Desenvolvimento de unidade laboratorial TSA (Temperature Swing Adsorption) : inovando a etapa de regeneração através do aquecimento por indução

Abstract

A desidratação do gás natural é uma das principais etapas no tratamento do gás e o método Thermal Swing Adsorption (TSA) é utilizado na recuperação do adsorvente que remove a umidade do gás. No entanto, a etapa de regeneração demanda tempo para aquecer, dessorver e resfriar o leito. Além disso, ao longo do uso, a capacidade de adsorção de água das peneiras moleculares (PMs) pode ser reduzida devido à degradação nos longos ciclos de regeneração e ao acúmulo de substâncias orgânicas pesadas no interior dos poros. Um controle de temperatura mais efetivo do leito apresenta maior potencial para minimizar a formação de coque, colaborando também para evitar a condensação retrógrada. Portanto, a análise de métodos alternativos que reduzem o tempo de processo, apresentem um controle de temperatura mais efetivo e mantém a capacidade de adsorção torna-se necessária para reduzir o consumo energético e aumentar a eficiência do processo. A técnica Magnetic Induction Swing Adsorption (MISA) tem sido utilizada na captura de carbono desde 2016, apresentando alta eficiência energética, porém ainda não foi testada na desidratação de gás. No presente trabalho, foi avaliada a viabilidade da regeneração térmica de uma PM através de um método alternativo de aquecimento por indução. Foi construído um aparato experimental versátil para simulação de ciclos de desidratação pelos métodos convencional (TSA) e por indução. Foram realizados seis ciclos de desidratação nas duas técnicas de aquecimento, mantendo-se constantes os parâmetros de processo. Os resultados mostraram que o tempo de regeneração no método por indução foi pelo menos 50% inferior do que o tempo de regeneração pelo processo TSA, devido a um aquecimento mais homogêneo observado no método por indução, que também apresentou um melhor domínio da estratégia de aquecimento no leito, com valor da temperatura média da PM dentro do leito aquecido 166% superior do que o aquecimento TSA. Não foram identificadas diferenças na capacidade de adsorção da PM utilizada nos dois métodos, porém o método proposto reduziu o consumo energético em 40%, apresentando uma eficiência 173% superior que o método convencional. O estudo fornece informações valiosas para o desenvolvimento de processos de regeneração utilizando a indução, contribuindo para a melhoria da eficiência energética e indicando que o aquecimento por indução pode ser uma opção mais viável em termos energéticos na desidratação de gás natural.

The dehydration of natural gas is one of the key steps in gas treatment and the Thermal Swing Adsorption (TSA) method is used in recovering the adsorbent that removes moisture from the gas. However, the regeneration step requires time to heat, remove the water and cool the bed. Additionally, over time, the water adsorption capacity of the molecular sieves (MSs) can be reduced due to degradation during long regeneration cycles and the accumulation of heavy organic substances within the pores. More effective temperature control of the bed has the potential to minimize coke formation and also prevent retrograde condensation. Therefore, the analysis of alternative methods that reduce process time, provide more effective temperature control, and maintain adsorption capacity becomes necessary to reduce energy consumption and increase process efficiency. The Magnetic Induction Swing Adsorption (MISA) technique has been used in carbon capture since 2016, showing high energy efficiency, nevertheless it has not yet been tested in gas dehydration. In this study, the feasibility of thermal regeneration of an MS was evaluated using an alternative induction heating method. A versatile experimental apparatus was built to simulate dehydration cycles using both the conventional TSA and induction methods. Six dehydration cycles were performed using both heating techniques, with the process parameters kept constant. The results showed that the induction method had at least a 50% shorter regeneration time compared to the TSA process, attributed to a more homogeneous heating observed in the induction method, which also exhibited better control of the bed heating strategy, with an average temperature value of the MS within the heated bed being 166% higher than the TSA heating. No differences were identified in the adsorption capacity of the MS used in both methods, but the proposed method reduced energy consumption by 40% and showed a 173% higher efficiency than the conventional method. The study provides valuable information for the development of regeneration processes using induction, contributing to improved energy efficiency and indicating that induction heating may be a more viable option in energy terms in natural gas dehydration.