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Title in Portuguese: Dados fundamentais para projeto de processos de dessulfuração e upgrading de gases combustíveis por adsorção
Title: Key data for the design of desulphurization processes and the upgrading of adsorption gases
Author: Castrilon, Melina Yara Del Mar Cantillo
Advisor(s): Azevedo, Diana Cristina Silva de
Co-advisor(s): Bastos Neto, Moisés
Keywords: Engenharia química
Adsorção
Biogás
Carbono ativado
Issue Date: 23-Feb-2017
Citation: CASTRILLON, M. Y. D. M. C. Dados fundamentais para projeto de processos de dessulfuração e upgrading de gases combustíveis por adsorção. 2017. 112 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: Neste estudo, foi investigada a adsorção de CH4, CO2 e H2S em carbonos ativados comerciais com o intuito de avaliar o seu potencial para o uso em "upgrading" e dessulfurização de biogás ou gás natural contaminado. Diferentes técnicas de caracterização, tais como Espectroscopia de Absorção no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Fluorescência de Raios X (XRF), medições de pH e análise textural (por isotermas de adsorção/dessorção de N2 (196 oC) e isotermas de adsorção De CO2 (0 oC)) foram utilizadas para estudar a estrutura porosa do material e indicar a presença de K, Na e Fe e outros elementos nos materiais. Experimentos gravimétricos foram utilizados para a obtenção das isotermas de adsorção de gases individuais e misturas binárias a fim de avaliar a capacidade de retenção de CO2 e a seletividade dos adsorventes em relação ao CH4. Curvas de ruptura sob condições anidras foram medidas para avaliar a adsorção do H2S em condições dinâmicas. Os materiais estudados mostraram capacidades de adsorção elevadas para ambos os gases: na faixa de 0,013-0,28 mmol g-1 para H2S e 1,61-2,16 mmol g-1 de CO2, em condições secas, a 25ºC e 1 bar. Além disso, observou-se uma seletividade dos carbonos ativados para o CO2 em relação ao CH4 na faixa de 1,2-2,4, sendo o Desorex K43-BG o material com maior capacidade de retenção de H2S e o Sorbonorit B4 o material com maior capacidade de adsorção do CO2 e CH4. Os dados obtidos com os ensaios de adsorção foram correlacionados com as características texturais e as propriedades químicas dos materiais.. A melhor capacidade de adsorção de H2S, e seletividade pelo CO2 na presença de CH4, foi encontrada para a amostra contendo Na (Desorex K43-Na), graças à combinação da química da superfície do material (básica) e a distribuição de tamanho dos poros restritos ao intervalo de microporos. Os testes de H2S na presença de CO2 demonstraram que a capacidade de adsorção do H2S nos materiais impregnados com metais alcalinos é reduzida consideravelmente: redução de 37% para Desorex K43-BG e de 65% para amostra Desorex K43-Na. Esta perda de capacidade pode ser devido a competição pelos sítios ativos relacionados à presença de metais, em que H2S e CO2 são co-adsorvidos. Para o carbono ativado não impregnado Sorbonorit B4, a presença de CO2 nestes testes não provoca perda considerável na capacidade de adsorção de H2S.
Abstract: In this study, the adsorption of CH4, CO2 and H2S has been studied on commercial activated carbon samples in order to assess its potential for upgrading and desulphurization of Biogas or contaminated natural gas. Different characterization techniques such as Fourier Transform Infrared Absorption Spectroscopy (FTIR), X-ray fluorescence (XRF), pH measurements and textural analysis (by N2 (196 oC) adsorption/desorption isotherms and CO2 (0 oC) adsorption isotherms) were used to study the porous structure of the material and detect the presence of K, Na and Fe and other elements in the samples. Gravimetric experiments were used to measure adsorption capacity of CO2 and selectivity with respect to CH4. Breakthrough curves under dry conditions were performed to evaluate H2S adsorption under dynamic conditions. The materials under study showed high adsorption capacities for both gases in the range of 0.013-0.28 mmol g-1 for H2S and 1.61-2.16 mmol g-1 CO2 under dry conditions, 25 ºC and 1 bar. In addition, selectivity of the samples with respect to CH4 was found to be in the range of 1.2-2.4 mmol g-1, with Desorex K43-BG being the material with the highest retention of H2S and Sorbonorit B4, the material with the greatest adsorption capacity of CO2 and CH4. The data obtained from adsorption experiments were correlated with the textural characteristics and the surface chemistry of the materials. The best compromise between adsorption capacity of H2S and selectivity of CO2 in the presence of CH4 were found for the sample containing Na (Desorex K43-Na), which benefited from both a basic surface chemistry and pore size distribution restricted to the micropore range. Breakthrough curves of H2S in the presence of CO2 have shown that the adsorption capacity of H2S in materials impregnated with alkali metals is considerably reduced: 37% for Desorex K43-BG and 65% for Desorex K43-Na sample. This loss of capacity may be due to the competition for the active sites (linked to the presence of metals) by the gases being co-adsorbed. For the non-impregnated Sorbonorit B4 material, the presence of CO2 in these tests did not cause appreciable loss in H2S adsorption capacity.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/23483
metadata.dc.type: Tese
Appears in Collections:DEQ - Teses defendidas na UFC

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