Análise experimental do tempo de residência empregando um protótipo em escala laboratorial visando a adsorção de CO2

Abstract

A crescente demanda por energia com processos industriais mais elaborados e a utilização de automóveis elétricos não permite descartar nenhuma fonte de geração de energia. Para garantir fornecimento e a segurança das matrizes, as termoelétricas precisam se modernizar e incorporarem sistemas de captura de CO2. Uma das tecnologias que se destaca é com a utilização de zeólitas, esta apresenta menor consumo de energia e maior eficiência, alcançando os mesmos resultados de captura que outros processos convencionais. Para que isso seja possível, o tempo de residência das zeólitas no leito de adsorção é uma importante característica que precisa ser avaliada. Desta forma, este trabalho teve como objetivo analisar o tempo de residência de zeólitas em uma coluna de adsorção de uma planta piloto de captura de CO2 em três diferentes configurações operacionais de leito: (i) sem ar, (ii) com ar, (iii) com mistura gasosa de CO2 e N2. Para cada configuração foram utilizadas três tipos de placas perfuradas variando sua área de abertura e quantidade de furos. Cada conjunto de placa foi testada em diferentes vazões de sólidos (zeólitas) e em diferentes vazões de fluido. No intuito de avaliar a remoção de CO2 foi injetado gás em contracorrente simulando os gases de exaustão em uma planta de captura na proporção de 14% de CO2 e 86% de N2. Os resultados mostraram que é possível alcançar cerca de 13 segundos de tempo de residência com modificações simples no leito e que a adsorção acontece de forma eficaz, sendo que com 10,65 segundos se tem um percentual de remoção de CO2 de aproximadamente 95,5 % e que por volta dos 15 segundos incríveis 99,33 % de captura de CO2. Ao tornar a planta viável com adsorção através das zeólitas, pode-se conseguir resultados potenciais que devem ser analisados em trabalhos futuros, como a redução expressiva das penalidades energéticas da regeneração de líquidos, maior eficiência da usina térmica e menores custos de energia para os consumidores.

Abstract: The growing demand for energy with more elaborate industrial processes and the use of electric automobiles does not allow to discard any source of energy generation. To ensure a supply of energy and security of the matrices, such as thermoelectric plants necessary to modernize and incorporate CO2 capture systems. One of this technologies that show the use of zeolites, presents less energy consumption and greater efficiency, achieving the same results of capture of other used applications. For this to be possible, the residence time of the adsorption readings is an important resource that needs to be evaluated. Thus, this work aimed to analyze the residence time of zeolites in an adsorption column of a CO2 capture pilot plant in three different bed operation configurations: (i) without air, (ii) with air, ( iii)) with a gas mixture of CO2 and N2. For each configuration, three types of perforated plates were used, varying their opening area and number of holes. Each set of plates was tested on different strength flow (zeolites) and different fluid flow. In the intention to evaluate the removal of CO2 was injected into the gas, simulating the exhaust gases in a capture plant in the proportion of 14% CO2 and 86% N2. The displayed results, which are possible, reach about 13 seconds of residence time with simple changes in the bed, that the adsorption occurs effectively, being 10.65 seconds if a CO2 removal percentage of approximately 95.5%, and which returns to an incredible 15 seconds 99.33% CO2 capture. By making a plant viable with adsorption through zeolites, results can be obtained that must be analyzed in future works, such as a significant reduction in energy penalties for the regeneration of recordings, greater efficiency of the economic plant and lower energy costs for consumers.