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Tipo: Monografia
Título: Enriquecimento de biogás: modelagem da absorção de CO 2 utilizando água como solvente
Autor(es): Bremm, Thaís
Primeiro Orientador: Wenzel, Bruno München
Primeiro membro da banca: Cassol, Fabiano
Segundo membro da banca: Belusso, Cássio Luiz Mozer
Resumo: A produção de biogás a partir de resíduos animais tem despertado grande interesse, pois é capaz de contribuir positivamente na solução de problemas de poluição ambiental no meio rural, além de gerar energia renovável. Dentre as opções disponíveis para a conversão energética do biogás destacam-se duas, capazes de agregar maior valor ao insumo: utilização em motores de combustão interna estacionários, acoplados a geradores de energia elétrica, e a produção de combustível veicular. Para não comprometer a vida útil dos componentes mecânicos, em ambos os casos, o ácido sulfídrico (H 2 S) e a água (H 2 O) presentes no biogás, devem ser obrigatoriamente removidos. Ainda, o dióxido de carbono (CO 2 ) deve ser removido para a produção de combustível veicular e, dependendo da quantidade de gás a ser processado, esta remoção pode ser vantajosa para a geração de energia elétrica, pois é capaz de proporcionar um aumento da eficiência dos motores. Em um trabalho prévio, fez-se a revisão bibliográfica detalhada acerca dos métodos e tecnologias disponíveis para a purificação e o enriquecimento de biogás, onde foram selecionadas, na seguinte ordem sequencial, as operações de absorção de CO 2 (e remoção grosseira de H 2 S), a adsorção de H 2 S utilizando óxido de ferro em leito fixo, e a condensação de água com uso de resfriamento da corrente gasosa. No presente trabalho, objetivou-se especificar e dimensionar o processo de absorção de CO 2 utilizando água como solvente e obter um modelo simplificado para o cálculo da altura efetiva da coluna e da vazão de solvente. Dessa forma, foi proposto um modelo matemático aplicado ao caso da absorção do CO 2 presente no biogás. Este modelo considera o mecanismo físico de absorção, através de abordagens macro e microscópicas. Visando obter um dimensionamento adequado de uma coluna de absorção, o modelo considera o efeito de diversas variáveis: pressão e temperatura de operação; fração molar de CO 2 no biogás, na entrada e na saída da coluna; vazão de biogás; diâmetro da coluna; e diâmetro dos anéis de Pall (utilizados como recheio do leito). Foram realizadas simulações para o cálculo da altura efetiva da coluna e da vazão de água para diversas situações, baseado nas técnicas de delineamento experimental. Um modelo empírico simplificado para o cálculo da altura efetiva da coluna, bem como para o cálculo da vazão de solvente, funcionalmente dependentes das variáveis mencionadas anteriormente, puderam ser ajustados. Com isto, para a absorção de CO 2 do biogás em pequena/média escala, o dimensionamento do equipamento pode ser facilmente especificado.
Abstract/Resumen: The production of biogas from animal waste has attracted attention because it is able to contribute positively in solving environmental pollution problems in rural areas. In addition, it can generate renewable energy. Among the available options for using biogas, we highlight two that are able to add more value to the feedstock: its use in stationary internal combustion engines coupled to electricity generators, and the production of vehicle fuel. In order not to compromise the useful life of mechanical components, in both cases, hydrogen sulfide (H 2 S) and water (H 2 O) present in biogas must be removed. Carbon dioxide (CO 2 ) must also be removed for the production of vehicle fuel. Depending on the amount of gas that will be processed; this removal is also advantageous for power generation, as it is able to increase motor efficiency. In a previous work, a detailed literature review on the methods and technologies available to purify and enrich biogas was presented. The following sequential order was selected: CO 2 absorption (and rough removal of H 2 S); H 2 S adsorption using iron oxide fixed bed; water condensation through gaseous stream cooling. The present work aimed to specify and size the CO 2 absorption process using water as a solvent, and obtain a simplified model for calculating the effective height of the column and flow of solvent. Thus, we proposed a mathematical model applied to the case of the CO 2 absorption present in biogas. This model considers the physical mechanism of absorption through macroscopic and microscopic approaches. In order to obtain an accurate sizing of the absorption column, the model considered the effects of several variables: operation pressure and temperature; inlet and outlet mole fraction of CO 2 present in biogas; biogas flow; column diameter; and Pall rings diameter (used as packing material). Simulations were performed to calculate the effective height of the column and water flow rate for different situations, based on experimental design techniques. Simplified empirical models for calculating the effective column height, as well as the solvent flow rate, functionally dependent on the variables mentioned above were adjusted. With these, the design of the absorption column used to remove CO 2 from biogas on a small/medium scale can be easily determined.
Palavras-chave: Biogás
Meio ambiente
Desenvolvimento sustentável
Dióxido de carbono
Poluição ambiental
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal da Fronteira Sul
Sigla da Instituição: UFFS
Faculdade, Instituto ou Departamento: Campus Cerro Largo
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://rd.uffs.edu.br/handle/prefix/613
Data do documento: 27-Jun-2016
Aparece nas coleções:Engenharia Ambiental

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