BRPI0822789B1

BRPI0822789B1 - método para remover enxofre de um fluxo de gás

Info

Publication number: BRPI0822789B1
Application number: BRPI0822789A
Authority: BR
Inventors: S Fraser Kevin; E Mccombe William
Original assignee: Hatch Ltd
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2018-11-13
Also published as: AU2008363267B2; WO2010045705A1; GB2476601B; GB201105292D0; GB2476601A; CA2738336A1; US20110174155A1; US8702842B2; BRPI0822789A2; CA2738336C; AU2008363267A1; ZA201101230B

Description

(54) Título: MÉTODO PARA REMOVER ENXOFRE DE UM FLUXO DE GÁS (73) Titular: HATCH LTD.. Endereço: 2800 SPEAKMAN DRIVE, MISSISSAUGA ONTÁRIO L5K 2R7, CANADÁ(CA) (72) Inventor: KEVIN S. FRASER; WILLIAM E. MCCOMBE.

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 13/11/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 13/11/2018

Assinado digitalmente por:

Liane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

1/13 ή

Método para remover enxofre de um fluxo de gás.

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção refere-se à separação de enxofre elementar a partir de \ um fluxo de gás quente.

’ 5 FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Uma série de processos industriais produz gases de exaustão, ou gases de saída, contendo enxofre elementar. Um exemplo desses tipos de processo é a oxidação por pressão de minerais de sulfeto que contêm metais. A oxidação por pressão envolve contatar uma pasta mineral com um oxidante, tal como gás oxigênio, em 10 temperatura e pressão elevadas em uma autoclave, para oxidar um ou mais dos minerais, liberando assim valores do metal de interesse para uma possível recuperação em operações posteriores de recuperação de metal. Quando o mineral que sofre oxidação por pressão é um minério de sulfeto, o enxofre do sulfeto do minério é oxidado para uma ou mais espécies de enxofre, tal como sulfato e/ou enxofre elementar, 15 dependendo das condições do processo e do minério específico que está sendo oxidado.

Nas pressões e temperaturas elevadas da reação de oxidação, o enxofre elementar pode .existir na forma líquida ou de vapor, è e descarregado da autoclave como um componente do gás expirado da autoclave. Depois de sair da autoclave, o gás expirado (ou gás de escape) normalmente é passado através de um 20 lavador de gases e é descarregado para a atmosfera. Em plantas de oxidação por ~ pressão, mais recentemente projetadas, o gás de escape é passado através de um meio aquoso, geralmente água, dentro de um vaso de extinção, para recuperar o calor dos gases de exaustão e para remover materiais condensáveis, reduzindo assim o volume de gás expirado que deve ser tratado pelo lavador de gases. O enxofre elementar no gás de 25 escape se solidifica durante a extinção e é removido do vaso de extinção, com o meio aquoso contendo a fração condensada do gás de escape. O meio aquoso é drenado do vaso de extinção e pode ser submetido a etapas adicionais do processo, tais como neutralização, remoção de sólidos e/ou recuperação de calor.

É sabido que o enxofre elementar existe em várias formas sólidas 30 diferentes, conhecidas como alótropos. O alótropo predominante do enxofre produzido durante a extinção rápida do enxofre líquido ou na forma de vapor é o enxofre monoclínico, que tende a formar uma massa amorfa, mole e pegajosa, e provoca dificuldades durante o processamento subseqüente do meio aquoso drenado do vaso de extinção. Em particular, o enxofre monoclínico entope os filtros usados para a 35 recuperação de sólidos e contribui para a formação de crostas nos equipamentos do processo, tais como nos trocadores de calor que podem ser usados para recuperar o calor do gás expirado condensado.

Assim, há a necessidade de um processo de remoção de enxofre

2/13 que evite a formação de alótropos de enxofre pegajosos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em um aspecto, a presente invenção fornece um método para a remoção de enxofre elementar de um fluxo de gás quente. O método compreende as 5 seguintes etapas: (a) prover um meio aquoso contendo um material particulado; (b) prover um vaso com uma primeira entrada para o fluxo de gás quente, uma segunda entrada para o meio aquoso, e uma saída para remover do vaso uma fração líquida contendo enxofre; (c) passar o fluxo de gás quente no vaso através da primeira entrada; (d) passar o meio aquoso no vaso através da segunda entrada, de tal forma que o fluxo 10 de gás quente e o meio aquoso entrem em contato um com o outro dentro do vaso para formar a fração líquida contendo enxofre; e (e) drenar do vaso a fração líquida contendo enxofre, através da saída.

Em uma forma de incorporação da invenção, o vaso conta ainda com um respiradouro de gás, através do qual uma fração não-condensável do gás do 15 fluxo de gás quente é retirada do vaso, onde a fração de gás não-condensável é passada para um lavador de gases ou outro equipamento para limpeza de gases. O respiradouro de gás pode estar localizado em uma extremidade superior do vaso. Em uma forma de incorporação da invenção, o vaso tem uma seção de condensação na qual o meio aquoso entra em contato com o fluxo de gás 20 quente, e uma seção coletora localizada a jusante jda seção de condensação e adjacente - - · à citada saída; onde a fração líquida contendo enxofre é coletada na seção coletora. A primeira entrada para o fluxo de gás quente pode estar localizada em uma extremidade inferior da seção de condensação, de modo que o fluxo de gás se move para cima através da seção de condensação, e a segunda entrada para o meio aquoso pode estar 25 localizada em uma extremidade superior da seção de condensação, de tal maneira que o meio aquoso se move para baixo através da seção de condensação. A seção de condensação do vaso pode ser provida com uma pluralidade de defletores, que criam caminhos de fluxo tortuosos para o fluxo de gás quente e para o meio aquoso. Altemativamente, a seção de condensação pode conter uma árvore de pulverização a 30 partir da qual o meio aquoso é pulverizado na direção das paredes do vaso, e o fluxo de gás quente segue uma trajetória de fluxo helicoidal através da seção de condensação.

Em uma forma de incorporação da invenção, o meio aquoso entrando no vaso está a uma temperatura mais baixa do que o fluxo de gás quente que entra no vaso, e pode estar em temperatura ambiente. O fluxo de gás quente que entra 35 no vaso pode estar a uma temperatura de cerca de 110 até aproximadamente 240 graus C, e pode ter um teor de enxofre de aproximadamente 0,001 até cerca de 1,0 por cento em peso, onde o enxofre no fluxo de gás quente pode estar na forma gasosa ou na forma líquida. O enxofre pode ser convertido em uma forma sólida quando ele entra em contato .1

3/13 com o meio aquoso, com o enxofre sólido compreendendo predominantemente enxofre rômbico.

Em uma forma de incorporação da invenção, o fluxo de gás quente pode ser um gás de escape da autoclave, que também contém vapor, em que pelo menos uma porção do vapor é condensada na seção de condensação do vaso, e forma parte da fração líquida contendo enxofre que é drenada do vaso. Em uma forma de incorporação da invenção, o método compreende ainda a etapa de remoção de sólidos a partir da fração líquida contendo enxofre, a jusante do vaso, de modo a formar uma segunda fração líquida, na qual os sólidos removidos da fração líquida incluem o material particulado do meio aquoso e o enxofre solidificado do fluxo de gás quente. O método pode ainda incluir a etapa de recuperar calor da segunda fração líquida, passando a segunda fração líquida através de um trocador de calor.

Em uma forma de incorporação da invenção, a etapa de remoção de sólidos pode compreender substancialmente a remoção completa dos sólidos da fração líquida. Alternativamente, a etapa de remoção de sólidos pode incluir a remoção de uma porção selecionada de sólidos da fração líquida, de tal forma que pelo menos uma porção do material particulado. do meio aquoso permanece na segunda fração líquida. A porção selecionada de sólidos pode ser removida da fração líquida em uma base continua, e pode por exemplo incluir partículas finas, com uma fração mais grossa dos sólidos permanecendo na segunda fração líquida. _ _ _ __ . * = ------- — ~ ~ ~

Em uma forma de incorporação da invenção, pelo menos uma porção da segunda fração líquida pode ser reciclada para a seção de condensação do vaso, de tal forma que a segunda fração líquida forma pelo menos uma porção do meio aquoso que entra no vaso através da segunda entrada.

Em uma forma de incorporação da invenção, a etapa de remoção de sólidos pode ser realizada por um aparelho de remoção de sólidos, e o método pode ainda compreender desviar uma porção da fração líquida em torno do aparelho de remoção de sólidos, em um regime tanto contínuo como periódico, de modo a manter um teor de sólidos desejado na segunda fração líquida.

Em uma forma de incorporação da invenção, o meio aquoso compreende uma pasta aquosa derivada do fluxo do processo no qual o referido método é executado, e pode por exemplo compreender uma pasta de rejeitos. Como uma alternativa, o meio aquoso pode incluir uma pasta aquosa que é dedicado ao dito método, onde o material particulado é um material inerte, por exemplo, um material de silicato.

Em uma forma de incorporação da invenção, o meio aquoso podem ter um teor de sólidos acima de 0% até cerca de 65% de sólidos, em peso. O meio aquoso pode conter partículas tendo um tamanho de partícula de cerca de 1 mícron até aproximadamente 5 mm, que pode ter uma distribuição de tamanho de partículas •1

4/13 (Ρ80) de cerca de 10-150 mícrons.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A invenção será agora descrita, apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos acompanhantes, em que:

A figura 1 é um diagrama de fluxo ilustrando as etapas do processo, no método, de acordo com a invenção;

A figura 2 é uma vista esquemática de um vaso de extinção mostrado no fluxograma da figura 1;

A figura 3 é uma vista esquemática de um vaso de extinção, para uso em um método de acordo com uma segunda forma de incorporação da invenção; e

A figura 4 é um diagrama de fluxo ilustrando as etapas do processo, de acordo com uma forma de incorporação da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Várias formas de incorporação da invenção são descritas abaixo, com referência aos diagramas de fluxo das figuras 1 e 4. Todas as formas de incorporação aqui descritas dizem respeito especificamente à separação do enxofre elementar_dofluxo.de gases de exaustão de uma autoclave, na qual urrToü mais minerais sulfídicos são oxidados para gerar diversos produtos de reação, incluindo enxofre elementar como um subproduto da reação. Salvo indicação em contrário, os termos enxofre e enxofre elementar, como usados neste documento, referem-se ao enxofre no^ seu estado de oxidação zero. Embora o processo de remoção de enxofre, de acordo com a invenção, seja aqui descrito no contexto de um processo de oxidação por pressão, ele não fica restrito a isto. O processo, de acordo com a invenção, pode ser usado para separar enxofre a partir de qualquer fluxo de gás quente que contenha enxofre.

A figura 1 ilustra uma autoclave 34, em que uma pasta aquosa de um material contendo mineral de sulfeto é oxidada pelo oxigênio gasoso sob condições de temperatura e pressão elevadas. A identidade específica do material contendo mineral de sulfeto submetido à oxidação por pressão não é particularmente importante para a presente invenção, exceto pelo fato de que um dos produtos da oxidação é enxofre elementar. O material contendo mineral de sulfeto pode incluir um ou mais minérios de sulfeto, incluindo minérios de metais-base como cobre, cobalto, níquel e zinco, ou metais preciosos tais como ouro e prata.

A autoclave 34 mostrada na figura 1 apresenta uma estrutura típica, compreendendo vários compartimentos separados por divisores 44. A pasta aquosa entra continuamente na autoclave 34 através do conduto de admissão 48 e transborda sucessivamente cada divisor 44, à medida que ela se move através da autoclave 34. Cada compartimento é provido com um agitador 46 para agitar a pasta, e uma entrada de oxigênio através da qual o oxigênio é alimentado a cada um dos

5/13 compartimentos, vindo do conduto de oxigênio 50. Embora não sejam mostrados, outros reagentes tais como o ácido sulfúrico podem ser acrescentados à autoclave 34, a fim de auxiliar na oxidação, e vapor e/ou água líquida podem ser adicionados a um ou mais de um dos compartimentos, para regular a temperatura da pasta. A pasta oxidada é continuamente descarregada do último compartimento da autoclave 34 através do conduto de saída 52. A pasta oxidada é então submetida a etapas de processamento adicionais, não descritas aqui, a fim de recuperar um ou mais valores de metal nela contidos.

O interior da autoclave 34 está em temperatura elevada, normalmente dentro da faixa de cerca de 110 °C até aproximadamente 240 °C, e em pressão elevada, que pode ser tão elevada quanto aproximadamente 40 bar (600 psi). A pressão dentro da autoclave 34 é regulada pela ventilação dos gases da autoclave em uma base contínua ou intermitente, através da válvula de descarga de gás 36, que recebe o gás de escape do conduto de gás 35, o qual se comunica com o interior da autoclave 34. O gás de escape está na temperatura e pressão da autoclave acima mencionadas, quando ele entra na válvula de descarga de gás 36.

= O gás de escape é constituído^prihcípalmente de vapor, gases não condensáveis tais como oxigênio e nitrogênio, e também contém enxofre elementar na forma líquida ou de vapor. O teor de enxofre do gás de escape pode ser maior do que cerca de 0,001 por cento em peso, e normalmente está dentro do intervalo'de^_cerca de 0,001 até 1,0 por cento em peso. Uma composição típica do gás de escape que sai da autoclave 34 é a seguinte:

Vapor - cerca de 40-95% v/v (volume);

Nitrogênio - cerca de 0-3% v/v;

Oxigênio - cerca de 1-30% v/v;

Dióxido de carbono - cerca de 0-25% v/v; e Enxofre - cerca de 0,001-1,0% p/p (peso).

A pressão do gás de escape é reduzida a partir da pressão acima mencionada da autoclave, para um valor entre 0,10 e 0,15 bar (g), à medida que flui através da válvula de descarga de gás 36 e se expande através de um difusor cônico 37 na direção de um vaso de extinção 10. Dentro do vaso de extinção 10 o gás de escape passa rapidamente de superaquecido para menos de 100 °C. O resfriamento rápido do gás de escape provoca condensação do componente de vapor do gás de escape, bem como a solidificação do componente de enxofre elementar.

O vaso de extinção 10 e a etapa de extinção são agora descritas em mais detalhes com referência à figura 2, que proporciona uma vista mais detalhada do vaso de extinção 10 mostrado na figura 1. A construção do vaso de extinção 10 é semelhante à do vaso aquecedor mostrado na patente U.S. N° 6.945.775 comumente

6/13 atribuída a Fraser et al., emitida em 20 de setembro de 2005, e que é aqui incorporada como referência em sua totalidade.

O vaso de extinção 10 compreende uma seção de condensação e uma seção coletora 14, que está localizada a jusante da seção de condensação 12.

Na forma de incorporação da figura 2, a seção de condensação 12 e a seção coletora 14 ficam dispostas verticalmente uma em relação à outra, com a seção de condensação 12 estando localizada em uma parte superior do vaso 10, e a seção coletora 14 estando localizada em uma parte inferior do vaso 10.

A seção de condensação 12 pode incluir uma pluralidade de 10 defletores 16 projetando-se para dentro a partir das paredes do vaso de extinção 10, e dispostos em ângulo descendente em direção à seção coletora 14. Uma primeira entrada 18, para receber o gás de escape superaquecido vindo do difusor 37, está localizada abaixo do defletor 16 mais baixo, e acima da seção coletora 14. Uma segunda entrada 24, para receber um meio de resfriamento aquoso, está localizada no, ou próximo do, 15 topo da seção de condensação 12.

O meio aquoso entra no vaso de extinção 10 através da segunda entrada 24, e é distribuído.por meio de um tubo perfurado 26, atravésdo defletor 16 mais alto, para o interior do vaso de extinção 10. O meio aquoso está em uma temperatura menor do que o fluxo de gás quente que entra no vaso de extinção 10, e pode, por 20 exemplo, estar na temperatura ambiente e com uma pressão de alimentação tãobaixa ’ quanto um bar (g). O meio aquoso é conduzido para baixo, por gravidade, através da seção de condensação 12, descendo sobre a superfície dos defletores 16 na direção das setas de linha cheia mostradas no interior do vaso 10, e é recolhido na seção coletora 14.

O difusor 37 e a primeira entrada 18 estão inclinadas em um 25 ângulo descendente, para direcionar o fluxo de gás superaquecido para baixo, em direção ao meio aquoso na seção coletora 14, reduzindo a velocidade e temperatura do gás de escape. O gás de escape flui então para cima, através da seção de condensação 12, na direção das setas tracejadas mostradas no interior do vaso 10, seguindo um caminho tortuoso que flui ao redor dos defletores 16, entrando em contato com o fluxo 30 descendente do meio de resfriamento aquoso.

O resfriamento do fluxo de gás de escape quente resulta em condensação de vapor e solidificação de enxofre, os quais ficam incorporados no meio aquoso coletados na seção coletora 14. O meio aquoso também torna-se aquecido pelo contato com o fluxo de gás quente, normalmente dentro de uma faixa de cerca de 25-100 35 °C. A fração não-condensável do fluxo de gás de escape continua seu fluxo ascendente através da seção de condensação 12, saindo do vaso 10 através de uma saída de gás de escape 20 localizada na extremidade superior do vaso 10, e entrando em um conduto de gás de escape 22, que pode estar conectado a um lavador de gases ou outro

7/13 equipamento de limpeza de gás (não mostrado). Uma composição típica do gás de escape que sai do vaso de extinção 10 através da saída 20 é a seguinte:

Vapor - cerca de 30-70% v/v (volume);

Nitrogênio - cerca de 0-5% v/v;

Oxigênio - cerca de 5-50% v/v;

Dióxido de carbono - cerca de 0-30% v/v; e

Enxofre - cerca de 0,001-0,5% p/p (peso).

A fração líquida coletada na seção coletora 14 (também referida aqui como a fração líquida contendo enxofre) inclui, portanto, o meio aquoso, componentes condensáveis do fluxo de gás de escape quente, incluindo vapor condensado, e enxofre solidificado do fluxo de gás de escape quente. O nível aproximado da fração líquida coletada dentro da seção 14 é designado pelo numeral de referência 28. Uma saída 30 para a drenagem da fração líquida é provida ao lado da seção coletora 14 e, de preferência, é provida na extremidade inferior da mesma. A fração líquida é descarregada da saída 30 e entra em um conduto 32, através do qual ela é conduzida para fora do vaso de extinção 10 para processamento posterior, conforme descrito em detalhes abaixo. Naturalmente, a concentração de enxofre na fração líquida descarregada da saída 30 varia muito, pois depende da quantidade do meio de extinção adicionado ao vaso 10 em relação ao teor de enxofre do fluxo de gases de escape, que é altamente variável. Normal mente, o teor de enxofre da fração líqúida contendo enxofre pode estar na faixa de cerca de 5 ppm até 1 % em peso.

A figura 3 ilustra esquematicamente um segundo tipo de vaso de extinção 38 que pode ser usado no método de acordo com a invenção, e que pode ser substituído pelo vaso de extinção 10 nos fluxogramas das figuras 1 e 4. O vaso de extinção 38 é semelhante ao vaso 10 descrito acima, e os componentes similares do vaso 38 são identificados pelos mesmos números de referência. O vaso de extinção 38 difere do vaso 10 na medida em que ele não inclui defletores 16, mas utiliza um projeto de árvore de pulverização de modo a proporcionar o contato entre o meio aquoso e o fluxo de gás quente. Em particular, a árvore de pulverização compreende um tubo perfurado 40 que estende-se verticalmente pelo centro do vaso 38, e está conectado à entrada 24. O meio aquoso é pulverizado exteriormente a partir de bicos no tubo 40, na direção das paredes do vaso 38. O fluxo de gás quente entra no vaso 38 na extremidade inferior da seção de condensação 12, e segue uma trajetória helicoidal à medida que se move para cima através da seção de condensação 12, vindo da entrada 18, conforme indicado pela seta helicoidal 42, proporcionando assim o contato entre o meio aquoso e o fluxo de gás quente. O caminho de fluxo helicoidal 42 pode ser criado por meio da localização da primeira entrada 18, para que o fluxo de gás quente entre no vaso 38 tangencialmente em relação à parede cilíndrica do vaso 38.

8/13

Como mencionado acima, a extinção de um gás de escape contendo enxofre provoca uma rápida transformação de fase do enxofre elementar gasoso ou líquido para a fase sólida, resultando na formação de alótropos de enxofre amorfos, pegajosos, tal como enxofre monoclínico. Apesar do resfriamento posterior do enxofre monoclínico eventualmente fazer com que ele seja pelo menos parcialmente convertido em alótropos mais estáveis, nâo-pegajosos, tal como o enxofre rômbico, a presença mesmo que temporária de enxofre monoclínico no meio aquoso é indesejável, pois causa dificuldades nas etapas de processamento adicionais que podem ser executadas a jusante do vaso de extinção 10.

No processo de acordo com a presente invenção, a formação de alótropos de enxofre pegajosos durante a extinção é substancialmente reduzida ou eliminada. Êm particular, os inventores descobriram que a incorporação de um material particulado ao meio de resfriamento aquoso promove a conversão do enxofre gasoso ou líquido, no gás de escape, diretamente em alótropos de enxofre cristalinos, estáveis, não pegajosos, tal como enxofre rômbico, com pouca ou nenhuma formação de alótropos de enxofre pegajosos, tal como enxofre monoclínico. Embora não queiram se comprometer çom qualquer teoria, os inventores acreditam que ó material particulado no meio aquoso provê locais de nucleação para a formação preferencial de alótropos de enxofre estáveis, não-pegajosos, tal como enxofre rômbico. A natureza específica e a quantidade do material particulado contido no.meio aquoso são altamente variáveis, uma'vez que o material particulado não reage com enxofre para produzir qualquer alteração química. As composições específicas do meio aquoso e do material particulado são, portanto, altamente variáveis, e são pelo menos parcialmente dependentes do fluxo de processo global em que o método da invenção está incorporado. Alguns exemplos específicos de um meio aquoso contendo material particulado para uso na presente invenção são descritos abaixo.

A discussão a seguir é sobre as etapas de processamento pelas quais a fração líquida contendo enxofre pode passar depois de ser drenada dos vasos de extinção 10 ou 38.

De acordo com algumas formas de incorporação da invenção, a fração líquida contendo enxofre pode ser processada ou filtrada de modo a proporcionar uma separação completa ou parcial entre os componentes líquidos e sólidos nela contidos. Esta separação pode ser realizada de modo a permitir a reciclagem ou recuperação dos componentes líquidos ou sólidos da fração líquida. Também, porque o meio aquoso é aquecido pelo fluxo de gás quente que passa através do vaso de extinção 10, ele pode estar a uma temperatura elevada quando deixa o vaso 10. Portanto, pode também ser desejável recuperar o calor da fração líquida contendo enxofre, por exemplo, fazendo-se passar a fração líquida através de um trocador de calor. As etapas de

9/13 processamento adicionais descritas abaixo incluem tanto uma etapa de separação de sólidos como uma etapa de recuperação de calor.

No fluxograma da figura 1, o meio aquoso contendo material particulado é alimentado na segunda entrada 24 do vaso de extinção 10 através do 5 conduto 25, e absorve o enxofre do fluxo de gás de escape que entra no vaso 10 através da entrada 18. A fração líquida resultante contendo enxofre, na qual o enxofre está presente na forma de um ou mais alótropos de enxofre não-pegajosos, tal como enxofre rômbico, é drenada do vaso 10 através da saída 30 e entra no conduto 32. A fração líquida contendo enxofre pode primeiro ser passada para um tanque de armazenamento 10 intermediário 54 antes de sofrer processamento posterior. A partir do tanque de armazenamento 54, a fração líquida contendo enxofre é bombeada por uma bomba 56 através de um conduto 58 até um dispositivo para remoção de sólidos 60, que pode compreender um filtro, um espessante, ou outro dispositivo de separação para remoção de alguns dos, ou todos os, resíduos sólidos provenientes da fração líquida contendo 15 enxofre. Os sólidos removidos da fração líquida podem incluir alguns dos, ou todos os, sólidos do material particulado originalmente contido no meio aquoso, assim como um pouco dó, ou todo o, enxofre solidificado contido no meío aquoso. Os inventores descobriram que o método de acordo com a invenção proporciona uma melhor separação do enxofre sólido do meio aquoso, se comparado com processos semelhantes 20 nos quais o meio aquoso não contém material particulado, devido ao fato de que ós alótropos de enxofre não-pegajosos contidos no meio aquoso são mais fáceis de remover por filtração do que os alótropos pegajosos, tal como enxofre monoclínico.

A fração líquida que sai do dispositivo para remoção de sólidos 60 através do conduto 64 tem menor teor de sólidos do que a fração líquida contendo 25 enxofre que sai do vaso de extinção 10. Este líquido é algumas vezes referido aqui como a segunda fração líquida. Como a segunda fração líquida pode estar a uma temperatura elevada, pode ser desejado recuperar o calor da mesma passando-a através de um trocador de calor 66, que pode compreender um trocador de calor do tipo com casco e tubo. Preferencialmente, o trocador de calor 66 pode estar localizado a jusante do 30 dispositivo de remoção de sólidos 60, embora possa ser apreciado que nem sempre é esse o caso. Em algumas formas de incorporação da invenção, o dispositivo de remoção de sólidos 60 está localizado a jusante do trocador de calor 66, e algumas outras formas de incorporação da invenção podem enfim não incluir uma etapa de remoção de sólidos. Os inventores descobriram que a formação de crostas nas superfícies interiores do 35 trocador de calor é reduzida ou eliminada, no método da presente invenção, independentemente da etapa de troca de calor ser precedida por uma etapa de remoção de sólidos. Acredita-se que a redução ou eliminação da formação de crostas é devido à conversão preferencial do enxofre no gás de escape em um alótropo cristalino, não

10/13 pegajoso, tal como enxofre rômbico, em parte porque os alótropos de enxofre não pegajosos são mais facilmente removidos durante a etapa de remoção de sólidos, e também porque os alótropos de enxofre não pegajosos contribuem menos para a formação de crostas do que os alótropos de enxofre pegajosos. Neste contexto, os 5 inventores descobriram que formas pegajosas do enxofre, tal como o enxofre monoclínico, não apenas aderem aos equipamentos do processo mas também fazem com que outras partículas fiquem aderidas às superfícies dos equipamentos, resultando na formação de crostas. Embora a invenção seja descrita acima como tendo uma redução benéfica na formação de crostas em um trocador de calor, deve ser apreciado 10 que a formação de crostas causada por alótropos de enxofre pegajosos é indesejável em qualquer ponto do fluxo do processo, e que a presente invenção pode potencialmente produzir efeitos positivos em qualquer ponto onde alótropos de enxofre pegajosos contribuem para a formação de crostas nos equipamentos do processo.

Em algumas formas de incorporação da invenção, a segunda 15 fração líquida não é reciclada de volta para o vaso de extinção 10. Nessas formas de incorporação, todo o volume da segunda fração líquida é enviado através do conduto 68, seja para eliminação ou para uso-em outro ponto no fluxo de' processo, e o conduto de reciclagem 70, mostrado em linhas pontilhadas na figura 1, é desnecessário. O meio aquoso que entra no vaso de extinção 10 pode ser inteiramente composto por pasta, 20 vinda de um outro ponto no fluxo de processo, e pode incluir praticamente qualquer fluxo de resíduos do processo contendo material particulado, com a possível exceção daqueles que contêm componentes indesejáveis que podem ser volatilizados pelo contato com o fluxo de gás de escape, ou quando o fluxo de resíduos deve ser posteriormente processado e a presença de enxofre na pasta vai interferir com o processamento 25 posterior. Por exemplo, o meio aquoso pode compreender qualquer pasta de rejeitos, compreendendo uma pasta de resíduos vinda de qualquer ponto no processo e que deve ser eliminada. Em algumas formas de incorporação da invenção, a pasta de rejeitos pode conter partículas minerais exauridas, que sofreram oxidação por pressão e etapas subsequentes de recuperação de metal, tal pasta devendo ser eliminada, por exemplo, 30 em um reservatório de rejeitos. Alternativamente, quando não existe nenhuma pasta do processo disponível ou apropriada para uso, uma pasta dedicada pode ser usada no método da invenção. A pasta dedicada pode ser feita preferencialmente por água e um material particulado inerte, tal como sílica (areia). O conteúdo de partículas do meio aquoso é altamente variável, variando de acima de 0% até cerca de 65% de sólidos em 35 peso. O tamanho das partículas no meio aquoso é altamente variável, podendo variar de menos de cerca de 1 mícron até aproximadamente 5 mm, com uma distribuição de tamanho de partículas (P80) de cerca de 10-150 mícrons.

Em outras formas de incorporação da invenção, pelo menos uma

11/13 parte da segunda fração líquida resfriada pode ser reciclada de volta para o vaso de extinção 10 através do conduto de reciclagem 70. Diversas variações do processo envolvendo a reciclagem parcial ou completa da segunda fração líquida são descritas a seguir, com referência às figuras 1 e 4.

Em primeiro lugar, quando ocorre a reciclagem de uma parte da segunda fração líquida, é importante manter um equilíbrio de água apropriado no sistema. Uma vez que vapor está presente no gás de escape da autoclave e, posteriormente, ele é condensado no vaso de extinção, uma quantidade correspondente de água deve ser retirada a jusante do vaso de extinção, a fim de manter o equilíbrio da 10 água. Conforme mostrado na figura 1, a água pode ser removida do fluxo do processo a jusante do dispositivo de remoção de sólidos 60, quer a montante do trocador de calor, através do conduto 72, quer a jusante do trocador de calor 66, através do conduto 68.

Em algumas formas de incorporação da invenção, é desejado que o meio aquoso que entra no vaso de extinção seja parcialmente feito de uma pasta do 15 processo, que pode incluir uma pasta de rejeitos como descrito acima, e seja parcialmente feito da segunda fração líquida. Neste caso, uma parte da segunda fração líquida é reciclada de volta pára o vaso de extinção 10 através do conduto 70, e pode ser combinada com a pasta do processo que entra no vaso de extinção 10 através da entrada 24. Esta forma de incorporação também é ilustrada na figura 1, que mostra o 20 conduto de reciclagem 70 conectado ao=conduto 25, a fim de combinar a pasta do processo e a segunda fração líquida a montante do vaso de extinção 10. Deve ser apreciado que uma válvula (não mostrada) pode ser provida nos pontos de conexão entre os condutos 25 e 70, a fim de regular as quantidades relativas de pasta do processo e a segunda fração líquida reciclada que entra no vaso de extinção. Também deve ser 25 apreciado que o conduto de reciclagem 70 pode ir diretamente para o vaso de extinção 10, de tal forma que a pasta do processo e a segunda fração líquida reciclada são misturadas no interior do vaso de extinção 10.

Também pode ser desejado, nesta forma de incorporação, controlar o teor de partículas da segunda fração líquida que é reciclada de volta para o 30 vaso de extinção 10. Em uma variante do método, a porção reciclada da segunda fração líquida pode ser livre de partículas, caso em que o dispositivo de remoção de sólidos 60 remove todo, ou substancialmente todo, o material particulado da segunda fração líquida. Em outras variantes, a segunda fração líquida pode conter material particulado, caso em que a totalidade, ou uma parte, da segunda fração líquida se desvia do dispositivo de 35 remoção de sólidos 60, por exemplo, através do circuito de derivação 74, ou o dispositivo 60 pode ser configurado para remover apenas uma fração determinada do material particulado da segunda fração líquida. A remoção parcial de sólidos da pasta envolve ainda outras variações de processo, que são descritas em maiores detalhes abaixo.

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Ainda em outra forma de incorporação da invenção, o meio aquoso que entra no vaso de extinção 10 pode ser inteiramente feito da segunda fração líquida. Nesta forma de incorporação, que é ilustrada na figura 4, todo o volume do meio aquoso é fornecido ao vaso de extinção 10 através do conduto de reciclagem 70, e o 5 conduto 25 é, portanto, eliminado. Nesta forma de incorporação, a segunda fração líquida sofre, de preferência, somente uma remoção parcial de sólidos, de modo a manter um equilíbrio adequado de sólidos no meio aquoso que entra no vaso de extinção 10, a fim de garantir que o meio aquoso contenha locais de nucleação suficientes para a solidificação do enxofre. Isso pode ser feito de várias maneiras. Em uma variante desta 10 forma de incorporação, o dispositivo de remoção de sólidos remove seletivamente, da fração líquida que sai do vaso de extinção 10, uma fração de sólidos com um determinado tamanho. Por exemplo, o dispositivo de remoção de sólidos 60 pode remover seletivamente partículas finas da fração líquida, permitindo ao mesmo tempo que partículas mais grossas permaneçam na segunda fração líquida, e sejam recicladas 15 de volta para o vaso de extinção 10 pelo conduto 70. Os inventores descobriram que partículas grossas podem fornecer melhores locais de nucleação e são mais fáceis de remover por filtração do que partículas finas e, portanto, as partículas finas são preferencialmente removidas.

Em outra variante desta forma de incorporação, o dispositivo de 20 remoção de sólidos 60 pode remover substancialmente todos os-sólidos da fração’ líquida. No entanto, um circuito de derivação 74 (mostrado em linhas pontilhadas nas figuras 1 e 4) é provido, de modo a permitir que uma parte da fração líquida contendo enxofre se desvie do dispositivo de remoção de sólidos, numa base contínua ou intermitente, e assim mantenha uma desejada concentração de sólidos na fração líquida. 25 Esta variante pode ser utilizada quando a remoção seletiva de determinados tamanhos de partícula é desnecessária. Além disso, esta forma de incorporação demonstra que o circuito pode ser operado em um modo de estado não-constante, pelo qual ocorre a remoção de sólidos, o desvio é iniciado, e os sólidos acumulam-se no circuito até um valor crítico, e nesse momento a filtração é realizada novamente.

É igualmente importante, na forma de incorporação da figura 4, manter um equilíbrio de água apropriado, e portanto uma parte da fração líquida é removida tanto a montante 72 como a jusante 68 do trocador de calor 66, como descrito acima.

A forma de incorporação da figura 4 pode ser particularmente útil 35 em aplicações retroativas, onde todas as pastas alimentadas disponíveis já são utilizadas em outros locais no processo.

Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência a certas formas de incorporação preferidas, deve ser apreciado que a invenção não fica

13/13 limitada a tais formas. Em vez disso, a invenção inclui todas as formas de incorporação que possam entrar no escopo das reivindicações a seguir.

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Claims

Reivindicações

1. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, caracterizado pelo fato de compreender:

(A) prover um meio aquoso contendo um material particulado;

(B) prover um vaso (10) com uma primeira entrada (18) para o fluxo de gás quente, uma segunda entrada (24) para o meio aquoso, e uma saída (30) para a remoção de uma fração líquida contendo enxofre do vaso (10);

(C) passar o fluxo de gás quente pelo vaso (10) através da dita primeira entrada (18);

(D) passar o meio aquoso pelo vaso (10), através da dita segunda entrada (24), de modo que o fluxo de gás quente e o meio aquoso entrem em contato um com o outro dentro do referido vaso (10), para formar a dita fração líquida contendo enxofre; e (E) drenar do vaso (10) a dita fração líquida contendo enxofre, através da referida saida (30).
2. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o vaso (10) compreende ainda um respiradouro ou saída de gás (20) através do qual uma fração de gás não-condensável do referido fluxo de gás quente é retirada do vaso (10)7onde a'fração dê gás nãocondensável é passada por um lavador de gases ou de outro equipamento para limpeza de gases.
3. Método para remover enxofre de um fluxo de gás^de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o respiradouro ou saída de gás (20) está localizado em uma extremidade superior do vaso (10).
4. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o vaso (10) possui uma seção de condensação (12) na qual o meio aquoso entra em contato com o fluxo de gás quente, e uma seção coletora (14) localizada a jusante da seção de condensação (12) e adjacente à referida saída (20), onde a fração líquida que contém enxofre é coletada na dita seção coletora (14).
5. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a primeira entrada (18) para o fluxo de gás quente está localizada em uma extremidade inferior da seção de condensação (12), de modo que o fluxo de gás se move para cima através da seção de condensação (12), e a segunda entrada (24) para o meio aquoso está localizada em uma extremidade superior da seção de condensação (12), de tal forma que o meio aquoso se movimenta para baixo através da seção de condensação (12).
6. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a seção de condensação (12) do vaso (10) está equipada com uma pluralidade de defletores (16) que criam caminhos de

2/4 fluxo tortuosos para o fluxo de gás quente e para o meio aquoso.
7. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a seção de condensação (12) contém uma árvore de pulverização, a partir da qual o meio aquoso é pulverizado na

5 direção das paredes do vaso (10), e o fluxo de gás quente segue uma trajetória de fluxo helicoidal através da seção de condensação (12).
8. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o meio aquoso que entra no vaso (10) está a uma temperatura mais baixa do que o fluxo de gás

10 quente que entra no vaso (10).
9. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o meio aquoso que entra no vaso (10) está na temperatura ambiente.
10. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo 15 com as reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o fluxo de gás quente que entra no vaso (10) está a uma temperatura de cerca de 110 até aproximadamente 240 graus C, e o enxofre no fluxo de gás quente está no estado gasoso ou líquido. ^—
11. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o teor de

20 enxofre do fluxo de gás quente é de cerca de 0,001-até aproximadamente-1,0 por cento em peso.
12. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o enxofre no fluxo de gás quente é convertido para a forma sólida quando ele entra em contato com

25 o meio aquoso.
13. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a dita forma sólida do enxofre compreende predominantemente enxofre rômbico.
14. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo 30 com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o fluxo de gás quente é um gás de escape de uma autoclave (34), o qual também contém vapor, onde pelo menos uma parte do vapor é condensado na seção de condensação (12) e forma parte da fração líquida contendo enxofre que é drenada do vaso (10).
15. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo 35 com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de remoção de resíduos sólidos da dita fração líquida contendo enxofre, a jusante do vaso (10), de modo a formar uma segunda fração líquida, em que os ditos sólidos incluem o material particulado do meio aquoso e o enxofre solidificado do dito

3/4 fluxo de gás quente.
16. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de recuperação de calor da dita segunda fração líquida, passando-se a referida segunda fração líquida através de um trocador de calor (66).
17. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com as reivindicações 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de remoção de sólidos compreende substancialmente a remoção completa dos referidos sólidos da dita fração líquida.
18. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com as reivindicações 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de remoção de sólidos compreende a remoção de uma parte selecionada dos ditos sólidos da fração líquida, de tal modo que pelo menos uma porção do referido material particulado do meio aquoso permanece na segunda fração líquida.
19. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte da segunda fração líquida é reciclada para a seção de condensação (12) do vaso (10).
20. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a segunda fração líquida forma

-pelo menos uma parte do referido meio aquoso que entra no vaso (10) através da segunda entrada (24).
21. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a citada parte selecionada dos ditos sólidos é removida da referida fração líquida em uma base contínua.
22. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de remoção de sólidos é realizada por um aparelho ou dispositivo de remoção de sólidos (60), onde o dito método compreende ainda desviar uma parte da referida fração líquida em torno do citado aparelho de remoção de sólidos (60), em uma base contínua ou periódica, de modo a manter um desejado teor de sólidos na referida segunda fração liquida.
23. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 21, caracterizado pelo fato de que a dita parte selecionada dos ditos sólidos inclui partículas finas, enquanto uma fração mais grossa de sólidos permanece na segunda fração líquida.
24. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizado pelo fato de que o meio aquoso compreende uma pasta aquosa derivada do fluxo de processo onde o referido

4/4 método é executado.
25. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o meio aquoso compreende uma pasta de rejeitos.

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26. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizado pelo fato de que o meio aquoso compreende uma pasta aquosa que é dedicada ao dito método, no qual o material particulado é um material inerte.
27. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo

10 com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o referido material particulado é um material de silicato.
28. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 27, caracterizado pelo fato de que o meio aquoso tem um teor de sólidos acima de 0% até cerca de 65% de sólidos, em peso.

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29. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 28, caracterizado pelo fato de que o meio aquoso contém partículas tendo um tamanho de partícula de cerca de 1 mícron até cerca de 5 mm.
30. Método para remover enxofre de um fluxo de gás, de acordo

20 com qualquer uma das reivindicações 1 a 29, caracterizado pelo fato de que o-meioaquoso contém partículas tendo uma distribuição de tamanho de partículas (P80) de cerca de 10-150 mícrons.

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