Estudo da separação de misturas CO2/CH4 a baixas pressões empregando processo de adsorção cíclica com modulação de pressão
Ano de defesa: | 2019 |
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Universidade Estadual do Oeste do Paraná
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Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
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Resumo: | The greenhouse gas emission from burning of fossil fuels can cause catastrophic consequences for the planet environment. Since the establishment of the Kyoto protocol, many countries have been looking for alternative energy sources. In this way, biogas stands out as an important alternative of energy source. However, biogas has only 60% of methane and for this reason yours use as car fuel or transportation to majors cities is not viable. In the last few years considerable efforts in research are undertaken in order to develop new techniques to upgrade biogas in biomethane. Adsorption processes such as pressure swing adsorption (PSA) have a great potential for this purpose. Thus, the main objective of this work was to analyze the CO2 removal from biogas using pressure swing adsorption techniques. Adsorption equilibrium and diffusion of single components were used to predict the behavior of the binary system in fixed bed and in PSA process by mathematical modeling. Experimental and modeling data were obtained to identify the effects of different steps on process performance. The mathematical model was able to predict the behaviors of breakthrough curves and the PSA process from equilibrium and kinetic data. The experimental and model results showed that the PSA process with carbon molecular sieves can get biomethane with a purity greater than 97%. These results also showed that is possible to reach high recovery levels with low cost at small PSA units. |
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In this way, biogas stands out as an important alternative of energy source. However, biogas has only 60% of methane and for this reason yours use as car fuel or transportation to majors cities is not viable. In the last few years considerable efforts in research are undertaken in order to develop new techniques to upgrade biogas in biomethane. Adsorption processes such as pressure swing adsorption (PSA) have a great potential for this purpose. Thus, the main objective of this work was to analyze the CO2 removal from biogas using pressure swing adsorption techniques. Adsorption equilibrium and diffusion of single components were used to predict the behavior of the binary system in fixed bed and in PSA process by mathematical modeling. Experimental and modeling data were obtained to identify the effects of different steps on process performance. The mathematical model was able to predict the behaviors of breakthrough curves and the PSA process from equilibrium and kinetic data. The experimental and model results showed that the PSA process with carbon molecular sieves can get biomethane with a purity greater than 97%. These results also showed that is possible to reach high recovery levels with low cost at small PSA units.Emissões de gases causadores do efeito estufa provenientes da queima de combustíveis fósseis podem vir a causar consequências catastróficas ao clima do planeta. Desde o estabelecimento do protocolo de Quioto, muitos países vêm procurando por novas fontes energéticas. O biogás destaca-se como uma das alternativas energéticas. Contudo, o teor elevado de CO2 prejudica o uso do biogás como combustível, bem como seu transporte para os grandes centros populacionais. Assim, nos últimos anos a procura por tecnologias de refino de biogás a biometano se intensificaram. Uma das alternativas consiste na utilização de processos cíclicos de adsorção. Dessa forma, o presente trabalho tem por objetivo a análise da remoção de CO2 do biogás empregando processo de adsorção cíclica com modulação de pressão (AMP). Dados batelada de cinética e equilíbrio monocomponente de CH4 e CO2 foram usados para predizer o comportamento do sistema binário em coluna de leito fixo e em ciclos de modulação da pressão a partir de modelagem matemática. Dados experimentais e modelagem matemática de diferentes de ciclos AMP foram obtidos para identificar a influência das diferentes etapas na eficiência do processo. O modelo matemático foi capaz de prever com eficiência o comportamento dos dados experimentais de curvas de ruptura e de ciclos AMP, a partir de dados experimentais de equilíbrio e cinética em batelada. Tanto os dados experimentais, quanto os valores obtidos pela modelagem matemática, mostram que os processos de modulação de pressão empregando peneiras moleculares de carbono podem fornecer metano com pureza superior a 97%. Os resultados obtidos também demonstram que o processo em questão possibilita uma elevada recuperação de metano, bem como baixos custos de instalação e operação.Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2021-05-27T18:51:26Z No. of bitstreams: 1 Rafael_Carnevesi_2019.pdf: 6901773 bytes, checksum: 94f1bea43c77a39f6201e44460cc3d85 (MD5)Made available in DSpace on 2021-05-27T18:51:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rafael_Carnevesi_2019.pdf: 6901773 bytes, checksum: 94f1bea43c77a39f6201e44460cc3d85 (MD5) Previous issue date: 2019-03-13Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESapplication/pdfpor-2624803687637593200500Universidade Estadual do Oeste do ParanáToledoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIOESTEBrasilCentro de Engenharias e Ciências ExatasAdsorçãoPeneira molecular de carbonoModelagem matemática.AdsorptionCarbon molecular sievesMathematical modelingENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAEstudo da separação de misturas CO2/CH4 a baixas pressões empregando processo de adsorção cíclica com modulação de pressãoLow pressure separation of CO2/CH4 mistures by pressure swing adsorption processinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis1582274381427649589600600600600-7734402124082146922-18486402610968708782075167498588264571info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTEinstname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)instacron:UNIOESTEORIGINALRafael_Carnevesi_2019.pdfRafael_Carnevesi_2019.pdfapplication/pdf6901773http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/5396/2/Rafael_Carnevesi_2019.pdf94f1bea43c77a39f6201e44460cc3d85MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82165http://tede.unioeste.br:8080/tede/bitstream/tede/5396/1/license.txtbd3efa91386c1718a7f26a329fdcb468MD51tede/53962022-07-19 18:34:42.138oai:tede.unioeste.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede.unioeste.br/PUBhttp://tede.unioeste.br/oai/requestbiblioteca.repositorio@unioeste.bropendoar:2022-07-19T21:34:42Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE - Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)false |
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