Novos desenvolvimentos da BASF para catalisadores de ácido sulfúrico - BASF - COBRAS 2015

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Markets, Structures and Sites

150 years

150 years

Novos desenvolvimentos da BASF para catalisadores de cido sulfrico

Palestrantes: Gian Carlo Gangemi Eng. Vendas NASCDirk Hensel Global Product Technology Manager Sulfuric acid catalyst150 anos

BOM DIA A TODAS MEU NOME GIAN CARLO EU SOU ENG DE VENDAS DA NASC QUE A REPRESENTANTE COMERCIAL DA BASF NO BRASIL.

EU FUI INCUBIDO DE FAZER ESSA PALESTRA PORQUE ACREDITAMOS QUE SERIA MAIS PROVEITOSO PRA TODOS VOCS OUVI-LA EM PORTUGUES. VOCES TERO A OPORTUNIDADE DE FAZER PERGUNTAS EM INGLES PARA O DIRK QUE ESTA AQUI PRESENTE NO FINAL DA PALESTRA.

ESSE ANO A BASF EST COMEMORANDO 150 ANOS DE EXISTNCIA.LONGA TRADIO EM PROCESSO QUMICOS E CATLISETEM UM TOTAL DE 100.000 FUNCIONRIOS AO REDOR DO MUNDO.

QUE ESTO DIVIDIDOS --

1

150 anos

SingaporeKuantanHong KongNanjingFreeportGeismarAntwerp LudwigshafenFlorham ParkSo PauloA BASF no mundo:

Centros regionaisLocais escolhidos Complexos industriaisCentros de pesquisa e desenvolvimento

2

EM 353 UNIDADES PRODUTORAS 6 COMPLEXOS INDUSTRIAIS INTEGRADOSSUPRINDO PARCEIROS COMERCIAS EM QUASE TODA PARTEO COMPLEXO QUMICO DE LUDWIGSHAFEN O MAIOR COMPLEXO INTEGRADO DO MUNDOESSE CONCEITO CONSTANTEMENTE APERFEIOADO E FOI APLCADO EM OUTROS 5 LUGARES UMA DAS GRANDES FORAS DA BASF. AS PLANTAS SO INTEGRADAS ENERGETICAMENTESUBPRODUTOS SERVEM COMO MATERIAS PRIMA PARA OUTROS PROCESSOSISSO GERA ECONOMIA DE ENERGIA E ELEVADO RENDIMENTO COMO UM TODO REDUZINDO EMISSES E FACILITANDO A LOGISTICAALEM DE QUE TODA TECNOLOGIA E CONHECIMENTO GERADO SO APLICADOS NOS CENTRO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO2

150 anosHistria

1914Produo de cido Sulfrico da BASF atinge 120 kt/a

Patente do catalisador de cido Sulfrico (V2O5/K2O/SiO2) concedida a BASF19132008

120 anos deCatise Heterognea na industria

Fundao da BASF em Ludwigshafen, Germany1865

1868Partida da primeira planta de cido Sulfrico da BASF

1888

Implementao do Processo de Contato desenvolvido porR. Knietschdo1860189019201950198020103

Longa histria na qumica da catalise3

150 anosHistory

O cat. de AS tornou-se parte do Grupo de Oxidao 2007

2 Capex Ludwigshafen2014

2008P&D Catalisador decido Sulfrico

1o Capex Ludwigshafen20112010Novo catalisador de c. Sulfrico de alta performance promovido com Cs, O4-116

2000200520102015202020254

Todos sabem como funciona uma planta de AS4

150 anosCatalisador de cido Sulfrico e Fundamentos Qumicos

Torre de absoro finalConversor

Soprador de SO2Torre de secagemProduto finalTrocador de calor 3Trocador de calor 4Trocador de calor 2

Trocador de calor 1Flare

SO2 do purificador de gases

Torre de absoro intermediria

5

Todos sabem como funciona uma planta de AS, mas vamos nos ater ao sistema de conversor onde ocorre a reao de SO2 a SO35

150 anos

Bed 1

Bed 2

Bed 3

Bed 4

Leito 1

Leito 2

Leito 3

Leito 4

Torre de Absoro Final

2 SO2 + O2H = - 196 KJ

2 SO3

temperatura [C]converso de SO2 [%]26A Oxidao do SO2O Impacto da Temperatura no Equilbrio Termodinmico

Leito 1

Leito 2

Leito 3

Leito 4

97.5 98.8%

Converso

7

Leito 3

Converso deSO2 [%] 2 SO2 + O2 2 SO3 H = - 196 KJ

Leito 4temperatura [C] Converso99.5-99.9%

A Oxidao do SO2O Impacto da Temperatura no Equilbrio Termodinmico

Bed 1

Bed 2

Bed 3

Bed 4

Leito 1

Leito 2

Leito 3

Leito 4

Torre de Absoro Final

Torre de Absoro Intermediria

COM O PASSAR DO TEMPO VERIFICOU=SE QUE COLOCANDO UMA TORRE DE ABS INERMEDIARIA CONSEGUIA MAIORES CONVERSES7

150 anos88Catalisadores de cido Sulfrico Oferecidos Pela BASFO4-110K-Na-promotedO4-111K-Na-promotedO4-115Cs-K-Na-promotedO4-116Cs-K-Na-promotedforma e tamanhoSR 10x5 ring SS 11x4 star ringSR 18x7 ringSR 10x5 ring SS 11x4 star ringSR 18x7 ringSR 10x5 ring SS 11x4 star ringSS 11x4 star ringtemp. operao420-630C410-600C390-630C380-450Cembalagem200 L drum 1000 L big bag200 L drum 1000 L big bag200 L drum 1000 L big bag200 L drum 1000 L big bagaplicao tpicafirst bed2nd to4th or 5th bed1st bed 4th or 5th bed4th or 5th bed

2 tipos de catalisador de Cs

--- AGORA VAMOS OLHAR O CATALISADOR MAIS DE PERTO PRA ENTENDER COMO FOI O DIRECIONAMENTO DA PESQUISA8

PRIMEIRO PASSO: USANDO A PLANTA PILOTO NOS LABORATRIOS DA ALEMANHA FORAM TESTADOS DIFERENTES TAMANHOS DE PARTICULA DE UM MESMO CATALISADOR150 anos

Catalisador Industrial cido SulfricoElementos Chaves

FormaQueda de PressoGeometria da Superfcie

Acessibilidade aos stios ativos (estrutura dos poros)Propriedades mecnicas

suporteTransporte9

Stios ativosV2O5: nmeros de stios ativos V2O5

SO2 O2SO3

supportVn+

melt

Vn+

Vn+

Vn+

Vn+

Vn+Sulfatos Alcalinos : propriedades de fundir (ex. ponto de fuso)

VAMOS DAR UMA OLHADA MACRO E MICROSCPICA PRA AVALIAR QUAIS OS PRINCIPAIS FATORES QUE INFLUENCIAM NUM BOM CATALISADOR

COM BASE NESSES CONHECIMENTOS O DEPTO DE P&D EST PERMANENTEMENTE EM BUSCA DE MELHORIAS

PRIMEIRO PASSOUSANDO A PLANTA PILOTO NOS LABORATRIOS DA ALEMANHA FORAM TESTADOS DIFERENTES TAMANHOS DE PARTICULA DE UM MESMO CATALISADOR9

Gian Gangemi (GG) - 150 anosFormaInfluncia do Efeito de Tamanho de ParticulaDiferentes tamanhos de partculas so regidas pelas mesmas leis da cintica.Fator de proporcionalidade est relacionado a geometria da rea superficial.10

A REAO FORTEMENTE LIMITADA PELA DIFUSO

QTO MENOR A PARTCULA MAIOR A CONVERSO

CONVERSO FORTEMEMTE LIMITADA PELA DIFUSO.

OBJETIVO: DESENVOLVER UM CATALISADOR COM ALTA CONVERSO E PERDA DE CARGA CONSTANTE OU UM POUCO MAIOR10

150 anos

Volume do SlidoVolume do Fluido

Simulao de Dinmica do Fluido

Equao de Navier-Stokes Campo de velocidade 3D Queda de preso11Dinmica de Fluido ComputacionalMtodo

PROXIMA ETAPA: MODELAR OS EFEITOS FISICOS DO FLUXO E QUEDA DE PRESSO DENTRO DO SISTEMA REACIONAL

O MTODO UTILIZADO FOI A DINMICA DE FLUIDO COMPUTACIONAL.

O MODELO PERMITE OTIMIZAR A FORMA DO CATALISADOR BASEADO SOMENTE NUMA SIMULAO VIIRTUAL DO FLUXO ATRAVES DAS PARTICULAS11

150 anos Gerao totalmente automatizada de leitos compactados usando vrios formatos de catalisador em reatores tubulares.

Dinmica de Fluido ComputacionalEstudo de Compactao do Leito12 Formatos limitados somente pela imaginao.

AQUI TEMOS EXEMPLOS DE VARIOS FORMATOS DE CATALISADOR QUE PODEM SER SIMULADOS

S PRA ENTENDER O QUE SERIA UM CATALISADOR PRXIMO DO IDEAL ----12

150 anosTodos os resultados so referentes a geometria tipo Star Ring (anel estrelado)

11

ruimbombom/ruimbom /ruim

VA VAStd

pStdp

13Novas Formas por DFCGeometria Com Alta rea Superficial e Moderada Queda de Presso11mm4mm

EIXO DOS X QUEDA DE PRESSO/PRSSO STD DO STAR RINGEIXO DOS Y AREA SUPERFICIAL POR VOLUMEMAIOR AREA E MENOR QUEDA DE PRESO O IDEAL.13

150 anos

Diminuio do tamanho de um dado formato aumenta fortemente a queda de presso e oferece somente um pequeno aumento da rea superficial.Novas Formas por DFCEfeito do Tamanho de Partcula14

150 anos

FormaSimulao de Diferentes FormasBumerangue e noz no so formas promissoras.Shamrock (trevo) com quatro buracos oferece alta rea superficial e queda de presso aceitvel.

15

150 yearsTeste de Produo do Shamrock (Trevo)Como ele se parece?16

150 anosComparao de Performance

380390400410420430440450Converso SO2 [%]Temperatura [C]

O4-115O4-116O4-11x

17Shamrock

TESTES REALIZADOS EM ESCALA DE BANCADA COMPARANDO COM CAT DE CsCONFIRMARAM OS RESULTADOS OBITIDOS POR DFC

A ATIVIDADE AUMENTOU SIGNIFICATIVAMENTE AO LONGO DE UM VASTO RANGE17

150 anos18Teste de Produo do ShamrockPropriedades Fsicas e Mecnicas em Comparao com formato anel estreladoTrevo com 4 buracos oferece alta rea superficial e queda de presso aceitvel.

Propriedades fsicas/mecnicas trevoDensidade de empacotamento+ 3%Relao geomtrica da rea superficial+ 25-30%Queda de presso Re=100 [%]+ 15%Dureza de corte+ 18%Atrito- 55%

Os experimentos foram totalmente confirmados pelos resultados obtidos usando simulao via DFC.Os resultados dos testes de produo do trevo foram um sucesso.

150 anos19ResumoA complexidade do catalisador de cido sulfrico tem um potencial de desenvolvimento contnuo:Dinmica de fluidos computacional se mostrou como uma poderosa ferramenta para o desenvolvimento de formas otimizadas de catalisadores; A produo experimental foi bem sucedida no caso de catalisadores com esse formato;Os esforos em pesquisa permitem uma otimizao contnua da carteira de catalisador para cido sulfrico oferecidos pela BASF.Catalisadores de cido sulfrico podem ser otimizados em relao ao formato das partculas, suporte de silcio e compostos ativos; O trevo com quatro buracos oferece uma alta rea superficial e perda de carga aceitvel;

19

150 anos

Suporte tcnico:Medio in situ da converso de SO2BASF Optimal SO2 measurement System 100

BOSS 100BOSS 100Tecnologia:Micro Cromatografia Gasosa 20

UMA SOLUO CONFIAVEL PRECISA E FACIL DE CARREGAR PARA MEDIO DE SO2.ESSE SISTEMA PERMITE A MEDIO DE SO2 EM PRESENA DE SO3 EM UMA VASTA GAMA DE CONCENTRAO20

150 anos Tecnologia n situde medio de SO2

Medio in situ mundialmente07-04-201521Medio de SO2

O EQUIPAMENTO PODE SER ENTREGUE DIRETAMENTE NA SUA EMPRESA. O SERVIO ESTA DISPONIVEL EM QQER LUGAR DO MUNDO21

150 anosRelatrio

Relatrio:

Queda de Presso

Converso por passeSimulao TermodinmicaSimulao do Catalisador FrescoConverso de SO2 baseada nas medidas do BOSS 100Recomendaes (e.x. peneiramento, troca parcial do catalisador, troca total)

22Medio de SO2

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150 years24