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Topsoe WSA technology Aplication in a small compact sulfuric acid production unit

Mesa Redonda 2014, Chile

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Presentation – main contents

• Introducción a la Tecnología WSA

• Diferentes Layouts

• Perfil de Procesadora Rio Seco

• Principales equipos

• Resumen

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1944 First Topsøe sulphuric acid catalyst delivered to the market

1970 Topsøe was first to introduce ring-shaped sulphuric acid catalyst for reduced pressure drop

1970s WSA Technology was developed in the late 1970s.

1980The first two plants were built for the company Supra AB in Sweden

Based on condensation of the SA in packed columns cooled by circulating sulphuric acid.

1984 Topsøe was first to introduce Daisy-shaped sulphuric acid catalyst for even lower pressure drop.

1980sA second generation WSA technology was developed.

The cooling and condensation of the SO3 process gas took place in glass tubes cooled on the outside by atmospheric air.

1986 The first plant was built for the company Ferrolegeringar AB (M&P Trollhättan AB) in Sweden.

1988 Topsøe was first to introduce caesium-promoted sulphuric acid catalyst, allowing lower operation temperature and higher conversion

1992 Introduction of VK-WSA, a catalyst specially designed for wet catalysis plants

2002 Introduction of VK-WSX, a catalyst for wet catalysis with special properties for low temperature operation

2007Introduction of sulphuric acid catalyst in the form of 25 mm Daisy-shaped particles, giving improved properties for pressure drop build up in dust contaminated gases

Today More than 135 references

Topsøe y el Ácido Sulfúrico - Hitos

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WSA Technology- “ El concepto”

• .WSA ?? → Wet gas Sulphuric Acid

• Convierte líquidos y gases azufrados (S, H2S, CS2, COS, SO2, H2SO4 gastado,gases de cola, etc. con impurezas de hidrocarburos y NH3) en ácido sulfúricogrado comercial

• Trata las diferentes corrientes en condición húmeda, es decir, no es requeridoel secado de los gases a tratar

• Alta eficiencia energética

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What is WSA?

Wet gas Sulfuric Acid

Un proceso catalítico para la purificación de corrientes con compuestosazufrados, mientras produce ácido sulfúrico grado comercial y vapor de altapresión

S

H2S

RSH

COS

CS2

SO2

SO3

H2SO4

Sulfuric acid

Cleaned gas

HP Steam

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Áreas de aplicación

• Refinerías de Petróleo

• Plantas Petroquímicas

• Industrias basadas en carbón

• Industria Viscosa (fibras celulósicas)

• Plantas de Generación de Energía

• Industrias Metalúrgicas (Fundición de Plomo / CuS, Tostación de MoS2 / ZnS, SinterizaciónPbS)

• Otras (plantas de Acido Sulfúrico, etc…)

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Reacciones Químicas– WSA H2S gas/Azúfre

H2S, S

SO2

SO3

H2SO4 (gas)

H2SO4 (liquid)

Combustion H2S + 1.5 O2 → SO2 + H2O + heat

S + O2 → SO2 + heat

Conversion SO2 + 0.5 O2 → SO3 + heat

SO3 + H2O → H2SO4 (gas) + heat

H2SO4 (gas) → H2SO4 (liquid) + heat

Gas cooling

Condensation

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WSA process lay-out, H2S gas

H2S gas

SO2 converter

Acid cooler

Product acid

Combustion air

Stack gas

Blower

WSA

condenser

Interbedcooler

Interbedcooler

Gascooler

Combustor

Air

Blower

Reaction:

H2SO4 (g) → H2SO4 (liq)

Reaction:

SO3 + H2O → H2SO4 (g)

BFWSteam

drum

WHB

Reaction:

SO2 + ½O2 → SO3

Reaction:

H2S + 1½O2 → SO2 + H2OCW

Superheated steam

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SO2 Converter

Acid cooler

Product acid

Combustion air

Stack gas

Blower

WSA

Condenser

Interbedcooler

Interbedcooler

Gascooler

Combustor

Air

Blower

BFWSteam

Drum

WHB

MCU

ESP

Dust

CW

H2S gas

Atom. air

Spent

acid

Fuel gas

Superheated steam

Diagrama de Procesos, regeneración de ácido gastado

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Diagrama de procesos, H2S gas + SWS gas

H2S gas

SO2

Converter

Product acid

Combustion air

Stack gas

Blower

WSA

Condenser

Combustor

Air

SWS gas

Blower

SCR

Additional reaction:

NH3 + 1.25 O2 → NO + 1.5 H2O

Reaction:

NO + NH3 + 0.25 O2 →

N2 + 1.5 H2O

Super-

heated

steam

BFW

Steam

Drum

MCU

Interbedcooler

Interbedcooler

Gascooler

Acid cooler

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Por qué WSA?

• Recuperación de hasta un 99.99% del contenido de azufre

• El azufre es recuperado en forma de ácido sulfúrico grado comercial

• No se generan productos de desecho

• Se permite la presencia de NH3 e hidrocarburos en la alimentación

• Excelente recuperación energética

• Lay-out simple, pocos componentes

• Atractivos costos de operación y menor inversión en comparación con otras tecnologías

• Muy bajo consumo de agua de enfriamiento

• Bajo consumo de energía

• Alta flexibilidad operacional (Turn down)

• Rango de flujo de gas probado 1000 – 1,200,000 Nm3/h

• Rango de produccion probado 4 - 1,140 TMD

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Incinerator WHB ESP

Conversion Condensation

Incinerator WHBGas Cleaning and Cooling

System WEP ConversionDrying Absorption

Conversion

Absorption

Heat export

Heat loss

Water cooling needed

Heat loss

Water cooling needed

Heat loss

Water cooling needed

Heat export

• Bajo consumo de agua de enfriamiento

• Alta producción de vapor

• Uso de aire caliente para combustion (menor consumo de combustible)

• Menores costos de producción

• Bajo consumo de energía eléctrica (menor resistencia al flujo)

• Ácido cristalino

Heat export

Spent Acid

Sulfur

Off gas

Spent Acid

Sulfur

Off gas

Air

Diagrama Planta SAR DC

Diagrama Planta SAR WSA

SO3 + H2O → H2SO4 SO2 + ½O2 → SO3

SO2 + ½O2 → SO3

SO3 + H2O → H2SO4

SO2 + ½O2 → SO3

SO3 + H2O → H2SO4(g)

SO3 + H2O → H2SO4

H2SO4 (g) → H2SO4 (liq)

H2SO4 + H2O → HSO-4 + H3O

+

Comparativa – Recuperación Energética

Heat loss

Water cooling needed

Ventajas WSA

SCR DNOx

(optional)

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VK-WSA, 25 mm Daisy

VK-WH, 12 mm Daisy

VK-WSA, 12 mm Daisy

VK-WSA, 12 mm Daisy

VK-WSX, 9 mm Daisy

Convertidor de SO2

Bed 1

Bed 2

Bed 3

VK-WSA, 25 mm DaisyExtra dust

guard beds

(optional)

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WSA – SO2 conversion vs. temperature

Inter-bed cooling

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Pressure drop build-up - with and without dust protection layer

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Operating time [months]

500

400

300

200

100

00 6 12 18 24

Re

lati

ve p

ress

ure

dro

p

High dust load

No dust protectionTop layer of 25 mm Daisy

+100%

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Condensador WSA

Cooling air inlet

Clean gas outlet

Hot air outlet

SO3 gas inlet

Sulphuric acid

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Planta WSA Procesadora Industrial Rio Seco

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Procesadora Indrustrial Rio Seco

• Pertenece al Grupo minero Buenaventura en Perú

• Procesadora Industrial Rio Seco S. A. plant, esta ubicada en Hural a 100 km de Lima

• Procesa mineral de plata, para lo que se requiere ácido sulfúrico

• Genera sulfato de manganeso y una corriente con contenido de H2S, la cual requiere sertratada

• La corriente de H2S y una corriente de azufre son alimentadas a la planta WSA para producir60 MTPD de H2SO4 al 98 % para consumo propio

• Puesta en marcha: Septiembre de 2014

• Producción de ácido sulfúrico y tratamiento del gas en la misma unidad

• Producción de vapor de alta presión y generación de electricidad en sitio

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Rio Seco, why WSA Technology?

• Tratamiento de gas procedente de la unidad de cristalización de sulfato de manganeso y producción del ácido sulfúrico requerido en una sola unidad

• Alta recuperación de energía

- Producción de vapor de alta presión (1.5-3 TM/TM @ 60 barg)

- Mayor generación de potencia

• Bajo consumo de agua de enfriamiento (aprox 8 m3/TM)

• Bajo consumo de potencia (50-160 kWh/ton)

• Disponibilidad y entrenamiento de personal - Proceso simple y fácil de operar

• Flexibilidad operacional

• Menor cantidad de equipos

• No se generan corrientes de ácido diluido que requieran tratamiento/neutralización

• Soporte técnico de Topsoe durante toda la vida de la planta

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Rio Seco WSA plant process layout

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Rio Seco WSA plant

18 X 30 m

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Rio Seco: Combustor y caldera de recuperación de calor

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Rio Seco SO2 converter

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WSA condenser – modular construction

Hot Air Outlet

Cooling Air Inlet

Clean Gas Outlet

Product Acid Outlet

Acid Gas Inlet

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Condensador WSA

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Quench/Scrubber system

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Rio Seco sulfuric acid System

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WSA/SNOXTM references

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4

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1

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Oil refining

Coking

Gasification

Metallurgy

Viscose

Sundry applications

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January 2014

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2021

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Acid production: 4 – 1,140 MTPD

More than 135 references

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WSA technology summary

• Tecnología Limpia, probada y confiable

• No consume químicos ni aditivos, y no produce corrientes de desecho

• Ofrece alta recuperación energética y conversión de azufre en forma de ácido comercial

• Posee un layout simple y requiere de áreas relativamente pequeñas para su instlación

• Bajos costos operacionales

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Questions

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Typical scope of supply

• License package

• Basic engineering

• Proprietary equipment

• Catalyst

• Supervision during erection and commissioning

Optional:

• Detailed engineering

• Supply of other equipment

• WSA condenser internals

• Acid vessel, pumps and cooler

• Acid piping and instruments

• Interbed heat exchangers

• Process gas cooler

• Mist control units