Mercaptans extraction from jet-fuel streams using ionic liquids

Desulfurization is one of the most important processes in the refining industry. Due to a growing concern about the risks to human health and environment, associated with the emissions of sulfur compounds, legislation has become more stringent, requiring a drastic reduction in the sulfur content of fuel to levels close to zero (< 10 ppm S). However, conventional desulfurization processes are inefficient and have high operating costs. This scenario stimulates the improvement of existing processes and the development of new and more efficient technologies. Aiming at overcoming these shortcomings, this work investigates an alternative desulfurization process using ionic liquids for the removal of mercaptans from "jet fuel" streams. The screening and selection of the most suitable ionic liquid were performed based on experimental and COSMO-RS predicted liquid-liquid equilibrium data. A model feed of 1-hexanethiol and n-dodecane was selected to represent a jet-fuel stream. High selectivities were determined, as a result of the low mutual solubility between the ionic liquid and the hydrocarbon matrix, proving the potential use of the ionic liquid, which prevents the loss of fuel for the solvent. The distribution ratios of mercaptans towards the ionic liquids were not as favorable, making the traditional liquid-liquid extraction processes not suitable for the removal of aliphatic S-compounds due to the high volume of extractant required. This work explores alternative methods and proposes the use of ionic liquids in a separation process assisted by membranes. In the process proposed the ionic liquid is used as extracting solvent of the sulfur species, in a hollow fiber membrane contactor, without co-extracting the other jet-fuel compound. In a second contactor, the ionic liquid is regenerated applying a sweep gas stripping, which allows for its reuse in a closed loop between the two membrane contactors. This integrated extraction/regeneration process of desulfurization produced a jet-fuel model with sulfur content lower than 2 ppm of S, as envisaged by legislation for the use of ultra-low sulfur jet-fuel. This result confirms the high potential for development of ultra-deep desulfurization application.

Aproveitamento de cinza de carvão mineral na agricultura

A grande quantidade de cinza gerada pela queima de carvão mineral e a necessidade de redução de emissões sulfurosas advindas dessa queima, fazem com que se busquem alternativas para diminuir essas emissões, assim como para a utilização racional dessa cinza. Com o objetivo de avaliar a viabilidade de utilizar cinzas sulfatada e não sulfatada como fertilizante e corretivo da acidez do solo, foram conduzidos experimentos em laboratório e em casa de vegetação, com um solo Podzólico Vermelho Amarelo e solo regenerado de mina de carvão, usando como planta teste feijão - Phaseolus vulgaris L. . A cinza não sulfatada e não intemperizada produzida pela UTPM, quando aplicada ao solo, não corrigiu sua acidez, mas aumentou a resistência do feijão à antracnose e, quando aplicada com adubação, aumentou o rendimento da cultura. As cinzas sulfatadas resultantes de processo de dessulfuração produzidas em plantas pilotos da URCAMP e da CIENTEC foram eficientes para a correção da acidez do solo, tendo uma equivalência em carbonato de cálcio de 3,75 % e 16,8 %, respectivamente. A cinza CIENTEC aplicada ao solo ( 20, 40 e 80 t ha-1 ) aumentou a absorção de S, Mg, Ca e N, diminuiu a de Ni, Mn, Cu e Zn e não influenciou a absorção de B pelas plantas, enquanto a cinza UTPM não intemperizada ( 40, 80 e 160 t ha-1 ) aumentou a absorção de B e S e diminuiu a de Mn, sendo que a absorção de Cd, Cr e Pb não foi afetada pelas doses dessas cinzas.

Caracterização e reconstrução mineralógica de carvão, caulim, calcários e de cinzas sulfatadas geradas à temperatura de um leito fluidizado visando sua aplicação na indústria cimenteira

Neste trabalho foram estudadas cinzas de carvão do tipo sílico-aluminosas e sulfatadas. As primeiras são aquelas obtidas normalmente pela queima do carvão acima de 850 °C. As cinzas sulfatadas estudadas são aquelas obtidas pela combustão, a 850 °C, do carvão em presença de calcário o qual retém o enxofre, liberado na combustão, na forma de anidrita (CaSO4). As cinzas sulfatadas foram classificadas de acordo com as misturas que as deram origem em “sulfocalcíticas”, “sulfodolomíticas” e “sulfocalcocauliníticas”. Estas cinzas foram obtidas, respectivamente, da combustão de misturas de carvão e calcita, de carvão e dolomita e de carvão, calcita e caulim. Os minerais estudados provêm do Rio Grande do Sul e todas análises foram efetuadas na École des Mines d’Alés (França). Assim, se estudaram cinzas de carvão, de calcário (calcítico e dolomítico), de caulim e de misturas destes a fim correlacionar as cinzas obtidas aos minerais que as deram origem. A reconstrução mineralógica destes materiais foi possível graças ao cruzamento de várias técnicas de análise tais como: método dos ajustes dosados, difração e fluorescência de raios X, determinação da perda ao fogo, densidade, calcimetria, termogravimetria, microscopia ótica e eletrônica etc. O carvão de Candiota é constituído por uma fase amorfa (52 %), quartzo (20 %), caulinita (16 %), muscovita (8 %), pirita (3 %), dolomita (1 %) e hematita (< 1 %). O caulim apresenta caulinita (80,6 %), muscovita (9,8 %), albita (6,8 %) e hematita (1,2 %) O calcário dolomítico possui calcita (42,8 %), antigorita (34,1 %), magnesita (11,7 %), dolomita (10,7 %), flogopita (3 %), caulinita (1,8 %) e quartzo (0,7 %). O calcário calcítico contém calcita (86,1 %), dolomita (12,2 %), quartzo (3,6 %), caulinita (0,7 %) e muscovita (0,4 %). As cinzas “sílico-aluminosas” são compostas por hematita e sílica. As cinzas sulfatadas são compostas por muscovita, quartzo, anidrita, guelenita, cal e hematita. As cinzas “sulfodolomíticas” apresentam, além destas fases, a periclasita. Foram realizados alguns ensaios de hidratação com cinzas “sílico-aluminosas”, “sulfocalcíticas” e “sulfocalcocauliníticas”. Após 28 dias de hidratação as cinzas “sílicoaluminosas” não sofreram alterações e a difração de raios X evidenciou, principalmente, o quartzo e a hematita. As cinzas sulfatadas com apenas 2 dias de hidratação, ou seja, antes do período de “pega” do cimento, apresentaram a formação de silicatos de cálcio hidratados (CSH) e etringita (primária). Estes dois compostos melhoram as propriedades mecânicas das cinzas. Após 28 dias de hidratação a etringita desapareceu em favor da formação da gipsita e de mais silicatos de cálcio hidratados. Os resultados mostraram que as cinzas sulfatadas têm propriedades físicas; superfície (específica, Blaine, BET), volume poroso e índice de aglomeração; e químicas; CSH e etringita; mais interessantes que as cinzas sílico-aluminosas. Os resultados indicam que as cinza sulfatadas têm um grande potencial de aproveitamento.

Hot metal desulfurization by marble waste and fluorspar

The objective of this paper is to present an analysis of the use of residual marble mixtures in the pig iron desulfurization process. The study involved the use of: marble waste, fluorspar, lime, and hot metal. Four mixtures were made and added to a liquid hot metal - with known chemical composition - at a temperature of 1450ºC. The mass of each element was calculated from its chemical analysis and compared with an industrial mixture. All of the four mixtures used in the experiments were stirred by a mechanical stirrer. Samples were collected by vacuum sampling for times of 5, 10, 15, 20, and 30 minutes, and analysis was performed to check sulfur variation in the bath with time. The results were analyzed and they verified that it was possible to use marble waste as a desulfurizer.

Caracterização de resíduos industriais visando a seu aproveitamento na fabricação de aço

Esse trabalho consiste na caracterização do resíduo de mármore, lama fina de aciaria e borra de alumínio, para averiguar a viabilidade técnica da utilização de tais resíduos na dessulfuração e desfosforação de ferro-gusa líquido. A caracterização desses resíduos foi feita através de análises químicas, granulométricas, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura (MEV) com micro análise por Espectroscopia por Energia Dispersiva de Raios X (EDS). A lama fina de aciaria apresenta um teor de FeO de 84,90%, o resíduo de mármore apresentou um teor de 61,5% de CaO e 33,9% de MgO e a borra de alumínio apresentou 36,5% de Al metálico e 62% de Al2O3. A granulometria do resíduo de mármore apresentou um tamanho de grão médio igual 42,810 µm. Já, na borra de alumínio, o tamanho médio foi de 101,803 µm. A lama fina de aciaria LD apresentou, em torno de 54,7% de sua granulometria, entre 0,15 e 0,075mm. Esses resultados apontam para a viabilidade técnica da utilização desses materiais na dessulfuração e desfosforação do ferro-gusa.

Estudo da substituição da fluorita por alumina ou sodalita e de cal por resíduo de mármore em escórias sintéticas dessulfurantes.

A siderurgia vem sofrendo transformações que buscam inovação e matérias-primas alternativas. Dentro deste contexto, o uso de resíduos industriais para a formação de escórias sintéticas é tido como alternativa na busca de novos materiais e rotas de reaproveitamento de resíduos. Portanto, este trabalho teve como objetivo estudar o uso de escórias sintéticas na etapa de dessulfuração do ferro-gusa, aço e ferro fundido. Assim como, propor a utilização da sodalita e da alumina em substituição à fluorita e o resíduo de mármore em substituição à cal convencional. Inicialmente, o resíduo foi caracterizado utilizando as seguintes técnicas: análise química, análise granulométrica, área de superfície específica, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de espectroscopia por energia dispersiva (EDS). Os resultados da caracterização mostraram que aproximadamente 90% das partículas do resíduo de mármore estão abaixo de 100m e sua área superficial foi de 0,24m²/g. Através da difração de raios-X foi observado que o resíduo é composto por CaCO3, MgCO3 e SiO2. Na sequência, foram feitas simulações com o software Thermo-Calc para obter dados termodinâmicos das fases presentes nas misturas e compará-los com os resultados experimentais. Além disso, também foram calculados dados de capacidade de sulfeto (Cs), partição de enxofre (Ls) e basicidade ótica () das misturas iniciais. Posteriormente, foram realizados os ensaios experimentais em escala laboratorial para ferro-gusa, ferro fundido e aço, respectivamente nas temperaturas de 1400°C, 1550°C e 1600°C. Nos ensaios de dessulfuração do aço e do ferro-gusa, utilizou-se um rotor de alumina com o objetivo de favorecer a agitação no metal e aumentar a remoção de enxofre. Na etapa de dessulfuração do ferro-gusa, constatou-se que a fase sólida de CaO é a responsável pela remoção de enxofre e que a presença das fases silicato tricálcio e aluminato tricálcio (3CaO.SiO2 e 3CaO.Al2O3) limitam a reação, sendo maiores suas concentrações nas escórias que utilizaram o resíduo de mármore e sodalita, devido a presença de SiO2 e Al2O3 nestas matérias-primas. Já para o aço e o ferro fundido, que foram estudados com escórias à base de CaO e Al2O3, observou-se que o aumento da fase líquida favoreceu a dessulfuração. Verificou-se que a dessulfuração no ferro fundido foi por escória de topo e no aço por um processo misto, onde a fase líquida e fase sólida participaram da dessulfuração.

Utilização de resíduo de mármore e de óxido de boro em escórias sintéticas dessulfurantes para aços.

O mercado atual exige das indústrias siderúrgicas aços de melhor qualidade produzidos por meio de processos que causem menor impacto ao meio ambiente. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo reciclar o resíduo de mármore gerado na indústria de rochas ornamentais, que possui em sua composição óxido de cálcio (CaO) e óxido de magnésio (MgO). O CaO é suficiente para substituir a cal nas escórias e o MgO contribui para a diminuição do desgaste dos refratários, através do emprego do resíduo no processo produtivo do aço. Além disso, foi realizada a substituição da fluorita por óxido de boro como fluxante na composição de misturas dessulfurantes. O resíduo de mármore foi caracterizado utilizando as seguintes técnicas: análise química via EDXFR, análise granulométrica via espalhamento de luz, área de superfície específica pelo método BET, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de micro-regiões por EDS. Visando verificar a eficiência na dessulfuração, foram formuladas misturas sintéticas utilizando a cal convencional ou resíduo de mármore, e a fluorita ou o óxido de boro. As misturas foram formuladas com o auxílio dos programas de termodinâmica computacional, Thermo-Calc e FactSage. Estas misturas foram adicionadas no aço fundido a temperatura de 1600°C sob atmosfera de argônio e agitadas por meio de um rotor de alumina. Amostras de metal foram retiradas para verificar a variação do teor de enxofre durante o experimento. O resíduo de mármore caracterizado, apresentou em sua composição 40% de CaO e 14% de MgO, na forma dos carbonatos CaCO3 e MgCO3. Obteve uma perda de massa de 42,1%, na forma de CO2 a temperatura de 780°C. Os experimentos mostraram que, as misturas testadas apresentaram, na maioria dos casos, eficiência de dessulfuração acima de 60%.