Modelagem e simulação de um processo de remoção de sulfeto de hidrogênio de uma corrente de biogás

Abstract

RESUMO: No último século, o aumento do consumo energético, principalmente de combustíveis fósseis, trouxe a tona problemas relacionados à poluição devido a maior emissão de gases de efeito estufa. Os biocombustíveis, especialmente o biogás, surgiram como alternativas viáveis, reduzindo a demanda por combustíveis fósseis e as emissões de gases de efeito estufa. Entretanto, para a utilização do biogás, é crucial remover contaminantes como o H2S, que é corrosivo e tóxico. Sendo assim, este trabalho visa modelar e simular o processo de dessulfurização do biogás com a aplicação de uma solução de Fe(III)EDTA e a regeneração da solução quelante. Durante as simulações, utilizou-se o software Aspen Plus, sendo investigados modelos de transferência de massa em colunas de bolhas, criando sub-rotinas em Fortran para integração com o Aspen Plus. Simulações foram realizadas com base em estudos da literatura executados em dois módulos, em escala de bancada e piloto. Na escala de bancada, os modelos de Gestrich e Krauss para superfície interfacial e Kawase e Moo-Young para coeficiente volumétrico mostraram melhor performance, com RMSE de 0,1396 e erro relativo de 13,79%. Para a regeneração, os modelos de van Dierendonck e Shah alcançaram regeneração de 76,01% e 92,10% para vazões de 340 e 680 mL de ar, respectivamente. Na escala piloto, os modelos de Akita e Yoshida e Kawase e Moo-Young mostraram, para remoção de H2S, um RMSE de 0,025 e erro relativo de 2,09%. Para a regeneração, os modelos de van Dierendonck e Shah alcançaram regeneração de 99,99% para vazões de 50 e 100 m³/h

ABSTRACT: In the last century, the increase in energy consumption, mainly of fossil fuels, has brought to light issues related to pollution due to the greater emission of greenhouse gases. Biofuels, especially biogas, have emerged as viable alternatives, reducing the demand for fossil fuels and greenhouse gas emissions. However, for the utilization of biogas, it is crucial to remove contaminants such as H2S, which is corrosive and toxic. Therefore, this work aims to model and simulate the biogas desulfurization process using a Fe(III)EDTA solution and the regeneration of the chelant solution. During the simulations, the Aspen Plus software was used, and mass transfer models in bubble columns were investigated, creating subroutines in Fortran for integration with Aspen Plus. Simulations were carried out based on literature studies conducted in two modules, at bench scale and at pilot scale. At bench scale, the models of Gestrich and Krauss for interfacial area and Kawase and Moo-Young for volumetric coefficient showed the best performance, with an RMSE of 0.1396 and a relative error of 13.79%. For regeneration, the models of van Dierendonck and Shah achieved regeneration of 76.01% and 92.10% for air flow rates of 340 and 680 mL/min, respectively. At pilot scale, the models of Akita and Yoshida and Kawase and Moo-Young showed, for H2S removal, an RMSE of 0.025 and a relative error of 2.09%. For regeneration, the models of van Dierendonck and Shah achieved regeneration of 99.99% for air flow rates of 50 and 100 m³/h