BR0103411B1 - processo para remover névoa de ácido sulfúrico e aparelho para remover o mesmo. - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA REMOVER NÉVOA DE ÁCIDO SULFÚRICO E APARELHO PARAREMOVER O MESMO".
Fundamento da Invenção
Campo Técnico da Invenção
A presente invenção refere-se a um processo para remover né-voa de ácido sulfúrico existente em um gás e a um aparelho para remover anévoa de ácido sulfúrico usado no tal processo.
Névoa de ácido sulfúrico é gerada geralmente em um processo,em que um gás úmido é seco com ácido sulfúrico concentrado ou gerada emum equipamento de dessulfuração pela condensação de SO3 no gás deexaustão com água ou algumas vezes gerada em vários outros processosquímicos.
Como um processo assim chamado para remoção de SOx, umsistema de lavagem com um esfregador usando uma solução de álcali ouágua como uma solução adsorvente é bem conhecido. De acordo com estesistema, a remoção de cerca de 90% ou mais de SO2 é possível porém ape-nas cerca de 50% de SO3 podem ser removidos.
Névoa de ácido sulfúrico causa deterioração da qualidade dosprodutos, quando contaminada nos produtos, inibição de reação quandocontaminada em um gás usado em um processo químico e corrosão dosaparelhos. Além disso, um gás contendo névoa de ácido sulfúrico é umacausa de poluição ambiental, quando é exaurido. Portanto, é desejável re-mover a névoa no máximo.
Descrição da Técnica Relacionada
Como processos para remover névoa de ácido sulfúrico,processos conhecidos incluem um processo em que a névoa é passadaatravés de um filtro tal como lã de vidro (Patente Japonesa aberta à inspe-ção pública n° 171907), um processo em que um absorvente tal como titâniaou similar, tendo afinidade com a névoa (Patente Japonesa n° 200283), umprocesso usando um precipitador eletrostático, etc..
Todavia, a quantidade aprisionada da névoa é limitada no pro-cesso que usa um filtro tal como lã de vidro. Quando a névoa de ácido sulfú-rico contendo partículas diminutas de 1 μηη ou menos é submetido ao pro-cesso, cerca de 1 a cerca de 2 ppm em volume da névoa passa não removi-do mesmo que um filtro de alta eficácia para remoção de névoa fosse usado.
No processo que usa um absorvente descrito acima, a regene-ração e reacondicionamento do absorvente tornam-se necessários e assim,o controle do processo é complicado. Por outro lado, o processo que usa umprecipitador eletrostático possui um problema que o custo é alto.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Objetivo da invenção é proporcionar um processo para remoçãode névoa de ácido sulfúrico, que permite uma remoção simples e altamenteeficaz da névoa de ácido sulfúrico e um aparelho para remoção de névoa deácido sulfúrico para uso em tal processo.
Os inventores das presente invenção têm estudado um processopara remoção de névoa de ácido sulfúrico a fim de solucionar os problemasacima descritos e, como um resultado, descobriram que um processo pararemoção de névoa de ácido sulfúrico que compreende borbulhamento de umgás contendo névoa de ácido sulfúrico em uma solução absorvente atravésde um difusor de gás tendo poros com um diâmetro de poro médio de cercade 1.000 pm ou menos, permite uma remoção simples e altamente eficaz denévoa de ácido sulfúrico.
Isto é, a presente invenção proporciona um processo para remo-ção de névoa de ácido sulfúrico que compreende borbulhamento de um gáscontendo névoa de ácido sulfúrico em uma solução absorvente através deum difusor de gás tendo poros com um diâmetro de poro médio de cerca de1.000 pm ou menos.
Em outras palavras, a invenção possibilita lavagem e remoçãoeficazes de névoa de ácido sulfúrico pela passagem de um gás contendonévoa de ácido sulfúrico em uma solução absorvente na forma de bolhasdiminutas, através de um difusor de gás tendo um diâmetro de poro médiode 1.000 pm ou menos, de modo que o contato de gás-líquido é aumentado.
É preferido, para aumentar a eficácia da remoção da névoa deácido sulfúrico, usar um material poroso tendo um diâmetro de poro médiode cerca de 500 pm ou menos e uma porosidade de cerca de 30% ou maiscomo o difusor de gás na presente invenção. Além disso, um difusor de gásdo tipo cápsula de borbulhamento provido com cápsulas tendo poros comum diâmetro de poro médio de cerca de 1.000 pm ou menos pode ser usadoapropriadamente.
Um aparelho para remoção de névoa de ácido sulfúrico da pre-sente invenção compreende pluralidade de tanques de lavagem contendouma solução absorvente e equipados com um difusor de gás tendo um diâ-metro de poro médio de cerca de 1.000 pm ou menos para borbulhamentode gás contendo névoa de ácido sulfúrico na solução absorvente, em que osrespectivos tanques de lavagem são conectados de tal modo que o gáscontendo névoa de ácido sulfúrico passa através destes tanques de lavagemem ordem.
Um aparelho preferível para remoção de névoa de ácido sulfúri-co da presente invenção compreende uma torre de lavagem, em que o inte-rior é dividido em pluralidade de estágios por bandejas contendo o difusor degás pelo menos em um parte, uma solução de lavagem é derramada nasbandejas para cada estágio, de modo a formar tanques de lavagem, umaentrada do gás contendo névoa de ácido sulfúrico é provida em uma parteinferior da torre e uma saída do gás é provida em uma parte superior datorre.
Por esta constituição, o gás contendo névoa de ácido sulfúricointroduzido da parte inferior da torre ascende na torre enquanto sendo Iava-do a cada estágio na forma de bolhas diminutas e, portanto, névoa de ácidosulfúrico pode ser removida com alta eficiência.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Figura 1 é uma vista seccional esquemática mostrando umaparelho para remoção de névoa de ácido sulfúrico de acordo com umaconcretização da presente invenção;
A Figura 2 é uma vista seccional esquemática mostrando umatorre de cápsula de borbulhamento como um aparelho para remover névoade ácido sulfúrico de acordo com uma outra concretização da presente in-venção; e
A Figura 3 é uma vista seccional esquemática mostrando umacoluna acondicionada usada no Exemplo Comparativo 1.
Descrição Detalhada da Invenção
A presente invenção será, a seguir, descrita em detalhes.
Um difusor de gás usado na presente invenção inclui, por exem-plo, materiais porosos tendo poros comunicados para passagem de um gás.Exemplos de tais materiais porosos incluem compactos sinterizados com-preendendo resinas sintéticas tais como polipropileno, cloreto de polivinila,poliestireno, resinas ABS e similar, compactos sinterizados (cerâmicas)compreendendo oxido de alumínio ou similar como componente principal esimilar.
Os materiais porosos tendo um diâmetro de poro médio de cercade 1.000 Mm ou menos são utilizáveis e aquele tendo um diâmetro de poromédio de cerca de 500 μητι ou menos e uma porosidade de cerca de 30% oumais é preferível. Quando o diâmetro de poro médio excede cerca de 1.000μm, bolhas produzidas tem um tamanho muito grande, de modo que o con-tato de gás-líquido torna-se insuficiente e, portanto, há uma possibilidadeque uma taxa de remoção de névoa de ácido sulfúrico pela absorção torna-se reduzida. Quando a porosidade é menos que cerca de 30%, o número debolhas formadas por área unitária é pequeno e, portanto, há uma possibili-dade que uma eficiência de remoção toma-se reduzida.
Os materiais porosos utilizáveis na presente invenção incluem,em adição aos exemplos acima descritos, materiais de membrana, materiaisde filtro e similar com diminutos poros tendo um diâmetro de poro médio decerca de 1.000 Mm ou menos para passagem de um gás.
No processo da presente invenção, um gás contendo névoa deácido sulfúrico é borbulhado em uma solução absorvente através do difusorde gás acima descrito.
Uma taxa de fluxo do gás contendo névoa de ácido sulfúrico écerca de 100 a cerca de 5.000 m3, de preferência de cerca de 500 a cerca de2.000 m3/hora, mais de preferência cerca de 1000 a cerca de 1500 m3/horapor ID2 de uma área de difusão do difusor de gás. Se a taxa de fluxo for maisdo que cerca de 5.000 m3/ hora por m2 de uma área de difusão do difusor degás, o contato de gás-líquido é aumentado, porém queda de pressão au-menta.
Uma profundidade da solução absorvente é de cerca de 0,1 acerca 2 m, de preferência cerca de 0,1 a cerca de 1 m, mais de preferênciacerca de 0,2 a cerca de 0,5m. Se a profundidade da solução absorvente formais que 2 m, uma altura do tanque de lavagem ou torre de lavagem é muitoalta embora a eficiência da remoção fosse aumentada.
A presente invenção será, a seguir, descrita em detalhes comreferência aos desenhos anexos.
A Figura 1 mostra uma vista seccional esquemática de um apa-relho para remoção de névoa de ácido sulfúrico de acordo com uma concre-tização da presente invenção. Como mostrado na Figura 1, o aparelho temuma torre de lavagem composta de três estágios de cilindros. As bandejasnas partes inferiores das respectivas etapas são compostas de difusores degás 5,6 e 7 feitos de um material poroso, que formam os tanques de lava-gem 1, 2 e 3 para lavagem de um gás contendo névoa de ácido sulfúrico. Ostubos de extravasamento 8 e 9 penetram nos difusores de gás 7 e 6 nosprimeiro e segundo estágios a partir da extremidade superior. Em adição,uma entrada 10 do gás contendo névoa de ácido sulfúrico é provida abaixodo difusor de gás 5 no estágio mais inferior e uma saída 11 do gás é providana parte superior da torre. Uma parte das bandejas separando os respecti-vos tanques de lavagem 1, 2 e 3 pode ser composta dos difusores de gás 5,6 e 7.
Os respectivos tanques de lavagem 1, 2 e 3 são fixados inte-gralmente por suas pares de flange opostos intercalando as partes de su-porte dos difusores de gás 5, 6 e 7.
Uma tubeira de alimentação 12 para solução absorvente é pro-vida acima do tanque de lavagem 3 no estágio extremo superior. A soluçãoabsorvente 50 ( por exemplo, água, solução alcalina ou similar) alimentadada tubeira 12 ao tanque de lavagem 3 no estágio extremo superior extra-vasa-se através do tubo de extravasamento 8, quando sua quantidade che-ga a um certo nível, é alimentada ao tanque de lavagem 2 no estágio se-guinte e é ainda alimentada ao tanque de lavagem 1 no estágio extremo in-ferior através do tubo de extravasamento 9. A solução absorvente no tanquede lavagem 1 é apropriadamente retirada usando uma bomba 13, de modoque uma quantidade de líquido constante é mantida.
Para remoção de névoa de ácido sulfúrico, um gás contendonévoa de ácido sulfúrico 55 é alimentado com uma dada pressão a partir daentrada 10 para o tanque de lavagem 1 no estágio extremo inferior atravésdo difusor de gás 5. Neste momento, o gás é alimentado para a solução ab-sorvente no tanque de lavagem 1 na forma de bolhas diminutas formadaspelo difusor de gás 5. O gás que ascende na solução absorvente no tanquede lavagem 1 com o contato de gás-líquido é alimentado a partir de um es- paço superior no tanque de lavagem 1 para o tanque de lavagem 2 atravésdo seguinte difusor de gás 6 tomando novamente a forma de bolhas dimi-nutas, similarmente com contato de gás-líquido. Pela repetição deste pro-cesso, o gás passa através do tanque de lavagem 3 no estágio extremo su-perior e exaurido da saída 11 do gás. A queda de pressão do gás por um difusor de gás é cerca de 0 a 200 mmAq na queda de pressão subtraindodiferença de nível (liquid head).
No gás lavado desta maneira, mais do que cerca de 99% da né-voa de ácido sulfúrico são removidos e a concentração da névoa de ácidosulfúrico pode ser reduzida até cerca de 0,01 ppm em volume ou abaixo.
Em seguida, uma outra concretização da presente invenção édescrita com referência a Figura 2. Como mostrado na Figura 2, um apare-lho para remover névoa de ácido sulfúrico desta concretização é compostode pluralidade de estágios de torres de cápsula de borbulhamento, respecti-vos estágios tendo cápsulas de borbulhamento do tipo bandejas de cápsulaequipadas com cápsulas 28, 29 e 30,que formam tanques de lavagem 25,26e 27.Nas cápsulas 28,29 e 30, poros tendo um diâmetro de poro médio de1.000 μητι ou menos são perfurados. O número de poros perfurados nascápsulas 28,29 e 30 é determinado de acordo com o tamanho ou outros fato-res do aparelho e portanto não é particularmente limitado. Os tubos de ex-travasamento 31 e 32 são providos nestas torres de cápsula de borbulha-mento similarmente a descrição acima e eles conduzem a solução absor-vente 50 de uma parte superior da torre para as partes inferiores, mantendodeste modo a quantidade da solução nos respectivos tanques de lavagem.25,26 e 27 em um nível constante e assegurando um contato de gás-líquido .suficiente. Outras constituições são similares aquelas na concretização ante-rior.
Para remover névoa de ácido sulfúrico nesta concretização, umgás contendo névoa de ácido sulfúrico 55 é alimentado da entrada na parteinferior para o tanque de lavagem 27 no estágio extremo inferior, similar-mente a descrição acima. Neste momento, o gás contendo névoa de ácidosulfúrico é insuflado através da entrada da cápsula 30 e borbulhado na solu-ção absorvente na forma de bolhas diminutas. O gás que ascende na solu-ção absorvente no tanque de lavagem 27 com o contato gás-líquido é bor-bulhado dos poros na cápsula seguinte 29 localizada acima do tanque delavagem 27 novamente na forma de bolhas diminutas e similarmente sub-metidos ao contato gás-líquido. Pela repetição deste processo, o gás passaatravés do tanque de lavagem 25 no estágio extremo superior e exaurido dasaída. A queda de pressão do gás por um difusor de gás é cerca de 0 a 200mmAq na queda de pressão subtraindo diferença de nível (Iiquid head).
Embora, em todas as concretizações acima descritas, três está-gios de tanques de lavagem 1,2 e 3 ou 25, 26 e 27 sejam providos, o núme-ro de estágios podem ser determinados apropriadamente de acordo comuma taxa desejada de remoção ou concentração de névoa de ácido sulfúri-co. Em adição, no lugar da provisão de torres de lavagem ou torres de cáp-sula de borbulhamento, respectivos tanques de lavagem podem ser conec-tados por meio de tubos de gás, de modo que o gás passe através de todosos tanques de lavagem em ordem. A queda de pressão e a taxa de fluxo de 'gás nos respectivos tanques podem ser determinadas apropriadamente e,portanto, não são particularmente limitadas.As aplicações específicas do processo para remoção de névoade ácido sulfúrico e o aparelho para remoção das névoa de ácido sulfúricoda presente invenção incluem (i) remoção da névoa de ácido sulfúrico conti-da no gás de exaustão, (ii) remoção da névoa de ácido sulfúrico gerada nosprocessos químicos, (iii) remoção da névoa de ácido sulfúrico gerada emuma etapa em que um gás úmido é seco com ácido sulfúrico concentrado eoutros.
A etapa em que um gás úmido é seco com ácido sulfúrico con-centrado é aplicada, por exemplo, também na produção de cloro pela reaçãode oxidação de cloreto de hidrogênio. O processo é realizado pela reação deoxidação do cloreto de hidrogênio na presença de um catalisador usandogás contendo cloreto de hidrogênio e oxigênio como matérias-primas e desi-dratação do gás gerado com ácido sulfúrico e isolamento e recuperação decloro no gás gerado pela compressão e resfriamento.
Um gás residual da recuperação de cloro, obtido após isola-mento de cloro contendo gás de oxigênio como um componente principal éreutilizado como uma parte de uma matéria-prima. Neste momento, quandonévoa de ácido sulfúrico for contida em uma grande quantidade no gás resi-dual proveniente da recuperação de cloro, os compostos de enxofre atuamcomo um depósito nocivo de catalisador na superfície cataiítica, de modoque a atividade do catalisador é reduzida e uma reação constante duranteum longo período torna-se difícil. Por tanto, quando o processo e o aparelhopara remoção de névoa de ácido sulfúrico da presente invenção forem apli-cados ao presente processo para produção de cloro, a névoa de ácido sulfú-rico pode ser removida do gás residual da recuperação de cloro até um nívelde 0,01 ppm em volume ou menos e assim a redução da atividade catalíticaé prevenida e uma reação constante durante um longo período é possibi-litada.
EXEMPLOS
A invenção será, a seguir, descrita em detalhes com referênciaaos Exemplos e Exemplos Comparativos, porém os seguintes Exemplos nãodeverão ser construídos como uma limitação no escopo da invenção.Exemplo 1
A remoção da névoa de ácido sulfúrico foi conduzida usando oaparelho mostrado na Figura 1. Os três estágios dos tanques de lavagem 1,2 e 3 constituindo a torre de lavagem 4 foram compostas, respectivamentede cilindros tendo um comprimento (L) de 0,5 m e um diâmetro interno de0,1 m. Nas partes inferiores dos respectivos estágios foram fixados os difu-sores de gás 5, 6 e 7 compostos de materiais porosos (diâmetro do poromédio 100 Mm; porosidade: 35%) feitos de cloreto de polivinila. Nestes ca-sos, uma área de difusão por cada difusor era 7,5 χ 10~3 m2
Água foi alimentada como uma solução absorvente 50 a partir dotopo da torre a uma taxa de fluxo de 10 kg/hora. Esta água é fluida para bai-xo através dos tubos de extravasamento 8 e 9 fixados nos respectivos está-gios para os seguintes estágios e finalmente descarregados para fora dosistema. O comprimento projetado (t) dos tubos de extravasamento 8 e 9nos difusores de gás era 0,3 m.
Um gás contendo névoa de ácido sulfúrico 55 a uma concentra-ção de 4 ppm em volume como um valor convertido para SCU2" foi introduzi-do da parte mais inferior da torre de lavagem 4. Este gás foi preparado peloborbulhamento do ar de 10 m3/hora em cerca de 15 litros de ácido sulfúrico a98% e introduzindo em um separador de névoa acondicionado com cargas(anéis de Raschig). Uma taxa de fluxo do gás era cerca de 1300 m3/hora porm2 da área de difusão do difusor de gás.
Como resultado do tratamento pela introdução do gás contendonévoa de ácido sulfúrico na torre de lavagem 4, a concentração da névoa nogás no topo da torre era 0,005 ppm em volume e a taxa de remoção era 99,9%.A queda de pressão pelo uso do difusor de gás era cerca de 450 mmAq e,quando diferença de nível (liquid head) for subtraída, ficou em 150 mmAq.Exemplo 2
Um processo para remoção de névoa de ácido sulfúrico foi con-duzido usando uma torre de cápsula de borbulhamento. Brevemente descre-vendo, uma torre de cápsula de borbulhamento (torre de lavagem) foi usadacompreendendo três estágios de tanques de lavagem 25, 26 e 27 tendo umdiâmetro interno de 0,1 m, respectivamente providos com cápsulas 28, 29 e30, com I60 poros tendo um diâmetro de 1 mm por estágio, como mostradona Figura 3. Nestas cápsulas, uma área de difusão por cada cápsula era de3,7 χ 10"3 m2. A profundidade (t) de uma solução absorvente nos respectivosestágios foi ajustado para 300 mm pelos tubos de extravasamento 31 e 32.O intervalo (L) entre os estágios era 500mm e a quantidade de água comouma solução absorvente 50 alimentadas do topo da torre era 10 kg/hora.
Quando um gás contendo névoa de ácido sulfúrico 55 preparadoem uma maneira similar aquela no Exemplo 1 foi introduzido a uma taxa de10 m3/hora a partir da parte de fundo da torre. Uma taxa de fluxo do gás eracerca de 2600 m3 /hora por m2 da área de difusão do difusor de gás (cápsu-la). A concentração de névoa de ácido sulfúrico no topo da torre era 0,04ppm em volume e a taxa de remoção era 99%. A queda de pressão nos res-pectivos estágios era cerca de 450 mmAq.
Exemplo Comparativo 1
Um processo para remoção de névoa de ácido sulfúrico foi con-duzido usando uma torre acondicionada. Os anéis de Raschig (tamanho: 1/2polegada) foram acondicionados em uma torre de acondicionamento tendoum comprimento de 1,5 m e um diâmetro interno de 100 mm, como mostra-do na Figura 2 e um gás contendo névoa de ácido sulfúrico 55 preparado emuma maneira similar aquela no Exemplo 1 foi introduzido a uma taxa de 10m3 /hora a partir da parte do fundo da torre. Em adição, uma tubeira de as-persão 21 foi provida no topo da torre a fim de melhorar a difusão de água ea água como uma solução absorvente 50 foi aspergida da tubeira de asper-são 21 para o interior da torre e descarregada do fundo da torre. A quantida-de da água alimentada variava dentro de uma faixa de 10 a 200 kg/hora.Como resultado, a concentração da névoa de ácido sulfúrico no gás no topoda torre era 1,2 a 2,0 ppm em volume e a taxa de remoção era 50 a 70%.
O processo para remoção da névoa de ácido sulfúrico e o apa-relho para remoção da névoa de ácido sulfúrico da presente invenção têmuma vantagem, que eles permitem uma remoção simples e altamente eficazda névoa de ácido sulfúrico.
Claims (8)
1. Processo para remoção de névoa de ácido sulfúrico, caracte-rizado pelo fato de que um gás contendo névoa de ácido sulfúrico (55) éborbulhado em uma solução absorvente (50) através de um difusor de gás(5, 6, 7) tendo poros com um diâmetro de poro médio de cerca de 1.000 pmou menos.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que uma taxa de fluxo do dito gás contendo ácido sulfúrico é cercade 100 a cerca de 5.000 m3/hora por m2 de uma área de difusão do difusorde gás.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que uma profundidade (t) da dita solução absorvente (50) é cercade 0,1 a cerca de 2m.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que o dito difusor de gás (5, 6, 7) é um material poroso tendo umdiâmetro de poro médio de cerca de 500 μm ou menos e uma porosidade decerca de 30% ou mais.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que o dito borbulhamento de um gás contendo névoa de ácido sul-fúrico em uma solução absorvente é realizado pluralidade de vezes, alterna-damente.
6. Aparelho para realizar um processo, como definido na reivin-dicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade detanques de lavagem (1, 2, 3) contendo uma solução absorvente (50) e equi-pados com um difusor de gás (5, 6, 7) tendo um diâmetro de poro médio decerca de 1.000 μm ou menos para borbulhamento de um gás (50) contendonévoa de ácido sulfúrico na dita solução absorvente, em que respectivostanques de lavagem (1, 2, 3) são conectados de tal modo que o gás conten-do névoa de ácido sulfúrico passa através destes tanques de lavagem, alter-nadamente, e em que o dito aparelho compreende uma torre de lavagem (4),em que o espaço interno é dividido em pluralidade de estágios por bandejascontendo o dito difusor de gás (5, 6, 7) pelo menos em uma parte, a soluçãode lavagem é vertida nas ditas bandejas para cada um dos estágios de mo-do a formar tanques de lavagem (1, 2, 3), uma entrada de gás contendo né-voa de ácido sulfúrico é provida em uma parte inferior da torre, e uma saída(11) de um gás é provida em uma parte superior da torre.
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que o difusor de gás (5, 6, 7) é um material poroso tendo um diâme-tro de poro médio de cerca de 500 μητι ou menos e uma porosidade de cercade 30% ou mais e a totalidade ou uma parte de bandejas compreende o ditomaterial poroso.
8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que as ditas bandejas são bandejas do tipo cápsula de borbulhamen-to providas com uma cápsula (28, 29, 30) tendo poros com um diâmetro deporo médio de cerca de 1.000 μm ou menos.
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