BR102022007285A2 - Aditivo para tratamento de combustíveis - Google Patents

Abstract

aditivo para tratamento de combustíveis. os princípios construtivos e funcionalidades encontradas na presente invenção são aplicáveis ao campo dos aditivos para combustão de combustíveis, em especial, para combustíveis apresentando relevante concentração de enxofre. o aditivo podendo ser aplicado na queima de combustíveis em fornos de cimenteiras ou de siderúrgicas. a presente invenção também se aplica ao campo relativo aos processos de coqueifação, em especial, a conversão de carvão em coque para o emprego em fornos da indústria siderúrgica. aditivo para tratamento de combustíveis apresentando teores de enxofre compreendendo óxido de magnésio como soluto e, água como solvente, onde sua formulação compreende 40 a 80% de água e, 15 a 60% de óxido de magnésio.

Description

Campo da técnica

[1] A presente invenção aplica-se ao campo dos aditivos para combustão de combustíveis, em especial, para combustíveis apresentando relevante concentração de enxofre. O Aditivo podendo ser aplicado na queima de combustíveis em fornos de cimenteiras ou de siderúrgicas.

[2] A presente invenção também se aplica ao campo relativo aos processos de coqueifação, em especial, a conversão de carvão em coque para o emprego em fornos da indústria siderúrgica.

Descrição do estado-da-técnica

[3] Presentemente, existem formulações compreendendo magnésio empregadas para aumentar a eficiência energética durante queima de combustíveis compreendendo enxofre e/ou vanádio em sua constituição. Tais formulações são conhecidas especialmente por reduzir a formação de incrustações nos fornos resultantes da queima destes combustíveis. Reduzindo-se, assim, a necessidade de parada dos fornos para realização de limpeza. Ditas formulações são conhecidas também por reduzir os processos de oxidação dos fornos que utilizam tais combustíveis.

[4] A patente norte-americana US4412844, descreve um aditivo para queima de hidrocarbonetos, viscoso, compreendendo hidróxido de magnésio. O aditivo sendo solúvel em óleo. Seu emprego sendo vantajoso por capturar o vanádio e enxofre presentes no combustível durante sua combustão. E reduzir as incrustações.

[5] O pedido internacional de patente WO2018002690A1 descreve um método de dosagem para aditivos compreendendo oxido ou hidróxido de Magnésio, em função da quantidade de Vanádio e Enxofre presentes no combustível. Sua vantagem sendo a de reduzir a quantidade de incrustações nos fornos. Aquela solução, porém, não emprega apenas água como solvente.

[6] O pedido de patente brasileiro PI9707579-5 descreve um tratamento para aumentar a carbonização superficial do carvão empregando uma solução compreendendo óxido de magnésio. O Objetivo da invenção é otimizar o aproveitamento energético do carvão na indústria metalúrgica com a finalidade de substituir o uso de Coque.

[7] Apesar das soluções já presentes no estado da técnica, existe a necessidade de um aditivo que empregue apenas água como solvente.

[8] Ainda inexistente, é um aditivo que apresente água como solvente e uma vida em estoque maior que um mês.

[9] Também inexiste no estado da técnica uma formulação empregada no processo de obtenção de coque que aumente a quantidade de enxofre capturada na volatilização do carvão, e que reduza o teor de enxofre no coque resultante.

Breve descrição da invenção

[10] A presente invenção descreve uma formulação compreendendo óxido de magnésio, apresentando água com solvente e, resistência a gelificação.

[11] A presente invenção descreve um método para obtenção de aditivos compreendendo óxido de magnésio, solubilizados em água, compreendendo o uso de misturadores ultrassônicos.

Objetivos da presente invenção

[12] Um dos objetivos da presente invenção é um aditivo para queima de combustíveis apresentando relevante teor de enxofre que apresente uma formulação líquida compreendendo óxido de magnésio, que apresente água como solvente, evitando-se assim o emprego de solventes inflamáveis.

[13] Ainda objetivo da presente invenção é um aditivo para queima de combustíveis apresentando relevante teor de enxofre que apresente uma formulação líquida compreendendo óxido de magnésio, que apresente água como solvente, e que apresente uma estabilidade resistente a gelificação de ao menos 1 mês.

[14] Também objetivo da presente invenção é um método de fabricação de um aditivo para queima de combustíveis apresentando relevante teor de enxofre que apresente uma formulação líquida compreendendo óxido de magnésio, que apresente água como solvente, evitando-se assim o emprego de solventes inflamáveis.

[15] Outro objetivo da presente invenção é a obtenção de um aditivo para tratamento de carvão apresentando relevante teor de enxofre para aumento da volatilização de enxofre nos processos gasosos relativos ao processo de coqueificação.

[16] Ainda objetivo da presente invenção é um tratamento ao carvão de relevante teor de enxofre que aumente a volatilização de enxofre nos processos gasosos relativos ao processo de coqueificação

Breve descrição das figuras

[17] Figura 1: Descreve um arranjo de equipamentos empregados na obtenção do aditivo da presente invenção.

Descrição detalhada da invenção

[18] A formulação resultante da presente invenção apresenta apenas água como solvente, resultando num produto mais seguro quando comparado as formulações compreendendo solventes orgânicos inflamáveis.

[19] O emprego de água como solvente, resulta porém em formulações apresentando rápido processo de gelificação, ou seja, uma alteração nas propriedades da suspensão, em especial sua viscosidade, parâmetro importante para a aplicação.

[20] A presente invenção utiliza óxido de magnésio como soluto, apesar de não essencial ao invento, observou-se maiores tempos de estabilização quando empregado sínteres de óxido de magnésio ao invés de óxido de magnésio calcinado.

[21] Os sínteres de óxido de magnésio são tipicamente obtidos em processos que envolvem temperaturas mais altas, a partir de uma temperatura de queima acima de 1200°C. Exemplo de sínteres de oxido de magnésio aplicáveis ao invento incluem os produtos OPS 90 e DPS 83, comercializados pela indústria IBAR.

[22] Neste ponto, sem pretender delimitar o invento por nenhuma teoria, acredita-se que os sínteres de óxido de magnésio apresentaram menor reatividade com o solvente quanto comparados aos óxidos de magnésio comuns (obtidos a parti de temperaturas inferiores), portanto, alcançaram maior estabilidade na formulação. O emprego dos agentes quelantes é um ponto importante para a fórmula. Sem utilizar agente quelante o sínter magnésio se hidrata após alguns dias. E com o emprego destes produtos, observou-se uma estabilidade de 3 meses. Exemplarmente, agente quelante possível para o presente invento é qualquer ácido orgânico, tal como: ácido oxálico, ácido lático, ácido cítrico, ácido disfônico, ácido tartárico, ácido glicólico, ou misturas entre eles.

[23] Uma fórmula obtida conforme os princípios da presente invenção apresenta de 40 a 80% de água, preferencialmente cerca de 55%, de 15 a 60% de sínter de óxido de magnésio, preferencialmente cerca de 35%, de 0,1 a 2% de agente quelante.

[24] Outro ingrediente da fórmula são os ditos auxiliares de moagem, pois proporcionam um maior controle da granulometria do petcoke. Tipicamente, quanto maior o teor de enxofre, maior sua dureza, logo sua aplicação aumenta a propriedade do moinho. Exemplarmente, um auxiliar de moagem é um diol ou amina, como: triisopropanolamina, trietanolamina, etilenoglicol, dietilenoglicol e polietilenoglicol. Sua dosagem entre 1 a 10%, preferencialmente 5%.

[25] Uma fórmula obtida conforme os princípios da presente invenção pode conter ainda; dispersantes, como o lignosulfonato de sódio, naftaleno sulfonato de sódio, poliacrilato de sódio, hexametafosfato de sódio, entre 1,5 a 5%. Estabilizadores da suspensão, como: bentonitas sódicas, sepiolitas, goma guar, goma xantana e hidroxietil celulose, entre 0,001 - 1%. Biocidas e fungicidas como MIT/CMIT entre 0,1 - 0,5% e agentes anti espumantes derivados do fósforo como tributil fosfato ou copolímeros em bloco de EO/PO entre 0,1 - 0,5%.

[26] O processo de obtenção do aditivo da presente invenção consiste numa série de misturas e do emprego de equipamentos como indicado no esquema ilustrado pela Figura 1.

[27] Um aditivo objeto da presente invenção foi obtido por meio de uma misturada por bateladas em um primeiro misturador, no caso empregou-se um misturador cowles, com motor de 15 cv.

[28] A mistura foi, então, bombeada, por meio de uma primeira bomba e armazenada em um tanque, exercendo a função de “pulmão” no processo.

[29] A partir do tanque, a mistura foi bombeada para um reator ultrassónico, para tanto empregou-se uma bomba helicoidal de 3cv, até a célula de vazão do reator ultrassônico de 4000W.

[30] Trata-se de um processo contínuo, onde o produto misturado no primeiro misturador é bombeado pela bomba helicoidal com vazão controlada, ou seja, a vazão da bomba controla o tempo em que a mistura atravessa pela célula de vazão do misturador ultrassônico.

[31] Parâmetros do ultrassom foram definidos, como a potência de 3600W e frequência de 20.000Hz.

[32] Outros arranjos de equipamentos poderão ser empregados na obtenção da formulação da presente invenção, no entanto mostrou-se particularmente relevante para alcançar a estabilização da fórmula o emprego do misturador ultrassônico, de modo que outros arranjos poderão ser empregados desde que se alcance a vazão controlada na célula de vazão do misturador ultrassônico.

[33] Descrição das nomenclaturas no contexto da presente invenção:

[34] Agente quelante: componente com capacidade de complexar os íons metálicos. Muito importante no processo pois os íons metálicos quando hidratados desestabilizam a suspensão, diminuindo o shelf life.

[35] Dispersante: componente que tem o papel de fazer uma primeira dispersão no soluto, por interação eletrostática, facilita a frente o trabalho do misturador ultrassônico.

[36] Soluto: óxido magnésio é o produto que age como inibidor do enxofre e vanádio, precisamos dispersá-lo na formulação e diminuir o tamanho de suas partículas através de meios químicos (dispersantes) e físicos (misturador cowles e ultrassom).

[37] Auxiliar de moagem: Ingrediente que auxilia na moagem do petcoke - quanto mais enxofre o petcoke tem, mais duro fica. Como nosso produto é direcionado para petcokes com alto teor de enxofre, ele acaba trabalhando paralelamente na moagem do combustível.

[38] Estabilizador: desempenha um papel importante, pois aumenta a viscosidade da água não deixando o soluto sedimentar. Existe um teor ótimo para que não gelifique a formulação.

[39] Biocida: aditivo biocida para garantir a não proliferação de bactérias e fungos.

[40] Anti espumante: aditivo que auxilia principalmente no processo produtivo, onde os dispersantes e auxiliadores de moagem podem gerar espuma, o que dificulta o processo produtivo.

[41] Observou-se que a utilização do sínter magnésio em conjunto com os quelantes proporcionou um shelf life de 3 meses com a estabilidade da granulometria e viscosidade do produto. Sendo a granulometria importante para a manutenção da reatividade e a viscosidade, importantes para a aplicação.

[42] Dentre os parâmetros alcançados e mantidos pela formulação, destacam-se a viscosidade que se manteve entre 50 cSt a 160 cSt, e densidade entre 1,36 a 1,40 kg/L

[43] O aditivo objeto da presente invenção, uma vez produzido, pode ser acondicionado em IBC tanques de 1.000 litros ou carregado a granel em caminhões- tanque.

[44] Preferencialmente, é promovida uma homogeneização do aditivo antes do uso. A homogeneização é uma etapa onde. Tipicamente, homogeneização pode ser realizada por meio do emprego de um misturador mecânico ou de injeção de ar comprimido no tanque de armazenamento.

[45] O produto deve ser dosado, tipicamente emprega-se bombas pneumáticas ou bombas peristálticas, dimensionadas para alcançar a vazão necessária, tipicamente cerca de 1,5 a 2,0 litros por tonelada de petcoke, o que na prática significa vazões de 12 a 60 litros/hora.

[46] O produto é despejado diretamente sobre o coque, na esteira transportadora, no momento em que é transportado para o moinho.

[47] Tipicamente aplica-se a dosagem de 1 a 2 litros da formulação por tonelada de coque. O conteúdo da formulação será melhor distribuído ao coque na moagem, o que garantirá o funcionamento do processo.

[48] Exemplificando a formulação, informamos a lista de seus ingredientes um possível “range” de concentração de seus ingredientes, e uma concentração preferencial. Tabela 1: Composição, possíveis concentrações, concentração preferencial, e função dos componentes da fórmula

[49] Um aditivo para tratamento de combustíveis formulado conforme os princípios da presente invenção compreenderia 40 a 80% de água, preferencialmente 55% e 15 a 60% de óxido de magnésio, preferencialmente 35%. Ainda preferencialmente, o óxido de magnésio é um sínter de óxido de magnésio.

[50] Um aditivo para tratamento de combustíveis formulado conforme os princípios da presente invenção compreenderia ainda 0,15 a 3,5% de agentes quelantes, preferencialmente 3%. E 1 a 10% de auxiliar de moagem, preferencialmente 5%.

[51] Ainda preferencialmente, a formulação compreenderia 1,5 a 5% de dispersantes 0,01 a 1% de estabilizador (espessante de água), 0,1 a 0,5% de biocidas, e 0,1 a 0,5% de agente antiespumante (anti-foamer).

[52] A formulação objeto da presente invenção é misturada por ao menos um misturador ultrassônico. Preferencialmente é misturada num arranjo que compreende um misturador cowles, uma primeira bomba, um tanque reservatório, uma segunda bomba e um misturador ultrassônico de 4000W.

[53] A formulação apresentou um “shelf life” de 3 meses com a estabilidade da granulometria e viscosidade do produto.

[54] A formulação foi utilizada para aditivar o carvão mineral antes do processo de coqueifação. Como sabido, o processo de coqueifação consiste no aquecimento do carvão com a finalidade de remover umidade e gases de sua composição para convertê-lo em coque.

[55] Idealmente, o coque apresenta maior teor de carbono em comparação ao carvão vegetal e, portanto, maior poder calorífico. Ainda no processo de coqueifação, frequentemente é realizado a captura dos gases liberados resultantes do aquecimento do carvão, os gases sendo posteriormente aproveitados com fonte de combustível, de enxofre, dentre outros fins.

[56] A formulação objeto da presente invenção foi empregada para aditivar o carvão vegetal para submetê-lo ao processo de coqueifação; i.e.; a conversão de carvão vegetal em coque.

[57] Durante o processo de coqueifação de carvão, o carvão combinado com a formulação objeto da presente invenção apresentou aumento do teor de enxofre na volatilização dos gases, e o coque resultante apresentou uma redução no teor de enxofre quando comparado ao processo sem a adição da dita formulação.

[58] A redução do teor de enxofre no coque resultante é de particular vantagem para o uso do coque na indústria siderúrgica, pois o consumo de coque com menores tores de enxofre, nos fornos das siderúrgicas, reduz a contaminação do produto por enxofre. Reduzindo-se assim a necessidade de etapas adicionais para a dessulfurizar o produto.

[59] Outra vantagem no emprego da formulação na coqueifação está no aumento do teor de enxofre nos gases volatilizados.

Claims (10)

1. Aditivo para tratamento de combustíveis apresentando teores de enxofre compreendendo sínter de óxido de magnésio como soluto e, água como solvente caracterizado pelo fato de sua formulação compreender 40 a 80% de água e, 15 a 60% de sínter óxido de magnésio.

2. Aditivo conforme descrito pela reivindicação 1 caracterizado pelo fato de compreender 35% de sínter de óxido de magnésio.

3. Aditivo conforme descrito pelas reivindicações 1 ou 2 caracterizado pelo fato de compreender 55% de água.

4. Aditivo conforme descrito pelas reivindicações 1, 2 ou 3 caracterizado pelo fato de compreender ainda 0,15 a 3,5% de agentes quelantes e 1 a 10% de auxiliar de moagem.

5. Aditivo conforme descrito pelas reivindicações 1, 2 ,3 ou 4 caracterizado pelo fato de compreender ainda 1,5 a 5% de dispersantes 0,01 a 1% de estabilizador, 0,1 a 0,5% de biocidas, e 0,1 a 0,5% de agente anti-espuma.

6. Aditivo conforme descrito por qualquer das reivindicações anteriores caracterizado pelo fato de ser misturado por um arranjo que compreenda, ao menos, um misturador ultrassônico.

7. Aditivo conforme descrito pela reivindicação 6 caracterizado pelo fato de ser misturado num arranjo que compreende um misturador cowles, uma primeira bomba, um tanque reservatório, uma segunda bomba e um misturador ultrassônico de 4000W.

8. Aditivo conforme descrito por qualquer das reivindicações anteriores caracterizado pelo fato de apresentar um “shelf life” de 3 meses com a estabilidade da granulometria e viscosidade do produto.

9. Método de preparação de carvão para o processo de coqueifação compreendendo a etapa de mistura do carvão com um aditivo caracterizado pelo fato do aditivo compreender 10 a 70% de óxido de magnésio em sua composição.

10. Método de preparação de carvão para o processo de coqueifação conforme descrito pela reivindicação 9 caracterizado pelo fato do aditivo a ser misturado consistir de um aditivo conforme descrito pelas reivindicações 1 a 8.