HYDROGEN INCIDENTS IN SULFURIC ACID PLANTS

Introdução

As plantas de ácido sulfúrico em contato com a sua forma atual com catalisador de vanádio estão em operação desde a década de 1920, com poucos quaisquer incidentes de hidrogênio relatados. Nos últimos quinze (15) anos houve dezesseis a trinta (16-30) grandes incidentes em todo o mundo, onde o hidrogênio se acumulou na planta de ácido sulfúrico, áreas estagnadas detonaram causando grandes danos ao equipamento da planta, exigindo um tempo de inatividade extenso para reparos. Até à data, felizmente, não há feridos graves ou danos ambientais tem resultado.

A pergunta é: Por que agora e não nos 100 anos anteriores? O que mudou? O que estamos fazendo de diferente no design e / ou operação / manutenção de plantas de ácido sulfúrico hoje ??

E, claro, a questão mais importante é: O que podemos fazer para reduzir o potencial ou impedir um hidrogênio incidente em plantas de ácido sulfúrico?

Um grupo da indústria foi formado há alguns anos, incluindo representantes de consultores, engenharia de projeto empreiteiros e empresas operacionais, para estudar e analisar os incidentes de hidrogênio em todo o mundo para determinar a causar e sugerir maneiras de mitigar o potencial de incidentes com hidrogênio. A principal função do grupo de estudo de hidrogênio é divulgar o hidrogênio e sugerir maneiras de reduzir o potencial de incidentes com hidrogênio.

Esta apresentação analisa as mudanças no projeto e / ou operação e manutenção de plantas de ácido sulfúrico que levaram ao aumento significativo de incidentes com hidrogênio. E fornece recomendações para designers e operadores de maneiras reduzir o potencial de incidentes com hidrogênio. A apresentação complementa / amplia a informação e mitigação sugestões do grupo de estudo de hidrogênio.

De onde vem o hidrogênio - A reação de metais com ácido sulfúrico produz sulfato de metal e hidrogio pela seguinte reaco: M (metal) + H2SO4 (ido sulfico) = MSO4 (sulfato metico) + H2 (hidrogio). Os metais normalmente encontrados em uma planta de ácido sulfúrico são o aço carbono, vários tipos de aço inoxidável e / ou ferro fundido e dúctil. o quantidade de hidrogênio produzido ea taxa de produção de hidrogênio é uma função do metal e sua taxa de corrosão em ácido sulfúrico (a concentração e temperatura do ácido sulfúrico, a velocidade do ácido, etc.), e a área superficial do metal expostos ao ácido sulfúrico. Os metais; aço carbono, aço inoxidável e ferro fundido têm taxas de corrosão relativamente baixas quando expostos a ácido sulfúrico de alta concentração na faixa de 90% a 99,9% em temperaturas e velocidades normais. o as taxas de corrosão aumentam significativamente à medida que a concentração de ácido sulfúrico é reduzida, e a temperatura e / ou a velocidade são
aumentou. É por isso que o gás na usina é seco e o resfriamento do gás é feito por resfriadores de ar seco ou indiretos; economizadores, caldeiras, superaquecedores, gas-gas ou trocadores a ar refrigerado, etc. Um vazamento em qualquer um dos dispositivos de resfriamento de gás resulta em umidade (água) que entra no fluxo de gás causando ácido sulfúrico diluído para condensar nos lugares mais frios da planta - normalmente o economizador ou trocador de calor a gás frio. O resultante condensado de ácido sulfúrico de baixa concentração aumenta a corrosão taxa do metal no permutador causando geração de hidrogênio.

Outra fonte de hidrogênio são os refrigeradores de ácido sulfúrico tipo concha e tubo ou placa. Os coolers normalmente operam com ácido sulfúrico a uma concentração de 93% a 99,9% com água de arrefecimento fornecendo o meio de arrefecimento. Se houver um vazamento no ácido tubo refrigerador ou placa e a pressão do ácido está acima da pressão da água, o ácido irá vazar para a água de resfriamento onde será detectado pelos instrumentos de pH / condutividade na saída de água de resfriamento do refrigerador, e ação tomada para desligar a planta, drenar a água, em seguida, ácido do refrigerador e reparar o tubo com vazamento. Por outro lado, se a pressão da água estiver acima

a pressão do ácido durante a operação normal ou quando a planta é desligada, a água que flui no ácido diluirá o ácido que causa corrosão rápida da geração de metal e hidrogênio.

Umidade ou vapor / água vazando para o fluxo de gás e condensando-se como ácido sulfúrico diluído ou vazamento de água no ácido sulfúrico no refrigerador de ácido diluindo o ácido, resulta na geração de quantidades significativas de hidrogênio. Aquele hidrogênio se acumula em áreas estagnadas da planta e detona - normalmente quando a planta é desligada para corrigir o vazamento problema. Antes da década de 1990, não houve incidentes de hidrogênio relatados (explosões). No entanto, nos últimos quinze anos ou então houve 16‐30 explosões de hidrogênio em plantas de ácido sulfúrico de dupla absorção, a maioria causada por vazamentos na casca e refrigeradores de ácido sulfúrico de tubo ou placa, com sistema de vapor (economizador, caldeira e superaquecedor) vazam em um segundo distante, e tudo quando a planta estava sendo ou simplesmente desligada para consertar o dispositivo com vazamento ou quando o dispositivo está sendo limpo.

Porque agora??

Design de planta de ácido sulfúrico antes da década de 1920 - Antes de meados da década de 1920, essencialmente todo o ácido sulfúrico era produzido pela Processo de “nitração” ou “câmara” (introduzido pela primeira vez em 1746). No processo de câmara são utilizados compostos de óxido de nitrogênio para aumentar a reação de oxidação em fase gasosa do dióxido de enxofre com oxigênio e vapor de água. As reações são complexas com a formação do ácido nitrosilsulfúrico intermediário (HOSO2ONO ou HSO3.NO2 ou SO5NH), seguido do decomposição do ácido nitrosilsulfúrico pela água em ácido diluído (ácido com menos de 80% de H2SO4) para formar ácido sulfúrico e nitrogênio óxido (NO). O óxido de nitrogênio é regenerado por oxigênio ou ar no gás do queimador para dióxido de nitrogênio (NO2), eo combinação de compostos de nitrogênio (NO & NO2 ou N2O3) são reciclados para a etapa de oxidação de dióxido de enxofre. Grande vantagem foram utilizadas câmaras para a etapa de oxidação, algumas com até 500.000 pés3 por cada 20 produção de ácido STPD, tempo de reação e para a remoção do calor da reação (daí o nome do processo “Câmara”). Gay-Lussac e Glover torres (em homenagem às pessoas que os desenvolveram) foram usadas para reagir o ácido nitrosilsulfúrico produzido no Câmaras com água em ácido diluído (<80%) e para regenerar os compostos nitrogenados. Produto ácido do Glover torre é 60 ácido sulfúrico Baume (77,67%). O ácido pode ser concentrado por aquecimento a 66 Baume (93,19%). Nota: hoje ácido nitrosulfúrico é formado em uma planta de ácido de contato pela reação de dióxido de enxofre com óxidos de azoto formados no forno e recolhido com a névoa de ácido sulfúrico concentrado na torre de absorção de alta eficiência eliminador de névoa. O gás óxido de nitrogênio marrom é liberado quando o eliminador de névoa de alta eficiência é aberto e a água ou umidade no ar dilui o ácido nitrosilsulfúrico, decompondo-o em ácido sulfúrico e óxidos de nitrogênio.