Comparação entre o método de absorção química e o método de adsorção por pressão variável PSA
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Princípios básicos do método de absorção química: sob a ação de um catalisador, utiliza-se uma solução de absorção para, por meio da reação de neutralização ácido-base, absorver substâncias ácidas presentes no biogás, como dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio. Além disso, também é possível absorver gases solúveis em água, como amônia. O gás que contém diversos contaminantes é purificado por meio de um sistema de autolimpeza da solução e de um sistema de regeneração do gás; assim, os contaminantes e gases são removidos, permitindo que a solução seja reutilizada. O gás regenerado contém 95% de dióxido de carbono, que pode ser purificado ainda mais para ser vendido como produto. Esse método requer cerca de 5% do biogás para gerar vapor, que é utilizado nas atividades de produção. Método de adsorção por PSA: Nesse método, o gás é feito passar por uma camada de adsorvente. Utilizando a capacidade diferente do adsorvente de absorver gases distintos, a maior parte de um (ou vários) dos gases presentes no gás misto é absorvida pela camada de adsorvente, enquanto apenas uma pequena parte escapa ； Deixe que a maior parte do outro gás (ou dos outros gases) presente no gás misto escape, enquanto uma pequena parte fica adsorvida na camada de suporte ； Dessa forma, é possível aumentar a concentração dos gases de saída. Esse método é adequado para situações em que as capacidades de adsorção dos diferentes componentes do gás a ser separado pelo adsorvente variam significativamente. Isso depende da diferença nas propriedades dos componentes do objeto a ser separado, como o peso molecular e o tamanho molecular. Quanto maior essa diferença, mais fácil é a separação, o custo da separação fica menor e a taxa de obtenção do produto aumenta. Por outro lado, quanto menor a diferença, mais difícil é a separação, o custo da separação aumenta e a taxa de obtenção diminui.
2. Comparação seletiva: Método de absorção química: O método de absorção química possui alta seletividade na separação do dióxido de carbono e do metano. A solução reage rapidamente com gases ácidos como o dióxido de carbono, mas não reage com o metano. Enquanto o biogás é purificado, espera-se que todas as outras substâncias ácidas sejam removidas ao mesmo tempo. Portanto, o método de absorção química é particularmente adequado para a purificação do metano no processo de produção de biogás. Método de adsorção sob pressão variável PSA: Como pode ser visto a partir da descrição do princípio, a seletividade do adsorvente em relação aos gases depende fundamentalmente das propriedades das moléculas gasosas. Na separação de gases como hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono, a seletividade é muito boa, a taxa de recuperação é alta e o consumo de energia é baixo. Esses são os motivos pelos quais o método PSA de adsorção sob pressão variável é tão eficaz na produção de hidrogênio, na purificação de gás de água e gás semiacido, bem como no tratamento de gases provenientes de altos-fornos. Mas, no que diz respeito à separação de dióxido de carbono e metano, como a capacidade de adsorção dos adsorventes para esses dois gases é bastante semelhante, na verdade, eles são considerados duas substâncias difíceis de separar economicamente no setor de adsorção sob pressão variável. É justamente porque o adsorvente tem uma seleção deficiente em relação a esses dois gases
3 Comparação de rendimentos: Método de absorção química: Devido à alta seletividade do método de absorção química para a separação de dióxido de carbono e metano, a solução reage rapidamente com gases ácidos como o dióxido de carbono, enquanto quase não reage com o metano. Isso determina sua alta taxa de rendimento. Quase todo o metano é recuperado. Método de adsorção por troca iônica PSA: Como pode ser visto a partir da descrição do princípio, a seletividade do adsorvente em relação aos gases depende fundamentalmente das propriedades das moléculas gasosas. No caso da separação de dióxido de carbono e metano, como a capacidade de adsorção do adsorvente para esses dois gases é bastante semelhante, para aumentar a concentração de um deles, é necessário reduzir significativamente a taxa de obtenção do outro. Pela tecnologia atual, para que a concentração de metano no produto atinja 95%, a taxa de obtenção fica abaixo de 50%.
4 Comparação das concentrações dos produtos: Método de absorção química: O método de absorção química determina a concentração do gás na saída com base na pressão parcial de vapor na superfície da solução. Portanto, ao regenerar a solução, ajustando adequadamente a quantidade de dióxido de carbono remanescente nela, é possível ajustar a pressão parcial do vapor de dióxido de carbono na superfície da solução, alcançando assim o objetivo de regular a concentração de dióxido de carbono. Se não houver gases inertes como nitrogênio e oxigênio no biogás, é possível alcançar uma concentração de metano acima de 99%. Método de adsorção por PSA: Como já foi explicado anteriormente, para a separação de dióxido de carbono e metano, como a capacidade de adsorção do adsorvente para esses dois gases é bastante semelhante, para aumentar a concentração de um deles, é necessário reduzir significativamente a taxa de obtenção do outro gás. Pela tecnologia atual, para que a concentração de metano no produto atinja 95%, a taxa de obtenção fica abaixo de 50%. Para alcançar mais de 98%, a tecnologia atual quase não permite isso.
5. Comparação de consumo (supondo que ambos os métodos produzam gás natural emvasado a 20 MPa e 95% de pureza):
Método de absorção química: Os principais custos operacionais desse método são o consumo de energia para compressão, o consumo de energia das bombas de circulação, um pequeno volume de água necessária para complemento, além do consumo de vapor.
Método de adsorção por pressão variável PSA: Nosso método PSA também tem como principais custos operacionais o consumo de energia para compressão, o consumo de energia das válvulas programáveis, e um pequeno volume de água necessária para complemento. À primeira vista, parece que o método PSA não precisa de vapor. Na verdade, o vapor necessário para o método de absorção química pode ser obtido reduzindo em 5% a produção de biogás, o que é suficiente para gerar toda a quantidade de vapor necessária. Dessa forma, a taxa de obtenção de metano pode chegar a 94–95%, enquanto no método de adsorção sob pressão variável PSA a taxa é de apenas cerca de 45%. Devido às diferenças na taxa de recuperação do gás, o consumo de energia elétrica para comprimir o mesmo volume de gás natural comprimido varia bastante. No método de adsorção por pressão variável PSA, é necessário comprimir o gás 2 a 3 vezes mais para se alcançar a mesma produção do método de adsorção química, além disso, são gerados grandes volumes de gases residuais. Do ponto de vista do investimento, para um mesmo volume de investimento, o método de absorção química custa menos de um terço do que o método de adsorção por pressão variável PSA. Comparando o consumo dos dois métodos, o método de absorção química representa de um quinto a um terço do consumo do método PSA de adsorção sob pressão variável.
Método de absorção química: Os principais custos operacionais desse método são o consumo de energia para compressão, o consumo de energia das bombas de circulação, um pequeno volume de água necessária para complemento, além do consumo de vapor.
Método de adsorção por pressão variável PSA: Nosso método PSA também tem como principais custos operacionais o consumo de energia para compressão, o consumo de energia das válvulas programáveis, e um pequeno volume de água necessária para complemento. À primeira vista, parece que o método PSA não precisa de vapor. Na verdade, o vapor necessário para o método de absorção química pode ser obtido reduzindo em 5% a produção de biogás, o que é suficiente para gerar toda a quantidade de vapor necessária. Dessa forma, a taxa de obtenção de metano pode chegar a 94–95%, enquanto no método de adsorção sob pressão variável PSA a taxa é de apenas cerca de 45%. Devido às diferenças na taxa de recuperação do gás, o consumo de energia elétrica para comprimir o mesmo volume de gás natural comprimido varia bastante. No método de adsorção por pressão variável PSA, é necessário comprimir o gás 2 a 3 vezes mais para se alcançar a mesma produção do método de adsorção química, além disso, são gerados grandes volumes de gases residuais. Do ponto de vista do investimento, para um mesmo volume de investimento, o método de absorção química custa menos de um terço do que o método de adsorção por pressão variável PSA. Comparando o consumo dos dois métodos, o método de absorção química representa de um quinto a um terço do consumo do método PSA de adsorção sob pressão variável.
6 Grau de utilização integrada dos materiais primos. Método de absorção química: Como foi explicado anteriormente, o método de absorção química possui alta seletividade na separação de dióxido de carbono e metano. Por isso, a taxa de recuperação do metano é elevada. Além disso, o gás resultante não contém metano, e a pureza do dióxido de carbono é alta, o que permite seu processamento adicional para produzir produtos de dióxido de carbono puro para venda. Dessa forma, o método de separação por absorção química para purificar o biogás permite utilizar quase todo o gás bruto. Método de adsorção por PSA: Para a separação de dióxido de carbono e metano, como a capacidade de adsorção do adsorvente para esses dois gases é bastante semelhante, para aumentar a concentração de um deles, é necessário reduzir significativamente a taxa de obtenção do outro gás. Como mencionado anteriormente, para que a concentração de metano no gás de saída atinja 95%, a taxa de rendimento fica abaixo de 50%. Para alcançar mais de 98%, a tecnologia atual quase não permite isso. Dessa forma, para produzir gás natural em garrafa com 95% de metano, 75% do volume total do gás de partida será emitido como gases residuais. Esses gases residuais contêm grande quantidade de metano, o que faz com que a pureza do dióxido de carbono também seja baixa, tornando-o sem valor para reciclagem. Portanto, no processo de separação de metano e dióxido de carbono, não é adequado utilizar o método de adsorção sob pressão variável PSA, pois esse método apresenta alto consumo de recursos, baixa taxa de obtenção do produto, qualidade inferior e baixo grau de eficiência.