Diseño de un reactor multifásico aplicado a la fabricación de sulfuros y sulfhidrato de sodio a partir de corrientes residuales de H2S

Abstract

Las emisiones de contaminantes gaseosos que contienen ácido sulfhídrico (H2S) son uno de los problemas ambientales más importantes que afrontan las industrias químicas y sobre todo aquellas industrias cuyo resultado de sus procesos químicos generan el gas H2S o manipulan compuestos derivados del azufre bivalente que terminan descomponiéndose en H2S. Un método de control para estas emisiones consiste en transformarlo en compuestos químicos estables con valor comercial, como por ejemplo en sales y soluciones acuosas estables de sulfuro de sodio (Na2S) y sulfhidrato de sodio (NaHS) del cual trata el presente estudio. Se ha comprobado en esta investigación que el principal inconveniente para la fabricación de soluciones acuosas de sulfhidrato de sodio a concentraciones superiores a 40% en peso, partiendo directamente del hidróxido de sodio, es la formación de cristales de sulfuro de sodio (Na2S.5H2O , Na2S.9H2O) debido a su baja solubilidad que no permite obtener el sulfhidrato de sodio de forma segura y eficiente en reactores químicos agitados e inclusive presentan problemas cuando se les fabrica en torres empacadas. En este estudio se realizó un conjunto amplio de experimentos que ha permitido tener un conocimiento claro sobre la formación de sulfhidrato de sodio concentrado en reactores multifásicos del tipo Gas -Líquido - Sólido mecánicamente agitados. Se ha estudiado la fabricación de sulfuros, específicamente sulfuros de sodio, en un reactor químico multifásico isotérmico para producir soluciones acuosas concentradas de sulfhidrato de sodio mayores a 40% (NaHS al 42% - 45%) a partir de reacciones Gas-Líquido-Sólido. Con la investigación se propone un proceso que permite integrar la recuperación de sulfuro de hidrógeno en procesos químicos industriales donde se generen el gas H2S como subproducto indeseado, la estrategia de proceso desarrollado se ha integrado a una planta de fabricación de ácidos ditiofosfóricos donde se logró recuperar el sulfuro de hidrógeno, en forma de NaHS al 43%, con un rendimiento de más del 95%. Las pruebas experimentales demostraron que la mezcla reaccionante bifásica conformado por las sustancias Na2S, NaHS y H2O y en las composiciones globales de 13,3%; 26,9% y 59,7% respectivamente, es apropiada para obtener sulfhidrato de sodio al 43% en un reactor tipo tanque agitado operado a temperaturas que oscilan entre 50 oC y 55 oC, donde se hace burbujear continuamente el ácido sulfhídrico gaseoso.

The emissions of gaseous pollutants containing hydrogen sulfide (H2S) are one of the most important environmental issues facing the chemical industries and especially in those industries whose result of chemical processes generate H2S gas or manipulate compounds derived from bivalent sulfur that end decomposing in H2S. One method of controlling this substance consists of transforming into stable compounds with commercial value such as, for example, salts and stable aqueous solutions of sodium sulphide (Na2S) and sodium sulfhydrate (NaHS), which is the subject of the present study. It has been found in this investigation that the main disadvantage for the manufacture of sodium sulfhydrate at concentrations higher than 40% by weight, and starting directly from sodium hydroxide, is the formation of sodium sulfide crystals (Na2S.5H2O, Na2S. 9H2O and others) due to its low solubility and that do not allow to obtain sodium sulfhydrate safely and efficiently in stirred tank reactors, even presents problems when treated in packed towers. In this study, a broad set of experiments was carried out that allowed us to have a clear knowledge about the formation of concentrated sodium sulfhydrate in multiphase Gas-Liquid-Solid reactors mechanically agitated. The production of sulfides, specifically sodium sulfides, in an isothermal multiphase chemical reactor to produce concentrated aqueous solutions of sodium sulfhydrate greater than 40% (NaHS at 42% - 45%) from Gas-Liquid-Solid reactions has been studied. The research proposes a process that allows integrating the recovery of hydrogen sulfide in processes where H2S is handled as an undesired sub product, such that the process strategy developed has been integrated into a manufacturing plant of dithiophosphoric acids, wherever managed to recover the hydrogen sulphide, in the form of NaHS to 43%, with a yield of more than 95%. The experimental tests show that the biphasic reaction mixture formed by the species and in the proportions of: 13,3% of Na2S; 26,9% of NaHS and 59,7% of water. This biphasic composition is suitable for obtaining sodium sulphide at 43% in a stirred tank reactor operated at temperatures ranging from 50 °C to 55 °C where gaseous hydrogen sulfide is continually bubbled.