Estudo da separação de biogás através de processos de destilação criogênica

Abstract

O biogás é um gás formado pela decomposição anaeróbia da matéria orgânica através da ação de microrganismos. Caso seja produzido de maneira descontrolada, pode agravar o aquecimento global. Algumas das alternativas encontradas é o seu uso em prol da produção elétrica através da queima do gás, e sua utilização como combustível veicular. Para isso, necessita-se realizar a separação dos constituintes. Como os principais constituintes do biogás são metano e dióxido de carbono, o presente estudo realiza avaliações e simulações acerca da separação dos compostos, uma vez que o produto que será usado na produção energética e como combustível é o metano. As tecnologias mais difundidas são: separação por membranas, absorção química, adsorção, adsorção com modulação de pressão e lavagem com água. Outro método ainda em estudo é a destilação criogênica, que oferece produtos com eficiência na separação altíssima, mas possui um alto custo energético. Outro problema encontrado é a necessidade de operar o processo a altas pressões, a fim de evitar a solidificação de dióxido de carbono, conforme é previsto em experimentos de equilíbrios de fase entre os dois principais compostos do biogás. Foi realizado, então, um estudo acerca da destilação criogênica com a implementação de uma técnica híbrida ao processo, denominada zona de resfriamento controlada. A destilação criogênica simples necessita operar a altas pressões, enquanto que a adição da técnica da zona de resfriamento controlada permite a criação de uma região de equilíbrio sólido+vapor, de modo a existir solidificação e representar uma separação mais eficiente ao processo. Para avaliar isso, realizou-se uma simulação do processo convencional e, após, a simulação do processo modificado com a região de formação de sólidos. Os resultados obtidos demonstram que a destilação criogênica modificada pode realizar ganhos em termos de pureza dos produtos de topo e de fundo, mas precisam de informações quanto aos custos energéticos, uma vez que o artifício utilizado na simulação não demonstra, realmente, a separação entre sólido e vapor da mistura. Baseado no aumento de pureza dos produtos, pode-se pensar em maneiras a adicionar esse procedimento na destilação criogênica convencional, como também avaliar a fundo as condições energéticas do processo, como a adição de bombas e tratamento da corrente que retorna à coluna, para observar se realmente há vantagens econômicas no processo.