Descripción detallada de 16 tecnologías de desulfurización y su aplicación práctica

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El gas de los altos hornos es un gas inflamable; contiene gases como H2S, HCN y CO, que son extremadamente tóxicos y causan graves daños a los seres humanos y al medio ambiente. Al mismo tiempo, **también se han establecido políticas adecuadas para incentivar a las empresas a aprovechar al máximo el gas de los altos hornos; de esta manera, se puede reducir la contaminación y, al mismo tiempo, ahorrar recursos. Entre ellos, el azufre, que es altamente tóxico en el gas de los altos hornos, se divide en azufre orgánico e inorgánico. Actualmente, los procesos para tratar el azufre presente en el gas de los altos hornos se dividen principalmente en desulfuración seca y desulfuración húmeda. La mayor ventaja del desulfuración húmeda es su alta eficiencia en la eliminación del azufre, además de ser un método económico y práctico. A continuación, Xiao Qi les explicará el proceso de desulfurización húmeda, que es el más utilizado en las fábricas. Desulfurización húmeda. El proceso de desulfurización húmeda puede clasificarse, según su mecanismo de acción, en métodos de absorción química, métodos de absorción física, métodos de absorción fisicoquímica y método de oxidación húmeda. La mayor ventaja de este método es que permite eliminar la mayor parte de los sulfuros presentes en los gases de escape; además, es económico y práctico. La desventaja es que la eficiencia del desulfuración de algunos métodos es inestable y la precisión en el proceso de desulfuración no es alta. El método de absorción química, también conocido como método de disolvente químico, utiliza una solución alcalina como agente absorbente, el cual reacciona con los gases ácidos presentes en el gas, con el fin de eliminar el azufre. Los métodos de absorción química principales son el método de alcoholes amínicos y el método de potasio alcalino a alta temperatura. (1) Método de alcoholes aminados: El método de alcoholes aminados incluye el uso de metilenoetanolamina (MEA), dietilenoglicolamina (DEA), diglicolamina (DGA), diisopropilaminas (DIPA) y metildietilenoglicolamina (MDEA), entre otros. El método de las aminas alcohólicas es un método común para desulfurar el gas natural; además de eliminar el azufre, también permite eliminar parte del CO2 según sea necesario. El método de alcoholes y aminas se utiliza ampliamente en fábricas de Shandong, Sichuan y otras regiones. En 2007, la refinería de Yongping pasó a utilizar el método de desulfurización con aminas alcohólicas, lo que permitió mejorar tanto la eficacia de la desulfurización como la calidad del producto. (2) Método con potasio alcalino a alta temperatura. Diagrama del proceso del método catalítico con potasio alcalino a alta temperatura. En este método se utiliza una solución acuosa de carbonato de potasio a alta concentración como agente absorbente, el cual puede absorber directamente el hidrógeno sulfuroso y el hidrógeno cianuro presentes en el gas natural. Este método tiene una velocidad de absorción del gas ácido lenta y su eficiencia es baja; por ello, ha sido gradualmente reemplazado por el método catalítico con potasio alcalino. El método catalítico con potasio alcalino consiste en añadir una cierta cantidad de catalizador a la solución de carbonato de potasio, con el fin de acelerar la velocidad de la reacción. Proceso de la metodología con carbonato de potasio al vacío. La metodología con carbonato de potasio al vacío consiste en utilizar una solución de carbonato de potasio para absorber directamente los gases ácidos. El dispositivo de desulfuración se encuentra después de la recuperación del benceno crudo, al final del proceso de tratamiento del gas de los hornos de coque. Este proceso fue introducido originalmente por Alemania. Los gases ácidos obtenidos tras la desulfuración y descianuración con este método pueden utilizarse tanto para producir azufre elemental mediante el proceso Claus, como para fabricar ácido sulfúrico mediante el método de contacto. Posteriormente, la empresa Chūno Kyōnai, basándose en la adopción de las tecnologías avanzadas nacionales e internacionales relacionadas con el carbonato de potasio al vacío, así como en las prácticas de producción existentes, colaboró con instituciones educativas para desarrollar nuevos procesos propios. Estos procesos ya se han aplicado en plantas como la filial química de Baosteel en Meishan, la planta de cokificación de Shaanxi y la planta de cokificación del nuevo distrito de Handan. Este proceso tiene una alta eficiencia en la desulfuración y descianuración, además de una rápida velocidad de reacción. 2. Método de absorción física: El método de absorción física consiste en utilizar disolventes orgánicos para realizar la desulfuración por absorción física bajo cierta presión; posteriormente, se reduce la presión para liberar el gas, permitiendo así la regeneración del disolvente. Los métodos de absorción física incluyen principalmente el método del metanol a baja temperatura (Rectisol), el método del dimetil éter de polietilenglicol (NHD) y el método del carbonato de propileno (Fluar), entre otros. Este método tiene un bajo consumo energético y un alto grado de purificación, por lo que es adecuado para empresas pequeñas y medianas. (1) Método de metanol a bajas temperaturas (Rectisol): http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/OrdlBGICgPN7tRkTYtKJUd0BGXickMnu9bfQ8qr0Loch40JSbAGrG94yKZ5PRVUlopO1M8YicaBaRiclsmtViaPLNA/0?wx_fmt=gif. El método de metanol a bajas temperaturas es un proceso de purificación que fue desarrollado a principios de los años 50 por las empresas alemanas Linde y Lurgi. Este proceso utiliza metanol como absorbente para eliminar los gases ácidos bajo presión y a temperaturas inferiores a 0°C. Este proceso es el más maduro y estable en términos de tecnología integral, además de ser un proceso avanzado y fiable; sin embargo, requiere una inversión elevada, por lo que es adecuado para empresas grandes. Henan Kaixiang Chemical utiliza este proceso para eliminar el azufre y el carbono. (2) Método del dimetil éter de polietilenglicol (NHD). En la década de 1960, la empresa estadounidense Allied desarrolló un proceso de purificación de gases, al que denominó método del dimetil éter de polietilenglicol. En la década de 1980, el instituto de investigación de la empresa Nanhua en nuestro país realizó pruebas con el método del dimetil éter de polietilenglicol. De esta manera, se logró identificar los componentes solventes más adecuados para eliminar el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de carbono; a este método se le dio el nombre de método NHD. Este método presenta ventajas como un alto grado de purificación, una buena selectividad, ausencia de corrosión, pocos requisitos para el equipo y un proceso breve. Yankuang Guotai Chemical Co., Ltd. utiliza el método NHD para la desulfuración. (3) Método del carbonato de propileno (Fluar): La tecnología de desulfuración mediante carbonato de propileno (abreviado como PC) utiliza este disolvente orgánico polar para aprovechar su afinidad especial por gases ácidos como el CO2 y el H2S. De esta manera, se logra eliminar selectivamente los componentes ácidos presentes en dichos gases. Se trata de un proceso de desulfuración adecuado para empresas de pequeño tamaño. La tecnología de descarbonización y desulfuración para PC fue desarrollada por el Instituto de Investigación del Grupo Nanhua. En mayo de 1977, este proyecto fue incluido en el plan de desarrollo científico y tecnológico del Ministerio de Química. Este método presenta ventajas como un bajo consumo energético, un proceso sencillo y un funcionamiento fiable. 3. Métodos de absorción fisicoquímica (1) Método sulfinol: En 1964, la compañía Shell desarrolló el disolvente Sulfinol, lo cual representó un gran avance en comparación con el método de alcoholes amínicos. En el país, este método se conoce habitualmente como método sulfinol. El absorbente utilizado en el método de sulfonaamina está compuesto por ciclobutanolsulfona (40%-45%), que posee propiedades de absorción física; diisopropilaminas (40%-45%), que tienen propiedades de absorción química; y una pequeña cantidad de agua (15%). La desventaja del disolvente Sulfinol es que presenta un grave fenómeno de absorción conjunta al tratar hidrocarburos pesados; además, en algunas circunstancias, el disolvente Sulfinol sufre degradación. Con el fin de mejorar aún más las propiedades del disolvente, la empresa Shell desarrolló un amino de tipo puente para evitar su degradación y adsorción, logrando así excelentes resultados. La planta de purificación del yacimiento de gas de Sichuan y Chongqing utiliza el proceso de desulfuración con amina sulfona. El proceso de desulfuración por oxidación húmeda es un término que engloba a una serie de procesos de desulfuración. Se caracteriza por el uso de soluciones alcalinas para reaccionar con los sulfuros ácidos presentes en los gases, lo que permite formar sulfuros que no son fáciles de volatilizar. A continuación, estos productos se recuperan y se utilizan nuevamente. Este proceso se divide principalmente en 11 tipos, según las sustancias activas y la solución alcalina utilizadas: (1) Método ADA mejorado. El método ADA, también conocido como método del sulfato de antraceno disulfonato, se utiliza ampliamente en países como Reino Unido, Francia y Canadá. También es uno de los procesos de desulfuración más empleados en nuestro país. Un sistema catalítico monovalente compuesto por sulfato de antraceno disulfonato y solución acuosa de sosa cáustica se denomina método ADA ； La solución madre está compuesta por un sistema catalítico binario formado por sulfato de antraceno disulfonato, óxido de aluminio pentóxido y potasio tartárico, lo que constituye una versión mejorada del método ADA. La mayor desventaja de este método es que causa una corrosión severa en los equipos y tiene un alto consumo energético. En el país, está siendo gradualmente reemplazado por otros métodos. (2) Método TH: El método TH, también conocido como método Takahaksu, es una tecnología desarrollada por la empresa japonesa Nippon Steel. En este proceso, el amoníaco presente en el gas o el amoníaco obtenido por destilación del amoníaco acuoso se utiliza como líquido alcalino. El 1,4-naftoquinona-2-sulfonato de sodio actúa como catalizador para la descianuración, y posteriormente se realiza la desulfuración. La ventaja es que no se necesita una fuente alcalina adicional, además de ser un proceso sencillo y ocupar poco espacio. Pero su costo de operación es alto, su eficacia en la desulfuración es baja y los catalizadores deben importarse, por lo que este proceso se utiliza muy poco en el país. Baosteel utilizó este proceso para la desulfuración y descianuración. (3) Método FRC: El método FRC, también conocido como método del ácido picrínico, es un proceso desarrollado por la compañía Osaka Gas de Japón. Este proceso utiliza el amoníaco presente en el gas como fuente alcalina, y el ácido picrínico como catalizador. Las ventajas de este proceso son su alta eficiencia en la desulfuración, su bajo costo y la posibilidad de evitar la contaminación secundaria. La desventaja es que el proceso es largo y ocupa mucho espacio, por lo que es adecuado para proyectos a gran escala. En la tercera fase del proyecto de cokificación de Baosteel se utiliza este proceso. (4) Método PDS: El método PDS es un proceso de desulfuración desarrollado por la Universidad Normal del Nordeste. Fue aplicado en la planta de gas de Pudong, en Shanghái, en el año 1994. El PDS es un catalizador de sulfato de cobalto ftalocianina biconuclear; durante la reacción se añaden simultáneamente un catalizador auxiliar y una sustancia alcalina. El dispositivo de desulfurización que utiliza el método ADA Mejora ado solo necesita contar con algunos equipos para la dosificación de solución PDS, lo cual permite pasar al método PDS. La principal ventaja de este proceso es su alta eficiencia en la desulfuración del azufre inorgánico, y el producto resultante es fácil de separar. Sin embargo, el efecto de desulfuración no es estable, y la eficiencia para eliminar el azufre orgánico es baja. La planta de producción de gas a partir del coque de Tangsteel utiliza el sistema de desulfuración PDS para eliminar el azufre de los gases de escape. La planta de producción de gas a partir del coque de Kunming sustituyó el método ADA por el PDS en 2004 para la desulfuración. (5) Método HPF: El método HPF es un proceso eficiente de desulfuración, desarrollado en colaboración por el Instituto de Diseño de Materiales Refractarios para la Industria del Cokeo de Anshan y la fábrica de cokeo de Wuxi. El método HPF es un proceso mejorado del método PDS; el HPF es un catalizador compuesto por hidroxidato de fenilo, catalizador PDS y sulfato de hierro(II). Las ventajas de este proceso son su alta actividad catalítica, su sencilla operación y el menor número de equipos necesarios. Sin embargo, la calidad del azufre obtenido es baja, y los residuos líquidos representan un gran peligro para el medio ambiente circundante. Empresas como Shanxi Meijin Group utilizan el método HPF para la desulfuración. (6) El catalizador desulfurizante 888 es un producto desarrollado por la empresa Changchun Dongshi. Se trata de un catalizador eficaz y no tóxico, que pertenece a la categoría de catalizadores de tipo monovalente para la desulfurización. Debido a su estructura química especial, posee una capacidad excepcional para absorber y transportar oxígeno, además de una alta actividad catalítica. El componente principal del catalizador desulfurizante 888 es un compuesto metalorgánico de amonio sulfonato de cobalto ftalociano; la fuente alcalina es el carbonato de sodio. Este proceso presenta una buena actividad catalítica, un bajo consumo de recursos y una eficiencia estable en la desulfuración. Es adecuado para la desulfuración de diversos tipos de gases y líquidos, y ya se ha introducido en el mercado internacional. Empresas como Shandong Minsheng Coal Chemical Co., Ltd. y Hebei Qian’an Fertilizer Co., Ltd. utilizan el método 888 para la desulfuración. En el año 2009, la empresa Shanxi Haizi Coking Co., Ltd. sustituyó el método ADA por el método 888 para la desulfuración. (7) Método MSQ: El método MSQ fue desarrollado por la Universidad de Zhengzhou. Utiliza carbonato de sodio (o amoníaco) como medio absorbente alcalino, y combina hidroxileno, ácido salicílico y sulfato de manganeso para formar un catalizador compuesto. Este método tiene una gran flexibilidad en su operación, un bajo costo de funcionamiento y baja resistencia en la torre, pero su eficiencia en la desulfuración es menor. El catalizador desulfurizante tipo SMQ se utiliza en provincias y ciudades como Shandong y Jiangsu. (8) Método OPT: El método OPT fue desarrollado por el Instituto de Investigación en Energía Térmica de Anshan, en colaboración con la planta de cokificación de Su Gang. Es un método de desulfuración del gas que utiliza amoníaco como fuente alcalina, un catalizador compuesto de tipo OP como catalizador para la desulfuración, y los residuos resultantes de este proceso para producir productos como el cianamida de amonio. El método OPT reduce la corrosión que los gases causan en los equipos, disminuye el consumo de energía, permite aprovechar al máximo el amoníaco presente en el gas, ahorra capital, además tiene un proceso breve, un buen rendimiento en la desulfuración y una gran flexibilidad operativa. (9) Método DDS: El método DDS es una tecnología patentada inventada por el Dr. Wei Xionghui de la Universidad de Pekín. Este método combina de manera innovadora la biotecnología con la tecnología de desulfuración húmeda, lo que permite resolver el problema de que el hierro complejado utilizado en los procesos de desulfuración se degrada fácilmente y su consumo es elevado. “Abreviatura de la técnica de descarbonatación, desulfuración y descianuración de gases mediante catalizador de solución de hierro-alcalino”; se trata de una nueva tecnología de desulfuración. La solución DDS está compuesta por el catalizador DDS (que contiene bacterias aeróbicas), aditivos para el catalizador DDS, aditivos para el catalizador DDS de tipo B, carbonato ferroso activo, carbonato sódico (o carbonato potásico) y agua. Este proceso presenta ventajas como una alta eficiencia en la desulfuración, un bajo consumo de energía y altos beneficios generales. La tecnología de desulfurización DDS, gracias a sus características técnicas únicas y su notable capacidad de desulfurización, está ganando gradualmente el reconocimiento de las empresas, mostrando buenas perspectivas en el mercado. La fábrica de fertilizantes del condado de Kenli, en la provincia de Shandong, pasó a utilizar la tecnología DDS para la desulfuración en el año 2000. Empresas como la fábrica de fertilizantes de Dong’a, perteneciente al Grupo Químico de Luxi; Jiangsu Linggu Chemical Co., Ltd.; Yangmei Pingyuan Chemical Co., Ltd.; y Fujian Shunchang Fubao Industrial Co., Ltd., también utilizan este proceso de desulfuración DDS. (10) El método TV, también conocido como método de la tannina, consiste en el uso de una mezcla compleja formada por numerosos derivados fenólicos de estructura similar. Esta mezcla contiene principalmente taninos y sustancias insolubles en agua. La fórmula molecular de la goma tárrega es C14H10O9; se trata del producto de la condensación de dos moléculas de ácido gálico. Los grupos hidroxilo presentes en las moléculas de tanino tienen una cierta capacidad para formar complejos con iones metálicos. En el proceso de desulfuración, actúan tanto como catalizadores como agentes de complexación, lo que permite prevenir eficazmente la pérdida de vanadio en el sistema. Las desventajas de este proceso son que las tuberías se obstruyen fácilmente con azufre, y que la tannina necesita un tratamiento previo, entre otras. Shanxi Jinxiang Coal Chemical Co., Ltd., Hunan Xiangdan Industrial Co., Ltd., entre otras, utilizan el proceso de desulfurización por cocción del pegamento. (11) Proceso AS: El proceso de desulfuración y descianuración AS es una tecnología avanzada de desulfuración introducida en Alemania en la década de 1980. Es ampliamente utilizado por las principales plantas de cokificación de nuestro país, lo que ha impulsado el avance de la tecnología de desulfuración del gas en nuestro país. Los problemas comunes en el método AS son la obstrucción fácil de los intercambiadores de calor y la corrosión del sistema de amoníaco. Actualmente, el método AS es el más utilizado, junto con la combinación de técnicas como el método de curado por calor y el equipo Claus. Shougang, el Grupo de Cokificación de Shijiazhuang y otros utilizan el proceso de desulfuración AS.