BR112014010982B1

BR112014010982B1 - sistema interconectado e método para a purificação e recuperação de potassa

Info

Publication number: BR112014010982B1
Application number: BR112014010982-6A
Authority: BR
Inventors: Martin Woode
Original assignee: Gc Technology Limited
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2020-10-13
Also published as: AP2014007570A0; CA2854103A1; AU2011381253A1; JP2015501776A; WO2013072722A1; MY162771A; AP3828A; CO6940407A2; JP5784842B2; BR112014010982A2; EP2780301B9; US9017426B2; RU2559649C1; CA2854103C; EP2780301B1; EP2780301A1; CR20140227A; EP2780301A4; US20140241962A1

Abstract

SISTEMA INTERCONECTADO E MÉTODO PARA A PURIFICAÇÃO E RECUPERAÇÃO DE POTASSA, por tratar a presente invenção de um forno para a combustão de resíduos agrícolas. O forno compreende uma câmara cilíndrica central de combustão. A câmara cilíndrica central de combustão compreende um sistema para controlar o ar de combustão da câmara de combustão. O forno compreende um segundo cilíndrico concêntrico envolvendo a câmara cilíndrica central de combustão. O segundo cilindro concêntrico compreende um sistema para o fluxo de água de resfriamento através do primeiro ânulo entre a câmara cilíndrica central de combustão e o segundo cilindro concêntrico. O forno compreende um sistema para a alimentação de resíduos agrícolas no interior da câmara central de combustão. O forno compreende um dispositivo sensor de temperatura para medir e exibir a temperatura no interior da câmara de combustão durante a combustão dos resíduos agrícolas. O forno compreende um sistema para a recuperação das cinzas do forno. Em operação, a temperatura de combustão é controlada para se situar entre 550°C e 650°C, através de uma combinação de aumentar o fornecimento de ar de combustão quando a temperatura na câmara central de combustão cai para aproximadamente 550°C, e de introduzir um fluxo de água de (...).

Description

Campo Técnico

[001] A presente invenção se refere a sistemas e métodos para a purificação e recuperação de potassa.

Fundamentos da Invenção

[002] A potassa foi originalmente produzida com a lixiviação de cinzas de madeira e a evaporação da solução em um recipiente de ferro, desta maneira extraindo o fertilizante potássio.

[003] A potassa é importante para a agricultura, pois melhora a retenção de água, o rendimento, o valor nutricional, a textura e a resistência a doenças de culturas alimentares. A mesma encontra ampla aplicação com frutas e vegetais, arroz, trigo e outros grãos, açúcar, cereais, soja, óleo de palma e algodão, todos os quais se beneficiam de suas propriedades de melhorar a qualidade nutricional. O crescimento econômico na Ásia e na América Latina tem contribuído grandemente para o aumento do uso de fertilizantes à base de potassa.

[004] Pelo fato de a potassa ser um fertilizante para as plantas acima mencionadas, os resíduos de plantações agrícolas se tornaram um depósito de potássio a partir do qual a potassa pode ser recuperada, através de sua extração dos resíduos (cinzas) restantes da queima de resíduos de plantações agrícolas deste tipo. Especificamente, os resíduos de plantações agrícolas que são queimados em cinzas e a partir dos quais a potassa é extraída consistem preferencialmente de cascas de vagens de cacau, cascas de bananas (e bananas) e cascas de nozes de cola. Portanto, a potassa pode ser recuperada por extração dos resíduos (cinzas) restantes da queima dos resíduos das plantas agrícolas acima preferidas.

[005] Existem muitas patentes que tratam da purificação da potassa a partir de soluções de potassa. Entre estas encontram-se as seguintes:

[006] Patente US No. 7,892,298, emitida em 22 de Fevereiro de 2011 para a Toagosi Co Ltd., com o título "Method for Producing High Purity Caustic Potash", através de cristalização, levando-se uma solução aquosa de potassa cáustica a uma zona de alta temperatura.

[007] Patente US No. 7,041,268, emitida em 9 de Maio de 2006, para o Council of Scientific and Industrial Research com o título "Process for Recovery of Sulphate of Potash", de sais ricos em sulfato com a utilização de cal e o fracionamento dos sais para a obtenção de sais misturados do tipo cainita seguido de uma reação com muriato de potassa para a produção de sulfato cru de potassa.

[008] Patente US No. 5,456,362, emitida em 10 de Outubro de 1995, para a The University of British Columbia com o título "Flotation Process for the Flotation of Coarse Fraction of Potash Ores", com a utilização de um dispositivo de coluna de flotação, no qual bolhas de ar são geradas por um pulverizador que utiliza cisalhamento de alta intensidade.

[009] Patente US No. 4,787,506, emitida em 30 de Agosto de 1988, para Kali und Saiz Aktiengesellschaft, com o título "Electrostatic Treatment of Milled Crude Potash Salts Containing Kiesserite", através do condicionamento sequencial com dois agentes condicionadores e o encaminhamento do sal cru de potassa a um separador eletrostático de queda livre.

[010] Patente US No. 4,198,288 emitida em 15 de Abril de 1980 para a Celanese Polymer Specialties Company, com o título "Desliming of Potash Ores", com o tratamento do minério de polpa de potassa com urn floculante de goma galactomanana, posteriormente com um coletor de poliamida e então submetendo-o flotação por espuma.

Descrição da Invenção Problema Técnico

[011] Um problema técnico a ser solucionado reside no fato de que a extração/purificação de potassa da potassa crua não resultou em uma potassa pura que fosse substancialmente isenta de sódio, cloretos e metais pesados tais como ferro, cromo e níquel.

[012] Tentou-se solucionar o problema com os ensinamentos descritos na Patente US No. 7,892,298 descrita acima, a qual, embora afirme que proporciona potassa cáustica de alta pureza, foi omissa com relação à purificação da potassa (carbonato de potássio).

[013] Consequentemente, o problema continua sem solução.

Solução Para o Problema

[014] O requerente descobriu que este problema pode ser solucionado através de métodos que incluem as etapas de descarregar a potassa impura de qualquer origem, por exemplo, de cinzas de resíduos agrícolas, em uma zona de lixiviação de água quente equipada com um pulverizador de vapor para proporcionar a potassa lixiviada. A pasta lixiviada é então passada através de pelo menos uma zona espessadora, por exemplo, através de uma cascata de zonas espessadoras conectadas em série, para proporcionar uma solução de potassa parcialmente clarificada. Complexos de íons de metais pesados presentes na solução de potassa parcialmente clarificada são então adsorvidos em uma zona de adsorção para fornecer uma solução de potassa clarificada. A solução de potassa clarificada é então parcialmente evaporada em uma zona de evaporação para fornecer uma solução concentrada de potassa clarificada. A solução concentrada de potassa clarificada é carbonatada em uma zona de carbonatação para converter a potassa em bicarbonato de potássio. O bicarbonato de potássio é cristalizado e os cristais de bicarbonato de potássio são então separados da água-mãe. Carbonato de potássio é então regenerado a partir dos cristais de bicarbonato de potássio em uma zona de aquecimento. Finalmente, a potassa é moída para fornecer a potassa moída que apresenta uma pureza de aproximadamente 99%.

[015] Portanto, de acordo com um aspecto amplo da presente invenção, é revelado um método para a purificação de potassa impura compreendendo as seguintes etapas: descarregar uma solução de potassa impura em água quente em uma zona de lixiviação equipada com um pulverizador de vapor para lixiviar a potassa da potassa impura, com isto fornecendo uma pasta de potassa lixiviada; passar a pasta de potassa lixiviada através de uma zona espessadora para a remoção de produtos não dissolvidos, com isto fornecendo uma solução de potassa substancialmente isenta de produtos não dissolvidos; passar esta solução de potassa através de uma zona de adsorção para adsorver complexos de íons de metais pesados, com isto fornecendo uma solução de potassa clarificada substancialmente isenta de complexos de íons de metais pesados; evaporar não completamente a solução de potassa clarificada em uma zona de evaporação para fornecer uma solução de potassa concentrada; carbonatar a solução concentrada de potassa em uma zona de carbonatação para converter a potassa em bicarbonato de potássio; cristalizar o bicarbonato de potássio; separar os cristais de bicarbonato de potássio da água-mãe; regenerar o carbonato de potássio do bicarbonato de potássio em uma zona de aquecimento, com isto produzindo um carbonato de potássio com aproximadamente 99% de pureza.

[016] Os aspectos preferidos do método de acordo com a presente invenção encontram-se revelados nas reivindicações 2 a 12 anexas.

[017] Outro aspecto amplo da presente invenção revela um sistema interconectado para a purificação de potassa impura. O sistema compreende os seguintes elementos de aparelhos interconectados: um reservatório de lixiviação para o armazenamento da potassa impura a ser purificada, o reservatório de lixiviação compreendendo um pulverizador inferior; uma entrada de sólidos no reservatório de lixiviação para a introdução da potassa impura a ser purificada; uma entrada de água em linha para a introdução da água no reservatório de lixiviação; uma entrada de vapor em linha para a introdução de vapor pulverizado no pulverizador no reservatório de lixiviação; um reservatório espessador; um conduíte para o encaminhamento da pasta de potassa impura do reservatório de lixiviação para o reservatório espessador; um evaporador para o recebimento da solução de potassa diluída transbordada para o fornecimento de um efluente de potassa concentrada; uma linha de entrada do reservatório espessador ao reservatório evaporador; uma coluna de adsorção a ser carregada com carbono ativado ou um adsorvente similar para a adsorção dos complexos de metal da solução de potassa; um conduíte para o encaminhamento do efluente de potassa do evaporador para a coluna de adsorção para o fornecimento de um efluente concentrado de carbonato de potássio que é substancialmente isento de complexos de metal; um primeiro filtro para a filtração de partículas sólidas da solução concentrada de potassa que é substancialmente isenta de complexos de metal e para o fornecimento de uma solução concentrada de potassa que é substancialmente isenta de complexos de metal, e que também é substancialmente isenta de partículas sólidas; um conduíte para o encaminhamento de uma pasta concentrada de efluente de potassa da coluna de adsorção para o interior do primeiro filtro; uma coluna de carbonatação para a conversão da solução concentrada de potassa que é substancialmente isenta de complexos de metal, e que também é substancialmente isenta de partículas sólidas em uma solução concentrada de bicarbonato de potássio; um conduíte para o encaminhamento da solução concentrada de potassa que é substancialmente isenta de complexos de metal, e que também é substancialmente isenta de partículas sólidas do primeiro filtro para o interior da coluna de carbonatação; um cristalizador; um conduíte para o encaminhamento da solução concentrada de bicarbonato de potássio da coluna de carbonatação para o cristalizador; um segundo filtro; um conduíte para o encaminhamento da pasta de bicarbonato de potássio cristalizada ao segundo filtro para o fornecimento do bicarbonato de potássio cristalizado que é substancialmente isento de água-mãe; um forno para a conversão do bicarbonato de potássio cristalizado em bicarbonato de potássio cristalizado; e um transportador para o transporte do bicarbonato de potássio cristalizado ao forno, para com isto formar a potassa cristalizada.

[018] Os aspectos preferidos do sistema integrado da presente invenção encontram-se revelados nas reivindicações 14 a 20.

Efeitos Vantajosos da Invenção

[019] Em função dos aspectos da presente invenção, uma potassa substancialmente pura é fornecida, e que pode ser utilizada em produtos alimentícios e farmacêuticos, adicionalmente a seu uso primário como fertilizante. A potassa sendo purificada pode ser uma potassa orgânica produzida através da combustão controlada de resíduos agrícolas. A potassa fornecida pela presente invenção consiste de um produto substancialmente puro e de ponta, que é útil na produção de suplementos alimentares para animais, cimento, extintores de incêndio, produtos químicos fotográficos, têxteis, na produção de cerveja e como catalizador para a manufatura de borracha sintética.

Breve Descrição dos Desenhos

[020] Nos desenhos anexos, a - Figura 1 representa um diagrama de fluxo em blocos mostrando o método de produção de potassa a partir de resíduos de cinzas agrícolas; e as - Figura 2 e Figura 2A, 2B e 20 representa um diagrama de fluxo de processos mostrando o método de produção de potassa a partir de resíduos de cinzas agrícolas.

Descrição Detalhada da Figura 1

[021] Como pode ser observado na Figura 1, o sistema e método para a produção e purificação de potassa, preferencialmente a partir de cinzas de resíduos agrícolas, e mais preferencialmente a partir de cinzas de cascas de vagens de cacau, cascas de bananas (e bananas) e cascas de nozes de cola, compreende um reservatório de lixiviação 500 (BLOCO A). O reservatório de lixiviação é equipado com um pulverizador de vapor (não mostrado). Na modalidade preferida de execução o reservatório de lixiviação 500 compreende uma linha de introdução de cinzas 501, uma linha de entrada de água 503, uma linha de tubo de entrada de pulverização de vapor 505 e uma linha de saída de pasta de potassa 507, conduzindo a um primeiro espessador 502 (BLOCO B). O primeiro espessador 502 é equipado com uma linha de transbordamento 509 para o encaminhamento da solução diluída de potassa a um evaporador 508 (BLOCO C).

[022] O sistema e método incluem diversos sistemas de reciclagem que se encontram ilustrados na Figura 1. Um sistema de reciclagem deste tipo compreende uma segunda linha de pasta 511 do primeiro espessador 502 a um segundo espessador 504 (BLOCO D). O líquido transbordante do segundo espessador 504 é retornado ao reservatório de lixiviação 500 através da primeira linha de transbordamento 513. A pasta do segundo espessador 504 é enviada a um terceiro espessador 506 (BLOCO E) através de uma terceira linha de pasta 515. O líquido transbordante do terceiro espessador 506 é retornado ao segundo espessador 504 através da segunda linha de reciclagem 517. O resíduo da pasta do terceiro espessador 506 é despejado em um aterro através da linha de descarregamento 519.

[023] Um segundo sistema de reciclagem deste tipo compreende uma primeira linha de condensador 521 conduzindo do evaporador 508 para ambos o terceiro espessador 506 através da primeira linha de condensador 523, e diretamente à caldeira 510 (BLOCO F). A caldeira 510 é preferencialmente alimentada com uma mistura de gás liquefeito de petróleo e metano através da linha de alimentação 525. O efluente de vapor da caldeira 510 sai da linha principal de vapor 527 diretamente para o evaporador 508, e se conecta à linha de entrada de pulverização de vapor 505 para entrar na entrada inferior do reservatório de lixiviação 500. Os gases de combustão, por exemplo, dióxido de carbono, nitrogênio e vapor, passam da saída de gás da caldeira 510 ao condensador/economizador 512 (BLOCO G) através da linha principal de gás 533. O condensador/economizador 512 também é alimentado com água através da linha de água 529. O condensador de água do condensador/economizador 512 é reciclado a partir da saída inferior do condensador/economizador 512, retornando para a caldeira 510 através da linha de água condensada 531, que se funde com a primeira linha de condensador 521. Os gases efluentes do condensador/economizador 512 saem do condensador/economizador 512 e são transportados através da segunda linha de gás 565 ao compressor 514 (BLOCO K) para uso futuro, como será descrito posteriormente.

[024] O carbonato de potássio concentrado do evaporador 508 é encaminhado através da linha 535 do carbonato de potássio concentrado para a coluna de adsorção 516 (BLOCO H), que é carregada com carbono ativado através da linha de entrada de carbono ativado 569. A pasta de carbonato de potássio da coluna de adsorção 516 é encaminhada ao primeiro filtro 518 (BLOCO I) através da linha da pasta 537. O carbono ativado gasto é descarregado do primeiro filtro 518 através da linha de descarga de carbono ativado gasto 559.

[025] O carbonato de potássio filtrado do primeiro filtro 518 é encaminhado para a coluna de carbonatação 520 (BLOCO J) através da linha da pasta de carbonato de cálcio filtrado 539. Como mencionado anteriormente, os gases de dióxido de carbono e nitrogênio oriundos do condensador/economizador 512 são encaminhados ao compressor 514 (BLOCO K) através da segunda linha de gás 565. O compressor 514 opera preferencialmente em uma temperatura de -37 graus C. No compressor 514, o dióxido de carbono é comprimido e o gás nitrogênio é ventilado através da linha de ventilação 541. O gás comprimido de dióxido de carbono sai do compressor 514 e é encaminhado para o interior da coluna de carbonatação 520 (BLOCO J) através da linha de dióxido de carbono comprimido 543.

[026] O bicarbonato de potássio que é formado na coluna de carbonatação 520 sai da coluna de carbonatação 520 e é encaminhado ao reservatório de cristalização 522 (BLOCO L) através da linha de alimentação do bicarbonato 545. Uma pasta de bicarbonato de potássio cristalizado sai então do reservatório de cristalização 522 e é encaminhada para o interior do segundo filtro 524 (BLOCO M) através da terceira linha de pasta 547. O bicarbonato de potássio sólido sai do segundo filtro 524, sendo transportado pelo transportador 549 ao interior do forno 526 (BLOCO N). A água-mãe do segundo filtro 524 sai do segundo filtro 524, sendo reciclada através da linha de reciclagem 551 da água-mãe de volta ao evaporador 508.

[027] No forno 526, o bicarbonato de potássio é decomposto em carbonato de potássio cristalino, e gases efluentes compreendendo dióxido de carbono, nitrogênio e vapor são liberados. Estes gases efluentes saem do forno 526 e são encaminhados ao interior do condensador 558 (BLOCO O) através da terceira linha de gás 567. O condensador 558 é alimentado com água através da linha de água de refrigeração 553 para condensar o vapor em água, que é recuperada através da linha de água de condensação 555. Os gases condensados, nitrogênio e dióxido de carbono, saem do condensador 558 e são enviados ao compressor 514 através da linha de gás 557. O gás nitrogênio é ventilado através da segunda ventilação 541, e o dióxido de carbono gasoso recuperado sai do compressor 514 para ser adicionado como dióxido de carbono na coluna de carbonatação 520 através da linha de dióxido de carbono 543.

[028] O carbonato de potássio cristalino (potassa) do forno 526 sai para o transportador 550 para ser transportado a moedores 528 (BLOCO P) no qual o mesmo é moído, preferencialmente para uma tela 325. O carbonato de potássio moído (potassa) sai dos moedores 528 para um transportador 561 para ser transportado a uma máquina embaladora 530 (BLOCO Q). As embalagens assim formadas podem ser fornecidas para uso local ou enviadas para exportação 532 (BLOCO R) através da linha 563.

Breve Descrição da Figura 2A, Figura 2B e Figura 2C

[029] Como pode ser observado nestas figuras, o diagrama de fluxo do processo do método e sistema para a produção e purificação de potassa a partir de resíduos de cinzas agrícolas identifica cada um dos reservatórios de lixiviação 500 (BLOCO A), o primeiro espessador 502 (BLOCO B), o evaporador 508 (BLOCO C), o segundo espessador 504 (BLOCO D), o terceiro espessador 506 (BLOCO E), a caldeira 510 (BLOCO F), o condensador/economizador 512 (BLOCO G), a coluna de adsorção 516 (BLOCO H), o primeiro filtro 518 (BLOCO I), a coluna de carbonatação 520 (BLOCO J), o compressor 514 (BLOCO K), o reservatório de cristalização 522 (BLOCO L), o segundo filtro 524 (BLOCO M), o forno 526 (BLOCO N), o condensador 558 (BLOCO O), os moedores 528 (BLOCO P) e a máquina embaladora 530 (BLOCO Q), que também serão identificados por números de referência nesta série "600" e na série "700". Adicionalmente, condições preferidas de operação serão especificadas.

Descrição Detalhada da Figura 2A, Figura 2B e Figura 2C

[030] Como pode ser observado nas Figuras 2A, 2B, e 2C, o diagrama de fluxo do processo ilustrado é utilizado no método e sistema para a produção e purificação de potassa a partir de resíduos de cinzas agrícolas. O processo é identificado pelo número geral "600". Na modalidade preferida de execução, os resíduos de cinzas agrícolas são carregados através do funil 602 para o interior de um transportador de parafuso 604, preferencialmente a uma razão de 4.500 kg/hora e a uma temperatura de aproximadamente 25 graus C, sendo então descarregados do transportador de parafuso 604 através da saída 601 e através do meio de entrada 603 ao interior do reservatório de lixiviação 606 (BLOCO A) que é equipado com um agitador interno 608. Água, através do tubo superior de entrada de água 683, é introduzida através do tubo superior de entrada 635 e através da válvula V1 ao interior do reservatório de lixiviação 606. Vapor é introduzido no interior do reservatório de lixiviação 606 através do tubo de entrada inferior de pulverização de vapor 607, para fluir ao pulverizador 611 no fundo do reservatório de lixiviação 606.

[031] No primeiro sistema de reciclagem previamente descrito na Figura 1, a pasta quente de resíduos de cinzas agrícolas é seletivamente descarregada da saída inferior 613 do reservatório de lixiviação 606 sob o controle da válvula V2 e através da primeira linha de pasta 615, para o interior do primeiro espessador 609 (BLOCO B). O primeiro espessador 609 compreende um raspador/misturador de fundo 610. O clorato de potássio espessado é descarregado do primeiro espessador 609 através da saída inferior 617 e da primeira linha de descarga 619, sendo bombeado, através da bomba P1 e da primeira linha de pasta 701, para a entrada 623 de um segundo espessador 662 (BLOCO D). O segundo espessador 662 também compreende um raspador/misturador de fundo 612. O clorato de potássio espessado é descarregado através da saída inferior 625 do segundo espessador 662 através da segunda linha de descarga 627, sendo bombeado, através da bomba P2 e da válvula V3, e através da extensão da linha de descarga 711 como sendo a terceira linha de pasta para a entrada 629 de um terceiro espessador 658 (BLOCO E). O terceiro espessador 658 também compreende um raspador/misturador de fundo 614. A pasta transbordada do segundo espessador 662 sai através da saída superior 715 e é reciclada de volta ao reservatório de lixiviação 606 através da linha 616. A pasta transbordada do terceiro espessador 631 sai através da saída superior 713 e é reciclada de volta ao segundo espessador 662 através da válvula V4 e da segunda linha de reciclagem 641. O resíduo da pasta do terceiro espessador 658 sai através da saída inferior 643 e é descarregado em um aterro através da linha de descarga 645 auxiliada pela bomba P3 e a válvula V5.

[032] O carbonato de potássio diluído e transbordado do primeiro espessador 609 flui da saída superior 689 através da primeira linha de descarga 633 e da válvula V6 em um sistema evaporador identificado pelo número geral "622" (BLOCO C). O sistema evaporador 622 compreende os evaporadores de triplo efeito e em cascata 622-1, 622-2 e 622-3 conectados em série. A linha 663 de carbonato de potássio diluído e transbordado e a válvula V6 alimentam o primeiro evaporador de triplo efeito 662-1 para iniciar o procedimento de evaporação. A saída inferior 655 do primeiro evaporador de triplo efeito 662-1 é conectada a um reservatório de armazenamento de carbonato de potássio 624 através da primeira linha de saída 691, a partir do qual o mesmo é bombeado, através da saída inferior 665 e através da linha 667, da bomba P4 e da válvula V7, para aquecer o trocador 626 para um propósito a ser explicado posteriormente. A saída superior 644 do primeiro evaporador de triplo efeito 622-1 é conectada à entrada inferior do segundo evaporador de triplo efeito 662-2 através da linha de conexão 657. A saída superior 687 do segundo evaporador de triplo efeito 622-2 é conectada à entrada inferior 653 do terceiro evaporador de triplo efeito 662-3 através da segunda linha de conexão 659.

[033] As saídas combinadas 716 e 717 dos evaporadores de triplo efeito 622-2 e 622-3, respectivamente, são encaminhadas através das linhas de saída 669 e 677 à linha conectada 679, e então à entrada inferior 681 do reservatório de pré-tratamento de carbonato de potássio 628. A saída superior 661 do reservatório de pré-tratamento de carbonato de potássio 628 é encaminhada, através da linha 685, para a entrada inferior 651 da caldeira 636 (BLOCO F). A maior parte do vapor produzido na caldeira 636 é direcionada através da entrada do tubo de pulverização de vapor 649 conduzindo à entrada do tubo de pulverização de vapor 607 do pulverizador 611 no fundo do reservatório de lixiviação 606. Os principais produtos gasosos saindo da caldeira 636, ou seja, dióxido de carbono, nitrogênio e qualquer vapor residual, são encaminhados através da linha de gás 663 para o interior do condensador 638 cuja saída 693 é conectada à entrada 695 do economizador 640 conectado pela linha de entrada 697. O condensador 638 e o economizador 640 conectados em conjunto constituem o (BLOCO G).

[034] No condensador 638, a água é condensada para fora do condensador 638 e descarregada através da saída 675 para a linha de descarga de água condensada 647, que compreende a primeira linha 639 conduzindo para a entrada superior 605 do reservatório de lixiviação 606 e uma linha principal de água 683 para uso não especificado que pode, por exemplo, ser utilizada para propósitos de irrigação. A saída 699 do economizador conectado 640 contendo dióxido de carbono e nitrogênio é conectada através da linha 703 ao compressor 642 (BLOCO K), e então através da saída 637 e da linha 707 à entrada inferior 787 da coluna de carbonatação 664 (BLOCO J).

[035] A linha de saída inferior 673 do evaporador de triplo efeito 622-3 é bombeada, através da bomba P5, através da linha 705 de carbonato de potássio concentrado para a entrada superior 720 do reservatório de adsorção 630 (BLOCO H). O carbono ativado do transportador de parafuso 668 é carregado no reservatório de adsorção 630 através da linha de carregamento de carbono ativado 725. O reservatório de adsorção 630 é equipado com um agitador 670.

[036] Uma pasta de carbonato de potássio é encaminhada da saída inferior 727 do reservatório de adsorção 630 através da linha 729 e da bomba P6 à entrada intermediária 721 do primeiro filtro 671 (BLOCO I). A pasta clarificada de carbonato de potássio assim formada é bombeada pela bomba P7 da saída inferior 735 e do primeiro filtro 671, e através da linha 737 e da válvula V13, à entrada superior 783 da anteriormente mencionada coluna de carbonatação 664, isto é (BLOCO K), para a formação de uma pasta de bicarbonato de potássio.

[037] A pasta de bicarbonato de potássio produzida na coluna de carbonatação 664 sai da coluna de carbonatação 664 pela saída inferior 747, sendo encaminhada através da linha de saída 739 e pela bomba P8 e pela válvula V12 para o cristalizador 672 para produzir um bicarbonato de potássio cristalino. O bicarbonato de potássio cristalino sai através da saída inferior 743 do cristalizador 672, sendo encaminhado através da linha de saída 745 e pela bomba P9 e pela válvula V14 ao filtro 674 (BLOCO M). O bicarbonato de potássio cristalino filtrado é transportado pelo transportador 749 para o interior do forno 768 (BLOCO N). A água-mãe do filtro 674 é conduzida através da linha de filtrados 755 para a entrada 723 do trocador de calor 626, no qual é combinada com a pasta do primeiro espessador 609, da linha de pasta 761 para a entrada 759. No trocador de calor 626, a pasta e a água-mãe são resfriadas e retornadas ao terceiro espessador 658, da saída 733 do trocador de calor 626 para a entrada 731 do terceiro espessador 658, através da linha 719 e da válvula V9.

[038] No forno 768, o bicarbonato de potássio é decomposto em carbonato de potássio cristalino (potassa) e dióxido de carbono gasoso, nitrogênio e vapor. Este fluxo de dióxido de carbono gasoso, nitrogênio e vapor sai através da saída superior 763 do forno 768, sendo conduzido através da linha 772 a um condensador 660 (BLOCO O). A descrição do condensador 660 não se encontra duplicada na Figura 2A, porém sua função está completamente descrita na Figura 1.

[039] O carbonato de potássio cristalino (potassa) do forno 768 sai através da saída 765, sendo transportado pelo transportador 769 ao moedor 656 (BLOCO P) no qual o mesmo é finamente moído, por exemplo, a uma tela 325. O carbonato de potássio cristalino moído (potassa) é transportado pelo transportador 753 a uma máquina embaladora 678 (BLOCO Q). As embalagens assim formadas podem ser fornecidas para uso local ou podem ser transportadas pelo transportador 771 para serem exportadas (BLOCO R).

Descrição Generalizada das Figuras 1,2A, 2B e 2C

[040] Como anteriormente descrito em relação às Figuras 1, 2A, 2B e 2C, a primeira etapa da extração/purificação da potassa, que consiste preferencialmente de potassa orgânica produzida pela combustão controlada de resíduos agrícolas, preferencialmente de cinzas de cascas de vagens de cacau, cascas de bananas (e bananas) e cascas de nozes de cola, consiste de descarregar as cinzas contendo tipicamente em torno de 77% de potassa, em água contida preferencialmente em um ou mais reservatórios de lixiviação de aço inoxidável conectados em série, que são do tipo CSTR, cada um dos quais equipado com um pulverizador de vapor. A velocidade do rotor é definida em uma rpm predeterminada. A temperatura da lixiviação é ajustada entre 90°C e 100°C.

[041] A seguir, a pasta lixiviada é conduzida preferencialmente através de uma cascata de espessadores para a remoção de produtos não dissolvidos e para a formação de uma solução de potassa clarificada. Os resíduos de cinzas são então intensamente lavados até que não contenha praticamente nenhuma potassa.

[042] A seguir, a solução de potassa clarificada é conduzida a um evaporador para concentrar a solução de potassa ao nível de saturação, isto é, a um concentrado com aproximadamente 60,8% de potassa.

[043] A seguir, o concentrado de potassa é misturado, preferencialmente em um reservatório de aço inoxidável, com um adsorvente, preferencialmente de carbono ativado, a quantidade sendo de aproximadamente 3% de sua massa para o concentrado de potassa. O carbono ativado adsorve complexos de íons fémeos e clarifica a solução. A seguir, o carbono utilizado é filtrado para fora da solução concentrada e clarificada com a utilização de um filtro, e o filtrado é enviado a uma coluna empacotada de carbonatação. Na coluna empacotada de carbonatação, o filtrado é carbonatado para bicarbonato de potássio. A embalagem consiste preferencialmente de uma embalagem Intalox™.

[044] A seguir, a solução de bicarbonato é enviada a um cristalizador operando de um máximo de aproximadamente 90°C a um mínimo de 30°C, e a partir do qual a mesma é enviada a outro filtro para a separação dos cristais da água-mãe. A água-mãe é retornada ao interior do evaporador, enquanto que os cristais de bicarbonato obtidos são enviados a um forno para a regeneração da potassa e para a liberação de dióxido de carbono. O dióxido de carbono é retornado para ser reutilizado.

[045] A potassa obtida e que apresenta uma pureza de aproximadamente 99%+, é moída em pó para a comercialização. Este produto final de potassa é amplamente utilizado em fertilizantes, sopas, em indústrias petroquímicas, de vidros e farmacêuticas, entre outras.

[046] Em resumo, o benefício de atingir esta capacidade de produção de potassa substancialmente pura, preferencialmente de potassa orgânica produzida de cinzas de resíduos agrícolas através da combustão controlada de resíduos agrícolas, e preferencialmente de cinzas de cascas de vagens de cacau, cascas de bananas (e bananas) e cascas de nozes de cola, reside no fato de que a mesma gera um produto de potassa finalizado, que diferentemente da potassa minerada e impura, é substancialmente isenta de arsênico e consequentemente pode ser utilizada em indústrias de alimentos e aditivos farmacêuticos.

Exemplo 1

[047] Este é um exemplo da combustão controlada de cinzas de cascas de vagens de cacau, embora o mesmo seja igualmente aplicável à combustão controlada de outros resíduos agrícolas, por exemplo, cascas de bananas (e bananas) e cascas de nozes de cola.

[048] A combustão controlada é preferencialmente executada em um forno que se encontra revelado e reivindicado na aplicação PCT co-pendente apresentada na mesma data pelo presente requerente. Resumidamente, o forno compreende uma câmara central de combustão. A câmara central de combustão compreende um sistema para o controle do ar de combustão da câmara de combustão. O forno compreende uma segunda câmara cilíndrica envolvendo a câmara central de combustão. A segunda câmara cilíndrica compreende um sistema de controle de fluxo de água de resfriamento através do primeiro ânulo, entre a câmara central de combustão e a segunda câmara cilíndrica. O forno compreende um sistema para encaminhar os resíduos da planta ao interior da câmara central de combustão. O forno compreende um dispositivo sensor de temperatura para medir e exibir a temperatura no interior da câmara central de combustão durante a combustão dos resíduos da planta. O forno compreende um sistema para a recuperação da cinza das cinzas.

[049] Em operação, a temperatura de combustão é controlada para se situar entre 550°C e 650°C através de uma combinação de aumentar o fornecimento de ar de combustão quando a temperatura na câmara central de combustão cai para aproximadamente 550°C, e de introduzir um fluxo de água de resfriamento quando a temperatura na câmara central de combustão se aproxima de 650°C. As cascas de vagens de cacau são transformadas em cinzas no forno portátil acima descrito, em uma temperatura média de aproximadamente 600°C (isto é, entre aproximadamente 550°C e aproximadamente 650°C).

[050] Para obter a lixiviação da potassa a partir das cinzas assim produzidas, as cinzas são transportadas a uma facilidade de lixiviação, preferencialmente como descrita em relação à Figura 1, Figura 2A, Figura 2B e Figura 2C. Nesta facilidade, a lixiviação da potassa a partir da cinza é realizada com a utilização de água quente, isto é, a aproximadamente 80°C a aproximadamente 100°C. A potassa lixiviada é submetida a diversos processos de purificação de lixiviação, como descrito em relação à Figura 1 e Figura 2, até que a mesma atinja uma pureza superior a 99%.

[051] O rendimento de cinzas a partir das cascas secas consistiu de uma média aproximada de 7,2%. A cinza resultante continha aproximadamente 75% de potassa como carbonato de potássio.

[052] Diferentemente da potassa minerada que é contaminada com metais pesados (por exemplo, arsênico), o 1% principal de impurezas desta potassa orgânica consiste de ferro, cálcio e magnésio. Isto faz desta potassa orgânica um produto de primeira linha que é adequado para indústrias farmacêuticas e alimentícias. Esta potassa também é útil na produção de suplementos alimentares para animais, cimento, extintores de incêndio, produtos químicos fotográficos, têxteis, na produção de cerveja e como catalizador para a manufatura de borracha sintética.

Aplicabilidade Industrial

[053] A potassa é importante para a agricultura, pois melhora a retenção de água, o rendimento, o valor nutricional, a textura e a resistência a doenças de culturas alimentares. A mesma encontra ampla aplicação na cultura de frutas, vegetais, arroz, trigo e outros grãos, açúcar, cereais, soja e algodão, todos os quais se beneficiam de suas propriedades de melhorar a qualidade nutricional. Fertilizantes com base em potassa têm contribuído grandemente no crescimento econômico da África, Ásia e América. LISTA DE CITAÇÕES LITERATURA DE PATENTES Patente US No. 3,842,762; Patente US No. 4,037,543; Patente US No. 4,091,228; Patente US No. 4,092,098; Patente US No. 4,198,288; Patente US No. 4,418,893; Patente US No. 4,584,180; Patente US No. 4,199,652; Patente US No. 4,206,312; Patente US No. 4,787,506; Patente US No. 4,793,269; Patente US No. 4,973,245; Patente US No. 5,230,617; Patente US No. 5,350,296; Patente US No. 5,456,362; Patente US No. 6,315,976; e Patente US No. 7,041,268.

LITERATURA DE NÃO-PATENTES

[054] "Chemical studies of some plant wastes from Ghana" E.K. Ankrah Journal of the Science of Food and Agriculture, Vol 28, edição 10, páginas 1229 - 1232, 1984.

[055] "Extraction of potash from cocoa pod husks" B. K. Simpsion et al Agricultural Wastes, Vol 13 edição 1 páginas 69 -73, 1985.

[056] "Effect of ripening on the chemical composition of plantain peels and pulp" L.Welford - Abbey, et al Journal of the Science of Food and Agriculture, Vol 45, edição 4, páginas 233-336, 1988.

[057] "Extraction and potential application of caustic potash from kola husk, ugwu pod husk and plantain peels" A.A. Taiwo et al Scientific Research and Essay Vol 3 (10) páginas 515 -517, Outubro 2008.

Claims

1. MÉTODO PARA A PURIFICAÇÃO DE POTASSA IMPURA, por exemplo, da combustão controlada de resíduos agrícolas, preferencialmente de cinzas de cascas de vagens de cacau, cascas de bananas (e bananas) e cascas de nozes de cola, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - descarregamento da potassa impura em uma solução aquosa em um reservatório de lixiviação (500) equipada com um pulverizador de vapor, para a lixiviação da potassa para fora da potassa impura; - passagem da pasta de potassa lixiviada através de pelo menos um espessador (502, 504, 506) para a produção de uma solução de potassa espessada; - evaporação parcial da solução de potassa espessada em um evaporador (508) para a produção de uma solução de potassa concentrada e espessada; - passagem da solução de potassa concentrada e espessada através de uma coluna de adsorção (516) para a adsorção de complexos de íons de metais pesados, para a produção de uma solução clarificada de potassa concentrada e espessada; - passagem da solução clarificada de potassa concentrada e espessada através de um primeiro filtro (518) para a filtração das partículas sólidas e a produção de uma solução de potassa concentrada; - carbonatação da solução concentrada de potassa em uma coluna de carbonatação (520) para a conversão da potassa em bicarbonato de potássio; - cristalização do bicarbonato de potássio; - separação dos cristais de bicarbonato de potássio da água-mãe em um segundo filtro (524); e - regeneração do carbonato de potássio do bicarbonato de potássio em um forno (526), para a produção de potassa com 99% de pureza.

2. MÉTODO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a água se encontra em uma temperatura de 90°C a 100°C.

3. MÉTODO de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de lavagem intensiva das cinzas de resíduos agrícolas até que as mesmas não contenham substancialmente nenhuma potassa, e a combinação desta água de lavagem com a água que é introduzida no reservatório de lixiviação (500).

4. MÉTODO de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos um espessador compreende uma cascata de uma pluralidade de espessadores (502, 504, 506) conectados em série.

5. MÉTODO de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de incluir pelo menos um de: um fluxo de reciclagem de uma terceira zona da pluralidade de espessadores (502, 504, 506) para a segunda pluralidade de espessadores (502, 504, 506); ou um fluxo de reciclagem da segunda pluralidade de espessadores (502, 504, 506) para o reservatório de lixiviação (500); ou uma zona para o descarregamento da pasta da terceira pluralidade de espessadores (502, 504, 506) para um aterro.

6. MÉTODO de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de incluir uma caldeira conectada ao evaporador (508) para a conversão do efluente do evaporador (508) em um fluxo de gases compreendendo dióxido de carbono, nitrogênio e vapor, e a condensação do fluxo de gases para a produção de dióxido de carbono a ser comprimido para a produção do dióxido de carbono comprimido para ser introduzido na coluna de carbonatação (520).

7. MÉTODO de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a água-mãe fornecida durante a separação de filtração de cristais de bicarbonato de potássio é retornada evaporador (508).

8. MÉTODO de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a regeneração do carbonato de potássio a partir do bicarbonato de potássio em um forno (526), produz simultaneamente dióxido de carbono, que é carregado compressor (514) para o fornecimento de dióxido de carbono adicional para a coluna de carbonatação (520).

9. SISTEMA INTERCONECTADO PARA A PURIFICAÇÃO DE POTASSA IMPURA, para realização do método definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender: - um reservatório de lixiviação (606) para o armazenamento da potassa impura a ser purificada, o reservatório de lixiviação (606) compreendendo um pulverizador inferior (611); - uma entrada (603) de sólidos para a introdução da potassa impura a ser purificada no reservatório de lixiviação (606); - uma linha de entrada de água (683) para a introdução de água no reservatório de lixiviação (606); - uma linha de entrada de vapor (607) para a introdução de vapor pulverizado no pulverizador (611) do reservatório de lixiviação (606); - espessador (609, 662, 658); - uma linha (615, 701, 711) para a condução da pasta de potassa impura do reservatório de lixiviação (606) para o interior dos espessadores (609, 662, 658); - um evaporador (622) para o recebimento da solução transbordada de potassa diluída para o fornecimento de um efluente de potassa concentrada; - uma linha de entrada (633) do espessador (609) ao evaporador (622); - uma coluna de adsorção (630) a ser carregada com carbono ativado ou um adsorvente similar, para a adsorção de complexos de metal da solução de potassa; - uma linha para a condução do efluente de potassa concentrada do espessador ao interior da coluna de adsorção (630), para a produção de um efluente de carbonato de potássio concentrado que é substancialmente isento de complexos de metal; - um primeiro filtro (671) para a filtração de partículas sólidas da solução de potassa concentrada que é substancialmente isenta de complexos de metal, e para fornecer uma solução de potassa concentrada que é substancialmente isenta de complexos de metal, e que também é substancialmente isenta de partículas sólidas; - uma linha (729) para a condução da pasta concentrada do efluente de potassa, da coluna de adsorção (630) ao interior do primeiro filtro (671); - uma coluna de carbonatação (664) para a conversão da solução de potassa concentrada, que é substancialmente isenta de complexos de metal, e que também é substancialmente isenta de partículas sólidas, em uma solução concentrada de bicarbonato de potássio; - uma linha (737) para a condução da solução de potassa concentrada que é substancialmente isenta de complexos de metal, e que também é substancialmente isenta de partículas sólidas, do primeiro filtro (671) ao interior da coluna de carbonatação (664); - um cristalizador (672); - uma linha (739) para a condução da solução concentrada de bicarbonato de potássio da coluna de carbonatação (664) ao interior do cristalizador (672); - um segundo filtro (674); - uma linha (745) para a condução da pasta cristalizada de bicarbonato de potássio ao interior do segundo filtro (674), para a produção de bicarbonato de potássio cristalizado que é substancialmente isento de água- mãe; - um forno (768) para a conversão do bicarbonato de potássio cristalizado em carbonato de potássio cristalizado; e - um transportador (749) para o transporte do bicarbonato de potássio cristalizado ao forno (768), para desta maneira formar a potassa cristalizada.

10. SISTEMA de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de incluir: - pelo menos um espessador (609, 662, 658); - uma linha (616) de reciclagem do espessador de volta ao reservatório de lixiviação (606); e - uma linha (645) de descarregamento da pasta dos espessadores (609, 662, 658) a ser utilizada como aterro.

11. SISTEMA de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um espessador compreende uma pluralidade de espessadores (609, 662, 658) conectados em séries de cascatas.

12. SISTEMA de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 11, caracterizado pelo fato de também compreender: - uma linha (663) de condensador (638) do evaporador para a caldeira (636); e - uma linha (649) de vapor da caldeira (636) para a linha de pulverização de vapor (607) do reservatório de lixiviação (606).

13. SISTEMA de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 12, caracterizado pelo fato de também compreender: - um condensador/economizador (638/640) para o recebimento de gases efluentes compreendendo dióxido de carbono, nitrogênio e vapor e para o transporte do dióxido de carbono e nitrogênio da caldeira (636) a um compressor (642); e - uma linha (707) de dióxido de carbono comprimido para a condução de dióxido de carbono comprimido para a coluna de carbonatação (664) para a conversão de carbonato de potássio em potassa.

14. SISTEMA de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 13, caracterizado pelo fato de também compreender: - um condensador (660) para o recebimento de gases efluentes compreendendo dióxido de carbono, nitrogênio e vapor do forno (768); e - uma linha (772) para o transporte do dióxido de carbono e nitrogênio do condensador (660) para a coluna de carbonatação (664).

15. SISTEMA de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de também compreender uma máquina embaladora (678) para a embalagem do carbonato de potássio moído, e compreendendo um transportador (771) para o transporte do carbonato de potássio moído até a máquina embaladora (678).