Novos desenvolvimentos da BASF para catalisadores de ácido sulfúrico

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1 Novos desenvolvimentos da BASF para catalisadores de ácido sulfúrico 150 years anos 150 years Palestrantes: Gian Carlo Gangemi Eng. Vendas NASC Dirk Hensel Global Product Technology Manager Sulfuric acid catalyst

2 150 anos A BASF no mundo: Freeport Antwerp Ludwigshafen Florham Park Geismar Kuantan Singapore Nanjing Hong Kong Centros regionais Locais escolhidos Complexos industriais Centros de pesquisa e desenvolvimento São Paulo 2

3 150 anos História Fundação da BASF em Ludwigshafen, Germany Implementação do Processo de Contato desenvolvido por R. Knietschdo Patente do catalisador de Ácido Sulfúrico (V 2 O 5 / K 2 O/SiO 2 ) é concedida a BASF anos de Catáise Heterogênea na industria Partida da primeira planta de Ácido Sulfúrico da BASF 1914 Produção de Ácido Sulfúrico da BASF atinge 120 kt/a

4 150 anos History O cat. de AS tornou-se parte do Grupo de Oxidação Novo catalisador de Ác. Sulfúrico de alta performance promovido com Cs, O º Capex Ludwigshafen 2014 P&D Catalisador de Ácido Sulfúrico o Capex Ludwigshafen

5 Catalisador de Ácido Sulfúrico e Fundamentos Químicos 150 anos Fla re Trocador de calor 1 Produto final Trocador de calor 4 SO 2 do purificador de gases Trocador de calor 2 Convers or Soprador de SO 2 Trocador de calor 3 Torre de absorçã o intermed iária Torre de absorç ão final Torre de secagem 5

6 150 anos A Oxidação do SO 2 O Impacto da Temperatura no Equilíbrio Termodinâmico 2 SO 2 + O 2 2 SO 3 H = KJ conversão de SO 2 [%] 2 Leito 4 Leito 3 Leito 2 Conversão % Bed Leito 11 Bed Leito 22 Bed Leito 33 Bed Leito 44 Leito 1 temperatura [ C] Torre de Absorção Final 6

7 A Oxidação do SO 2 O Impacto da Temperatura no Equilíbrio Termodinâmico 2 SO 2 + O 2 2 SO 3 H = KJ Conversão deso 2 [%] Leito 4 Conversão % Bed Leito 11 Bed Leito 22 Bed Leito 33 Bed Leito 44 Torre de Absorção Intermediária temperatura [ C] Leito 3 Torre de Absorção Final 7

8 Catalisadores de Ácido Sulfúrico Oferecidos Pela BASF 150 anos O4-110 K-Na-promoted O4-111 K-Na-promoted O4-115 Cs-K-Na-promoted O4-116 Cs-K-Na-promoted forma e tamanho SR 10x5 ring SS 11x4 star ring SR 18x7 ring SR 10x5 ring SS 11x4 star ring SR 18x7 ring SR 10x5 ring SS 11x4 star ring SS 11x4 star ring temp. operação C C C C embalagem 200 L drum 1000 L big bag 200 L drum 1000 L big bag 200 L drum 1000 L big bag 200 L drum 1000 L big bag aplicação típica first bed 2 nd to 4 th or 5 th bed 1 st bed 4 th or 5 th bed 4 th or 5 th bed 8 8

9 150 anos Catalisador Industrial Ácido Sulfúrico Elementos Chaves SO 2 O 2 SO 3 V n+ melt V n+ V n+ V n+ V n+ V n+ suporte support Forma q Queda de Pressão q Geometria da Superfície Transporte Sítios ativos PRIMEIRO PASSO: USANDO A PLANTA PILOTO NOS q LABORATÓRIOS Acessibilidade DA aos ALEMANHA sítios FORAM q V 2 TESTADOS O 5 : números de DIFERENTES ativos (estrutura TAMANHOS dos DE PARTICULA sítios DE UM ativos MESMO V 2 O 5 CATALISADOR poros) q Sulfatos Alcalinos : q Propriedades mecânicas propriedades de fundir (ex. ponto de fusão) 9

10 150 anos Forma Influência do Efeito de Tamanho de Particula A REAÇÃO É FORTEMENTE LIMITADA PELA DIFUSÃO q Diferentes tamanhos de partículas são regidas pelas mesmas leis da cinética. q Fator de proporcionalidade está relacionado a geometria da área superficial. 10

11 150 anos Dinâmica de Fluido Computacional Método Volume do Sólido Volume do Fluido Simulação de Dinâmica do Fluido Equação de Navier-Stokes è Campo de velocidade 3D è Queda de presão 11

12 Dinâmica de Fluido Computacional Estudo de Compactação do Leito 150 anos υ Geração totalmente automatizada de leitos compactados usando vários formatos de catalisador em reatores tubulares. υ Formatos limitados somente pela imaginação. 12

13 Novas Formas por DFC Geometria Com Alta Área Superficial e Moderada Queda de Pressão 150 anos n Todos os resultados são referentes a geometria tipo Star Ring (anel estrelado) A V A Std V bom bom /ruim 11mm 1 4mm bom/ruim ruim 1 p p Std 13

14 Novas Formas por DFC Efeito do Tamanho de Partícula 150 anos q Diminuição do tamanho de um dado formato aumenta fortemente a queda de pressão e oferece somente um pequeno aumento da área superficial. 14

15 150 anos Forma Simulação de Diferentes Formas q Bumerangue e noz não são formas promissoras. q Shamrock (trevo) com quatro buracos oferece alta área superficial e queda de pressão aceitável. 15

16 Teste de Produção do Shamrock (Trevo) Como ele se parece? 150 years 16

17 150 anos Comparação de Performance O4-115 O4-116 O4-11x Shamrock Conversão SO 2 [%] Temperatura [ C] 17

18 Teste de Produção do Shamrock Propriedades Físicas e Mecânicas em Comparação com formato anel estrelado 150 anos Propriedades físicas/mecânicas trevo Densidade de empacotamento + 3% Relação geométrica da área superficial % Queda de pressão Re=100 [%] + 15% Dureza de corte + 18% Atrito - 55% q Trevo com 4 buracos oferece alta área superficial e queda de pressão aceitável. q Os experimentos foram totalmente confirmados pelos resultados obtidos usando simulação via DFC. q Os resultados dos testes de produção do trevo foram um sucesso. 18

19 Resumo 150 anos A complexidade do catalisador de ácido sulfúrico tem um potencial de desenvolvimento contínuo: q Catalisadores de ácido sulfúrico podem ser otimizados em relação ao formato das partículas, suporte de silício e compostos ativos; q Dinâmica de fluidos computacional se mostrou como uma poderosa ferramenta para o desenvolvimento de formas otimizadas de catalisadores; q O trevo com quatro buracos oferece uma alta área superficial e perda de carga aceitável; q A produção experimental foi bem sucedida no caso de catalisadores com esse formato; q Os esforços em pesquisa permitem uma otimização contínua da carteira de catalisador para ácido sulfúrico oferecidos pela BASF. 19

20 Suporte técnico: Medição in situ da conversão de SO 2 BASF Optimal SO 2 measurement System anos BOSS 100 BOSS 100 Tecnologia: Micro Cromatografia Gasosa 20

21 150 anos Medição de SO 2 Tecnologia ïn situ de medição de SO 2 Medição in situ mundialmente

22 150 anos Medição de SO2 Relatório Relatório: Ø Queda de Pressão Ø Conversão por passe Simulação Termodinâmica Simulação do Catalisador Fresco Conversão de SO2 baseada nas medidas do BOSS 100 Ø Recomendações (e.x. peneiramento, troca parcial do catalisador, troca total) 22

23 150 anos 150 years

24 150 years 24