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Consultar: Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica

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Ttulo [PT]: Remoo de H2S e CO2 de biogs para utilizao energtica
Ttulo [EN]: Removal of H2S and CO2 from biogas to energy usage
Autor(es): Djeine Cristina Schiavon Maia
Palavras-chave [PT]:

Purificao de biogs. Sulfeto de hidrognio. Dixido de carbono. Catalisador Fe/EDTA.
Palavras-chave [EN]:
Biogas purification. Hydrogen sulfide. Carbon dioxide. Fe/edta catalyst.Fe/EDTA. Brazil.
rea de concentrao: Desenvolvimento de Processos
Titulao: Mestre em Engenharia Qumica
Banca:
Nehemias Curvelo Pereira [Orientador] - UEM
Laercio Mantovani Frare - UTFPR
Pedro Augusto Arroyo - UEM
Resumo:
Resumo: O biogs um produto do processo da degradao microbiolgica da matria orgnica. Este gs consiste principalmente em metano, dixido de carbono e pequenas quantidades de hidrognio, nitrognio e sulfeto de hidrognio. A alta concentrao de metano faz com que o biogs seja um combustvel atraente e o seu uso resolve um problema de emisso, j que o metano tem um efeito poluente 21 vezes superior ao dixido de carbono. O sulfeto de hidrognio, embora esteja presente em pequenas quantidades, um gs altamente txico e corrosivo, alm de ser um dos maiores poluentes da atmosfera. Por outro lado, para a utilizao energtica, o dixido de carbono no biogs pode ser considerado como inerte, evidenciando a importncia da remoo do componente CO2 para o aumento do poder calorfico do biogs. Nesse sentido, este trabalho foi dedicado a investigar a eficincia de absoro de H2S em soluo cataltica de Fe/EDTA em um fluxo de biogs sinttico, bem como a eficincia de absoro fsica de CO2 em Fe/EDTA e posteriormente em gua. Foram realizados estudos experimentais com soluo cataltica de Fe/EDTA 0,2 e 0,4 mol/L sintetizada em laboratrio. O H2S absorvido nesta soluo cataltica participa de uma reao redox. Assim, o elemento enxofre no estado de oxidao 2- foi convertido para o estado insolvel S, enquanto o ction Fe3+ foi reduzido para Fe2+. O S, por ser insolvel em gua, permaneceu como uma fase slida dispersa em soluo. A soluo de Fe/EDTA utilizada na absoro era filtrada para remover o enxofre slido e regenerada para a forma Fe3+ por meio da oxigenao em uma segunda coluna de borbulhamento com ar em contracorrente com a soluo. Foram realizados experimentos para avaliar o crescimento das partculas de enxofre formadas na remoo de H2S de biogs com soluo de Fe/EDTA, durante dez horas de reao qumica, em um sistema contnuo composto por uma coluna de absoro e uma coluna de regenerao. A determinao do tamanho das partculas foi realizada por meio de um microscpio Olympus - BX41, acoplado a uma cmera digital, utilizando o software para contagem de partculas, Image Pro Plus 5.0. Ao final de dez horas, observou-se a estabilizao no crescimento das partculas em torno de um dimetro mdio de 18 m. Com estes resultados foi projetado um sedimentador a partir dos ensaios de proveta, pela metodologia de Talmadge e Fitch. Na absoro qumica em batelada, sem a etapa de regenerao da soluo cataltica de Fe/EDTA, 250 mL desta soluo foram utilizadas em diferentes concentraes na coluna de absoro com a passagem de 250 mL/min de biogs. Os resultados de remoo de H2S do biogs indicaram que a concentrao da soluo cataltica de Fe/EDTA exerce grande influncia sobre a atividade cataltica. Levando em considerao a absoro de CO2 na soluo de Fe/EDTA e posteriormente a absoro deste componente na coluna de absoro com anis de Raschig de vidro, com 1400 mL/min de gua, foi possvel obter uma eficincia mxima de absoro de CO2 de 91,71% do biogs de entrada na unidade experimental, o que representa um acrscimo de aproximadamente 15,83% no poder calorfico do biogs, passando de 8,03 kWh/m3 para 9,30 kWh/m3. Os resultados demonstram que possvel eliminar totalmente o H2S do biogs com a soluo cataltica de Fe/EDTA em regime permanente com a regenerao da soluo cataltica.

Abstract: Biogas is a product of microbiological degradation processes of organic matter. This gas consists mainly of methane, carbonic dioxide and small amounts of hydrogen, nitrogen and hydrogen sulfide. The high concentration of methane makes biogas an attractive fuel and its use solves an emission problem, since methane has a global warming effect 21 times superior than carbon dioxide. Although the hydrogen sulfide is present in small quantities, it is a highly toxic and corrosive gas, and it is one of the larger pollutants of the atmosphere. On the other hand, for energetic use, the carbon dioxide in the biogas can be considered inert, indicating the importance of removing the CO2 component in order to increase the calorific value of biogas. In this sense, this work was devoted to investigate the absorption efficiency of H2S into catalyst solutions of Fe/EDTA, in a synthetic biogas streams, as well as to investigate the physical absorption efficiency of CO2 into Fe/EDTA and then into water. Experimental studies were carried out with catalytic solutions of 0.2 and 0.4 mol/L of Fe/EDTA synthesized in laboratory. The H2S absorbed into this catalytic solution participates in a redox reaction. Therefore the sulfur element in the 2- oxidation state was converted to the insoluble state S, while the Fe3+ cation was reduced to Fe2+. The S, being water-insoluble, remained as a solid phase dispersed in solution. The spent Fe/EDTA solution was filtered to remove solid sulfur and then regenerated back to the Fe3+ form through oxygenation in a second bubbling column with air in counter-current with the solution. Furthermore, it was carried out experiments in order to evaluate the growth of sulfur particles formed in the removal of H2S from biogas with the Fe/EDTA solution, during ten hours of chemistry reaction, in a continuous system composed of an absorption column and a regeneration column. The particles size was determined by an Olympus - BX41 microscopic, coupled with a digital camera, using the particle counting software, Image Pro Plus 5.0. At the end of ten hours, it was observed the stabilization in the particles growth around an average diameter of 18 m. From these results was projected a sedimentation vessel from the test tube experiments, by Talmadge and Fitch methodology. In chemical absorption in batch, without the regeneration state of the Fe/EDTA catalytic solution, 250 mL of this solution were used in different concentrations in the absorption column with the passage of 250 mL/min of biogas. The results of the H2S removal indicated that the concentration of the Fe/EDTA catalytic solution exerts strong influence on the catalytic activity. Considering the CO2 absorption in the Fe/EDTA solution and lately the absorption of this component into the absorption column with glass Raschig rings, with 1400 mL/min of water, it was possible to obtain a maximum CO2 absorption efficiency of 91.71% of initial biogas in the experimental unit, which represents an increase of approximately 15.83% in the biogas calorific power turning from 8.03 kWh/m3 to 9.30 kWh/m3. The results demonstrated that it is possible to totally remove the H2S from the biogas with the Fe/EDTA catalytic solution into steady state with the regeneration of the catalytic solution.
Data da defesa: 30/06/2011
Cdigo: vtls000192166
Informaes adicionais:
Idioma: Portugus
Data de Publicao: 2011
Local de Publicao: Maring, PR
Orientador: Prof. Dr. Nehemias Curvelo Pereira
Co-Orientador: Prof. Dr. Marcelino Luiz Gimenes
Instituio: Universidade Estadual de Maring. Centro de Tecnologia. Departamento de Engenharia Qumica
Nvel: Dissertao (mestrado em Engenharia Qumica)/
UEM: Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica

Responsavel: beth
Categoria: Aplicao
Formato: Documento PDF
Arquivo: Dissertacao-Djeine.pdf
Tamanho: 5602 Kb (5736658 bytes)
Criado: 30-11-2011 10:20
Atualizado: 30-11-2011 10:56
Visitas: 3157
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