BRPI0614596A2 - método para remoção de impurezas de um gás - Google Patents
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Abstract
MéTODO PARA REMOçãO DE IMPUREZAS DE UM GAS. A presente invenção proporciona um método e aparelho para purificar o diáxido de carbono. Bactérias, pesticidas e impurezas de metais pesados da corrente gasosa do diáxido de carbono são removidos usando adsorçáo, lavagem com água, precipitação eletrostática ou filtragem.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOPARA REMOÇÃO DE IMPUREZAS DE UM GÁS".
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção provê um método para remover impurezasde um gás. Mais particularmente, essa invenção provê um método para re-mover impurezas de um gás de dióxido de carbono.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
O dióxido de carbono é usado em uma série de aplicações in-dustriais e domésticas, muitas das quais exigem que o dióxido de carbonoseja livre de várias impurezas. Infelizmente, o dióxido de carbono obtido defontes naturais tais como poços de gás, processos químicos, processos defermentação ou produzidos em indústria, particularmente dióxido de carbonoproduzido pela combustão de produtos de hidrocarboneto, podem contermetais, pesticidas e impurezas de bactérias além de compostos de enxofretais como sulfeto de carbonila (COS) e sulfeto de hidrogênio (H2S), oxigena-dos tais como acetaldeídos e álcoois, e aromáticos tal como benzeno.Quando o dióxido de carbono é planejado para uso em uma aplicação queexige que o dióxido de carbono seja de alta pureza, tal como na fabricação elimpeza de produtos alimentícios e carbonatação de bebidas, produtos mé-dicos e dispositivos eletrônicos, os metais, os pesticidas e outras impurezascontidas na corrente de gás devem ser removidos para níveis muito baixosantes do uso.
Dependendo da aplicação (remoção de metais requerida paraeletrônicos e alimentos, remoção de pesticidas requerida para alimen-tos/bebidas) a remoção de tais metais e pesticidas pode ser requerida e mé-todos para remover essas impurezas são desejáveis.
A presente invenção provê um método simples e eficiente pararealizar esses objetivos.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Uma modalidade da presente invenção é direcionada para ummétodo para a remoção de impurezas de uma corrente de gás compreen-dendo passar a corrente de gás através de pelo menos um tratamento sele-cionado do grupo consistindo em adsorção, lavagem com água, precipitaçãoeletrostática e filtragem.
Uma outra modalidade da presente invenção é direcionada paraum método para a remoção de impurezas de uma corrente de gás de dióxido5 de carbono compreendendo passar a corrente de gás de dióxido de carbonoatravés de pelo menos um tratamento selecionado do grupo consistindo emadsorção, lavagem com água, precipitação eletrostática e filtragem.
Em uma modalidade, a adsorção compreende passar a correntede gás através de leitos de absorção selecionados de usos de um adsorven-te selecionado de uma alumina ativada e um zeólito ou um zeólito na suaforma de troca iônica.
Em uma modalidade, o zeólito é selecionado do grupo consistin-do em uma forma de 4A, 5A, 13X e NaY e o zeólito nas suas formas de trocaiônica. A lavagem com água compreende tratamentos com um oxidante ouum desinfetante em uma coluna condensada.
Em uma modalidade, a filtragem usa um filtro selecionado dogrupo consistindo em microfiltros, ultrafiltros, nanofiltros e filtros não-porosos.
Em uma modalidade, um tratamento de compressão é executa-do antes de ou depois de pelo menos um tratamento selecionado do grupoconsistindo em adsorção, lavagem com água, precipitação eletrostática efiltragem.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Embora o relatório descritivo conclua com reivindicações evi-denciando distintamente a matéria exposta que os requerentes consideramcomo sua invenção, a invenção seria entendida melhor quando tomada emconjunto com os desenhos acompanhantes nos quais:
A figura 1 é uma descrição esquemática do processo geral parapurificação do dióxido de carbono em um processo de purificação do dióxidode carbono no ponto de uso e
A figura 2 é uma descrição esquemática da purificação do dióxi-do de carbono em uma fábrica de produção de dióxido de carbono.DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
O dióxido de carbono que é tipicamente produzido para opera-ções industriais tem uma série de impurezas presente nele. Essas impure-zas freqüentemente serão um problema para muitos usos do dióxido de car-bono, mas na produção de produtos planejados para consumo humano talcomo bebidas carbonatadas e fabricação eletrônica a pureza do dióxido decarbono é soberana e pode influenciar o sabor, qualidade e concordâncialegal do produto acabado.
O dióxido de carbono impuro que pode ser obtido de qualquerfonte disponível de dióxido de carbono tipicamente conterá como impurezascompostos de enxofre tais como sulfeto de carbonila, sulfeto de hidrogênio,sulfeto de dimetila, dióxido de enxofre e mercaptanas, impurezas de hidro-carboneto tais como aldeídos, álcoois, aromáticos, propano, etileno e outrasimpurezas tais como água, monóxido de carbono, metais e pesticidas. Essainvenção descreve novos métodos para a remoção de algumas das impure-zas, tais como metais, pesticidas e bactérias. Os métodos de remoção e a-nálise de impureza podem ser usados em várias maneiras dependendo dese o dióxido de carbono é purificado em uma fábrica de produção, ou noponto de uso. Várias aplicações no ponto de uso do dióxido de carbono in-cluem uma fábrica de enchimento de bebida, uma fábrica de congelamentode alimento, uma fábrica de fabricação de eletrônicos e uma localização dedispensa de dióxido de carbono do tipo de fonte.
A remoção de impurezas de bactérias, metal e pesticida depen-derá de se o dióxido de carbono é purificado em uma fábrica de produção ouno ponto de uso. Em uma fábrica de produção, essas impurezas normalmen-te serão removidas antes da etapa de compressão ou depois da etapa decompressão. Os métodos para a remoção dessas impurezas incluem mate-riais adsorventes, colunas de lavagem com água, precipitadores eletrostáti-cos e meios de filtragem. O material adsorvente pode ser adsorventes não-específicos tais como alumina ativada ou zeólitos e materiais especificamen-te impregnados para a remoção de várias impurezas de metal. Os precipita-dores eletrostáticos podem remover as impurezas do metal através do usode um campo elétrico. As colunas de lavagem com água removem metais eoutras impurezas tal como pesticidas transferindo-as para uma fase aquosaque é descartada. Ozônio pode ser usado em uma coluna de lavagem comágua para oxidar e/ou degradar impurezas tais como bactérias e pesticidas epara causar a floculação das impurezas de metais que são então removidasna descarga da coluna de lavagem com água. A filtragem do leito condensa-do ou de filtros microporosos pode também ser usada para a remoção demetais e outras impurezas. Para minimizar a queda de pressão nessa etapa,filtros com tamanho de poro muito pequeno não são possíveis.
Para a remoção no ponto de uso de bactérias, metais e outrasimpurezas, uma variedade mais ampla de opções está disponível devido àmaior queda de pressão permissível. Além dos métodos com base em ad-sorvente, uma série de filtros pode ser usada. Esses incluem microfiltros,ultrafiltros, nanofiltros e filtros não-porosos tal como membranas de separa-ção de gás. Alguns desses filtros removerão todas as impurezas acima deum certo nível de tamanho e podem remover virtualmente todas as impure-zas de metal e pesticida.
Várias combinações de técnicas de purificação descritas podemser usadas para tratar várias necessidades de purificação do CO2. Para apurificação no ponto de uso tal como purificação do dióxido de carbono an-tes do enchimento de bebidas ou fabricação eletrônica, o dióxido de carbonoimpuro será transportado de um tanque de armazenamento para o equipa-mento de purificação em fluxo típico de uso do consumidor. Essas taxas defluxo podem variar de 80 a 1.500 sm3/h (metros cúbicos padrões por hora)dependendo da aplicação final e do tamanho da instalação de produção. Odióxido de carbono tipicamente estará em uma pressão na faixa de aproxi-madamente 170 kPa a aproximadamente 2150 kPa (1,7 a aproximadamente21,5 bara) com aproximadamente 1600 kPa a aproximadamente 2000 kPa(16 a aproximadamente 20 bara) sendo típico. Em certas aplicações, particu-Iarmente essas relacionadas com o dióxido de carbono para limpeza eletrô-nica, as pressões poderiam variar entre 6000 kPa a vários milhares de kPa(60 a vários milhares de bara).De volta para as figuras, a figura 1 é uma visão geral do proces-so de purificação do dióxido de carbono no ponto de uso. Dependendo dasimpurezas na alimentação, alguns componentes desse processo podem sereliminados. O dióxido de carbono contendo impurezas é direcionado do tan-que 10 ao longo da linha 1 através do regulador de pressão 3 e linha 5 parauma unidade de purificação 20. Um controlador de fluxo opcional, não mos-trado, pode ser utilizado para medir e controlar o fluxo do dióxido de carbonoimpuro do tanque 10. O dióxido de carbono deixa a primeira unidade de puri-ficação através da linha 7 e entra em uma segunda unidade de purificação30. Em uma purificação no ponto de uso, a primeira unidade de purificação20 pode ser uma unidade de remoção de enxofre e a segunda unidade depurificação 30 pode ser um reator catalítico e/ou uma unidade de adsorção.O gás sai da segunda unidade de purificação 30 através da linha 9 e entrana unidade 40 para a remoção de impurezas tais como metais, pesticidas ebactérias e deixa a unidade 40 através da linha 40 e entra em um processode uso do dióxido de carbono 50. Os métodos para a remoção dessas impu-rezas incluem materiais adsorventes, precipitadores eletrostáticos e meiosde filtragem. O material adsorvente pode ser adsorventes não específicostais como alumina ativada ou zeólitos e materiais especificamente impreg-nados para a remoção de várias impurezas de metal. Os precipitadores ele-trostáticos podem remover impurezas de metal através do uso de um campoelétrico. Filtragem de leito condensado ou filtros microporosos podem tam-bém ser usados para a remoção de metais e outras impurezas. Uma sériede filtros pode ser usada e inclui microfiltros, ultrafiltros, nanofiltros e filtrosnão-porosos tal como membranas de separação de gás. Alguns desses fil-tros removerão todas as impurezas acima de um certo nível de tamanho épodem remover virtualmente todas as impurezas de metal e pesticida. Des-de que o dióxido de carbono entrando na unidade 40 está em alta pressão,1600 a 2000 kPa (16 a 20 bara), e a unidade 50 tipicamente estaria a menosdo que 1000 kPa (10 bara), uma alta pressão pode ser tolerada através daunidade 40 e isso proporciona a opção de usar filtro que pode causar grandequeda de pressão tal como os nanofiltros.A purificação do dióxido de carbono em uma fábrica de produçãode dióxido de carbono usando vários aspectos dessa invenção é mostradana figura 2. O dióxido de carbono da fonte 100 é enviado para uma unidadede remoção opcional de metais/pesticidas/bactérias 105. Como discutidoanteriormente, essa unidade pode consistir de um ou mais processos de pu-rificação escolhidos de adsorção, coluna de lavagem com água, precipitadoreletrostático ou uma unidade de filtragem. Os métodos para a remoção des-sas impurezas incluem materiais adsorventes, colunas de lavagem com á-gua, precipitadores eletrostáticos e meios de filtragem. O material adsorven-te pode ser adsorventes não-específicos tais como alumina ativada ou zeóli-tos e materiais especificamente impregnados para a remoção de várias im-purezas de metal. Precipitadores eletrostáticos podem remover impurezasde metal através do uso de um campo elétrico. As colunas de lavagem comágua removem metais e outras impurezas tal como pesticidas transferindo-as para uma fase aquosa que é descartada. O ozônio pode ser usado emuma coluna de lavagem com água para oxidar e/ou degradar as impurezastais como bactérias e pesticidas e para causar a floculação das impurezasde metal que são então removidas na descarga da coluna de lavagem comágua. A filtragem com leito condensado ou filtros microporosos pode tam-bém ser usada para a remoção de metais e outras impurezas. Para minimi-zar a queda de pressão nessa etapa, os filtros com tamanho de poro muitopequeno não são praticáveis. O gás que deixa a unidade 105 é comprimidona unidade 110, resfriado na unidade 115 e enviado para uma unidade op-cional de lavagem com água 120. Na prática, uma coluna de lavagem comágua como parte da unidade 105 ou coluna de lavagem com água 120 é u-sada. Na coluna de lavagem com água 120, a corrente de água 125 entra nacoluna e uma corrente 130 contendo impurezas sai da coluna. A coluna delavagem com água tipicamente conteria materiais de adensamento tais co-mo anéis de "rashig" ou adensamento estruturado e o fluxo da corrente dedióxido de carbono é contracorrente ao fluxo da corrente de dióxido de car-bono. Como mencionado anteriormente, a corrente de água que chega 125pode conter o ozônio para facilitar a remoção de impurezas de metal e a de-gradação das impurezas de pesticida e bactérias. Tempo de permanênciasuficiente é provido para a remoção dessas impurezas.
A corrente que sai da coluna de lavagem com água 120 entraem uma unidade de purificação 135 que pode conter módulos para a remo-ção de impurezas de enxofre e hidrocarboneto, módulos para liquefação edestilação e recurso de análise. O gás que deixa a unidade de purificação135 entra na unidade 140 que pode ser um tanque de armazenamento dedióxido de carbono ou um processo utilizando dióxido de carbono.
As indústrias ou consumidores onde a presente invenção teráutilidade incluem, mas não são limitados a, fabricação e limpeza de gênerosalimentícios; fabricação de eletrônicos, componentes eletrônicos e subcon-juntos; limpeza de produtos médicos; carbonatação de refrigerantes, cervejae água; cobertura de tanques de armazenamento e recipientes que contêmlíquidos ou pós inflamáveis; cobertura de materiais que degradariam no ar,tais como óleo vegetal, temperos e fragrâncias.
Exemplo 1
Teste foi executado usando uma coluna de lavagem com água(10 cm de diâmetro) usando adensamento de 2,5 cm. A altura da coluna eraaproximadamente de 1,0 metro. O dióxido de carbono em uma taxa de fluxode 26,6 sm3/h e em uma pressão de 151,325 kPa (0,5 barg) foi passado demodo contracorrente à corrente de água em 0,4 Litros por minuto. O dióxidode carbono continha uma impureza de metal pesado em uma concentraçãode aproximadamente 140 ppb. Cerca de 80% da impureza de metal foi re-movida pela lavagem com água.
O ozônio em uma concentração de 10 ppm foi adicionado nacorrente de água e acima de 95% de remoção do metal pesado foi obtida. Ouso do ozônio melhora a remoção das impurezas de metal significativamentenesse caso.
Embora a presente invenção tenha sido descrita com referênciaàs várias modalidades e exemplos, numerosas mudanças, adições e omis-sões, como ocorrerão para aqueles versados na técnica, podem ser feitassem se afastar do espírito e do escopo da presente invenção.
Claims (17)
1. Método para remoção de impurezas de uma corrente gasosacompreendendo passar a corrente gasosa através de pelo menos um trata-mento selecionado do grupo consistindo em adsorção, lavagem com água,precipitação eletrostática e filtragem.
2. Método, reivindicação 1, em que a corrente gasosa é umacorrente gasosa de dióxido de carbono.
3. Método, como reivindicado na reivindicação 1, em que a ditaadsorção compreende passar a corrente gasosa através de leitos de absor-ção selecionados de usos de um adsorvente selecionado de uma aluminaativada e um zeólito ou um zeólito na sua forma de troca iônica.
4. Método, como reivindicado na reivindicação 1, no qual o zeó-lito é selecionado do grupo consistindo em uma forma 4A, 5A, 13X e NaY.
5. Método, como reivindicado na reivindicação 1, no qual a la-vagem com água compreende tratamentos com um oxidante.
6. Método, como reivindicado na reivindicação 1, no qual a la-vagem com água compreende tratamento com um desinfetante.
7. Método, como reivindicado na reivindicação 1, no qual a ditafiltragem usa um filtro selecionado do grupo consistindo em microfiltros, ul-trafiltros, nanofiltros e filtros não-porosos.
8. Método, como reivindicado na reivindicação 1, no qual a cor-rente gasosa também compreende um pré-tratamento para remover com-postos de enxofre.
9. Método, como reivindicado na reivindicação 1, também com-preendendo um tratamento de compressão depois de pelo menos um trata-mento selecionado do grupo consistindo em adsorção, lavagem com água,precipitação eletrostática e filtragem.
10. Método para remover impurezas de uma corrente gasosade dióxido de carbono compreendendo passar a corrente gasosa de dióxidode carbono através de pelo menos um tratamento selecionado do grupoconsistindo em adsorção, lavagem com água, precipitação eletrostática efiltragem.
11. Método, como reivindicado na reivindicação 10, no qual adita adsorção compreende passar a corrente gasosa de dióxido de carbonoatravés de leitos de absorção selecionados de usos de um adsorvente sele-cionado de uma alumina ativada e um zeólito ou um zeólito na sua forma detroca iônica.
12. Método, como reivindicado na reivindicação 10, no qual ozeólito é selecionado do grupo consistindo em uma forma 4A, 5A, 13X eNaY.
13. Método, como reivindicado na reivindicação 10, no qual alavagem com água compreende tratamentos com um oxidante.
14. Método, como reivindicado na reivindicação 10, no qual alavagem com água compreende tratamento com um desinfetante.
15. Método, como reivindicado na reivindicação 10, no qual adita filtragem usa um filtro selecionado do grupo consistindo em microfiltros,ultrafiltros, nanofiltros e filtros não porosos.
16. Método, como reivindicado na reivindicação 10, no qual acorrente gasosa também compreende um pré-tratamento para removercompostos de enxofre.
17. Método, como reivindicado na reivindicação 10, tambémcompreendendo um tratamento de compressão depois de pelo menos umtratamento selecionado do grupo consistindo em adsorção, lavagem comágua, precipitação eletrostática e filtragem.
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