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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/84044| Tipo: | Tese |
| Título: | Estabilidade de adsorventes de secagem de gás natural: combinando protocolo de envelhecimento com a dinâmica de adsorção em leito fixo. |
| Autor(es): | Nascimento, Beatriz Oliveira |
| Orientador: | Azevedo, Diana Cristina Silva de |
| Coorientador: | Bastos Neto, Moises |
| Palavras-chave em português: | Gases - Absorção e adsorção;Adsorção;Gás natural - Secagem;Zeolitos;Alumina ativada |
| Palavras-chave em inglês: | Gases - Absorption and adsorption;Adsorption;Natural gas - Drying;Zeolites;Activated alumina |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
| Data do documento: | 2025 |
| Citação: | NASCIMENTO, Beatriz Oliveira. Estabilidade de adsorventes de secagem de gás natural: combinando protocolo de envelhecimento com a dinâmica de adsorção em leito fixo. 2025. 180 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025. |
| Resumo: | O gás natural é o segundo combustível mais utilizado no Brasil. Ele é composto majoritariamente de metano e hidrocarbonetos; no entanto, também é comum que sejam encontrados contaminantes. Dentre eles, a água pode trazer uma série de consequências indesejáveis como reduzir a capacidade calorífica, atrapalhar o transporte e causar a corrosão de equipamentos e dutos. A remoção pode ser feita pelo processo TSA (Temperature Swing Adsorption), em que a separação ocorre por adsorção a baixas temperaturas e a regeneração dos leitos ocorre altas temperaturas com a liberação da água adsorvida. Neste trabalho, foram utilizados dois adsorventes comumente usados para a secagem de gás: a zeólita tipo LTA e a alumina ativada, as quais foram submetidas a um protocolo de envelhecimento acelerado que simula um processo TSA. Para isto as amostras são condicionadas em um reator Parr, onde são umidificadas, misturadas com n-heptano (0,6 ml/g) e pressurizadas com CO 2 e metano a fim de simular a composição do gás natural. Em seguida, foram feitas etapas de aquecimento a 250 °C e resfriamento a temperatura ambiente, com a amostragem em 14, 24 e 35 ciclos. A análise de difração de raios-X da amostra de alumina ativada mostrou que após 35 ciclos, iniciou-se um processo de transição de fases. Na análise de FTIR ambas as amostras envelhecidas com 35 ciclos apresentam bandas em torno de 1560 e 1380 cm -1 que são relacionados a presença de PAHs (hidrocarbonetos poli aromáticos), indicando a formação de compostos carbonáceos no interior das amostras. As isotermas de adsorção apresentaram formato do tipo II característico de materiais que possuem macroporos, sendo a LTA a amostra que apresentou maior capacidade de adsorção de CO 2 e metano, o que pode estar associado à maior quantidade de microporos nesse material. Foram realizados estudos de dinâmica de adsorção monocomponentes e binárias de CO 2 e H 2 O. Nos ensaios de competição de adsorção, observou-se que a frente de adsorção de CO 2 foi significativamente influenciada pela presença de água e apresentou uma redução em sua capacidade de adsorção superior a 90% indicando maior seletividade das amostras para água. Um modelo de leito fixo foi validado por experimentos de breakthrough de amostras virgens, sendo posteriormente executado com dados de equilíbrio e cinética das amostras envelhecidas. Em ambos os casos, a capacidade dinâmica de adsorção foi semelhante ao previsto pelas isotermas de equilíbrio, em que houve uma redução gradual da capacidade da LTA com o aumento do número de ciclos. Por outro lado, a alumina mostrou uma redução significativa de capacidade dinâmica e no equilíbrio logo nos primeiros 14 ciclos, estabilizando-se nesse grau de envelhecimento. Além disso, o envelhecimento influenciou na cinética de adsorção, levando a uma mudança no formato da curva de breakthrough e antecipação do ponto de breakpoint. |
| Abstract: | Natural gas is the second most used fuel in Brazil. It is composed mainly of methane and other hydrocarbons; however, it could present some contaminants. Among them, water may cause several problems like heat capacity reduction, transport impairments and corrosion in pipelines and equipment. Water removal may be performed by the TSA (Temperature Swing Adsorption) process, in which case separation takes place by adsorption at low temperatures and bed regeneration occurs at high temperatures upon water desorption. In this work, two kinds of adsorbents typically employed in natural gas dehydration were assessed: LTA zeolite and activated alumina, which were subject to an accelerated aging protocol that emulated a TSA process. The samples were placed in a Parr reactor, where they were humidified, mixed with n-heptane (0.6 mL g -1 ), and pressurized by CO 2 and methane to mimic the natural gas composition. Then, the samples were heated at 250°C and cooled down to room temperature cyclically, samples being withdrawn in the 14 th , 24 th , and 35 th cycles. The Ray-X Diffraction pattern of the alumina sample shows that it underwent a phase transition process after 35 cycles. In the FTIR analysis, both samples present bands around 1560 and 1380 cm -1 after 35 aging cycles, which were associated with PAHs (polyaromatic hydrocarbons), suggesting that organic species were formed inside the samples. Water adsorption isotherms present the characteristic type II, which is due to the characteristic of macroporous binder material, with LTA zeolite showing the highest CO 2 and methane adsorption capacity, which could be associated with the higher micropore volume in this sample. Breakthrough experiments of CO 2 and H 2 O as single and binary compound were carried out. In CO 2 /H 2 O mixtures, CO 2 adsorption capacity was strongly affected by the vapor water presence, resulting in a reduction in its adsorption capacity of up to 90 %. The column adsorption model, after being validated by the breakthrough experiments, was run using the equilibrium and kinetic data of the LTA and alumina aged samples. In both cases, the dynamic adsorption capacity was consistent with the isotherm outputs. In the LTA, the adsorption amount decreases progressively for increasing aging cycles. On the other hand, the alumina sample showed a significant dynamic and equilibrium capacity reduction in the first 14 cycles, stabilizing at that level of degradation. Furthermore, the aging process also affects the adsorption kinetic due to pore blockage. In such cases, changes in the breakthrough shape may occur, leading to an earlier breakpoint. |
| Descrição: | Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/84044 |
| ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0000-0003-0946-4103 |
| Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/5300926286400018 |
| ORCID do Orientador: | https://orcid.org/0000-0001-8545-3989 |
| Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/7586955305848168 |
| ORCID do Coorientador: | https://orcid.org/0000-0001-7432-2879 |
| Currículo Lattes do Coorientador: | http://lattes.cnpq.br/6716515066536814 |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| Aparece nas coleções: | DEQ - Teses defendidas na UFC |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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