BR212019009727U2

BR212019009727U2 - process and plant for the treatment of carbonaceous mud

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Publication number: BR212019009727U2
Application number: BR212019009727U
Authority: BR
Inventors: Scarsella Alessio; Stegemann Bertold; Bligh Roger; Hartmann Student Vladimir
Original assignee: Outotec Finland Oy
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2019-10-01
Also published as: BR112019009727B1; AU2016430162A1; UA139450U; TR201907180U5; AU2016430162B2; WO2018091069A1; CN210367384U; DE212016000295U1; BR112019009727A2

Abstract

o processo para o tratamento de lama carbonácea compreende as etapas de injetar um gás compreendendo o oxigênio na dita lama, em temperaturas de 150 °c a 350 °c e uma pressão de acima das pressões dos pontos de ebulição associados, resultando em uma mistura de gás/vapor compreendendo pelo menos a água, o oxigênio e o hidrogênio, bem como determinar a fração volumétrica da água na dita mistura de vapor/gás e interromper a injeção de gás compreendendo o oxigênio caso a fração volumétrica da água esteja abaixo de 0,84 na a dita mistura de vapor/gás. a fração volumétrica do vapor de água na dita mistura de vapor/gás é determinada pela formulação da iapws para água e vapor.The process for treating carbonaceous sludge comprises the steps of injecting a gas comprising oxygen into said sludge at temperatures of 150 ° C to 350 ° C and a pressure of above the associated boiling point pressures, resulting in a gas / gas mixture. vapor comprising at least water, oxygen and hydrogen, as well as determining the volumetric fraction of water in said vapor / gas mixture and interrupting gas injection comprising oxygen if the volumetric fraction of water is below 0.84 in said vapor / gas mixture. The volume fraction of water vapor in said vapor / gas mixture is determined by the formulation of iapws for water and steam.

Description

PROCESSO E PLANTA PARA O TRATAMENTO DE LAMA CARBONÁCEA [0001] A presente invenção refere-se a um processo e a uma planta para o tratamento de lama carbonácea em geral, produzida por um processo de produção de alumina a montante em particular, compreendendo as etapas de injetar um gás contendo o oxigênio na dita lama, nas temperaturas de 150 °C a 350 °C e pressões acima dos pontos de ebulição associados, resultando em uma mistura de vapor/gás, principalmente compreendendo água, oxigênio, nitrogênio e hidrogênio, determinar a fração volumétrica do vapor de água na dita mistura de vapor/gás e interromper a injeção de gás compreendendo o oxigênio, de preferência um gás enriquecido em oxigênio ou o oxigênio puro, se a fração volumétrica do vapor de água estiver abaixo de 0,84 na dita mistura de vapor/gás.PROCESS AND PLANT FOR THE TREATMENT OF CARBONARY SLUDGE [0001] The present invention relates to a process and plant for the treatment of carbonaceous sludge in general, produced by an upstream alumina production process in particular, comprising the steps to inject an oxygen-containing gas into said slurry, at temperatures of 150 ° C to 350 ° C and pressures above the associated boiling points, resulting in a vapor / gas mixture, mainly comprising water, oxygen, nitrogen and hydrogen, to determine the volumetric fraction of water vapor in said vapor / gas mixture and interrupt the injection of gas comprising oxygen, preferably an oxygen-enriched gas or pure oxygen, if the volumetric fraction of the water vapor is below 0.84 in said steam / gas mixture.

[0002] Em um processo para o tratamento de lama carbonácea, as moléculas carbonáceas são queimadas em um modo sem chama (i.e., oxidadas), em temperatura e pressões elevadas, por um oxidante, p.ex., o oxigênio, contido como ar ou como oxigênio puro, que é comumente referido como oxidação a úmido e está descrito na US 2.665.249. Assume-se que o oxigênio não está mais na fase gasosa quando age como um oxidante. Ele se dissolve no líquido primeiramente e é oxidado. Tipicamente, o oxigênio é fornecido na subestequiometria e abaixo da solubilidade. O objetivo é evitar que ο O2 em excesso no gás efluente seja matéria oxidada. Comparada a outros processos para a limitação do teor de matéria carbonácea, a oxidação a úmido é um processo com bastante energia e econômico para produzir uma fase de licor basicamente limpa. A compreensão moderna da[0002] In a process for the treatment of carbonaceous sludge, carbonaceous molecules are burned in a flameless (ie oxidized) manner, at high temperatures and pressures, by an oxidizer, eg oxygen, contained as air or as pure oxygen, which is commonly referred to as wet oxidation and is described in US 2,665,249. It is assumed that oxygen is no longer in the gas phase when it acts as an oxidizer. It dissolves in the liquid first and is oxidized. Typically, oxygen is supplied at sub-stoichiometry and below solubility. The objective is to prevent ο O2 in excess in the effluent gas from being oxidized matter. Compared to other processes for limiting the content of carbonaceous matter, wet oxidation is a very energy-efficient and economical process to produce a basically clean liquor phase. The modern understanding of

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2/16 química do processo de oxidação a úmido é que o oxigênio birradical inicia uma reação de radical por reação com a água e/ou as moléculas carbonáceas.2/16 The chemistry of the wet oxidation process is that birradical oxygen initiates a radical reaction by reacting with water and / or carbonaceous molecules.

[0003] Um problema comum da oxidação a úmido é a geração aumentada de hidrogênio como um subproduto por meio da recombinação de um átomo de hidrogênio e as moléculas de água formando radicais de hidrogênio elementar e OH. Mesmo nas pequenas quantidades produzidas de hidrogênio pode se formar uma mistura explosiva com qualquer oxigênio que possa estar presente na fase gasosa, onde a mistura é facilmente inflamada nas temperaturas e pressões elevadas requeridas para o processo de oxidação a úmido.[0003] A common problem with wet oxidation is the increased generation of hydrogen as a by-product through recombination of a hydrogen atom and water molecules forming elemental hydrogen and OH radicals. Even in the small amounts of hydrogen produced, an explosive mixture can form with any oxygen that may be present in the gas phase, where the mixture is easily ignited at the high temperatures and pressures required for the wet oxidation process.

[0004] Para resolver este problema, Arnswald (Removal of organic carbon from Bayer liquor by wet oxidation in tube digesters, Light Metals 1991, páginas 23 a 27) sugeriu a medição do teor de oxigênio nos gases produzidos no processo de oxidação a úmido. Uma vez que uma mistura de hidrogênio e oxigênio é explosiva quando o teor[0004] To solve this problem, Arnswald (Removal of organic carbon from Bayer liquor by wet oxidation in tube digesters, Light Metals 1991, pages 23 to 27) suggested measuring the oxygen content in the gases produced in the wet oxidation process. Since a mixture of hydrogen and oxygen is explosive when the

de oxigênio estiver of oxygen is entre in between 3 e 3 and 97% 97% em volume nas volume in temperaturas típicas typical temperatures do processo of the process de acima de from above 300 °C, 300 ° C, Arnswald sugere interromper o Arnswald suggests interrupting the processo de process of oxidação oxidation a úmido wet se o teor de oxigênio if the oxygen content exceder to exceed 3% em 3% in volume volume • • [0005] Por [0005] By outro other lado, side, uma an mistura mixture gasosa gaseous

contendo as espécies de vapor de água, hidrogênio e oxigênio não é explosiva, desde que o teor de vapor de água em uma mistura de vapor de água, hidrogênio e oxigênio exceda uma fração volumétrica de 0,84.containing the water vapor, hydrogen and oxygen species is not explosive, provided the water vapor content in a mixture of water vapor, hydrogen and oxygen exceeds a volumetric fraction of 0.84.

[0006] O teor de água em uma corrente de gás é difícil de determinar sob as altas temperaturas e pressões presentes em um processo de oxidação a úmido, razão pela[0006] The water content in a gas stream is difficult to determine under the high temperatures and pressures present in a wet oxidation process, which is why

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3/16 qual o teor de oxigênio é usado como referência por Arnswald.3/16 what oxygen content is used as a reference by Arnswald.

[0007] Usando o teor de oxigênio como referência para uma mistura explosiva, é para ser esperado um tempo morto entre a extração do gás a ser analisado e a detecção de uma mistura explosiva de hidrogênio/oxigênio de até 90 segundos, uma vez que a mistura de vapor/gás é para ser extraída e refinada antes do teor de oxigênio ser analisado pelos analisadores a jusante do processo.[0007] Using the oxygen content as a reference for an explosive mixture, a dead time between the extraction of the gas to be analyzed and the detection of an explosive hydrogen / oxygen mixture of up to 90 seconds is to be expected, since the The steam / gas mixture is to be extracted and refined before the oxygen content is analyzed by the analyzers downstream of the process.

[0008] Vários esforços têm sido conduzidos para reduzir o tempo de detecção da dita formação, todos usando o teor de oxigênio como referência. Uma das principais vantagens disso é que os detectores de oxigênio estão prontamente disponíveis.[0008] Several efforts have been made to reduce the detection time of said formation, all using oxygen content as a reference. One of the main advantages of this is that oxygen detectors are readily available.

[0009] É um objetivo da presente invenção reduzir o tempo morto na detecção de uma mistura explosiva de oxigênio / hidrogênio em um processo de oxidação a úmido, bem como reduzir os custos de investimento e os requisitos de manutenção e melhorar a confiabilidade do procedimento empregado.[0009] It is an objective of the present invention to reduce the dead time in the detection of an explosive mixture of oxygen / hydrogen in a wet oxidation process, as well as to reduce the investment costs and the maintenance requirements and to improve the reliability of the employed procedure. .

[0010] Este objetivo é resolvido pela matéria da reivindicação independente de processo 1. Especificamente, a presente invenção proporciona um processo para o tratamento de lama carbonácea, como, por exemplo, produzida por um processo de produção de alumina a montante. Através da injeção de um gás compreendendo oxigênio, preferivelmente um gás rico em oxigênio com um teor de oxigênio de > 20% em volume, na dita lama, em temperaturas de 150 °C a 350 °C, preferivelmente 150 a 300 °C, e uma pressão acima dos respectivos pontos de ebulição, é obtida[0010] This objective is solved by the subject of claim independent of process 1. Specifically, the present invention provides a process for the treatment of carbonaceous sludge, such as, for example, produced by an upstream alumina production process. By injecting a gas comprising oxygen, preferably an oxygen-rich gas with an oxygen content of> 20% by volume, in said slurry, at temperatures of 150 ° C to 350 ° C, preferably 150 to 300 ° C, and a pressure above the respective boiling points, is obtained

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4/16 uma mistura de vapor/gás pelo menos compreendendo água e hidrogênio. Isto é devido à decomposição das moléculas carbonáceas, resultando na formação de água e hidrogênio por meio de uma reação secundária.4/16 a vapor / gas mixture comprising at least water and hydrogen. This is due to the decomposition of carbonaceous molecules, resulting in the formation of water and hydrogen through a secondary reaction.

[0011] O oxigênio potencialmente está onipresente no processo descrito, uma vez que é introduzido em quantidades significativas. Embora a técnica anterior utilize sensores de oxigênio para a determinação do teor de oxigênio na mistura de vapor/gás, a presente invenção propõe a determinação da fração volumétrica da água na dita mistura de vapor/gás. Caso a fração volumétrica da água esteja abaixo de 0,84, preferivelmente 0,9, a injeção de gás compreendendo o oxigênio é imediatamente interrompida, o que impede a formação adicional de uma mistura explosiva de oxigênio/hidrogênio. De acordo com a invenção, a fração molar da água na mistura de vapor/gás é determinada como se segue:[0011] Oxygen is potentially ubiquitous in the described process, since it is introduced in significant quantities. Although the prior art uses oxygen sensors to determine the oxygen content in the vapor / gas mixture, the present invention proposes the determination of the volumetric fraction of water in said vapor / gas mixture. If the volumetric fraction of the water is below 0.84, preferably 0.9, the gas injection comprising oxygen is immediately stopped, which prevents the further formation of an explosive oxygen / hydrogen mixture. According to the invention, the molar fraction of water in the vapor / gas mixture is determined as follows:

[0012] A pressão da mistura de vapor de água e não condensáveis (NC), como o hidrogênio e o oxigênio, medida em qualquer ponto do processo, representa a pressão absoluta dessa mistura, que consiste na soma das pressões parciais do vapor de água e dos não condensáveis.[0012] The pressure of the mixture of water vapor and non-condensables (NC), such as hydrogen and oxygen, measured at any point in the process, represents the absolute pressure of this mixture, which is the sum of the partial pressures of water vapor and non-condensables.

[0013] A medição da pressão absoluta e da temperatura em um dado ponto do processo permite determinar o que segue:[0013] The measurement of absolute pressure and temperature at a given point in the process makes it possible to determine the following:

• Com a temperatura e a pressão estando ligadas (pela formulação da IAPWS de água e vapor) entre si por uma fase de água pura e vapor saturado, a temperatura medida em um dado ponto do processo é a temperatura que corresponde à pressão parcial do vapor de água saturado na mistura de• With temperature and pressure being linked (by the IAPWS formulation of water and steam) to each other by a phase of pure water and saturated steam, the temperature measured at a given point in the process is the temperature that corresponds to the partial pressure of the steam of saturated water in the mixture of

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5/16 vapor de água/não condensáveis nesse ponto do processo. Através da formulação da IAPWS, a pressão de saturação correspondente Ps pode ser calculada.5/16 water vapor / non-condensable at that point in the process. Using the IAPWS formulation, the corresponding saturation pressure Ps can be calculated.

• 0 conhecimento da pressão absoluta P da mistura de vapor de água/não condensáveis (NC) e da pressão parcial Ps da fração de vapor de água nessa mistura, permite o cálculo da fração molar X_NC dos não condensáveis (= proporção em volume) na mistura:• The knowledge of the absolute pressure P of the water vapor / non-condensable mixture (NC) and the partial pressure Ps of the water vapor fraction in this mixture, allows the calculation of the molar fraction X _NC of the non-condensable (= volume ratio) in the mix:

P - PsP - Ps

Xnc ⁼ Xnc ⁼

P [0014] A fração volumétrica de um composto é definida como a quantidade do dito composto em um dado volume dividida pela quantidade total de todos os constituintes na mistura correspondente.P [0014] The volumetric fraction of a compound is defined as the amount of said compound in a given volume divided by the total amount of all the constituents in the corresponding mixture.

[0015] A figura 1 mostra a detecção respectiva de uma mistura explosiva de vapor/gás por medição de temperatura/pressão.[0015] Figure 1 shows the respective detection of an explosive mixture of steam / gas by temperature / pressure measurement.

[0016] Portanto, se o teor de água da mistura de vapor/gás for alto o suficiente para impedir a formação de uma mistura explosiva, o teor de água nas etapas do processo a montante estará acima do limite critico de 0,84, preferivelmente 0,9, para a fração volumétrica de água na mistura de vapor/gás. Em outras palavras, o teor da água na mistura de vapor/gás se desvia do teor de água nas etapas do processo a montante, nas quais ocorre a oxidação a úmido. Portanto, a determinação continua e instantânea da[0016] Therefore, if the water content of the vapor / gas mixture is high enough to prevent the formation of an explosive mixture, the water content in the steps of the upstream process will be above the critical limit of 0.84, preferably 0.9, for the volumetric fraction of water in the vapor / gas mixture. In other words, the water content in the vapor / gas mixture deviates from the water content in the upstream process steps, in which wet oxidation occurs. Therefore, the continuous and instant determination of

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6/16 fração volumétrica da água na mistura de vapor/gás permite uma redução do tempo morto entre a formação e a detecção de uma mistura explosiva de oxigênio/hidrogênio.6/16 volumetric fraction of water in the vapor / gas mixture allows a reduction in the dead time between the formation and the detection of an explosive mixture of oxygen / hydrogen.

[0017] No entanto, ainda levará exatamente tanto tempo para purgar o Ngas - que pode conter oxigênio quanto para um deslocamento detectado de O2. Para evitar o tempo morto, é necessário ter um deslocamento sobre ambos, O₂ e pressão parcial, [0018] A temperatura e a pressão da mistura de vapor/gás são usadas para determinar a fração volumétrica de água no ponto particular de medição. A dita determinação baseia-se no fato que, em cada ponto do processo de oxidação a úmido, é obtida uma fase de água gás saturado. Em outras palavras, é observado um equilíbrio dinâmico entre a água condensada (líquida) e o vapor de água. Para uma fase pura (100% em volume de água), este equilíbrio é descrito pela curva de saturação da pressão de vapor da água. A fase de água gás saturado em um processo de oxidação a úmido, no entanto, também contém gases não condensáveis, tais como o hidrogênio e o oxigênio. Devido à presença destes gases não condensáveis, o equilíbrio entre a água condensada e vaporosa é deformado, de modo tal que a temperatura de uma mistura de água saturada não esteja mais correlacionada com a pressão absoluta, porém com a pressão parcial da água, o que então permite quantificar a fração volumétrica ou a fração molar da água. Em outras palavras, a presença dos gases não condensáveis resulta em uma temperatura medida, a qual é menor do que se comparada à temperatura esperada para uma fase de água pura.[0017] However, it will still take exactly as long to purge Ngas - which may contain oxygen as well as for a detected O2 displacement. To avoid dead time, it is necessary to have a displacement over both O ₂ and partial pressure, [0018] The temperature and pressure of the vapor / gas mixture are used to determine the volumetric fraction of water at the particular measurement point. Said determination is based on the fact that, at each point of the wet oxidation process, a phase of water saturated gas is obtained. In other words, a dynamic balance is observed between condensed (liquid) water and water vapor. For a pure phase (100% by volume of water), this balance is described by the saturation curve of the water vapor pressure. The water-saturated gas phase in a wet oxidation process, however, also contains non-condensable gases, such as hydrogen and oxygen. Due to the presence of these non-condensable gases, the balance between condensed and vaporous water is deformed, so that the temperature of a mixture of saturated water is no longer correlated with the absolute pressure, but with the partial pressure of the water, which then it allows quantifying the volumetric fraction or the molar fraction of the water. In other words, the presence of non-condensable gases results in a measured temperature, which is lower than the temperature expected for a pure water phase.

[0019] Portanto, são usados sensores de[0019] Therefore, sensors are used for

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7/16 temperatura e pressão de acordo com a invenção. Visto que esses sensores são requeridos para o controle dos parâmetros do processo de oxidação a úmido, nenhum sensor adicional pode ser necessário. Além disso, os sensores de temperatura e pressão são muito fortes e requerem pouca manutenção, os custos totais do processo são reduzidos.7/16 temperature and pressure according to the invention. Since these sensors are required to control the parameters of the wet oxidation process, no additional sensors may be required. In addition, the temperature and pressure sensors are very strong and require little maintenance, the total process costs are reduced.

[0020] De preferência, a fração molar de água é 0,84 a 1,0, preferivelmente 0,9 a 1,0, a fração molar de oxigênio é 0 a 0,16 e a fração molar de hidrogênio é 0 a 0,16 e onde a soma das frações molares de todos os constituintes da mistura de vapor/gás é 1.[0020] Preferably, the molar fraction of water is 0.84 to 1.0, preferably 0.9 to 1.0, the molar fraction of oxygen is 0 to 0.16 and the molar fraction of hydrogen is 0 to 0 , 16 and where the sum of the molar fractions of all constituents of the vapor / gas mixture is 1.

[0021] A fração molar de água é determinada pelo procedimento descrito acima. A Figura 2 mostra as diferenças de temperatura medidas em uma dada pressão do sistema com fração de vapor de água de 0,84 na mistura de água-vapor.[0021] The molar fraction of water is determined by the procedure described above. Figure 2 shows the temperature differences measured at a given system pressure with a water vapor fraction of 0.84 in the water-steam mixture.

[0022] É preferido que a temperatura e a pressão da mistura de vapor/gás sejam medidas após a separação de uma maior parte de água, p.ex., por meio de condensação em um condensador de mistura de vapor/gás. Como um mecanismo de segurança imediato, a condensação da água pode ser interrompida da mesma forma que a introdução de gás contendo oxigênio caso a fração de vapor de água determinada seja muito baixa. A condensação interrompida aumenta o teor de água à jusante do condensador e, assim, impede adicionalmente a formação de uma mistura explosiva de hidrogênio/oxigênio à jusante do condensador.[0022] It is preferred that the temperature and pressure of the vapor / gas mixture be measured after the separation of a major part of water, eg, by condensation in a vapor / gas mixture condenser. As an immediate safety mechanism, water condensation can be stopped in the same way as the introduction of oxygen-containing gas if the determined water vapor fraction is too low. Interrupted condensation increases the water content downstream of the condenser and thus additionally prevents the formation of an explosive hydrogen / oxygen mixture downstream of the condenser.

[0023] Em uma modalidade adicional preferida, um gás quimicamente inerte, p.ex., o nitrogênio, é adicionado à mistura de vapor/gás removida do pelo menos um tanque de[0023] In a further preferred embodiment, a chemically inert gas, eg nitrogen, is added to the vapor / gas mixture removed from at least one tank of

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8/16 vaporização. Isso pode ser feito diretamente após o tanque de vaporização. No entanto, é particularmente preferido proporcionar uma entrada a jusante da separação de água, uma vez que a formação de uma mistura explosiva é promovida pela separação da água. A adição de um gás quimicamente inerte proporciona adicionalmente um procedimento, o qual muito rapidamente, i.e., dentro de menos do que 30 segundos, pode ajustar a mistura de hidrogênio/oxigênio às condições não explosivas.8/16 vaporization. This can be done directly after the vaporization tank. However, it is particularly preferred to provide an inlet downstream of the water separation, since the formation of an explosive mixture is promoted by the water separation. The addition of a chemically inert gas additionally provides a procedure, which very quickly, i.e., within less than 30 seconds, can adjust the hydrogen / oxygen mixture to non-explosive conditions.

[0024] A este respeito, é particularmente preferido que a quantidade do gás inerte, tal como o nitrogênio, seja ajustada de modo tal que, na mistura de vapor/gás, caso uma fração molar de água de menos do que 0,84 seja determinada. Isto adicionalmente impede a existência de uma mistura explosiva de hidrogênio/oxigênio.[0024] In this regard, it is particularly preferred that the amount of the inert gas, such as nitrogen, is adjusted so that, in the vapor / gas mixture, if a molar fraction of water of less than 0.84 is determined. This additionally prevents the existence of an explosive hydrogen / oxygen mixture.

[0025] O objetivo da presente invenção é adicionalmente resolvido por uma planta para o tratamento de lama carbonácea de acordo com as características da reivindicação de planta 7.[0025] The purpose of the present invention is further solved by a plant for the treatment of carbonaceous sludge according to the characteristics of plant claim 7.

[0026] Especificamente, uma tal planta, em particular a jusante de um processo de produção de alumina, compreende pelo menos um tanque de vaporização com pelo menos uma entrada para a introdução de - com relação ao seu conteúdo na matéria carbonácea - lama não tratada e/ou parcialmente tratada fornecida por meio de um tubo de fornecimento. Além disso, um tubo de fornecimento de gás é proporcionado para a introdução de um gás compreendendo o oxigênio na dita lama a montante do tanque de vaporização para permitir o tempo de residência necessário para a dissolução do oxigênio na dita lama e a sua reação com a[0026] Specifically, such a plant, in particular downstream of an alumina production process, comprises at least one vaporization tank with at least one entrance for the introduction of - with respect to its content in carbonaceous matter - untreated sludge and / or partially treated material supplied via a supply tube. In addition, a gas supply tube is provided for introducing a gas comprising oxygen into said sludge upstream of the vaporization tank to allow the residence time required for the dissolution of oxygen in said sludge and its reaction with

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9/16 matéria carbonácea. 0 tubo de fornecimento de gás compreende uma válvula para a regulagem da quantidade de oxigênio introduzida no processo. 0 tanque de vaporização tem um tubo de saida de gás/vapor para descarregar a mistura de vapor/gás do pelo menos um tanque de vaporização. A planta também compreende pelo menos um sensor de temperatura para medir a temperatura da dita mistura de vapor/gás, e um sensor de pressão para medir a pressão da dita mistura de vapor/gás, e uma unidade de controle e computação para determinar a fração volumétrica de água. A válvula do tubo de fornecimento de gás é fechada caso a fração molar de vapor de água esteja abaixo de 0,84 na mistura de vapor/gás, para evitar a formação de uma mistura explosiva.9/16 carbonaceous matter. The gas supply tube comprises a valve for regulating the amount of oxygen introduced into the process. The vaporization tank has a gas / steam outlet pipe for discharging the vapor / gas mixture from at least one vaporization tank. The plant also comprises at least one temperature sensor to measure the temperature of said vapor / gas mixture, and a pressure sensor to measure the pressure of said vapor / gas mixture, and a control and computing unit to determine the fraction volume of water. The valve of the gas supply pipe is closed if the molar fraction of water vapor is below 0.84 in the vapor / gas mixture, to avoid the formation of an explosive mixture.

[0027] Em uma modalidade preferida, a planta compreende pelo menos um condensador de mistura de vapor/gás. Um ou mais condensadores conectados em série ou em paralelo podem ser proporcionados a jusante do último tanque de vaporização, para remover a água das correntes combinadas de mistura de vapor/gás de cada tanque de vaporização. Um tal arranjo de planta reduz os custos globais de construção, uma vez que apenas um ou poucos condensadores são requeridos. De modo alternativo, um condensador deve ser proporcionado para cada tanque de vaporização. Por meio disso, os custos de construção para a planta correspondente são maiores, porém as condições (como a temperatura e a pressão) do processo de oxidação a úmido para cada tanque de vaporização podem ser reguladas independentemente.[0027] In a preferred embodiment, the plant comprises at least one vapor / gas mixture condenser. One or more condensers connected in series or in parallel can be provided downstream of the last vaporization tank, to remove water from the combined vapor / gas mixture streams of each vaporization tank. Such a plant arrangement reduces overall construction costs, since only one or a few capacitors are required. Alternatively, a condenser must be provided for each vaporization tank. As a result, the construction costs for the corresponding plant are higher, but the conditions (such as temperature and pressure) of the wet oxidation process for each vaporization tank can be regulated independently.

[0028] A este respeito, é adicionalmente[0028] In this regard, it is additionally

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10/16 preferido que o sensor de temperatura e o sensor de pressão estejam localizados a jusante do condensador.10/16 It is preferred that the temperature sensor and the pressure sensor are located downstream of the condenser.

[0029] Em uma modalidade adicional preferida, o tubo de fornecimento de gás emerge com o tubo de fornecimento de lama, de modo tal que o gás compreendendo o oxigênio seja introduzido na lama a montante do tanque de vaporização. Consequentemente, o tempo de reação entre o oxigênio e o carbonáceo é aceito ser completado antes de entrar no tanque de vaporização, sem um aumento do tempo de retenção da lama dentro dos tanques de vaporização. Em outras palavras, é obtida uma espécie de pré-tratamento da lama antes de ser introduzida no tanque de vaporização.[0029] In a further preferred embodiment, the gas supply tube emerges with the sludge supply tube, such that the gas comprising oxygen is introduced into the sludge upstream of the vaporization tank. Consequently, the reaction time between oxygen and carbonaceous is accepted to be completed before entering the vaporization tank, without an increase in the slurry retention time inside the vaporization tanks. In other words, a kind of pre-treatment of the sludge is obtained before being introduced into the vaporization tank.

[0030] De acordo com outra modalidade preferida, o tubo de saida de gás, em particular diretamente, guia a mistura de vapor/gás para um condensador no qual a água é separada da mistura de vapor/gás.[0030] According to another preferred embodiment, the gas outlet pipe, in particular directly, guides the vapor / gas mixture to a condenser in which the water is separated from the vapor / gas mixture.

[0031] Os objetivos, as características, as vantagens e as aplicações possíveis adicionais da invenção podem ser verificados a partir da descrição do desenho que se segue. Todas as características descritas e/ou ilustradas formam o assunto da invenção per se ou em qualquer combinação, também independente da sua inclusão em reivindicações individuais ou da sua referência anterior.[0031] The objectives, characteristics, advantages and additional possible applications of the invention can be verified from the description of the drawing that follows. All the features described and / or illustrated form the subject of the invention per se or in any combination, also regardless of its inclusion in individual claims or its previous reference.

[0032] A fig. 1 mostra um esquema de detecção para misturas explosivas de vapor/gás, [0033] A fig. 2 mostra uma razão entre a pressão e a temperatura em um sistema de acordo com a invenção e [0034] A fig. 3 mostra esquematicamente uma planta para o tratamento de lama carbonácea de acordo com a presente invenção.[0032] FIG. 1 shows a detection scheme for explosive vapor / gas mixtures, [0033] Fig. 2 shows a ratio between pressure and temperature in a system according to the invention and [0034] Fig. 3 schematically shows a plant for treating carbonaceous sludge according to the present invention.

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11/16 [0035] Na fig. 3, a lama carbonácea é introduzida por meio do tubo de fornecimento 1 e do conduto 2 em um tanque de vaporização 10. Dentro do tanque de vaporização 10, a lama é distribuída por meio da unidade de pulverização 11, de modo tal que a separação de gás/líquido ou lama seja melhorada. Um gás contendo oxigênio ou oxigênio tecnicamente puro (> 95% em volume) é introduzido na planta e no tanque de vaporização 10 por meio do tubo de fornecimento de gás 3 e do conduto 2. A quantidade de oxigênio adicionada é regulada pela válvula de regulagem 4. A dita válvula 4 é controlada pela unidade de controle 5. Na modalidade preferida mostrada na Fig. 3, o oxigênio é diretamente introduzido na lama e a montante do tanque de vaporização 10, o que aumenta o tempo de reação entre o oxigênio e os materiais carbonáceos, sem o aumento do tempo de retenção da lama no tanque de vaporização 10.11/16 [0035] In fig. 3, the carbonaceous sludge is introduced via the supply pipe 1 and the conduit 2 into a vaporization tank 10. Within the vaporization tank 10, the sludge is distributed through the spraying unit 11, such that the separation of gas / liquid or sludge is improved. A gas containing technically pure oxygen or oxygen (> 95% by volume) is introduced into the plant and vaporization tank 10 via the gas supply tube 3 and the conduit 2. The amount of oxygen added is regulated by the regulating valve 4. Said valve 4 is controlled by the control unit 5. In the preferred mode shown in Fig. 3, oxygen is directly introduced into the sludge and upstream of the vaporization tank 10, which increases the reaction time between oxygen and carbonaceous materials, without increasing the sludge retention time in the vaporization tank 10.

[0036] Dentro do conduto 2 e do tanque de vaporização 10 ocorre a decomposição do material carbonáceo devida à reação entre o oxigênio e o material carbonáceo. Uma mistura de vapor/gás compreendendo água, oxigênio e hidrogênio é gerada por meio disso. A dita mistura de vapor/gás é removida do tanque de vaporização 10 por meio do conduto 20.[0036] Inside the conduit 2 and the vaporization tank 10 the decomposition of the carbonaceous material occurs due to the reaction between the oxygen and the carbonaceous material. A vapor / gas mixture comprising water, oxygen and hydrogen is thereby generated. Said steam / gas mixture is removed from the vaporization tank 10 by means of the conduit 20.

[0037] A lama remanescente é removida do tanque de vaporização 10 por meio do conduto 21. Conforme mostrado na Fig. 3, podem ser conectados vários tanques de vaporização em série a jusante do tanque de vaporização 10 com os condutos correspondentes, para a remoção da mistura de vapor/gás produzida nos ditos tanques de vaporização subsequentes, e condutos para a remoção da lama[0037] The remaining sludge is removed from the vaporization tank 10 via conduit 21. As shown in Fig. 3, several vaporization tanks can be connected in series downstream from the vaporization tank 10 with the corresponding conduits, for removal of the vapor / gas mixture produced in said subsequent vaporization tanks, and ducts for the removal of sludge

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12/16 remanescente. A jusante de cada tanque de vaporização proporcionado, a mistura de vapor/gás gerada é removida e subsequentemente combinada com a mistura de vapor/gás do tanque de vaporização 10 no conduto 20, ou é proporcionado um conduto de remoção da mistura de vapor/gás separado para cada tanque de vaporização, o que aumenta a flexibilidade do processo, uma vez que cada tanque de vaporização pode ser controlado completa e independentemente. Finalmente, a mistura de vapor/gás de todos os tanques de vaporização é conduzida para pelo menos um condensador 30, de preferência, no entanto, para condensadores separados e designados, conforme mostrado na Fig. 3.Remaining 12/16. Downstream of each vaporization tank provided, the generated vapor / gas mixture is removed and subsequently combined with the vapor / gas mixture from vaporization tank 10 in conduit 20, or a vapor / gas removal removal conduit is provided. separate for each vaporization tank, which increases the flexibility of the process, since each vaporization tank can be controlled completely and independently. Finally, the vapor / gas mixture from all vaporization tanks is conducted to at least one condenser 30, preferably, however, to separate and designated condensers, as shown in Fig. 3.

[0038] Em um modo similar, a remoção da lama remanescente de cada tanque de vaporização pode ser conduzida para o tanque de vaporização subsequente (conforme mostrado na Fig. 3) ou cada conduto de remoção para a lama remanescente pode ser combinado em um conduto de descarga para descarregar a lama remanescente.[0038] In a similar way, the removal of the remaining sludge from each vaporization tank can be conducted to the subsequent vaporization tank (as shown in Fig. 3) or each removal flue for the remaining sludge can be combined in a flue. discharge system to discharge the remaining sludge.

[0039] Em relação ao condensador 30, é preferido proporcionar um condensador para cada tanque de vaporização da planta inventiva. No dito condensador 30 (ou em cada condensador especificado para cada tanque de vaporização proporcionado), a água da mistura de vapor/gás é condensada e, assim, separada das substâncias não condensáveis. As substâncias não condensáveis são principalmente o hidrogênio e o oxigênio, porém também podem incluir o nitrogênio, o dióxido de carbono, o monóxido de carbono, o metano ou outros subprodutos que exibam um ponto de ebulição muito baixo, p.ex., abaixo de -50 °C.[0039] In relation to condenser 30, it is preferred to provide a condenser for each vaporization tank of the inventive plant. In said condenser 30 (or in each specified condenser for each vaporization tank provided), the water of the vapor / gas mixture is condensed and thus separated from non-condensable substances. Non-condensable substances are mainly hydrogen and oxygen, but they can also include nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, methane or other by-products that exhibit a very low boiling point, eg below -50 ° C.

[0040] A partir do condensador 30, um condensado[0040] From condenser 30, a condensate

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13/16 compreendendo a água como o constituinte principal é removido por meio do conduto 33. A água removida do condensador 30 da planta inventiva está basicamente isenta de qualquer contaminação, em particular, material carbonáceo, e pode ser usada em um processo a montante, como, por exemplo, como meio de suspensão em um processo Bayer a montante para produzir alumínio. Consequentemente, a planta inventiva pode ser incluída em um sistema de juntas, reduzindo assim a quantidade de água doce requerida. De modo alternativo, a água pode ser descarregada no meio ambiente como água basicamente pura, em particular depois de tratamento adicional, p.ex., a remoção de substâncias inorgânicas.13/16 understanding that water as the main constituent is removed via conduit 33. The water removed from the condenser 30 of the inventive plant is basically free of any contamination, in particular carbonaceous material, and can be used in an upstream process, as, for example, as a suspension medium in an upstream Bayer process to produce aluminum. Consequently, the inventive plant can be included in a joint system, thereby reducing the amount of fresh water required. Alternatively, the water can be discharged into the environment as basically pure water, in particular after additional treatment, eg the removal of inorganic substances.

[0041] Por meio dos condutos 20 a 20x, a mistura de vapor/gás remanescente do último tanque de vaporização (ou de todos os tanques de vaporização combinados) é submetida aos condensadores 30 a 30x (ou ao condensador especificado para cada tanque de vaporização respectivo). Em particular, caso a lama remanescente tenha passado em cada tanque de vaporização e sido, assim, removida do tanque de vaporização final, a lama remanescente estará basicamente isenta de matéria carbonácea. Em geral, a matéria carbonácea é reduzida tipicamente em 50 a 90 %, dependendo da temperatura do processo, do tempo de residência e da adição de oxigênio. Em qualquer caso, a lama remanescente tratada é removida por meio do conduto 32 do processo.[0041] Through conduits 20 to 20x, the vapor / gas mixture remaining from the last vaporization tank (or from all combined vaporization tanks) is subjected to condensers 30 to 30x (or to the specified condenser for each vaporization tank respective). In particular, if the remaining sludge has passed through each vaporization tank and has thus been removed from the final vaporization tank, the remaining sludge will be basically free of carbonaceous matter. In general, carbonaceous matter is typically reduced by 50 to 90%, depending on the process temperature, residence time and the addition of oxygen. In any case, the remaining treated sludge is removed via the process duct 32.

[0042] Por meio das válvulas 35 a 35x e das unidades de controle 36 a 36x especificadas para as válvulas 35 a 35x, a quantidade de condensado removido do[0042] Through valves 35 to 35x and control units 36 to 36x specified for valves 35 to 35x, the amount of condensate removed from the

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14/16 processo é regulada.14/16 process is regulated.

[0043] Os constituintes não condensáveis da mistura de vapor/gás são removidos dos condensadores 30 a 30x por meio dos condutos 37 a 37x. Na modalidade preferida mostrada na Fig. 3, os sensores de temperatura 40 a 40x e os sensores de pressão 41 a 41x determinam a temperatura e a pressão dos constituintes não condensáveis deixados após a remoção da maior parte de água nos condensadores 30 a 30x. Devido à remoção de água dentro dos condensadores 30 a 30x, a fração volumétrica mais critica (i.e., menor) de água está presente juntamente com o hidrogênio e o oxigênio nos condutos 37 a 37x. No caso da fração volumétrica de água menor do que 0,84, o fornecimento de oxigênio por meio dos condutos 3 e 2 é interrompido pelo fechamento da válvula 4 e a formação de uma mistura explosiva a montante do condensador é impedida primeiramente. Além disso, a condensação da água nos condensadores 30 a 30x pode ser interrompida no caso de uma mistura explosiva de hidrogênio e oxigênio estar prestes a ser formada a jusante do condensador.[0043] The non-condensable constituents of the vapor / gas mixture are removed from the condensers 30 to 30x through conduits 37 to 37x. In the preferred embodiment shown in Fig. 3, temperature sensors 40 to 40x and pressure sensors 41 to 41x determine the temperature and pressure of the non-condensable constituents left after removing most of the water in the condensers 30 to 30x. Due to the removal of water within the 30 to 30x condensers, the most critical (i.e., smallest) volume fraction of water is present together with hydrogen and oxygen in the 37 to 37x conduits. In the case of a volumetric fraction of water less than 0.84, the oxygen supply through ducts 3 and 2 is interrupted by the closing of valve 4 and the formation of an explosive mixture upstream of the condenser is prevented first. In addition, condensation of water in condensers 30 to 30x can be stopped if an explosive mixture of hydrogen and oxygen is about to be formed downstream of the condenser.

[0044] A remoção dos constituintes não condensáveis da mistura de vapor/gás por meio dos condutos 37 a 37x e 38 a 38x é controlada pelas válvulas 50 a 50x em conjunto com as unidades de controle especificadas 51 a 51x.[0044] The removal of non-condensable constituents from the vapor / gas mixture via the 37 to 37x and 38 to 38x ducts is controlled by valves 50 to 50x in conjunction with the specified control units 51 to 51x.

[0045] A invenção e a redução do tempo morto são adicionalmente ilustradas por meio de um exemplo que se segue:[0045] The invention and the reduction of dead time are further illustrated by means of an example that follows:

Exemplo 1 [0046] Para quatro pressões diferentes (4900,Example 1 [0046] For four different pressures (4900,

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2940, 980, 490, kPa abs (50, 30, 10, 5 bar abs)) medidas de uma mistura de vapor de água/não condensáveis, estão indicadas as temperaturas esperadas para uma fase de água pura vapor e as temperaturas realmente medidas, no caso das frações molares/volumétricas de não condensáveis de 0,05,2940, 980, 490, kPa abs (50, 30, 10, 5 bar abs)) measured for a water vapor / non-condensable mixture, the expected temperatures for a pure water vapor phase and the actual measured temperatures are indicated, in the case of 0.05 molar / volumetric non-condensable fractions,

0,1 e 0,15.0.1 and 0.15.

P [kPa abs (bar abs) ] medida P [kPa abs (abs bar)] measure T [ °C] medida T [° C] measured T [ °C] isenta de não condensáveis T [° C] free from non-condensables P [kPa abs (bar abs)] calculada por IAPWS P [kPa abs (abs bar)] calculated by IAPWS Xnc [^_ J calculadaXnc [ ^_ J calculated 4900 (50) 4900 (50) 260, 8 260.8 263, 9 263, 9 4655 (47,5) 4655 (47.5) 0, 05 0.05 4900 (50) 4900 (50) 257,4 257.4 263, 9 263, 9 4410 (45) 4410 (45) 0, 10 0.10 4900 (50) 4900 (50) 254, 0 254, 0 263, 9 263, 9 4165 (42,5) 4165 (42.5) 0, 15 0.15 2940 (30) 2940 (30) 231, 0 231, 0 233, 9 233, 9 2793 (28,5) 2793 (28.5) 0, 05 0.05 2940 (30) 2940 (30) 228,0 228.0 233, 9 233, 9 2646 (27) 2646 (27) 0, 10 0.10 2940 (30) 2940 (30) 225, 0 225, 0 233, 9 233, 9 2499 (25,5) 2499 (25.5) 0, 15 0.15 980 (10) 980 (10) 177, 7 177, 7 179, 9 179, 9 931 (9,5) 931 (9.5) 0, 05 0.05 980 (10) 980 (10) 173, 3 173, 3 179, 9 179, 9 882 (9,0) 882 (9.0) 0, 10 0.10 980 (10) 980 (10) 172, 9 172, 9 179, 9 179, 9 833 (8,5) 833 (8.5) 0, 15 0.15 490 (5) 490 (5) 149, 9 149, 9 151, 8 151, 8 465,5 (4,75) 465.5 (4.75) 0, 05 0.05 490 (5) 490 (5) 147, 9 147, 9 151, 8 151, 8 441 (4,5) 441 (4.5) 0, 10 0.10 490 (5) 490 (5) 145, 8 145.8 151, 8 151, 8 416,5 (4,25) 416.5 (4.25) 0, 15 0.15

Números de referênciaReference numbers

1 1 tubo de tube of fornecimento supply 2 2 conduto conduit 3 3 tubo de tube of fornecimento supply 4 4 válvula valve de regulagem regulation 5 5 unidade unity de controle of control

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16/1616/16

10 10 tanque de vaporização vaporization tank 11 11 unidade de pulverização spray unit 20-20x 20-20x conduto conduit 21 21 conduto conduit 30-30x 30-30x condensador condenser 32-34 32-34 conduto conduit 35-35x 35-35x válvula valve 36-36x 36-36x unidade de controle control unit 37-37x 37-37x conduto conduit 37-38x 37-38x conduto conduit 40-40x 40-40x válvula valve 41-41X 41-41X unidade de controle control unit 50-50x 50-50x válvula valve 51-51X 51-51X unidade de controle control unit 60x,61x 60x, 61x conduto conduit

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Claims

1. A process for the treatment of carbonaceous sludge, comprising the steps of injecting a gas comprising oxygen into said sludge at temperatures of 150 ° C to 350 ° C and a pressure above the associated boiling point pressures resulting in a mixture of gas / steam comprising at least water, oxygen and hydrogen, determine the volumetric fraction of water in said vapor / gas mixture and interrupt the injection of gas comprising oxygen if the volumetric fraction of water is below 0.84 in said vapor / gas mixture, characterized by the fact that the volumetric fraction of water vapor in said vapor / gas mixture is determined by the IAPWS formulation for water and steam.

A process according to claim 1, where the temperature and pressure of the vapor / gas mixture are measured.

A process according to claims 1 or 2, where the volumetric fraction of water is 0.84 to 1.0, the

molar fraction in oxygen is 0 to 0.16 and the molar fraction of hydrogen is 0 to 0.16. 4. a process in wake up with any of claims 2 or 3, where The vo fraction lumetric of the water is determined by formulation gives IAPWS of water and steam. 5. a process in wake up with any of

previous claims, where the temperature and pressure of said vapor / gas mixture are measured after separating the water by means of condensation.

6. A process according to any of the preceding claims, where a chemically inert gas

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2/3 is added to said steam / gas mixture if a given fraction of water vapor is falling below.

7. A plant for the treatment of carbonaceous sludge comprising at least one vaporization tank (10) with at least one inlet duct (2) for the introduction of untreated and / or partially treated sludge supplied via a supply pipe of mud (1), a gas supply pipe (3) comprising a valve (4) for introducing a gas comprising oxygen in said mud, a gas outlet pipe (20) for discharging the vapor / gas from at least one vaporization tank (10), at least one temperature sensor (40) to determine the temperature of said vapor / gas mixture and a pressure sensor (41) to determine the pressure of said vapor / mixture gas, a control (5) to close said valve (4) if the volumetric fraction of the water is below 0.84 in said vapor / gas mixture.

A plant according to claim 7, additionally comprising at least one condenser (30) for separating the water from the vapor / gas mixture.

A plant according to claim 7 or 8, wherein the gas supply pipe (3) emerges directly with the mud supply pipe (1) in such a way that the gas comprising oxygen is introduced into the upstream mud the vaporization tank (10).

A plant according to any of claims 7 to 9, wherein the gas outlet pipe (20) conducts the steam / gas mixture to the at least one condenser (30) in which the water is separated from the steam mixture /gas.

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A plant according to claim 10, where the temperature sensor (40) and the pressure sensor (41) are located downstream of at least one condenser (30).