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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/33685| Título: | Avaliação do potencial de redução do sulfeto de hidrogênio do biogás por absorção com ozônio |
| Título(s) alternativo(s): | Assessment of the hydrogen sulfide reduction potential in biogas through ozone absorption |
| Autor(es): | Rosetti, Mylena Kellyn de Paula |
| Orientador(es): | Frare, Laercio Mantovani |
| Palavras-chave: | Oxidação Águas residuais - Purificação - Oxidação Dessulfuração Oxidation Sewage - Purification - Oxidation Desulphuration |
| Data do documento: | 7-Fev-2024 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Medianeira |
| Citação: | ROSETTI, Mylena Kellyn de Paula. Avaliação do potencial de redução do sulfeto de hidrogênio do biogás por absorção com ozônio. 2024. Dissertação (Mestrado em Tecnologias Ambientais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Medianeira, 2024. |
| Resumo: | O biogás é uma mistura de gases contendo, principalmente, metano (CH4) dióxido de carbono (CO2) e sulfeto de hidrogênio (H2S). O H2S, por apresentar características de toxicidade e corrosividade, deve ser removido do biogás. Entre as tecnologias promissoras para dessulfurização pode-se citar, entre outras, a utilização do ozônio (O3) como agente oxidante do H2S. Assim, o presente trabalho teve por objetivo avaliar a eficiência de redução do H2S, presente no biogás, a partir da tecnologia de absorção com O3. Para avaliar a eficiência do processo foram desenvolvidos quatro sistemas em escala de bancada que operavam a diferentes configurações de fluxo, para o H2S e o O3, e temperaturas (5, 10, 15, 20 e 25 ºC). Para o primeiro sistema (fluxo contínuo aberto para H2S e O3), os resultados obtidos revelaram os maiores teores de redução de H2S nos ensaios a 20 e 25 ºC, sendo de 49% e 47% respectivamente, o que pode estar relacionado a entalpia positiva (∆H>0) da reação entre o H2S e O3, o que implica em uma reação favorecida em temperaturas mais altas. No segundo sistema (fluxo contínuo fechado para biogás e estacionário para O3), obteve-se remoções de 36 ± 1% para todas as temperaturas. O terceiro sistema (fluxo estacionário para biogás e O3), apresentou baixa redução dos gases CH4 e CO2 (< 15%) em relação ao parâmetro agitação. Em relação ao H2S, o tempo de agitação apresentou efeito positivo, alcançando 100% de redução no período de 30 minutos. Com relação ao parâmetro temperatura, o sistema alcançou as maiores remoções de H2S nas temperaturas de 10 e 15 ºC. Contudo, um dos problemas encontrados no sistema foi a elevada diluição dos gases CO2 e H2S (> 70%). O quarto sistema (fluxo contínuo para biogás e O3), apresentou redução de H2S em 16% em pH 4, 39% em pH 7 e 68% em pH 10 a 20ºC. Ao realizar uma análise aprofundada dos quatro sistemas em estudo nota-se que o sistema estacionário demonstra uma notável capacidade de redução de H2S em temperaturas menores. Isso é atribuído à solubilidade do O3 favorecida em temperaturas menores, resultando em maior dissolução de moléculas de O3 no frasco de absorção, quando comparado ao sistema operando a temperaturas mais altas. No entanto, o sistema contínuo se beneficia de um suprimento contínuo de moléculas de O3, o que o torna mais eficaz em temperaturas mais altas, devido a reação entre o H2S e O3 ser endotérmica. Uma das principais conclusões, devido a análise comparativa dos sistemas de dessulfurização, revela a influência das condições operacionais e das propriedades químicas envolvidas. Cada rota de purificação, seja ela de fluxo contínuo ou estacionário, apresenta vantagens distintas dependendo das temperaturas de operação e das reações químicas envolvidas. |
| Abstract: | Biogas is a mixture of gases primarily containing methane (CH4), carbon dioxide (CO2), and hydrogen sulfide (H2S). Due to its toxic and corrosive characteristics, H2S must be removed from biogas. Among promising technologies for desulfurization, the use of ozone (O3) as an oxidizing agent for H2S can be mentioned. Therefore, the present work aimed to evaluate the efficiency of reducing H2S in synthetic biogas using ozone absorption technology. To assess the process efficiency, four bench-scale systems were developed, operating with different flow configurations for H2S and O3 and temperatures (5, 10, 15, 20, and 25 ºC). In the first system (continuous open flow for H2S and O3), the results showed the highest H2S reduction at 20 and 25 ºC, reaching 49% and 47%, respectively. This could be related to the positive enthalpy (∆H>0) of the reaction between H2S and O3, favoring the reaction at higher temperatures. In the second system (continuous closed flow for biogas and stationery for O3), removals of 36 ± 1% were achieved for all temperatures. The third system (stationary flow for biogas and O3) exhibited low reductions in CH4 and CO2 gases (<15%) concerning the agitation parameter. However, regarding H2S, the agitation time showed a positive effect, achieving a 100% reduction in 30 minutes. Concerning the temperature parameter, the system achieved the highest H2S removals at 10 and 15 ºC. Nevertheless, a problem encountered in the system was the high dilution of CO2 and H2S gases (<70%). The fourth system (continuous flow for biogas and O3) showed H2S reduction of 16% at pH 4, 39% at pH 7, and 68% at pH 10 at 20ºC. An in-depth analysis of the four studied systems reveals that the stationary system demonstrates notable H2S reduction capacity at lower temperatures due to the enhanced solubility of O3. In contrast, the continuous system benefits from a continuous supply of O3 molecules, making it more effective at higher temperatures due to the endothermic nature of the reaction between H2S and O3. One of the main conclusions, based on the comparative analysis of desulfurization systems, highlights the influence of operational conditions and chemical properties involved. Each purification route, whether continuous or stationary flow, presents distinct advantages depending on the operating temperatures and chemical reactions involved. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/33685 |
| Aparece nas coleções: | MD - Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais |
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