Generalmente se recupera la mayor parte del calor disponible exotérmico de la fase de oxidación gaseosa de SO2 a SO3 como vapor de alta presión. Sin embargo, el calor térmico de la reacción que ocurre en fase líquida durante la formación del H2SO4 se pierde y se descarta en el agua de enfriamiento.Este es un calor de grado bajo, que puede recuperarse de forma económica. Este calor ha sido recuperado parcialmente como agua caliente en una forma muy limitada. Luego, llegó la tecnología HRSTM (Heat Recovery System), desarrollado por Monsanto Enviro Chem Systems (actualmente MECS), el cual recupera esta energía que, de otra forma, se desperdicia con el agua de enfriamiento.

El sistema integra programas para optimización en línea, análisis de reactores químicos, elaboración de diagramas de proceso, análisis pinch e índices de contaminación. Estos programas se usan interactivamente y comparten datos de planta a través de una base de datos.Los resultados de aplicar el sistema a un proceso de contacto para ácido sulfúrico de Monsanto/IMC Agrico incluyen un beneficio incrementado, emisiones reducidas y mejoras en los reactores químicos y la red de intercambiadores de calor, lo cual demuestra la aplicabilidad del sistema para prevención de la contaminación.

La política energética acerca de la integración de planes de eficiencia energética y energías renovables tienen impactos a corto, mediano y largo plazo en la competitividad y productividad de Colombia. Este artículo construye un escenario energético entre 2017-2030 basado en planes de eficiencia energética con impacto en la curva de demanda de energía eléctrica. Adicionalmente, este escenario considera la integración de energías renovables para dilucidar aspectos claves de la matriz energética y sus implicaciones para Colombia en un contexto de crecimiento verde. Este artículo aplica una metodología de escenarios para caracterizar las alternativas energéticas basada en premisas vigentes y en perspectivas de desarrollo. Los resultados muestran una disminución de 6000 GWh a 2030 obtenidos por la aplicación de planes de eficiencia energética y un nivel de integración de FNCE de aproximadamente un 20%.1. IntroducciónLa sostenibilidad es un requisito para el desarrollo de los sistemas energéticos en la cadena de generación, transmisión y uso final de energía. La sostenibilidad del sector de energía eléctrica está relacionada con la sostenibilidad de la generación y la sostenibilidad en el uso final de energía eléctrica. En cuanto al lado del usuario final la eficiencia energética representa una oportunidad para aumentar la sostenibilidad a través de planes de gestión que permitan desarrollar el potencial de eficiencia energética a nivel residencial e industrial. En cuanto al lado del suministro de energía eléctrica, el desarrollo sostenible depende del nivel de integración de Fuentes no Convencionales de Energía (FNCE). Este artículo construye un escenario energético para evaluar el impacto de la eficiencia energética y la integración de FNCE en Colombia en el periodo de 2017-2030. La importancia de los escenarios energéticos, radica en el análisis de posibles escenarios energéticos que permitan considerar niveles de integración de energías renovables conectadas a la red eléctrica y la gestión de planes de eficiencia energética, considerando las implicaciones sociales, ambientales, políticas y tecnológicas acordes al momento que vive el sector en la región.En el contexto internacional, la Agencia Internacional de Energía ha elaborado escenarios energéticos relacionados con criterios de cambio climáticos. En el informe [1], se presentan dos escenarios posibles, donde se muestra una proyección de las emisiones de demanda energética global para dos escenarios. Uno es el escenario 6DG, en el cual se considera que no se tomas medidas correctivas y en ese caso las emisiones de CO2 se incrementarían en 60% para el año 2050 respecto al año 2013, llevando las emisiones a un nivel de 56 GtCO2 y ocasionando un incremento de temperatura promedio de 5.5°C. El otro escenario, denominado 2DG, en el cual se alcanzan un nivel de emisiones anuales de 14 GtCO2 para el 2050, es decir una reducción de las emisiones en casi 60% respecto al 2013, logrando limitar el incremento de la temperatura por debajo de 2°C. Según este estudio la integración de energías renovables (incluida la generación hidroeléctrica) puede contribuir en la reducción de aproximadamente el 30% de las emisiones de GEI (Gases de Efecto Invernadero) y la eficiencia energética lograría contribuir en una reducción de 40% respecto al escenario de referencia. Es decir, en conjunto la ejecución de planes de eficiencia energética y la integración de energías renovables pueden contribuir a reducir el 70% de las emisiones de GEI para el año 2050. Por tanto, la eficiencia energética y las energías renovables son componentes imprescindibles de un sistema energético sostenible.

Los materiales de construcción para las plantas de fabricación de ácido sulfúrico están limitados típicamente a acero al carbono, acero al carbono con revestimiento refractario, acero inoxidable tipo 304 o 304H, e Incoloy 800H. El acero al carbono se emplea en las secciones de enfriamiento de la planta, típicamente a temperaturas por debajo de los 900ºF. El acero al carbono puede recubrirse con una cubierta polimérica para resistencia a la corrosión cuando las temperaturas de operación son lo suficientemente bajas para la condensación del ácido. El acero al carbono con revestimiento refractario o con revestimiento de ladrillos se usa en las secciones más calientes de la planta, donde las temperaturas exceden típicamente los 1800ºF. Se usan aceros inoxidables tipo 304 o 304H en ductos que operen en el intervalo de temperatura comprendido entre 900-1200ºF.

El ácido sulfúrico es muy corrosivo para la mayoría de los metales cuando se encuentra en el intervalo de concentración de 65 a 80%. En la mayoría de los casos, la velocidad de corrosión se incrementa a medida que aumenta la temperatura. El ácido cambia de ser un agente reductor a ser un agente oxidante a concentraciones entre 65 y 85%, dependiendo de la temperatura. El equipo de planta que maneja ácido sulfúrico concentrado frío (sobre 80% de concentración) se construye a menudo con acero al carbón, hierro fundido (cast iron) o trabajo de tubería de acero fundido. Se forma una capa de sulfato ferroso sobre la superficie del metal, protegiendo el material por debajo. Sin embargo, esta capa es removida fácilmente al incrementarse la temperatura o con cualquier turbulencia en el flujo. Una vez es removida, comienza una corrosión rápida. Por ello, el acero al carbono no puede considerarse como un buen material para la construcción de sellos mecánicos. El acero 316L es adecuado solamente para concentraciones muy bajas (por debajo de 10%) o muy altas (90 a 100%), con temperaturas para ambos casos por debajo de 50ºC; por fuera de estas condiciones se puede producir una rápida corrosión.

La producción de ácido sulfúrico ha venido siendo influenciada crecientemente por la producción involuntaria de azufre elemental en plantas de gas, refinerías de petróleo y otras operaciones de procesamiento de hidrocarburos. Cuando se transporta azufre en forma líquida, es importante tomar en cuenta las propiedades del líquido. Solamente variaciones anormales en la viscosidad, con cambios en la temperatura, permiten que el azufre sea bombeado satisfactoriamente en el intervalo de 135-155ºC. Para manejar y mover azufre fundido y ácido sulfúrico, es necesario contar con diseños especiales de bombas junto con materiales especiales de construcción para lograr la mejor solución confiable. En este artículo se presenta una visión general de los diseños de bombas disponibles y los materiales para estos duros servicios.

Los procesos de fabricación de ácido sulfúrico usan diversos tipos de reactores. Quizás, el tipo más común es el reactor dividido en secciones adiabáticas con enfriamiento entre estas secciones. Otro tipo tiene tubos de enfriamiento insertados en la mezcla de reacción. Para propósitos de diseño preliminares, en este documento se calculan las conversiones para dos situaciones y se comparan los resultados. La primera situación consiste en dos etapas de un reactor adiabático típico comercial; los principios de cálculo de conversión en reactores adiabáticos se pueden consultar aquí o en este sitio (no se tratan en detalle en este documento). La segunda situación consiste en un reactor con catalizador en tubos, con las paredes enfriadas por un líquido en ebullición a temperatura constante.

El diseño de las plantas de ácido sulfúrico con el método de contacto ha evolucionado por más un siglo, y los orígenes de varios de los criterios de diseño están sepultados en viejas referencias. En los viejos tiempos, los conceptos de procesos químicos, como lo entienden actualmente los ingenieros de procesos, no habían sido desarrollados, y las alternativas de materiales y tecnologías eran muy limitadas. Muchas de las viejas prácticas han sido copiadas sin investigar otras alternativas. Una práctica es la producción de SO2 necesario en una planta de ácido sulfúrico por la combustión de azufre, y la recuperación del calor residual para generar vapor valioso. Este artículo revisa los defectos de las prácticas tradicionales de diseño, y ofrece un arreglo bypass mejorado horno-caldera, el cual permite una capacidad aumentada de planta, un desempeño mayor del horno y la caldera, mantenimiento reducido y vida más larga para la válvula bypass, y un mejor control de la temperatura de entrada al primer lecho del convertidor.

Las torres empacadas son componentes clave en las plantas de ácido sulfúrico. El secado del aire del horno de azufre es necesario para evitar condensación del ácido y corrosión en el equipo de recuperación (downstream equipment) y para minimizar la formación de niebla. La absorción de SO3 en las torres de interpaso y final recupera el ácido sulfúrico como producto. Se requiere una gran atención de detalle en el diseño de torres empacadas para lograr la eficiencia de absorción necesaria. De muchas formas, la industria de ácido sulfúrico es única debido a las torres empacadas de diámetros excepcionalmente altos con pesos de empaque relativamente pequeños. Adicionalmente, el uso de empaques cerámicos de gran tamaño se ha vuelto un estándar en la industria. Un resultado de las características inusuales de estas torres empacadas es que los datos de diseño verdaderamente aplicables no se encuentran disponibles, y que las discrepancias se revelan por ellas mismas cuando se comparan los diseños de distintos proveedores de tecnología.

El documento se encuentra alojado en el website de MECS Inc. Aunque el concepto y la práctica de usar torres empacadas han sido establecidos por décadas, se han hecho mejorar en años recientes. Entender el proceso es el primer y más crítico paso en el diseño de torres ácidas. Reemplazar una torre es sencillo si no se desean mejoras en el proceso, lo cual no es frecuente. La mayoría de las torres son reemplazadas varios años después de haber sido instaladas para su servicio inicial. A menudo, los operadores de la planta de ácido aprovecharán esta oportunidad para incrementar la capacidad. Para cumplir esto, debe ser llevado a cabo un completo análisis de la planta que asegure que el equipo de reemplazo pueda manejar la capacidad incrementada. Es importante que el cliente sea informado sobre las especificaciones que serán requeridas para lograr la capacidad incrementada, de tal forma que se puedan tomar decisiones con un claro entendimiento de los análisis costo beneficio.