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MODELAGEM DO PROCESSO DE LIMPEZA DOS
GASES PROVENIENTES DA GASEIFICAÇÃO DO
CARVÃO MINERAL BRASILEIRO UTILIZANDO
SOLUÇÕES AQUOSAS DE MDEA
Michael Salvador Crocetta, Thiago Fernandes de Aquino
Associação Beneficente da Indústria Carbonífera de Santa Catarina -SATC Centro
Tecnológico de Carvão Limpo (CTCL)
PROJETO SATC/FINEP: “GASEIFICAÇÃO DE CARVÕES BRASILEIROS
APLICADO À GERAÇÃO TERMELÉTRICA E PRODUÇÃO DE
COMBUSTÍVEIS”
Gramado, 23 de Agosto de 2011
INTRODUÇÃO
Baixo PC: 1.000-1.600
kcal/Nm3
Agentes gaseificantes: ar + vapor
d’água
Médio PC: 2.700-3.600
kcal/Nm3
Agentes gaseificantes: oxigênio + vapor
d’água
Alto PC: 8.000-9.000
kcal/Nm3
Agentes gaseificantes: oxigênio + vapor
d’água
Short Course: Treatment of Gas Generated During
Solid Fuels Gasification, Criciúma, Santa Catarina,
2007;
INTRODUÇÃO
Gás sulfídrico é considerado uma das causas de diversos
defeitos em vidrados durante o processo de queima de placas
cerâmicas;
Parâmetro de dimensionamento do sistema de limpeza de
gases;
Utilização do gás de baixo poder calorífico em fornos
cerâmicos;
Diversificação da matriz energética das empresas cerâmicas;
Alto custo do Gás Natural;
Valorização do carvão regional;
INTRODUÇÃO
MDEA
Companhias como: Shell, GE, Exxon e Petrobrás;
Áreas de aplicação: Utilizados antes e após processo Claus, tails gas e
tratamento de gás natural para atender especificações de tubulações;
MDEA: 30 a 50% (massa);
Range de temperatura usual para o solvente no absorber: 26 a 52°C ;
Range de temperatura usual para o solvente na regeneração: 115 a 120°C;
Pressão: flexível;
Temperatura do gás: 15 a 48°C;
Testes em escala piloto e comercial: redução de H2S a teores abaixo de
4ppm podem ser atingidos até mesmo a baixas pressões;
A quantidade exata de H2S e CO2 dependerá das condições operacionais;
322
2
*''''''
*''''''
HCONRRROHCONRRR
HSNRRRNRRRSH
INTRODUÇÃO
Segundo Al-Baghli (2001): monoetanolamina (MEA), dietanolamina (DEA),
metildietanolamina (MDEA) são hoje as alcanolaminas mais importantes
utilizadas em unidades de absorção para a remoção de gases ácidos
indesejáveis.
MDEA
menor $ de regeneração;
maior resistência à
degradação química e térmica;
Menor taxa de corrosão;
alta seletividade ao H2S na
presença de CO2.
INTRODUÇÃO
Descrição Geral do Modelo
Modelo de estágio de Equilíbrio com eletrólitos: Non Random Two
Liquids (NRTL)
Segundo Aroua et al. (2002):
3HCO OH
HS
OH3NHRRR ''
2CO
SH 2
MDEAOH2
Ionização da água OHOHOH 322
Dissociação do sulfeto de hidrogênio HSOHSHOH 322
Dissociação do bissulfeto 2
32 SOHHSOH
Dissociação do MDEA protonado OHNRRRNHRRROH 32 ''''''
Dissociação do dióxido de carbono
OHHCOCOOH 33222
Dissociação do bicarbonato
2
3323 COOHOHHCO
OBJETIVO
Realizar um estudo preliminar do processo de limpeza dos
gases provenientes da gaseificação de carvão com foco na
minimização da concentração de H2S presente em um gás de
baixo poder calorífico que esteja suficientemente adequado
para queima em fornos do setor cerâmico.
Software ASPEN PLUS® como ferramenta computacional para a
modelagem do processo MDEA
Figura 1 - Fluxograma do sistema de limpeza dos gases utilizando o Aspen Plus V7.1.
METODOLOGIA
Vazão de MDEA;
Temperatura do solvente;
[MDEA];
Composição dos gases;
Temperatura dos gases;
Número de estágios das
colunas;
Pressão do sistema
Vazão de todas as correntes;
Composição das correntes;
Balanço de Energia;
METODOLOGIA
Componentes H2O CO2 CO H2 H2S N2 CH4
% (molar) 9,0 10,0 18,0 12,0 1,6* 47,0 2,4
Tabela 1: Composição do gás de baixo poder calorífico.
*Calculado por balanço de massa considerando que todo o enxofre presente no carvão é convertido em H2S.
Temperatura do gás (°C) 28 60
Vazão total (Kmol/h) 24,41 48,83 122,08
Fração molar de MDEA 0,05 0,1 0,15
Tabela 2 – Variação dos parâmetros na corrente do solvente (LEAN) e na temperatura do gás.
Vazão do gás = 49,83 Kmol/h (CeSFaMB)
Número de estágios das colunas de absorção e regeneração foi de 5 e 25
respectivamente.
METODOLOGIA
Figura 2: Concentração de H2S em função do fluxo total e fração molar de MDEA a 28°C de
temperatura do gás.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Figura 3: Concentração de H2S em função do fluxo total e fração molar de MDEA a 60°C de
temperatura.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Componente Composição
do GÁS (% molar)
Composição do
CLEANGAS (% molar)
H2O 9,0 4,27
CO2 10,0 0,1
CO 18,0 15,94
H2 12,0 10,6
H2S 1,6 322*
N2 47,0 66,0
CH4 2,4 2,1
*Concentração do H2S em ppm.
Tabela 3 – Resultados obtidos na simulação com temperatura de entrada do gás no
sistema de 28°C, fração molar de MDEA de 0.15 e fluxo total de 122,08 kmol/h.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O software Aspen Plus se apresentou como uma boa
ferramenta de simulação do processo de limpeza dos gases
proposto;
O fluxo e a fração molar de MDEA, além da temperatura do
gás de entrada na coluna de absorção são as variáveis de
grande influência na concentração de H2S presente no gás de
baixo poder calorífico;
Apesar de significativas alterações na composição do gás
limpo variando-se os parâmetros citados, é necessário dar
seqüência nas simulações visando uma otimização do
processo, bem como uma análise econômica;
CONCLUSÕES
Figure 4: Fluxograma do processo de Limpeza utilizando o Aspen Plus V7.2.
ATIVIDADES EM DESENVOLVIMENTO
Figure 5: Interface de simulação para o processo de otimização
ATIVIDADES EM DESENVOLVIMENTO
VIDRADO
MATE
(Zn ou Ca)
MONOPOROSA
(AZULEJO)
VIDRADO
OPACO
(BRANCO)
VIDRADOTRANSPARENTE
(CRISTALINO)
VIDRADO
MATE
(Zn ou Ca)
QUEIMA
CONCENTRAÇÃO
DE H2S
ANÁLISES (NBR 13818)-ANÁLISE VISUAL (SUPERFÍCIE) ANEXO A ;
-DIFERENÇA DE TONALDADE ANEXO R;
-RESISTÊNCIA AO ATAQUE QUÍMICO (ALTA E
BAIXA CONCENTRAÇÃO)ANEXO H;
-RESISTÊNCIA AO MANCHAMENTO ANEXO G;
-BRILHO (PR CRI 170).
OBS: -Ciclo de queima para cada biscoito (t(ciclo),T,P);(EMPRESA);
-Aplicação do vidrado (EMPRESA);
-Forno cheio; (EMPRESA);
-Dimensão das peças (EMPRESA);
-Alimentação do H2S e instrumentação necessária;
-Não será utilizado Engobe e corante.
ROTA EXPERIMENTAL
PORCELANATOPORCELANATO
TÉCNICOGRÊS OU
SEMI-GRÊS
VIDRADO
OPACO
(BRANCO)
VIDRADOTRANSPARENTE
(CRISTALINO)
VIDRADO
MATE
(Zn ou Ca)
VIA ÚMIDA
Figura 6: Rota experimental para determinação do teor de H2S máximo nos fornos cerâmicos
(dos Santos, 2011).
ATIVIDADES EM DESENVOLVIMENTO
Figura 7: Esquema do processo de injeção de H2S na linha de gás combustível de um forno do
setor cerâmico (dos Santos, 2011)
.
ATIVIDADES EM DESENVOLVIMENTO
2011 International Pittsburgh Coal Conference
Pittsburgh, PA
September 12 – 15, 2011
“PROCESS MODELING OF H2S REMOVAL FROM BRAZILIAN
COAL GASIFICATION SYNGAS WITH MDEA”
Michael Salvador Crocetta (CTCL-SATC), Juan E. Morinelly
(U.S.DOE-NETL), Thiago Fernandes de Aquino (CTCL-SATC)
“EVALUATION OF VISCOSITY MODELS FOR SLAGGING
ENTRAINED GASIFIERS USING BITUMINOUS COALS”
Thiago Fernandes de Aquino (CTCL-SATC), LaTosha Gibson
(U.S.DOE-NETL/PSU), Esmail R. Monazam (U.S.DOE-NETL),
James Spenik (U.S.DOE-NETL), John Kuhlman (U.S.DOE-
NETL/WVU), Lawrence J. Shadle (U.S.DOE-NETL)
ATIVIDADES EM DESENVOLVIMENTO
AGRADECIMENTOS
Longwell, J.P., Rubin, E.S., Wilson, J. Coal: energy for the future. Progress in Energy and Combustion Science, 360,
p. 1285-1295, 1995.
Kohl, A.L., Nielsen, R.B. Gas Purification, 5th Edition, Gulf Publishing Company, Houston, TX, 1997.
Al-Baghli, N.A, et al. A rate –based model for the design of gas absorbers for the removal of CO2 and H2S using
aqueous solutions of MEA and DEA. Fluid Phase Equilibria, 185, p. 31-43, 2001.
Alfada, H.E., Al-Musleh, E. Simulation of an Acid Gas Removal Process using Methyldiethanolamine; an
Equilibrium Approach. Proceedings of the 1st Annual Gas Processing Symposium, 2009.
Aspen Plus®, Aspen Technology Inc., v.7.2, Burlington, MA, USA (2008-2010).
Aroua, M.K., Haji-Sulaiman, M.Z., Ramasamy, K. Modelling of carbon dioxide absortion in aqueous solutions of
AMP and MDEA and their blends using Aspen Plus, 29, p. 153-162, 2002.
Zheng, L., Furimsky, E. ASPEN simulation of cogeneration plants, 44, p. 1845-1851, 2003.
Kaewsichan, L., et al. Predictions of the solubility of acid gases in monoethanolamine (MEA) and
methyldiethanolamine (MDEA) solutions using the electrolyte-UNIQUAC model. Fluid Phase Equilibria, 183-184, p.
159-171, 2001.
Short Course: Treatment of Gas Generated During Solid Fuels Gasification, Criciúma, Santa Catarina, 2007;
Dos Santos, M.Z., Desenvolvimento de uma metodologia de ensaio para determinação da concentração admissível de
H2S no processo de queima de placas cerâmicas, Relatório de Estágio Supervisionado em Engenharia Química,
Unisul, SC, 2011 .
REFERÊNCIAS
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