Modelagem, análise operacional e econômica do processo de purificação de biogás : uma avaliação entre diferentes rotas e escalas

Abstract

Resumo: Neste trabalho foi criado um modelo computacional para simular o comportamento do um módulo de permeação de gases por membrana. Este modelo foi então utilizado para estudar a influência que os parâmetros de entrada exercem sobre o resultado do custo de separação de um sistema CO2/CH4 na obtenção de biometano a partir de uma corrente proveniente do biogás. Foram testadas diferentes condições de alimentação, escala de produção e dados de permeação sobre a curva superior Robeson. Também foram testadas 4 diferentes possibilidades de arranjo de dois módulos de permeação, por fim, os dados obtidos nas simulações foram utilizados para avaliar a influência que a vazão de alimentação exerce na escolha da configuração e das variáveis de projeto ideais. Os resultados indicaram que as melhores pressões de operação se encontram em torno de 7 a 10 Bar e uma seletividade entre 10 e 40, associadas as permeâncias de 12414 e 321 Barrer, respectivamente. Também foi possível concluir que os melhores arranjos de dois módulos ocorrem para o reaproveitamento do permeado do primeiro módulo, sem realização do reciclo ou o reaproveitamento do retido do primeiro módulo com reciclo do permeado do segundo módulo de volta para a alimentação.

Abstract: In this work, a computational model was created to simulate the behavior of a gas permeation membrane module. The model was then used to study the influence of input parameters on the the CO2/CH4 separation cost for obtaining biomethane from biogas. Different feeding conditions, production scale and permeation data were tested for the upper Robeson curve. Four different possibilities of arrangement of two permeation modules were also tested, finally, the data obtained in the simulations were used to evaluate the influence of the feed flow on the optimal configuration and design variables. The results indicated that the best operating pressures occurs around 7 to 10 Bar and a selectivity between 10 and 40, associated with permeances of 12414 and 321 Barrer, respectively. It was also possible to conclude that the best arrangements of two modules occur for the reuse of the permeate from the first module, without recycling or the reuse of the retained from the first module with recycling of the permeate from the second module back to the feed.