Influência do SO2 na captura do CO2 em condições de pós-combustão

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Moreira, Davi Diego da Silva
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
Texto Completo: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/69462
Resumo: Flue gases consist of a complex gaseous mixture resulting mainly from the burning of fossil fuels. Most of its components, among which carbon dioxide is the one emitted in greater quantities, are considered atmospheric contaminants whose emissions must be minimized and controlled. Several technologies have been proposed to perform the separation and capture of CO2, with adsorption being one of the most promising technologies for this purpose. However, the presence of other contaminants, such as sulfur dioxide, tends to interfere in the process through different mechanisms. In that sense, understanding how the presence of SO2 impacts the efficiency of CO2 capture systems is fundamental for the design and optimization of the separation process. Thus, the present dissertation aimed to evaluate the effects of SO2 on the CO2 retention capacity through fixed bed tests and simulations under typical conditions found in the post-combustion scenario. The evaluation was performed using a commercial activated carbon referred to as C141-S, which was chosen because this class of material presents more suitable selectivity values for the purpose explored in this study. The breakthrough curves obtained for the binary system CO2/SO2 showed that SO2 has a higher adsorption affinity to C141-S in relation to CO2 in all cases evaluated, even at low partial pressures. On the other hand, the results suggest that SO2 has little influence on the CO2 retention capacity at typical post-combustion flue gas conditions, with the impacted limited to a 11 % decrease of the CO2 retention capacity. The results also demonstrate that both components are captured during the process and completely desorbed through suitable regeneration methods, pointing to the feasibility of using C141-S in cyclic adsorption/desorption processes. In effect, there are indications that these components can be separated and removed using a single step/equipment, eliminating the need for a pre-treatment unit to remove SO2. The results also suggest that the IAST and Langmuir Extended models are not suitable for determining the adsorption selectivity of systems containing strongly interacting molecules, since the models do not account for two factors affecting the theoretical estimates: the competition for the adsorption sites and the condensation of sulfur dioxide in the pores of the adsorbent.
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Thus, the present dissertation aimed to evaluate the effects of SO2 on the CO2 retention capacity through fixed bed tests and simulations under typical conditions found in the post-combustion scenario. The evaluation was performed using a commercial activated carbon referred to as C141-S, which was chosen because this class of material presents more suitable selectivity values for the purpose explored in this study. The breakthrough curves obtained for the binary system CO2/SO2 showed that SO2 has a higher adsorption affinity to C141-S in relation to CO2 in all cases evaluated, even at low partial pressures. On the other hand, the results suggest that SO2 has little influence on the CO2 retention capacity at typical post-combustion flue gas conditions, with the impacted limited to a 11 % decrease of the CO2 retention capacity. The results also demonstrate that both components are captured during the process and completely desorbed through suitable regeneration methods, pointing to the feasibility of using C141-S in cyclic adsorption/desorption processes. In effect, there are indications that these components can be separated and removed using a single step/equipment, eliminating the need for a pre-treatment unit to remove SO2. The results also suggest that the IAST and Langmuir Extended models are not suitable for determining the adsorption selectivity of systems containing strongly interacting molecules, since the models do not account for two factors affecting the theoretical estimates: the competition for the adsorption sites and the condensation of sulfur dioxide in the pores of the adsorbent.Os gases de combustão consistem em uma complexa mistura gasosa resultante, principalmente, da queima de combustíveis de origem fóssil. Esses componentes são considerados, em sua maioria, contaminantes atmosféricos e suas emissões devem ser minimizadas e controladas. Uma vez que o dióxido de carbono é o poluente atmosférico emitido em maiores quantidades, diversas tecnologias têm sido propostas para realizar a separação e a captura desse componente, sendo a adsorção uma das tecnologias mais promissoras para essa finalidade. Entretanto, a presença de outros contaminantes, como o dióxido de enxofre, tende a interferir nesse processo através de diferentes mecanismos, logo, entender os impactos da presença desse poluente na eficiência dos sistemas de captura de CO2 é fundamental para o projeto e otimização das condições de separação. Dessa forma, a presente dissertação teve como objetivo avaliar os efeitos do SO2 na capacidade de retenção do CO2 em um material adsorvente, em condições semelhantes às encontradas no cenário de pós-combustão, a partir de ensaios em leito fixo e de simulações de processo. Tal avaliação foi realizada utilizando o carbono ativado comercial C141-S, uma vez que a classe a que pertence esse material apresentou valores de seletividade mais interessantes para essa finalidade. Tendo isso em vista, as curvas de breakthrough obtidas para o sistema binário CO2/SO2 mostraram que, mesmo em baixas pressões parciais, o SO2 apresenta uma maior afinidade de adsorção em relação ao CO2 em todos os casos avaliados. Todavia, os resultados sugerem que, em concentrações típicas do cenário de pós-combustão, o SO2 tem pouca influência na capacidade de retenção do CO2, havendo uma diminuição de no máximo 11 % na capacidade de retenção do CO2. É constatado ainda que ambos os componentes são capturados durante o processo, sendo também completamente dessorvidos através de métodos de regeneração adequados, permitindo o uso do C141-S em processos cíclicos de adsorção/dessorção. Logo, observa-se indícios de que esses componentes podem ser separados e removidos em uma única etapa/equipamento, eliminando a necessidade de uma unidade de pré-tratamento para a remoção do SO2. Além disso, os resultados demonstram ainda que os modelos IAST e Langmuir Estendido não são adequados para determinar a seletividade de adsorção de sistemas contendo moléculas de forte interação, uma vez que as estimativas teóricas não consideram os efeitos de competição pelos sítios de adsorção do material e tendem a ser afetadas pela condensação apresentada pelo o dióxido de enxofre nos poros do adsorvente.Bastos Neto, MoisésRios, Rafael BarbosaMoreira, Davi Diego da Silva2022-11-24T17:03:36Z2022-11-24T17:03:36Z2022info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfMOREIRA, D.D. da S. Influência do SO2 na captura do CO2 em condições de pós-combustão. 2022. 97 f. 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