Desenvolvimento de materiais poliméricos uretânicos para purificação de gás natural : remoção de mercúrio e compostos à base de enxofre

Abstract

Resumo: O uso do gás natural para produção de energia no Brasil tem aumentado consideravelmente a partir da última década. Este fato pode ser atribuído às vantagens ambientais, tecnológicas e industriais desta fonte de energia, uma vez que não emite fuligem, apresenta um alto poder calorífico, manuseio e transporte mais fácil comparativamente a de outros combustíveis líquidos, dissipa-se facilmente em caso de vazamentos e finalmente por se tratar de uma potencial fonte de hidrogênio a partir do processo de reforma a vapor. Apesar de todas estas vantagens, a presença de mercúrio metálico no gás natural tem sido relatada e este fato preocupa tanto os usuários deste produto quanto as organizações ambientais. Por ser inodoro, são adicionados compostos a base de enxofre, do tipo mercaptanas, ao gás natural durante sua distribuição visando sua detecção em caso de vazamentos. Entretanto, estas substâncias contendo enxofre podem causar diversos problemas aos equipamentos que operam com gás natural, a exemplo de células a combustível. Para estas aplicações, estas substâncias precisam ser removidas antes do uso do gás. Este trabalho propõe o desenvolvimento de sistemas filtrantes práticos e eficientes para remoção de mercúrio e compostos a base de enxofre do gás natural. Com este objetivo, foram preparadas espumas de poliuretano modificadas por meio da adição de enxofre em pó e óxido de zinco, respectivamente. As espumas apresentaram características próprias para a passagem de gás como células abertas e uma boa homogeneidade e distribuição de poros. A análise por microscopia eletrônica de varredura mostrou a boa dispersão dos aditivos inseridos (enxofre ou óxido de zinco) na matriz polimérica. A análise termogravimétrica indicou que ambos os aditivos afetaram o comportamento térmico da espuma de poliuretano. Além disso, a temperatura de transição vítrea da espuma foi alterada pelo uso dos aditivos bem como suas propriedades de compressão. Ensaios de laboratório indicaram que as espumas contendo enxofre em pó apresentaram 90% de eficiência na remoção de mercúrio do gás natural e testes realizados com as espumas contendo óxido de zinco classificaram o novo material como um potencial filtro de segurança para ser utilizado em células a combustível, aumentando a vida útil do hidrodessulfurizador utilizado normalmente.

Abstract: The use of natural gas for energy production in Brazil has increased considerably over the last decade. This fact can be an effect of the environmental, the technological and the industrial advantages of this energy source, once it has no soot emission, presents a high calorific value, the use and transportation are easier than other petroleum fluids, the leakage has an easy dissipation and finally can be a great hydrogen source from the steam reforming process. Although all these advantages, the presence of mercury metal inside the gas has been determined and this fact concerns the gas users and also the environmental organizations. Another problem is that the gas is odourless, what makes difficult any leakage detection. This fact results in the addition of sulfur compounds, from the mercaptan group, inside the gas during its distribution. However, these sulfur substances may cause many different problems to the equipments operating with natural gas, as an example the fuel cells. For these cases, the additive has to be removed before the gas use. This work proposes the development of efficient and practical filtering systems for mercury and sulfur compounds removal from natural gas. With this aim, it was respectively prepared modified polyurethane foams with sulfur powder and zinc oxide addition. The foams presented special features for the gas flow as open cells and a good and homogeneous pore distribution. The electronic scanning microscopy analysis showed a good additive dispersion over the polymeric surface. The thermogravimetric analysis indicated that both additives changed the thermal behavior of the base foam. Also the vitreous transition temperature was lowered by the use of the additives and the compression properties were changed as well. The laboratory tests indicate that the sulfur powder foams presented 90% of efficiency for mercury removal from natural gas and tests performed with the zinc oxide foams qualified the new material as a potential security filter to be used within fuel cells, increasing the normal catalytic sulfur filter lifetime.