Carvão Ativado Biogás

Transcrição

1 Carvão Ativado Biogás As perspectivas de contribuição do biometano para aumentar a oferta de GN em SP RCGI/GBIO/IEE Pedro Paixão Gerente de Aplicações América do Sul

2 Agenda A Cabot Corporation Soluções em Purificação: Carvão Ativado Carvão Ativado: Visão Geral / Como Funciona Carvão Ativado para Tratamento de Biogás Biogás: Visão Geral Carvão Ativado na Purificação de Biogás Remoção de Siloxanos (SiOx) Remoção de H2S Aplicações em Gás de Aterros Sanitários Tecnologias para Optimização do Tempo de Vida do Leito de Carvão Portfólio da Cabot-Norit para Biogás Case Studies Conclusão

3 A Cabot Corporation

4 Uma História Rica e Única 130 anos em operação Fundada em 1882, sob nome familiar de Godfrey Lowell Cabot Empresa global de materiais de performance Competências técnicas essenciais em partículas finas e modificação de superfície FY2014 vendas: $3.56Bi Cabot Corporation tornou-se uma empresa de capital aberto em 1968 Amplo alcance geográfico 1950s: Expansão além E.U.A. inauguração de uma planta de negro de fumo na Europa; mais tarde na mesma década, inaugura outra na Ásia 1960s: Entra na América do Sul 1980s: Entra na China 4

5 Divisões/Negócios Cabot 5

6 Localizações 46 plantas em mais de 20 países, todas com Equipes locais de gestão 6

7 Soluções em Purificação: Carvão Ativado

8 Norit Líder na produção de carvão ativado, com o portfólio de produtos mais abrangente do mercado a nível global Produção desde 1918 Locais de produção no Canadá, Itália, Países Baixos, Reino Unido e EUA Mais de 150 formulações de produtos patenteados Comercializados globalmente em mais de 100 países Adquirida pela Cabot Corporation em

9 Purification Solutions Sites 9

10 Carvão Ativado: principais aplicações Tratamento de Águas Alimentos & Bebidas Farmacêutico Biogás Indústria Química Medicinal Catalisadores Purificação de Gás e Ar Mineração Indústria Automotiva Óleo & Gás 10

11 Carvão Ativado: Visão Geral

12 Carvão Ativado e Porosidade Carvão ativado é um material altamente poroso e de origem natural, com propriedades adsortivas É a porosidade do carvão ativado que traz praticidade ao seu uso, permitindo a adsorção de contaminantes de uma corrente líquida ou gasosa Para uma adsorção eficaz, o tamanho dos poros deve ser selecionado em função do peso molecular das impurezas a remover 12

13 Poros VS Impurezas 13

14 Adsorção nos Poros de Carvão Ativado Forças de Van der Waals permitem a captura das impurezas na superfície dos poros do carvão ativado Microporos < 1 nm Mesoporos 1-25 nm Macroporos > 25 nm 14

15 Tamanho de Partícula & Classificação Pó (PAC) Granulado (GAC) D50: µm mm (4-50 mesh) Extrudado (EAC) D: mm 15

16 Tipos de Matérias-Primas Utilizadas pela Cabot Casca de coco Carvão betuminoso Lignite Turfa Madeira Caroço de azeitona 16

17 Processos de Fabricação de Carvão Ativado Objetivo do processo Fazer um material com alta porosidade interna, área superficial muito elevada e consequentemente grande capacidade adsortiva, mantendo uma estrutura coesa A Cabot disponibiliza tecnologia diferenciada em Carvão Ativado, através da oferta da gama mais variada de produtos neste segmento de mercado; isto deve-se ao acesso aos mais diversos tipos de matéria-prima e à excelência dos nossos processos de fabrico Tipos de processo de fabricação Ativação Química Ativação por Vapor (Física) 17

18 Biogás: Visão Geral Biogás é uma mistura de metano, CO 2, traços de outros gases e humidade. É uma fonte de energia renovável, sustentável e amplamente disponível. O biogás pode ser produzido a partir de uma grande variedade de matéria disponível: resíduos agrícolas, dejetos de animais, resíduos de cultivo, lodo de efluentes, resíduos orgânicos municipais, etc. O biogás é produzido para gerar eletricidade ou calor, e pode também ser tratado de forma a melhorar a sua qualidade e poder ser ligado à rede nacional de distribuição de gás. Fonte Desafios Comentário Potencial para CA Uso do Biogás Aterros Sanitários Estações de Tratamento de Efluentes Siloxanos H 2 S Siloxanos H 2 S Presentes Presente; Necessário O 2 + humidade Concentração de H 2 S ideal máx 200ppm Presentes Presente; Necessário O 2 + humidade Concentração de H 2 S ideal máx 200ppm Biometano p/ a Rede de Gás PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Biometano p/ Células de Combustível 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 18

19 ETE Aterro Sanitário Uso de Carvão Ativado em Biogás Presença de Oxigênio H 2 S (ppm) VOC s + SiOx Frequentemente 100 2,000 SIM Por vezes 100 3,500 Ocasional 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 19

20 Uso de Carvão Ativado em Biogás A utilização de Carvão Ativado reduz custos de operação e manutenção Aumenta a eficiência de produção de biogás e reduz o número de paradas da planta para manutenção Estende o tempo de vida do óleo e das velas de ignição do motor Estende o tempo de vida do motor de biogás (pistons) Estende o tempo de vida de microturbinas 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 20

21 Purificação de Biogás com Carvão Ativado Diferentes aplicações de CA no tratamento de Biogás Remoção de Siloxanos, provenientes de detergentes, cosméticos, shampoos, etc., causam incrustações e reduzem o tempo de vida do motor de biogás. Siloxanos são literalmente a areia no motor! Remoção de Sulfeto de Hidrogênio (H 2 S), que está quase sempre presente no biogás. H 2 S é um gás ácido, perigoso e corrosivo que tem de ser removido. O Carvão Ativado é eficiente na adsorção de H 2 S em circunstâncias específicas. Upgrade de biogás para biometano, para utilização em células de combustível e/ou na rede de distribuição de gás Adsorção por Inversão de Pressão (do inglês Pressure Swing Adsorption PSA) é uma tecnologia eficiente no upgrade de biogás a biometano e na remoção de CO 2. Scrubbers de Aminas são usados na remoção de CO 2 e H 2 S, e as aminas podem ser regeneradas através do uso de Carvão Ativado. 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 21

22 Remoção de Siloxanos do Biogás por CA (1 de 3) SILOXANO vem de: SILicone, OXigênio e alcano Siloxanos, provenientes de detergentes, cosméticos, shampoos, etc., causam incrustações e reduzem o tempo de vida do motor de biogás. O Carvão Ativado é a melhor tecnologia disponível para a remoção de siloxanos. Siloxanos mais comuns no biogás: Siloxanos cíclicos Siloxanes Lineares D3: hexametilciclotrisiloxano L2: hexametildisiloxano D4: octametilciclotetrasiloxano L3: octametiltrisiloxano D5: decametilciclopentasiloxano L4: decametiltetrasiloxano D6: dodecametilciclohexasiloxano L5: Dodecametilpentasiloxano D3, D4, D5, L2 e L3 são os principais siloxanos observados acima dos limites de detecção em aterros. D4 é o maior contribuinte dos siloxanos totais (cerca de 60% do total), seguido de L2, D5 e L3. 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 22

23 Remoção de Siloxanos do Biogás por CA (2 de 3) O Biogás pode ter composições diversas! Solubilidade de siloxanos em água: L2 >> D3> D4 >L3> D5. Os níveis de siloxanos variam muito de local para local; as variações podem também ser significativas ao longo do tempo num lugar específico. Aterros com resíduos mais antigos não garantem níveis mais baixos de siloxanos. A humidade existente no gás bruto é importante: humidade elevada resulta numa concentração mais alta de siloxanos, no entanto a maioria dos siloxanos solúveis pode ser removida durante o processo de desumidificação. Ter em atenção a presença de VOC s no biogás, substâncias que competem com os siloxanos no processo de adsorção por Carvão Ativado. 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 23

24 Remoção de Siloxanos do Biogás por CA (3 de 3) Adsorção física: área de superfície BET, volume de poros Recomendação de produto usando isotermas de adsorção 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 24

25 Remoção de H 2 S do Biogás por CA O uso de Carvão Ativado tem requisitos críticos! Oxigênio e humidade têm de estar presentes no biogás Recomendações: conteúdo mínimo de oxigênio 2 vezes superior ao do equivalente estequiométrico de H 2 S, idealmente acima de 4 vezes mais Concentração máxima de H 2 S de 2000 ppm por razões de segurança Concentração economicamente viável estimada em cerca de 200 ppm O Carvão Ativado pode neutralizar picos de H 2 S Tem elevada eficiência de remoção (>99%) É possível chegar-se a concentrações muito reduzidas de H 2 S (< 1ppm) 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 25

26 Aplicação em Gás de Aterros Sanitários Remoção apropriada de H 2 S do gás de aterros 1. Vácuo elevado 2. Penetração de ar através da cobertura 3. Biogás com oxigênio e humidade 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 26

27 Tecnologias para Otimizar o Tempo de Vida do Filtro de Carvão Ativado Combinação de tecnologias possível Detector de H 2 S O 2 AC Biogás limpo Detector de H 2 S 50% AC O filtro de carvão ativado também pode ser usado como filtro de polimento 400 ppm H 2 S By-pass 50% 200 ppm H 2 S 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 27

28 Portfólio de Produtos de CA da Cabot para Biogás Caraterização do Biogás Bruto Vazão? Processo de tratamento? P? T? SiOx elevados? H 2 S elevado? Siloxanos & H 2 S elevados? Outros contaminantes (e.g.:voc s)? Qualidade de gás desejada após CA? Grau Darco BG1 Darco BGH Norit RB / Norit RBW Norit RST Norit RGM Função Produto eficiente na remoção de H2S e siloxanos. Indicado para pequenas vazões. Grau multiuso para adsorção de H2S e siloxanos. Capacidade de neutralização de ácidos. Elevada capacidade para H 2 S (trocas de leito menos frequentes). Grau de Carvão Ativado Premium com boa relação custo x benefício e baixa perda de carga. Indicado para remoção de siloxanos. Carvão extrudado de 4 mm não-impregnado com boas propriedades catalíticas e baixa perda de carga. Propriedades de adsorção de H 2 S muito dependentes das condições de operação (presença suficiente de oxigênio e humidade no gás). Boa eficiência de adsorção de VOC s. Carvão extrudado, impregnado com um metal oxidado que oxida o H 2 S a enxofre elementar na ausência de oxigênio no biogás. 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 28

29 Case Studies Remoção de H2S 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 29

30 Case Studies Remoção de Siloxanos (1) 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 30

31 Case Studies Remoção de Siloxanos (2) 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 31

32 Conclusão Drivers para o uso de CA no tratamento de Biogás Redução dos custos operacionais e de manutenção Os filtros de CA são fáceis de instalar em plantas de biogás existentes Baixo CAPEX para filtros de Carvão Ativado Elevada eficiência de remoção de contaminantes Na remoção de H 2 S, pode ser adicionado oxigênio para estender a vida útil do carvão ativado Graus de carvão com capacidades de adsorção seletivas para H 2 S e siloxanos O carvão ativado pode ser combinado com variadas tecnologias de tratamento e operar como filtro de polimento 12 SEPTEMBER 2016 / PRESENTATION TITLE / CONFIDENTIAL / NOT FOR REDISTRIBUTION 32