Análise do comportamento de um reator eletroquímico de leito poroso no tratamento de efluentes industriais contaminados por sulfeto de hidrogênio

Abstract

Resumo: Devido o crescimento da demanda energética e rigidez das leis ambientais, companhias petrolíferas têm se preocupado cada vez mais em remover contaminantes durante o processamento de petróleo. Dos contaminantes presentes no petróleo, os compostos sulfurados estão em maior quantidade, inclusive nos efluentes provenientes da condensação de gases e vapores do processamento e correntes de águas ácidas. Neste tipo de efluente o enxofre apresenta-se, por exemplo, na forma de sulfeto de hidrogênio dissolvido 2 H S , um gás altamente tóxico e responsável pela corrosão de equipamentos nas refinarias. Uma técnica de remoção do 2 H S de efluentes trata-se da oxidação eletroquímica. A maior vantagem da eletroquímica deve-se ao fato do seu reagente principal, o elétron, ser um reagente limpo. Desse modo, o objetivo desse estudo é a aplicação de processos de oxidação eletroquímica para neutralização de 2 H S em efluentes industriais. Porém, na realização dos testes é utilizada uma solução sintética e o primeiro passo do estudo são as voltametrias obtidas do registro das curvas de corrente versus potencial. Das voltametrias é possível determinar o potencial necessário a ser aplicado no reator para ocorrer a oxidação e verificar se a reação está controlada por transporte de massa ou transferência de carga. O segundo passo do estudo consiste nos testes em reator eletroquímico de bancada, de configuração perpendicular e leito poroso composto por carbono vítreo reticulado. O processo de oxidação eletroquímica é direto e controlado potenciostaticamente para evitar reações paralelas. Através da oxidação eletroquímica, o sulfeto dissociado foi oxidado a sulfato e tiossulfato, produtos de valor comercial, empregados em outros processos industriais, de modo que, nas condições de operação do reator, o produto principal trata-se do tiossulfato. Da análise dos perfis de concentração de sulfeto, sulfato e tiossulfato, e dos perfis de potencial e corrente aplicados, foi possível construir figuras de mérito e avaliar o desempenho do reator eletroquímico quando submetido a diferentes condições hidrodinâmicas, pela variação da vazão, e de sobrepotencial, pela variação da distância entre os eletrodos no reator. As figuras de mérito indicam que a melhor condição para formação de tiossulfato ocorreu na menor vazão utilizada 1 1,05lLh e na maior distância entre os eletrodos 60lmm. Além das figuras de mérito, também foi possível a obtenção de uma correlação entre números adimensionais, que indica quais etapas da oxidação de sulfeto podem ser controladas por transporte de massa.

Abstract: Due to the growth of energy demand and stiff environmental laws, oil companies are concerned about the removal of contaminants during the processing of petroleum. Among the contaminants in the oil, sulfur compounds are in larger quantities, even in the effluent from the condensation of gases and vapors of processing and sour water stream. In this kind of wastewater, the sulfur is presented as dissolved hydrogen sulfide 2 H S , a highly toxic gas and responsible for equipment corrosion in refineries. The electrochemical oxidation is a technique to remove 2 H S of wastewater. The greater advantage of the electrochemical technique occurs because its principal reagent, the electron, is a clean reagent. The aim of this study is the application of electrochemical oxidation processes for neutralizing 2 H S in industrial wastewaters. However, in the tests, a synthetic solution was used and the first step of the study is the voltammetry curves obtained from the registries of current versus potential. Through the voltammetry it was possible to determine the potential to be applied in the reactor for oxidation occurs and verify that the reaction is controlled by mass transport or charge transfer. The second step of this study consists in testing with a laboratory electrochemical reactor of perpendicular configuration and porous bed of reticulated vitreous carbon. The direct electrochemical oxidation process was held at controlled potential to avoid side reactions. The sulfide dissociated was oxidized to sulfate and thiosulfate products of commercial value for other industrial processes. So that, in operation conditions of the reactor, the main product is the thiosulfate. The analysis of the concentration profiles of sulfide, sulfate and thiosulfate, and profiles of applied potential and current were done. Figures of merit were constructed to evaluate the performance of electrochemical reactor under different hydrodynamic conditions, by varying the flow rate, and overpotential, by varying the distance between the electrodes in the reactor. The figures of merit indicated that the best condition for the formation of thiosulfate occurred at the lowest flow rate used 1 1,05lLh and at a greater distance between the electrodes 60lmm. A correlation between dimensionless numbers was also obtained, which indicates phases of sulfide oxidation can be controlled by mass transport.