Elevando o desempenho da atualização do biogás na ren

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Crédito: Tao SUN, Wenlong LI, Jiandong WEI, Long JI, Qingyao HE, Shuiping YAN

O biogás é geralmente produzido pela digestão anaeróbica de resíduos orgânicos, como estrume animal e resíduos de palha, que é uma típica energia renovável verde e pode ser usada como combustível para geração de energia e produção de calor. A China possui produção de biogás em grande escala, com uma produção anual de cerca de 15 mil milhões de m3 de biogás, e o desenvolvimento e utilização do biogás proporcionam uma nova escolha para lidar com a crise energética. Na verdade, o biogás contém cerca de 60% de CH4 e cerca de 40% de CO2, além de outras impurezas residuais, como H2S e H2O. A presença de CO2 no biogás reduz muito o desempenho da combustão, e o H2S no biogás também causa corrosão em tubulações e equipamentos. Assim, estas impurezas precisam ser removidas para aumentar a participação do metano no produto, no qual este processo de remoção de gás também é conhecido como valorização do biogás. O surgimento da tecnologia de modernização do biogás pode não só aumentar o rendimento económico das centrais de biogás, mas também reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. Em teoria, uma vez que o biogás é considerado há muito tempo um típico combustível neutro em carbono, espera-se que a captura, utilização e armazenamento de CO2 do biogás produza emissões negativas de carbono.

Atualmente, muitas tecnologias maduras de atualização de biogás incluem lavagem com água pressurizada, adsorção com oscilação de pressão, absorção química, separação por membrana e tecnologia criogênica. Entre eles, a lavagem com água e a adsorção com oscilação de pressão podem remover simultaneamente CO2 e H2S do biogás, embora tenham as desvantagens fatais de alta perda de CH4 (entre 2% e 20%). É bem sabido que o efeito estufa do CH4 é cerca de 21 vezes maior que o do CO2. Por isso, muitos pesquisadores focaram no método de absorção química, onde apresenta a perda desprezível de CH4 e a alta taxa de reação. Coincidentemente, como a reação química entre o absorvente e o gás ácido pode formar um sal estável, o processo de absorção química apresenta problemas de alto consumo de energia do sistema e perda de absorvente de CO2.

A fim de resolver os problemas do método de absorção química acima, o Prof. Shuiping Yan e sua equipe propuseram um absorvente aquoso de amônia renovável a partir de pasta de biogás (um subproduto da digestão anaeróbica) combinando com o princípio da engenharia de energia verde. O absorvente aquoso de amônia renovável rico em CO2 pode ser usado como fertilizante de nitrogênio amoniacal para aplicação direta nas terras agrícolas, evitando assim os problemas dos absorventes químicos tradicionais. Além disso, os membros da equipe conseguiram a remoção simultânea e eficiente de CO2 e H2S do biogás usando solvente aquoso de amônia renovável em um contator de membrana gás-líquido. Em comparação com a absorção física típica (eficiência de remoção de H2S: 48%), o solvente aquoso de amônia renovável NH3 0,1 mol·L−1 poderia remover 97% de H2S do biogás, e a eficiência de remoção de H2S é menos afetada por impurezas neste absorvente. Quando a solução aquosa de amônia renovável foi ajustada para 0,5 mol·L−1 NH3, o biogás pode ser purificado para o biometano da tubulação. Além disso, as condições operacionais ideais para a remoção simultânea de CO2 e H2S no contator de membrana de fibra oca foram determinadas através da exploração da influência de vários parâmetros operacionais, como temperatura e taxa de fluxo gás-líquido durante o processo de absorção da membrana, o que forneceu um certo valor teórico. base e apoio técnico para o desenvolvimento verde do processo de atualização do biogás. Este estudo foi publicado nas Fronteiras da Ciência e Engenharia Agrícola em 2023, 10(3). DOI: 10.15302/J-FASE-2022473.

Fronteiras da Ciência e Engenharia Agrícola

10.15302/J-FASE-2022473

Estudo experimental

Não aplicável

VALORIZAÇÃO DE BIOGÁS ATRAVÉS DA REMOÇÃO SIMULTÂNEA DE CO2 E H2S POR SOLUÇÃO AQUOSA RENOVÁVEL DE AMÔNIA EM CONTATOR DE MEMBRANA