Por que purificar o biogas januspergher

JANUS & PERGHERJANUS & PERGHER

PURIFICAÇÃOPURIFICAÇÃO DE DE

BIOGÁSBIOGÁS


1.1. Porque utilizar biogás:Porque utilizar biogás:

• 1.1 Combustível renovável1.1 Combustível renovável• 1.2 Tomando-se como exemplo a produ1.2 Tomando-se como exemplo a produçção ão

dos 7,2 milhões de biodigestores instalados na dos 7,2 milhões de biodigestores instalados na China atChina atéé dezembro 1979, a energia gerada dezembro 1979, a energia gerada por eles equivalente a cinco "Itaipus" ou 48 por eles equivalente a cinco "Itaipus" ou 48 milhões de toneladas de carvão mineral.milhões de toneladas de carvão mineral.


2. Fatores que influenciam na 2. Fatores que influenciam na obtenção de um “bom" Biogás:obtenção de um “bom" Biogás:• 2.12.1 Impermeabilidade ao Ar. Impermeabilidade ao Ar.

A decomposição de matéria orgânica na A decomposição de matéria orgânica na presença de oxigênio produz dióxido de carbono presença de oxigênio produz dióxido de carbono (CO(CO22); na ausência de ar (oxigênio) produz ); na ausência de ar (oxigênio) produz metano. Se o biodigestor não estiver metano. Se o biodigestor não estiver perfeitamente vedado à produção de biogás é perfeitamente vedado à produção de biogás é inibida.inibida.

• 2.2 Temperatura adequada2.2 Temperatura adequada• 2.3 Nutrientes2.3 Nutrientes• 2.4 Teor de Água2.4 Teor de Água


3. Características do Biogás:3. Características do Biogás:

• "O Biogás é um gás inflamável produzido por "O Biogás é um gás inflamável produzido por

microorganismos, quando matérias orgânicas são microorganismos, quando matérias orgânicas são

fermentadas dentro de determinados limites de fermentadas dentro de determinados limites de

temperatura, teor de umidade e acidez, em um temperatura, teor de umidade e acidez, em um

ambiente impermeável ao ar”.ambiente impermeável ao ar”.


3.1 Gases contidos no do Biogás:3.1 Gases contidos no do Biogás:

• CHCH44 – 55 a 80% – 55 a 80%

• COCO22 – Restante – Restante

• Ar (NAr (N22 + O + O22) – Contaminante) – Contaminante

• HH22S – de 1000 a 15000 ppm (0,01 a 0,15%)S – de 1000 a 15000 ppm (0,01 a 0,15%)

• HH22O – saturadoO – saturado


3.2 Capacidade calorífica do 3.2 Capacidade calorífica do biometano (biogás purificado):biometano (biogás purificado):

• O poder calorífico do biogás varia de 5000 a 7000 O poder calorífico do biogás varia de 5000 a 7000 Kcal/mKcal/m33..

• O biogás altamente purificado pode alcançar até O biogás altamente purificado pode alcançar até 12000 Kcal/m12000 Kcal/m33..

• De acordo com Meynell, De acordo com Meynell, [1][1] a energia esperada do a energia esperada do metano puro e de 896-1069 Btu/ftmetano puro e de 896-1069 Btu/ft33; o gás natural ; o gás natural tem energia aproximadamente 10% maior porque tem energia aproximadamente 10% maior porque contem gases líquidos como butano.contem gases líquidos como butano.


3.2.1 Um metro cúbico de biometano 3.2.1 Um metro cúbico de biometano equivale a:equivale a:

• 0,613 litro de gasolina0,613 litro de gasolina• 0,579 litro de querosene0,579 litro de querosene• 0,553 litro de óleo diesel0,553 litro de óleo diesel• 0,454 litro de gás de cozinha0,454 litro de gás de cozinha• 1,536 quilo de lenha1,536 quilo de lenha• 0,790 litro de álcool hidratado0,790 litro de álcool hidratado• 1,428 kW de eletricidade1,428 kW de eletricidade


3.4 Principais impurezas do Biogás:3.4 Principais impurezas do Biogás:

• a)Sulfeto de Hidrogênio – Ha)Sulfeto de Hidrogênio – H22SS

• b)Dióxido de Carbono – COb)Dióxido de Carbono – CO22

• c)Vapor de Água – Hc)Vapor de Água – H22OO

• d)Ar Atmosférico – Nd)Ar Atmosférico – N22 + O + O22

• e)Dióxido de enxofre – SOe)Dióxido de enxofre – SO22


4. Purificação do biogás:4. Purificação do biogás:

• 4.1 Retirada de H4.1 Retirada de H22S e traços de SOS e traços de SO22

A retirada do HA retirada do H22S é necessária devido:S é necessária devido:a)a) A sua toxidade;A sua toxidade;b)b) A sua acidez que destrói os equipamentos bem A sua acidez que destrói os equipamentos bem

como provoca a chuva acida resultante dos como provoca a chuva acida resultante dos gases de combustão do motor.gases de combustão do motor.


4.1.1 Retirada por meio químico a seco.4.1.1 Retirada por meio químico a seco.

• Aplicado em fluxos baixos de Biogás e instalações Aplicado em fluxos baixos de Biogás e instalações de menor porte, até 500 Nm3/h.de menor porte, até 500 Nm3/h.

• Um leito de palha de aço oxidada é atravessado Um leito de palha de aço oxidada é atravessado pelo gás a ser purificado acontecendo as pelo gás a ser purificado acontecendo as seguintes reações:seguintes reações:


• FeFe22OO33 + 3H + 3H22S = FeS = Fe22SS33 + 3H + 3H22O O Durante Durante o ciclo de purificaçãoo ciclo de purificação

• 2Fe2Fe22SS3 3 + O+ O22 = 2 Fe = 2 Fe22OO3 3 + 3S + 3S22

Durante a regeneração.Durante a regeneração.

• 1Kg de oxido de ferro remove 0.64Kg de H1Kg de oxido de ferro remove 0.64Kg de H22SS


• Observar que o leito de oxido de ferro pode ser Observar que o leito de oxido de ferro pode ser regenerado simplesmente deixando-se passar ar regenerado simplesmente deixando-se passar ar pelo seu interior, devido à reação ser altamente pelo seu interior, devido à reação ser altamente exotérmica deve-se controlar a entrada de ar no exotérmica deve-se controlar a entrada de ar no leito para evitar incêndios. Será formado enxofre leito para evitar incêndios. Será formado enxofre na forma natural muitas vezes fundido pelo calor, na forma natural muitas vezes fundido pelo calor, onde o mesmo recobre (impermeabiliza) o oxido onde o mesmo recobre (impermeabiliza) o oxido de ferro o que impossibilita seu re-uso;de ferro o que impossibilita seu re-uso;


• Uma regeneração continua do leito pode ser Uma regeneração continua do leito pode ser conseguida adicionando-se ao gás a ser conseguida adicionando-se ao gás a ser purificado um pequeno percentual de Opurificado um pequeno percentual de O22 proporcional à concentração de Hproporcional à concentração de H22S existente S existente deste modo as duas reações acima ocorrem deste modo as duas reações acima ocorrem simultaneamente.simultaneamente.


4.1.2 Método de retirada Biológico4.1.2 Método de retirada Biológico • Destinado a remoção de HDestinado a remoção de H22S para fluxos elevados S para fluxos elevados

de Biogás, entre 200 a 2500 Nm3/h, com de Biogás, entre 200 a 2500 Nm3/h, com capacidade de produzir até 50 toneladas de capacidade de produzir até 50 toneladas de Enxofre ao dia.Enxofre ao dia.

• Casos de sucesso da aplicação dessa tecnologia Casos de sucesso da aplicação dessa tecnologia são em tratamento de efluentes de indústrias de são em tratamento de efluentes de indústrias de celulose, destilarias de petróleo, tratamentos de celulose, destilarias de petróleo, tratamentos de esgotos domésticos municipais e indústrias esgotos domésticos municipais e indústrias químicas.químicas.


Características Tecnológicas:Características Tecnológicas:

• Alta eficiência na remoção de HAlta eficiência na remoção de H22S;S;• Remoção do odor por conversão dos Remoção do odor por conversão dos

componentes;componentes;• Pequeno tempo para partida do sistema;Pequeno tempo para partida do sistema;• Processo robusto;Processo robusto;• Operação a pressão e temperatura ambiente;Operação a pressão e temperatura ambiente;• Baixo custo operacional;Baixo custo operacional;• Produção de enxofre e re-utilização do produto.Produção de enxofre e re-utilização do produto.


Princípio de Operação:Princípio de Operação:

• A absorção do HA absorção do H22S ocorre em meio levemente S ocorre em meio levemente alcalino (pH 8-9) permitindo a seguinte reação:alcalino (pH 8-9) permitindo a seguinte reação:

HH22SSgasgas + OH- = HS- + OH- = HS-liquidliquid + H + H22OO

• A fase líquida HS-A fase líquida HS-liquidliquid é direcionada ao bioreator, é direcionada ao bioreator, onde o Sulfeto é oxidado por bactérias, onde o Sulfeto é oxidado por bactérias, resultando enxofre puro.resultando enxofre puro.

HS- + ½ OHS- + ½ O22 = S = S00 + OH- + OH-


• Observação: Outros métodos de remoção de HObservação: Outros métodos de remoção de H22S S

e SOe SO22, podem ser aplicados, porém são , podem ser aplicados, porém são

economicamente inviáveis e na maioria das economicamente inviáveis e na maioria das

vezes, geram subprodutos poluentes que devem vezes, geram subprodutos poluentes que devem

ser descartados de forma apropriada.ser descartados de forma apropriada.


4.2 Retirada do CO4.2 Retirada do CO22 e N e N22

• A remoção do COA remoção do CO22 e N e N22 é necessária, visando é necessária, visando

elevar o poder calorífico do biogás, atingindo elevar o poder calorífico do biogás, atingindo valores que atendem integralmente a valores que atendem integralmente a Resolução ANP-16 equivalendo-se ao gás Resolução ANP-16 equivalendo-se ao gás natural, utilizando-se a técnica da Adsorção por natural, utilizando-se a técnica da Adsorção por Troca de Pressão – PSA.Troca de Pressão – PSA.


4.2.1 Retirada utilizando-se Adsorvedores 4.2.1 Retirada utilizando-se Adsorvedores P.S.A.P.S.A.

• Através da tecnologia da Adsorção por Troca de Através da tecnologia da Adsorção por Troca de Pressão, é possível remover o COPressão, é possível remover o CO22 e o N e o N22 do do Biogás, por simples diferença de tamanho Biogás, por simples diferença de tamanho molecular e eletroafinidade dos gases da mistura, molecular e eletroafinidade dos gases da mistura, com relação ao adsorvente empregado. com relação ao adsorvente empregado.

• A água é totalmente adsorvida, resultando em A água é totalmente adsorvida, resultando em um gás seco.um gás seco.

SECADORREFRIGERAÇÃO

FILTROS

MF SMF AU

CO

LUN

A A

C

OLU

NA

B

COMPRESSOR DE CH4

OPCIONAL

BIOMETANOP/ CONSUMO

SMF

C

OLU

NA

C

RE

SE

RV

ATÓ

RIO

DE

CH

4

FIL

TRO

H2S

FILTROS

FIL

TRO

SIL

OX

AN

O

ENTRADA DEBIOGÁS

COMPRESSOR RADIAL

COMPRESSOR DE BIOGÁS

ENXOFRE

CO2

BOMBA DE VÁCUO

PURIFICADOR DE BIOGÁS JANUS & PERGHERJANUS & PERGHER






Bibliografia:Bibliografia:• SEIXAS, Jorge. "Construção e Funcionamento de SEIXAS, Jorge. "Construção e Funcionamento de

Biodigestores", Jorge Seixas, Sérgio Folle e Biodigestores", Jorge Seixas, Sérgio Folle e Delomar Machetti. Brasília, EMBRAPA - DID, 1980. Delomar Machetti. Brasília, EMBRAPA - DID, 1980. 60p. (EMBRAPA - CPAC. Circular técnica, 4).60p. (EMBRAPA - CPAC. Circular técnica, 4).

• [1][1] Meynell, P-J. (1976). Meynell, P-J. (1976). Methane: Planning a Methane: Planning a Digester.Digester. New York: Schocken Books. pp. 30-31. New York: Schocken Books. pp. 30-31.

• Wellinger and Linberg (2000)Wellinger and Linberg (2000)• Capstone turbine corp (2000)Capstone turbine corp (2000)• Koln an Neilsen (1997)Koln an Neilsen (1997)

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