Avaliação técnica da utilização da corrente de ácido sulfúrico desconcentrada proveniente da secagem de cloro

Abstract

A indústria cloro-álcalis é de grande importância no panorama da indústria química mundial e continua com perspetivas de crescimento. Sendo que mais de metade dos produtos químicos produzidos na Europa estão relacionados com esta indústria e os seus principais motores são a produção de PVC e isocianatos. A Bondalti é a segunda maior empresa a atuar neste ramo na Península Ibérica e produz cloro a partir da eletrólise da salmoura e do ácido clorídrico. Saturado em água nas condições de operação, o cloro passa por uma série de processos para remover a humidade e outras impurezas antes do processo de liquefação. Após o arrefecimento, é feita a secagem das correntes de cloro de cada eletrólise por absorção com ácido sulfúrico concentrado a 98 %(m/m) do que resultam correntes diluídas de ácido sulfúrico a 78 %(m/m). O destino destas correntes é a venda, no entanto, a empresa pretende diminuir o número de vendas por melhoramentos no processo de tratamento do cloro, pelo consumo interno do ácido ou pela reconcentração do ácido e reutilização na secagem do cloro. Este será o tema de estudo desta tese. Recolheu-se informação sobre reconcentração do ácido sulfúrico com a pesquisa na internet de artigos de empresas de engenharia e de patentes. Estudaram-se possíveis aplicações para as correntes de ácido 78 %(m/m) nos processos da Bondalti. Foram analisadas duas propostas de reconcentração do ácido sulfúrico até 96 %(m/m), em que a remoção da água do ácido a 78 %(m/m) é por evaporação sob vácuo, para redução da temperatura de ebulição. Os vapores resultantes da evaporação são condensados e, como têm uma quantidade remanescente de ácido, o destino do efluente aquoso gerado foi estudado. A reconcentração do ácido está limitada a 96 %(m/m) por razões económicas e operacionais, havendo impacto na secagem de cloro pela utilização de ácido a 96 %(m/m) em vez de 98 %(m/m). O efeito da utilização de uma corrente de ácido de concentração inferior foi estudado, e resulta num aumento do caudal de ácido que poderia ser suportado pelos equipamentos existentes. Analisou-se a possibilidade de obter ácido a 90 %(m/m) no processo de secagem por ser eventualmente mais interessante reconcentrar o ácido a 90 %(m/m) do que a 78 %(m/m). Chegou-se à conclusão que não seria viável devido a um aumento em cerca de 4 vezes o caudal de ácido necessário. As torres de absorção nas secagens de cloro foram simuladas com o modelo RadFrac e o método de cálculo Rate-based que é indicado para este tipo de equipamentos por ter em conta o tipo de enchimento e de pratos que operam na fábrica e permite extrapolar para outras condições operatórias a performance das torres. O modelo termodinâmico escolhido foi o ElectNRTL, por se tratar de um sistema de eletrólitos e os parâmetros estarem disponíveis no software usado.

The chlor-alkali industry is of great importance in the global chemical industry landscape and continues to grow. More than half of the chemicals produced in Europe are related to this industry and its main engines are the production of PVC and isocyanates. Bondalti is the second largest company to operate in this area in the Iberian Peninsula and produces chlorine from the electrolysis of brine and hydrochloric acid. Saturated in water under operating conditions, chlorine undergoes a series of processes to remove moisture and other impurities prior to the liquefaction process. After cooling, the chlorine streams of each electrolysis are dried by absorption with 98 %(w/w) concentrated sulfuric acid resulting in dilute streams of 78 %(w/w) sulfuric acid. However, the company intends to reduce the number of sales by improvements in the process of chlorine treatment, by the internal consumption of the acid or by the reconcentration of the acid and reuse in the chlorine drying. This will be the subject of study of this thesis. Information was collected on the reconcentration of sulfuric acid by internet research of patents and articles from engineering companies. Possible applications for the 78 %(w/w) acid streams in Bondalti’s processes were studied Two proposals for the reconcentration of sulfuric acid were analyzed in detail in which the removal of water from the acid at 78 %(w/w) is by evaporation under vacuum to reduce the boiling temperature. The released vapors, are condensed and, as they have a remaining amount of acid, the destination of the generated aqueous effluent has been studied. The reconcentration of the acid is limited to 96 %(w/w) for economic and operational reasons, with an impact on the chlorine drying by the use of acid at 96 %(w/w) instead of 98 % (w/w). The effect of using an acid stream of lower concentration has been studied, and results in an increase in the acid flow that could be supported by existing equipment. The possibility of obtaining 90 % (w/w) acid in the drying process was analyzed because it was possibly more interesting to reconcentrate the acid to 90 %(w/w) than 78 %(w/w). It was concluded that it would not be feasible due to an increase in about 4 times the required acid flow rate. The absorption towers in the chlorine drying were simulated with the RadFrac model and the Rate-based calculation method. They are suggested for this type of equipment to take into account the type of packing and of plates and to allow extrapolation to other operating conditions. The chosen thermodynamic model was the ElectNRTL because it is an electrolyte system and the parameters are available in the software.