BR112021024921B1 - Processo e sistema para produzir cristais de hidrosulfito de sódio - Google Patents

Abstract

PROCESSO E SISTEMA PARA PRODUZIR CRISTAIS DE HIDROSUL-FITO DE SÓDIO. A presente invenção refere-se a um processo e um sistema que permitem produzir cristais de hidrosulfito de sódio. Uma suspensão que contém hidrosulfito de sódio é provida. Os cristais de hidrosulfito de sódio são separados de um restante da suspensão. Os cristais de hidrosulfito de sódio separados são resfriados para uma temperatura estável. A suspensão pode ser obtida aumentando um pH e diminuindo uma temperatura de uma solução que contém hidrosulfito de sódio. Uma precipitação parcial do hidrosulfito de sódio para formar os cristais pode ser facilitada pela adição de um agente nucleante à suspensão.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA

[001] O presente pedido reivindica prioridade do Pedido de Pa tente Provisória dos Estados Unidos Número de Série 62/859.381, depositado em 10 de Junho de 2019, a descrição do qual está aqui incorporada por referência.

CAMPO DA TÉCNICA

[002] A presente invenção refere-se ao campo de processos in dustriais. Mas especificamente, a presente descrição refere-se a um processo e um sistema para produzir cristais de hidrosulfito de sódio.

ANTECEDENTES

[003] O hidrosulfito de sódio (Na2S2O4), também denominado de ditionito de sódio, é um pó cristalino branco solúvel em água e é con-vencionalmente utilizado em várias aplicações industriais, por exemplo, como um agente redutor ou branqueador na produção de papel.

[004] Correntemente, o hidrosulfito de sódio para utilização como agente redutor é vendido ou em forma de anidro sólida (Na2S2O4), co- mumente conhecido como pó de hidrosulfito, ou como soluções aquosas que contêm menos de 15% por peso de hidrosulfito. Os clientes industriais acham que as soluções de hidrosulfito são convenientes dado que estes podem diretamente utilizar tais soluções com manipulação ou transformação limitada em seus locais. As soluções de hidro- sulfito são fornecidas em caminhões tanque que são descarregadas em tanques dedicados nas instalações de cliente. As soluções podem ser simplesmente bombeadas para pontos de injeção conforme requerido por seus processos industriais. No entanto, uma importante desvantagem das soluções de hidrosulfito refere-se à grande proporção de água nas soluções. A importante proporção de água em soluções de hidrosulfito implica um alto custo de transporte. Este custo torna-se proibitivo quando existem longas distâncias entre os locais de produção e locais de utilização para as soluções de hidrosulfito.

[005] O pó de hidrosulfito não sofre das mesmas desvantagens em termos de custo de transporte. Em geral, a concentração de hidro- sulfito de sódio no pó está entre 85 e 92%, dependendo de uma quantidade de agente estabilizante incorporado no produto. O pó de hidro- sulfito é convencionalmente preparado por evaporação sob vácuo, o produto resultante sendo lavado em um álcool, por exemplo, metanol. O consumo de energia requerido para a evaporação e para destilação de álcool (para sua reutilização) é muito significativo e o refugo líquido gerados pelo processo de geração do pó precisa ser tratado com respeito ao ambiente.

[006] O hidrosulfito sólido é um material perigoso Classe 4.2 por que este é espontaneamente combustível. Para mitigar os riscos, o pó de hidrosulfito é convencionalmente transportado em um modo de semimassa, utilizando Contentores de Pasta Intermediários (IBC), de preferência utilizando IBCs de liga metálica que não são combustíveis. Adquirir, manter e certificar uma frota de contentores IBC é muito dispendioso. As soluções de hidrosulfito são preparadas no local do pó de hidrosulfito e água. O armazenamento e manipulação do pó de hi- drosulfito no local é inerentemente perigoso devido ao potencial para incêndios acidentais e/ou liberação de gases nocivos, por exemplo dióxido de enxofre (SO2).

[007] Portanto, existe uma necessidade para aperfeiçoamentos que compensem por problemas relativos ao custo de transporte de hi- drosulfito de sódio em forma líquida, para consumo de energia requerido para produzir hidrosulfito de sódio em forma sólida, para a geração de refugo líquido na produção de hidrosulfito de sódio em forma sólida, e os riscos de segurança relativos ao transporte e manipulação de hidrosulfito de sódio em forma sólida.

SUMÁRIO

[008] De acordo com a presente descrição, está provido um pro cesso para produzir cristais de hidrosulfito de sódio. O processo compreende: prover uma suspensão que contém hidrosulfito de sódio; separar os cristais de hidrosulfito de sódio de um restante da suspensão; e esfriar os cristais de hidrosulfito de sódio separados para uma temperatura estável.

[009] Em algumas implementações da presente tecnologia, pro ver a suspensão compreende aumentar um pH de uma solução que contém hidrosulfito de sódio; e diminuir uma temperatura da solução para formar a suspensão.

[0010] Em algumas implementações da presente tecnologia, o processo ainda compreende, após forma a suspensão, adicionar um agente nucleante à suspensão para iniciar uma precipitação parcial do hidrosulfito de sódio para formar os cristais de hidrosulfito de sódio.

[0011] Em algumas implementações da presente tecnologia, o agente nucleante compreende carbonato de sódio.

[0012] Em algumas implementações da presente tecnologia, o processo ainda compreende filtrar uma pasta que contém hidrosulfito de sódio para prover a solução.

[0013] Em algumas implementações da presente tecnologia, filtrar a pasta compreende utilizar uma prensa de filtro para filtrar a pasta.

[0014] Em algumas implementações da presente tecnologia, filtrar a pasta ainda compreende extrair óxido de zinco contido na pasta.

[0015] Em algumas implementações da presente tecnologia, o processo ainda compreende coletar o óxido de zinco extraído.

[0016] Em algumas implementações da presente tecnologia, au- mentar o pH da solução compreende adicionar hidróxido de sódio à solução.

[0017] Em algumas implementações da presente tecnologia, o pH da solução é aumentado antes de diminuir a temperatura da solução.

[0018] Em algumas implementações da presente tecnologia, o pH da solução é aumentado para uma faixa entre 12 e 14.

[0019] Em algumas implementações da presente tecnologia, o pH da solução é aumentado para uma faixa entre 12,5 e 13,5.

[0020] Em algumas implementações da presente tecnologia, a temperatura da solução é diminuída em um tanque de resfriamento agitado ou em um cristalizador de resfriamento para formar a suspensão.

[0021] Em algumas implementações da presente tecnologia, a temperatura da solução é diminuída para uma faixa entre -6°C e 10°C.

[0022] Em algumas implementações da presente tecnologia, a temperatura da solução é diminuída para uma faixa entre 0°C e 4°C.

[0023] Em algumas implementações da presente tecnologia, pro ver a suspensão compreende prover uma solução que contém formato de sódio (HCOONa), e reagir a solução com dióxido de enxofre (SO2) dissolvido em metanol.

[0024] Em algumas implementações da presente tecnologia, os cristais de hidrosulfito de sódio são concentrados por sua separação do restante da suspensão.

[0025] Em algumas implementações da presente tecnologia, os cristais de hidrosulfito de sódio são separados do restante da suspensão utilizando um separador selecionado de uma centrífuga decanta- dora, uma prensa de filtro, um filtro Nutsche, um filtro de disco, e um filtro de correia.

[0026] Em algumas implementações da presente tecnologia, a temperatura estável dos cristais de hidrosulfito de sódio é -18°C ou mais baixa.

[0027] Em algumas implementações da presente tecnologia, a temperatura estável dos cristais de hidrosulfito de sódio é -12°C ou mais baixa.

[0028] Em algumas implementações da presente tecnologia, o processo ainda compreende coletar o restante da suspensão como uma mistura líquida que contém uma porção não separada de hidro- sulfito de sódio inicialmente contido na suspensão.

[0029] Em algumas implementações da presente tecnologia, uma fração maior dos cristais de hidrosulfito de sódio são cristais de diidra- to de hidrosulfito de sódio.

[0030] Em algumas implementações da presente tecnologia, o processo ainda compreende adicionar estabilizantes ao cristal de hi- drosulfito de sódio após a separação do restante da suspensão.

[0031] De acordo com a presente descrição, está também provido um sistema para produzir cristais de hidrosulfito de sódio. O sistema compreende: um armazenamento adaptado para prover uma suspensão que contém hidrosulfito de sódio; um separador adaptado para receber a suspensão do ar-mazenamento e para separar os cristais de hidrosulfito de sódio de um restante da suspensão; e um resfriador adaptado para receber os cristais de hidrosul- fito de sódio separados do separador e para esfriar os cristais de hi- drosulfito de sódio separados para uma temperatura estável.

[0032] Em algumas implementações da presente tecnologia, o ar mazenamento compreende um tanque de resfriamento adaptado para receber uma solução que contém hidrosulfito de sódio e para diminuir uma temperatura da solução, e o sistema ainda compreende um primeiro alimentador operativamente conectado no tanque de resfriamen- to e adaptado para adicionar um composto de aumento de pH à solução, e um segundo alimentador operativamente conectado no tanque de resfriamento e adaptado para adicionar um agente nucleante à solução para causar uma precipitação parcial do hidrosulfito de sódio para formar a suspensão.

[0033] Em algumas implementações da presente tecnologia, o tanque de resfriamento é um tanque de resfriamento agitado.

[0034] Em algumas implementações da presente tecnologia, o tanque de resfriamento compreende um cristalizador de resfriamento.

[0035] Em algumas implementações da presente tecnologia, o tanque de resfriamento compreende um filtro Nutsche.

[0036] Em algumas implementações da presente tecnologia, pelo menos um do primeiro e segundo alimentadores é um funil.

[0037] Em algumas implementações da presente tecnologia, o sis tema ainda compreende um tambor adaptado para prover uma pasta que contém hidrosulfito de sódio, uma prensa de filtro adaptada para receber a pasta do tambor, filtrar a pasta para extrair a solução, e transferir a solução para o armazenamento.

[0038] Em algumas implementações da presente tecnologia, a prensa de filtro está adaptada para separar o óxido de zinco contido na pasta da solução.

[0039] Em algumas implementações da presente tecnologia, o sis tema ainda compreende um contentor adaptado para receber o óxido de zinco da prensa de filtro.

[0040] Em algumas implementações da presente tecnologia, o sis tema ainda compreende um reservatório operativamente conectado no separador e adaptado para coletar o restante da suspensão, o restante da suspensão formando uma mistura líquida que contém uma porção do hidrosulfito de sódio que não é separado entre os cristais de hidro- sulfito de sódio.

[0041] Em algumas implementações da presente tecnologia, o se parador é selecionado de uma centrífuga decantadora, uma prensa de filtro, um filtro Nutsche, um filtro de disco, e um filtro de correia.

[0042] Em algumas implementações da presente tecnologia, o ar mazenamento compreende um reator adaptado para receber uma primeira solução que contém formato de sódio (HCOONa), receber uma segunda solução que contém dióxido de sódio (SO2) dissolvido em metanol, e produzir a suspensão reagindo a primeira e segunda soluções.

[0043] Em algumas implementações da presente tecnologia, o res- friador é selecionado de uma trocador de calor de superfície raspada, um trocador de calor de parafuso, um congelador criogênico, um filtro Nutsche, um resfriador de N2 e um resfriador de NH3.

[0044] Em algumas implementações da presente tecnologia, o sis tema ainda compreende uma válvula configurada para permitir uma transferência da suspensão do armazenamento para o separador quando a válvula é aberta.

[0045] Em algumas implementações da presente tecnologia, o sis tema ainda compreende um controlador operativamente conectado no armazenamento, o separador e no resfriador, o controlador compreendendo um processador, e um meio legível por computador não transitório que tem armazenado no mesmo instruções executáveis por máquina para fazer com que o sistema execute o processo para produzir cristais de hidrosulfito de sódio quando as instruções executáveis por máquina são executadas pelo processador.

[0046] Em algumas implementações da presente tecnologia, o sis tema ainda compreende uma válvula que conecta o armazenamento no separador, um controlador operativamente conectado no armazenamento, na válvula, no separador e no resfriador, o controlador sendo configurado para causar uma abertura da válvula para permitir uma transferência da suspensão do armazenamento para o separador, iniciar uma operação do separador quando a suspensão é recebida pelo menos em parte do separador, e iniciar uma operação do resfriador quando os cristais de hidrosulfito de sódio separados são recebidos pelo menos em parte no resfriador.

[0047] Em algumas implementações da presente tecnologia, o sis tema ainda compreende um primeiro sensor de um nível da suspensão no armazenamento e um segundo sensor de uma temperatura da suspensão no armazenamento, o controlador sendo configurado para causar uma abertura da válvula para permitir uma transferência da suspensão do armazenamento para o separador quando, concorrentemente, o primeiro sensor indica que existe uma quantidade suficiente de suspensão no armazenamento e o segundo sensor indica que a suspensão está em uma temperatura suficientemente baixa.

[0048] Em algumas implementações da presente tecnologia, o sis tema ainda compreende um terceiro alimentador adaptado para adicionar agentes estabilizantes aos cristais de hidrosulfito de sódio quando separados do restante da suspensão.

[0049] As acima e outras características ficarão mais aparentes quando da leitura da descrição não restritiva seguinte de suas modalidades ilustrativas, dada por meio de exemplo somente com referência aos desenhos acompanhantes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0050] As modalidades da descrição serão descritas por meio de exemplo somente com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais: Figura 1 é um diagrama de blocos esquemático de alto nível que ilustra um processo industrial para produzir cristais de hidrosul- fito de sódio de acordo com uma modalidade; Figura 2 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra os componentes de um sistema para produzir cristais de hidrosulfito de sódio de acordo com uma modalidade; Figura 3 é um diagrama de sequência que mostra as operações do processo para produzir cristais de hidrosulfito de sódio de acordo com uma modalidade; e Figura 4 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra os componentes de um sistema para produzir cristais de hidrosulfito de sódio que tem um controlador que controla suas operações de acordo com outra modalidade.

[0051] Números iguais representam características iguais nos vá rios desenhos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0052] Vários aspectos da presente descrição geralmente resol vem um ou mais dos problemas relativos ao custo de transporte de hidrosulfito de sódio em forma líquida, ao consumo de energia requerido para produzir hidrosulfito de sódio em forma sólida, para a geração de refugo líquido na produção de hidrosulfito de sódio na forma sólida, e para os riscos de segurança relativos ao transporte e manipulação do hidrosulfito de sódio em forma sólida.

[0053] Geralmente falando, a presente tecnologia envolve separar cristais de hidrosulfito de sódio de uma suspensão que contém hidro- sulfito de sódio. Os cristais separados são então resfriados para uma temperatura estável para mitigar os riscos de segurança relativos.

[0054] Em uma modalidade, a suspensão está provida aumentan do um pH e diminuindo uma temperatura da solução baseada em água que contém hidrosulfito de sódio, fazendo com que a solução se torne supersaturada em hidrosulfito de sódio. Quando a solução está sufici-entemente fria, um agente nucleante é adicionado à solução. Esta ação inicia uma precipitação parcial do hidrosulfito de sódio. A precipitação continua até que a solução atinge o equilíbrio de fase e se trans forma na suspensão. Dentro da suspensão, uma porção, por exemplo, entre 35 e 40 por cento do hidrosulfito de sódio, precipitou na forma de cristais de hidrosulfito de sódio. A maior parte do precipitado está na forma de cristais de diidrato de hidrosulfito de sódio; na presente descrição, a expressão "cristais de hidrosulfito de sódio" inclui misturas de cristais de hidrosulfito de sódio e cristais de diidrato de hidrosulfito de sódio. Os cristais são separados de um restante da suspensão e coletados. Os cristais coletados são resfriados para uma temperatura estável e segura, permitindo o transporte do produto em forma refrigerada.

[0055] Após a separação, um restante da suspensão forma uma mistura líquida que contém aproximadamente 60 a 65 por cento do hidrosulfito de sódio contido na solução original. Este produto pode ser valorizado, sendo, por exemplo, transportado sobre distâncias relativamente curtas de sua instalação de produção, pois esta opção pode permanecer economicamente viável.

[0056] Em um aspecto, quando comparado com a prática conven cional de utilizar evaporação sob vácuo para produzir pó de hidrosulfi- to, o resfriamento da solução para prover a suspensão consome muito menos energia. Por exemplo e sem limitação, foi mostrado em uma operação industrial que entre 4 e 5 toneladas de vapor de água são requeridas para cristalizar e secar uma tonelada de pó de hidrosulfito, o que se traduz em aproximadamente 650 kW de consumo de energia para obter este tanto vapor de água. É estimado que 120 kW de energia serão suficientes para produzir uma tonelada de cristais de hidro- sulfito congelados utilizando a tecnologia presente.

[0057] Em outro aspecto, formar a suspensão reagindo formato de sódio com dióxido de sódio também reduz o consumo de energia. Em ainda outro aspecto, o processo para produzir cristais de hidrosulfito de sódio grandemente minimiza uma quantidade de efluente a ser descartado quando comparado com processos convencionais. O presente processo é portanto, ambientalmente amigável.

[0058] Referindo agora aos desenhos, a Figura 1 é um diagrama de blocos esquemático de alto nível que ilustra um processo industrial para produzir cristais de hidrosulfito de sódio de acordo com uma modalidade. Um processo 100 compreende uma pluralidade de operações, algumas das quais podem ser executadas em ordem variável, algumas das operações possivelmente sendo executadas concorrentemente, algumas das operações sendo opcionais. Em uma modalidade, o processo 100 inicia com a provisão 110 de uma pasta original que contém hidrosulfito de sódio. A pasta pode ser filtrada 115 para prover uma solução de hidrosulfito de sódio concentrada 120. Geralmente, a concentração de hidrosulfito de sódio na solução pode estar em faixa de aproximadamente 210 a 250 gramas por litro (g/l). Em um exemplo, aproximadamente 5810 litros de solução que contém aproximadamente 1250 kg de hidrosulfito de sódio está provido. Uma temperatura inicial da solução pode estar em uma faixa entre 30 e 40°C. A solução é transferida de um tambor (Figura 2), opcionalmente passando através de uma prensa de filtro (Figura 2) antes de atingir um aparelho de resfriamento (Figura 2).

[0059] Um composto de aumento de pH 125 pode ser adicionado à solução de modo que um pH da solução seja aumentado para uma faixa de aproximadamente 12 a 14, o pH da solução sendo elevado, por exemplo, para uma faixa entre 12,5 e 13,5. A solução é resfriada 130 para uma baixa temperatura. Em um exemplo não limitante, a solução é resfriada até esta atingir uma temperatura em uma faixa entre 0 e 4°C. Uma baixa temperatura da solução facilita a geração de cristais de hidrosulfito. No entanto, a temperatura da solução é mantida acima de um ponto de aproximadamente -6°C onde cristais de água poderiam ser formados na solução. O resfriamento da solução pode acontecer após a adição do posto de aumento de pH para facilitar a dissolução do composto de aumento na solução.

[0060] Uma vez que a solução esfriou suficientemente, um agente nucleante 135 pode ser adicionado à solução. Esta ação causa a precipitação de cristais de hidrosulfito de sódio, os quais são na maioria em forma de diidrato, transformando a solução em uma suspensão 140 que contém os cristais de hidrosulfito de sódio. Dependendo de várias condições, incluindo a temperatura atingida pela suspensão na operação de resfriamento 130, a aproximadamente 35 a 40% do hi- drosulfito de sódio presente na solução hidrosulfito de sódio concentrada 120 são esperados precipitar na forma de cristais.

[0061] Um processo de separação 150 é então utilizado para se parar os cristais do restante da suspensão. Uma suspensão concentrada que compreende aproximadamente 40 a 65% de cristais em água é então coletada 155. Estabilizantes e/ou aditivos de desempenho podem ser adicionados 160 aos cristais de hidrosulfito de sódio. Um exemplo não limitante de estabilizantes (também denominados agentes estabilizantes) inclui carbonato de sódio (Na2CO3, também denominado soda de lavagem, cinzas de soda ou cristais de soda). Exemplos não limitantes de aditivos de desempenho incluem sal dis- sódico de ácido etilenodiamina-tetraacético (EDTA), sal pentassódico de ácido dietilenotriamina-pentaacético (DTPA) e tripolifosfato de sódio (STPP). Adicionar os estabilizantes e/ou aditivos de desempenho conforme estes estão sendo coletados 155 pode facilitar sua dispersão homogênea através de todos os cristais de hidrosulfito de sódio. A suspensão concentrada pode então ser resfriada 165 para formar cristais de hidrosulfito de sódio estáveis. Os cristais de hidrosulfito de sódio resfriados e estáveis são colocados em um armazenamento estável (por exemplo, frio) 170. Neste estado, os cristais de hidrosulfito de sódio agora podem ser manipulados e transportados em níveis de ris co grandemente reduzidos.

[0062] O restante da solução ainda contém aproximadamente 60 a 65% do hidrosulfito de sódio original em forma líquida convencional 180. Este líquido pode ser coletado e valorizado.

[0063] Em um exemplo não limitante, aproximadamente 440 a 500 kg de cristais de diidrato de hidrosulfito de sódio são coletados. No mesmo exemplo não limitante, aproximadamente 750 a 810 kg dos 1250 kg de hidrosulfito de sódio contidos na solução original permanecem em aproximadamente 5035 litros de líquido com uma concentração de 155 g/l de hidrosulfito de sódio.

[0064] A Figura 2 é um diagrama de blocos esquemático que ilus tra componentes de um sistema para produzir cristais de hidrosulfito de sódio de acordo com uma modalidade. O sistema 200 implementa uma modalidade do processo industrial para produzir cristais de hidro- sulfito de sódio introduzido na descrição da Figura 1. Alguns dos componentes do sistema 200 são opcionais. Como ilustrado, o sistema 200 inclui um tambor 205, uma prensa de filtro 210, primeiro e segundo alimentadores, por exemplo, um balde 215 e um funil 220, um aparelho de resfriamento que pode, por exemplo, ser um tanque de resfriamento agitado 225, um separador que pode, por exemplo, ser uma centrífuga decantadora 230, um contentor 235, um resfriador 240, um reservatório 245, e outro contentor 250.

[0065] Em operação, uma pasta que contém hidrosulfito de sódio é transferida do tambor 205 para a prensa de filtro 210. Em uma modalidade, a pasta pode também conter óxido de zinco. Nesta modalidade, a prensa de filtro 210 filtra a pasta para separar o óxido de zinco contido na pasta. O óxido de zinco é direcionado pela prensa de filtro 210 para o contentor 250 para valorização eventual.

[0066] A filtragem da pasta na prensa de filtro 210 produz uma so lução que contém hidrosulfito de sódio. Em outra modalidade, a solu- ção que contém hidrosulfito de sódio pode ser obtida de outras fontes sem precisar filtrar uma pasta que contém hidrosulfito de sódio. Independentemente, esta solução é transferida para o tanque de resfriamento agitado 225. Um composto de aumento de pH, por exemplo, hidróxido de sódio (NaOH, também denominado lixívia ou soda cáustica), carbonato de sódio, ou hidróxido de potássio (KOH, também denominado potassa cáustica), é transferido do balde 215 para o tanque de resfriamento agitado 225, tendo em vista ou aumentar o pH da solução para uma faixa entre 12 e 14, por exemplo um pH de 13. Uma temperatura da solução é diminuída no tanque de resfriamento agitado 225, de uma temperatura inicial de aproximadamente 30°C a 40°C para uma faixa entre -6°C e 10°C, por exemplo, entre 0°C e 4°C. O composto de aumento de pH pode ser adicionado à solução antes de diminuir a temperatura da solução. Ao invés do tanque de resfriamento agitado 225, a utilização de um cristalizador de resfriamento ou de um filtro Nutsche é também contemplada.

[0067] Uma vez que a solução atingiu a baixa temperatura preten dida, um agente nucleante, por exemplo, carbonato de sódio, é transferido do funil 220 para o tanque de resfriamento agitado 225. Esta ação causa uma cristalização parcial do hidrosulfito de sódio presente na solução, a solução agora se transformando em uma suspensão que contém um volume de cristais de hidrosulfito de sódio. Após esta cristalização parcial, a suspensão é transferida para a centrífuga decanta- dora 230.

[0068] Deve ser notado que a suspensão que contém hidrosulfito de sódio pode ser gerada em outros modos, por exemplo, provendo uma solução que contém formato de sódio (HCOONa) para um reator (não mostrado) e reagindo esta solução com outra solução que contém dióxido de enxofre (SO2) dissolvido em metanol. Esta suspensão pode ser colocada em um armazenamento e então transferida para o separador, onde os cristais de hidrosulfito de sódio podem ser ainda concentrados por sua separação do restante da suspensão. O separador pode, por exemplo, ser a centrífuga decantadora 230 ilustrada na Figura 2. A utilização de outra prensa de filtro, um filtro Nutsche, um filtro de disco, ou um filtro de correia, para separar os cristais de hidro- sulfito de sódio do restante da suspensão é também contemplada. Independentemente, uma suspensão concentrada que contém hidrosulfi- to de sódio e água é expelida de uma primeira saída 232 da centrífuga decantadora 230 e recebida no contentor 235. Em uma modalidade, a suspensão concentrada que contém hidrosulfito de sódio e água pode ser congelada no resfriador 240, o qual pode, por exemplo, ser um trocador de calor de superfície raspada, ou em um trocador de calor de parafuso, um congelador criogênico, um filtro Nutsche, um resfriador de N2 e resfriador de NH3. Os cristais podem ser estabilizados diminuindo a sua temperatura adicionalmente no resfriador 240, por exemplo para -12°C ou mais baixa. Dado que pode ser difícil assegurar a homogeneidade da temperatura dos cristais, uma modalidade pode diminuir a temperatura dos cristais para -18°C ou mais baixa. Um terceiro alimentador 217 pode adicionar agentes estabilizantes e/ou aditivos aos cristais, na ou após a primeira saída 232 da centrífuga decan- tadora 230, de modo a melhorar sua estabilização. Os cristais de hi- drosulfito de sódio podem ser seguramente transportados para seu destino em caminhão refrigerado 255.

[0069] Um restante da suspensão, o qual ainda contém uma con centração de hidrosulfito de sódio significativa, é expelido na forma de uma mistura líquida de uma segunda saída 234 da centrífuga decan- tadora e recebida no reservatório 245. A mistura líquida ainda contém uma quantidade significativa de hidrosulfito de sódio e pode ser validada e transportada em um caminhão tanque 260 para utilização no modo convencional.

[0070] A Figura 3 é um diagrama de sequência que mostra as ope rações de processo para produzir cristais de hidrosulfito de sódio de acordo com uma modalidade. Na Figura 3, uma sequência 300 compreende uma pluralidade de operações, algumas das quais podem ser executadas em ordem variável, algumas das operações possivelmente sendo executadas concorrentemente, algumas das operações sendo opcionais.

[0071] A operação 310 compreende a provisão de uma pasta que contém hidrosulfito de sódio no tambor 205. A pasta pode ser filtrada na prensa de filtro 210 na operação 320. A operação 320 pode compreender uma suboperação 325 na qual o óxido de zinco é separado da pasta pela prensa de filtro 210 e armazenado no contentor 250 para eventual valorização. Uma solução que contém hidrosulfito de sódio é expelida da prensa de filtro 210 após a operação 320.

[0072] Um pH da solução resultante é aumentado pela adição de um composto de aumento de pH na operação 330. Esta operação pode ser executada enquanto a solução repousa no tanque de resfriamento agitado 225 adicionando hidróxido de sódio (NaOH) do balde 215 à solução. O pH da solução pode ser aumentado para uma faixa entre 12 e 14, por exemplo, 13. Na operação 340, uma temperatura da solução é diminuída pela ação do tanque de resfriamento agitado 225. Pode ser notado que o pH da solução pode ser aumentado na operação 330 antes de diminuir a temperatura da solução na operação 340. A temperatura da solução pode ser diminuída para uma faixa entre - 6°C e 10°C, por exemplo, para uma faixa entre 0°C e 4°C.

[0073] Após a temperatura da solução ter sido diminuída, um agente nucleante, por exemplo, carbonato de sódio, é adicionado do funil 220 para a solução contida no tanque de resfriamento agitado 225 na operação 350. Isto causa a formação de uma suspensão que contém cristais de hidrosulfito de sódio por precipitação parcial do hidro- sulfito de sódio contido na solução em cristais de hidrosulfito de sódio, uma maior fração dos quais estão na forma de cristais de diidrato de hidrosulfito de sódio. No presente contexto, utilizar o termo 'fração maior' deve ser compreendido significar que uma grande parte, geralmente a maioria, dos cristais de hidrosulfito de sódio estão na forma de cristais de diidrato de hidrosulfito de sódio.

[0074] Na operação 360, os cristais de hidrosulfito de sódio são separados de um restante da suspensão na centrífuga decantadora 230. A temperatura dos cristais de hidrosulfito de sódio separados pode ser diminuída adicionalmente para uma temperatura estável na operação 370, por exemplo -12°C ou mais baixa se a temperatura dos cristais de hidrosulfito de sódio for relativamente homogênea, ou -18°C ou mais baixa no caso onde a temperatura dos cristais de hidrosulfito de sódio não for verificada ser homogênea. Na operação 380, o restante da suspensão pode ser coletado para valorização como uma mistura líquida que contém uma porção não separada de hidrosulfito de sódio inicialmente contida na suspensão.

[0075] Modificações no sistema 200 e na sequência 300 podem ser contempladas. Por exemplo, a prensa de filtro 210 pode ser substituída por outro tipo de filtro, por exemplo um filtro de vácuo, centrífugo ou de gravidade, ou pode ser omitido, por exemplo o tambor 205 diretamente provê a solução que contém hidrosulfito de sódio. Aparelhos de resfriamento não agitado podem substituir o tanque de resfriamento agitado 225. O agente nucleante e o composto de aumento de pH podem ser alimentados utilizando bombas, alimentadores de correia ou avental, alimentadores de tambor, alimentadores pneumáticos ou de vácuo, alimentadores do tipo de parafuso, e alimentadores vibratórios ao invés do balde 215 e do funil 220. O composto de aumento de pH pode ser adicionado à solução antes da transferência da solução para o tanque de resfriamento agitado 225. A suspensão que contém hidro- sulfito de sódio pode ser formada em outros modos, por exemplo, provendo uma solução que contém formato de sódio (HCOONa) e reagindo esta solução com outra solução que contém dióxido de enxofre (SO2) dissolvido em metanol. A operação de separação 360 pode ser executada por um filtro de compressão, um filtro de pressão, um hidro- ciclone, um floculador ou qualquer mecanismo de filtragem rápida ao invés da centrífuga decantadora 230. O contentor 235 que carrega os cristais de hidrosulfito de sódio pode ser carregado no caminhão refrigerado 255 sem ser primeiro resfriado pelo resfriador 240, desde que medidas de carregamento seguras sejam utilizadas e que o caminhão refrigerado 255 tenha capacidade de resfriamento suficientes para estabilizar os cristais.

[0076] A Figura 4 é um diagrama de blocos esquemático que ilus tra componentes de um sistema para produzir cristais de hidrosulfito de sódio que tem um controlador que controla suas operações de acordo com outra modalidade. Diversos dos componentes do sistema 200 da Figura 2 estão reproduzidos em um sistema 400 da Figura 4, alguns dos quais estão apresentados utilizando nomes genéricos. O sistema 400 compreende um tambor 405, um filtro 410, alimentadores 415, 417 e 420, um tanque de resfriamento 425, um separador 430, um contentor 435, um resfriador 440 e um reservatório 445. Também mostrado está um controlador 470 que está operativamente conectado, através de um barramento de controle 475, no tambor 405, no filtro 410, nos alimentadores 415 e 420, no tanque de resfriamento 425, no separador 430 e no resfriador 440. No barramento de controle 475, setas sobre as linhas tracejadas pretendem ilustrar as direções de sinal de modo que, em geral, os sinais de medição são emitidos de vários sensores na direção do controlador 470 e sinais de controlo são emitidos do controlador 470 na direção dos vários componentes operativos do sistema. Setas em linhas cheias entre o tambor 405, o filtro 410, os alimentadores 415, 417 e 420, o tanque de resfriamento 425, o separador 430, o contentor 435, o resfriador 440 e o reservatório 445 indicam uma direção de fluxo da pasta, da suspensão, da solução ou dos cristais.

[0077] O controlador 470 inclui um ou mais processadores (não mostrados) e um ou mais dispositivos de memória (não mostrados). Os um ou mais dispositivos de memória contêm um ou mais meios legíveis por computador não transitórios que têm armazenado nos mesmos instruções executáveis por máquina que podem ser executadas por um ou mais processadores. Resumidamente, os um ou mais processadores do controlador 470 podem executar estas instruções executáveis por máquina para executar algumas ou todas as operações da sequência 300 (Figura 3).

[0078] Em uma modalidade, a utilização do controlador 470 favo rece o controle de uma consistência e uma turbidez da suspensão que contém hidrosulfito de sódio, assim como um nível de umidade e proporção de hidrosulfito de sódio nos cristais. O controlador 470 recebe leituras de vários sensores, incluindo um sensor 411 de uma pressão no filtro 410, um sensor 426 de um nível da suspensão e um sensor 427 de uma temperatura da suspensão no tanque de resfriamento 425, um sensor 431 de uma pressão no separador 430, e um sensor 441 de uma temperatura dos cristais de hidrosulfito de sódio no resfri- ador 440.

[0079] O controlador 470 contém uma programação interna que utiliza estas leituras para controlar uma válvula 406 para transferir a pasta do tambor 405 para o filtro 410, iniciar e parar conforme requerido a operação do filtro 410, e controlar uma válvula 412 para transferir a solução do filtro 410 para o tanque de resfriamento 425. Uma leitura de pressão do sensor 411 pode ser utilizada para determinar se abrir ou fechar a válvula 406 e permitir que mais pasta alcance o filtro 410 sem sobrecarregá-lo. Em um modo similar, uma leitura de um nível de suspensão no tanque de resfriamento 425 do sensor 426 pode ser utilizada para determinar se abrir ou fechar uma válvula 412 e permitir que mais solução alcance o tanque de resfriamento 425 sem causar um transbordamento.

[0080] O controlador 470 controla uma válvula 416 para transferir uma quantidade predeterminada de composto de aumento de pH do alimentador 415 para o tanque de resfriamento 425. Alternativamente, o controlador 470 pode diretamente controlar outro tipo de alimentador utilizado no lugar do alimentador 415 quando um tipo de alimentador específico opera sem uma válvula. A quantidade de composto de aumento de pH adicionado ao tanque de resfriamento 425 pode ser predeterminada. Alternativamente, a utilização de um medidor de pH (não mostrado) para medir o pH da solução no tanque de resfriamento 425 pode ser contemplada.

[0081] O controlador 470 ativa o tanque de resfriamento 425, por exemplo, após a adição do composto de aumento de pH à solução. O controlador 470 recebe uma leitura da temperatura da solução do sensor 427. Uma vez que a temperatura desejada é atendida, o controlador 470 abre a válvula 421 para transferência de uma quantidade predeterminada de agente nucleante do alimentador 415 para o tanque de resfriamento 425.

[0082] Após um retardo que permite a cristalização do hidrosulfito de sódio, o controlador 470 abre uma válvula 428 para transferir a suspensão fria do tanque de resfriamento 425 para o separador 430. O controlador 470 também inicia uma operação do separador 430. Uma taxa de transferência da suspensão fria do tanque de resfriamento 425 para o separador 430 pode ser controlada pelo controlador 470 pelo menos em parte com base em uma leitura de uma pressão no separador 430 provida pelo sensor 431, em uma leitura da temperatura da suspensão no tanque de resfriamento 425 como indicada pelo sensor 427 e/ou em uma leitura do nível da suspensão no tanque de resfriamento 425 como indicado pelo sensor 426.

[0083] A suspensão concentrada que contém os cristais pode dire tamente cair do separador 430 dentro do contentor 435 e o restante pode diretamente cair do separador 430 no reservatório 445. Opcionalmente, o controlador 470 pode causar a abertura de uma válvula 423 permitindo a transferência de um agente estabilizante e/ou outros aditivos do alimentador 417 para os cristais de hidrosulfito de sódio que saem do separador 430. Finalmente, uma vez que os cristais de hidrosulfito de sódio são coletados no contentor 435 e transferidos para o resfriador 440, o controlador 470 utiliza uma leitura do sensor 441 da temperatura no resfriador 440 para ativar ou desativar o resfriador 440 até que a temperatura desejada seja atingida e mantida.

[0084] Testes de laboratório do processo industrial para produzir cristais de hidrosulfito de sódio foram executados. Os testes A, B, C e D apresentados na seguinte Tabela I foram executados, respectivamente, em 25 de Janeiro de 2019, 05 de Fevereiro de 2019, 06 de Fevereiro de 2019 e 12 de Fevereiro de 2019. Os testes A, B e C foram primariamente destinados como prova de conceito e para avaliar um rendimento para o processo. O teste D foi primariamente destinado para testar um método de empacotamento para os cristais de hidrosul- fito de sódio.

[0085] A Tabela I (Ensaios A, B e C), as soluções iniciais tinham um volume de 5.810 litros com uma densidade de aproximadamente 1,18 gramas por centímetro cúbico (g/cm3), totalizando em média 1255 kg de hidrosulfito de sódio em cada teste. O pH foi ajustado para 13.

[0086] O desempenho de cristalização mostra que os cristais de diidrato de hidrosulfito de sódio resultante totalizaram uma média de 425 kg, um rendimento de aproximadamente 33%. Uma média de 6,2% do peso da solução original se transformou nos cristais de diidra- to de hidrosulfito de sódio. Estes resultados são razoavelmente constantes entre os testes A, B e C, indicando que o desempenho das operações de cristalização foi estável.

[0087] Nos testes A e B, o desempenho da centrífuga decantadora 230 não correspondeu às expectativas: a percentagem de água nos cristais produzidos foi alta (aproximadamente 53% em média) e, ao contrário, a percentagem de hidrosulfito de sódio foi baixa (aproxima-damente 35% em média). Os parâmetros operacionais da centrífuga decantadora 230 foram ajustados para reduzir a compactação dos cristais antes da execução do teste C. Como um resultado, a percen-tagem de hidrosulfito de sódio ficou na faixa esperada em 61,2% e o conteúdo de água foi grandemente reduzido em 20,35%.

[0088] O desempenho da centrífuga decantadora 230 teve um im pacto desprezível na mistura líquida formada pelo restante da suspen-são. Enquanto a solução original tinha uma concentração média de hidrosulfito de sódio de 216 gramas por litro (g/L), o restante da sus-pensão após a extração dos cristais de hidrosulfito de sódio era ainda bastante alta em 155 g/L, este valor sendo suficiente para valorização.

[0089] Aqueles versados na técnica perceberão que a descrição do processo e sistema para a produção de cristais de hidrosulfito de sódio é somente ilustrativa e não pretende ser em nenhum modo limi- tante. Outras modalidades prontamente se sugerirão para tais pessoas versadas na técnica tendo o benefício da presente descrição. Mais ainda, o processo e sistema descritos podem ser customizado para oferecer soluções valiosas para pelo menos algumas necessidades e problemas existentes relativos ao custo de transporte de hidrosulfito de sódio em forma líquida, para o consumo de energia requerido para produzir hidrosulfito de sódio em forma sólida, para a geração de refugo líquido na produção de hidrosulfito de sódio em forma sólida, e para os riscos de segurança relativos ao transporte e manipulação de hi- drosulfito de sódio em forma sólida. No interesse da clareza, nem todas as características de rotina das implementações do processo e sistema estão mostradas e descritas. Especificamente, as combinações de características não estão limitadas àquelas apresentadas na descrição acima, já que as combinações de elementos listados nas reivindicações anexas formam uma parte integral da presente descrição. Será, é claro, apreciado que no desenvolvimento de qualquer tal implementação real do processo e sistema, numerosas decisões específicas de implementação podem precisar ser feitas de modo a atingir os objetivos específicos do desenvolvedor, tal como conformidade com restrições relativas a aplicação, relativas a sistema, relativas a negócio e regulatórias, e que estes objetivos específicos variarão de uma implementação para outra e de um desenvolvedor para outro. Mais ainda, será apreciado que um esforço de desenvolvimento poderia ser complexo e demorado, mas seria apesar de tudo um empreendimento de engenharia de rotina para aqueles versados na técnica no campo de processos industriais tendo o benefício da presente descrição.

[0090] A presente descrição foi descrita na especificação acima por meio de modalidades ilustrativas não restritivas providas como exemplos. Estas modalidades ilustrativas podem ser modificadas à vontade. O escopo das reivindicações não deve ser limitado pelas mo- dalidades apresentadas nos exemplos, mas deve ser dado a interpre-tação mais ampla consistente com a descrição como um todo.

Claims (20)

1. Processo (100, 300) para produzir cristais de hidrosulfito de sódio, caracterizado pelo fato de que compreende: prover (110, 310) uma primeira suspensão baseada em água que contém hidrosulfito de sódio e uma primeira concentração; separar (150, 360) pelo menos uma porção dos cristais de hidrosulfito de sódio de um restante da primeira suspensão baseada em água para formar uma segunda suspensão baseada em água que contém os cristais de hidrosulfito de sódio separados, a segunda suspensão baseada em água tendo uma concentração de hidrosulfito de sódio maior do que a primeira concentração; e esfriar (165, 370) a segunda suspensão baseada em água que contém os cristais de hidrosulfito de sódio separados para uma temperatura estável.

2. Processo (100, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os cristais de hidrosulfito de sódio são concentrados por sua separação (150, 360) do restante da primeira suspensão baseada em água.

3. Processo (100, 300), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os cristais de hidrosulfito de sódio são separados (150, 360) do restante da primeira suspensão baseada em água utilizando um separador selecionado de uma centrífuga decanta- dora (230), uma prensa de filtro (210), um filtro Nutsche, um filtro de disco e um filtro de correia.

4. Processo (100, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura estável dos cristais de idrossulfito de sódio é -12°C ou mais baixa.

5. Processo (100, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende coletar (180, 380) o restante da primeira suspensão baseada em água como uma mistura líquida que contém uma porção não separada de hidrosulfito de sódio inicialmente contido na primeira suspensão baseada em água.

6. Processo (100, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma fração maior dos cristais de hidro- sulfito de sódio são cristais de diidrato de hidrosulfito de sódio.

7. Processo (100, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende adicionar (160) es-tabilizadores ao cristal de hidrosulfito de sódio após a separação do restante da primeira suspensão baseada em água.

8. Processo (100, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o resfriamento (165, 370) da segunda suspensão baseada em água que contém os cristais de hidrosulfito de sódio separados para a temperatura estável compreende congelar (165) a segunda suspensão baseada em água que contém os cristais de hidrosulfito de sódio separados.

9. Processo (100, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que prover (110, 310) a primeira suspensão baseada em água compreende: aumentar (125, 330) o pH de uma solução baseada em água que contém hidrosulfito de sódio; e diminuir (130, 340) uma temperatura da solução baseada em água para formar a primeira suspensão baseada em água.

10. Processo (100, 300), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que ainda compreende filtrar (115, 320) uma pasta que contém hidrosulfito de sódio para prover a solução baseada em água.

11. Processo (100, 300), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que aumentar (125, 330) o pH da solução baseada em água compreende adicionar hidróxido de sódio à solução baseada em água.

12. Processo (100, 300), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o pH da solução baseada em água é aumentado (125, 330) antes de diminuir (130, 340) a temperatura da solução baseada em água.

13. Processo (100, 300), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o pH da solução baseada em água é aumentado (125, 330) para uma faixa entre 12 e 14.

14. Processo (100, 300), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a temperatura da solução baseada em água é diminuída (130, 340) em um tanque de resfriamento (225, 425) agitado ou em um cristalizador de resfriamento para formar a primeira suspensão baseada em água.

15. Processo (100, 300), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a temperatura da solução baseada em água é diminuída (130, 340) para uma faixa entre -6°C e 10°C.

16. Sistema (200, 400) para produzir cristais de hidrosulfito de sódio por um processo como definido na reivindicação 1, caracteri-zado pelo fato de que compreende: um armazenamento (205, 405) adaptado para prover uma primeira suspensão baseada em água que contém hidrosulfito de sódio em uma primeira concentração; um separador (230, 430) adaptado para receber a primeira suspensão baseada em água do armazenamento (205, 405) e para separar pelo menos uma porção dos cristais de hidrosulfito de sódio de um restante da primeira suspensão baseada em água para formar uma segunda suspensão baseada em água que contém os cristais de hidrosulfito de sódio separados, a segunda suspensão baseada em água tendo uma segunda concentração de hidrosulfito de sódio maior do que a primeira concentração; e um resfriador (240, 440) adaptado para receber a segunda suspensão baseada em água que contém os cristais de hidrosulfito de sódio separados do separador (230, 430) e para resfriar a segunda suspensão baseada em água que contém os cristais de hidrosulfito de sódio separados para uma temperatura estável.

17. Sistema (200, 400), de acordo com a reivindicação 16, em que o armazenamento (205, 405) compreende um tanque de res-friamento (225, 425) adaptado para receber uma solução baseada em água que contém hidrosulfito de sódio e para diminuir uma temperatura da solução baseada em água, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um primeiro alimentador (215, 415) operativamente conectado no tanque de resfriamento (225, 425) e adaptado para adicionar um composto de aumento de pH à solução baseada em água; e um segundo alimentador (220, 420) operativamente conec-tado no tanque de resfriamento (225, 425) e adaptado para adicionar um agente nucleante à solução baseada em água para causar uma precipitação parcial do hidrosulfito de sódio para formar a primeira suspensão baseada em água.

18. Sistema (200, 400), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o resfriador (240, 440) é selecionado de um trocador de calor de superfície raspada, um trocador de calor de parafuso, um congelador criogênico, um filtro Nutsche, um resfriador (240, 440) de N2 e um resfriador (240, 440) de NH3.

19. Sistema (400), de acordo com a reivindicação 16, ca-racterizado pelo fato de que ainda compreende: uma válvula (428) que conecta o armazenamento (405) no separador (430); um controlador (470) operativamente conectado no arma-zenamento (405), na válvula (428), no separador (430) e no resfriador (440), o controlador (470) sendo configurado para: fazer com que uma abertura da válvula (428) permita uma transferência da primeira suspensão baseada em água do armazena-mento (405) para o separador (430); iniciar uma operação do separador (430) quando a primeira suspensão baseada em água é recebida pelo menos em parte do se-parador (430); e iniciar uma operação do resfriador (440) quando os cristais de hidrosulfito de sódio separados são recebidos pelo menos em parte no resfriador (440).

20. Sistema (400), de acordo com a reivindicação 19, ca-racterizado pelo fato de que ainda compreende um primeiro sensor (426) de um nível da primeira suspensão baseada em água no armazenamento (405) e um segundo sensor (427) de uma temperatura da primeira suspensão baseada em água no armazenamento (405), o controlador (470) sendo configurado para causar uma abertura da válvula (428) para permitir uma transferência da primeira suspensão baseada em água do armazenamento (405) para o separador (430) quando, concorrentemente, o primeiro sensor (426) indica que existe uma quantidade suficiente de primeira suspensão baseada em água no armazenamento (405) e o segundo sensor (427) indica que a primeira suspensão baseada em água está em uma temperatura suficientemente baixa.

Images