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

Carvão Ativado Biogás

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Carvão Ativado Biogás

Pedro Paixão Gerente de Aplicações – América do Sul

As perspectivas de contribuição do biometano para aumentar a oferta de GN em SP

RCGI/GBIO/IEE

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

A Cabot Corporation

Uma História Rica e Única

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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

Divisões/Negócios Cabot

5

Localizações

6

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

Soluções em Purificação: Carvão Ativado

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 2012

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Purification Solutions Sites

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Carvão Ativado: principais aplicações

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Tratamento de Águas

Alimentos & Bebidas

Farmacêutico

Biogás

Indústria Química

Medicinal

Catalisadores

Purificação de Gás e Ar

Mineração

Indústria Automotiva

Óleo & Gás

Carvão Ativado: Visão Geral

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

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Poros VS Impurezas

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Microporos < 1 nm Mesoporos 1-25 nm Macroporos > 25 nm

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Adsorção nos Poros de Carvão Ativado

Forças de Van der Waals permitem a “captura” das impurezas na superfície dos poros do carvão ativado

Tamanho de Partícula & Classificação

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Pó (PAC)

Granulado (GAC)

Extrudado (EAC)

D50: 20-50 µm

0.25 - 5mm (4-50 mesh)

D: 0.8 - 4 mm

Tipos de Matérias-Primas Utilizadas pela Cabot

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Carvão betuminoso

Lignite

Casca de coco

Turfa

Madeira

Caroço de azeitona

Processos de Fabricação de Carvão Ativado

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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)

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Biogás: Visão Geral

Fonte Uso do Biogás

Aterros Sanitários

Desafios

Comentário Potencial para CA

Siloxanos

Presentes

H2S

Presente; Necessário O2 + humidade Concentração de H2S ideal máx 200ppm

Siloxanos

Presentes

H2S

Presente; Necessário O2 + humidade Concentração de H2S ideal máx 200ppm

Biometano p/ Células de

Combustível

Biometano p/ a Rede de Gás

PRODUÇÃO DE ENERGIA

ELÉTRICA Estações de Tratamento de Efluentes

Biogás é uma mistura de metano, CO2, 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.

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Uso de Carvão Ativado em Biogás

Presença de Oxigênio

H2S (ppm) VOC’s + SiOx

Frequentemente 100 – 2,000 SIM

Por vezes 100 – 3,500 Ocasional

Ate

rro

Sa

nit

ário

ET

E

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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

Uso de Carvão Ativado em Biogás

A utilização de Carvão Ativado reduz custos de operação e manutenção

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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 (H2S), que está quase sempre presente no biogás. H2S é um gás ácido, perigoso e corrosivo que tem de ser removido. O Carvão Ativado é eficiente na adsorção de H2S 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 CO2.

Scrubbers de Aminas são usados na remoção de CO2 e H2S, e as aminas podem ser regeneradas através do uso de Carvão Ativado.

Purificação de Biogás com Carvão Ativado

Diferentes aplicações de CA no tratamento de Biogás

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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:

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.

Remoção de Siloxanos do Biogás por CA (1 de 3)

SILOXANO vem de: SILicone, OXigênio e alcANO

Siloxanos cíclicos Siloxanes Lineares

D3: hexametilciclotrisiloxano L2: hexametildisiloxano

D4: octametilciclotetrasiloxano L3: octametiltrisiloxano

D5: decametilciclopentasiloxano L4: decametiltetrasiloxano

D6: dodecametilciclohexasiloxano L5: Dodecametilpentasiloxano

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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.

Remoção de Siloxanos do Biogás por CA (2 de 3)

O Biogás pode ter composições diversas!

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Adsorção física: área de superfície BET, volume de poros

Recomendação de produto usando isotermas de adsorção

Remoção de Siloxanos do Biogás por CA (3 de 3)

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Oxigênio e humidade têm de estar presentes no biogás

Recomendações: conteúdo mínimo de oxigênio 2 vezes superior ao do equivalente estequiométrico de H2S , idealmente acima de 4 vezes mais

Concentração máxima de H2S de 2000 ppm por razões de segurança

Concentração economicamente viável estimada em cerca de 200 ppm

O Carvão Ativado pode neutralizar picos de H2S

Tem elevada eficiência de remoção (>99%)

É possível chegar-se a concentrações muito reduzidas de H2S (< 1ppm)

Remoção de H2S do Biogás por CA

O uso de Carvão Ativado tem requisitos críticos!

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Aplicação em Gás de Aterros Sanitários

Remoção apropriada de H2S do gás de aterros

1. Vácuo elevado 2. Penetração de ar através da cobertura 3. Biogás com oxigênio e humidade

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Tecnologias para Otimizar o Tempo de Vida do Filtro de Carvão Ativado

Combinação de tecnologias possível

Detector de H2S O2

AC Biogás limpo

Detector de H2S

AC

By-pass 400 ppm H2S

50%

50%

200 ppm H2S

O filtro de carvão ativado também pode ser usado como filtro de polimento

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Portfólio de Produtos de CA da Cabot para Biogás

Caraterização do Biogás Bruto

SiOx elevados?

Grau Função

Darco BG1 Produto eficiente na remoção de H2S e siloxanos. Indicado para pequenas vazões.

Darco BGH

Grau multiuso para adsorção de H2S e siloxanos. Capacidade de neutralização de ácidos. Elevada capacidade para H2S (trocas de leito menos frequentes).

Norit RB / Norit RBW

Grau de Carvão Ativado Premium com boa relação custo x benefício e baixa perda de carga. Indicado para remoção de siloxanos.

Norit RST

Carvão extrudado de 4 mm não-impregnado com boas propriedades catalíticas e baixa perda de carga. Propriedades de adsorção de H2S muito dependentes das condições de operação (presença suficiente de oxigênio e humidade no gás). Boa eficiência de adsorção de VOC’s.

Norit RGM Carvão extrudado, impregnado com um metal oxidado que oxida o H2S a enxofre elementar na ausência de oxigênio no biogás.

Siloxanos & H2S elevados?

H2S elevado?

Vazão? Processo de tratamento? P? T?

Qualidade de gás desejada após CA?

Outros contaminantes (e.g.:VOC’s)?

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Case Studies

Remoção de H2S

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Case Studies Remoção de Siloxanos (1)

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Case Studies Remoção de Siloxanos (2)

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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 H2S, pode ser adicionado oxigênio para estender a vida útil do carvão ativado

Graus de carvão com capacidades de adsorção seletivas para H2S e siloxanos

O carvão ativado pode ser combinado com variadas tecnologias de tratamento e operar como filtro de polimento

Conclusão

Drivers para o uso de CA no tratamento de Biogás