equipo de reaccin. El Reactor Tubular se instala dentro del Granulador, trabajando conjuntamente con la Rejilla de Amonizacin INCRO. Entre las ventajas destacan: aumento de la capacidad de produccin, mejora de la calidad de produccin, reduccin de la inversin, ahorro del coste de mantenimiento, simplicidad de los equipos y la operacin, ausencia de polucin y gran adaptabilidad de las mejoras.

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Figura 1. Reactor tubular INCRO

FERTIBERIA/INCRO S.A, adems de ser licenciataria / compaa de ingeniera es asimismo productor de fertilizantes con una amplia experiencia en todo el mundo. La tecnologa ha sido aplicada y probada con xito en muchas plantas industriales, no solo en Espaa, sino tambin,, en plantas fertilizantes en Brasil, Japn, Reino Unido, Filipinas, Taiwan. Tnez, Portugal, Colombia, de 40 Corea, reactores Turqua, Arabia Saud,

Totalizando ms

tubulares

instalados.

El proceso est basado en el uso de un Reactor Tubular (RT) de pequeas dimensiones para la neutralizacin del cido fosfrico con amoniaco, con el RT trabajando solo o conjuntamente con un preneutralizador dependiendo de las materias primas disponibles. El proceso del Reactor Tubular ha sido diseado para capacidades muy variadas (unidades desde 10 a 110 toneladas por hora de DAP/NPK) y las condiciones de trabajo (amoniaco gas o lquido) disponibles.

Tecnologa CROS S.A Siguiendo algunos trabajos iniciales de TVA sobre la produccin de fertilizantes lquidos con Reactor Tubular, S.A. CROS fue la primera compaa que desarroll su propio Reactor Tubular para la produccin de fertilizantes en grnulos durante los aos 9

1971-1974 en una planta piloto y desde entonces a escala industrial, produciendo una amplia gama de fertilizantes.

DESCRIPCIN DEL PROCESO

MATERIAS PRIMAS, INSUMOS Y PRODUCTOS

Materias Primas

cido Fosfrico P2O5 Total Slidos en Suspensin 42% p/p mnimo 5% p/p mximo

Amonaco Lquido Pureza Agua 99,5% p/p mnimo 0,5% p/p mximo

cido Sulfrico al 98% Concentracin Turbidez Hierro 98-99% 150 N.T.U. 10 ppm

Cloruro de Potasio Granulado (KCl) Potasio soluble (K2O) Humedad Granulometra (Tyler, %p/p) +6 +8 +10 +14 +20 60% p/p mnimo 0,5% p/p mximo mn. 1 20 70 93 98 mx. 6 45 90 99 100 10

Cloruro de Potasio Estndar (KCl) Potasio soluble (K2O) Humedad Granulometra (Tyler, %p/p) -10; +16 +20 +48 +65 60% p/p mnimo 1,0% p/p mximo mn. 0 20 80 90 mx. 10 50 100 100

Sulfato de Potasio (K2SO4) Potasio soluble (K2O) Humedad Cloruros Granulometra (Tyler, %p/p) +6 +8 +10 +14 +20 50% p/p mnimo 0,5% p/p mximo 2,0% p/p mximo mn. 1 20 70 93 98 mx. 6 45 90 99 100

Sulfato de Amonio Nitrgeno Total Humedad Azufre Acidez Libre (H2SO4) Granulometra (Tyler, %p/p) +6 -6; +65 -65 95 5 21% p/p mnima 0,5% p/p mxima 24% p/p mnima 200 ppm mxima mn. mx. 0

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Fosfato Monoamnico (MAP) Nitrgeno Total P2O5 Total Humedad Granulometra (Tyler, %p/p) -35 9,5% p/p mnimo 49,5% p/p mnimo 1,5% p/p mximo mn. 100 mx.

Sulpomag (Sulfato de Potasio/Magnesio) Potasio soluble (K2O) Humedad Azufre Magnesio (MgO) Cloruros Granulometra (Tyler, %p/p) +6 +8 +10 +14 +20 +28 22% p/p mnimo 0,15% p/p mximo 22% p/p mnimo 17,9% p/p mnimo 2,5% p/p mximo mn. 10 36 71 92 96 98 mx. 32 65 92 99 99 100

Roca Fosftica P2O5 Total CaO SiO2 Rechazo 26% p/p mnimo 40% p/p mximo 30% p/p mximo

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Insumos

Gas Natural Combustible T = 35C P = 20 Kg/cm2

Vapor (Inst. 122-A). (Solo para arranque) P = 17 Kg/cm2

Agua Desmineralizada (Inst. 103) T= 30C

Agua de Enfriamiento (Inst. 105-D) T= 32C P= 2,5 Kg/cm2

Aire para Instrumentos (Inst. 111-B) T= 28C P=79 Kg/cm2 Condicin: Seco, filtrado y sin aceite.

Energa Elctrica (TG-1/2) 2400 V 400 V 220 V Motores con ms de 150 Cv Motores con menos de 150 Cv Iluminacin

Compuestos Qumicos Antiapelmazante Cera Parafnica Aceite mineral.

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(-20) (- 25) C

NH3

H3PO440% P2O5

LicorDensidad: 1100-1300 Kg/cm3 38-42C N/ P: 1,45- 1,75

Antiapelmazante Vapor 2,5 3,5 Kg/cm2

H3PO4 27% P 2O5 Agua

Gases

PRENEUTRALIZACIN MATERIA PRIMA SLIDAKCl Mg2SO4 K2SO4 (NH4) 2SO4 MAP Roca Fosftica Rechazo LodoDensidad: 1450-1550 Kg/cm3 110-115C N/ P: 1,35 -1,45

Gases y Pol vos

LAVADO DE GASES Y POLVOS

Pol vos Pol vos

GRANULACIN

T = 75-85C

SECADOAire Gas Natural

Humedad: 1-1,5% T = 70C

CRIBADO Y MOLIENDA

Pol vos

NH3 -20 (-25)C

H2SO4 al 98%

Granos gruesos molidos (4,1 - 5 mm ) Granos finos (< 1,1 mm )

Granos ptimos (1,1 - 4 mm)

ALMACNF = 1.200 TMD NPK F = 960 TMD NP Gases Slidos/Lquidos

RECUBRIMIE NTO

ENFRIAMIE NTO

Cera Parafnica / Aceite

Aire

FIGURA N2: DIAGRAMA DE BLOQUES DE LA PLANTA DE GRANULADOS N.P.K.

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La planta de granulados NPK, instalacin 356-A, se encuentra ubicada en el Complejo Petroqumico Morn (Estado Carabobo), al oeste del rea industrial y forma parte del grupo de plantas que abarca la Superintendencia de Fosfatados. Se encarga de producir fertilizantes granulados NPK y NP con diversas proporciones de los nutrientes esenciales (nitrgeno, fsforo y potasio), nutrientes secundarios (S, Mg y Ca) y algunos micronutrientes (Zn, B, Fe, etc.).

El proceso de la planta de granulados NPK se divide en las siguientes etapas:

Etapa de Preneutralizacin

La unidad de preneutralizacin (A-201), consiste en un reactor convencional de acero inoxidable, abierto y agitado donde ocurre la reaccin entre el H3PO4 y el amonaco lquido, para producir un lodo formado principalmente por sales de fosfato monoamnico (MAP) y fosfato diamnico (DAP):

MAP

DAP

El H2SO4 presente en el cido fosfrico, llamado cido libre, reacciona tambin con NH3 produciendo sulfato de amonio (SAM):

SAM

Estas reacciones son exotrmicas y desarrollan una gran cantidad de calor, factor importante para una optima granulacin (opera en un rango de temperaturas de 110 a 120 C), produciendo la evaporacin de grandes cantidades de agua. Para el control de flujo de 15

los reactantes se realiza cada 2 horas un anlisis de la relacin molar NH3/H3PO4 (N/P) y de la densidad del lodo.

Estos anlisis son de gran importancia ya que cuando el lodo se encuentra a una relacin N/P=1,45 la solubilidad de la mezcla es ms elevada, que para cada uno de los compuestos por separado a la misma temperatura, lo cual favorece el envo de lodo, desde el preneutralizador hasta el granulador.

Figura 3 Relacin Molar N/P2O5 vs. % p/p de Sales de Fosfato de Amonio. La ventaja de operar en el punto de mxima solubilidad de la curva de solubilidad de los fosfatos de amonio vs. Relacin molar de NH3/H3PO4, es que se obtiene un lodo muy concentrado con una fluidez adecuada para ser manejada por las bombas.

El lodo formado es enviado al granulador (TR-201), mediante un conjunto de bombas a travs de una tubera y los vapores generados son aspirados hacia el sistema de lavado de gases. 16

LICOR DE LAVADO VIENE DEL SR-301 Densidad: (1100-1200) kg/m3 T: (40-50)C N/P: (1-1,5)

H3PO4 (38-40)% T: (38-40)C HACIA LA SECCIN DE LAVADO SC-302 NH3,Fluoruros, cloruros

ANTIAPELMAZANTE NH3 T: -20(-25) C P: (7-10) Kg/cm2 VAPOR P: 2,5 3,5 kg/cm2

A-201 Nivel (40-60)%PC-201 A/B

LODO HACIA EL TR-201: N/P: 1,35-1,45 Densidad: (1450-1550) Kg/m3 T: (110-115) C

FIGURA N 4: REA 200. PRENEUTRALIZACIN. GRANULADOS N.P.K.

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Etapa de Granulacin

El lodo de fosfatos amnicos parcialmente neutralizado se distribuye dentro del tambor granulador el cual es un equipo cilndrico que se mantiene en rotacin sobre el lecho de slidos, formado por el producto reciclado y materias primas slidas alimentadas tales como: cloruro de potasio, sulfato de potasio, sulfato de amonio, sulfato de potasio y magnesio y relleno (arena). Mediante un distribuidor se suministra el amonaco adicional necesario para la neutralizacin total del cido fosfrico, igualmente, dependiendo de la frmula en produccin se adiciona cido sulfrico sobre el lecho, para ayudar a la granulacin y fijar parte del amonaco que escapa hacia el sistema de lavado ya que existe desprendimiento de gases en su mayora de amonaco y vapor de agua los cuales son succionados por un ventilador para ser llevados a dicho sistema. Existen dos mecanismos para llevar a cabo este proceso, definidos por la manera de formar el granulo, y estas son:

Por aglomeracin, es el mecanismo ms usado para la formacin inicial y el subsecuente crecimiento de la mayora de los productos de NPK. En la mayora de la formulaciones el 50- 75% de la materia prima es alimentada como slidos secos. Estas partculas slidas se unen en aglomerados (grnulos) por una combinacin de anclamiento mecnico y adherencia.

Existen parmetros a tener en cuenta para una buena granulacin por aglomeracin como lo es el tamao de las partculas de materia prima, ya que gran parte de la fuerza mecnica inicial y final del NPK aglomerado es obtenida por el anclamiento mecnico de las partculas individuales, el tamao de las partcula y la distribucin del tamao en la materia prima solida son muy importantes. Si el tamao del producto final est en el rango de 2-5 mm, entonces la materia prima debera ser ampliamente distribuida dentro del rango de los 0,2-3 mm.

El control de la fase liquida en el proceso tambin es muy importante para que este se lleve a cabo de manera optima, ya que se necesita un fuerte accin de adhesin para mantener las 18

partculas permanentemente enlazadas en forma de granulo. La fase liquida para la adherencia es derivada de 1) solucin de sales solubles agregadas en el granulador, por ejemplo, lodo de fosfato amnico y/o solucin de urea o nitrato de amonio, y 2) disolucin de una pquela porcin de materia en la superficie de la materia prima soluble y de partculas de reciclo. Esta disolucin es causada por la combinacin del calor y el agua contenida en la solucin mencionada o por vapor o agua inyectada en el granulador. El control de la fase liquida es la clave para lograr el nivel de eficiencia de granulacin deseado y un producto de calidad.

El nivel de lquido esta tambin ntimamente ligado a otro criterio, como lo es la cantidad de calor liberado por las reacciones qumicas en formulaciones de NPK dada. La cantidad de calor, particularmente dentro del granulador, puede tener un marcado efecto en la cantidad de liquido formado, por lo tanto, las caractersticas de la mezcla de granulacin resultantes.

La reaccin exotrmica mas importante en la mayora de la plantas de NPK es la neutralizacin de cidos con amoniaco. Como con la fase liquida, la experiencia ha mostrado que si la cantidad de calor liberado en el granulador es equivalente a 45.00050.000 kcal/tonelada de producto, las condiciones son generalmente buenas para obtener una granulacin ptima.

El otro mecanismo de formacin de grnulos es por acrecin o formacin de capas (con lodo), en este proceso una pelcula relativamente delgada de lodo es repetidamente aplicada, secada y endurecida hasta un sustrato relativamente firme que consiste en grnulos que con frecuencia son del tamao deseado y/o de tamao cercano al deseado. El granulo crece primordialmente por acrecin, proceso mediante el cual capa sobre capa de nuevo material es aplicada a una partcula, dndole al granulo final una estructura parecida a una cebolla. En el proceso algunas partculas son formadas tambin por aglomeracin pero este no es el mecanismo predominante.

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Etapa de Secado

El producto que sale del granulador cae por gravedad a travs de un ducto a un tambor secador rotatorio (TR-401), el cual es un equipo cerrado, donde mediante el contacto con gases calientes provenientes de un horno (H-401), el cual opera con gas natural y aire, se evapora el agua excedente hasta alcanzar las especificaciones deseadas en el producto final. La corriente de gases que sale del secador, constituida bsicamente por amonaco, vapor de agua y polvo pasa por los ciclones separadores de polvo (SC-401) previo a su envo al sistema de lavado.

Etapa de Cribado

El material ya seco es enviado mediante un elevador de cangilones y una cinta transportadora hasta descargar en dos cribas las cuales son estructuras flotantes, vibrantes y cerradas donde el producto grueso es retenido en la malla superior y cae por gravedad a los molinos donde es pulverizado y descarga en la cinta de reciclo desde donde retorna al proceso. El producto comercial descarga por gravedad a travs de un ducto a una cinta transportadora y el producto fino es dejado pasar y va a la cinta de reciclo para retornar al granulador.

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VIENE DE LA ET-508

HACIA LA SECCIN DE LAVADO SC-302

H2SO4 98%

LODO HACIA EL TR201: N/P: 1,35-1,45 Densidad: (1450-1550) Kg/m3 T: (110-115) C NH3 T: (-20-(-25)) C

TR-201

MTR-201

VA HACIA EL TR-401 T: (75-85) CFIGURA 5: REA 200. PRENEUTRALIZACIN (GRANULADOR TR-201). GRANULADOS N.P.

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HACIA LA SECCIN DE LAVADO SC-301

SC-401VIENE DEL TR-201 TRA LA CINTA ET-507 Gases y polvos T: (85-95) C

T: (250-330) C (250VV-402 VV-

TR-401MTR-401

H-401VV-401 VVGAS NATURAL

MF-401

HACIA LA ET-501 Humedad: (1-2)%

FIGURA 6: REA 400. SECADO. GRANULADOS N.P.K.

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Etapa de Enfriamiento

Con el propsito de conservar un buen comportamiento fsico, durante su almacenamiento, el producto comercial es enfriado en un tambor enfriador (TR-601), el cual es un equipo cerrado que rota, y donde el producto se pone en contacto con aire en contracorriente produciendo su enfriamiento; la corriente de aire que sale del enfriador pasa por el cicln (SC-601) donde se recupera el polvo arrastrado y el aire es enviado a la chimenea.

Etapa de Recubrimiento

Seguidamente el producto fro es enviado al tambor acondicionador (TR-602), donde es recubierto con aditivo antipelmazante, descargando seguidamente a las cintas de transporte al almacn.

Recuperacin de polvo y lavado de gases

Adicional al polvo recuperado en los ciclones (SC-401 y SC-601) en las etapas de secado y enfriamiento respectivamente, existe una tercera batera de ciclones (SC-501), donde se recupera el polvo proveniente de la captacin de varios equipos de la planta: elevadores, cribas, molinos y cintas transportadoras, el aire es enviado a la chimenea (C-501).

Los gases provenientes del preneutralizador, granulador y ciclones del secador, previo a su envo a la chimenea (C-301) son lavados en el sistema dispuesto para este fin constituido por dos torres de lavado del tipo Venturi-Ciclnico (SC-301 y SC-302) con un tanque comn para el control del lquido de lavado.

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Hacia la atmsfera atm Polvos provenientes de los ciclones SC-501 y 601 SCSC-303 SC-300

C-300 VV-303

Agua potable 27% P2O5

PC-306

Polvos proveniente del cicln SC-401 cicl SC-

PC-300 A/B VV-301 SC-301 VV-302 SC-302

PC-305 A/B

Gases y polvos del preneutralizador A-201 y del Agranulador TR-201 TR-

PC-307

SR-304 SR-

AG-301

SR-303 SR-

SR-302 SR-

PC-301 A/B PC-302 A/B

SR-301 PC-304 A/B

LICOR HACIA EL A-201: N/P: 1,5-1,7 Densidad: (1100-1300) Kg/m3 T: (38-42) C

FIGURA 7: REA 300. LAVADO. GRANULADOS N.P.K.

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VARIABLES PRINCIPALES DE CONTROL

Relacin molar del lodo, debe mantenerse entre 1,35- 1,45, y el porcentaje de solido debe ser de un 70% Densidad del lodo 1450- 1550 kg/cm3, % de nitrgeno y P2O5 en el producto final Energa liberada en las reacciones del preneutralizador debe ser de 610 kcal/kg de NH3. Tamao del granulo optimo debe estar entre 1,1- 4 mm %Humedad en la salida del secador debe ser de 1- 1,5%.

RIESGOS ASOCIADOS Existen riesgos por inhalacin de polvos y vapores de amoniaco. Quemaduras por descarga de corrientes de aire caliente en el secador. Quemadura por productos qumicos. Cadas a nivel y desnivel, y atrapamiento.

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MERCADO Y PRODUCCIN EN VENEZUELA

La industria de los fertilizantes nace en el pas con la creacin del Instituto Venezolano de Petroqumica (IVP) en 1956 con la misin de producir, importar y comercializar los fertilizantes para los requerimientos agrcolas, pecuarios y forestales. En 1977 se crea la filial del IVP, VENFERCA para comercializar los fertilizantes y en 1978 se crea PEQUIVEN la cual sustituye al IVP para producir, importar y comercializar los fertilizantes y en 1981 se crea PALMAVEN para comercializar los fertilizantes de PEQUIVEN y desde 1994 hasta el presente es PEQUIVEN y su filial SERVIFERTIL quienes tienen esa importante funcin en el pas.

La industria en esos 50 aos ha pasado por tres etapas importantes: a) la de 1984-1989 caracterizada por un mercado subsidiado, obligacin de suministro, precios fijados por el ejecutivo, altas importaciones y un consumo irracional; b) 1989-1993 donde se implement un programa de eliminacin gradual del subsidio, PDVSA y filiales garantizan el suministro, se

definen precios por tipo de fertilizante, hay una disminucin de importaciones y cada de la demanda fundamentalmente por una reduccin importante de la superficie de siembra; 1994 al presente con un mercado abierto sin subsidio, se produce la integracin de Palmaven y

Pequiven, se trabaja en base a una reduccin de costos, los precios son fijados por el mercado, hay un incremento de las exportaciones, se presentan nuevos actores y competidores y actualmente Pequiven y Servifertil producen y comercializan los fertilizantes en el pas.

EVOLUCIN DEL CONSUMO DE LOS FERTILIZANTES EN VENEZUELA

Las tres etapas descritas en el prrafo anterior estn relacionadas con el consumo de fertilizantes en Venezuela tal como se aprecia en la Figura 9. Se observa la evolucin de las ventas de fertilizantes entre 1983 y 1991. La cada de las ventas en 1983 es producto de la poltica de eliminacin del subsidio e incrementos de precios aplicada en 1981. A partir de 1984 se registra un incremento en las ventas y en el consumo de NPK en kilogramos de nutrimentos por hectrea, debido al reestablecimiento del subsidio y de una serie de medidas tendentes a reactivar la agricultura. A partir de 1989 se produce un descenso de las ventas como consecuencia de la

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reduccin del subsidio y de la disminucin de la superficie sembrada, efecto del establecimiento de una nueva poltica agrcola para el sector vegetal.

Igualmente la tendencia en el consumo de la dosis sumadas N-P-K, presenta el mismo comportamiento de las ventas; ubicndose para el ao 1991 en 194 kg/ha, dosis comparables a las usadas en pases desarrollados con una agricultura intensiva de altos rendimientos (Europa Occidental, Japn, Hungra). Esta cifra representa una de las dosis ms altas de consumo de nutrimentos por ha cultivada en Amrica Latina (Aguilar y Goitia, 1991).

Como resultado del fuerte subsidio a los fertilizantes se registra un alto consumo entre 1983 y 1989 con un mximo de 1.250.000 TM en 1989; como resultado de la disminucin gradual del subsidio y disminucin de la superficie de siembra entre 1989 y 1993 se produce una cada importante en el consumo de fertilizantes y desde 1994 hasta el presente el consumo ha tenido una tendencia a ir aumentando hasta 751.000 TM en el ao 2005. Todo ese consumo no se ha reflejado en aumentos en la productividad de los cultivos.

1.400.000TM FERTILIZANTES

1.200.000 1.000.000 800.000 600.000 400.000 200.000 0

AOS

Figura 8. Consumo de fertilizantes en Venezuela desde 1983 hasta el ao 2005. Fuente: Base de datos de Pequiven. 27

PLANTA

DE

GRANULADOS

DEL

COMPLEJO

PETROQUMICO-

MORN

(INSTALACIN 356-A) El diseo de esta planta corresponde a la Compaa norteamericana Dorr Oliver (1974), y posteriores modificaciones efectuadas por Incro S.A (1992). El objetivo de esta instalacin de la planta de fertilizantes granulados es cubrir la demanda nacional de fertilizantes, evitando las importaciones y suministrando al mercado productos fciles de manejar de acuerdo a lo requerido por los agricultores. La planta est diseada para producir tres tipos de fertilizantes granulados: Fosfato Diamnico (DAP); Fertilizantes Complejos (con los tres principales nutrientes): Nitrgeno, Fsforo, Potasio (NPK) y Sper Fosfato Triple Granulado (SFT). Todos estos productos se elaboran utilizando el mismo tren de operacin, por lo cual se precisa de campaas de operacin programadas. La materia prima utilizada para la fabricacin de estos fertilizantes es producida en su mayora por otras plantas del Complejo Morn.

CAPACIDAD DE PRODUCCION DE LAS PLANTAS DE COMPLEJO0% 5% 5% 10%

Amonaco Urea13%

20%

Fertilizantes Granulados NPK cido Sulfrico19%

cido Fosfrico leum

1%

4%

23%

Roca Fosftica

Figura 9. Capacidad de produccin de las plantas del complejo. Fuente: [www.pequiven.com] ltima actualizacin jueves, 24 de febrero de 2011 28

SUMINISTRO DE PEQUIVEN AL MERCADO INTERNO 20090% 0% 0% 0% 4%

UREA17%

NPK POTASICOS IMP. FOSFATADOS IMP. SAM IMP. OTROS IMP.79%

INSUMOS AGRO. IMP.

Figura 10. Suministro de pequiven al mercado interno 2009. Fuente: [www.pequiven.com] Porcentajes basados en 968 MTM

El complejo tiene una capacidad de produccin de 1.588.000 toneladas anuales de fertilizantes y productos industriales, el 80% de los cuales se comercializan en el mercado nacional.

A travs de I.P.S.L, Pequiven coloc en el mercado internacional 852.000 TM de fertilizantes, hacia pases del ALBA y Petrocaribe. 88% de las ventas internacionales correspondieron a exportaciones directas de Urea Granular desde Fertinitro (592.000 TM) y Urea Perlada

producida en el Complejo Petroqumico (160.000 MTM). El 12% restante correspondi al suministro de Cloruro de Potasio (101.000 TM), a Monmeros Colombo Venezolanos, filial de Pequiven con operaciones en Colombia. En lo que respecta a las importaciones, durante el 2009 se adquirieron 77.000 TM de materias primas (potsicos y fosfatados) para la produccin de NPK y 320.000 TM de productos para uso directo en el mercado nacional, con los cuales se cubri el dficit de los requerimientos de fertilizantes del agro nacional.

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CAPTULO II CIDO SULFRICO

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FUNDAMENTOS TERICOS

DEFINICIN

El cido Sulfrico puro, de frmula H2SO4, a temperatura ambiente es un lquido incoloro, inodoro, muy corrosivo y de gran viscosidad. El cido Sulfrico es el cido mineral de uso ms frecuente en la industria, y su consumo se utiliza como indicador del grado de industrializacin de un pas. Es ahora es uno de las materias primas qumicas bsicas e

importantes y con la salida ms grande del mundo. Ocupa una posicin importante en la economa nacional. Sus nombres qumicos son: cido sulfrico y cido sulfrico fumante. Tambin es llamado aceite de vitriolo, cido de bateras y cido de fertilizantes.

ESTRUCTURA

Los enlaces entre el azufre y el oxgeno han sido objeto de numerosas especulaciones, admitindose para el caso del SO42- la formulacin propuesta por Pauling, que lo considera como un hbrido de resonancia entre estructuras; en las cuales cada tomo de azufre est rodeado tetradricamente por 4 tomos de oxgeno, actuando los tomos de hidrgeno como enlaces entre los distintos tetraedros. La descripcin ms adecuada por orbitales moleculares se hace en trminos de 4 enlaces sigma (de aqu la forma tetradrica) y 2 enlaces pi deslocalizados.

Figura 11. Molcula de cido sulfrico

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PROPIEDADES

Propiedades Fsicas El cido sulfrico puro es un lquido aceitoso incoloro, denso ( =1,834 g/cm3), que se

congela a 10,37 C, dando un slido cristalino incoloro que hierve a 317C, temperatura a la que la composicin del mismo es de 98,54%, pues durante el calentamiento desprenden vapores formados al descomponerse en H2O y SO3. Tambin el oleum alcanza esta concentracin cuando es calentado.

Propiedades Qumicas Propiedades cidas El cido sulfrico da todas las reacciones caractersticas de los cidos: reacciona con los

xidos e hidrxidos de los metales formando la sal correspondiente, ataca a los metales que se encuentran por encima del hidrgeno en la serie de tensiones, etc. CaO + H2SO4 CaSO4 + H2O 2 NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2 H2O Mg + H2SO4 MgSO4 + H2 Es un cido fuerte y dibsico por tal motivo al estar presente en una solucin diluida experimenta una ionizacin primaria casi total; la ionizacin secundaria es menos completa, como se observa por los valores de las correspondientes constantes de ionizacin: H2SO4 + H2O HSO4- + H3O+ HSO4- + H2O SO42+ H3O+

K1 = Alta K2 =1,0410-2

Debido al elevado punto de ebullicin del cido sulfrico, es utilizado para desplazar de sus sales a los cidos que hierven a temperaturas ms bajas, constituyendo, a veces, un excelente procedimiento para obtenerlos a nivel de laboratorio. 32

Accin Deshidratante. El cido sulfrico, especialmente si es concentrado, tiene una gran afinidad con el agua, dando lugar a una serie de hidratos. Esta reaccin con el agua es tan pronunciada que no solamente elimina agua de los materiales que la contienen, sino que en ocasiones elimina los dos elementos que la forman (hidrgeno y oxgeno), sobre todo si se encuentran en la misma reaccin atmica que en el agua, como ocurre en muchos hidratos de carbono: C12H22O11 + 11 H2SO4 11 HSO4- + 12 C + 11 H3O+ HCOOH + H2SO4 HSO4- + CO + H3O+ Incluso con el cido ntrico: HNO3 + 2 H2SO4 2 HSO4- + NO2+ + H3O+ Esta accin deshidratante hace que el cido sulfrico se utilice para desecar gases que no reaccionan con l y eliminar el agua que se produce en muchas reacciones qumicas, tales como: la nitracin, en la fabricacin de colorantes y explosivos. Accin Oxidante El cido sulfrico no tiene un poder oxidante particularmente notable. Este poder viene determinado por los valores de los diferentes potenciales redox: H2SO3 + H2O SO42- + 4H+ + 2eH2SO3 + 4OH SO42 - + 3 H2O + 2e-

E=-0.20V E=0.90V

Slo concentrado y en caliente el potencial es suficiente para oxidar metales como el cobre, a los que disuelve. Los productos de la reduccin del H2SO4 pueden ser el SO2, el S, el H2S, segn las fuerzas relativas de oxidante-reductor. A modo de ejemplo, veamos algunas de estas oxidaciones: CuSO4 + 2 H2O + SO2 33

Cu + 2 H2SO4

C + 2 H2SO4 CO2 + 2 SO2 + 2 H2O 8 HI + H2SO4 Reacciones orgnicas El cido sulfrico interviene tambin en numerosas reacciones orgnicas, como reactivo y catalizador. Un ejemplo de ambas actuaciones puede ser la sulfonacin de hidrocarburos aromticos: C6H6 + H2SO4 C6H5.SO2.OH + H2O La nitracin, tambin de anillos bencnicos: HNO3 + 2 H2SO4 NO2+ + 2HSO4- + H3O+ El NO2+ es el agente nitrante. H2S + 4 I2 + 4 H2O

PRINCIPALES USOS Acido Sulfrico Diluido Industria de los curtidos y para carbonizar la lana. Destileras de alcohol y en la obtencin de levaduras. Fabricacin de la glucosa. Tintoreras y estampados. Galvanotecnia y en fabricacin de pilas. En la agricultura.

cido Sulfrico (78%) Se emplea principalmente en la fabricacin de superfosfatos y otros abono minerales. Fabricacin de papel: en el proceso de produccin de la pulpa de papel e indirectamente en el uso de sulfato de aluminio. 34

cido Sulfrico (92-96%) Obtencin de cidos minerales. Purificacin de aceites. Sulfonacin de compuestos orgnico.

cido Sulfrico (98-100%) Preparacin de sulfocidos orgnicos y mezclas sulfontricas.

leum Sntesis de muchas materias y colorantes.

PROCESO DE PRODUCCIN DE CIDO SULFRICO

Historia El origen del primer acido sulfrico se desconoce. Para el siglo XV, Basilus Valentinus, fue el primero en describir el proceso de obtencin de acido sulfrico, el cual preparaban, quemando azufre con salitre, esto se realizaba en vasijas espaciosas y humedad. Para aquella poca se aplicaba solo como uso farmacutico. Para 1740 Ward estableci, la primera fbrica, para obtener acido sulfrico por medio del quemado de azufre con pequeas cantidades de nitro en vasijas de vidrio. En 1746, Roebuck de Birmingham, Inglaterra, introdujo el proceso de cmaras de plomo. Luego para 1793 Clement, basado en un estudio aconsejaron el empleo constante de aire con el del fin de reducir el consumo de nitrato. Para 1827 Gay-Lussac propuso el empleo de la torre que lleva su nombre, para recuperar los gases nitrosos que escapan de las cmaras de plomo. Para 1859 Glover, completo el trabajo hecho por Gay-Lussac, en lo que respecta a la obtencin de acido sulfrico por cmaras de plomo. El proceso de contacto fue descubierto por primera vez en 1831 por Phillips, un ingls cuya patente inclua las caractersticas esenciales del proceso de contacto moderno, en particular el paso de una mezcla de Dixido de Azufre y aire sobre un catalizador, seguido por la absorcin del Trixido de Azufre en cido Sulfrico de 98.5 al 99%. El invento de Phillips, no constituy un xito comercial durante ms de cuarenta aos, probablemente porque faltaba demanda para un cido fuerte, haba un conocimiento inadecuado 35

de las reacciones catalticas de los gases y el progreso de la tecnologa qumica era lento. El desarrollo de la industria de colorantes dio como resultado una demanda creciente de cidos concentrados para la manufactura de la alizarina y de otros materiales orgnicos colorantes; en 1889 se demostr que un exceso de oxgeno en la mezcla gaseosa para el proceso de contacto era ventajoso, lo que ha sido mejorado en todos los detalles y actualmente es uno de los procesos industriales continuos de bajo costo controlado automticamente. Todas las plantas nuevas de cido sulfrico utilizan el proceso de contacto; una de las desventajas que hicieron desaparecer el proceso de las cmaras de plomo, es que puede producir cido de una concentracin de slo 78%.

TECNOLOGAS EXISTENTES PARA LA PRODUCCIN DE ACIDO SULFRICO

MONSANTO KREBS FLECK QUIMICAL INDUSTRIES INC. (FCII) fue fundada en 1988 con el propsito de proveer servicios de ingeniera y productos exclusivos para sus clientes en la Industria de Acido Sulfrico. Hoy en da, FCII es reconocido como uno de los Consultores Lideres de esta industria y puede adjudicarse como sus clientes a muchos de los mayores productores de cido en Norte Amrica.

DUPONT CLEAN TECHNOLOGIES es una empresa que cuenta con ms de 100 aos de experiencia en la fabricacin y comercializacin de cido sulfrico. La regeneracin de cido sulfrico es una de las actividades comerciales ms importantes de DuPont.

El complejo Morn consta de dos plantas de cido sulfrico, instalacin 215 (simple contacto) e instalacin 218 (doble contacto). La instalacin 215 fue diseada por la empresa MONSANTO en 1967, tiene una capacidad de produccin por diseo de 650 toneladas mtricas diarias (600 toneladas de cido sulfrico al 98% y 50 toneladas de leum), sta produccin se lleva a cabo mediante el proceso de simple contacto. Por otra parte la instalacin 218 fue diseada por la empresa KREBS, en 1989, para una capacidad de produccin de 880 toneladas

36

mtricas diarias (800 toneladas de cido sulfrico al 98% y 80 toneladas de leum), el proceso consiste en el doble contacto, doble absorcin.

PROCESO UTILIZANDO CMARAS DE PLOMO

En el proceso de cmaras de plomo el dixido de azufre (SO2) gaseoso caliente, obtenido de la combustin del azufre o piritas, entra por la parte inferior de un reactor llamado torre de Glover donde es lavado con vitriolo nitroso (cido sulfrico con oxido de nitrgeno (NO) y dixido de nitrgeno (NO2) disueltos en l). Parte de dixido de azufre es oxidado a tritxido de azufre (SO3) y disuelto en el bao cido para formar el cido de torre o cido de Glover (aproximadamente 78% de H2SO4). La torre de Glover tiene como funcin enfriar los gases de combustin, desnitrificar y concentrar el cido producido en las cmaras, adems en ella se producen cantidades importantes del cido. SO2 + NO2 NO + SO3 SO3 + H2O H2SO4 (cido de Glover) De la torre de Glover sale una mezcla de gases (que incluye dixido y tritxido de azufre, xidos de nitrgeno, nitrgeno, oxigeno y vapor) la cual es transferida a una cmara recubierta de plomo donde es tratado con ms agua. La cmara puede ser un gran espacio en forma de caja o un recinto con forma de cono truncado. El cido sulfrico es formado por una serie compleja de reacciones; condensa en las paredes y es acumulado en el piso de la cmara. Pueden existir de tres a seis cmaras en serie, donde los gases pasan por cada una de las cmaras en sucesin. El cido producido en las cmaras, generalmente llamado cido de cmara o cido de fertilizante, contiene de 62% a 68% de H2SO4. NO + NO2 + H2O 2 HNO2 HNO2 + H2SO3 H2SO4 (cido de cmara) Luego de que los gases pasaron por las cmaras se les hace pasar a un reactor llamado torre de Gay-Lussac donde son lavados con cido concentrado enfriado (proveniente de la torre 37

de Glover). Los xidos de nitrgeno y el dixido de azufre que no haya reaccionado se disuelven en el cido formando el vitriolo nitroso utilizado en la torre de Glover. Los gases remanentes son usualmente liberados en la atmsfera.

cido Nitroso

Dixido de Azufre

Figura 12. Diagrama de bloque del proceso de cmara de plomo. PROCESO DE SIMPLE CONTACTO (Planta de cido sulfrico instalacin 215, complejo morn)

Para esta tecnologa de simple contacto se requiere de las siguientes especificaciones:

Materia prima Azufre lquido: con una pureza de 99,5% en peso y en cenizas de 100ppm. Aire seco: con una presin de 1,3kgf/cm2 y en punto de roco menor a -40C. Agua lquida: con una presin de 3 a 4kgf/cm2. 38

Insumos Vapor: a 17 ATA sobrecalentado a 270C. Agua desmineralizada: con una presin de 2,5kgf/cm2 y una temperatura de 28C. Agua de enfriamiento: con una presin de 2,5kgf/cm2 y una temperatura de 32C. Aire para instrumentos: con una presin de 7 a 9kgf/cm2, con una temperatura de 28C y adems con la condicin de seco, filtrado y sin aceite. Energa elctrica: 2400 V Motores con ms de 150 Cv 400 V Motores con menos de 150 Cv 220 V Iluminacin

Compuestos qumicos L-3003R (Tratamiento interno para las calderas). L-3514 (Secuestrante de oxigeno en agua de alimentacin). LG3AR (Inhibidor de corrosin para el condensado). NaOH (Ajuste de pH).

Productos cido Sulfrico Concentracin 98 99 %. Turbidez 150 N.T.U. Hierro 10 ppm.

A continuacin se presenta una descripcin ms detallada del proceso dividido en las siguientes fases:

1. Circuito de gas: Este proceso est formado por cinco etapas principales:

1.1 1.2

Compresin del aire Secado de aire 39

1.3 1.4 1.5

Combustin de azufre Conversin de dixido de azufre (S02) Absorcin de trixido de azufre (SO3)

1.1 Compresin de aire El ventilador principal W-1, acoplado a la turbina TV-1, genera el aire utilizado para la combustin del azufre. El ventilador, de velocidad variable, succiona el aire de la atmsfera y lo descarga a una presin de 0,37 kgf/cm2 y a un rango de temperaturas de ( 70-74)C a la torre de secado C-2. Se dispone de una vlvula mariposa en la descarga del ventilador que permite regular la presin de salida del mismo. En caso de una baja de presin en la descarga, se dispone de un dispositivo de alarma que emite una seal al panel de control. La presin mxima de descarga permitida es de 0,48 kgf/cm2.

1.2 Secado de aire El aire descargado por el ventilador entra a la Torre de Secado C-2 por la parte inferior. En la operacin de secado de aire se pone en contacto, a contracorriente, con cido sulfrico al 98%, que entra a la torre a una temperatura de 70C. El cido inyectado se pone en contacto ntimo con el aire mediante el dispositivo de relleno de la torre (sillas intalox). El aire seco sale por el tope de la torre distribuyndose en una lnea principal y una secundaria. La lnea principal de aire seco entra al cabezal del quemador de azufre (HB-1) para ser utilizado en la combustin del azufre lquido. La lnea secundaria va al convertidor A-1, para ser utilizado como enfriamiento en la salida de los pasos 2 y 3 del mismo. El aire que entra a los pasos del convertidor es regulado mediante las vlvulas de mariposa BV-9/10. La entrada de aire al quemador no posee vlvulas, su inyeccin depende de la presin diferencial entre la presin de la descarga del W-1 y la presin en el quemador de azufre.

1.3 Combustin de azufre El azufre lquido se bombea desde la fosa de sedimentacin hacia el tanque SR-OlA; desde ah es enviado, de forma atomizada, a travs de la bomba PC-2 a dos quemadores ubicados

40

en el horno de combustin de azufre HB-1. La atomizacin del azufre lquido permite una mejor combustin del mismo, ya que mejora el contacto con el aire seco que viene del ventilador W-1. Aqu se hace reaccionar el azufre con el aire seco (en exceso), proveniente de la torre de secado, para producir dixido de azufre (SO2) a una temperatura aproximada de 900C. La produccin de SO2 est regida por el equilibrio adiabtico de la temperatura de la llama en el quemador de azufre. S2 (L) + 2O2 (g) 2SO2 (g) + Calor El quemador de azufre solamente consume parte del oxgeno que entra al horno. La composicin del gas que sale del HB-1 est determinada por la relacin molar aire/combustible (1,5/2,5 aire/azufre, por diseo) que se haya quemado. La temperatura y composicin de los gases de la salida del horno que establece el diseo son:

S02 02 N2 Temperatura

10% 11% 79% 960C

Los gases de combustin salen del quemador a travs de un ducto, y se enfran en la caldera de calor residual H-2.

1.3.1 Enfriamiento y Filtrado de los Gases Los gases de combustin se enfran en la caldera de calor residual H-2 pasando a travs de los tubos de la misma (piro tubular) e intercambiando calor con el agua desmineralizada proveniente del tambor de vapor SR-5, generando vapor de agua saturado. La caldera de recuperacin H-2 posee un sistema de desviacin de gases de proceso, que permite controlar la gama de temperatura de los gases al filtro entre unos 410-450C. La temperatura de diseo de los gases de proceso al filtro es de 430C (despus del desvo). El lmite inferior de la temperatura de los gases de salida de la H-2 no debe ser menor a 400C, ya que es la mnima temperatura de ignicin del catalizador del convertidor. Los gases de salida de 41

la caldera entran al filtro F1 por la parte superior; una vez realizada la filtracin de la ceniza y el polvo, los gases salen por la parte inferior y entran por el tope del convertidor A-1.

1.4 Conversin del Dixido de Azufre El Convertidor A-1 es el equipo que realiza la oxidacin cataltica del dixido de azufre a travs de un proceso de contacto simple. La reaccin que se verifica es:

SO2 + O2

SO3 (g)

En esta reaccin se combina, de manera definida, el dixido de azufre con cierta cantidad de oxigeno remanente para formar trixido de azufre (SO3). La reaccin se lleva a cabo en presencia de un catalizador de pentxido de vanadio (V2O5). El convertidor se encuentra dividido en cuatro (4) etapas independientes de catalizador:

ler. Lecho: Los gases penetran por la parte superior del convertidor atravesando el ler. Lecho de catalizador, oxidndose aproximadamente el 54,8% del SO2, y aumentndose la temperatura de salida de los gases hasta 600C. La temperatura de entrada al ler. Lecho (aproximadamente 400C) se regula utilizando el desvo de los gases de la caldera H-2. Para elevar la temperatura se abre el desvo; para bajarla se debe cerrar. Se debe manipular con cuidado este desvo, ya que un pequeo cambio tiene un efecto inmediato en la temperatura de entrada del filtro. No debe permitirse que permanezca durante mucho tiempo una temperatura de salida del ler. Paso mayor a 600C, ya que se pueden daar las piezas del equipo.

2do. Lecho: Los gases de salida del ler. Lecho entran al 2do. Lecho, pero antes se enfran en la caldera de calor residual H-3, hasta una temperatura de 420-450C. La temperatura de entrada al 2do. Lecho puede llegar hasta 450C para usar una velocidad de reaccin ms alta a una temperatura ms alta. La temperatura de salida de sta etapa es de unos 480-530C. La conversin del S02 a SO3 en el lecho es de un 87,0% aproximadamente. La temperatura de entrada a este lecho se regula utilizando el desvo de los gases de la caldera H-3. 42

3er. Lecho: Los gases de salida del 2do. Lecho entran al 3cr. Lecho, regulndose la temperatura de entrada mediante la adicin de aire proveniente de la torre de secado. La conversin del SO a SO3 en el lecho es de un 95,0% aproximadamente. 4to. Lecho: Los gases de salida del 3er. lecho se enfran mediante la adicin de aire fro de la torre de secado. Si se ha logrado una alta conversin en los tres primeros pasos, la temperatura de entrada de los gases al 4to. Lecho estar comprendida entre 430- 440C. La temperatura ptima depender de la concentracin de gas, velocidad de produccin y conversin lograda. La conversin en el lecho es de un 97,3% aproximadamente.

1.4.1 Enfriamiento de los Gases de SO3 Los gases de SO3 que salen del convertidor se enfran en un intercambiador gas/Liquido hasta alcanzar la temperatura adecuada para la absorcin. Para ello pasan por el sobrecalentador F-1 donde sobrecalientan el vapor que sale del tambor SR-5; luego pasan hacia el economizador F-2, intercambiando calor con el agua desmineralizada que alimenta el tambor de vapor SR-5. Los gases enfriados en el economizador pasan a la ltima etapa en la produccin de cido sulfrico.

1.5 Absorcin del Trixido de Azufre (SO3) Es la ltima etapa en la produccin de cido sulfrico. El trixido de azufre entra por la parte inferior de la torre de absorcin C-1 y se pone en contacto, a contracorriente, con cido sulfrico al 98,5%. Durante el ascenso de los gases al tope de la torre el cido sulfrico absorbe el SO3, reaccionando con el agua contenida en el cido, generando as cido sulfrico. SO3(g) + H2O (L) H2SO4 El cido absorbente se diluye con agua a la concentracin deseada antes que se bombee a la parte superior de la torre de absorcin. El cido producido en la torre cae por gravedad al tanque SR-3.

2. Circuito de Acido y leum 43

2.1 Sistema de cido Circulacin: El cido que deja la torre de absorcin se mezcla con el cido proveniente

de la torre de secado y pasa al tanque SR-3. El resultado de esta mezcla es un cido con concentracin superior a la requerida para la absorcin, secado y produccin. Concentracin: Para controlar la concentracin se inyecta agua al tanque SR-3. Una vez

controlado este parmetro, el cido es bombeado por las bombas PC-8/9 hacia los enfriadores de cido F-3/4/5, donde se alcanzan las temperaturas ptimas para la absorcin, secado y almacenaje (88C, 55C y 43C respectivamente). El cido que sale del enfriador F-3 es enviado a la torre de secado. Parte de sta corriente regresa al enfriador F-5 para seguir a almacenaje (el F-3 es el enfriador de la torre de secado y el F-5 es el enfriador de cido para almacenaje). La salida del enfriador F-4 es enviada a la torre de absorcin C-1.

2.2 Sistema de leum La formacin de leum, se lleva a cabo por la absorcin del trixido de azufre en una corriente de leum recirculado a travs de la torre de leum C-3. El leum es enfriado, recirculado a la torre y el exceso es extrado como produccin y enviado a los tanques de almacenamiento. En la actualidad el circuito de leum de la Instalacin 215 de cido Sulfrico del Complejo Petroqumico Morn se encuentra fuera de servicio. 2SO3 (g) + H2SO(L) H2S2O7 (L)

3. Recuperacin de calor El agua desmineralizada entra como alimentacin al Desgasificador D-1 siendo regulado el flujo mediante la vlvula de control de nivel LC-102. El agua entra al D-1 ponindose en contacto con vapor de baja presin para eliminar trazas de oxgeno disuelto en el agua. Del fondo del desgasificador el agua fluye hacia la succin de la turbo- bomba PC-4, y se descarga a una presin de 22 kgf/cm2 al tambor de vapor SR-5. Antes de entrar a este tanque, el agua pasa por los serpentines del economizador F-2, donde intercambia calor con los gases de salida del convertidor F-1 para luego entrar al tambor de vapor.

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El fondo del SR-5 est interconectado a dos calderas de calor residual, H-2 y H-3 en donde el agua que fluye del SR-5 se convierte en vapor En la caldera H-2 el agua, a una temperatura de 206C, se calienta hasta convertirse en vapor mediante el intercambio de calor con los gases calientes que provienen del quemador de azufre HB-1. En la caldera H-3 el intercambio de calor se realiza con los gases provenientes del 1 er. Paso del convertidor A-1. El vapor producido en las calderas sale por el tope del SR-5 a una presin de 17,5 kgf/cm2 este vapor pasa a sobrecalentarse en el sobrecalentador a travs del intercambio de calor con la salida directa del ltimo paso del convertidor. El vapor generado y sobrecalentado pasa a la red interna de la planta como Vapor de Media Presin, utilizndose para: Accionar la turbina TV-4. Almacenaje de azufre. Quemador y ventilador principal de aire W-1.

El vapor no consumido pasa a la red general de vapor del Complejo.

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Figura 13. Diagrama de bloque de cido sulfrico instalacin 215

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P=1kg/cm2

C-2

T= 6785C F= 98 300TMH % T=34 C

F-5

PRODUCCI N

T= 8890C F=1000 98TMH98,5%

T=150C

D-1 PC-4 TV-4

C-1TV-5

PC-5

T= 60CP=0.34Kg/cm

F-32

F-4

TV1

T= 100C 98,5 - 99% Agua Potable Agua de Enfriamient o T=96 C 96%SR-3

SR-5

P =17 kg/cmT=200C

2

PC-10 P=17kg/cm 18 kg/cm 2 T =300C PC-02C/D2

H-3

I IIF-1

T= 204C

III IV T =70CP =0,33kg/cm2

F-2

T=420-450CHB-1T=960C

02 FOSA DE RECEPCINSR-01 SR-01A

B A

FI-1 H-2TV-4,5

P= 2 4kg/cmT= 140C

T=206 C 2 P=4 kg/cm

PCV-104 EXP. 7.66 TMH

Figura 14. Diagrama de proceso de cido sulfrico. Instalacin 215 47

PROCESO DE DOBLE CONTACTO O DE DOBLE ABSORCIN (planta de cido sulfrico instalacin 218, complejo morn)

Para esta tecnologa de simple contacto se requiere de las siguientes especificaciones:

MATERIA PRIMA Azufre lquido: con una pureza de 99,5% en peso y en cenizas de 100ppm. Aire seco: con una presin de 1,3kgf/cm2 y en punto de roco menor a -40C. Agua lquida: con una presin de 3 a 4kgf/cm2.

INSUMOS Vapor: a 17 ATA sobrecalentado entre 390C y 400C. Agua desmineralizada: con una presin de 2,5kgf/cm2 y una temperatura de 28C. Agua de enfriamiento: con una presin de 2,5kgf/cm2 y una temperatura de 32C. Aire para instrumentos: con una presin de 7 a 9kgf/cm2, con una temperatura de 28C y adems con la condicin de seco, filtrado y sin aceite. Energa elctrica: 2400 V Motores con ms de 150 Cv 400 V Motores con menos de 150 Cv 220 V Iluminacin

COMPUESTOS QUMICOS L-3003R (Tratamiento interno para las calderas). L-3514 (Secuestrante de oxigeno en agua de alimentacin). LG3AR (Inhibidor de corrosin para el condensado). NaOH (Ajuste de pH).

PRODUCTOS cido Sulfrico al 98% p/p: Concentracin 98 99 %. Turbidez 150 N.T.U. 48

Hierro 10 ppm. leum (H2SO4 + SO3): Concentracin 106,9 % H2SO4 en peso (100% H2SO4 + 32% p/p SO3 disuelto) Hierro 42 ppm mx.

DESCRIPCIN DEL PROCESO

La produccin comprende tres etapas principales:

Oxidacin del azufre (combustin) Azufre lquido y aire seco se llevan a un horno donde se realiza la oxidacin cataltica del azufre con el oxgeno contenido en el aire, bajo la siguiente reaccin: S2 (L) + 2O2 (g) 2SO2 (g)

Oxidacin cataltica de oxigeno de azufre (conversin de SO2 a SO3) El gas producido en el horno se enfra y se lleva al reactor o convertidor. En cuatro etapas, se produce la reaccin entre el dixido de azufre y el oxgeno en presencia de un catalizador a base de pentxido de vanadio (V2O5).

2SO2 + O2

2 SO3 (g)

Absorcin del trixido de azufre con cido sulfrico El gas de salida del convertidor es absorbido con cido sulfrico al 98% en concentracin en torres empacadas mediante un mecanismo de absorcin con reaccin. SO3(g) + H2O (L) H2SO4 (L) A continuacin se presenta una descripcin ms detallada del proceso dividido en las siguientes fases: 1. Circuito de gas 49

2. Circuito de acido leum. 3. Recuperacin de calor.

CIRCUITO DE GAS Est conformada por las siguientes etapas: Compresin de aire. Secado de aire. Combustin de azufre. Conversin de azufre. Conversin de dixido de azufre (SO2) Absorcin del trixido de azufre (SO3): Absorcin intermedia. Absorcin final.

Compresin de aire El aire que se alimente a la plante entra al filtro FI-05 para retirar el material particulado presente. De all pasa a la turbia TV-01 que alimenta al ventilador principal VV-01. El ventilador succiona el aire y lo descarga a una presin de 01.42 kgf/cm2 (de diseo) y a una temperatura alrededor de los 60-70 C a la torre de secado C-01. Se dispone de la vlvula mariposa HV-311 en la descarga del ventilador que permite regular la presin a la salida del mismo.

Secado de aire El aire descargado por el ventilador VV-01 entra a la torre de secado C-01 por la parte inferior. En la operacin, el aire hmedo se pone en contacto (a contracorriente) con acido sulfrico a 98.5%, que entra a la torre a una temperatura de 45C. El aire inyectado se pone en contacto ntimo con el cido sulfrico mediante el dispositivo de relleno de la torre (sillas intalox). El aire seco sale por el tope de la torre distribuyndose en una lnea principal y una secundaria. La lnea principal de aire seco entra al cabezal del quemador de azufre HB-01 para ser utilizado en la combustin del azufre lquido. La lnea secundaria va al convertidor A-01 para ser utilizada como corriente de enfriamiento en la 50

salida del segundo paso. El arrastre de acido en la corriente de aire se elimina por medio de eliminadores de neblina.

Combustin de azufre El azufre lquido se bombea desde la fosa de sedimentacin hacia el tanque SR-01; desde all es enviado, de forma atomizada, a travs de la bomba PC-02A/B a dos quemadores ubicados en el horno de combustin de azufre HB-01. La atomizacin del azufre lquido permite una mejor combustin del mismo, ya que mejora el contacto con el aire seco que viene del ventilador W-01. Aqu se hace reaccionar el azufre con el aire seco (en exceso), proveniente de la torre de secado para producir dixido de azufre (SO2) a una temperatura aproximada de 1100-1150 C. La produccin de SO2 est regida por el equilibrio adiabtico de la temperatura de la llama en el quemador de azufre. S2 (L) + 2O2 (g) 2SO2 (g) El quemador de azufre solamente consume parte del oxgeno del horno. La composicin del gas que sale del horno est determinada por la relacin molar aire/combustible (1.5/2.5 aire/azufre, por diseo) que se haya quemado. La temperatura y composicin de los gases la salida del horno que establece el diseo son:

SO2 O2 N2 Temperatura

12% 9% 79% 1100-1150C

Los gases de combustin salen del quemador a travs de un ducto, y se enfran en la caldera de calor residual H-02B.

Enfriamiento de los gases Los gases de combustin se enfran en la caldera de calor residual HB-02B pasando a travs de los tubos de la misma (piro tubular) e intercambiando calor con el agua 51

desmineralizada proveniente del tambor de agua saturado. La caldera posee un sistema de desviacin de los gases de proceso, lo que permite controlar la temperatura de los mismos a la entrada del sobrecalentador F-09 alrededor de los 500C. El sobrecalentador externo (F-09) enfra los gases de combustin desde los 500C hasta aproximadamente 430C, a travs de una corriente de vapor. Una vez ajustada la temperatura los gases pasan al convertidor.

Conversin del dixido de azufre (SO2) El convertidor A-01 es el equipo que realiza la oxidacin cataltica del dixido de azufre, a travs de un proceso de doble contacto. A diferencia de la instalacin 215, el filtro encargado de retirar la ceniza y polvo presentes en la corriente de gas (FI-04) se encuentra por encima de la entrada a la primera etapa de la conversin. Realizada la filtracin, los gases libres de material particulado pasan a la primera etapa de conversin. La reaccin que se verifica en el equipo es:

2SO2 + O2

2 SO3 (g)

En la reaccin se combina, de manera definida, el dixido de azufre con cierta cantidad de oxgeno remanente para formar trixido de azufre. La reaccin se lleva a cabo en presencia de un catalizador de pentxido de vanadio (V2O5). El convertidor se encuentra dividido en cuatro etapas independientes de catalizador:

1er lecho: el primer lecho de catalizador se encuentra por debajo de del filtro FI-04, y est ubicado en la parte inferior del convertidor. Los gases penetran a esta etapa a una temperatura aproximada de 430 C, oxidndose el 55% del SO2, y aumentndose la temperatura de salida de los gases hasta 615 C. La temperatura de entrada al 1er lecho se regula utilizando el desvo de los gases de la caldera H-02B. Actualmente ste se encuentra en modificacin por lo que no esta operativo. Para elevar la temperatura se abre el desvo; para bajarla se debe cerrar. Se debe manipular con cuidado el desvo, ya que un pequeo cambio tiene un efecto inmediato en la temperatura de entrada del filtro. No debe permitirse que permanezca durante

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mucho tiempo una temperatura de salida del primer paso mayor a 615C, ya que se pueden daar las piezas del equipo.

2do lecho: los gases de salida del primer lecho salen del convertidor y pasan al equipo F-03, que es un intercambiador gas-gas de alta temperatura; aqu la corriente gaseosa se enfra hasta alcanzar una temperatura de 435 C. Luego de alcanzar esta temperatura entran al segundo lecho, ubicado en el tope del equipo A-01. La temperatura de salida de esta etapa es de unos 522C. La conversin que se alcanza en el lecho es de un 80% aproximadamente.

3er lecho: los gases de salida del segundo lecho entran a la tercera etapa, ubicada debajo de la segunda. Entre estos lechos, los gases calientes se enfran con la ayuda de una corriente de aire fro, proveniente de la torre de secado de aire C-01. La conversin que se alcanza en esta etapa es del 91,5%. Los gases salen a una temperatura de 487C.

4to lecho: los gases de salida del tercer lecho salen del convertidor para enfriarse en el economizador F-02, alcanzando una temperatura de 200C aproximadamente. La corriente gaseosa pasa a la seccin de absorcin (torre C-02); a la salida de la seccin se calientan a travs de los intercambiadores F-04 y F-03 (de baja y de alta temperatura, respectivamente) y entran a la 4ta etapa de conversin a una temperatura de 425C. Se alcanza una conversin de 99,7%, asegurando que se cumplan las regulaciones sobre contaminacin ambiental. Los gases salen de esta etapa a 450C.

Enfriamiento de los gases de SO3 Los gases de SO3 que salen de la ltima etapa de conversin se enfran en el evaporador F-01, alcanzando una temperatura aproximada de 350C, incrementando la produccin de vapor. Este gas se enfra posteriormente hasta 180C en el intercambiador gas-gas de baja temperatura F-04, donde se calientan a su vez los gases provenientes de la torre de absorcin intermedia C02. Alcanzados los 180C, la corriente gaseosa pasa a la ltima etapa de produccin de cido sulfrico.

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Absorcin de trixido de azufre (SO3) La absorcin en la instalacin 218 se realiza en dos etapas: Absorcin intermedia. Absorcin final.

Absorcin intermedia: La torre de absorcin intermedia C-02 absorbe el trixido de azufre formado en las tres primeras etapas de conversin, mediante el contacto a contracorriente con cido sulfrico al 98,5%. Los gases que salen de la tercera etapa de conversin se enfran en el economizador F-02 hasta los 200 C; parte de esta corriente de gases se desva hacia la torre de leum C-04, donde es absorbido el SO3 contenido en ella, el resto contina hacia la torre de absorcin intermedia y antes de entrar a la torre, la corriente se mezcla nuevamente con otra corriente gaseosa que proviene de la torre de leum. El gas entra por la parte inferior de la torre C-02 y se ponen en contacto con una corriente de cido sulfrico al 98,5%. Durante el ascenso de los gases al tope de la torre el cido sulfrico absorbe el SO3, reaccionando con el agua contenida en el cido, generando H2SO4. SO3(g) + H2O (L) H2SO4 (L) A la salida de la torre, el gas entra a la cuarta etapa de conversin pasando primero por un intercambiador gas-gas de baja temperatura F-04 y calentado desde 70 hasta 420 C. El cido que se produce por el proceso de absorcin pasa por un proceso de ajuste de concentracin, enfriamiento y recirculacin. Absorcin final: La torre de absorcin final C-03, absorbe el trixido de azufre formado en la ltima etapa de conversin, mediante el contacto a contracorriente con cido sulfrico al 98%. Los gases de la cuarta etapa se enfran en el evaporador F-01 hasta 350 C y luego, a travs del intercambiador gas-gas de baja temperatura F-04, alcanzan una temperatura de 180C para entrar a la torre de absorcin C-03. La corriente entra por la parte inferior de la torre y se ponen en contacto con una corriente de H2SO4 al 98%. El mecanismo de absorcin del SO3 es el mismo que se da en la absorcin intermedia: los gases que ascienden por la torre se ponen en contacto con el cido sulfrico, absorbiendo el SO3. SO3(g) + H2O (L) H2SO4 (L) 54

Al igual que en la torre de absorcin intermedia se produce un ajuste de concentracin, un enfriamiento y una recirculacin del cido. El exceso recirculado en la torre de absorcin final, correspondiente al exceso de cido en el circuito completo de recirculacin, es extrado como cido de produccin, el cual es enfriado hasta 40C en el enfriador EA-05 y enviado a los tanques de almacenamiento SR-16/17/18.

CIRCUITO DE CIDO Y LEUM

Sistema de cido El cido que se forma en las torres de absorcin C-02 y C-03 (absorcin media y final), al igual que el utilizado en la torre de absorcin C-01, pasan por un proceso de ajuste de concentracin y temperatura para poder ser retornados al proceso. El H2SO4 en exceso que deja la torre de absorcin final, y que corresponde al exceso en el circuito completo de recirculacin, es extrado como cido de produccin.

Sistema de leum La formacin de leum, se lleva a cabo por la absorcin del trixido de azufre en una corriente de leum recirculado a travs de la torre de leum C-04. La corriente gaseosa que sale de la tercera etapa del convertidor A-01 se enfra en el economizador F-02 y se desva una parte de esta, por medio de la vlvula HV-309, hacia la torre de leum C-04; aqu se pone en contacto a contracorriente con leum recirculado. El leum que sale de la torre se enfra en el equipo EA04 y a recirculacin, el exceso se extrae como produccin y se enva a los tanques de leum SR19/20.

RECUPERACIN DE CALOR El enfriamiento del gas que proviene del horno H-01, antes de entrar a la primera etapa de conversin, se realiza en la caldera H-02B y el sobrecalentador F-09, donde se produce vapor a una presin de 30 Kg/cm2 y una temperatura de 400 C. La caldera de recuperacin se alimenta con agua desgasificada proveniente del tambor de vapor SR-04. Esta se calienta inicialmente en el economizador F-02, donde el gas de la tercera etapa de conversin es enfriado. El calentamiento del agua de alimentacin permite un ahorro de 55

energa en la caldera y en el evaporador, ya que todo el calor que se suministra al agua se utilizar en la generacin de vapor y no en el incremento de su temperatura. Por ltimo, el evaporador se usa para enfriar el gas de proceso despus de la ltima etapa de conversin, y se utiliza para generar un vapor adicional al producido por la caldera. El evaporador F-01 est conectado directamente al tambor de vapor de la caldera SR-05. El vapor saturado generado en el evaporador y en la caldera se sobrecalienta en el sobrecalentador F-09 y se enva a la red interna de la planta.

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Azufre

Aire

Figura 15. Diagrama de bloque del mtodo de doble contacto (instalacin 218).

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VAPOR

SR-01A (AZUFRE )T=14 0c P= 4kg/c m2 PCAIRE 02A/B

T=11001150c HB-01 70c H-02B

AGUA

Desmineralizada500 c F-09 430c

Vapor 30 Kg/cm2

FI05VV-01 60C

45c C-01435c

400C

SR-04

425C64C

2 LECHO 522c 3 LECHO 4 LECHO

487c 450c

EAPC-05A/B 01

180c F-04 246c F-03 70c

SR16/17/18 (H2SO4 98%)

FI-04

45cATM 60-70c

615c

1 LECHO

EA-05

200c 45C

70c EA-03

C-03

EA-02

40C C-02 EA04 C-04

F-02 F-01 63c

SR-19/20 (LEUM 106,7%)

87c PC-07

100c PC-06A/B

PC-08350C

Figura 16 . Diagrama del proceso de cido sulfrico instalacin 218 58

PRINCIPALES VARIABLES DE CONTROL

Para que un proceso se lleve a cabo, es importante mantener el control de ciertas variables, esto se debe a que si se trata de un proceso qumico o petroqumico, el cual est caracterizado por la existencia de reacciones qumicas, se deben alcanzar y mantener las condiciones para que la reaccin se lleve a cabo y obtener el producto deseado. De all la importancia de las variables de control, en muchos casos estas variables son controladas automticamente para disminuir los errores y por lo tanto las prdidas de produccin. En el caso de la produccin de cido sulfrico las principales variables de control son: Proceso de contacto simple: Compresin de aire: la presin mxima de descarga permitida es de 0,48 kgf/cm2. Combustin de azufre: la relacin molar (1,5 / 2,5) aire/azufre. La temperatura en la combustin del SO2 debe ser de 900C. Enfriamiento y filtrado de los gases: la temperatura de los gases a salida de la caldera no debe ser menor a 400 C. La Temperatura de los gases de proceso al filtro es de 430 C. Convertidor del dixido de carbono: 1er lecho: la temperatura mxima de salida de los gases es de 600 C. La temperatura mnima de entrada es de 400 C, . 2do lecho: la temperatura mxima de entrada de los gases es de 450 C. La temperatura de salida debe estar entre (480-530) C. 4to lecho: la temperatura de entrada debe estar entre (430-440) C.

Las temperaturas ptimas para la absorcin, secado y almacenaje son 88C, 55C y 43C respectivamente.

Proceso de doble contacto: Compresin de aire: la presin de descarga es de 1,42 kgf/cm2. Combustin de azufre: la relacin molar (1,5 / 2,5) aire/azufre. La temperatura en la combustin del SO2 debe ser de 1100-1150C. 59

Enfriamiento de los gases: la temperatura de salida debe ser aproximada de 430 C. Convertidor del dixido de carbono: 1er lecho: la temperatura de salida de los gases 615 C. La temperatura de entrada de los gases debe ser de 430 C. 2do lecho: la temperatura de entrada de los gases debe ser 450 C. 4to lecho: la temperatura de entrada de los gases debe ser 425 C. La temperatura de salida de los gases debe ser 450 C.

Absorcin final: la temperatura de los gases de entrada debe ser 180 C.

RIESGOS ASOCIADOS En toda planta existen unos riesgos asociados a la lnea de produccin, estos riesgos se pueden definir como los peligros a los cuales estn expuestos los trabajadores, y que pueden causarles lesiones o enfermedades ocupacionales. En la produccin de cido sulfrico podemos encontrar los siguientes riesgos asociados:

Riesgo Mecnico El riesgo mecnico es aquel que puede producir lesiones corporales tales como cortes,

abrasiones, punciones, contusiones, golpes por objetos desprendidos o proyectados, atrapamientos, aplastamientos, quemaduras, etc. Tambin se incluyen los riesgos de explosin derivados de accidentes vinculados a instalaciones a presin. Este tipo de riesgo se corre en el rea de almacenamiento y manejo de la sustancia, as como en equipos como el compresor, el cual tiene un ventilador (parte mvil) y trabaja con altas presiones. Es recomendable para evitar este tipo de riesgo:

1. Cerciorarse, antes de su uso, de que las mquinas y equipos no tienen quitados los dispositivos de seguridad, enclavamiento y emergencia. Bajo ningn concepto, salvo en operaciones de reparacin y mantenimiento con la mquina desconectada, deben quitarse estos dispositivos de seguridad.

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2. Respetar las zonas sealizadas como de accin de las mquinas que disponen de partes mviles. No acceder a las reas de riesgo mientras la mquina est en funcionamiento o conectada. 3. Atender a la sealizacin de seguridad (pictogramas) que marca los riesgos potenciales de los lugares de trabajo. 4. No fumar, comer o beber durante la realizacin de las tareas. 5. Llevar el pelo corto o recogido y no llevar prendas que puedan dar lugar a atrapamientos o enganches por las partes mviles de las mquinas (corbatas, bufandas, pauelos, colgantes, pulseras, anillos, etc.). 6. Utilizar los medios de proteccin colectiva (aspiraciones generales) o equipos de proteccin individual en las operaciones que sean necesarios (cascos, gafas o pantallas de proteccin facial, mandiles, guantes, polainas, calzado de seguridad) 7. Verificar la disponibilidad de iluminacin suficiente en la zona de trabajo. 8. Mantener limpio y ordenado el taller y el puesto de trabajo: mquinas, suelos y paredes libres de desechos, derrames, virutas o papeles.

Riesgo qumico

Riesgo qumico es aquel que se deriva del uso o la presencia de sustancias qumicas peligrosas. Una sustancia es peligrosa cuando presenta una o varias de las caractersticas siguientes: - Es peligrosa para la salud. - Puede provocar incendios y explosiones. - Es peligrosa para el medio ambiente

Cuando una sustancia qumica es peligrosa para la salud de las personas hablamos de riesgo txico. Este riesgo se puede llegar a materializar si la exposicin al agente qumico no est controlada. El riesgo txico de un producto qumico depende de dos factores: la toxicidad y de la dosis absorbida, donde influyen una serie de factores: composicin, propiedades, concentracin, duracin de la exposicin, va de entrada al organismo y carga de trabajo. La absorcin de una sustancia qumica por el organismo se efecta principalmente a travs de cuatro vas: 1. Inhalacin: las vas respiratorias son las principales vas de penetracin de las sustancias qumicas. Desde los pulmones los agentes qumicos pasan a la sangre, pudiendo afectar 61

entonces a otros rganos como el cerebro, hgado, riones, etc. o atravesar la placenta y producir malformaciones fetales. 2. Ingestin: el producto txico se introduce a travs de la boca, por contaminacin de alimentos o bebidas, o cuando tras haber manipulado un producto qumico, se llevan las manos a la boca para fumar o simplemente como un gesto inconsciente. 3. Drmica: algunas sustancias qumicas, como las irritantes o las corrosivas, producen dao al poner en contacto con la piel, las mucosas o los ojos, o a travs de pequeas lesiones cutneas. 4. Parenteral: se produce por penetracin del contaminante por discontinuidades en la piel como cortes, pinchazos o la presencia de lceras, llagas u otras heridas descubiertas.

Este tipo de riesgos est presente en la planta ya que el cido sulfrico es altamente corrosivo, Un peligro importante en la manipulacin del Acido Sulfrico lo constituye su dilucin en agua. Cuando el Acido Sulfrico se mezcla con agua, se produce una gran cantidad de calor, que dependiendo de la cantidad relativa de las dos sustancias puede provocar un incremento considerable en la temperatura de la solucin e incluso puede generar ebullicin violenta. Este comportamiento es ms marcado y peligroso en procedimientos de mezcla donde se adiciona agua sobre el Acido concentrado y por eso no se recomiendan. Los riesgos de explosin se dan por el contacto de esta sustancia con qumicos como la acetona (CH3-CO-CH3), los alcoholes, combustibles, las bases fuertes concentradas y algunos metales finamente divididos. La emisin de gases txicos, que en general corresponden a Oxidos de Azufre SOx, se da por el calentamiento del Acido, descomponindose por completo a temperaturas del orden de 340 C Los peligros mas graves de exposicin al Acido Sulfrico se dan en derrames accidentales durante su transporte y manipulacin. Niveles mucho ms bajos estn presentes en la atmsfera por oxidacin de xido de Azufre generado en plantas donde se libera como emisin. El dixido de azufre es un gas irritante y txico. Afecta sobre todo las mucosidades y los pulmones provocando ataques de tos. Si bien ste es absorbido principalmente por el sistema nasal, la exposicin de altas concentraciones por cortos perodos de tiempo puede irritar el tracto respiratorio, causar bronquitis y congestionar los conductos bronquiales de los asmticos. La concentracin mxima permitida en los lugares de trabajo es de 2 ppm El grado de afectacin a 62

los diferentes individuos se ve agravado por enfermedades respiratorias crnicas como asma, a nivel respiratorio; enfermedades gastrointestinales crnicas, como gastritis, a nivel gstrico y enfermedades oculares o cutneas, como conjuntivitis crnica o dermatitis.

Riesgo Elctrico Se define como la posibilidad de circulacin de la corriente elctrica a travs del cuerpo

humano. Segn el tiempo de exposicin y la direccin de paso de la corriente elctrica para una misma intensidad pueden producirse lesiones graves, tales como: asfixia, fibrilacin ventricular, quemaduras, lesiones secundarias a consecuencia del choque elctrico, tales como cadas de altura, golpes, etc. Puede ocasionar la muerte. Este riesgo esta presente en la produccin de cido sulfrico debido a que se necesita de energa elctrica para que la planta opere, y ello conlleva a este tipo de riesgo.

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MERCADO DEL PRODUCTO

Ubicado en las costas del estado Carabobo-Venezuela, en las cercanas de la poblacin de Morn, est el Complejo Pequiven, el cual inici sus operaciones en 1956. En el complejo, a partir del Gas Natural, el Azufre y la Roca Fosftica se desarrollan lneas de productos intermedios y terminados estratgicos, cuyos usos estn asociados con la vida diaria de la poblacin, uno de ellos es la produccin de cido sulfrico a 98%.

La capacidad de produccin de las plantas del Complejo es la siguiente:

Planta Amonaco Urea Fertilizantes Granulados NPK cido Sulfrico cido Fosfrico leum Roca Fosftica Roca parcialmente acidulada Solucin Amoniacal Sulfato de Amonio

Capacidad MTMA* 200 250 365 460 79 16 400 100 2 99

* MTMA: Miles de toneladas mtricas ao. El cido sulfrico, es utilizado en una serie de procesos qumicos, como: en la descomposicin de minerales, para separar los elementos valiosos encerrados en ellos y en la captacin del azufre de las emisiones atmosfricas, es uno de los lquidos vitales del sistema industrial mundial. Su produccin se realiza mayoritariamente por tostacin de azufre y de piritas (mineral de hierro sulfurado). Generalmente esta operacin se realiza en las cercanas a los lugares de 64

consumo y de acuerdo a la demanda, a fin de evitar transportes y almacenamientos significativos. Es lo que se llama produccin voluntaria. Las cada vez ms estrictas y extensivas normas medioambientales sobre emisin de gases sulfurosos, han transformado a la produccin de cido sulfrico en una de las mejores alternativas para abatir el azufre contenido en los gases emitidos por las industrias, esencialmente de tipo metalrgicas (fundiciones y otras). Es lo que se reconoce como produccin obligada, la cual se realiza junto a la usina generadora de los gases y no necesariamente cercana a los centros de consumo. Para el ao 2001, se estima que la produccin mundial alcanza a los 170 millones de toneladas, de las cuales la produccin voluntaria alcanza al 76% (un 70% a partir de azufre y 6% a partir de piritas), mientras que el 24% corresponde a produccin obligada a partir de gases sulfurosos. Adems, se recuperan 6 millones de toneladas a partir de cido gastado. El consumo mundial, de similar magnitud, est dominado por la industria de los fertilizantes fosfatados con un 69% del total. La minera ha alcanzado una participacin del 7%. A su vez, diversidad de aplicaciones de la industria qumica y otros usos explica el 24% del consumo restante. El cido sulfrico en minera es relevante como reactivo de lixiviacin de minerales de cobre para la obtencin de ctodos Sx-Ew y, en menor medida para lixiviar minerales de nquel. Chile es el principal productor de este tipo de cobre refinado, lo que le otorga relevancia en el mercado internacional del cido.

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Produccin de cido Sulfrico24% 6% 70%Azufre Piritas Gases

Figura. 17. Materia prima empleada para la produccin mundial del cido sulfrico.

Consumo Mundial de cido Sulfrico 24%Quimica

69%

7%

Minera Fertilizantes

Figura. 18. Consumo mundial del cido Sulfurico

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Tabla. 1. Principales pases productores y consumidores de cido sulfrico en el ao 2001 Pas EE.UU China Rusia Marruecos India Brasil Japn Alemania Chile Australia Mxico Canad Corea Venezuela y otros Consumo (MT) 38.500 25.200 12.300 8.300 6.900 6.000 5.600 5.300 4.300 4.200 3.800 3.200 2.800 43.600 %Participacin 22,7 14,9 7,3 4,9 4,1 3,5 3,3 3,1 2,5 2,5 2,2 1,9 1,7 25,6 Produccin (MT) 36.000 24.700 12.200 8.300 6.400 5.600 6.900 4.800 3.800 3.900 4.300 4.100 3.800 45.200 % Participacin 21,2 14,5 7,2 4,9 3,8 3,3 4,1 2,8 2,2 2,3 2,5 2,4 2,2 26,6

Fuente: Elaborado en COCHILCO, basado en datos del British Sulphur

La logstica del cido sulfrico es compleja debido a su condicin de sustancia corrosiva. Por ello, el comercio internacional no supera al 6% del consumo mundial y, por cierto, proviene de las fuentes de produccin obligada que deben buscar mercados, generalmente lejanos, para colocar oportunamente el cido. A pesar de su limitado tamao, este mercado es muy dinmico por los flujos programados desde zonas con excedentes a las zonas deficitarias, ms los flujos imprevistos por desajustes en la cadena produccin-consumo, sea por excedentes puntuales que deben buscar colocacin inmediata y/o dficit que deben ser satisfechos prontamente, dado que es una sustancia que no admite stocks significativos.

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FACTORES RELEVANTES EN LA FORMACIN DEL PRECIO DEL CIDO SULFRICO Dado que el cido sulfrico transable internacionalmente es una pequea fraccin de la produccin global y corresponde a excedentes que es necesario colocar rpidamente, su precio no refleja necesariamente el verdadero costo de produccin. No obstante ello, una serie de factores inciden en la conformacin de niveles precios en el mercado internacional.

Precio del azufre El azufre es el insumo principal en produccin voluntaria de cido sulfrico. A los costos directos de produccin se le suelen restar los crditos por aprovechamiento del vapor y/o energa elctrica. El costo de producir cido a partir de azufre constituye un valor de referencia para el mercado del cido (techo). Existe una correlacin positiva entre el precio cido con el precio del azufre. Los factores principales del precio del azufre son: a) La disponibilidad de azufre (En el mercado internacional hay un excedente estructural por la recuperacin obligada de azufre desde el petrleo y gas natural). b) La demanda de la industria de fertilizantes fosfatados, principal consumidor de azufre para producir cido (plantas de cido integradas al proceso industrial de estos fertilizantes).

Precios en mercados relacionados al cido sulfrico Adems del azufre, otros mercados se relacionan directa o indirectamente con el mercado del cido sulfrico y, por lo tanto, sus precios tienen algn grado de correlacin positiva con el comportamiento del precio del azufre y del cido. Estos mercados son: a) Precios de los metales bsicos (