BR112018003086B1 - Processo para captura de dióxido de carbono e dessalinação - Google Patents

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Abstract

PROCESSO PARA CAPTURA DE DIÓXIDO DE CARBONO E DESSALINAÇÃO. A presente invenção refere-se a um processo para reduzir em uma corrente de gás a concentração de dióxido de carbono e para reduzir em uma corrente aquosa a concentração de cloreto de sódio, o processo caracterizado por compreender contatar um gás de alimentação compreendendo mais do que ou igual a 0,1% em volume de dióxido de carbono com um alimento aquoso compreendendo: (a) cloreto de sódio; e (b) óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio em uma concentração total superior ou igual a 0,5 % em peso, em que o pH do alimento aquoso é maior ou igual a 10,0. É também descrito uma corrente aquosa produto obtida a partir do processo da invenção.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se a um processo para reduzir em uma corrente de gás a concentração de dióxido de carbono e para reduzir em uma corrente aquosa a concentração de cloreto de sódio. Também é descrito uma corrente aquosa produto obtida a partir do processo e a utilização de hidróxido de cálcio e/ou óxido de cálcio no processo.
ESTADO DA TÉCNICA
[002] O dióxido de carbono é um dos principais contribuintes para o aquecimento global, que é um dos problemas ambientais mais sérios que a sociedade enfrenta. Acredita-se que o dióxido de carbono tenha o maior impacto negativo no efeito estufa observado, causando aproximadamente 55% do aquecimento global. Depender dos combustíveis fósseis como a principal fonte de energia em muitas partes do mundo contribuiu para o aumento das emissões de dióxido de carbono em níveis sem precedentes. Muitas indústrias, por exemplo, purificadoras de gás natural, produtoras de hidrogênio para amônia e óxido de etileno, refinadoras de petróleo, produtoras de ferro e aço, dessalinizadoras, produtoras de energia e fabricadoras de cimento e calcário, representam as principais fontes de emissões de dióxido de carbono.
[003] A captura e armazenamento de carbono (CCS) é uma opção para reduzir as emissões de dióxido de carbono. A CCS é baseada na separação e captura de dióxido de carbono produzido por usinas de energia de combustíveis fósseis e outras fontes antes ou depois da combustão. Foram utilizadas várias tecnologias de captura de CO2, tais como a oxi-combustão, a descarbonização de pré-combustão, o processamento pós-combustão e a combustão por ciclos químicos. Entre as técnicas de captura pós-combustão, as mais promissoras e mais eficazes são absorção por solvente, adsorção usando adsorventes sólidos, separação por membrana e tecnologia de fracionamento criogênico.
[004] Os principais parâmetros para selecionar um solvente eficaz para a absorção de CO2 incluem alta absorção, cinética de reação rápida, baixa taxa de degradação e baixa energia de regeneração, bem como a capacidade de lidar com grandes quantidades de correntes de escape.
[005] O documento US 8,540,954 propõe a utilização de sais fundidos como meio de absorção, em que o meio de absorção compreende sais fundidos contendo pelo menos um haleto de um metal alcalino ou alcalino-terroso que possui um teor de óxido metálico dissolvido, que reage com o dióxido de carbono e cria um carbonato de metal. Os sais fundidos, que contêm um carbonato de metal, são aquecidos a temperaturas de 600 a 1600 °C para libertar o óxido metálico e o dióxido de carbono. No entanto, a principal desvantagem da aplicação do processo de absorção química é a necessidade de energia térmica para separar o CO2 do solvente.
[006] EP2529825 descreve o uso da tecnologia ciclo de carbonatação em que o gás de combustão é feito em contato com material sólido para capturar e armazenar CO2, que pode então ser liberado por descarbonatação a temperaturas elevadas.
[007] WO 2012/120173 descreve a captura de CO2 num trocador tubo com suportes de alumina impregnados com aminoálcool em condições combinadas de TSA, PSA, arrastamento de vapor e subsequente recondicionamento do adsorvente.
[008] JP2012091130 descreve um dispositivo de recuperação de CO2 que pode recuperar CO2 a partir do gás de escape por meio de um líquido de amina com alta eficiência.
[009] O documento US 8,647,412 descreve a utilização de um material adsorvente derivado de um alcoxissilano funcionalizado com amino e uma poliamina, em que o material adsorvente está presente numa quantidade igual ou superior a 10 g/l, em que pelo menos parte do material adsorvente reside no paredes de canais porosos e forma locais de adsorção de CO2 dentro do interior das paredes de canais porosos. No entanto, os adsorventes à base de amina são conhecidos por exigir materiais de alimentação dispendiosos e precisam de quantidades significativas de solventes através dos processos de preparação (Fuel 108 (2013) 112-130).
[010] O documento US20110005390 descreve a utilização de partículas sólidas feitas de um substrato polimérico altamente poroso entrecruzado e de grupos nucleofílicos funcionais absorventes de CO2 enxertados na superfície da partícula. Outros métodos de fabricação destas estruturas para a captura de CO2 são descritos no US20070149398 como uma estrutura de área superficial alta que inclui uma pluralidade de poros na estrutura da área de superfície alta. A estrutura de sorção de CO2 é uma estrutura híbrida inorgânica/orgânica que é cerca de 10 a 70% orgânica e cerca de 30 a 90% inorgânica.
[011] Um dispositivo e método para capturar CO2 a partir do fluxo de fluido é descrito no US 8,211,394. Inclui um aparelho de fluxo contínuo e um filtro de absorção de CO2 tratado com um material alcalino que está alojado dentro do aparelho de fluxo contínuo. O aparelho de fluxo contínuo recebe fluxo de fluido e o CO2 é absorvido pelo filtro de absorção de CO2. O CO2 absorvido é então convertido em CaCO3 que é combinado com a cinza vulcânica para formar um material de cimento útil.
[012] US20100218507 descreve um sistema para remover CO2 do ambiente usando quatro etapas principais: captura, separação, transformação e sequestro.
[013] O processo Solvay foi considerado para a captura de CO2 e a produção de produtos de carbonato úteis e reutilizáveis, bem como a dessalinização de água salgada (Desalination 251 (2010) 70-74). O Solvay é um processo para o fabricação de carbonato de sódio (carbonato de sódio), onde a amônia e o dióxido de carbono são passados através de uma solução saturada de cloreto de sódio para formar cloreto de amônio solúvel e um precipitado de bicarbonato de sódio de acordo com a Reação (1) abaixo. O bicarbonato de sódio é aquecido para formar o carbonato de sódio e a solução de cloreto de amônio é reagida com hidróxido de cálcio para recuperar a amônia de acordo com as Reações (2) e (3), respectivamente. NaCI + NH3 + CO2 + H2O ^ NaHCO3 + NH 4CI (1) 2NaHCO3 ^ Na2CO3 + CO2 + H2O (2) 2NH4CI + Ca(OH)2 ^ CaCl2 + 2NH3 + 2H2O (3)
[014] Muitos métodos apIicaram a abordagem SoIvay. O documento WO 2007/139392 descreve um processo combinado para remover o dióxido de carbono dos gases de combustão e dessaIinização da água por reação de dióxido de carbono da corrente de gás de entrada com uma soIução aIcaIina à base de amônia e água saIina. Um processo semeIhante é descrito em US 7,309,440, que envoIve a dessaIinização de água do mar e a separação de CO2 de um escape de turbina a gás; a água do mar é misturada com NH4OH e Iiberada através de uma série de bocais em vários níveis verticais em uma unidade de processo.
[015] EP1961479 descreve um processo em que o CO2 é posto em contato com saImoura concentrada e amônia. TaI abordagem também é descrita no documento US 8,486,182, onde a amônia é misturada com água do mar para produzir água do mar saturada de amônia, que é então posta em contato com um gás de escape, de modo que o dióxido de carbono no gás de escape seja absorvido na água do mar saturada de amônia.
[016] Outro método para combinar a dessaIinização da água do mar e a remoção de CO2 é descrito no documento WO 2001/096243, onde a água do mar é misturada com amônia e, em seguida, bombeada para uma câmara e dispersa em vários pontos perto da parte superior como um spray, expondo o saI para o gás CO2. WO 2010/057261 descreve um processo para a produção de carbonato de sódio a partir de resíduos de saImoura. O processo envoIve a reação de resíduos de saImoura com dióxido de carbono e amônia para produzir carbonato de sódio, em que peIo menos uma parte da amônia é regenerada a partir de cloreto de amônio produzido durante a reação. A regeneração é conseguida através do uso de uma resina de troca iônica de base fraca. O documento US 2012/0298522 também descreve um sistema e método para a produção de carbonato de sódio, mas integrando o processo Solvay com um processo eletroquímico para produzir um processo Solvay menos intensivo em CO2 e um produto de carbonato de sódio ambientalmente amigável. Os métodos de dessalinização que incluem a precipitação do composto de carbonato estão descritos no documento US 7,931,809, em que tanto a água de alimentação como os resíduos de salmoura são submetidos a condições de precipitação de compostos de carbonato e sequestro de dióxido de carbono.
[017] Uma das principais desvantagens do processo Solvay, tal como utilizado nos documentos acima mencionados, é a presença de amônia, que é considerada um risco para a saúde e o ambiente. À temperatura ambiente, a amônia é um gás incolor e altamente irritante com um odor pungente e sufocante. É altamente corrosiva e hidroscópica. Embora o gás amônia não seja inflamável fora dos limites de explosão (16 a 25%), recipientes de amônia podem explodir quando expostos a altas temperaturas. A exposição a altas concentrações de amônia pode causar lesões graves, como a queima de pele, nariz, garganta e vias respiratórias, o que pode causar edema bronquiolar e alveolar e destruição das vias aéreas, levando a distúrbios ou falhas respiratórias. A amônia não está envolvida na reação Solvay global, mas desempenha um papel fundamental na tamponação da solução a um pH básico; sem amônia, a natureza ácida da solução de água irá dificultar a precipitação de bicarbonato de sódio (Desalination 251 (2010) 70-74).
[018] Portanto, é desejável encontrar um processo para dessalinizar água e capturar CO2 que não exija o uso de amônia. Também é desejável desenvolver um processo que não faça uso de etapas intensivas de energia, como a eletrólise.
RESUMO DA INVENÇÃO
[019] Os presentes inventores desenvolveram um processo Solvay modificado que não envolve o uso de amônia, e não requer etapas intensivas de energia, como a eletrólise. Em vez disso, verificou-se surpreendentemente que o óxido de cálcio e/ou o hidróxido de cálcio podem ser utilizados eficazmente para elevar o pH e capturar o CO2 e dessalinizar a água de acordo com a Reação (4): 2NaCl + 2CO2 + Ca(OH)2 ^ CaCl2 + 2NaHCO3 (4)
[020] Além disso, a invenção elimina a necessidade de recuperação de amônia (Reação (3) acima), que é uma etapa intensiva de energia no processo Solvay. Tanto as Reações (4) como (1) são exotérmicas a 20 °C com ΔH de -208 kJ/kmol e -2,8 kJ/kmol, respectivamente. O processo Solvay modificado (Reação (4) acima) é mais espontâneo a 20 °C (ΔG de -55,6 kJ/kmol) do que o processo Solvay conhecido, Reação (1) (ΔG = -3 kJ/kmol).
[021] A invenção proporciona, portanto, um processo para reduzir em uma corrente de gás a concentração de dióxido de carbono e para reduzir em uma corrente aquosa a concentração de cloreto de sódio, o processo caracterizado por compreender contatar um gás de alimentação compreendendo mais do que ou igual a 0,1% em volume de dióxido de carbono com um alimento aquoso compreendendo: (a) cloreto de sódio; e (b) óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio em uma concentração total superior ou igual a 0,5 % em peso, em que o pH do alimento aquoso é maior ou igual a 10,0.
[022] A invenção proporciona adicionalmente uma corrente aquosa produto obtida a partir de um processo para reduzir em uma corrente de gás a concentração de dióxido de carbono e para reduzir em uma corrente aquosa a concentração de cloreto de sódio, o processo caracterizado por compreender (i) contatar um gás de alimentação compreendendo mais do que ou igual a 0,1% em volume de dióxido de carbono com um alimento aquoso compreendendo: (a) cloreto de sódio; e (b) óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio em uma concentração total superior ou igual a 0,5 % em peso; (ii) recuperar a referida corrente aquosa produto com uma concentração menor de cloreto de sódio do que o alimento aquoso; em que o pH do alimento aquoso é maior ou igual a 10,0.
[023] A invenção também proporciona o uso de óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio para reduzir em uma corrente de gás a concentração de dióxido de carbono e para reduzir em uma corrente aquosa a concentração de cloreto de sódio num processo como aqui definido.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[024] A Figura 1 mostra um diagrama esquemático das unidades principais do processo Solvay modificado.
[025] A Figura 2 mostra uma comparação da eficiência de captura de CO2 (eixo vertical como % de captura de CO2) para os processos Solvay (S) e Solvay Modificado (MS) em condições estequiométricas (barras negras) e condições ótimas (barras brancas).
[026] A Figura 3 mostra uma comparação da remoção de sódio (eixo vertical como % de remoção de Na+) para os processos Solvay (S) e Solvay Modificado (MS) em condições estequiométricas (barras pretas) e condições ótimas (barras brancas).
[027] A Figura 4 mostra uma comparação do pH da solução (eixo vertical como pH) para os processos Solvay (S) e Solvay Modificado (MS) em condições estequiométricas (barras pretas) e condições ótimas (barras brancas).
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[028] A Figura 1 mostra um diagrama esquemático ilustrando o processo Solvay Modificado numa modalidade da invenção. Isto inclui um recipiente (1) para misturar CaO e/ou Ca(OH)2 (2) com uma matéria- prima salina (3) para produzir um alimento aquoso (4); um reator de contato (5) para contatar o alimento aquoso (4) com gases (6) contendo CO2 para produzir um gás com uma concentração (7) reduzida de CO2 e um alimento aquoso tratado (8); e um filtro (9) para filtrar o bicarbonato de sódio precipitado (10) e deixar uma corrente aquosa produto de salinidade reduzida (11).
[029] No processo da invenção, o pH do alimento aquoso é maior ou igual a 10,0. Tipicamente, o pH do alimento aquoso é maior ou igual a 10,5. De preferência, o pH do alimento aquoso é maior ou igual a 11,0. Em alguns casos, o pH do alimento aquoso pode ser maior ou igual a 11,5 ou superior ou igual a 12,0.
[030] O pH do alimento aquoso como aqui definido é tipicamente o pH do alimento aquoso medido quando entra em contato com o gás de alimentação, por exemplo, o pH ou o alimento aquoso quando entra num reator em que o alimento aquoso e o gás de alimentação são contatados. O pH pode ser medido por qualquer método adequado, por exemplo, utilizando um medidor de pH ou um indicador. O pH é tipicamente medido a 25 °C. Os métodos de medir o pH são bem conhecidos ao perito da técnica, o pH do alimento aquoso tipicamente diminui após o contato com o dióxido de carbono contendo gás de alimentação.
[031] Tipicamente, o alimento aquoso e o gás de alimentação são contatados num reator e a pressão dentro do reator é de 0,1 a 10,0 atm (pressão absoluta). De preferência, a pressão dentro do reator é de 0,9 a 2,0 atm.
[032] A temperatura do alimento aquoso quando é contatada com o gás de alimentação é tipicamente de 1 °C a 80 °C. De preferência, a temperatura do alimento aquoso é de 5 °C a 40 °C, mais preferencialmente de 10 °C a 30 °C.
[033] O alto pH do alimento aquoso tipicamente resulta da presença do óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio. O óxido de cálcio tipicamente hidrolisa quando em solução para formar hidróxido de cálcio. Enquanto algum hidróxido de cálcio pode estar presente na matéria-prima salina a partir da qual o alimento aquoso é derivado, é tipicamente necessário adicionar mais hidróxido de cálcio e/ou óxido de cálcio para atingir o pH preferido.
[034] De preferência, portanto, o processo compreende adicionalmente uma etapa inicial de adicionar pelo menos parte do óxido de cálcio e/ou do hidróxido de cálcio a uma matéria-prima salina para produzir o alimento aquoso. O óxido de cálcio e/ou o hidróxido de cálcio são tipicamente adicionados como um sólido ou uma solução aquosa à matéria-prima salina.
[035] O hidróxido de cálcio e/ou o óxido de cálcio podem vir de qualquer fonte adequada. Por exemplo, eles podem ser adicionados como compostos substancialmente puros (por exemplo, uma pureza maior que 80% em peso), ou podem ser originários de minerais naturais ou resíduos sólidos. Por exemplo, o hidróxido de cálcio e/ou o óxido de cálcio podem ser adicionados como resíduos sólidos produzidos na indústria siderúrgica ou na indústria da construção. Alternativamente, o hidróxido de cálcio e/ou o óxido de cálcio podem ser adicionados como um mineral natural que contém cálcio.
[036] O resíduo sólido é tipicamente um resíduo sólido alcalino. Um resíduo sólido alcalino tipicamente compreende pelo menos 50% em peso de hidróxido de cálcio e/ou de óxido de cálcio ou pelo menos 80% em peso de hidróxido de cálcio e/ou de óxido de cálcio. Os resíduos sólidos alcalinos podem, por exemplo, ser pasta de cal de gás acetileno, que é o resíduo de resíduo de hidróxido de cálcio formado a partir da reação de carboneto de cálcio e água durante a fabricação de gás acetileno. Uma vantagem da invenção é que os produtos residuais que de outra forma causariam problemas devido à sua necessidade de disposição segura podem ser usados no processo da invenção.
[037] O óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio é tipicamente pelo menos parcialmente dissolvido no alimento aquoso. O alimento aquoso pode ser aquecido ou agitado para provocar a dissolução do hidróxido de cálcio e/ou do óxido de cálcio.
[038] O alimento aquoso compreende óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio a uma concentração total superior ou igual a 0,2% em peso. O alimento aquoso geralmente compreende óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio a uma concentração total superior ou igual a 0,5% em peso. O alimento aquoso tipicamente compreende óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio a uma concentração total superior ou igual a 1,0% em peso. O alimento aquoso preferencialmente compreende óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio a uma concentração total de 1,0% a 2,0% em peso. Por exemplo, o alimento aquoso pode compreender hidróxido de cálcio a uma concentração total superior a 0,5% em peso, ou hidróxido de cálcio a uma concentração total de 1,0% a 2,0% em peso.
[039] A percentagem em peso é relativa ao peso da corrente aquosa. Assim, a corrente aquosa tipicamente compreende mais do que ou igual a 2,0 g de hidróxido de cálcio e/ou de óxido de cálcio por 1,0 kg de alimento aquoso. Mais tipicamente, a corrente aquosa compreende mais do que ou igual a 5,0 g de hidróxido de cálcio e/ou de óxido de cálcio por 1,0 kg de alimento aquoso. De preferência, a corrente aquosa tipicamente compreende de 10,0 a 20,0 g de hidróxido de cálcio e/ou de óxido de cálcio por 1,0 kg de alimento aquoso. Por exemplo, a corrente aquosa pode compreender de 10,0 a 20,0 g de hidróxido de cálcio por 1,0 kg de alimento aquoso.
[040] A concentração de óxido de cálcio e/ou de hidróxido de cálcio é tipicamente a concentração na corrente aquosa quando a corrente aquosa primeiro entra em contato com o gás de alimentação, isto é, a concentração do alimento aquoso quando entra no reator no qual o alimento aquoso e o gás de alimentação são contatados.
[041] A razão molar de (hidróxido de cálcio):(cloreto de sódio) no alimento aquoso é tipicamente de 0,05: 1,0 a 1,0: 1,0, por exemplo de 0,1: 1,0 a 0,7: 1,0. A razão molar de (hidróxido de cálcio):(cloreto de sódio) no alimento aquoso é de preferência de 0,2: 1,0 a 0,6: 1,0. A razão molar de (hidróxido de cálcio):(cloreto de sódio) pode, por exemplo, ser de 0,2: 1,0 a 0,4: 1,0. Em alguns casos, a razão molar de (hidróxido de cálcio):(cloreto de sódio) é mais preferencialmente cerca de 0,3: 1,0, por exemplo de 0,25: 1,0 a 0,35: 1,0.
[042] O processo da invenção é adequado para dessalinizar matérias-primas salinas com uma gama de salinidades. Tipicamente, a concentração de cloreto de sódio no alimento aquoso é superior ou igual a 5,0 g/l, por exemplo, superior ou igual a 10,0 g/l. De preferência, a concentração de cloreto de sódio no alimento aquoso é superior ou igual a 20,0 g/l. Por exemplo, a concentração de cloreto de sódio no alimento aquoso pode ser superior ou igual a 60,0 g/l. A concentração de cloreto de sódio é tipicamente inferior ou igual a 250,0 g/l.
[043] O processo da invenção pode sequestrar dióxido de carbono a partir de gases de alimentação compreendendo dióxido de carbono. Tipicamente, o gás de alimentação compreende mais do que ou igual a 1,0% em volume de dióxido de carbono, por exemplo, superior ou igual a 3,0% em volume. Mais tipicamente, o gás de alimentação compreende mais do que ou igual a 5,0% em volume de dióxido de carbono. Para alguns gases de alimentação, a concentração de dióxido de carbono pode ser superior ou igual a 7,0% em volume, por exemplo, superior ou igual a 10,0% em volume. A porcentagem em volume é relativa ao volume do gás de alimentação. Assim, uma concentração de dióxido de carbono no gás de alimentação superior ou igual a 5,0% em volume de dióxido de carbono corresponde a 5 cm3 por 100 cm3 de gás de alimentação.
[044] A concentração de dióxido de carbono é tipicamente a concentração no gás de alimentação quando o gás de alimentação primeiro entra em contato com o alimento, ou seja, a concentração de dióxido de carbono no gás de alimentação quando o gás de alimentação entra no reator no qual o gás de alimentação e o alimento aquoso são contatados.
[045] O gás de alimentação pode ser originário de qualquer fonte, mas geralmente se origina da combustão de um material que compreende carbono. Tipicamente, o gás de alimentação compreende gás de escape, gás de combustão, gás em tocha ou gás natural. O gás de escape, gás de combustão e o gás em tocha resultam da combustão de hidrocarbonetos. Estes termos são bem conhecidos para o perito. O gás natural é um gás que compreende metano e é formado em conjunto com outros depósitos de hidrocarbonetos.
[046] O gás de alimentação tipicamente compreende ainda nitrogênio, oxigênio e vapor de água. O gás de alimentação pode, por exemplo, ser um gás de alimentação compreendendo mais do que ou igual a 65,0% em volume de nitrogênio, mais do que ou igual a 5,0% em volume de dióxido de carbono, mais do que ou igual a 3,0% em volume de vapor de água e mais do que ou igual a 2,0% em volume de oxigênio. Muitas vezes, o gás de alimentação compreende adicionalmente pequenos volumes de monóxido de carbono (por exemplo, superiores ou iguais a 10 ppm de monóxido de carbono), NOx (por exemplo, superior ou igual a 100 ppm de NOx) e/ou dióxido de enxofre (por exemplo, superior ou igual a 100 ppm de dióxido de enxofre).
[047] Contatar o gás de alimentação com o alimento aquoso tipicamente compreende (i) passar o gás de alimentação através do alimento aquoso ou (ii) agitar o alimento aquoso na presença do gás de alimentação. De preferência, o gás de alimentação é posto em contato com o alimento aquoso num reator. O gás de alimentação é muitas vezes borbulhado através do alimento aquoso em um reator.
[048] Tipicamente, o gás de alimentação é posto em contato com o alimento aquoso num reator de coluna de bolha.
[049] A reação entre o hidróxido de cálcio e/ou o óxido de cálcio e o dióxido de carbono produz bicarbonato de sódio. Tipicamente, o bicarbonato de sódio sólido é produzido como resultado do contato do gás de alimentação com o alimento aquoso. O bicarbonato de sódio contém dióxido de carbono sequestrado e, assim, a produção do bicarbonato de sódio leva à redução da concentração de dióxido de carbono no gás de alimentação.
[050] O bicarbonato de sódio sólido produzido pode ser um produto útil. Muitas vezes, o processo compreende adicionalmente a recuperação do referido bicarbonato de sódio sólido. Por exemplo, o bicarbonato de sódio sólido pode ser recuperado por filtração ou sedimentação.
[051] O processo pode compreender adicionalmente aquecer o referido bicarbonato de sódio sólido recuperado para produzir dióxido de carbono recuperado. O dióxido de carbono recuperado pode então ser usado em um processo de recuperação de petróleo melhorado.
[052] O processo da invenção reduz a salinidade do alimento aquoso e, assim, pode produzir uma corrente aquosa produto com uma concentração menor de cloreto de sódio do que o alimento aquoso. A salinidade é reduzida pelo sódio sendo removido como bicarbonato de sódio. O processo da invenção compreende adicionalmente, de preferência, a recuperação de uma corrente aquosa produto tendo uma concentração menor de cloreto de sódio do que o alimento aquoso. O produto aquoso pode ser recuperado simplesmente recolhendo todo o material aquoso no final do processo. Alternativamente, o alimento aquoso produto pode ser produzido realizando uma etapa de purificação ou etapa de tratamento adicional na água.
[053] A corrente aquosa produto tem uma salinidade menor do que a matéria-prima salina e pode ser útil em várias aplicações. O processo da invenção pode compreender adicionalmente o uso da referida corrente aquosa do produto para irrigação ou injeção de água de baixa salinidade.
[054] O processo da invenção reduz a concentração de dióxido de carbono num gás de alimentação. Tipicamente, o processo compreende adicionalmente a recuperação de uma corrente de gás produto com uma concentração menor de dióxido de carbono do que o gás de alimentação. A recuperação da referida corrente de gás produto pode compreender simplesmente liberar a corrente de gás produto para a atmosfera. Alternativamente, a recuperação da referida corrente de gás produto pode compreender armazenar a corrente de gás produto, por exemplo, para uma utilização posterior.
[055] O processo da invenção tem várias vantagens como discutido acima. Em particular, ao contrário dos processos conhecidos para o sequestro de carbono ou a dessalinização, não há necessidade de etapas eletroquímicas energeticamente caras que ocorram durante a dessalinização e/ou a captura de dióxido de carbono.
[056] Normalmente, o processo não é um processo eletroquímico. Um processo eletroquímico é um processo em que uma tensão é aplicada a um alimento aquoso para causar redução eletroquímica ou oxidação de componentes naquele alimento aquoso. Isto ocorreria tipicamente antes do contato do gás de alimentação com o alimento aquoso. Assim, o presente processo tipicamente não compreende uma etapa anterior a etapa de contato em que uma tensão é aplicada ao alimento aquoso. As etapas eletroquímicas podem ocorrer após a recuperação da corrente aquosa produto, no entanto, por exemplo, para purificar ou dessalinizar adicionalmente a corrente aquosa produto.
[057] O processo da invenção também remove a necessidade de amônia, que tem os problemas associados discutidos acima. O alimento aquoso pode compreender menos de 0,5% em peso de amônia. Tipicamente, o alimento aquoso compreende menos de 0,1% em peso de amônia. Por exemplo, o alimento aquoso pode compreender menos de 0,05%, ou menos de 0,01%, em peso de amônia.
[058] A invenção também proporciona uma corrente aquosa produto obtida, ou obtível a partir de, um processo para reduzir em uma corrente de gás a concentração de dióxido de carbono e para reduzir em uma corrente aquosa a concentração de cloreto de sódio, o processo caracterizado por compreender (i) contatar um gás de alimentação compreendendo mais do que ou igual a 0,1% em volume de dióxido de carbono com um alimento aquoso compreendendo: (a) cloreto de sódio; e (b) óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio em uma concentração total superior ou igual a 0,5 % em peso; (ii) recuperar a referida corrente aquosa produto com uma concentração menor de cloreto de sódio do que o alimento aquoso; em que o pH do alimento aquoso é maior ou igual a 10,0.
[059] O processo para reduzir a concentração de dióxido de carbono em um gás de alimentação e para reduzir a concentração de cloreto de sódio numa alimento aquoso pode ser como aqui também definido.
[060] A invenção também proporciona o uso de óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio para reduzir em uma corrente de gás a concentração de dióxido de carbono e para reduzir em uma corrente aquosa a concentração de cloreto de sódio num processo como aqui definido.
EXEMPLOS Exemplo 1
[061] Tanto o processo Solvay conhecido como o processo Solvay Modificado de acordo com a invenção foram avaliados experimentalmente usando rejeito de salmoura de dessalinização em um reator de coluna de bolha. Os experimentos foram realizados em um reator de coluna de bolha revestido de aço inoxidável com um diâmetro interno de 78 mm e uma altura total de 700 mm. O reator foi operado em modo semi-batelada, onde a salmoura foi exposta a um fluxo contínuo de mistura de dióxido de carbono com ar à pressão atmosférica e 20 °C. O gás efluente do topo do reator passou através de uma armadilha de umidade e, em seguida, um analisador de gás CO2 (série Modelo 600 de analisadores NDIR infravermelhos não-dispersivos).
[062] Um litro de rejeito de salmoura com uma salinidade na faixa de 65.000 a 70.000 mg/l reagiu com razões molares estequiométricas e ótimas de amônia (o processo Solvay) ou óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio (o processo Solvay Modificado). A razão molar ótima e as condições experimentais ótimas foram determinadas para cada processo com base nos resultados de conjuntos de experimentos projetados através da Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) e com base em estudos anteriores para o processo Solvay (Desalination 251 (2010) 70-74). O processo de otimização RSM foi baseado em três parâmetros operacionais principais: taxa de fluxo de gás, temperatura de reação e razão molar. A temperatura ideal era de cerca de 20 °C para ambos os processos, mas os outros parâmetros eram diferentes.
[063] Para o processo Solvay, o rejeito de salmoura foi misturado com hidróxido de amônio (25% em peso de NH3) na razão molar de (3 NH3:1 NaCl) para o experimento de razão molar ótima e (1 NH3:1 NaCl) para o experimento de razão molar estequiométrica. A razão molar ótima para o processo Solvay Modificado foi determinada como sendo (0,3 Ca(OH)2:1 NaCl) ou 16 g de Ca(OH)2 por litro; enquanto que a razão molar estequiométrica é (0,5 Ca(OH)2:1 NaCl).
[064] Uma mistura de gás de 10% em volume de CO2 no ar foi borbulhada através do conteúdo do reator a uma taxa de fluxo de 1 l/min para a razão estequiométrica e a taxas de fluxo de 1,54 l/min e 0,76 l/min para as condições ótimas para o processo Solvay e o processo Solvay Modificado, respectivamente. Os experimentos foram realizados por um período de 240 minutos, durante o qual as amostras de salmoura (15 ml cada) foram coletadas a cada 60 minutos e testadas para a remoção de íons usando espectrometria ICP.
[065] As comparações dos resultados experimentais em termos de remoção de CO2, remoção de íons e pH são mostradas nas Figuras 1 a 3. Vale ressaltar aqui que os experimentos Estequiométricos foram realizados nas mesmas condições para ambos os processos (20°C, 1 atm, uma taxa de fluxo de gás de 1 l/min); enquanto que os experimentos de condições ótimas foram realizados nas condições ótimas específicas para cada sistema. A Figura 2 mostra um gráfico da percentagem de eficiência de captura de CO2 (moles de CO2 capturados por moles de CO2 passados através do sistema). Está claramente ilustrado que o processo Solvay Modificado é superior em termos de eficiência de captura de CO2 e remoção de sódio em condições estequiométricas e ótimas. Também é evidente que o processo Solvay Modificado pode sustentar um pH maior que o processo Solvay (Figura 4), que é o principal fator no processo de reação.

Claims (17)

1. Processo para reduzir em uma corrente de gás a concentração de dióxido de carbono e para reduzir em uma corrente aquosa a concentração de cloreto de sódio, caracterizado por compreender contatar um gás de alimentação compreendendo mais do que ou igual a 0,1% em volume de dióxido de carbono com um alimento aquoso compreendendo: (a) cloreto de sódio; e (b) óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio em uma concentração total superior ou igual a 0,5% em peso, em que o pH do alimento aquoso é maior ou igual a 10,0; e bicarbonato de sódio sólido sendo produzido como resultado do contato do gás de alimentação com o alimento aquoso.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o pH do alimento aquoso ser maior ou igual a 11,0.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo processo compreender adicionalmente uma etapa inicial de adicionar pelo menos parte do óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio a uma matéria-prima salina para produzir a alimentação aquosa.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a alimentação aquosa compreender óxido de cálcio e/ou hidróxido de cálcio a uma concentração total de 1,0% a 2,0% em peso.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a alimentação aquosa compreender hidróxido de cálcio a uma concentração total de 1,0% a 2,0% em peso.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por a razão molar de (hidróxido de cálcio):(cloreto de sódio) na alimentação aquosa ser de 0,2:1,0 a 0,4:1,0.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a concentração de cloreto de sódio na alimentação aquosa ser superior ou igual a 20,0 g/L, opcionalmente maior ou igual a 60,0 g/L.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por o gás de alimentação compreende mais do que ou igual a 5,0% em volume de dióxido de carbono.
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por o gás de alimentação compreender gás de escape, gases de combustão, gás em tocha ou gás natural.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por ao contatar o gás de alimentação com a alimentação aquosa compreende (i) passar o gás de alimentação através do alimento aquoso ou (ii) agitar a alimentação aquosa na presença do gás de alimentação.
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por o gás de alimentação ser posto em contato com o alimento aquoso num reator de coluna de bolha.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente a recuperação do referido bicarbonato de sódio sólido, opcionalmente por filtração ou sedimentação.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender adicionalmente o aquecimento do referido bicarbonato de sódio sólido recuperado para produzir dióxido de carbono recuperado.
14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por compreender adicionalmente a recuperação de uma corrente aquosa do produto tendo uma concentração menor de cloreto de sódio do que o alimento aquoso.
15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado por compreender adicionalmente a recuperação de uma corrente de gás produto com uma concentração menor de dióxido de carbono do que o gás de alimentação.
16. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado por não ser um processo eletroquímico.
17. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado por a alimentação aquosa compreender menos de 0,1% em peso de amônia.
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