Sistema de purificação por membrana de biogás

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I. Campos de aplicação: O equipamento de purificação do biogás por meio de membranas é um dispositivo utilizado para remover o dióxido de carbono do biogás (ou gás gerado em aterros sanitários), com base em tecnologia avançada de membranas de separação de gases de fibra oca. É adequado para a purificação do biogás e do gás produzido em aterros sanitários. O biogás, após ser purificado, pode ser utilizado como substituto do gás natural. A concentração de metano pode chegar a mais de 97%. Por meio de dispositivos de compressão/adição de gás, é possível obter um gás combustível para veículos com pressão padrão de 25 MPa. Ou então, o gás pode ser levado à pressão padrão da rede de gás natural, para que possa ser conectado à rede local. II. Princípio de funcionamento O equipamento de purificação e refinação de biogás por método de membrana foi desenvolvido com base na característica de as membranas gasosas permitirem uma taxa de permeação diferente para os diversos componentes presentes no gás misto. As Figuras 1 e 2 mostram como a membrana gasosa permite uma permeação seletiva dos diferentes componentes do gás misto. Os componentes principais do biogás são metano e dióxido de carbono. A purificação do biogás consiste, basicamente, na remoção do dióxido de carbono presente nele. Como pode ser visto na figura, a taxa de permeação do CO2 no biogás é maior do que a do CH4. Aproveitando-se da propriedade de permeação seletiva das membranas gasosas, é possível separar rapidamente o CH4 e o CO2 presentes no biogás, alcançando assim o objetivo de sua purificação. file:///C:/Users/ThinkPad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif
Figura 1: Permeabilidade seletiva das membranas de separação de gases.
Figura 2: Princípio de separação dos gases metano e dióxido de carbono.
O processo de purificação do biogás por meio de membranas é mostrado na Figura 3. Todo o equipamento possui estrutura simples; além do compressor primário, não há outros dispositivos mecânicos relacionados aos gases. Isso resulta em baixa taxa de falhas e consumo energético reduzido. file:///C:/Users/ThinkPad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.jpg Figura 3: Fluxograma do processo de purificação do biogás por meio de membranas. III. Características da tecnologia de separação por membranas: ü O processo é simples, e a gestão operacional também é fácil; além disso, a necessidade de mão de obra é reduzida em mais de 50% ； ü Custos de investimento e operação baixos, 15-25% menores em comparação com os métodos de absorção química e lavagem a pressão ； ü Ocupa pouco espaço, utiliza contêineres padrão em sua estrutura e permite expansão modular ； ü Alta pureza do produto e alta taxa de recuperação: pureza do CH4 ≥ 97%, taxa de recuperação ≥ 97% ； ü Possui função de desidratação síncrona, sem necessidade de desidratação preliminar. IV. Composição do sistema: Os equipamentos para purificação e refinamento do biogás pelo método de membranas são compostos pelos seguintes componentes: sistema de compressão do biogás, sistema de purificação do gás antes das membranas, sistema de separação por membranas, sistema de pressurização do biogás, sistema de adição de gás, entre outros. 4.1 Sistema de compressão de biogás: Para se obter o melhor desempenho na separação, o gás bruto precisa ser comprimido até uma pressão adequada para que as membranas possam funcionar corretamente. O sistema utiliza compressores com lubrificação isenta de óleo, o que garante que o biogás não seja contaminado novamente pelo óleo lubrificante, fornecendo assim um gás puro para a unidade de separação por membrana. 4.2 Sistema de purificação do gás antes da membrana: Além do metano e do dióxido de carbono, o biogás geralmente contém também vários tipos de líquidos voláteis, partículas sólidas e microrganismos, entre outras impurezas. O sistema de purificação remove essas impurezas, como água, óleo e partículas sólidas, do biogás, satisfazendo assim os requisitos para o funcionamento do sistema de separação por membranas. O sistema de purificação de gases é uma condição essencial para garantir o funcionamento estável dos dispositivos de purificação, além de contribuir para aumentar a vida útil do sistema de separação por membranas. 4.3 Sistema de separação por membranas: São utilizados os componentes de membrana mais avançados do mundo, para separar o dióxido de carbono e a água presente no biogás, obtendo assim gás metano de maior pureza. Graças a um processo de separação em vários estágios, projetado cientificamente, a pureza do metano na saída do sistema de separação por membranas pode atingir mais de 97%, e a taxa de recuperação do metano também pode chegar a mais de 97%. A aplicação de sistemas de separação por membranas oferece o melhor desempenho no processo de purificação do biogás, possuindo as seguintes características: ü Em comparação com outras técnicas físicas de purificação de biogás, apresenta uma taxa de recuperação mais eficiente ； O sistema de separação por membranas em si não consome energia, portanto não há necessidade de regeneração ； O sistema de separação por membranas está equipado com dispositivos de segurança que controlam a pressão, além de um sistema de fechamento do fluxo de ar. Em situações de emergência, o fluxo de ar é automaticamente interrompido, a fim de proteger os componentes de membrana ； ü Na saída do sistema de separação por membranas, válvulas unidirecionais são utilizadas para evitar o refluxo e problemas como pressão excessiva. 4.4 O sistema de pressurização do biogás é necessário para garantir que o biogás purificado atinja a pressão exigida para uso em veículos ou em outras aplicações. Para isso, é preciso pressurizar ainda mais o biogás purificado. O sistema utiliza compressores estáveis e confiáveis, capazes de elevar a pressão do biogás até 25 MPa, ou até a pressão exigida pelas outras aplicações. 4.5 Configuração do sistema de gaseificação: é utilizado um cilindro de gaseificação, que transporta o gás de alta pressão produzido pelo sistema de compressão do biogás até o veículo destinado ao armazenamento do GNC. Quando a pressão no veículo atinge o valor definido, o sistema de compressão do biogás para automaticamente de fornecer gás. V. Parâmetros técnicos – Tabela dos principais modelos e seus parâmetros técnicos
Nº | Modelo e especificações | Dimensões do equipamento (L×B×H em m) | Volume de ar de entrada (m³/d) | Pureza do gás de entrada CH4 (%): | Pureza do produto CH4 (%): | Taxa de recuperação de CH4 (%)
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1 | TRJH-25 | 2500 m³/d | 12,3×2,4×2,5 | 2500 | 50-70 | ≥96,8 | ≥99,09
2 | TRJH-50 | 5000 m³/d | 12,3×2,4×2,5 | 5000 | 50-70 | ≥96,5 | ≥99,57
3 | TRJH-80 | 8000 m³/d | 12,3×2,4×2,5 | 8000 | 50-70 | ≥96,5 | ≥99,35
4 | TRJH-100 | 10000 m³/d | 2×12,3×2,4×2,5 | 10000 | 50-70 | ≥96,6 | ≥98,31

Observação: A configuração do equipamento deve ser definida com base no volume de ar a ser tratado, na concentração de CO2 e em outros parâmetros relevantes. Também é possível adicionar equipamentos e instrumentos adicionais, como sistemas de desulfuração avançada e sistemas de análise em tempo real, conforme as necessidades reais