Qual a importância da Dessulfurização do biogás? Esse processo é vital para qualquer projeto de usina de biogás que queira ser bem sucedido. Neste artigo você vai entender os reais motivos. Mas vamos por parte!
O biogás é um combustível renovável obtido a partir da decomposição anaeróbica de resíduos orgânicos. No entanto, em sua forma bruta, ele contém uma série de impurezas que podem reduzir a eficiência do processo de geração de energia e até mesmo danificar os equipamentos.
O sulfeto de hidrogênio (H2S) é um dos principais contaminantes do biogás, e é conhecido por ser tóxico e ter um odor desagradável de ovo podre. Além disso, o vapor de água presente no biogás reage com o H2S, formando ácido sulfúrico que pode corroer os componentes do sistema. Esses problemas podem reduzir a eficiência dos processos de purificação do biogás e causar danos aos equipamentos instalados a jusante, como os motores utilizados para processar o biogás e a tubulação de gás.
Para evitar esses problemas, é necessário realizar a dessulfurização e a secagem do biogás. A dessulfurização é o processo de remoção do H2S, geralmente feito com a ajuda de substâncias químicas ou de bactérias. Já a secagem tem como objetivo remover o excesso de vapor de água presente no biogás, evitando a corrosão dos equipamentos.
Vale lembrar que a qualidade do biogás deve atender aos padrões mínimos de qualidade definidos pelos fabricantes de usinas de cogeração, que são válidos também na utilização de biogás. Isso é fundamental para evitar intervalos de manutenção mais curtos ou danos nos motores.
A dessulfurização e a secagem do biogás são etapas importantes para garantir a eficiência do processo de geração de energia a partir de resíduos orgânicos. Essas técnicas permitem que o biogás seja utilizado como um combustível limpo e renovável, sem prejudicar o meio ambiente e sem comprometer a durabilidade dos equipamentos utilizados.
O que é sulfeto de hidrogênio (H2S)?
O sulfeto de hidrogênio (H2S) é um gás incolor, altamente tóxico e inflamável, que tem um cheiro forte e desagradável de ovo podre. Ele é produzido naturalmente em processos biológicos, como a decomposição de matéria orgânica, e também é gerado por processos industriais, como refino de petróleo e produção de papel.
O H2S é altamente corrosivo e pode causar danos aos equipamentos e tubulações que entram em contato com ele. Ele pode reagir com o oxigênio no ar e formar ácido sulfúrico (H2SO4), que é ainda mais corrosivo. O H2S é tóxico mesmo em pequenas concentrações e pode afetar o sistema nervoso central, o trato respiratório e o sistema cardiovascular. Em altas concentrações, pode ser fatal.
A concentração de sulfeto de hidrogênio (H2S) no biogás pode variar dependendo do tipo de substrato utilizado no biodigestor. Substratos ricos em enxofre, como resíduos industriais, resíduos de processamento de alimentos, lodos de estações de tratamento de esgoto e estrume de aves, podem gerar uma maior concentração de H2S no biogás. Por outro lado, substratos com baixo teor de enxofre, como resíduos de jardim e resíduos de cozinha, produzem menor concentração de H2S no biogás. Portanto, é importante avaliar a qualidade do substrato antes de usá-lo no biodigestor, pois substratos com alto teor de enxofre podem aumentar a demanda de dessulfurização do biogás e, consequentemente, aumentar os custos operacionais das usinas.
O que é a Dessulfurização do biogás?
Devido aos seus efeitos prejudiciais, é importante remover o H2S do biogás antes de utilizá-lo como combustível ou de liberá-lo na atmosfera. A dessulfurização do biogás é um processo de purificação do gás gerado na digestão anaeróbica de matéria orgânica, com o objetivo de remover os compostos de enxofre presentes em sua composição. A presença de compostos de enxofre no biogás é indesejável, pois eles podem danificar os equipamentos utilizados em seu processamento, além de serem prejudiciais à saúde humana e ao meio ambiente.
Para remover os compostos de enxofre do biogás, é necessário submetê-lo a um processo de dessulfurização. Existem várias tecnologias disponíveis para a dessulfurização, como o processo biológico de biodessulfurização, o processo químico de adsorção ou o processo físico de lavagem com solução alcalina. O método mais comum e econômico é a dessulfurização biológica, que é realizada por meio de bactérias que oxidam o sulfeto de hidrogênio a enxofre elementar.
O processo de dessulfurização é crucial para garantir a qualidade do biogás, especialmente quando ele é utilizado para gerar energia elétrica ou térmica. A presença de compostos de enxofre no biogás pode reduzir a eficiência dos motores utilizados em sua queima e aumentar os custos de manutenção. Além disso, a emissão de gases poluentes pode afetar negativamente o meio ambiente e a saúde pública. Por isso, a dessulfurização é uma etapa essencial no processamento do biogás, garantindo sua qualidade e segurança.
Tecnologias de dessulfurização do biogás
Existem diferentes processos para realizar a dessulfurização. Os processos se classificam em biológicos, químicos e físicos. Conforme a aplicação, distinguem-se a dessulfurização fina e a grossa. O processo ou a combinação de processos adotada se orienta pela destinação subsequente do biogás.
Além da composição do gás, tem papel fundamental a taxa de vazão do biogás pelo equipamento de dessulfurização. Em dependência da condução do processo, a vazão pode oscilar substancialmente. Taxas de liberação de biogás temporariamente elevadas e vazões elevadas associadas podem ser observadas após a alimentação do digestor com substrato fresco e durante a operação dos agitadores. Podem ocorrer vazões momentâneas de 50% acima da média. Para garantir a eficiência da dessulfurização, é comum que se utilizem equipamentos de dessulfurização superdimensionados ou que se combinem diferentes técnicas.
O sulfeto de hidrogênio (H2S) pode estar presente em concentrações de ~70 mg/mn³ a mais de 10.000 mg/mn³, dependendo da fonte de biogás. A remoção do sulfeto de hidrogênio é essencial para evitar a corrosão de equipamentos e atender aos requisitos de qualidade para a injeção de biometano nas redes de gás natural ou para a utilização direta como combustível.
A remoção do H2S ocorre em duas etapas: dessulfurização grossa e dessulfurização fina. Na dessulfurização grossa, a dessulfurização biológica no fermentador é realizada pela adição de ar em sistemas convencionais de biogás agrícola com uso direto de gás em sistemas combinados de aquecimento e energia. No entanto, esse processo é limitado e só é aplicável em condições especiais em instalações de biogás com processamento de biogás, pois pode ocorrer uma diluição do biogás com nitrogênio atmosférico, que não pode ser separado por quase todos os processos de processamento de biogás.
Já na dessulfurização fina, a tecnologia de oxidação catalítica e adsorção com carvão ativado impregnado é atualmente usada em quase todas as instalações de processamento de biogás para reduzir a concentração de sulfeto de hidrogênio para menos de 5 mg/mn³. Além disso, dependendo da fonte de gás bruto, podem ocorrer outros gases, como amônia, compostos orgânicos de silício, halogenados e aromáticos, que também podem exigir separação.
O que acontece nas usinas se não houver dessulfurização do biogás?
O biogás recém gerado contém além do metano e do dióxido de carbono ainda quantidades consideráveis de sulfeto de hidrogênio e vapor. Esses compostos interferem diretamente na bioquímica do processo e portanto, a fermentação na planta de biogás planta de biogás sensível. O sulfeto forma compostos pouco solúveis com oligoelementos, por exemplo, cobalto, níquel, molibdênio e selênio. Assim, esses nutrientes não ficam disponíveis ou ficam escassos para as bactérias da metanogênese. Como resultado, a formação de metano diminui ou na pior das hipóteses, desaparece. Intermediários acumulam-se e ocorre acidificação.
A combinação de sulfeto de hidrogênio e vapor gera ácido sulfúrico que ataca os motores e os componentes de metal por onde tem contato direto. Se o biogás não for dessulfurizado antes de sua utilização, o sulfeto de hidrogênio (H2S) presente no biogás pode causar problemas de corrosão em todas as partes do equipamento de produção de biogás, incluindo tubulações, válvulas e componentes de motores de combustão. Isso pode levar a falhas prematuras do equipamento e aumentar os custos de manutenção.
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Além disso, a presença de H2S no biogás pode comprometer a qualidade do biometano produzido e dificultar sua injeção nas redes de gás natural ou sua utilização direta como combustível, pois o H2S pode reagir com a água para formar ácido sulfídrico, que é altamente corrosivo e pode causar danos em tubulações e equipamentos. Portanto, a dessulfurização do biogás é essencial para garantir a segurança e eficiência da produção de biogás e a qualidade do biometano produzido.
O sulfeto de hidrogênio, por outro lado, não só tem um efeito tóxico nos produtores sensíveis de metano, mas também prejudica a tecnologia e os motores da planta. Existe sempre um equilíbrio químico entre o sulfeto e o sulfeto de hidrogênio em cada planta de biogás. Mudanças na temperatura e no pH podem mudar isso em favor do sulfeto ou sulfeto de hidrogênio.
A diminuição da potência do gerador deve então ser observada. Questões como essa também colocam em risco a eficiência de um biodigestor, que pode ser comprometida.
Fontes:
B. Machado 2016: Bezerra Machado, Gleysson; Geração e Aproveitamento Energético do Biogás, PROJETO PROBIOGÁS 2016
