BRPI0607542A2 - processo para a produção de óxidos de enxofre a partir de uma corrente de lìquido compreendendo sulfeto de hidrogênio - Google Patents

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Abstract

PROCESSO PARA A PRODUçãO DE óXIDOS DE ENXOFRE A PARTIR DE UMA CORRENTE DE LìQUIDO COMPREENDENDO SULFETO DE HIDROGêNIO. A invenção é dirigida a um processo e aparelho para a remoção de sulfetos de hidrogênio de correntes contendo os mesmos, particularmente de correntes de água servida. De acordo com a invenção, sulfeto de hidrogênio é extraído do líquido de processo por meio de um extrator a vácuo. O gás assim produzido tem um teor de H25 elevado, o que facilita posterior processamento.

Description

"PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ÓXIDOS DE ENXOFRE APARTIR DE UMA CORRENTE DE LÍQUIDO COMPREENDENDOSULFETO DE HIDROGÊNIO"
A invenção é dirigida a um processo e aparelho para aremoção de sulfetos de hidrogênio de correntes contendo os mesmos,particularmente de correntes de água servida, e produção de óxidos de enxofrea partir de referidos sulfetos de hidrogênio removidos.
Em muitos processos de produção industrial, é produzida umacorrente contendo material orgânico e sulfato, particularmente em processosde produção em que material orgânico e ácido sulfurico são usados. Osexemplos de tais processos são processos que envolvem o uso de ácidosulfurico para a liberação e a hidrólise de lignocelulose, de modo que osgrupos contendo açúcar, que são assim produzidos, podem ser usados em umprocesso de fermentação para a produção de etanol, ácido láctico, ácidocítrico e outros. Comumente, o sulfato nestas correntes é convertido emsulfeto de hidrogênio, particularmente usando processos de tratamentoanaeróbico, após o que uma etapa é realizada para remover o sulfeto dehidrogênio.
Na arte, vários processos são conhecidos para remover sulfetode hidrogênio de gases de processo. US-A 5 928 620, por exemplo, descreveum processo em que H2S é convertido em enxofre elementar.
A presente invenção procura prover um processo efetivo pararemover H2S de correntes de processo. Ao mesmo tempo, o processo devetornar possível que o H2S removido possa ser convertido em compostos deoxido de enxofre utilizáveis.
Verificou-se que este objeto pode ser atendido por remoção deH2S de correntes de processo, particularmente de correntes de processo delíquidos, mais particularmente correntes aquosas de processo, por extração avácuo, seguido por queima do H2S removido. Assim, em uma forma derealização, a presente invenção é dirigida a um processo para a remoção desulfeto de hidrogênio de uma corrente de líquido, compreendendo as etapasde:
- alimentar referida corrente de líquido para um extrator;
- contatar referida corrente de líquido no referido extrator sobpressão reduzida com um gás de extração, cujo gás de extração compreendevapor que é gerado no referido extrator, pelo que pelo menos parte de referidosulfeto de hidrogênio é transferido para referido gás de extração, pelo que umgás de extração carregado é obtido;
- submeter referido gás de extração carregado do referidoextrator a vácuo para uma etapa em que água é condensada, assim produzindouma corrente rica em H2S, e
- queimar H2S na referida corrente rica em H2S,preferivelmente usando ar, assim produzindo uma corrente rica em óxidos deenxofre.
De acordo com a presente invenção, uma solução aquosa desulfeto pode ser usada. As soluções aquosas contendo sulfeto de hidrogêniopodem se originar de, por exemplo, biorreatores anaeróbicos, em quecompostos de enxofre (por exemplo sulfato, sulfito, tiossulfato, algunsaminoácidos etc) são convertidos em sulfeto, enquanto compostos orgânicossão usados como um doador de elétrons. Também H2, eletricidade emediadores redox podem ser usados como um doador de elétrons. O uso decorrentes aquosas contendo sulfeto de acordo com a presente invenção éparticularmente vantajoso, porque o gás que é produzido no extrator a vácuo,compreende vapor d'água e sulfeto de hidrogênio. Verificou-se que a correntenesta corrente de gás pode ser condensada de modo relativamente fácil, peloque uma corrente de gás com uma concentração elevada de sulfeto dehidrogênio é obtida.
Um tipo particular de bioprocessos são os processos deacidificação biológica anaeróbica, em que o material orgânico éprincipalmente convertido em ácidos graxos, cujos ácidos graxos são, por suavez, não convertidos em metano e CO2. Por resultado, os ácidos graxos seacumulam e o pH cai. Um pH baixo é favorável para subseqüente remoção desulfeto, como pode ser explicado pelas seguintes equações de reação:
S2- + ET <r> HS- (1)
HS- + Yt <-> H2S (2)
Em concentrações aumentadas de H*, o equilíbrio de (2) sedesloca para o lado à direita e a concentração de H2S aumenta. Em resultado,o H2S pode ser transferido mais facilmente para o gás de extração. Assim, osbioprocessos de acidificação são preferidos de acordo com a presenteinvenção. Para este tipo de processos, verificou-se que o pH apropriado épreferivelmente de 6 a 6,9, particularmente cerca de 6,5.
O contato do gás de extração e o líquido contendo H2S podeser realizado de vários modos. O gás de extração pode ser dirigido através dolíquido na forma de bolhas. Também é possível ter a fase gasosa como a fasecontínua e finamente dividir o líquido, por exemplo por pulverização dolíquido do topo da coluna de extração. No último caso, é geralmente preferidoter recheios de coluna presentes no extrator, a fim de aumentar a área decontato entre o gás de extração e o líquido. Os recheios preferidos são anéisde Pall e/ou anéis de sela. Geralmente, quando um gás de extração deve seradicionado ao extrator, o gás é alimentado no fundo e o líquido no topo.
DE-A-376 633 descreve um método de extração a vácuo queenvolve o aquecimento sob vácuo. Este método é desvantajoso porque requermais energia. Além disso, este método não é apropriado para o tratamento decorrente de alimentação de líquido, que se origina de um biorreator ecompreende bactérias vivas, estas bactérias não irão geralmente sobreviverem tais altas temperaturas.
De acordo com a presente invenção, a extração é realizada emvácuo, ou seja sob pressão reduzida, isto é, em pressões menores do que aatmosférica, tipicamente menores que 0,5 bar atmosférico. Preferivelmente, apressão no extrator é de 0,01 a 0,2 bar atmosférico, mais preferivelmentede0,05 a 0,1 bar atmosférico. Estas pressões baixas pode ser facilmenteaplicadas por uso de bombas de vácuo, que são colocadas a jusante doextrator, em combinações com restrição apropriada a montante do segmentode baixa pressão. Como resultado destas pressões baixas, a água que contémos sulfetos pode começar a ferver em temperatura já muito baixas, porexemplo em cerca de 80 °C. Verificou-se que usando pressões muito baixas,H2S pode ser removido sem aquecimento e as bactérias podem sobreviver àetapa de extração a vácuo.
Por emprego de uma pressão menor, água evapora do líquido eo vapor assim formado entra na fase de gás, onde ele irá (co) atuar como umgás extraído. Outra vantagem da remoção de água da fase líquida é que aconcentração de H2S na fase líquida aumenta, como resultado disto atransferência de H2S para a fase gasosa é ainda melhorada. As temperaturaspreferidas para operar o extrator são de 20 a 80 °C, mais preferivelmente de25 a 35 °C, tipicamente em torno de 30 °C.
O tempo de residência médio do gás de extração no extrator étipicamente de 1 a 100 segundos.
Uma das vantagens da presente invenção é que asconcentrações do gás extraído carregado, isto é, o gás que contém o H2Sextraído da fase líquida, podem ser relativamente elevadas. Tipicamente, ogás de extração carregado compreende 5-40 % em peso H2S, preferivelmente25-35 % em peso de H2S, em uma base de gás seco. As concentraçõeselevadas de H2S são particularmente desejáveis porque o H2S deve serqueimado, como será explicado em maiores detalhes abaixo. Apesar daqueima de H2S ser exotérmica, a quantidade de calor produzido é muito baixaem concentrações de H2S baixas, assim requerendo a adição de combustívelextra, o que não é desejável do ponto de vista econômico. Assim, operandoem uma concentração de H2S que é tão elevada como possível, é desejável.Em concentrações de H2S acima de 4,5 % em peso em ar, H2S pode queimarcomo uma chama de auto-sustentação.
Além da corrente que é produzida no extrator, gás de extraçãoextra pode ser adicionado ao fundo do extrator. Esta corrente extra de gás deextração pode ser, por exemplo, ar, que, sob algumas circunstâncias, temvantagens adicionais, como será explicado em detalhes abaixo. É tambémpossível aplicar esta corrente de ar em um extrator separado, nãonecessariamente um extrator a vácuo, que está em linha com o extrator avácuo.
Em uma etapa subseqüente, o gás de extração carregado ésubmetido a uma etapa em que o teor de água do gás é reduzido, por exemplo,por meio de um condensador. Deste modo, é produzida uma corrente rica emH2S seca. Além de H2S e dependendo do processo a montante, o gás rico emH2S seco pode compreender outros gases, como C02. Tipicamente, o gás secoainda compreende 95-60 % em peso de C02, preferivelmente 65-75 % empeso de C02, com base em gás seco.
O líquido contendo sulfeto, do qual o sulfeto é recuperado deacordo com a presente invenção, pode ser originar de várias fontes, como deum processo de tratamento de água servida (como água servida de curtume),ou de um processo para a produção de produtos de fermentação (como etanol,ácido láctico, ácido cítrico, etc).
A corrente rica em H2S (seca) produzida de acordo com apresente invenção pode ser ainda processada. Por exemplo, é possívelproduzir enxofre elementar (Sx) de H2S por meio de processo de Claus bemconhecido.
Em uma forma de realização preferida, no entanto, a correntede gás rica em H2S é convertida em uma corrente rica em óxidos de enxofre,como SO2 e/ou SO3. Geralmente, isto é feito por reação de H2S com oxigênio,pelo que o H2S é assim efetivamente queimado, assim normalmente SO2 éformado. S02 pode ser conseqüentemente ainda oxidado em S03 por meio deum catalisador apropriado. Na próxima etapa, o SO3 pode ser dissolvido em água, formando H2S04. A queima do H2S é preferivelmente realizada usandoar. Como indicado acima, é ainda mais preferido se o ar for entrado noextrator a vácuo e/ou no segundo ou outro extrator separado, de modo quepode contribuir na ação de extração.
Em uma forma de realização preferida da invenção, a correntede alimentação de líquido se origina de um reator de tratamento de águaservida biológica anaeróbica. Este sistema efetivamente converte energia debaixo valor de compostos orgânicos que são dissolvidos em água servida emenergia de alto valor, como o calor de H2S queimado. Esta energia de altovalor pode ser usada para diferentes fins, por exemplo, para reduzir custos.
Assim, esta forma de realização da presente invenção prove, com efeito, umabomba térmica biológica, em que energia de baixo valor é convertida por usode energia mecânica (o compressor) em energia de alto valor.
A figura 1 mostra esquematicamente uma forma de realizaçãoem que dois extratores são usados de acordo com a presente invenção. Nestaforma de realização, a água usada entra no reator anaeróbico 1, em queacidificação e redução de sulfato ocorrem. O efluente líquido é passado para oseparador 2, do qual a lama é retornada para o reator 1. O efluente é passadopara um processo de pós-tratamento anaeróbico, que é realizada no reator 3, oefluente de líquido do reator 3 é passado para o extrator 4, que é alimentadopor ar no fundo. A corrente gasosa que deixa o extrator 4 é rica em ar(oxigênio) e também contém quantidades consideráveis de H2S e ésubseqüentemente alimentada para o queimador 6 de H2S, onde esta correntede gás é usada como uma fonte de oxigênio. Outro efluente liquido do reator1 é alimentado diretamente para o extrator a vácuo 5, que produz umacorrente rica em H2S que é alimentado para o queimador, onde é queimadausando pelo menos parte do oxigênio proveniente do extrator 4.Opcionalmente, ar extra pode ser alimentado para o queimador 4, senecessário. É também possível colocar extrator 4 antes do reator de pós-tratamento 3.
Em uma forma de realização específica da presente invenção,a corrente rica em óxidos de enxofre, que é produzida por oxidação desulfetos é contatada com água, assim produzindo uma corrente rica em ácidosulfurico, cuja corrente rica em ácido sulfúrico é alimentada para uma etapaem que é contatada com biomassa, assim produzindo uma corrente rica emmonossacarídeos e/ou polissacarídeos, cuja corrente rica em monossacarídeose/ou polissacarídeos é subseqüentemente submetida a etapa de fermentação,assim os produtos de fermentação são formados e pelo que se forma umacorrente rica em sulfato, cuja corrente rica em sulfato é pelo menos em parteconvertida em sulfeto de hidrogênio na referida corrente de líquido, cujacorrente de líquido é alimentada para o referido extrator.
Nos processos de tratamento de água servida, assim como emprocessos de produção de fermentação, geralmente uma ou mais substânciasalcalinas são adicionadas à corrente de processo para neutralizar os ácidos quesão formados em algum estágio nestes processos. Os presentes inventoresverificaram que estas substâncias alcalinas, quando usadas, sãopreferivelmente selecionadas dentre Mg(OH)2, NaOH e KOH. Ca(OH)2 é omenos preferido, porque pode levar a uma precipitação indesejada na colunade extração. Mg(OH)2 é particularmente preferido quando o fermento (depadaria) é usado, porque ele é mais sensível a Na+ e K+.
Outra aplicação da presente invenção é o tratamento de gásresidual de uma planta Claus. Em um processo de Claus, óxidos de enxofre(SOx) são produzidos. Este SOx pode ser absorvido em água e a correnteaquosa assim obtida pode ser tratada do mesmo modo que o composto deenxofre contendo correntes de água servida, como descrito aqui acima. Oscompostos de enxofre são convertidos em sulfeto, que é subseqüentementeextraído no extrator a vácuo de acordo com a presente invenção. O sulfetopode ser alimentado para o queimador no processo de Claus.
Quando o processo da presente invenção é usado na produçãode produtos de fermentação (por exemplo etanol) a partir de lignocelulose,pode ser vantajoso tomar uma corrente de alimentação ácida que é obtida daetapa de hidrólise (por extração de membrana) que é realizada usando ácidosulfurico e que contorna o reator de fermentação. Esta corrente de ácidosulfurico é então passada diretamente para o reator de acidiflcação, ou mesmodiretamente para o extrator a vácuo porque resulta em diminuição do pH noextrator, que é favorável para a ação de extração, como explicado acima. Oácido sulfurico é mantido no efluente líquido e retro-alimentado para obiorreator, onde pode ser convertido em sulfeto. Assim, de acordo com umaforma de realização preferida, uma corrente de água servida ácida,relativamente limpa, é alimentada para o extrator a vácuo, preferivelmente notopo do extrator a vácuo.
A presente invenção será agora ilustrada pelos seguintesexemplos não limitativos.
EXEMPLO 1
Para um reator de acidiflcação biológica de 5 dm3, foiadicionada uma corrente de água servida sintética compreendendo sacarose,extrato de levedura e sulfato de sódio. A quantidade de enxofre a partir desulfato foi de 460 mg S/dm3 e a quantidade de sacarose foi 3200 mg/dm3. OpH no biorreator foi mantido constante por alimentação da solução de NaOHusando um estator de pH. O efluente do reator foi deixado fluir para umtanque de sedimentação (5 dm3) onde a lama foi deixada assentar e o líquidofoi removido. A lama foi retornada para o reator. O efluente líquido foialimentado para uma coluna de extração (1,5 dm3) que foi operado a umapressão de 0,08 bar atmosférico, e uma temperatura de 30 °C. O efluentelíquido continha somente 10 mg de sulfeto / dm3. O gás foi removido usandouma bomba de membrana. Não foi usado gás de extração externo.
A sacarose foi convertida principalmente em ácido acético e o sulfato desapareceu. O sulfeto formado a partir do sulfato pode ser removidopor 98 % em peso no extrator a vácuo, apesar da concentração de H2S nolíquido. O gás do extrator foi subseqüentemente secado por condensação daágua. Após secagem, ele continha 30 % em peso H2S e 70 % em peso CO2.
Verificou-se que um pH de 6,5 no biorreator foi ótimo. Ummenor pH resultou em uma menor atividade biológica e um maior pH resultouem uma menor eficácia de extração.
Após misturação com ar, um gás resultou compreendendo 9 %em peso H2S e 14 % em peso 02.
EXEMPLO 2 (referência)
O exemplo 1 foi repetido. Novamente, o efluente líquido quefoi alimentado para o extrator continha 10 mg de sulfeto de hidrogênio pordm3 e o pH foi 6,5. Desta vez, no entanto, um extrator comum (atmosférico)foi usado, empregando N2 como o gás de extração. O gás seco produzidocontinha somente 0,25 % em peso de H2S.

Claims (15)

1. Processo para a produção de óxidos de enxofre a partir deuma corrente de líquido compreendendo sulfeto de hidrogênio, caracterizadopelo fato de compreender as etapas de:- alimentar referida corrente de líquido para um extrator avácuo;- contatar referida corrente de líquido no referido extrator sobpressão reduzida com um gás de extração, cujo gás de extração compreendevapor que é gerado no referido extrator, pelo que pelo menos parte de referidosulfeto de hidrogênio é transferido para referido gás de extração, pelo que umgás de extração carregado é obtido;- submeter referido gás de extração carregado do referidoextrator a vácuo para uma etapa em que água é condensada, assim produzindouma corrente rica em H2S, e - queimar H2S na referida corrente rica em H2S,preferivelmente usando ar, assim produzindo uma corrente rica em óxidos deenxofre.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de compreender um outro extrator que pode ser operado sob condições atmosféricas.
3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que referido gás de extraçãocompreende ar e/ou C02 que é alimentado para referido extrator a vácuo, parareferido outro extrator, se presente, ou ambos.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que referido gás de extração carregadodo referido extrator a vácuo compreende 5-40 % em peso de H2S,preferivelmente 25-35 % em peso de H2S, com base em gás seco.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que referido gás de extração carregadodo referido extrator a vácuo ainda compreende 95-60 % em peso CO2,preferivelmente 65-75 % em peso C02, com base em gás seco.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que forma parte de um processo detratamento de água servida, de um processo para a produção de produtos defermentação, ou de um processo de Claus.
7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que é tratada água de um reator de tratamento de água servidabiológica anaeróbica.
8. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que água de um reator de acidificação anaeróbico é tratada.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que ar é usado para queimar H2S, cujoar é alimentado como um gás de extração para o referido extrator a vácuo,opcionalmente para referido outro extrator se presente, ou para ambos.
10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que referida corrente rica em óxidosde enxofre é contatada com água, assim produzindo uma corrente rica emácido sulfurico, cuja corrente rica em ácido sulfurico é alimentada para umaetapa em que ela é contatada com biomassa, assim produzindo uma correnterica em monossacarídeos e/ou polissacarídeos, cuja corrente rica emmonossacarídeos e/ou polissacarídeos é subseqüentemente submetida a umaetapa de fermentação, pelo que os produtos de fermentação são formados epelo que uma corrente rica em sulfato é formada, cuja corrente rica em sulfatoé pelo menos em parte convertida em sulfeto de hidrogênio na referidacorrente de líquido, cuja corrente de líquido é alimentada para o referidoextrator.
11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que referido extrator é carregado comrecheios, particularmente com anéis de pall e/ou anéis de sela.
12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o tempo de residência médio dereferido gás de extração é de 1 a 100 segundos.
13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que a pressão no referido extrator é de-0,01 a 0,2 bar atmosférico, preferivelmente de 0,05 a 0,1 bar atmosférico.
14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que uma substância alcalina éadicionada em uma etapa anterior à etapa de extração a vácuo, cuja substânciaalcalina é preferivelmente Mg(OH)2.
15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que uma corrente de água servida,ácida, limpa, é alimentada para o extrator a vácuo, preferivelmente no topo doextrator a vácuo.
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Free format text: SOLICITA-SE A REGULARIZACAO DA PROCURACAO, UMA VEZ QUE BASEADO NO ARTIGO 216 1O DA LPI, O DOCUMENTO DE PROCURACAO DEVE SER APRESENTADO EM SUA FORMA AUTENTICADA; OU SEGUNDO MEMO/INPI/PROC/NO 074/93, DEVE CONSTAR UMA DECLARACAO DE VERACIDADE, A QUAL DEVE SER ASSINADA POR UMA PESSOA DEVIDAMENTE AUTORIZADA A REPRESENTAR O INTERESSADO, DEVENDO A MESMA CONSTAR NO INSTRUMENTO DE PROCURACAO, OU NO SEU SUBSTABELECIMENTO.

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