Métodos para remoção de enxofre de (Bio) combustíveis: dessulfurização oxidativa de gasolina sintética e remoção de H2S de biogás proveniente de suinocultura

Abstract

O controle da emissão de poluentes na atmosfera tem se tornado cada vez mais rígido, por isso a pesquisa envolvendo novas tecnologias de remoção de enxofre vem crescendo significativamente, visando a produção de combustíveis mais limpos. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo principal desenvolver processos para remoção de enxofre de dois diferentes combustíveis: biogás e gasolina. Primeiramente, foi avaliada a eficiência de diferentes sistemas para a purificação de biogás, proveniente da fermentação anaeróbica de dejetos suínos. O biogás estudado (um biocombustível com alta concentração de metano) foi produzido em biodigestores em uma granja de suínos na região de Viçosa. O biogás pode ser potencialmente utilizado como combustível, gerando energia elétrica para a propriedade rural, em substituição à energia fornecida pela concessionária estadual. Entretanto, ele contém uma elevada concentração de H2S, o que o torna altamente corrosivo. Esta parte do trabalho foi feita em parceria com o Portal do Agronegócio/CENTEV/UFV, com o Departamento de Engenharia Agrícola da UFV e com recursos da FAPEMIG. Foram desenvolvidos diferentes sistemas de purificação de biogás baseados em filtros preenchidos com diferentes materiais (liga metálica de ferro e carbono; óxido de cálcio hidratado e carvão vegetal). Os tratamentos foram: filtragem via úmida (H2O + CaO + carvão vegetal); filtragem via seca (liga Fe/C + carvão vegetal); filtragem em série (filtragem via úmida seguido da filtragem via seca). Os filtros funcionaram 300 horas em cada tratamento com vazão média de biogás de 12 m3.h-1. Conseqüentemente, o foco do trabalho passou a ser a investigação de métodos de remoção de enxofre de combustíveis líquidos, em especial o processo de dessulfurização oxidativa (ODS). Então, catalisadores baseados em heteropoliácidos foram usados em reações de ODS de gasolina em fase homogênea e heterogênea usando peróxido de hidrogênio como oxidante. As reações foram realizadas utilizando isoctano como gasolina sintética e dibenzotiofeno (DBT) como composto sulfurado. Os catalisadores foram preparados a partir dos heteropoliácidos comercialmente disponíveis ou produzidos no próprio Laboratório de Catálise da UFV. Sua caracterização preliminar foi feita por Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho. Os espectros mostraram bandas características dos heteropoliácidos, confirmando a presença da unidade Keggin. Os catalisadores utilizados foram H3PMo12O40, H6PMo9V3O40, AlPMo12O40, H3PW 12O40, AlPW 12O40, H3PMo12O40/SiO2 e MoO3. Os catalisadores heteropoliácidos AlPMo12O 40 mostraram-se altamente eficientes na remoção do enxofre de gasolinas em misturas bifásicas na ausência de catalisadores de transferência de fase.

Controlling the emission of pollutants in the atmosphere has become increasingly rigid, hence research involving new technologies to removal sulfur has been growing significantly, aiming at production of cleaner fuels. In this context, this project had as the main purpose the development of processes for removing sulfur from two different fuels: gasoline and biogas. First, was evaluated the efficiency of many catalytic systems for the purification of biogas from the swine manure anaerobic fermentation. The studied biogas was produced in biodigesters in a swine herd in Viçosa and this biofuel has shown high methane concentration. Although it can be potentially used as fuel, generating electricity for the rural property and replacing the energy supplied by the dealer state, it also contains a high concentration of H2S, which makes it highly corrosive. This part of the project was done in partnership with Portal Agribusiness / CENTEV / UFV, with the Department of Agricultural Engineering of UFV and with FAPEMIG’s resources. Different systems for purifying biogas were developed based on filters filled with different materials (alloy of iron and carbon; hydrated calcium oxide and charcoal). The treatments were: wet filtering (CaO + H2O + charcoal); dry filtering (alloy Fe / C + charcoal) filter in series (wet filtering followed by dry filtering). The filters worked 300 hours in each treatment with average biogas flow of 12 m3.h-1. In general, the obtained results were good as there are few reports of efficient systems. Subsequently, the project focus became the investigation of a process for removing sulfur from liquid fuels, called oxidative desulfurization process (ODS). So, catalysts based on heteropolyacids were used in ODS reactions of gasoline in homogeneous and heterogeneous phase using hydrogen peroxide as the oxidant. The reactions were performed using isooctane as synthetic gasoline and dibenzothiophene (DBT) as a sulfur compound. The catalysts were prepared from the commercially available heteropolyacids or produced at the Laboratory of Catalysis of UFV. Its preliminary characterization was made by molecular absorption spectroscopy in the UV-vis and infrared region. The spectra showed characteristic bands of heteropolyacids, confirming the presence of Keggin unit. The catalysts used were H3PMo12O40, H6PMo9V3O40, AlPMo 12O40, H3PW 12O40, AlPW 12O40, H3PMo 12O 40/SiO2 and MoO3. The heteropolyacids catalysts AlPMo12O 40 proved to be highly effective in removing sulfur from gasoline in biphasic mixtures in the absence of phase transfer catalysts.