Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/7680
Type: Dissertação
Title: Remoção de CO2 do biogás por permeação em membranas
Author(s)/Inventor(s): Cerveira, Graziela Salvan
Advisor: Borges, Cristiano Piacsek
Co-advisor: Kronemberger, Frederico de Araujo
Abstract: O biogás consiste numa mistura de gases, composta principalmente por metano (CH4 ) e dióxido de carbono (CO2 ). Dentre as alternativas de aproveitamento, a purificação para posterior injeção na rede de gás natural é a alternativa econômica mais interessante. Essa utilização requer a remoção prévia do CO2 e dos demais contaminantes. Tendo em vista o potencial de aplicação dos processos com membranas, este trabalho teve por objetivo a avaliação do desempenho de membranas para a remoção de CO2 do biogás utilizando permeação de gases e contactores. As duas tecnologias foram comparadas quanto à eficiência da purificação, demanda energética e área requerida. Com este fim, realizaram-se experimentos de permeação de gás utilizando membranas disponíveis comercialmente, variando a composição da mistura e a diferença de pressão aplicada. Além disso, um sistema de bancada de contactores com membranas, utilizando módulos de fibras comerciais, foi usado para o estudo das principais variáveis operacionais, como tipo e vazão de absorvente, temperatura e composição do gás. Com base nos resultados experimentais, foi realizada uma modelagem simplificada, que permitiu a comparação entre os dois processos. Os ensaios de permeação indicaram a ocorrência de plastificação na membrana, acarretando em perda de seletividade ao CO2 nas misturas em relação à seletividade ideal. Nos experimentos de contactores com membranas, os maiores fluxos permeados de CO2 foram obtidos para o absorvente NaOH, seguido pela DEA e, com o pior desempenho, a água. A modelagem e simulação indicou que, fixados o grau de pureza e a recuperação de CH4 , a permeação de gás apresentou menor área de membrana requerida e menor consumo de energia que os contactores.
Abstract: Biogas consists of a mixture of gases, composed mainly of methane (CH4 ) and carbon dioxide (CO2 ). Among the alternatives to reuse it, purification for injection into the natural gas grid is the most interesting option from an economical point of view. Biogas purification requires the removal of CO2 and other contaminants. Taking into account the potential of membrane processes in biogas purification, this work evaluates the performance of two technologies for CO2 removal from biogas: membrane gas permeation and membrane contactors. Both technologies were compared regarding purification efficiency, energy requirements and membrane area. Gas permeation experiments were performed using two commercially available membranes, in which different CO2 concentrations and differential pressures were applied. Membrane contactor modules were also tested and some of the main operational parameters were studied, such as liquid flow rate, temperature, type of absorbent and gas composition. Based on experimental results, a simplified model was developed for gas permeation and contactors, which was used to compare the processes. Gas permeation results indicated that CO2 caused membrane plastification, which led to lower separation factors in tests with gas mixtures, in comparison to the pure gas experiments. In experiments with membrane contactors, the highest CO2 fluxes were obtained with NaOH as absorbent. The second best absorbent was diethanolamine and the worst of the three was pure water, since only physical absorption took place. Simulations indicated that, for a given CH4 purity and recovery, gas permeation required lower membrane areas and less energy than contactors.
Keywords: Remoção de CO2
Biogás
Permeação de gás
Contactores com membranas
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Department : Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Feb-2016
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Química

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