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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/27263| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Prospecção de adsorventes para captura de vapores de metais alcalinos |
| Título em inglês: | Adsorption of high-temperature alkali metal vapor using mineral sorbents |
| Autor(es): | Moreno, Jimmy Degaule Lima |
| Orientador: | Azevedo, Diana Cristina Silva de |
| Palavras-chave: | Engenharia química;Adsorção;Minerais;Metais alcalinos;Vapores alcalinos |
| Data do documento: | 2017 |
| Citação: | MORENO, J. D. L. Prospecção de adsorventes para captura de vapores de metais alcalinos. 2017. 233 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. |
| Resumo: | O gás de síntese (CO+H2) é, entre outros processos de conversão energética, uma alternativa atraente para geração de energia a partir da gaseificação da biomassa. Pode ser empregado na indústria química ou petroquímica para produzir hidrocarbonetos líquidos (inclusive, combustível) através da síntese de Fischer-Tropsch. O emprego direto do gás em turbinas é ama outra aplicação para a geração de energia com o gás de síntese. Não obstante, quando a biomassa é gaseificada, o gás assim gerado contém quantidades significativas de vapores de metais alcalinos. A concentração de alcalinos (sódio, por exemplo) atinge ordens superiores a 10 ppmv, conferindo inúmeros problemas, dentre os quais: diminuição de atividade catalítica, corrosão das paredes das turbinas e incrustação indesejável em equipamentos. A adsorção em aluminossilicatos e em uma faixa de temperaturas elevadas é tratada com uma opção apropriada para reduzir a concentração dos íons alcalinos no gás de síntese, visto que eles, potencialmente, podem adsorver os metais alcalinos logo na saída dos gaseificadores. Desta forma, este estudo teve como objetivo principal selecionar e caracterizar adsorventes minerais de baixo custo para a captura de vapores de metais alcalinos a altas temperaturas. Seis amostras de materiais argilominerais foram previamente testadas mediante exposição a vapores de sódio em altas temperaturas e sob ausência ou presença de umidade. Em seguida, técnicas analíticas (análises texturais, TGA, DRX e FRX) foram aplicadas antes e depois da exposição no intuito de investigar os mecanismos de retenção que atuam no processo. Sabe-se que materiais com grande percentual de Al e Si apresentam capacidade de capturar tanto vapores de metais alcalinos, assim como as nefelinas, reagindo irreversivelmente. Na maioria dos casos, espera-se que a quimissorção seja o mecanismo primário por causa da formação de sais de silicatos e aluminossilicatos. Para quantificação de íon de metais alcalinos capturados, um método de isotermas de adsorção foi desenvolvido usando um equipamento termogravimétrico acoplado com um espectrômetro de massa. As condições da aplicação desse método foram de a 700, 775, 850 ou 1000 ºC, 5 mbar ou 1 bar, e presença ou ausência de umidade na atmosfera do sistema. Parâmetros foram estimados, sobretudo na temperatura de 775 ºC e 1 bar, a fim de serem implementado sem simulação computacional a fim de serem utilizados em modelos de operação de colunas em leito fixo. |
| Abstract: | Among other processes, biomass gasification is an attractive alternative to generate energy. Syngas (CO+H2) produced from the gasification of biomass can be used in the chemical and petrochemical industry to produce liquids hydrocarbons, including fuels, by the Fischer-Tropsch synthesis. Energy generation by direct use of such gas in turbines is another application. Nevertheless, when biomass is gasified, gas thus produced is loaded with alkali metal vapors in considerable amounts. The concentration of alkali (especially sodium and potassium) ordinarily reaches more than 10 ppm during the gasification process, leading to several problems, such as: decreased catalytic activity, corrosion of turbines blades and undesirable deposition on downstream equipment. Adsorption on aluminosilicates is thought to be an appropriate option to reduce the concentration of these alkalis ions in syngas, because theuy may potentially adsorb these metals at the high temperature range of biomass gasifiers outlet streams. Hence, this study has focused on screening and characterizing low cost mineral sorbents. Six samples excelled in preliminary tests when were exposed to sodium vapors at high temperature and under moist conditions. Then, various analytical techniques (textural analysis, TGA, XRD and XRF) were applied before and after the exposure to humid alkali vapors, in order to shed some light on the govening retention mechanisms. In the most of cases, chemisorption is primary binding mechanism, whose reactions form silicates and aluminosilicate salts. Sorbents with higher Al content showed potential for application of capturing alkali metal vapors at high temperature fixing sodium as nepheline. Sorbents with higher silica content showed irreversible fixation of Na, which could not be recovered even upon acid leaching. Likewise, a method for adsorption isotherm measurements was developed using a thermogravimetric analyser coupled to a mass spectrometer. Isotherm parameters of isotherms could be estimated for 775 degrees Celsius and 1 bar allowing for the implementation of simulation models of column operation. |
| URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/27263 |
| Aparece nas coleções: | DEQ - Dissertações defendidas na UFC |
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