BR112016017093B1 - Processo para conversão biológica de bissulfeto em enxofre elementar - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA CONVERSÃO BIOLÓGICA DE BISSULFETO EM ENXOFRE ELEMENTAR. A invenção é direcionada a um processo para a conversão biológica de bissulfeto em enxofre elementar, compreendendo das etapas a seguir: a) conversão do bissulfeto na forma dissolvida em uma solução aquosa em enxofre elementar na presença de bactérias de oxidação de sulfeto e sob condições anaeróbicas para a obtenção de um primeiro efluente de líquido compreendendo de enxofre elementar e bactérias de oxidação de sulfeto usadas; b) regeneração das bactérias de oxidação de sulfeto utilizadas obtidas de acordo com a etapa (a) e conforme incorporadas em uma solução aquosa na presença de um oxidante para a obtenção de um segundo efluente de líquido compreendendo de bactérias regeneradas de oxidação de sulfeto; c) separação do enxofre elementar a partir tanto do primeiro e/ou do segundo efluente de líquido; d) utilização das bactérias de oxidação de sulfeto regeneradas na etapa (a) na forma de bactérias de oxidação de sulfeto.
Description
[001] A presente invenção se refere a um processo para conversão biológica de bissulfeto em enxofre elementar. Em particular, a invenção se refere a um processo para o tratamento de uma corrente de gases compreendendo de compostos de enxofre incluindo sulfeto de hidrogênio, referida também como uma corrente de gás ácida, aonde a corrente de gases é contactada junto a uma coluna de absorção com um absorvente de líquido alcalino para a obtenção de uma corrente de gases tratada e um absorvente de líquido alcalino compreendendo de bissulfeto, aonde o bissulfeto no absorvente de líquido alcalino é biologicamente convertido em enxofre elementar fazendo uso de bactérias de oxidação de sulfeto.
[002] Os processos para conversão biológica do bissulfeto em enxofre elementar por meio de bactérias de oxidação de sulfeto são bem conhecidos na área. Tipicamente, em tais processos, um absorvente de líquido alcalino que tenha sido utilizado para a absorção de sulfeto de hidrogênio a partir de uma corrente de gás ácido e que compreenda de sulfeto de hidrogênio absorvido, predominantemente na forma de bissulfeto, porém tipicamente também em alguma extensão na forma de sulfeto, polissulfeto e/ou sulfeto de hidrogênio dissolvido, é contaminado com bactérias de oxidação de sulfeto para a conversão de sulfetos dissolvidos (principalmente como bissulfeto) em enxofre elementar. O bissulfeto em outras correntes, por exemplo, em uma corrente cáustica exaurida, pode ser também convertido em enxofre elementar no contexto de tais processos de conversão biológica.
[003]Os processos compreendendo de um estágio de absorção de gás ácido seguido pela oxidação biológica dos sulfetos dissolvidos, por exemplo, vem a ser descritos nos documentos WO92/10270, WO94/29227, WO98/57731,US2008/0190844 e WO2005/092788.
[004] Nos processos pertinentes ao estado anterior da técnica, o absorvente alcalino contendo bissulfeto obtido a partir da absorção de gás ácido é contaminado com bactérias de oxidação de sulfeto em um biorreator aeróbico de modo a converter o bissulfeto em enxofre elementar e obter o absorvente regenerado que é reciclado junto ao estágio de absorção. O enxofre elementar é recuperado a partir de parte do absorvente regenerado.
[005] No processo constante do documento US2008/190844, tem-se a descrição de um processo aonde a biomassa e a solução aquosa se fazem presentes no efluente de um denominado Reator Biológico de Enxofre aeróbico, sendo separadas com o auxílio de um agente de coagulação catiônico. A biomassa pode ser reciclada no reator e a solução aquosa pode ser reciclada junto ao absorvedor ou purificador de gás ácido. Esta solução aquosa, que não compreende de qualquer biomassa, pode ser processada em um Reator Biológico Aeróbico.
[006] No processo, como por exemplo, o descrito no documento WO94/29227, os sulfetos dissolvidos são oxidados com bactérias de oxidação de sulfeto. No documento WO94/29227 é mencionado que a carga em volume de sulfeto junto ao biorreator se apresenta preferencialmente abaixo de 1000 mg/Lh, mais preferencialmente abaixo de 100 mg/Lh, para se evitar uma concentração excessivamente elevada de efluente de sulfeto. Nos processos de oxidação de sulfeto biológico, impede-se a oxidação biológica junto aos compostos de enxofre mais elevados, tais como o sulfato ou a oxidação química junto ao tiossulfato. No documento WO94/29227 é mencionado que a oxidação de compostos de enxofre mais oxidados pode ser substancialmente reduzida pelo ajuste do fornecimento de oxigênio ao bior- reator. É feita menção quanto a uma faixa preferida de 0,5 a 1,5 moles de oxigênio por mol de sulfeto.
[007] Na prática, entretanto, tem sido descoberto que mesmo em situações aonde a quantidade de oxigênio suprida ao biorreator tenha sido controlada na faixa de 0,5 a 1,5 moldes de oxigênio por mole de sulfeto, podem vir a serem formadas indesejáveis elevadas quantidades de sulfato e tiossulfato. Existe, desse modo, uma necessidade por um aperfeiçoamento quanto a prevenção da formação de tiossulfa- to.
[008] Este objetivo é alcançado pelo processo descrito a seguir. Um processo para a conversão biológica de bissulfeto em enxofre elementar, compreendendo das etapas a seguir: a) conversão de bissulfeto dissolvido em uma solução aquosa para enxofre elementar na presença de bactérias de oxidação de sulfeto e sob condições aeróbi- cas para a obtenção de um primeiro efluente de líquido compreendendo de enxofre elementar e utilizando bactérias de oxidação de sulfeto; b) regeneração das bactérias de oxidação de sulfeto usadas obtidas de acordo com a etapa (a) e compreendendo de uma solução aquosa na presença de um oxidante para a obtenção de um segundo efluente de líquido compreendendo de bactérias de oxidação de sulfeto regeneradas; c) separação de enxofre elementar a partir tanto do primeiro e/ou do segundo efluente de líquido; d) emprego das bactérias de oxidação de sulfeto regenerado na etapa (a) na forma de bactérias de oxidação de sulfeto.
[009] Os requerentes encontraram que a seletividade em torno do enxofre elementar vem a ser significativamente aumentada e a formação de sulfato e tiossul- fato indesejados é reduzida quando a oxidação biológica do bissulfeto por enxofre elementar é levada a termo de acordo com o processo acima. Uma vantagem adicional do processo é que o conteúdo de bissulfeto na solução aquosa na etapa (a) pode ser mais elevado do que nos processos anteriores sem a geração de elevadas quantidades de tiossulfato como produto derivado. Isto é vantajoso devido a, por exemplo, vir a reduzir o tamanho do equipamento de reator ou aumentar a capacidade do equipamento existente. Os requerentes encontraram que o bissulfeto pode ser seletivamente oxidado ao enxofre elementar através de bactérias de oxidação de sulfeto sob condições anaeróbicas, ou seja, na ausência de oxigênio molecular.
[0010] Uma importante vantagem do processo, de acordo com a invenção, consiste em que a formação biológica do sulfato é significativamente reduzida e a seletividade em sentido ao enxofre elementar significativamente aumentada. Sem se desejar ficar ligado a qualquer teoria, acredita-se que a exposição das bactérias de oxidação de sulfeto junto ao bissulfeto na presença de enxofre elementar sob condições anaeróbicas no primeiro estágio, resulta na eliminação de sistemas de enzima nas bactérias de oxidação de sulfeto que são envolvidos na conversão de bissulfeto em sulfato em favor de sistemas de enzimas envolvidos na oxidação seletiva de bis- sulfeto e/ou polissulfetos em enxofre elementar.
[0011] Além disso, a formação de tiossulfato devido a oxidação química do bissulfeto é significativamente reduzida em comparação com os processos anteriores da técnica de oxidação de sulfeto biológico sem ocorrer o contato direto entre uma solução elevada em bissulfeto e oxigênio molecular.
[0012] Uma vantagem adicional do processo, de acordo com a invenção, consiste em que devido a formação inferior de produtos de oxidação indesejáveis, tais como o sulfato e o tiossulfato, o fluxo de sangria que necessita de vir a ser purgado a partir do processo para se evitar um grande acúmulo de compostos indesejáveis pode ser reduzido e com isso uma maior quantidade de bactérias de oxidação de sulfeto é mantida no processo e uma quantidade menor de elementos químicos gerados, como os alcalinos opcionais, necessita de ser adicionada ao processo.
[0013] Veio a ser ainda determinado que o enxofre elementar encontrado no processo, de acordo com a invenção, apresenta uma precipitação melhorada em comparação com o enxofre elementar formado em processos de oxidação biológica de etapa única pelo estado anterior da técnica. Vantagens adicionais virão a ser descritas adiante.
[0014] A Figura 1 apresenta um alinhamento de processo de uma modalidade da invenção com a etapa de absorção e primeira e segunda zonas de bioreação em reatores separados.
[0015] A Figura 2 apresenta um alinhamento de processo de uma modalidade da invenção com uma etapa de absorção e com a primeira zona de bioreação na parte inferior da coluna de absorção (reservatório da coluna).
[0016] A Figura 3 apresenta um alinhamento de processo como na Figura 1 aonde a primeira zona de bioreação consiste em um recipiente de descarga.
[0017] A Figura 4 apresenta um alinhamento de processo aonde uma corrente de gás contendo sulfeto de hidrogênio é diretamente abastecida junto a uma primeira zona de bioreação.
[0018] Sem desejar se ficar limitado a qualquer teoria, acredita-se que na etapa (a), que será também referida como a primeira zona de bioreação, o bissulfeto reage com enxofre elementar para formar polissulfeto, e o bissulfeto e/ou polissulfeto vem a ser pelo menos parcialmente oxidados biologicamente em enxofre elementar enquanto que os receptadores de elétrons nas bactérias de oxidação de sulfeto capturam os elétrons que resultam da reação de oxidação até que tais receptadores venham a ser completamente reduzidos, resultando nas denominadas bactérias de estado reduzido. Na etapa (b), que será também referida como a segunda zona de bioreação, as bactérias são regeneradas, ou seja, elas são trazidas a partir de um estado reduzido para um estado oxidado. Acredita-se que neste estágio, os receptadores de elétrons doam elétrons para o oxidante e são regenerados de modo que possam, em seguida, oxidarem o bissulfeto e/ou o polissulfeto na ausência novamente de oxigênio molecular.
[0019] Os requerentes acreditam que por meio da criação de bactérias, em um processo de acordo com a invenção, as condições são criadas favorecendo a existência de uma sub-população de bactérias apresentando uma baixa seletividade de sulfato e uma elevada seletividade de enxofre elementar iniciando com o bissulfe- to.
[0020] Desse modo, a invenção é direcionada a um método que visa otimizar um processo aeróbico existente compreendendo:
[0021] x1 um bio-reator aeróbico compreendendo de bactérias de oxidação de sulfeto,
[0022] x2 uma etapa de separação de enxofre,
[0023] x3 uma reciclagem de bactérias de oxidação de sulfeto a partir de x2 para x1, aonde um reator anaeróbico é adicionado como parte de x3, executando-se o processo de acordo com a presente invenção. Caso o processo aeróbico existente compreenda de uma coluna de absorção apresentando uma entrada de alimentação para o gás ácido junto a sua extremidade inferior e uma entrada de abastecimento de líquido para um líquido compreendendo de bactérias de oxidação de sulfeto junto a sua extremidade superior, então, o método de otimização pode ser adequadamente executado da maneira como se segue: através do reposicionamento da entrada de gás do gás ácido na coluna junto a uma elevação mais pronunciada e adicionando-se uma segunda entrada para um abastecimento de líquido compreendendo de bactérias de oxidação de sulfeto junto a uma elevação menos pronunciada com respeito a entrada existente. Isto cria um reator anaeróbico X3 na parte inferior da coluna.
[0024] Consequentemente, a invenção se relaciona a um processo para a conversão biológica do bissulfeto em enxofre elementar, compreendendo as etapas a seguir: i) proporcionamento de uma solução aquosa compreendendo de bissulfeto; ii) fornecimento de uma solução aquosa compreendendo de bissulfeto junto a uma primeira zona de bioreação, aonde o bissulfeto é convertido em enxofre elementar na ausência de oxigênio molecular e na presença de bactérias de oxidação de sulfeto, para a obtenção de um efluente de líquido da primeira zona de bioreação compreendendo de enxofre elementar e bactérias de oxidação de sulfeto; iii) fornecimento de efluente de líquido da primeira zona de bioreação para uma segunda zona de bioreação para a regeneração das bactérias de oxidação de sulfeto, aonde um oxidante é suprido junto à segunda zona de bioreação, para a obtenção de um efluente de líquido da segunda zona de bioreação compreendendo de enxofre elementar e bactérias de oxidação de sulfeto regeneradas; iv) reciclagem de pelo menos parte do efluente de líquido da segunda zona de bioreação compreendendo de enxofre elementar e bactérias de oxidação de sulfeto regeneradas junto à primeira zona de bioreação.
[0025] O processo, de acordo com a invenção, consiste em um processo para a conversão biológica do bissulfeto em enxofre elementar. O processo compreende da provisão de uma solução aquosa compreendendo de bissulfeto e fornecimento de solução aquosa junto a uma primeira zona de bioreação para a realização da etapa (a), aonde o bissulfeto é convertido em enxofre elementar na ausência de oxigênio molecular e na presença de bactérias de oxidação de sulfeto. Na primeira zona de bioreação, um primeiro efluente de líquido é obtido compreendendo de enxofre elementar e de bactérias de oxidação de sulfeto. O primeiro efluente de líquido é suprido a uma segunda zona de bioreação para a regeneração das bactérias de oxidação de sulfeto como na etapa (b). Um oxidante, tal como por exemplo, um nitrato ou oxigênio molecular, preferencialmente, oxigênio molecular, vem a ser suprido junto à segunda zona de bioreação e um segundo efluente de líquido vem a ser obtido contendo bactérias de oxidação de sulfeto regeneradas e enxofre elementar. Em uma etapa (c) o enxofre elementar é separado tanto do primeiro quanto do segundo efluente de líquido. Na etapa (d), o efluente de líquido da segunda zona de biorea- ção é reciclado, diretamente e/ou indiretamente, junto à primeira zona de bioreação.
[0026] O processo pode ser executado na forma de um processo contínuo, um processo de batelada ou como um processo de semi-batelada. Preferencialmente, o processo da forma conforme descrito neste relatório é executado como um processo contínuo. Caso as bactérias de oxidação de sulfeto sejam imobilizadas junto a um portador em um reator, um modo operacional de desbloqueio tornar-se-á necessário para se executar alternativamente as etapas (a) e (b) no mesmo reator.
[0027]Referência é feita ao bissulfeto no sentido de ser o ânion inorgânico com a fórmula química HS-, o qual pode ser derivado a partir de qualquer forma de sulfeto, incluindo-se ânions de sulfeto, bissulfeto, sulfeto de hidrogênio, e sulfetos orgânicos, tais como os mercaptanos de alquila inferior e dissulfeto de carbono.
[0028] A solução aquosa compreendendo de bissulfeto utilizado na etapa (a) pode compreender de qualquer solução aquosa compreendendo de bissulfeto a partir de onde o bissulfeto necessita de vir a ser removido, tal como, por exemplo, uma solução cáustica gasta ou uma solução de absorção de alcalinos utilizada para a absorção de sulfeto de hidrogênio ou outros compostos de enxofre reduzidos a partir de uma corrente de gás ácido. Alternativamente, a solução aquosa compreendendo de bissulfeto pode consistir em uma solução de bissulfeto obtida pela dissolução de sulfeto de hidrogênio a partir de um concentrado mais elevado ou essencialmente gás de sulfeto de hidrogênio puro em uma solução aquosa por meio de um ejetor.
[0029] Preferencialmente, a solução aquosa compreendendo de bissulfeto provido na etapa (a) consiste em um absorvente de alcalino líquido compreendendo de bissulfeto obtido no tratamento de uma corrente de gás ácido. Neste caso em questão, a etapa (a) compreende de suprimento de uma corrente de gás contendo compostos de enxofre incluindo sulfeto de hidrogênio junto a uma coluna de absorção via uma entrada para gás, e contatando a corrente de gás na coluna de absorção com um absorvente alcalino líquido para a obtenção de uma corrente de gás tratado e um absorvente alcalino líquido compreendendo de bissulfeto. O absorvente alcalino líquido compreendendo de bissulfeto pode ser contaminado com bactérias de oxidação de sulfeto para a execução da etapa (a).
[0030] Preferencialmente, o absorvente alcalino líquido pode compreender também de parte das bactérias de oxidação de sulfeto regeneradas. Caso essas bactérias estejam presentes, a parte de absorção acima da etapa (a) pode ser realizada de modo simultâneo. A absorção é adequadamente realizada sob condições anaeróbicas. O gás ácido, preferencialmente, não contém oxigênio em uma quantidade significativa. Preferencialmente, tal absorção é realizada em uma coluna de absorção aonde a corrente de gás ácido é contactada, preferencialmente, parcial ou totalmente, na coluna de absorção do segundo efluente de líquido conforme efetua-do na etapa (b), aonde o segundo líquido é disponibilizado junto a uma parte superior da coluna de absorção. O segundo efluente de líquido é indiretamente reciclado pelo menos em parte do efluente de líquido da segunda zona de bioreação junto a uma parte superior da coluna de absorção. O segundo líquido pode, antes de vir a ser reciclado junto à coluna de absorção e/ou antes da etapa (a), vir a ser submetido a uma ou mais etapas do processo, de acordo com a descrição adiante, por exemplo, a etapa (c) ou a purgação opcional.
[0031] Os requerentes determinaram que a remoção do bissulfeto dissolvido da solução aquosa por meio de reconstituição biológica através de bactérias de oxidação de sulfeto vem a ser realizada de modo rápido diante das condições anaeró- bicas da etapa (a) e pode mesmo ocorrer durante o processo de absorção de líquido alcalino. Esta característica do processo resulta em uma absorção mais eficiente de alcalino líquido. Esta absorção ativa resulta em que somente um tempo de contato relativamente curto faz-se necessário entre o gás ácido e o absorvente alcalino compreendendo de bactérias de oxidação de sulfeto regeneradas para a absorção de uma quantidade suficiente de sulfeto de hidrogênio a partir da corrente de gás ácido. De modo vantajoso, pode haver a redução do tamanho e volume da coluna de absorção e a quantidade necessária de absorvente alcalino. Isto é algo especialmente vantajoso quando a corrente de gás ácido compreende também de dióxido de carbono. Por haver condições de se reduzir o tempo de contato na coluna de absorção, vem a ocorrer menos absorção de dióxido de carbono e se evita uma diminuição indesejada de pH do absorvente de alcalino líquido.
[0032] Em tal processo, pelo menos parte do segundo efluente de líquido é indiretamente reciclada na etapa (a), ou seja, a primeira zona de bioreação, através da primeira reciclagem pelo menos de parte do segundo efluente de líquido junto a uma parte superior da coluna de absorção. Uma vez que o absorvente de alcalino líquido compreendendo de bissulfeto obtido na coluna de absorção venha a ser posteriormente utilizado na etapa (a), procede-se a execução da etapa (d).
[0033] A concentração de bissulfeto na solução aquosa suprida à etapa (a) não é crítica no processo de acordo com a invenção. Podem ser utilizadas soluções contendo concentrações de bissulfeto (expressadas como enxofre) tão elevadas como 20 gramas por litro ou mesmo mais elevadas. Preferencialmente, a concentração de bissulfeto na solução aquosa se encontra na faixa indo de 100 mg/L a 15 g/L, mais preferencialmente indo de 150 mg/L a 10 g/L. A menção acima a respeito da concentração de bissulfeto inclui bissulfeto dissolvido e bissulfeto, o qual vem a ser absorvido e/ou convertido em enxofre elementar pelas bactérias de oxidação de sulfeto.
[0034] Em uma modalidade preferida do processo, de acordo com a invenção, compreende de uma etapa adicional que compreende da contactação de uma corrente de gás contendo compostos de enxofre incluindo sulfeto de hidrogênio em uma coluna de absorção contendo um absorvente de alcalino líquido para a obtenção de uma corrente de gás tratado e um absorvente de alcalino líquido compreendendo de bissulfeto, de acordo com a descrição anterior. Tal etapa de absorção de alcalino para a absorção de sulfeto é bem conhecida na área. As condições do processo para tal etapa são bem conhecidas na área e em geral incluem uma temperatura dentro de uma faixa indo de 0°C a 100°C, preferencialmente, indo de 20°C a 80°C, mais preferencialmente, indo de 25°C a 60°C, e uma pressão na faixa indo de 0 bara a 100 bara, preferencialmente, desde a pressão atmosférica até a 80 bara.
[0035] O absorvente alcalino líquido pode compreender de qualquer absorvente alcalino líquido conhecido como sendo adequado para a absorção de sulfeto de hidrogênio, ou seja, conhecido como dissolvendo sulfetos. Exemplos de absorventes alcalinos líquidos adequados compreendem do carbonato, soluções de hidro- carbonatos e/ou fosfatos, mais preferencialmente, de uma solução compensada de carbonato e bicarbonato. As soluções compensadas compreendendo carbonato de sódio e/ou de potássio e bicarbonatos são de particular preferência, mais em particular, uma solução compensada compreendendo de carbonato de sódio e bicarbonato de sódio. O pH do absorvente de alcalino líquido que vem a ser suprido para a parte superior da coluna de absorção, se encontra preferencialmente na faixa indo de 7 a 10, mais preferencialmente de 7,5 a 9,5. Deve ser entendido que na direção a jusan-te da coluna, o pH do líquido de absorção irá diminuir devido a absorção dos compostos ácidos advindos da corrente de gás, em particular o sulfeto de hidrogênio e o dióxido de carbono. O pH da solução de alcalino líquido compreendendo de bissulfe- to que vem a ser obtido e descarregado a partir da coluna e suprido ou utilizado na etapa (a) é, portanto, inferior aquele pH de entrada do absorvente de alcalino líquido na coluna de absorção. O pH da solução alcalina líquida compreendendo de bissul- feto suprido ou utilizado na etapa (a), a primeira zona de bioreação, pode ser tão baixo quanto 6,5, se encontrando preferencialmente na faixa indo de 6,5 a 9,0.
[0036]A etapa (a) do processo, de acordo com a invenção, pode envolver o suprimento de uma solução aquosa contendo provisão de bissulfeto, por exemplo, o absorvente alcalino líquido carregado obtido de acordo com uma etapa de absorção, até a uma primeira zona de bioreação contendo bactérias de oxidação de sulfeto. Opcionalmente, a totalidade ou parte das bactérias de oxidação de sulfeto regeneradas podem já se fazer presentes no absorvente alcalino líquido carregado, de acordo com a descrição acima. Na primeira zona de bioreação, as bactérias de oxidação de sulfeto podem ser dispersas em uma mídia de reação aquosa, tipicamente, a solução aquosa a ser tratada. A etapa (a) é realizada sob condições anaeróbicas. Por condições anaeróbicas quer-se dizer a ausência de oxigênio molecular e sem haver o suprimento de oxigênio molecular junto à primeira zona de bioreação. Na primeira zona de bioreação, o bissulfeto é convertido em enxofre elementar na ausência de oxigênio molecular, preferencialmente também na ausência de outros oxidantes, tais como, por exemplo, o nitrato. A menção no relatório presente da expressão “na ausência de oxigênio molecular” consiste em uma concentração de oxigênio molecular presente na mídia de reação aquosa de no máximo 10 μM de oxigênio molecular, preferencialmente no máximo 1 μM, mais preferencialmente no máximo 0,1 μM de oxigênio molecular.
[0037]As bactérias de oxidação de sulfeto podem compreender de bactérias de oxidação de sulfeto, preferencialmente, de bactérias de oxidação de sulfeto do gênero Halothiobacillus, Thioalkalimicrobium, Thioalkalispira, Thioalkalibacter, Thio- alkalivibrio e bactérias relacionadas. As bactérias podem ser usadas ou podem apresentar suportes junto a um portador dispersado.
[0038] A conversão na etapa (a), a primeira zona de bioreação, pode ocorrer diante de quaisquer condições adequadas de temperatura, pressão e tempo de residência hidráulica para oxidação biológica de bissulfeto em enxofre elementar. Preferencialmente, a terceira zona de bioreação é operada diante de uma temperatura na faixa indo de 10 a 60°C, mais preferencialmente indo de 20 a 40°C. A primeira zona de bioreação é operada, preferencialmente junto a uma pressão na faixa indo de 0 a 100 bara, mais preferencialmente indo da pressão atmosférica a 80 bara.
[0039] Preferencialmente, a mídia de reação aquosa na etapa (a), a primeira zona de bioreação, apresenta um pH na faixa indo de 7 a 10, mais preferencialmente na faixa indo de 7,5 a 9,5. A mídia de reação aquosa pode compreender, por exemplo, de compostos de traços, tais como, ferro, cobre ou zinco, na forma de nutrientes para as bactérias de oxidação de sulfeto.
[0040] O tempo de residência das bactérias de oxidação de sulfeto na etapa (a), a primeira zona de bioreação, vem a ser preferencialmente pelo menos de 3 minutos, mais preferencialmente pelo menos de 5 minutos, mais preferencialmente pelo menos de 10 minutos. O tempo de residência máximo não é crítico, mas por razões práticas, o tempo de residência é preferencialmente no máximo de 2 horas, mais preferencialmente de no máximo 1 hora.
[0041] Na etapa (a) adequadamente mais do que 80% de moles, preferencialmente, mais do que 90% de moles e ainda mais preferencialmente mais do que 95% de molde do bissulfeto dissolvido vem a ser removidos da solução aquosa por meio de atuação biológica através das bactérias de oxidação de sulfeto na etapa (a). No caso de uma etapa de absorção separada, parte do bissulfeto dissolvido já estará removido durante esta etapa de absorção quando o absorvente alcalino compreender de bactérias de oxidação de sulfeto regenerado. Os percentuais removidos serão baseados na totalidade de bissulfeto absorvido na etapa de absorção. A conversão atual junto ao enxofre elementar que ocorre no interior das bactérias pode se dar na etapa (b) ou no transporte entre as etapas (a) e (b).
[0042] Na etapa (a), a primeira zona de bioreação, o enxofre elementar é formado através de oxidação seletiva do bissulfeto, provavelmente via polissulfeto na forma de produto intermediário, transformado em enxofre elementar. Assim, tem-se a obtenção de um primeiro efluente de líquido contendo enxofre elementar e bactérias de oxidação de sulfeto. O efluente pode ser suprido diretamente na etapa (b), a segunda zona de bioreação, para a regeneração de bactérias de oxidação de sulfeto, ou seja, trazendo as bactérias para um estado oxidado. O conceito de fornecimento direto significa neste documento de não vir a ser realizada qualquer etapa intermediária no processo com o objetivo de remover o enxofre elementar e/ou as bactérias de oxidação de sulfeto a partir do primeiro efluente de líquido. Opcionalmente, o enxofre elementar pode ser removido do primeiro efluente de líquido. Em tal etapa, parte das bactérias de oxidação de sulfeto podem ser também removidas do primeiro efluente de líquido. Entretanto, dá-se preferência a se evitar a perda de bactérias de oxidação de sulfeto em tal etapa e se assegurar que a maior parte dessas bactérias sejam providas na etapa (b), a segunda zona de bioreação. Preferencialmente, o efluente de líquido da primeira zona de bioreação que vem a ser suprido para a segunda zona de bioreação vem a ser inferior a 5mM dissolvidos em bis- sulfeto, mais preferencialmente se apresentando isento essencialmente de bissulfeto dissolvido. O baixo teor de bissulfeto dissolvido é vantajoso por evitar a formação de sulfato diante das condições aeróbicas da etapa (b). Acredita-se ainda que o baixo teor de bissulfeto evita o crescimento da população de bactérias que parecem ser as responsáveis pela formação de sulfato tanto na etapa (a) quanto na etapa (b) e evita a oxidação dos elementos químicos junto ao tiossulfato.
[0043] De modo a se regenerar as bactérias, um oxidante se faz presente na etapa (b), por exemplo, suprido junto à segunda zona de bioreação, qualquer oxidante adequado pode ser utilizado, por exemplo, nitrato ou oxigênio molecular, preferencialmente oxigênio molecular. O oxidante pode ser suprido junto à segunda zona de bioreação sob qualquer maneira adequada, preferencialmente através de suprimento de uma corrente gasosa contendo oxigênio molecular junto à segunda zona de bioreação. A corrente gasosa contendo oxigênio molecular pode consistir em qualquer gás adequado compreendendo de oxigênio, preferencialmente, o ar. Prefe-rencialmente, a quantidade de oxidante suprido para a segunda zona de bioreação consiste pelo menos de em torno da quantidade estequiométrica necessária para a oxidação do sulfeto suprido junto à primeira zona de bioreação em enxofre elementar. Tem sido determinado que o efluente da primeira zona de bioreação compreende de uma quantidade muito baixa ou de nenhuma quantidade de bissulfeto. Portanto, não se tem suprimento de qualquer, ou de muito pouca, quantidade de bissulfeto junto à segunda zona de bioreação via o primeiro efluente de líquido. Devido a esta baixa quantidade de bissulfeto, a quantidade de oxidante suprido junto à segunda zona de bioreação não se apresenta como crítica. Mesmo se uma quantidade acima de volume estequiométrica por mole de bissulfeto a ser convertida venha a ser suprida junto à segunda zona de reação, pode-se vir a evitar a formação de grandes quantidades de compostos indesejáveis de enxofre, tais como o sulfato e tiossulfato.
[0044] Caso uma corrente gasosa contendo oxigênio molecular seja suprida para a segunda zona de bioreação, tal corrente fraciona de forma vantajosa o dióxido de carbono a partir da segunda zona de reação resultando no aumento do pH da mídia de reação na segunda zona de bioreação,
[0045] A regeneração das bactérias de oxidação de sulfeto na etapa (b) pode ocorrer diante de quaisquer condições de temperatura, pressão e tempo de residência hidráulico determinadas como sendo adequadas para a oxidação biológica do bissulfeto em enxofre elementar do estado anterior da técnica referentes aos processos aeróbicos ou quase-aeróbicos. Preferencialmente, a segunda zona de biore- ação é operada diante de uma temperatura dentro da faixa indo de 10 a 60°C, mais preferencialmente indo de 20 a 40°C. A segunda zona de bioreação é operada, preferencialmente, diante de uma pressão indo da faixa de 0 bara até a 10 bara, mais preferencialmente a partir da pressão atmosférica até 5 bara, ainda mais preferenci-almente, para a pressão atmosférica.
[0046] Na etapa (b), um segundo efluente de líquido é obtido compreendendo de enxofre elementar e de bactérias de oxidação de sulfeto regeneradas. O efluente de líquido da segunda zona de bioreação é pelo menos parcialmente reciclado na etapa (a), a primeira zona de bioreação, de modo a executar a etapa (d), aonde a primeira zona de bioreação é provida com bactérias regeneradas. Na modalidade preferida, aonde o processo compreende de uma etapa de absorção para a absorção de sulfeto advindo de uma corrente de gás, pelo menos parte do segundo efluente de líquido é indiretamente reciclada na etapa (a), a primeira zona de reação, através da primeira reciclagem pelo menos de parte do segundo efluente de líquido junto a uma parte superior da coluna de absorção conforme utilizada na etapa de absorção. Nesta modalidade preferida contendo uma coluna de absorção, preferencialmente, uma outra parte do segundo efluente de líquido é diretamente reciclada na etapa (a), a primeira zona de bioreação. Por meio de tal reciclagem direta, a concentração de bactérias regeneradas na etapa (a), a primeira zona de bioreação, pode ser mantida sob um nível mais elevado. Além disso, tal reciclagem direta irá resultar em um pH aumentado na etapa (a), a primeira zona de bioreação, uma vez que o pH na segunda zona de bioreação se apresenta tipicamente mais elevado do que o pH na parte inferior da coluna de absorção, em particular no caso de uma corrente de gás ácido contendo um teor de dióxido de carbono relativamente elevado ser tratada na coluna de absorção. Desse modo, o líquido carregado, conforme obtido na parte inferior da coluna de absorção que pode apresentar um pH inferior, irá ser misturado em seguida com o segundo efluente de líquido diretamente reciclado apresentando um pH mais elevado para a obtenção do líquido aquoso aonde vem a ser realizada a etapa (a).
[0047] De acordo com a descrição anterior, pode ser vantajoso que uma etapa de absorção de um gás ácido e a etapa (a) seja realizada em uma única coluna de absorção. Em tal tipo de modalidade, o segundo efluente de líquido é provido junto à coluna em diferentes elevações ao longo da coluna. O gás ácido pode ser suprido junto à parte inferior da coluna e/ou junto a uma posição ou posições intermediárias. O volume do segundo efluente de líquido provido junto à parte de topo da coluna deve ser suficientemente elevado para absorver a quantidade requerida de compostos de enxofre advindos do gás ácido na forma de bissulfeto. O volume do segundo efluente de líquido compreendendo de bactérias regeneradas de oxidação de sulfeto providas junto à parte inferior da coluna deve ser suficientemente elevado para se chegar a que o bissulfeto seja suficientemente convertido em enxofre elementar no primeiro efluente de líquido, conforme ele vá sendo descarregado na ex-tremidade inferior da coluna. Por esta razão nenhum ou muito pouco gás ácido será provido junto à esta parte inferior da coluna. A mistura pode ser acentuada por meio de misturadores estáticos ou operados mecanicamente presentes na referida parte inferior da coluna.
[0048] A primeira e segunda zonas de bioreação podem compreender de duas zonas de reação separadas em um único reator, podendo cada uma estar contida em um reator separado, ou podem estar como da forma descrita anteriormente, a primeira zona de bioreação pode se apresentar como parte de uma coluna de absorção, especialmente na parte inferior da coluna de absorção, e a segunda zona de bioreação em um reator em separado. Preferencialmente, a primeira e segunda zonas de bioreação vem a ser cada uma das quais contidas em um bioreator separado ou em uma coluna de absorção e bioreator separados. A primeira e segunda zonas de bioreação ou bioreatores podem apresentar, cada qual, qualquer tipo de configuração adequada. Preferencialmente, cada uma das zonas de reação ou bioreatores apresenta uma configuração aonde ocorre mistura sobressalente. Mais preferenci-almente, cada uma das zonas de reação apresenta a configuração de um Reator em Tanque de Agitação Contínua (CSTR). Caso a coluna de absorção seja operada junto a uma pressão elevada, pode vir a ser desejável se operar os bioreatores sob uma maior pressão atmosférica. De forma adequada, a etapa (a), a primeira zona de bioreação, pode ser executada em seguida em um recipiente de descarga. De modo adequado, o recipiente de descarga se apresenta largo o bastante para garantir um tempo de residência longo o bastante para a execução da etapa (a). De modo a se evitar perdas de bissulfeto no gás descarregado, faz-se o uso de um adequado recontactor. Neste recontactor, o gás descarregado pode ser contactado com o segundo efluente de líquido.
[0049] Opcionalmente, o efluente de líquido da segunda zona de bioreação vem a ser submetido a uma desgasificação antes da reciclagem de tal corrente junto à parte superior do absorvedor ou da primeira zona de bioreação.
[0050] O processo, de acordo com a invenção, compreende, preferencialmente, de um processo contínuo. Uma vez que o processo tenha sido inicializado e se encontre funcionando sob condições de estado estacionário, existe preferencialmente um suprimento constante de solução aquosa consistindo de bissulfeto junto à primeira zona de bioreação, do efluente de líquido da primeira zona de bioreação para a segunda zona de bioreação e do efluente de líquido da segunda zona de bio- reação para a primeira zona de bioreação, mais preferencialmente parcialmente via uma coluna de absorção.
[0051] Preferencialmente, o processo compreende de uma etapa (c) aonde o enxofre elementar é recuperado a partir do processo, O enxofre elementar pode ser recuperado a partir de diferentes correntes de processo, tal como, por exemplo, a partir do efluente de líquido da segunda zona de bioreação ou a partir do efluente de líquido da primeira bioreação. Preferencialmente, o enxofre elementar vem a ser recuperado a partir pelo menos do segundo efluente de líquido, enquanto uma outra parte vem a ser reciclada junto à coluna de absorção e/ou a primeira zona de biore- ação, ou seja, a etapa (a). A separação do enxofre elementar de uma corrente aquosa é bem conhecida no estado da técnica. Isto pode ser feito através de qual- quer mecanismo conhecido na área, tal como, por exemplo, por meio de mecanismos de sedimentação ou através de outros mecanismos voltados para a separação de sólido e líquido conhecidos na área. Caso ocorra a recuperação do enxofre elementar a partir do segundo efluente de líquido, tem-se a obtenção do enxofre elementar e o segundo efluente sem enxofre presente. Preferencialmente, pelo menos parte do segundo efluente sem o enxofre presente obtido dessa forma vem a ser reciclado no processo, por exemplo, junto à coluna de absorção, junto à primeira zona de bioreação e/ou junto à segunda coluna de bioreação, mais preferencialmente junto à segunda zona de bioreação, conforme mostrado nas Figuras.
[0052] Muito embora a formação de compostos mais elevados de enxofre oxidado indesejáveis, tais como o sulfato e o tiossulfato, venha a ser reduzida de modo relevante em comparação com os processos de oxidação de sulfeto biológico do estado anterior da técnica, alguns dos compostos mais elevados de enxofre oxidado podem ainda virem a ser formados, em particular durante a etapa (b), a segunda zona de bioreação. De modo a se evitar o acúmulo indesejável de compostos mais elevados de enxofre oxidado no processo, ocorre a purgação, preferencialmente, de parte do segundo efluente de líquido, ou do segundo efluente de líquido sem a presença de enxofre obtidos após a recuperação do enxofre elementar a partir do segundo efluente de bioreação, a partir do processo na forma de uma corrente de sangria. De modo a se minimizar a perda de bactérias de oxidação de sulfeto com a corrente de sangria, a parte do efluente que vem a ser purgada do processo é preferencialmente primeiramente submetida a uma etapa de separação de membrana para a obtenção de uma corrente de retentado consistindo de bactérias de oxidação de sulfeto e de uma corrente impregnada que se apresenta essencialmente livre de bactérias de oxidação de sulfeto. A corrente de retentado é reciclada junto ao processo e a corrente impregnada é purgada do processo. No caso de tal etapa de separação de membrana vir a ser aplicada, preferencialmente, tem-se a purgação do segundo efluente sem a presença de enxofre a partir do processo de modo a impedir a presença de fuligem da membrana junto ao enxofre elementar. Na etapa de separação de membrana, pode vir a ser empregada qualquer tipo de membrana adequada. Preferencialmente, as membranas de ultra-filtragem são as utilizadas. Devido a formação de compostos mais elevados de enxofre oxidados vir a ser bastante reduzida, a purgação é relativamente pequena. Os requerentes encontraram que a perda de bactérias de oxidação de sulfeto via esta purgação pode ser compensada por meio do crescimento da população de bactérias no processo. Isto é vantajoso devido a que podem vir a ser evitadas a etapa de separação de membrana descrita acima e seu processamento complexo.
[0053] Na modalidade de preferência do processo incorporando uma etapa de absorção e aonde pelo menos parte do segundo efluente de líquido vem a se reciclada junto à coluna de absorção, acredita-se que as bactérias regeneradas de oxidação de sulfeto presentes na coluna de absorção, absorvam ativamente o bis- sulfeto e/ou o polissulfeto a partir do líquido absorvente. Devido a que o segundo efluente de líquido irá apresentar muito pouco conteúdo ou então com conteúdo ze- rado de bissulfeto dissolvido, torna-se possível uma absorção favorável de bissulfeto a partir da corrente de gás ácido. No caso do segundo efluente de líquido a ser reciclado vir a conter algum bissulfeto, pode ser vantajoso se submeter a corrente reciclada a uma etapa de oxidação/fracionamento antes de haver a reciclagem, de mo-do a oxidar ainda mais as bactérias e/ou o bissulfeto e assim aumentar a capacidade de absorção do bissulfeto do absorvente reciclado.
[0054] A corrente de gás ácido que vem a ser contactada com o absorvente alcalino líquido pode consistir em qualquer corrente gasosa contendo compostos de enxofre incluindo sulfeto de hidrogênio, opcionalmente, em combinação com o dióxido de carbono. A corrente de gás pode compreender de compostos de enxofre que não sejam só o sulfeto de hidrogênio, por exemplo, mercaptanos de alquila ou sulfe- to de carbonila. A corrente de gás pode conter sulfeto de hidrogênio em qualquer quantidade indo até a 100% em volume e pode consistir, por exemplo, de uma corrente de gás ácido contendo uma elevada concentração de sulfeto de hidrogênio de, por exemplo, 30% em volume, ou mais e especialmente entre 30 e 100% em volume. Acredita-se que as condições do processo, de acordo com a invenção, na primeira zona de bioreação, vem a resultar na seleção das bactérias de oxidação de sulfeto que absorvem ativamente o bissulfeto na ausência de oxigênio molecular. Portanto, o bissulfeto é absorvido ativamente na coluna de absorção. O tempo de residência na coluna de absorção necessário para a remoção suficiente de sulfeto de hidrogênio da corrente de gás vem a ser, portanto, relativamente curto, evitando- se assim a absorção demasiada de dióxido de carbono e consequentemente uma diminuição muito drástica do pH do absorvente líquido. Isto possibilita o tratamento das correntes de gás compreendendo ainda de dióxido de carbono, mesmo em concentrações relativamente altas, tais como por exemplo até a 20% em volume, e mesmo mais especialmente entre de 5 a 20 % em volume no caso da corrente de gás consistir de gás natural. Exemplos de correntes de gás ácido adequadas contendo sulfeto de hidrogênio incluem o gás natural ácido, o gás sintético, o gás ácido, o gás geotérmico, o gás de aterros, o gás refinado, o biogás, e o gás ácido obtido em um processo de tratamento de gás de amina. O sulfeto de hidrogênio conforme possa estar presente em tais gases pode vir a ser separado desses gases e convertido em enxofre elementar através do processo acima.
[0055] As correntes de gases contendo substancialmente somente sulfeto de hidrogênio podem ser abastecidas diretamente junto à primeira zona de biorea- ção da etapa (a). Adequadamente, o bissulfeto contendo solução aquosa da etapa (a) é obtido suprindo um sulfeto de hidrogênio contendo gás junto a um recipiente aonde vem a ser realizada a etapa (a). Tal corrente de gás não deve conter quaisquer quantidade significativas de oxigênio molecular. Isto implica em se manter as condições aeróbicas da etapa (a). Adequadamente, tais correntes de gases podem consistir de mais de 80% em volume, preferencialmente, mais de 90% em volume, e ainda mais preferencialmente mais de 99% em volume de H2S. Isto pode ser realizado através da adição de gás H2S junto a um reator em tanque de agitação contínua aonde a etapa (a) vem a ser realizada. Diante de tal processo não vem a ser realizada nenhuma absorção junto a uma coluna de absorção, conforme descrito anteriormente.
[0056] No processo apresentado na Figura 1, uma corrente de gás ácido contendo sulfeto de hidrogênio é suprida via linha 1 até a coluna de absorção 2. O absorvente alcalino líquido é suprido até a parte superior da coluna 2 via a linha 3, de modo que o gás ácido seja contido com o absorvente alcalino obtendo-se uma corrente de gás tratado e absorvente carregado com bissulfeto. A corrente de gás tratado é retirada da coluna via linha 4. O absorvente alcalino carregado com bissul- feto é extraído a partir do fundo da coluna 2 via a linha 5 e suprido até a primeira zona de bioreação 6. Na primeira zona de bioreação 6, o bissulfeto é convertido em enxofre elementar na presença de bactérias de oxidação de sulfeto. Durante a fase de inicialização do processo, as bactérias de oxidação de sulfeto podem ser supridas até a primeira zona de bioreação 6 ou em qualquer outra parte no processo. O primeiro efluente de líquido obtido na primeira zona de bioreação 6 é suprido via a linha 7 até a segunda zona de bioreação 8 para a regeneração das bactérias de oxidação de sulfeto. O ar vem a ser suprido como oxidante para a zona 8 via a linha 9. Faz-se a extração de uma corrente gasosa incorporando ar em excesso e componentes fracionados do líquido no reator via a linha 10. Faz-se a extração do segundo efluente de líquido contendo bactérias regeneradas e enxofre elementar da segunda zona de bioreação 8 via a linha 11 sendo parcialmente reciclado via a linha 12 junto à parte superior da coluna de absorção 2 para proporcionar com absorvente alcalino líquido regenerado. Com a reciclagem do absorvente, acontece também a reciclagem das bactérias regeneradas junto à coluna de absorção 2 e de forma indireta junto à primeira zona de bioreação 6. Parte do efluente de líquido advindo da segunda zona de bioreação pode ser reciclada diretamente junto à primeira zona de bioreação 6 via a linha 13. Uma outra parte do efluente de líquido da zona 8 vem a ser suprida via a linha 14 até ao separador 15 aonde se dá a separação de enxofre elementar em sólido precipitado a partir do efluente para a obtenção do efluente na segunda zona de bioreação isento de enxofre que vem a ser reciclado via a linha 16 junto à segunda zona de bioreação 8. O enxofre elementar sólido é extraído do processo via a linha 17. Parte do efluente na segunda zona de bioreação isento de enxofre é purgada do processo via a linha 18.
[0057] A invenção é ainda direcionada a uma instalação de processamento de restabelecimento de enxofre da Figura 1 compreendendo: - uma coluna de absorção provida com uma entrada para um gás ácido, saída para gás tratado, uma entrada para uma absorção de líquido alcalino junto a sua extremidade superior e uma saída para um líquido carregado. - um primeiro biorreator de funcionamento anaeróbico contendo uma entrada fluídica conectada à saída destinada a um líquido carregado e uma saída destinada a um primeiro efluente de líquido, - um segundo biorreator de funcionamento aeróbico provido contendo uma entrada fluídica conectada à saída destinada a um primeiro efluente de líquido e uma saída destinada a um segundo efluente de líquido, - uma unidade de recuperação de enxofre elementar provida contendo uma entrada fluídica conectada à saída para um primeiro efluente de líquido ou conectada à saída para um segundo efluente de líquido e saída para o enxofre elementar e uma saída para um pobre efluente de líquido no enxofre elementar, aonde a entrada destinada a um absorvente líquido alcalino vem a ser direta ou indiretamente conec- tada à saída destinada a um segundo efluente de líquido.
[0058] Na Figura 2 tem-se a apresentação de um processo de alinhamento de uma modalidade da invenção aonde a primeira zona de bioreação 6 se apresenta na parte inferior (reservatório) da coluna de absorção. Os números de referência correspondentes apresentam o mesmo significado conforme para a Figura 1. No processo conforme mostrado na Figura 2, parte do efluente da segunda zona de biore- ação 8 é diretamente reciclado para a zona de bioreação 6 na parte inferior da coluna 2 via a linha 13.
[0059] A invenção é ainda direcionada a uma instalação de processamento de restabelecimento de enxofre da Figura 2 compreendendo: - uma coluna de absorção provida com uma entrada para um gás ácido junto a uma elevação intermediária ao longo da coluna, uma saída para o gás tratado junto a sua extremidade superior, uma entrada para um absorvente líquido alcalino junto a sua extremidade superior e uma entrada para um segundo líquido junto ao uma elevação inferior, aonde a entrada para o gás ácido e a entrada para um segundo líquido divide substancialmente a coluna em uma zona de absorção superior e um biorreator inferior funcionando de modo anaeróbico contendo uma entrada fluídica conectada à saída da zona de absorção e junto à entrada para um segundo líquido e uma saída para um primeiro efluente de líquido. - um segundo biorreator funcionando de modo aeróbico provido contendo uma entrada fluídica conectada à saída para um primeiro efluente de líquido e uma saída para um segundo efluente de líquido, - uma unidade de recuperação de enxofre elementar provida contendo uma entrada fluídica conectada à saída para um primeiro efluente de líquido ou conectada à saída para um segundo efluente de líquido e saída para o enxofre elementar e uma saída para enxofre elementar e uma saída para um pobre efluente de líquido no enxofre elementar, aonde a entrada para um absorvente de líquido alcalino e a en- trada para um segundo líquido são conectadas direta ou indiretamente junto à saída para o segundo efluente de líquido.
[0060] A invenção é ainda direcionada a uma instalação de processamento mencionada acima compreendendo de bactérias de oxidação de sulfeto, adequadamente dispostas em uma solução aquosa.
[0061] Na Figura 3, tem-se a apresentação de um alinhamento de processo de uma modalidade da invenção, aonde a primeira zona de bioreação consiste em um recipiente de descarga 19 provido com um recontactor 21. Os números de referência correspondentes apresentam o mesmo significado como na Figura 1. Em tal tipo de alinhamento, a coluna de absorção 2 funciona junto a uma pressão elevada de modo a tratar a corrente de gás 1 incorporando uma pressão elevada. No recipiente de descarga 19, a pressão cai e um gás de descarga 20 vem a ser gerado. O gás de descarga 20 pode compreender de sulfeto de hidrogênio e, de modo a se capturar esses compostos, o gás 20 é contactado com parte do segundo efluente de líquido 23 no recontactor 21. Desse modo, um gás exaurido é descarregado na forma de uma corrente gasosa 22. No recipiente de descarga 19, ocorre a etapa (a) da invenção. O primeiro efluente de líquido resultante 7 é provido junto à segunda zona de bioreação 8 para desempenhar a etapa (b). A Figura 3 mostra também que parte do segundo efluente de líquido 21 pode vir a ser diretamente suprida ao recipiente de descarga 19.
[0062] A invenção será ilustrada através dos exemplos não-limitantes a seguir.
[0063] A Figura 4 apresenta um alinhamento do processo pertinente a uma modalidade da invenção aonde o primeiro biorreator 25, uma corrente 26 formada de sulfeto de hidrogênio substancialmente puro contendo gás vem a ser abastecida diretamente. Na etapa (a), no biorreator 25, tem-se a execução resultante de um primeiro efluente de líquido 7. Este efluente vem a ser processado do modo conforme descrito para a Figura 1. Parte do segundo efluente 11 é reciclado via 27 até ao primeiro biorreator 25. Os números de referência correspondentes têm o mesmo significado conforme considerado para a Figura 1.
[0064] Em um experimento de referência foram simuladas as condições na primeira zona de bioreação. Depositou-se uma amostra advinda dos teores de um biorreator de oxidação de sulfeto que tenham sido trabalhados por um ano sob condições dentro de uma carga relativamente elevada de bissulfeto junto a um recipiente de vidro fechado. As bactérias de oxidação de sulfeto na amostra foram trazidas dentro de um estado oxidado por meio do borbulhamento de ar através da amostra por 5 minutos. Em seguida, o suprimento de ar foi interrompido, sendo borbulhado nitrogênio através da amostra para a remoção de qualquer oxigênio dissolvido e para criar uma condição anaeróbica. Posteriormente, uma solução de bissulfeto foi adicionada à amostra contendo bactérias oxidadas (regeneradas), de modo que veio a ser obtida uma concentração de um 1 grama de bissulfeto por litro. Dentro de 30 se-gundos após a adição da solução de bissulfeto, surgiram os flocos de enxofre elementar.
[0065] Foram realizados experimentos de batelada de alimentação em um escrópulo experimental. No primeiro experimento, foram operados dois biorreatores da maneira conforme descrito nas etapas (a) e (b), ou seja, o primeiro biorreator anaeróbico contendo suprimento de H2S e o segundo biorreator contendo suprimento de solução de oxigênio; a solução veio a ser reciclada a partir do segundo biorrea- tor ao primeiro biorreator. Dentro deste alinhamento, até 97,8% em moles de todo o H2S adicionado veio a ser convertido em enxofre elementar e somente 2,2% veio a ser convertido em outros compostos de enxofre, tais como o sulfato e o tiossulfato.
[0066] O Experimento 2 foi repetido em um biorreator contendo suprimento simultâneo de H2S e oxigênio. Desse modo, somente veio a ser utilizado um biorrea- tor, Neste experimento, o rendimento máximo para o enxofre elementar foi de 88% em mol para todo o H2S vindo a ser adicionado. Além disso, vieram a ser formadas quantidades significativas de sulfato (5,8% em mol) e de tiossulfato (6,2% em mol). Esses experimentos indicaram que a seletividade referente ao enxofre elementar apresenta um forte aumento quando o processo é operado usando as etapas (a) e (b) da forma conforme descrita para esta invenção.
Claims (20)
1. Processo para a conversão biológica de bissulfeto em enxofre elementar CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as seguintes etapas: a) conversão de bissulfeto na forma dissolvida em uma solução aquosa para enxofre elementar na presença de bactérias de oxidação de sulfeto e sob condições anaeróbicas, em que a concentração de oxigênio molecular na solução aquosa é no máximo de 1 μM para a obtenção de um primeiro efluente líquido compreendendo enxofre elementar e bactérias de oxidação de sulfeto usadas; b) regeneração das bactérias de oxidação de sulfeto usadas obtidas na eta-pa (a) e contidas em uma solução aquosa na presença de um oxidante para a ob-tenção de um segundo efluente líquido compreendendo bactérias de oxidação de sulfeto regeneradas; c) separação de enxofre elementar do primeiro efluente líquido, do segundo efluente líquido ou do primeiro e do segundo efluentes líquidos; d) utilização das bactérias de oxidação de sulfeto regeneradas na etapa (a) como as bactérias de oxidação de sulfeto.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de oxigênio molecular na solução aquosa é no máximo de 0,1 μM na etapa (a).
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que mais de 80% em mol do bissulfeto dissolvido é removido da solução aquosa por remediação biológica através das bactérias de oxidação de sulfeto na etapa (a).
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração de bissulfeto na solução aquo-sa na forma suprida para a etapa (a) está na faixa de 100 mg/L a 15 g/L.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4,CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro efluente líquido compreende menos de 5mM de bissulfeto dissolvido.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o bissulfeto compreendendo solução aquosa da etapa (a) é obtido pelo suprimento direto de um sulfeto de hidrogênio compreenden-do gás a um recipiente em que a etapa (a) é realizada.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o bissulfeto compreendendo solução aquosa da etapa (a) é obtido através do contato de um absorvente alcalino com um gás ácido compreendendo compostos de enxofre incluindo sulfeto de hidrogênio.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o absorvente alcalino compreende as bactérias de oxidação de sulfeto rege-neradas do segundo efluente líquido.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo compreende uma etapa de absorção para absorção de sulfeto a partir de uma corrente de gás ácido, pelo menos parte do segundo efluente líquido é reciclada indiretamente para a etapa (a) pela primeira reciclagem de pelo menos par-te do segundo efluente líquido para uma parte superior da coluna de absorção con-forme usada na etapa de absorção.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o absorvente alcalino líquido é uma solução tamponada compreendendo carbonato de sódio e bicarbonato de sódio ou carbonato de potássio e bicarbonato de potássio ou suas misturas.
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o oxidante na etapa (b) é oxigênio molecular.
12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo é um processo contínuo.
13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que na etapa (c) o enxofre elementar é recuperado a partir de pelo menos parte do segundo efluente líquido para obter enxofre elementar e segundo efluente sem enxofre, e em que pelo menos parte do segundo efluente sem enxofre é reciclada para o processo na etapa (d).
14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fa-to de que pelo menos parte do segundo efluente sem enxofre é reciclada diretamen-te para a etapa (b).
15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos parte do segundo efluente líquido é purgada do processo.
16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fa-to de que pelo menos parte do segundo efluente líquido que é purgada do processo é primeiro submetida a uma etapa de separação por membrana para obter uma cor-rente de retentado compreendendo bactérias de oxidação de sulfeto e uma corrente de permeado que é essencialmente livre de bactérias de oxidação de sulfeto, e em que a corrente de retentado é reciclada para o processo e a corrente de permeado é purgada do processo.
17. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos parte do segundo efluente sem en-xofre é purgada do processo.
18. Processo, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fa-to de que pelo menos parte do segundo efluente sem enxofre é purgada do processo e é submetida à etapa de separação por membrana.
19. Processo, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fa-to de que pelo menos parte do segundo efluente sem enxofre que é purgada do pro-cesso é primeiro submetida a uma etapa de separação por membrana para obter uma corrente de retentado compreendendo bactérias de oxidação de sulfeto e uma corrente de permeado que é essencialmente livre de bactérias de oxidação de sulfe-to, e em que a corrente de retentado é reciclada para o processo e a corrente de permeado é purgada do processo.
20. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa (a) e a etapa (b) são realizadas em um biorreator separado.
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