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Título: Estudo do desempenho de carbonos ativados para a remoção de H2S do biogás
Autor(es): Menezes, Randreanne Lybine da Costa Bandeira
Orientador(es): Bastos Neto, Moisés
Coorientador(es): Azevedo, Diana Cristina Silva de
Palavras-chave: Adsorção
Sulfeto de hidrogênio
Carbono ativado
Biogás
Engenharia química
Adsorption
Hydrogen sulfide
Activated carbons
Data do documento: 16-Fev-2017
Citação: MENEZES, R. L. C. B. (2017)
Resumo: A utilização do biogás como fonte de energia representa uma alternativa ao uso dos combustíveis fósseis. No entanto, esta mistura gasosa apresenta contaminantes em sua composição, dentre eles o sulfeto de hidrogênio (H2S), que causa efeitos danosos à saúde e corrosão em equipamentos. Assim, a remoção do H2S do biogás é usualmente conduzida por meio de processos convencionais de absorção em soluções de aminas, que costumam apresentar uma etapa de regeneração bastante onerosa. Neste contexto, a adsorção em materiais porosos, com destaque para carbonos ativados, vem se mostrando como uma alternativa atrativa para o processo de remoção. Desta forma, esse trabalho teve por objetivo estudar o desempenho de três carbonos ativados comerciais, sendo um deles a matriz base e os demais impregnados com hidróxido de sódio e óxido de ferro, para a remoção do H2S em leito fixo. Os adsorventes foram caracterizados através de fluorescência de raios X, medição de pH e levantamento de isotermas de N2 a -196 °C e de CO2 a 0 °C. A partir dos ensaios de caracterização, observou-se que todas as amostras apresentaram áreas superficiais específicas e microporosidade elevadas. Em relação à adsorção de H2S, os resultados mostraram que o carbono impregnado com sódio foi o que apresentou maior capacidade de remoção de H2S, devido a sua elevada alcalinidade e percentagem de ultramicroporos, detectadas na caracterização. Isso sugere que a presença dos metais e a modificação da estrutura porosa devido ao processo de impregnação são os fatores determinante para obtenção de uma elevada capacidade de retenção de H2S. Os resultados para testes realizados em diferentes temperaturas mostraram que o mecanismo dominante é de quimissorção para as amostras impregnadas. Já o estudo de regenerabilidade mostrou que as amostras não são indicadas para serem utilizadas em processos cíclicos de adsorção, uma vez que ocorre perda significativa da capacidade de adsorção de H2S no decorrer dos ciclos. Essa perda é decorrente do mecanismo envolvido, através do qual as moléculas de H2S formam ligações covalentes com a superfície, tornando-as mais difíceis de serem removidas durante a regeneração. Já a amostra matriz (não impregnada), apesar de ter apresentado capacidade de adsorção mais moderada, manteve sua capacidade depois do segundo ciclo de uso e de regeneração, indicando predominância de mecanismo de adsorção física e melhor potencial para uso em processos cíclicos.
Abstract: The use of biogas as a source of energy represents an alternative to the use of fossil fuels. However, this gas mixture presents contaminants in its composition, among them the hydrogen sulfide (H2S), which causes harmful effects to health and corrosion in equipment. Thus, the removal of H2S from the biogas is usually conducted by means of conventional absorption processes in amine solutions, which usually have a rather onerous regeneration step. In this context, the adsorption in porous materials, especially activated carbons, has been shown as an attractive alternative for the removal process. The objective of this work was to study the performance of three commercial activated carbons, one of them being the base matrix and the other impregnated with sodium hydroxide and iron oxide, for the removal of H2S in fixed bed. The adsorbents were characterized by X-ray fluorescence, pH measurement and removal of N2 isotherms at -196 °C and CO2 at 0 °C. From the characterization tests, it was observed that all the samples presented specific surface areas and high microporosity. In relation to H2S adsorption, the results showed that sodium impregnated carbon was the one with the highest H2S removal capacity due to its high alkalinity and percentage of ultramicropores, detected in the characterization. This suggests that the presence of the metals and the modification of the porous structure due to the impregnation process are the determinant factors to obtain a high capacity of H2S retention. The results for tests carried out at different temperatures showed that the dominant mechanism is for the impregnated samples. However, the regenerability study showed that the samples are not suitable for use in cyclic adsorption processes, since there is a significant loss of H2S adsorption capacity during the cycles. This loss is due to the mechanism involved, whereby H2S molecules form covalent bonds with the surface, making them more difficult to remove during regeneration. In spite of having a more moderate adsorption capacity, the matrix sample (not impregnated) maintained its capacity after the second cycle of use and regeneration, indicating predominance of physical adsorption mechanism and better potential for use in cyclic processes.
Descrição: MENEZES, R. L. C. B. Estudo do desempenho de carbonos ativados para a remoção de H2S do biogás. 2017. 85 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/22537
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