BR112019023892A2 - Prevenção da emissão de sulfeto de hidrogênio na produção de betume ou asfalto quente - Google Patents

Prevenção da emissão de sulfeto de hidrogênio na produção de betume ou asfalto quente Download PDF

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Abstract

o presente pedido refere-se a um método para evitar a emissão de sulfeto de hidrogênio na produção de betume ou asfalto quente tendo uma temperatura entre 150 e 200ºc, em que o método compreende as etapas de prover uma mistura betuminosa ou asfáltica, aquecer a mistura até uma temperatura entre 150 e 200ºc e adicionar uma solução aquosa de nitrato de cálcio ou um pó de nitrato de cálcio enquanto mistura a mistura betuminosa ou asfáltica. o presente pedido também se refere ao uso de uma solução aquosa de nitrato de cálcio ou de um pó de nitrato de cálcio durante a mistura de uma mistura betuminosa ou asfáltica na produção de betume ou asfalto quente tendo uma temperatura entre 150 e 200ºc para evitar a emissão de sulfeto de hidrogênio.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: PREVENÇÃO DA EMISSÃO DE SULFETO DE HIDROGÊNIO NA PRODUÇÃO
DE BETUME OU ASFALTO QUENTE
Campo técnico
[001] O presente pedido refere-se à prevenção da emissão de sulfeto de hidrogênio (H2S) na produção de betume ou asfalto quente, mais particularmente tendo uma temperatura entre 150 e 200°C.
Fundamentos
[002] O sulfeto de hidrogênio (H2S) é um gás de ocorrência natural que está presente em muitos óleos brutos. Além disso, é adicionalmente formado pela degradação de compostos de enxofre no óleo quando exposto a altas temperaturas ou catalisadores no processo de refino do óleo. O principal componente de mistura para produção de asfalto, produtos de fundo de torre de vácuo (do inglês, vacuum tower bottoms, VTBs), tem concentrações de H2S particularmente altas porque esses não sofrem processamento adicional para remover o H2S através de processos de destilação, remoção e adoçamento. Os VTBs estão entre os produtos mais pesados que saem de uma torre de refinaria e são normalmente o produto no qual os compostos de enxofre se concentram. Devido à alta viscosidade do asfalto, ele é armazenado em altas temperaturas, isto é, entre 149 e 204°C, que são altas o suficiente para promover rachaduras
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2/12 térmicas adicionais de compostos contendo enxofre e a formação de H2S adicional. A quantidade de rachaduras e a geração de H2S depende da estrutura dos compostos de enxofre presentes no óleo e das temperaturas envolvidas durante o processamento. 0 H2S tem tendência a migrar da fase liquida para a fase de vapor acima do óleo. Certas condições do tanque, tais como, aumento do volume de liquido, agitação e altas temperaturas, podem piorar essa situação já perigosa, mudando o coeficiente de partição do H2S, ou seja, a proporção de H2S nas fases liquida e de vapor do petróleo bruto, a favor do espaço de vapor. 0 asfalto tem um alto número de partições H2S na fase de vapor. Normalmente 1 ppm de H2S na fase liquida do asfalto se correlaciona com 400 ppm na fase de vapor. Portanto, o asfalto pode conter níveis extremamente altos de H2S na fase de vapor, mesmo excedendo 3% (30.000 ppm), o que pode causar uma variedade de problemas e riscos, tal como a segurança do pessoal que é envolvido em seu armazenamento, sua manipulação e seu transporte, tais como, trabalhadores em refinarias e obras rodoviárias e também, até certo ponto, de pessoas que moram na área dessas instalações e locais de construção. A exposição a níveis já muito baixos de H2S pode resultar em um efeito significativo na saúde e criar doenças a longo prazo. O H2S é especialmente maléfico porque reduz o sentido do olfato em concentrações tão
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3/12 baixas quanto 30 ppm, e a morte pode ocorrer dentro de algumas inspirações em concentrações de 700 ppm.
[003] Hoje, vários produtos químicos são usados para evitar emissões de sulfeto de hidrogênio a partir de misturas betuminosas ou asfálticas quentes, tais como, substâncias cáusticas, peróxido, formaldeído, nitrito e aminas.
[004] O W02005065177 divulga um método para reduzir as emissões de sulfeto de hidrogênio do asfalto, compreendendo a adição de um eliminador de H2S de sal de metal inorgânico ou orgânico ao asfalto, onde o metal do eliminador de H2S de sal de metal é selecionado do grupo que consiste em zinco, cádmio, mercúrio, cobre, prata, níquel, platina, ferro, magnésio e misturas dos mesmos, particularmente selecionados do grupo que consiste em óxido de zinco, óxido de cádmio, óxido de cobre, óxido de magnésio e misturas dos mesmos.
[005] US20060116450 divulga o uso de um aditivo redutor de emissão de enxofre em uma fração bruta, tal como asfalto, em que o aditivo redutor de emissões inclui uma dispersão de óxido de metal, particularmente selecionado de óxido de zinco, óxido de ferro, óxido de alumínio e combinações dos mesmos.
[006] Ο EP0421683 divulga um método para reduzir a evolução de H2S no asfalto compreende a introdução de um
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4/12 sal de ácido carboxilico de metal solúvel em óleo no asfalto quente, em que, em particular, o metal do sal carboxilico é zinco, ferro, cobre ou zircônio.
[007] Os problemas com esses compostos são, no entanto, que eles são perigosos ou difíceis de manipular.
[008] Consequentemente, é um objetivo do presente pedido prover uma solução para evitar a formação de sulfeto de hidrogênio na produção de betume ou asfalto quente.
Sumário
[009] De acordo com um primeiro aspecto do presente pedido, um método para impedir a emissão de sulfeto de hidrogênio na produção de betume ou asfalto quente tendo uma temperatura entre 150 e 200°C, em que o método compreende as etapas de:
- prover uma mistura betuminosa ou asfáltica;
aquecer a mistura a uma temperatura entre 150 e 2 0 0°C;
- adicionar uma solução aquosa de nitrato de cálcio ou um pó de nitrato de cálcio enquanto se mistura a mistura betuminosa ou asfáltica.
[0010] Como a mistura asfáltica ou betuminosa é aquecida a uma temperatura entre 150 e 200°C para manter sua trabalhabilidade, há calor suficiente para oxidar o sulfeto de hidrogênio para sulfato pelo nitrato de cálcio
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5/12 que é adicionado durante o processo de mistura. 0 sulfeto de hidrogênio formado é dissolvido na água presente na mistura betuminosa ou asfáltica. A substância que é consequentemente tratada com o nitrato de cálcio é, portanto, S2~. 0 S2~ é oxidado na matriz orgânica, uma vez que o nitrato de cálcio também é solúvel na matriz orgânica. 0 produto reacional formado é o CaSCú (gesso) que é misturado no betume ou asfalto quente, através do qual nenhum material residual é criado.
[0011] Com um pó de nitrato de cálcio entende-se partículas de nitrato de cálcio tendo um tamanho de partícula menor que 0,5 mm.
[0012] Em uma modalidade de um método de acordo com o pedido, uma quantidade entre 0,5 e 2,0 mg de nitrato de cálcio é adicionada por mg de sulfeto presente na mistura betuminosa ou asfáltica. Mais particularmente, é adicionada uma quantidade de cerca de 1 mg de nitrato de cálcio por mg de sulfeto presente na mistura betuminosa ou asfáltica.
[0013] Em uma modalidade de um método de acordo com o pedido, o pó de nitrato de cálcio tem um teor de água entre 1 e 33% em peso.
[0014] Em uma modalidade de um método de acordo com a pedido, a solução aquosa de nitrato de cálcio tem uma concentração entre 45 e 55% em peso de nitrato de cálcio e entre 45 e 55% em peso de água.
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6/12
[0015] De acordo com um segundo aspecto do presente pedido, é descrito o uso de uma solução aquosa de nitrato de cálcio ou um pó de nitrato de cálcio durante a mistura de uma mistura betuminosa ou asfáltica na produção de betume ou asfalto quente tendo uma temperatura entre 150 e 200°C para reduzir a emissão de sulfeto de hidrogênio.
[0016] Em um uso particular de acordo com a pedido, é usada uma quantidade entre 0,5 e 2,0 mg de nitrato de cálcio por mg de sulfeto presente na mistura betuminosa ou asfáltica.
[0017] Em um uso mais especifico de acordo com a pedido, é usada uma quantidade de cerca de 1 mg de nitrato de cálcio por mg de sulfeto presente na mistura betuminosa ou asfáltica.
[0018] Em um possível uso de acordo com o pedido, é usado nitrato de cálcio em pó tendo um teor de água entre 1 e 33% em peso.
[0019] Em outro uso possível de acordo com o pedido, é usada solução aquosa de nitrato de cálcio tendo uma concentração entre 45 e 55% em peso de nitrato de cálcio e entre 45 e 55% em peso de água.
Descrição Detalhada
[0020] Um método de acordo com o pedido para impedir a emissão de sulfeto de hidrogênio (H2S) na produção de betume ou asfalto quente é descrito aqui. Mais
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7/12 particularmente, o método de acordo com a pedido tem como objetivo principal neutralizar a emissão de H2S a partir de uma mistura betuminosa ou asfáltica quente, em vez de curar a emissão. 0 método compreende as seguintes etapas:
produzir ou prover uma mistura betuminosa ou asfáltica, aquecer a mistura betuminosa ou asfáltica a uma temperatura entre 150 e 200°C, e
- adicionar uma solução aquosa de nitrato de cálcio ou um pó de nitrato de cálcio enquanto se mistura a mistura betuminosa ou asfáltica.
[0021] Mais particularmente, uma quantidade entre 0,5 e 2,0 mg de nitrato de cálcio e, mais particularmente, uma quantidade de cerca de 1 mg de nitrato de cálcio é adicionada por mg de sulfeto presente na mistura betuminosa ou asfáltica.
[0022] No contexto da presente invenção, o termo mistura betuminosa ou asfáltica é o resíduo e a fração mais pesado(a) obtido(a) durante o refino do petróleo bruto. Compreende compostos de hidrocarbonetos de cadeia muito longa, que não evaporam durante o processo de refino, além de impurezas minerais e compostos de enxofre. Entendese que a mistura betuminosa ou asfáltica não é composta de um único composto hidrocarboneto homogêneo.
[0023] São conhecidos ensaios adequados e métodos
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8/12 padrão ASTM para determinar o teor de sulfeto de produtos petrolíferos. Para asfalto e betume, normalmente é usado um método denominado e conhecido teste da lata, em que uma amostra, por exemplo, uma amostra de asfalto ou betume, é colocada em um recipiente de metal e, após o aquecimento do recipiente, a emissão de H2S da amostra é determinada pela medição do teor de H2S do espaço superior no recipiente de metal. A medição do sulfeto de hidrogênio na fase de vapor pode ser, por exemplo, realizada de acordo com a norma ASTM D5705-15.
[0024] Mais particularmente, a concentração de sulfeto de hidrogênio no asfalto ou betume pode ser determinada através do chamado método pode testar de campo Baker Hughes (ver, por exemplo, Draper e Stark, 2012, aqui incorporado por referência http://www. digitalrefining.com/article/1000336#.WWxveYSGPRY ) , que permite meios mais reprodutíveis de estabelecer a fase de vapor no recipiente da amostra. Nesse método, são usadas latas de metal de tamanho 1 quarto de galão, que são semicheias com asfalto, que é amostrado mais adequadamente no local com asfalto fresco diretamente da unidade para o recipiente de amostragem. As latas de metal são vedadas e agitadas usando um recipiente especialmente projetado que permite agitação adequada da amostra, enquanto protege o operador de vazamentos acidentais de asfalto quente. As
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9/12 amostras são testadas imediatamente usando tubos de detecção de gás e após armazenamento em temperaturas e períodos de tempo relevantes.
[0025] Quando é usado nitrato de cálcio em pó, o nitrato de cálcio em pó tem, de preferência, um teor de água entre 1 e 33% em peso. O tamanho de partícula do pó de nitrato de cálcio não é importante.
[0026] Quando uma solução aguosa de nitrato de cálcio é usada, a concentração de nitrato de cálcio na mesma é, de preferência, entre 45 e 55% em peso e o restante é água, estando entre 45 e 55% em peso.
[0027] O presente pedido também se refere ao uso de uma solução aguosa de nitrato de cálcio de um pó de nitrato de cálcio na produção da mistura betuminosa ou asfáltica quente durante a mistura de uma mistura betuminosa ou asfáltica, em que a mistura betuminosa ou asfáltica quente tem um temperatura entre 150 e 200°C, para evitar a emissão de sulfeto de hidrogênio.
[0028] Em particular, é usada uma quantidade entre 0,5 e 2,0 mg de nitrato de cálcio e, mais particularmente, uma quantidade de cerca de 1 mg de nitrato de cálcio por mg de sulfeto presente na mistura betuminosa ou asfáltica.
[0029] Quando é usado nitrato de cálcio em pó, o nitrato de cálcio em pó tem um teor de água entre 1 e 33% em peso. Quando, como alternativa, é usada uma solução
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10/12 aquosa de nitrato de cálcio, a solução tem uma concentração entre 45 e 55% em peso de nitrato de cálcio e entre 45 e 55% em peso de água.
Exemplo
[0030] Um experimento foi realizado usando uma emulsão betuminosa chamada Elastopaz, uma solução aquosa de nitrato de cálcio e uma solução aquosa de sulfeto, e tubos Drãger®. O Elastopaz é uma membrana líquida de polímero de betume de componente único comercializada pela empresa israelense Pazkar Ltd. Os tubos Drãger® são tubos de detecção de gás comercializados pela empresa americana Drãger.
[0031] Aproximadamente 100 ml de Elastopaz foram adicionados a um béquer de 600 ml. Um vidro de relógio foi colocado em cima do béquer, e o béquer foi colocado em uma placa de aquecimento com um agitador magnético. O Elastopaz foi aquecido até o ponto de ebulição de aproximadamente 100°C e uma solução aquosa de nitrato de cálcio na concentração de 1 g/1 e uma solução aquosa de sulfeto de sódio não hidratado em uma concentração de 1 g/1 foi adicionada ao Elastopaz quente. Para garantir uma mistura adequada, a solução aquosa de nitrato de cálcio e a solução aquosa de sulfeto de sódio não hidratado foram adicionadas no vórtice que foi criado pelo agitador magnético. Um tuboDrãger® foi colocado no espaço superior do béquer sob o
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11/12 vidro do relógio usando uma mangueira de extensão para medir a quantidade de sulfeto de hidrogênio produzido. A quantidade de sulfeto de hidrogênio foi medida três vezes consecutivas em cada amostra. 0 tempo entre cada medição foi entre 8 e 10 minutos. As amostras foram mantidas em um ponto de ebulição durante todas as medições.
[0032] Foi analisado um total de 12 amostras. Três foram comparadas com cada uma das quatro adições diferentes de nitrato de cálcio, isto é, 0 ml, 2,5 ml, 5 ml e 10 ml, iguais a 0,25, 50 e 100 mg de nitrato de cálcio/litro de Elastopaz, respectivamente. Foram adicionados 5 ml da solução aquosa de sulfeto de sódio não hidratado, igual a mg de S2 /litro de Elastopaz a cada amostra.
Momento da medição Quantidade de solução de CN adicionada(ml) Quantidade de H2S na amostra 1 (ppm) Quantidade de H2S na amostra 2 (ppm) Quantidade de H2S na amostra 3 (ppm)
1 0 15,0 7,0 3,0
2 12,0 10,0 6, 5
3 4,0 5,0 3,0
1 2,5 9,0 7,0 2,0
2 10,5 10,0 4,0
3 3,2 2,0 2,0
1 5,0 3,0 1,0 1,0
2 2,0 1,0 2,0
3 1,0 6, 0 5,0
1 10,0 8,0 8,0 2,0
2 10,0 3,0 0,5
3 3,5 4,0 1,0
Tabela 1
[0033] Como os resultados mostram na tabela 1, há uma indicação de que a adição de nitrato de cálcio ao betume ou asfalto quente durante o processo de mistura impede a emissão de sulfeto de hidrogênio. Quando são
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12/12 adicionados 2,5 e 5,0 ml da solução aquosa de nitrato de cálcio, o sulfeto de hidrogênio é reduzido. A adição de 10,0 ml da solução aquosa de nitrato de cálcio parece ser uma overdose.

Claims (10)

1. Método para reduzir a emissão de sulfeto de hidrogênio na produção de betume ou asfalto quente, o método caracterizado por compreender as etapas de:
- prover uma mistura betuminosa ou asfáltica;
aquecer a mistura a uma temperatura entre 150 e 2 0 0°C;
- adicionar uma solução aquosa de nitrato de cálcio ou um pó de nitrato de cálcio enquanto se mistura a mistura betuminosa ou asfáltica.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma quantidade entre 0,5 e 2,0 mg de nitrato de cálcio ser adicionada por mg de sulfeto presente na mistura betuminosa ou asfáltica.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por uma quantidade de cerca de 1 mg de nitrato de cálcio ser adicionada por mg de sulfeto presente na mistura betuminosa ou asfáltica.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o pó de nitrato de cálcio ter um teor de água entre 1 e 33% em peso.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a solução aquosa de nitrato de cálcio ter uma concentração entre 45 e 55% em peso de nitrato de cálcio e entre 45 e 55% em peso de água.
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2/2
6. Uso de uma solução aquosa de nitrato de cálcio ou de um pó de nitrato de cálcio adicionado durante a mistura de uma mistura betuminosa ou asfáltica caracterizado por ser na produção de betume ou asfalto quente tendo temperatura entre 150 e 200°C para impedir a emissão de sulfeto de hidrogênio.
7. Uso, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por ser em uma quantidade entre 0,5 e 2,0 mg de nitrato de cálcio por mg de sulfeto presente na mistura betuminosa ou asfáltica.
8. Uso, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por uma quantidade de cerca de 1 mg de nitrato de cálcio ser usado por mg de sulfeto presente na mistura betuminosa ou asfáltica.
9. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado por ser usado pó de nitrato de cálcio tendo um teor de água entre 1 e 33% em peso.
10. Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado por ser usada uma solução aquosa de nitrato de cálcio tendo uma concentração entre 45 e 55% em peso de nitrato de cálcio e entre 45 e 55% em peso de água.
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