Dinâmica do processo de armazenamento de gás natural por adsorção em sistemas de leito fixo - SOUZA, Sidney Oliveira de (2005)
Objetivando a implementação da tecnologia de armazenamento de gás natural por adsorção (GNA) utilizando carvões ativados, visando seu uso como combustível alternativo veicular, e para transporte e armazenamento a granel em localidades desprovidas de gasodutos, foi avaliada neste trabalho a performance de uma unidade semipiloto de estocagem. No processo, o gás metano, representando o gás natural, foi armazenado por adsorção em um cilindro preenchido com uma amostra do carvão ativado NUCHAR NG da MeadWestvaco (Estados Unidos). Visando o controle e a otimização das etapas de carga e descarga do gás, procedeu-se a avaliação da influência dos parâmetros operacionais pressão e vazões de carga e descarga. O envolvimento no processo de efeitos de compressão/descompressão, transferência de massa na estrutura porosa e interação adsortiva na superfície do sólido foram contabilizados mediante a elaboração de um modelo não-isotérmico. A partir desta concepção foi possível representar as evoluções dos perfis de pressão e temperatura durante as etapas de carga e descarga. As operações semicontinuas não-isotérmicas de carga e descarga foram realizadas segundo a técnica barométrica, à temperatura ambiente de 297,65 K, na faixa de pressão de carga de 10,1 bar a 65,2 bar, com vazões de carga e descarga entre 1,137 NL/min e 9,097 NL/min. Os tempos de carga encontrados variaram entre 0,44% e 13,24% do tempo total do ciclo de carga (4 horas). A elevação máxima de temperatura alcançada pelo leito foi de 46,40 K. As isotermas de adsorção na temperatura média ambiente de 297,65 K foram do tipo I e segundo aplicação do modelo de Langmuir-Freundlich forneceram valores médios de 1,63?10-2 bar-1 para o parâmetro da isoterma de Langmuir-Freundlich e 1,31?10-1 kg/kg para a capacidade adsortiva máxima do metano no carvão ativado. A capacidade de armazenamento volumétrica para uma operação rápida de carga foi de 55,93 V/V, sobre pressão de carga de 45,2 bar e vazão de alimentação de 6,823 NL/min. O calor de adsorção, a energia de ativação de sorção e o fator pré-exponencial do coeficiente global efetivo de transferência de massa do metano no carvão ativado, estimados segundo o modelo cinético proposto foram 12032,25 J/mol, 8342,36 J/mol e 6,95?10-1 s-1, respectivamente. Com base na formulação de Van Deemter foram quantificados os parâmetros representativos dos fenômenos de transferência de massa do metano no carvão ativado, através dos momentos da distribuição dos tempos de residência (DTR), determinados em operações contínuas fluido-sólido. Os processos contínuos isotérmicos (297,65 K), desenvolvidos segundo a técnica da DTR sobre pressão constante de 30,0 bar e 45,0 bar, operaram na faixa de vazão de 0,989 NL/min a 1,817 NL/min. Os valores do coeficiente de difusão efetivo, do coeficiente global de transferência de massa e da constante de equilíbrio de adsorção, obtidos do modelo dinâmico para a pressão de 30,0 bar, foram, respectivamente, 3,36?10-11 m2/s, 9,52?10-5 m/s e 19,43?10-3 m3/kg e para a pressão de 45,0 bar foram 3,66?10-11 m2/s, 8,40?10-5 m/s e 17,19?10-3 m3/kg