Métodos de Abatimento de COVs

Leia este artigo para aprender sobre os dois métodos de redução de VOCs (Volatile Organic Compounds): 1. Os Métodos Físicos e 2. Os Métodos Baseados na Combustão.

Os métodos físicos:

Os métodos físicos são condensação, absorção e adsorção. Esses métodos podem ser usados ​​isoladamente ou em séries, quando se pretende recuperar os COVs devido ao seu valor de mercado.

Condensação:

Este processo consiste em resfriar direta ou indiretamente uma corrente de gás influente contendo VOCs abaixo de seu ponto de orvalho. Isso resulta na condensação de alguns COVs. O fluxo de gás tratado ainda teria VOCs residuais. A concentração dos VOCs residuais dependeria da temperatura de entrada do refrigerante.

Os condensadores estão localizados a montante dos absorvedores / adsorventes / incineradores. O propósito de usar um condensador pode ser recuperar materiais orgânicos valiosos ou reduzir a carga de COV na (s) unidade (s) a jusante (s). Escusado será dizer que um condensador só pode ser usado quando a concentração do COV em um fluxo de gás residual é relativamente alta. A eficiência de remoção pode ser de cerca de 50-90%, dependendo da concentração inicial de VOC e da temperatura de entrada do refrigerante.

Absorção:

Para a remoção de VOCs de um fluxo de gás geralmente é lavado com um líquido orgânico de alta ebulição (um óleo). A lavagem é feita em uma torre compactada ou em uma torre de placa de peneira ou em uma câmara de pulverização. O processo (absorção) pode ser realizado recorrentemente ou contra-corrente. A prática comum é esfregar contra-atualmente.

Durante este processo, os COVs são dissolvidos no absorvente (solvente). O fluxo de gás tratado pode ser processado ou descarregado para a atmosfera, dependendo do seu conteúdo residual de VOC. A concentração residual depende da concentração inicial de COV na corrente de gás afluente, da solubilidade de COV no solvente (que é dependente da temperatura) e da relação massa de gás para solvente.

A partir do solvente carregado de COV, o COV é recuperado por remoção com vapor e o solvente isento de COV é devolvido ao absorvedor. Um absorvedor adequadamente projetado pode ter uma eficiência de remoção de VOC de 90% ou mais. A mistura VOC-vapor é resfriada e condensada. Este processo normalmente não é econômico se a concentração de VOC em uma corrente de gás influente for menor que 200-300 ppm.

Adsorção:

Quando uma corrente gasosa contendo COVs é passada através de um leito de partículas adsorventes, digamos partículas de carbono granulares ativadas, as moléculas de COV são retidas nas superfícies externas, bem como nas superfícies dos micro e macro-poros das partículas. Na verdade, a adsorção ocorre em alguns pontos específicos (locais ativos) das partículas adsorventes. Quando a maioria dos locais ativos da maioria das partículas é ocupada pelas moléculas de VOC, a taxa de adsorção torna-se lenta e o processo é descontinuado.

O leito é então regenerado, isto é, as substâncias adsorvidas são removidas passando-se uma corrente de gás quente ou vapor. As substâncias dessorvidas podem ser recuperadas por condensação. A cama é reutilizada para operação de adsorção. Se as moléculas adsorvidas são fortemente mantidas nas superfícies das partículas, a regeneração é feita pela oxidação do ar a uma temperatura mais alta, pelo que as moléculas adsorvidas são convertidas em CO 2 e H 2 O. Algumas porções das partículas de carbono (adsorventes) também são oxidadas CO 2 .

A capacidade de adsorção de um adsorvente depende do peso molecular do adsorvato (VOC), do tipo e concentração de COVs e da temperatura, pressão e umidade do gás de arraste. A capacidade aumenta com a diminuição da temperatura e aumento da pressão.

A capacidade é adversamente afetada, pois a umidade relativa (UR) excede 50%, pois as moléculas de água são preferencialmente adsorvidas. Um adsorvente teria maior capacidade de adsorção de hidrocarbonetos halogenados e aromáticos do que o de compostos oxigenados, como álcoois, cetonas e aldeídos. Foi descoberto que o carvão vegetal de casca de coco activado granular adsorvente comercialmente disponível é ideal para adsorção de VOC.

A eficiência de remoção de VOC em um sistema de adsorção pode ser em torno de 95%. No entanto, depende da temperatura e pressão de operação, da duração do ciclo de adsorção e regeneração, do tipo e concentração das moléculas de VOC presentes em uma corrente de gás.

Teoricamente, não há limite superior para a concentração de entrada de VOC; no entanto, na prática, 10.000 ppm de VOC são considerados como o limite superior. Para manusear uma corrente de gás com uma concentração de VOC mais elevada, é necessário utilizar um leito maior ou um ciclo mais curto e o processo pode não ser econômico.

A adsorção de VOC de um fluxo de gás com baixa concentração de VOC (digamos, menos de 10 ppm) representaria um problema, já que a recuperação de VOC do fluxo dessorvido seria difícil devido ao seu baixo teor de VOC.

A adsorção não é comumente empregada para o tratamento de correntes contendo compostos altamente voláteis, compostos de alta ebulição, compostos polimerizáveis ​​e correntes de gás que transportam partículas líquidas e sólidas.

Métodos Baseados em Combustão:

Os processos de combustão (oxidação) podem ser não catalíticos ou catalíticos.

Os processos não catalíticos podem ser realizados das seguintes maneiras:

(i) Incineração direta,

(ii) oxidação recuperativa,

iii) oxidação regenerativa,

(iv) Flares e

(v) Oxidação em caldeiras existentes e aquecedores de processo.

Em geral, processos baseados em combustão têm uma alta eficiência de remoção de COV, digamos, cerca de 98%. Os produtos de combustão são CO 2 e H 2 O. NO x e SO 2 também podem ser produzidos durante a combustão.

Processos de Combustão Não Catalítica:

Estes processos são geralmente operados a uma temperatura mais alta, 800-1100 ° C. A eficiência de destruição de VOC depende do tempo de residência, turbulência, mistura e disponibilidade de oxigênio na zona de combustão. O combustível suplementar pode ou não ser requerido dependendo do valor calorífico de um gás carregado de COV.

(i) incineração direta :

A incineração direta é realizada em um combustor revestido refratário equipado com um queimador alimentado com combustível suplementar. A necessidade suplementar de combustível em uma dada situação dependerá do poder calorífico do gás carregado de VOC.

(ii) Oxidação Recuperativa :

Em unidades de oxidação recuperativa, o gás de entrada de COV é pré-aquecido pela troca indireta de calor com o gás de combustão de saída, antes que o gás de entrada seja alimentado em um combustor. A recuperação de calor do gás de combustão pode estar entre 40-70%, como resultado, a necessidade suplementar de combustível seria menor.

(iii) Oxidação Regenerativa:

Uma unidade de oxidação regenerativa tem uma câmara de combustão e duas camas embaladas contendo contas de cerâmica ou outros materiais. Quando um fluxo contendo VOC que passa através de uma cama quente fica aquecido enquanto a cama esfria. O fluxo em seguida entra na câmara de combustão e sofre reações de combustão.

O gás de combustão do combustor fluiria através do segundo leito e aqueceria a embalagem enquanto se resfriaria. Os leitos embalados são operados de forma cíclica, ou seja, o fluxo do processo é revertido em intervalos regulares. A recuperação de calor em tal unidade é muito alta, conseqüentemente nenhum combustível ou uma quantidade relativamente pequena de um combustível suplementar seriam necessários. Estas unidades não são adequadas para todos os tipos de gases com COV carregados.

(iv) Flares:

Flares são usados ​​basicamente como um dispositivo de segurança para queimar os gases residuais produzidos durante o processo, sem utilizar qualquer combustível suplementar. É adequado para gases residuais de alto fluxo com um poder calorífico superior a 2600 kcal / Nm 3 . O calor não pode ser recuperado dos produtos de combustão resultantes e a combustão completa de COVs não pode ser garantida.

(v) Oxidação em Caldeiras Existentes e Aquecedores de Processo:

Caldeiras existentes ou aquecedores de processo podem ser usados ​​para incinerar correntes de gás carregadas de COV. As vantagens não são despesas de capital e nenhuma necessidade suplementar de combustível. Essas unidades não seriam capazes de cuidar de grandes variações na taxa de fluxo de gás residual e seu valor calorífico. Nesses tipos de equipamentos, a incineração de gases residuais, que provavelmente produzirão compostos corrosivos, deve ser evitada. O desempenho de tal equipamento seria afetado se o valor calorífico de gás residual fosse menor que 1300 kcal / Nm 3 .

Processo de Combustão Catalítica:

A oxidação catalítica de gases residuais carregados com VOC pode ser realizada a uma temperatura mais baixa, digamos, 400-500 ° C, usando uma quantidade menor de combustível suplementar. O afluente (gás residual) é normalmente pré-aquecido a cerca de 260-480 ° C antes de alimentar o mesmo numa câmara de catalisador.

A eficiência de destruição de VOC pode estar na faixa de 95-98% dependendo da composição e concentração de VOC, tipo e características do catalisador, temperatura de operação, concentração de oxigênio e velocidade espacial. Presença de partículas líquidas e sólidas e compostos polimerizados afetam a eficiência de destruição.

Óxidos de platina, cobre ou cromo são geralmente usados ​​como catalisadores. Estes são envenenados por chumbo, arsênico, mercúrio, enxofre e halogênio. Com uma concentração elevada de VOC, a temperatura do leito do catalisador pode subir para 550-600 ° C ou mais, pelo que o catalisador pode ser desactivado.