Controle Das Emissoes Atmosfericas e Trocadores Gas-gas

1CARAIBA METAISPage 1

COBRAS V Salvador, BA - 2007

Controle das Emisses AtmosfricasTrocadores Gs & Gs

Planta de cido Sulfrico Caraiba Metais S/A

Lus Henrique R. Monteiro Caraiba MetaisGeorge Miller Aker Kvaerner Chemetics

/ AKER KVAERNER

CARAIBA METAISPage 2


Indice

Introduo Evoluo da Capacidade de cido Sulfrico Fluxograma Processo Original Eficincia da Planta Anlise dos problemas Operacionais Modificaes de Projeto


COBRAS V Salvador, BA - 2007Introduo

A Caraiba Metais dispe de uma planta de cido sulfrico projetada pela Natron Engenharia com capacidade de 1.870 tpdpara recuperao dos gases da fundio de cobre em Dias dvila Bahia.A partir do start-up da planta de cido sulfrico (1982) houve uma srie de modificaes que permitiram a expanso da capacidade de produo para 2.475 tpd.

Na medida em que houve um gradual aumento da capacidade de produo, ocorreram vrios problemas operacionais, relacionados com o arraste de gotas de cido sulfrico e/oudeficincia de secagem dos gases que resultaram na corroso dos trocadores de calor gs & gs e incremento das emisses pela chamin do sulfrico.


COBRAS V Salvador, BA - 2007Introduo (Cont.)

Em 2006, conforme anlise dos problemas operacionais, optou-se por uma substancial modificao da tecnologia aplicada originalmente, objetivando evitar falhas operacionais nos trocadores de calor gs & gs e manter sob controle as emisses atmosfricas.


COBRAS V Salvador, BA - 2007Evoluo da Capacidade de Acido Sulfrico

1. Projeto Original - 1982

1. Purificao de gases: 150.000 Nm3/h

2. Absoro e Converso: 193.000 Nm3/h e 9,0 % SO23. Capacidade de Produo: 1.870 t/dia

2. Projeto Atual - 2000



3. Projeto Futuro 2011




COBRAS V Salvador, BA - 2007Fluxograma Original de Processo



Eficincia da Planta Rendimento de enxofre c/ gua cida sulfrico

99,3

5 99,5

7

99,3

9

99,4

0

99,2

7

99,3

0

99,3

0

99,2

8

99,2

3

99,3

9

98,9

7

95,0

7

99,2

0 99,4

3

99,2

4

96,8

1

98,4

2

98,0

1

97,4

1

98,0

1

99,6

9

99,6

3

99,2

5 99,5

2

98,3

4

99,4

8

99,5

3

99,5

4

96,5

3

94,0

94,5

95,0

95,5

96,0

96,5

97,0

97,5

98,0

98,5

99,0

99,5

100,0

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

jul/0

6

ago/

06

set/0

6

out/0

6

nov/

06

dez/

06

jan/

07

fev/

07

mar

/07

abr/0

7

mai

/07

jun/

07

jul/0

7

(PROJETO= 99,6)

M ELHOR



Eficincia da PlantaPerda de enxofre na gua cida - sulfrico

3,95

3,28

4,42

4,91

4,48

5,07

5,35

5,35

4,01

4,79

4,72

4,35

4,334,

46

7,26

4,48

4,48

4,82

4,61

5,42

5,46

4,42

4,73

4,57

3,02

3,04

3,47

4,32

4,31

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

jul/0

6

ago/

06

set/0

6

out/0

6

nov/

06

dez/

06

jan/

07

fev/

07

mar

/07

abr/0

7

mai

/07

jun/

07

jul/0

7

(PROJETO= 2,88) M ELHOR



Eficincia da PlantaPerda de enxofre pela chamin - sulfrico

0,62

0,40 0,

55

0,55 0,

65

0,65

0,67

0,64 0,69

0,56

0,94

4,50

0,74

0,52 0

,71

2,83

1,41

1,81

2,32

1,71

0,28 0,33

0,68

0,45

1,47

0,45

0,43

0,43

3,07

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

jul/0

6

ago/

06

set/0

6

out/0

6

nov/

06

dez/

06

jan/

07

fev/

07

mar

/07

abr/0

7

mai

/07

jun/

07

jul/0

7

(PROJETO= 0,38)

M ELHOR



Anlise dos problemas operacionais trocadores gs & gs

1989 COLD REHEAT EXCHANGER P1104

Baixa eficincia dos eliminadores de nvoa da torre intermediria; Arraste de gotas de cido sulfrico e nvoa para o trocador de calor,

ocasionando acmulo de sulfato c/ cido sulfrico no espelho superior e chicanas do lado do casco c/ corroso dos tubos;

Aes corretivas: Ampliao dos eliminadores de nvoa da torre intermediria.

1991 COLD HEAT EXCHANGER P1101

Baixa eficincia dos eliminadores de nvoa da torre secagem; Arraste de gotas de cido sulfrico e nvoa para o trocador de calor,

ocasionando acmulo de sulfato c/ cido sulfrico no espelho superior e chicanas do lado do casco c/ corroso dos tubos;

Aes corretivas: Ampliao dos eliminadores de nvoa da torre intermediria.




1997 COLD HEAT EXCHANGER P1101 Baixa eficincia dos precipitadores eletrostticos do forno flash, ocasionando

excesso de material particulado no sistema de purificao de gases ; Obstruo dos trocadores de placas da torre de lavagem, ocasionando elevao

da temperatura; Excesso de umidade na corrente gasosa, ocasionando diluio da torre de

secagem, queda do eliminador de nvoas e arraste de gotas de cido sulfrico para o trocador de calor, ocasionando acmulo de sulfato no espelho superior e chicanas do lado do casco c/ corroso dos tubos; Parada da fundio para plugueamento dos tubos ( 5 dias ); Perda de 25% dos tubos do trocador de calor; Perda dos tubos do hot exchanger;

Aes corretivas: Reduo do trip da torre de lavagem; Instalao de analisador de concentrao na torre de secagem c/ alarme; Controle da eficincia dos precipitadores do forno flash baseado no teor de

cobre na gua cida; Substituio do cold heat exchanger ( 2002 ); Retubagem do hot exchanger ( 2003 ).


COBRAS V Salvador, BA - 2007Eliminadores de nvoa torre intermediria


COBRAS V Salvador, BA - 2007Substituio do cold heat exchanger 2002





Anlise dos problemas operacionais trocadores gs & gs2002 COLD HEAT EXCHANGER P1101

Excesso de umidade na corrente gasosa ocasionou diluio da torre de secagem, queda do eliminador de nvoas e tambm corroso da cpula de ao carbono;

Entrada de ar mido c/ formao de cido sulfrico e condensao nas chicanas do lado do casco e corroso dos tubos; Parada da fundio para plugueamento dos tubos ( 5 dias ); Perda de 25% dos tubos do trocador de calor; Elevao das emisses pela chamin do sulfrico;

Aes corretivas: Substituio da cpula de ao carbono p/ inox; Aumento da troca de cido sulfrico entre torre de secagem e

intermediria; Retubagem parcial ( 25% ) do cold heat exchanger ( 2003 );


COBRAS V Salvador, BA - 2007Corroso da cpula torre de secagem

10



Eliminadores de nvoa torre de secagem


COBRAS V Salvador, BA - 2007Eliminadores de nvoa torre de secagem

11


COBRAS V Salvador, BA - 2007Eliminadores de nvoa torre de secagem




2006 COLD HEAT EXCHANGER P1101

Corroso da curva de descarga da bomba de circulao da torre de secagem, ocasionando baixa eficincia de secagem c/ condensao de cido sulfrico nas chicanas do lado do casco e corroso dos tubos; Parada da fundio para plugueamento dos tubos ( 5 dias ); Perda de 25% dos tubos do trocador de calor; Elevao das emisses pela chamin do sulfrico; Perda parcial dos tubos do cold reheat exchanger.

Aes corretivas: Instalado trip de temperatura nas torres de secagem e absoro; Instalada medio de vazo na circulao de cido sulfrico nas torres

de secagem e absoro; Instalado opacimetro nas sada dos precipitadores eletrostticos; Substituio do cold reheat exchanger ( 2007 ); Substituio do cold heat exchanger ( 2007 ); Alterao do projeto dos trocadores de calor gs & gs;

12



Descarga da bomba circulao furada - torre de secagem



Corroso dos tubos - casco do cold heat exchanger

13



Corroso dos tubos - casco do cold heat exchanger



Corroso dos tubos cold heat exchanger

14


COBRAS V Salvador, BA - 2007Corroso dos tubos cold reheat exchanger



Cabeote inferior cold heat exchanger

15


COBRAS V Salvador, BA - 2007Condensao c. Sulfrico cold reheat exchanger



Espelho superior cold heat exchanger

16


COBRAS V Salvador, BA - 2007NOVO PROJETOAlterao do projeto dos trocadores gs & gs

MATERIAIS - PESO:

Projeto Original: tubos e casco em ao carbono c/ peso de 240 toneladas exigindo guindaste de 1.000 toneladas para troca do equipamento;

Projeto Aker Kvaerner Chemetics: at 450 oC pode ser usado o ao carbono! Acima de 450 oC recomendado o uso de ao inox 304 H;

Cold Heat Exchanger: a troca do material de ao carbono para inox proporcionou uma reduo no peso de 240 p/ 125 toneladas, exigindo um guindaste de apenas 450 toneladas;

Cold Reheat Exchanger: apesar da aplicao do ao carbono ao invs de ao inox houve uma reduo no peso de 240 p/ 180 toneladas em funo do projeto dos tubos.



ARRANJO DO FLUXO:

Projeto Original: Tubos: gases da torre de secagem descendente pelos tubos, ocasionando

acmulo de sulfato e cido sulfrico no espelho superior; Casco: gases do terceiro leito do reator ascendentes pelo casco,

ocasionando condensao de cido sulfrico nas chicanas; Projeto Aker Kvaerner Chemetics:

Tubos: gases do terceiro leito do reator descentes pelos tubos, evitando condensao de cido sulfrico no espelho superior e/ou tubos. Caso haja condensao de cido sulfrico nos tubos, o material seria expelido pela corrente gasosa at o cabeote inferior para drenagem;

Casco: gases da torre de secagem ascendentes pelo casco com cmara de separao de gotas, evitando arraste de gotas de cido sulfrico. Caso haja passagem de mist as gotas de cido sulfrico so vaporizadas e/ou condensadas e drenadas para cmara de separao de gotas, evitando corroso dos tubos do lado do casco.

17


COBRAS V Salvador, BA - 2007Rearranjo dos trocadores gs & gs


COBRAS V Salvador, BA - 2007Rearranjo dos trocadores gs & gs

18



PROJETO DO EQUIPAMENTO:

Projeto Trmico: Tubos: possuem fluxo radial c/ arranjo dos tubos com um pitch mais

moderno que o tradicional pitch triangular de 60 graus do projeto original, proporcionando uma velocidade constante ao longo dos tubos, evitando dilatao trmica diferenciada no espelho. Os tubos so soldados ao espelho ao invs de mandrilhados, evitando passagem de gases entre o casco e o tubo.

Casco: projeto diferenciado das chicanas: anis e discos c/ cmara central; proporcionando melhor eficincia de troca trmica, evitando zonas mortas e condensao de cido sulfrico;

Perda de carga: o projeto original proporciona o acmulo de sulfato do lado do casco, sendo que hoje estamos operando com uma perda de carga de 1.000 & 1.100 mm de coluna dgua, respectivamente no cold heat and coldreheat exchanger, ou seja, 1.100 mm de coluna dgua acima do projeto original, representando uma elevao significativa do consumo de energia.



Trocadores de calor gs / gsproprietrios da AKC

AKER KVAERNER

19



Problemas encontrados em projetos de trocador de calor existentes

Baixa eficiencia trmica

Tenses mecanicas extremas

Corroso severa

AKER KVAERNER



Feixe tubular com zonas mortas

Uso ineficiente de umasuperfcie de trocatrmica muito cara

Trocador de calor clssico

AKER KVAERNER

20



Grande gama de aplicaes

Gases:- Quentes, midos e com p- Frios e midos- Quentes e corrosivos

cidos :- Fracos e corrosivos- Fortes e quentes

Materiais de Construo

AKER KVAERNER



PermitidoPermitido pelopelo cdigocdigo ASMEASME

TensesTenses de de projetoprojeto

Temp CTemp C

0

2,5

5

7,5

10

400 450 500 550 600 650

304 S.S.516 Gr. 70Projeo

For

aK

gfx

106

Materiais de Construo

AKER KVAERNER

21




AKER KVAERNER



Arranjo dos tubos


AKER KVAERNER

22



Mudanas constantesna velocidade do gs

Resultam em trocatrmica ineficiente

Arranjo dos tubos


AKER KVAERNER



Tenses extremas entretubos e entre tubos e

espelho


AKER KVAERNER

23



Os tubos se expandem e ouse contraem em razo das

diferentes temperaturasaplicadas ao metal


AKER KVAERNER



Os tubos se expandem e ouse contraem em razo das

diferentes temperaturasaplicadas ao metal

Alguns tubos se expandem e outros

encolhem-se causandovazamentos


AKER KVAERNER

24




AKER KVAERNER



Ataque por particuladocido contido no gs

entrante Corroso severa nasuperfcie do tubo

SO2 Gas Inlet


AKER KVAERNER

25



Resulta em sulfatao querestringe o fluxo SO2 Gas Inlet

Ataque por particuladocido contido no gs

entrante


AKER KVAERNER



Ataque por particuladoacido na entrada do gsno trocador de calor

Classical Heat Exchanger

AKER KVAERNER

26



Effects of Acid Condensation in shell seeping through crevice between tubes and tubesheet

Corroso externavista em tubosretirados de um trocador frio


AKER KVAERNER



O SO3 fluindo de baixopara cima condensa nasuperfcie de metal frio, e acaba sendo arrastado

pelo gs


Falha resultante dacondensao de SO3

AKER KVAERNER

27



Os tubos sofrem de eroso e corroso e acabam por falhar

Falha resultante dacondensao de SO3


AKER KVAERNER



MelhorarMelhorar a a trocatroca trmicatrmica, com vistas a , com vistas a maximizarmaximizara a eficienciaeficiencia de de tubostubos muitomuito caroscaros..

EliminarEliminar ouou minimizarminimizar tensestenses diferenciaisdiferenciais dentrodentrodo do trocadortrocador de de calorcalor..

EnderearEnderear aoao assuntoassunto corrosocorroso SelecionarSelecionar materiaismateriais de de construoconstruo adequadosadequados

parapara a a aplicaoaplicao..

SimplificarSimplificar o o arranjoarranjo dos dos dutosdutos..

PropostaProposta de de MelhoriasMelhorias

AKER KVAERNER

28



Trocador de calor proprietrio da CHEMETICS

Passo radial patenteadopela Chemetics

Arranjo dos tubos emcirculos concentricos

AKER KVAERNER



Velocidade constante damassa de gs atravs do feixe

tubular

Trocador de calor proprietrio da CHEMETICS

AKER KVAERNER

29



Espelho de trocador de calor

gs / gs com passo patenteado

AKER KVAERNER



Disc and donut baffles

Trocador de calor gs / gs

AKER KVAERNER

30



Trocador gs / gs em processode fabricao na diviso

Chemetics da Aker Kvaerner emToronto.

AKER KVAERNER



Lay-out totalmentesimtrico

Total liberdade paraescolha da posio dos

bocais


AKER KVAERNER

31



Materiais de construoselecionados em funo datemperatura de operao

> 450 C = Ao inoxidavel

< 450 C = Ao carbono


AKER KVAERNER



Vestbulo de entrada em aoinoxidavel promove a separao

das gotculas de particuladocido contidas no SO2

SO2 Gas Inlet


AKER KVAERNER

32



SO3 Gas Inlet

Fluxo de cima parabaixo do SO3 previne o

acumulo de gotculas de SO3 dentro dos tubos


AKER KVAERNER



Combustion Gas

Pr aquecedor

GsGs de de combustocombustoatravessandoatravessando o o cascocascoasseguraassegura aquecimentoaquecimento

uniformeuniforme

O vestbulo de entrada revestido de massa de

ceramica

AKER KVAERNER

33



Trocador de calor gs / gs Opes de arranjo

O gs que passa pelo cascoentra pelo fundo, e sai porum bocal lateral.

Nmero impar de passagenspelo casco.

Perda de eficiencia trmicana ltima passagem.

Eficiencia trmica inferior aoprojeto bsico.

AKER KVAERNER



Arranjo ao contrrio O gs que passa pelo casco

entra por um bocal lateral e sai pelo topo.

A primeira passagem menos eficiente .

Eficiencia trmica inferior aoprojeto bsico.


AKER KVAERNER

34



Bocais laterais. Numero par de passes. A primeira e a ultima

passagem so as menoseficientes.

A mais baixa eficienciatrmica entre todas as opes.


AKER KVAERNER



Expanso trmica dentro do trocador

AKER KVAERNER

35



Casco quente


AKER KVAERNER




Casco frio

AKER KVAERNER

36



Solda do anel de expanso ao espelho

AKER KVAERNER



Solda automtica dos tubos ao espelho.

Solda de dois passes aplicada a todos os projetos.

AKER KVAERNER

37



Trocador de re-aquecimento intermediario para a Thai Copper

Pronto para embarque na planta da AKC em Toronto.

AKER KVAERNER



Trocador gs / gs para Zhong Taio Shan, PRC

sendo embarcado na fbrica da AKC Toronto Canada.

AKER KVAERNER

38



O primeiro de 8 trocadores sendo embarcadopara - Agrico Florida de 1984 a 1994

AKER KVAERNER



Reforma de um trocador gs/ gs na IMC-Agrico Florida

AKER KVAERNER

39



Reforma naFalconbridge, Sudbury

AKER KVAERNER



Trocador gs / gs em ao inoxinstalado em 1982, como parte de

uma reforma de fbrica paraDupla Absoro

AKER KVAERNER

40



Trocador gs / gs sendoinstalado na

Ineos, Runcorn UK.

AKER KVAERNER



Trocador gs / gs na Sasol Agri., Julho de2002 durante a fase 2 da

reforma da planta de cido

AKER KVAERNER

41



ConversorConversor de de cidocido sulfricosulfricoNorandaNoranda Minerals, Minerals,

Quebec, CanadaQuebec, Canada

AKER KVAERNER



ConversorConversor parapara plantaplanta de de 1100 ton/1100 ton/diadia de de cidocido

regeneradoregenerado nosnos EUA EUA -- 19881988

AKER KVAERNER

42



ExecuoExecuo: 100% : 100% emem aoao inoxinox 304 304 FabricaoFabricao DediniDedini ParadaParada de 10/2007de 10/2007

TrocadorTrocador gsgs / / gsgs P1101 P1101 fornecidofornecido a Caraba Metaisa Caraba Metais

AKER KVAERNER




ExecuoExecuo: 100% : 100% emem aoao inoxinox 304 304 FabricaoFabricao DediniDedini ParadaParada de 10/2007de 10/2007

AKER KVAERNER

43




ExecuoExecuo: Casco e : Casco e tubostubos: : AoAo CarbonoCarbonoVestbulosVestbulos emem inoxinox 304 304

FabricaoFabricao: Met. Bosch : Met. Bosch ParadaParada de 10/2007de 10/2007

AKER KVAERNER




ExecuoExecuo: Casco e : Casco e tubostubos: : AoAo CarbonoCarbonoVestbulosVestbulos emem inoxinox 304 304

FabricaoFabricao: Met. Bosch : Met. Bosch ParadaParada de 10/2007de 10/2007

AKER KVAERNER

44




Bundle may be located inside converter forhot H/E

CS or SS constructiondepending ontemperature

SS inlet vestibule foracid droplet separation

Freedom to orientnozzles

AKER KVAERNER



Eficiencia otimizada na troca trmica O projeto pode ser otimizado para

equilbrio entre a velocidade na troca de calor e a perda de

Integridade no projeto mecnico Um mnimo de tenses diferenciasi

atravs do espelho e entre tubos e espelho.

Trocador de calorCaractersticas e Benefcios

AKER KVAERNER

45



Enderea a questo do refluxo de particulado cido Flexibilidade ilimitada no arranjo dos dutos Todas as unidades so executveis em fbrica Maior durabilidade Menos manuteno

Trocador de calorCaractersticas e Benefcios

AKER KVAERNER



Agradecemos a sua ateno....

Caraiba Metais &

Aker Kvaerner Chemetics

/ AKER KVAERNER

Documents

Controle Das Emissoes Atmosfericas e Trocadores Gas-gas