BRPI1106787A2 - processo para a oxidação de lixívias residuais em regime de pressão intensificada - Google Patents

Abstract

processo para a oxidação de lixívias residuais em regime de pressão intensificada".a presente invenção refere-se a um processo para o tratamento de lixívias residuais,em que a lixívia residual é oxidada em uma pressão majorada entre 6 mpa e 20mpa(60bar e 200 bar).a pressão da lixívia l residual será majorada em um primeiro estágio de pressão 1.no trocador de calor2,a lixívia consumida será aquecida por troca de calor indireta com a lixívia oxidada7.a lixívia aquecida consumida será aquecida por troca de calor em corrente contrária.a lixívia aquecida consumida será conduzida pelo trocador de calor 2 para um separador 3.no separador3.a fase aquaosa evaporada seráextraída da lixívia consumida e com a fase gasosa 12,ou será aliviada para atmosfera,ou será usada como vapor de processo,ou veículo térmico,na instalação.a fase líquida 13 da lixívia residual será regulada em um segundo do estágio de pressão 4 para a pressão reacional desejada e juntamente com o ar comprimido será conduzida para o retor de oxidação5.no reator de oxidação5,a lixívia consumida será oxidada.no reator de oxidação 5 decorre tanto a reação 1 como tanbém a reação2.por tanto,as lixívias oxidadas nem sempre contêm sulfetos,nem tissulfatos.no casa o retorde oxidação 5 será aquecido pelo lado externo com vapor de alta pressão 8,por meio de troca de calor indireta.o vapor de pressão elevado 8,condensado será extraído no fundo do reator como condensado 9.sendo reciclado para o sistema de condensados.a lixívia oxidada 7 será arrefecida em dois estágios,pela primeira vezem corrente contrária no trocador de calor2,em troca de calor com a lixívia residual l,e por outro lado,no trocador de calor 10,em regime de corrente contrária,sendo feito com água de arrefecimento.a lixívia oxidada7,após o arrefecimento,através de umaneutralização opcional(não representada).mediante separação da fase gasosa(não representada),poderá ser conduzida diretamente para um processo par um processamento biológico de águas residuais11.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA A OXIDAÇÃO DE LIXÍVIAS RESIDUAIS EM REGIME DE PRESSÃO INTENSIFICADA". A presente invenção refere-se a um processo para o tratamento de lixívias residuais de uma instalação para a produção de hidrocarbonetos, através de dissociação de uma carga contendo hidrocarbonetos, em que o processo apresenta ao menos um passo, no qual a lixívia residual é submetida em regime de temperatura majorada, com pressão superatmosférica, a um processo de oxidação com oxigênio.

Olefinas, como etileno ou propileno, são produzidas por meio de dissociação de uma carga contendo hidrocarbonetos. Os hidrocarbonetos de cadeia longa da carga empregada são, por exemplo, transformados por dissociação térmica (Steam-Cracking - craqueamento a vapor) em hidrocarbonetos de cadeia curta como sejam etileno e propileno. O gás gerado na dissociação será arrefecido, concentrado e, em uma lavagem de lixívias subsequentes, será liberado de componentes indesejados, como dióxido de carbono, ácido sulfídrico e mercaptanas, antes de ser decomposto nos diferentes hidrocarbonetos como sejam etileno e propileno. A lixívia residual que surge na lavagem da solução, antes de ser introduzida para um tratamento de águas residuais biológicas, terá de ser isentada de componentes venenosos. Da mesma maneira, a necessidade química de oxigênio das lixívias consumidas terá de ser reduzida. De acordo com o estado da técnica, isto é realizado por uma redução do teor de sulfeto típico na lixívia residual, através de uma oxidação química úmida do sulfeto com o oxigênio, na solução.

De acordo com o estado da técnica, são conhecidos diferentes processos para a oxidação úmida de lixívias residuais (por exemplo, C.B. Maugans, C. Alice wet ais oxidation: a review of commercial sub-critical hi-drothermal treatment IT302 conference, 13- 17/05/2002, New Orleans, Lousi-ana Oder US-Patent US 5082571), que se baseiam nos seguintes processos exclusivos. A lixivia residual será regulada para a pressão de reação dese- jada e, em corrente contrária, será aquecida com a lixívia oxidada. A lixivia residual aquecida será, em seguida, mediante integração de oxigênio, conduzida para um reator de oxidação e será oxidada. O oxigênio necessário para o processo reacional ou será adicionado do ar, ou como oxigênio puro. Um aquecimento adicional das lixívias residuais poderá ser realizado pela introdução de vapor quente no reator da oxidação. Após um tempo de permanência típica de cerca de 1 hora (dependendo da temperatura e da pressão escolhidas), a lixívia oxidada será arrefecida com o gás de escape correspondente, através de um trocador de calor, mediante aquecimento da lixívia residual consumida. Após um controle de pressão, em um recipiente separador sequencial, o gás de escape será separado do líquido. A lixívia oxidada liquefeita poderá depois ser conduzida para um processo para o processamento biológico de águas residuais, mediante regulagem opcional do pH (neutralização).

Um processo alternativo é descrito no documento DE 102006030855. De acordo com o processo descrito no documento DE 102006030855, a lixívia oxidada, após o reator de oxidação, por meio de arrefecimento direto com lixívia oxidada fria, resultante do recipiente separador, será submetida ao arrefecimento. A regulagem da temperatura reacional no reator de oxidação se verifica sem pré-aquecimento da lixívia consumida pela integração de vapor quente ou de ar quente. A presente invenção tem como objetivo desenvolver um processo alternativo para o tratamento de lixívia residual de uma instalação para a produção de hidrocarbonetos, através da dissociação de uma carga com teor de hidrocarbonetos. No caso, possivelmente a duração da permanência dentro do reator de oxidação deverá ser reduzida, sendo aperfeiçoados os valores das águas servidas da lixívia oxidada e/ou sendo majorada a economia do processo.

Esta tarefa enfocada será solucionada pelas características marcantes da reivindicação 1. Modalidades vantajosas da invenção resultam das reivindicações dependentes.

De acordo com a invenção, o processo de oxidação em um rea- tor será realizado sob uma pressão entre 6 MPa e 20 MPa (60 bar e 200 bar). Pela pressão maior no reator, de acordo com a invenção, especialmente na faixa de pressão mencionada, a reação da oxidação das composições de enxofre será devidamente aperfeiçoada na lixívia residual. A oxidação das composições com teor de enxofre na lixívia consumida verifica-se normalmente em dois passos diferentes. Em uma reação de processamento rápido, primeiramente serão formados tiossulfatos resultantes dos sulfetos da lixívia residual. Em outro passo, esses tiossulfetos serão transformados em sulfatos mais estabilizados. A reação dos sulfetos, em relação aos tiossulfatos, decorre nitidamente mais rápido do que a transformação dos tiossulfatos para sulfatos. As duas reações essenciais (a seguir designadas como reação 1 e reação 2) são detalhadamente como segue: (1) 2 Na2S + 2 02 + H20 < == > Na2S203 + 2 NaOH (2) Na2S203 + 2 NaOH < == > 2 Na2S04 + H20 Na realização da reação de oxidação em uma faixa de pressão, por exemplo, de 0,8 a 1 MPa (8 a 10 bar) e um tempo de permanência no reator de oxidação de 6 a 8 horas a 110°C até 140°C, conforme o estado da técnica, geralmente resulta uma carga residual de 20 até 30% de tiossulfatos na lixívia residual oxidada. Este resto de tiossulfato normalmente poderá ser processado conjuntamente nos processos biológicos de tratamento de á-guas residuais. Pela concretização do processo, de acordo com a invenção, sob regime de pressão intensificada na faixa mencionada, a sequência da reação 2 será nitidamente acelerada e a parcela de tiossulfatos na lixívia oxidada será reduzida para poucos ppm. A qualidade das águas servidas e, portanto, as necessidades do oxigênio químico da lixívia oxidada são assim nitidamente aprimoradas. O subsequente tratamento biológico das águas servidas será simplificado, sendo obtidas águas residuais de maior qualidade. Em aditamento, na realização da reação de oxidação na faixa de pressão intensificada, de acordo com a presente invenção, serão oxidadas impurezas de hidrocarbonetos adicionais nas lixívias consumidas. Desta maneira, se reduz a necessidade de oxigênio químico na lixívia oxidada, ainda em caráter adicional.

Desta maneira, pela realização da reação de oxidação, de acordo com a presente invenção, com pressão intensificada na faixa mencionada, pela reação 2 acelerada, o tempo de permanência das lixívias consumidas no reator de oxidação, com qualidade comparável da lixívia oxidada, pode ser nitidamente reduzido. Desta maneira, será aumentada a economi-cidade do processo, de acordo com a invenção. O reator de oxidação pode ser conformado de porte menor do que no estado da técnica. A faixa de pressão mencionada, de acordo com a invenção, a-presenta no caso um compromisso, relativamente à concretização econômica do processo. Através da realização consoante à invenção, da reação de oxidação em regime de pressão majorada, aumentam as exigências estáticas quanto ao reator de oxidação. Em consequência, o reator de oxidação fica mais caro do que um reator de oxidação, de acordo com o estado da técnica. Estes custos de investimento maiores, relativamente ao reator de oxidação, serão compensados pela economia majorada, em consequência do tempo de permanência mais curto. A combinação, no caso, é ótima na faixa de pressão mencionada, de acordo com a invenção.

De preferência, o processo da oxidação será realizado a uma pressão de 16 MPa (160 bar) e a uma temperatura de 280°. Nesta conformação da invenção, a economia do processo passa a se ideal pela combinação dos custos de investimento para o reator de oxidação, do tempo de permanência menor, das lixívias consumidas dentro do reator de oxidação e da qualidade das águas servidas, aperfeiçoada na lixívia oxidada.

Vantajosamente, a pressão da lixívia residual será majorada em dois estágios de pressão separados para a pressão da reação de oxidação, em que a lixívia consumida é aquecida entre os dois estágios de pressão, por troca de calor indireta com as lixívias oxidadas.

Nesta conformação da invenção, tanto os custos de investimento como também o equilíbrio energético do processo são aprimorados. A lixívia residual oxidada do reator de oxidação terá de ser arrefecida, enquanto que a lixívia consumida, antes de penetrar no reator de oxidação, terá de ser a-quecida para a temperatura reacional. Nesta conformação da invenção, por- tanto, a energia térmica da lixívia oxidada será aproveitada para aquecer as lixívias consumidas por uma troca de calor indireta. Além disso, vantajosamente, os custos de investimento são minimizados. A lixívia residual consumida é agressiva. Portanto, o trocador de calor para o aquecimento da lixívia consumida terá de ter um acabamento contra as lixívias oxidadas, consistindo de um material do tipo nobre, de alta qualidade. Nesta modalidade da invenção, o trocador de calor será posicionado entre os dois estágios de pressão, portanto, terá de ser conformado somente para a pressão do primeiro estágio de pressão e não para a pressão nitidamente maior do segundo estágio de pressão. Portanto, o trocador de calor poderá ser produzido com espessuras de parede nitidamente menores, de maneira que se produz uma economia de material e de custos de investimento da instalação. Somente após o aquecimento para a temperatura reacional, será regulada a pressão das lixívias consumidas pelo segundo estágio de pressão para a-quela pressão da reação de oxidação.

Convenientemente, as lixívias consumidas serão conduzidas após o primeiro estágio de pressão e a troca de calor com as lixívias oxidadas, até um separador, onde a fase gasosa das lixívias consumidas será separada. Pelo posicionamento de um separador, após o trocador de calor, poderá ser ainda mais minimizada a quantidade de lixívias consumidas no reator de oxidação. No aquecimento no trocador de calor, a parcela de gás nas lixívias consumidas será nitidamente majorada. Esta fase gasosa poderá ser separada no separador, nesta conformação da invenção, da fase líquida da lixívia consumida. A parcela de gás consiste no caso essencialmente de vapor d’água e poderá ser liberada para o meio ambiente diretamente, sem quaisquer outros passos processuais, por exemplo, através de um facho de gás ácido ou poderá ser aproveitado como vapor de processo, ou veículo de calor em outra parte da instalação. Pela separação entre os dois estágios de pressão, as lixívias são, portanto, concentradas. O volume da lixívia será reduzido e, portanto, também a quantidade de águas residuais e o volume reacional necessário. A corrente volumétrica das lixívias consumidas, diante do reator de oxidação, é menor. Adicionalmente, o separador garante que uma fase líquida, isenta de gás, será conduzida como carga para o segundo estágio de pressão.

Vantajosamente, o reator para a oxidação das lixívias consumidas será aquecido pelo exterior, através de troca de calor indireta. No caso, convenientemente, será usado vapor d’água ou óleo como meio de aquecimento. Tanto o aquecimento indireto do reator de oxidação como também os dois meios de aquecimento podem ser combinados com qualquer modalidade descrita da invenção.

No aquecimento do reator de oxidação pelo suprimento do vapor d’água quente estão limitadas a temperatura e especialmente as condições de pressão da reação oxidante. Em uma reação de etileno, o vapor d’água geralmente está previsto com uma pressão de cerca de 10 MPa (100 bar), porque esta pressão constitui o limite na maioria das instalações de um sistema gerador de vapor. Portanto, o aquecimento do reator de oxidação pelo suprimento direto de vapor d’água quente é limitado para uma pressão de 10 MPa (100 bar), porque o vapor d‘água quente não pode ser injetado em lixívias consumidas ou em um reator de oxidação, com uma pressão superior. O aquecimento indireto do reator pelo lado externo possibilita, desta maneira, a concretização de pressões nitidamente maiores.

Adicionalmente, no aquecimento do reator de oxidação pela injeção de vapor surgem forçosamente perdas de vapor no sistema de vapor global da instalação. O vapor d’água injetado permanece como água ou como fase de vapor nas lixívias oxidadas, após o reator de oxidação. Em uma separação de fase da lixívia oxidada, o vapor d água será conduzido juntamente com a fase gasosa para uma combustão (facho de solução), enquanto que a parcela liquefeita do líquido oxidado é integrada no sistema para o processamento biológico de águas residuais. Desta maneira, será continuamente extraído vapor do sistema / da instalação. Isto é evitado pelo aquecimento indireto do reator de oxidação. Em aditamento, evitando-se a injeção direta de vapor no reator de oxidação, â quantidade de água servida não será majorada, porém minimizada.

Também mostrou ser conveniente integrar adicionalmente oxi- gênio na lixívia residual consumida, já antes do efetivo reator. Pela integração adicional de oxigênio, antes do reator de oxidação especificamente, já antes será oxidada ao menos uma parte dos sulfetos. A reação 1, mediante formação do tiossulfato, já decorre em regime de pressão menor e temperatura menor. O produto reacional da reação 1, já formado antes do reator de oxidação, pode, portanto, continuar a reagir no reator de oxidação diretamente, de acordo com a reação 2. Como nesta conformação da invenção, uma parcela da reação já tem lugar antes do reator de oxidação específico, nesta conformação da invenção também terá de ser injetada uma quantidade menor de ar no reator de oxidação, ou seja, na lixívia consumida, em regime de alta pressão, com o que continuam a ser minimizados os custos operacionais, comparados com o estado da técnica.

De modo preferido, será aplicado adicionalmente oxigênio na lixívia consumida, diretamente após o primeiro estágio de pressão. Nesta modalidade da invenção, o oxigênio encontra-se em contato com a lixívia reduzida durante um longo tempo e adicionalmente, no subsequente estágio de troca de calor, será aquecido juntamente com a lixívia consumida. Oxigênio excedente, nesta conformação da invenção, também poderá ser liberado para a atmosfera, através do separador e, após o estágio de troca de calor.

Da mesma maneira, é vantajoso o suprimento de oxigênio através de uma coluna de sopro, diante do reator de oxidação. No caso, vantajosamente, a coluna de sopro poderá ser posicionada diante do primeiro ou do segundo estágio de pressão. No emprego de uma coluna de sopro nesta conformação da invenção, as lixívias consumidas serão conduzidas na coluna de sopro. Para a coluna de sopro será introduzido oxigênio por baixo, o qual passa desta maneira pela lixívia consumida dentro da coluna de bolhas. A coluna de bolhas, no caso, não está totalmente cheia com a lixívia consumida, de maneira que o espaço acima do nível de líquido atua como compartimento separador para a fase gasosa, que é removida através do cabeçote da coluna de sopro. A coluna de sopro pode vantajosamente ser posicionada diante ou após o primeiro estágio de pressão. Por ocasião de um posicionamento, após o primeiro estágio de pressão e após o trocador de calor, em conformações especiais da invenção, a coluna de sopro pode substituir o separador, antes do segundo estágio de pressão.

Também mostrou ser conveniente conduzir o oxigênio em regime de corrente contrária para com a lixívia consumida, no reator de oxida-ção. A reação dos sulfetos para tiossulfatos tem lugar nitidamente de forma mais rápida do que a reação dos tiossulfatos para sulfetos. Nesta modalidade da invenção, portanto, a concentração máxima de oxigênio será alcançada no fim do reator de oxidação. É assegurado, desta maneira, que todos os tiossulfatos remanescentes na lixívia oxidada podem ser reacíonados para sulfetos. A presente invenção se adapta especialmente para o tratamento de lixívias residuais como incidem em águas de gás ácidas de uma instalação de etileno, contendo principalmente impurezas com teor de enxofre. O processo, de acordo com a invenção, apresenta uma série de vantagens em comparação com o estado da técnica. Pela pressão majorada na região, de acordo com a invenção, todos os componentes de enxofre são completada mente oxidados para sulfatos na lixívia residual. Adicionalmente, notáveis parcelas dos hidrocarbonetos dissolvidos são conjuntamente oxidadas na lixívia residual. Desta maneira, será majorada a qualidade das águas servidas da lixívia oxidada, de forma nítida, em comparação com o estado da técnica. Pela pressão majorada, de acordo com a invenção, as reações químicas no reator são processadas nitidamente com maior rapidez. Isto resulta em tempos de permanência nitidamente mais curtos e menores volumes reacionais. Desta maneira, é aumentada a economicidade do processo como um todo. A seguir, a invenção será explicitada com base dos exemplos de execução mostrados na figura. A figura mostra: figura 1: uma conformação da invenção.

De acordo com a conformação da invenção, representada na figura, a pressão das lixívias residuais L será majorada em um primeiro estágio de pressão 1. No trocador de calor 2 subsequente, as lixívias consumi- das serão aquecidas por troca de calor indireta com a lixívia oxidada 7. A lixívia oxidada 7 será no caso arrefecido. O trocador de calor 2 é conformado como um trocador de calor de corrente contrária. As lixívias aquecidas e consumidas serão conduzidas pelo trocador de calor 2 para um separador 3. No separador 3, a fase líquida evaporada será extraída da lixívia consumida e, como fase gasosa 12, ou será liberada para a atmosfera, ou será usada como vapor processual, ou veículo de calor na instalação. A fase líquida 13 da lixívia consumida será regulada em um segundo estágio de pressão 4 para a pressão reacional, e juntamente com o ar consumido 6, será integrada no reator de oxidação 5. No reator de oxidação 5, as lixívias consumidas serão oxidadas. No reator de oxidação 5 se processa no caso tanto a reação 1 como também a reação 2. As lixívias oxidadas 7 não contêm, portanto, nem sulfetos nem tiossulfatos. O reator de oxidação 5 será aquecido com vapor de alta pressão 8 pelo lado externo e pela troca de calor indireta. O vapor de alta pressão 8 condensado será extraído no fundo do reator como condensado 9, sendo reciclado no sistema de condensado. A lixívia 7 oxidada será arrefecida em dois estágios, primeiramente em corrente contrária no trocador de calor 2, em troca de calor com a lixívia L consumida e, por outro lado, no trocador de calor 10, na corrente contrária, com água de arrefecimento. A lixívia oxidada 7, após o arrefecimento, poderá ser conduzida através de uma neutralização opcional (não representada), mediante separação da fase gasosa (não representada), sendo diretamente integrada em um processo para o preparo biológico de águas servidas 11.

REIVINDICAÇÕES

Claims (9)

1. Processo para o tratamento de lixívias residuais (L) de uma instalação para a produção de hidrocarbonetos através da separação de uma carga contendo hidrocarbonetos, apresentando o processo ao menos um passo, no qual a lixívia residual (L), em regime de temperatura majorada e pressão superatmosférica são submetidas a uma oxidação com o oxigênio, caracterizado pelo fato de que o processo da oxidação é realizado em um reator (5), com uma pressão entre 6 MPa e 20 MPa (60 bar e 200 bar).

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo para a oxidação é realizado a uma pressão de 16 MPa (160 bar)e uma temperatura de 280°C.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a pressão da lixívia consumida é majorada para a pressão da reação da oxidação em dois estágios de pressão separados (1, 4), em que a lixívia residual (L) é aquecida entre os dois estágios de pressão (1, 4) por troca de calor (2) indireta com a lixívia (7) oxidada.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a lixívia (L) consumida, após o primeiro estágio de pressão (1) e a troca de calor (2), é conduzida com a lixívia oxidada (7) para um separador (3), onde a fase gasosa (12) é separada da lixívia consumida (13).

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que para a lixívia consumida é integrado adicionalmente oxigênio (6), já antes do efetivo reator.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que para a lixívia consumida, diretamente após o primeiro estágio de pressão, é conduzido oxigênio, em caráter adicional.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o oxigênio é conduzido através de uma coluna de sopro para a lixívia consumida.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o oxigênio é conduzido em corrente contrária na direção da lixívia consumida no reator de oxidação (5).

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a lixívia consumida (L) incide na lavagem de gás ácido de uma instalação de etileno, contendo principalmente impurezas com teor de enxofre.