Estudio de la factibilidad técnica y económica de un sistema alternativo de regeneración (usando H₂SO₄ y HCl) en el paquete desmineralizador de una planta de una plante de fertilizante

Abstract

El sistema de agua desmineralizada de la planta de Fertilizantes Nitrogenados C.E.C (FertiNitro) está constituido por dos intercambiadores catiónicos, una torre descarbonatadora común, dos intercambiadores aniónicos y dos intercambiadores de lechos mixtos, con capacidad de producir 220 m³/h de agua desmineralizada en condiciones normales. La resina del lecho catiónico, es regenerada con ácido sulfúrico a tres concentraciones diferentes, en tres etapas. Para evaluar la factibilidad técnico-económica de un sistema alternativo de regeneración del lecho catiónico con ácido clorhídrico, se compararon las condiciones operacionales del intercambiador catiónico (31-V-001 A/B) con las condiciones de diseño, encontrándose que el flujo real de operación se mantiene por debajo del flujo de diseño en un 16,67%. Así mismo se instaló un sistema piloto conformado por un tanque de almacenamiento de agua cruda; una bomba periférica para dosificación; un indicador de flujo de área variable; sistema de tuberías y válvulas y una columna de resina catiónica (con las mismas características de la resina utilizada en el sistema real), para determinar experimentalmente la eficiencia de regeneración de la resina catiónica utilizando tanto HCl como H₂SO₄. En esta experiencia se comprobó que para ambos regenerantes las condiciones, con respecto al tiempo de regeneración y producción de agua descationizada, son similares. Basados en los resultados obtenidos, se presentó un diagrama de flujo de proceso para la propuesta del sistema alternativo de regeneración, en el cual se estableció un flujo de 33,40 m³/h de solución regenerante de HCl al 10%, a partir de la dilución (con agua desmineralizada) de una solución comercial de HCl al 30%, durante un tiempo de regeneración de 50 minutos. Adicionalmente, los equipos propuestos consistieron en un tanque de acero al carbono con recubrimiento interno de goma y capacidad de almacenamiento de 20 m³ de HCl al 30% y un eductor para la dosificación de este ácido, con capacidad de 0 a 15 m³/h. El costo de cada equipo, incluyendo su instalación en campo, se estimó en 86.428,02 BsF para el tanque de almacenamiento y en 47.965,40 BsF para el eductor de dosificación. De igual manera, el costo total de inversión de estos equipos se estimó en 241.908,16 BsF, incluyendo los costos indirectos. Así mismo, el costo de operación se estimó en 4.017,41 BsF por cada regeneración de un intercambiador catiónico, solo considerando el consumo de ácido clorhídrico al 30 % y el agua requerida para la dilución. Finalmente, las pérdidas económicas asociadas a un eventual paro de la producción por indisponibilidad de H₂SO₄ se estimaron en 15.124.175 BsF, por lo que se justifica la inversión en el sistema alternativo propuesto para la regeneración con HCl.