Comparação das capacidades de remoção de compostos sulfurados e nitrogenados do óleo diesel através da adsorção por carvões ativados impregnados com cloreto de cobre

Abstract

Resumo: O grande consumo de combustíveis fósseis tem sido alvo de grande preocupação pela emissão dos poluentes no meio ambiente, principalmente os compostos orgânicos. Como no Brasil o setor de transporte é o mais utiliza óleo diesel, seu alto consumo é o principal foco de muitos estudos, devido à emissão de óxidos de enxofre (SOx) e nitrogênio (NOx) através da sua combustão. Estes compostos são prejudiciais a saúde humana e ao meio ambiente. O processo utilizado hoje para remoção destes compostos do óleo diesel é a hidrodessulfurização (HDS), porém utiliza alta pressão e temperatura de operação, causando grande consumo de energia. Como alternativa ao HDS, a dessulfurização por adsorção tem sido estudada por mostrar eficiência na remoção dos compostos sulfurados, além de trabalhar com pressão atmosférica e temperatura ambiente. O adsorvente utilizado para este processo foi o carvão ativado, pois possui boa capacidade de adsorção em função da sua área superficial e volume de poros bem distribuídos, além dos grupos funcionais presentes em sua superfície que também auxiliam na remoção, tanto dos compostos sulfurados como dos nitrogenados. Além disso, realizou-se a impregnação do carvão com uma solução de CuCl2 para aumentar a capacidade adsortiva do material. Porém, como no mercado existem lotes e granulometrias de carvões diferentes, é necessário a verificação da relação entre estes lotes e suas capacidades adsortivas. Dois tipos de carvões foram testados, o CAC2 e o CAC3, em dois lotes diferentes de produção. A comparação foi realizada com os carvões puros e impregnados em relação a adsorção do diesel comercial S2500 proveniente da carga do HDS. Os carvões que apresentaram melhor desempenho foram o CAC2 e o CAC3 do 2º lote de produção, que foram utilizados para realização da cinética de adsorção. Através das análises, o carvão que apresentou melhor capacidade de remoção, principalmente para os compostos nitrogenados, foi o carvão CAC3 do 2º lote. Então, buscou-se a otimização da concentração da solução de impregnação. Através de análise estatística, foi verificado que a redução da concentração de 0,52 M para 0,42 M não acarretaria alteração na capacidade de adsorção do carvão. Com isto, foi realizado o estudo comparativo dos dois lotes de produção do CAC3 em relação a variação da concentração da solução de impregnação em coluna de leito fixo. Neste estudo ficou evidenciado que a relação entre a área superficial e o volume de poros do carvão possuem grande influência na sua capacidade adsortiva. O carvão CAC3 do 1º lote, impregnado com a solução 0,52 M demonstrou melhor desempenho na remoção dos compostos sulfurados. E o CAC3 do 2º lote impregnado também com a 0,52 M, obteve o melhor desempenho na remoção dos compostos nitrogenados, pois estes carvões obtiveram maior tempo até a sua saturação. Palavras Chave: coluna de leito fixo, adsorção, impregnação, carvão ativado, dessulfurização, denitrogenação.

Abstract: The large consumption of fossil fuels has been the great concern for the emission of pollutants into the environment, mainly organic compounds. Because in Brazil, the transportation sector is the most used, high consumption of diesel is the main focus of many studies due to emissions of sulfur oxides (SOx) and nitrogen (NOx) by its combustion. These compounds are harmful to human health because they are causing acid rain. The process used today to remove these compounds from diesel oil is the hydrodesulfurization (HDS), but uses high pressure and operating temperature, which causes large energy consumption. As an alternative to HDS, the desulfurization by adsorption has been studied, because show efficiency in the removal of sulfur compounds, in addition, the adsorption work with atmospheric pressure and room temperature. The adsorption process was used in this study with activated carbon as the adsorbent, because it has good adsorption capacity as a function of its surface area and pore volume of well spread, beyond the functional groups present on their surface, which also assists in the removal of both, sulfur and nitrogen compounds. In addition, there was the impregnation of the coal with a solution of CuCl2 to increase the adsorption capacity of the material. However, there are lots of different coals and different particle sizes, bacause of that verifying the relationship between lots of carbon and its adsorptive capacity is necessary. Two batches of coals have been tested, the CAC2 and CAC3, in two different production batches. The comparison was conducted with pure carbon and impregnated with regard to adsorption of commercial diesel, S2500, from the HDS load. The coals that performed best were the CAC2 and the CAC3 of the second batch, which were used to perform the adsorption kinetics with the pure and impregnated carbons. Chemical analysis showed the best coal removal capacity, especially for nitrogen compounds, and the best coal was the CAC3 of the second batch. So, we sought to optimize the concentration of the solution used for impregnation, which through statistical analysis, it was found that reducing the concentration of 0,52 M to 0,42 M does not lead to change in the adsorption capacity of the coal. Thus the comparative study of the two production batches of CAC3 was conducted in relation to the variation in the concentration of impregnation solution in fixed-bed column. This study showed that the relationship between the surface area and pore volume of the coal have a major influence on its adsorption capacity. The coal CAC3 of the first batch, for the concentration of 0,52 M, demonstrated better performance in removing sulfur, and the CAC3 of the second batch impregnated with 0,52 M solution has the best capacity to removed nitrogen compounds, since they have the longer time to the saturation. Keywords: fixed bed, adsorption, impregnation, activated carbon, desulfurization, denitrogenation.