28 results on '"Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de"'
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2. CO2 gas-adsorption calorimetry applied to the study of chemically activated carbons
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Soares Maia, Débora Aline, Alexandre de Oliveira, José Carlos, Nazzarro, Marcelo Sandro, Sapag, Karim Manuel, López, Raul Horácio, Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de, and de Azevedo, Diana Cristina Silva
- Published
- 2018
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3. AVALIAÇÃO DA INIBIÇÃO DA INCRUSTAÇÃO DE FOSFONATADOS: EFEITO DO TEMPO E TEMPERATURA
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BEZERRA, BRUNA TARCIANA CAVALCANTE, additional, LUCENA, SEBASTIÃO MARDÔNIO PEREIRA DE, additional, and JUNIOR, IVANILDO JOSÉ DA SILVA, additional
- Published
- 2015
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4. Design of a refrigerated lean oil absorption column for natural gas processing
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Quaranta, Isabella Christina Cavalcante, Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de, and Peixoto, Hugo Rocha
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Lean Oil ,Absorção ,Gás natural ,Aspen Plus ,Simulação de processos - Abstract
Cryogenic technologies for separations are widely used in natural gas processing. Among the traditional technologies, such as turbo-expansion, refrigerated lean oil absorption presents a high recovery capacity with a lower cost. Aiming to analyse the operational conditions and the sizing of an absorber column for this technology, a study was conducted in the commercial software Aspen Plus. To ensure a trustworthy modelling and simulation, a thermodynamic analysis of the models used to predict the particles interactions was performed. Among the tested models, Peng-Robinson was chosen. The column sizing was done for different solvent flowrates and different gas compositions, resulting in a column of 14 theorical stages, with a diameter of 1.3 m and a 7.0 m high. A solvent flowrate of 30 Nm²/h was selected to process a total natural gas flowrate of 1.42 MNm³/day. Both streams were cooled down until –20 ºC before feeding the column. The process had 67.0% of propane recovery, producing a sales gas with 90.4% methane, 7.1% ethane, 1.4% propane, and an inert content near 1%. After a sensitivity analysis, the column diameter was increased to 1.4 m, allowing the utilization of the equipment in a larger operational range. It was analysed the influence of the cooling temperature of the feed streams in the sales gas. Furthermore, it was evaluated the use of the sized equipment for processing of distinct natural gas compositions. Finally, a comparative study was done between the operation conditions needed to produce a natural gas with composition according to the commercialization range, and the conditions needed to produce a natural gas with low content of heavy hydrocarbons, specified for the use in ANG (adsorbed natural gas) technology. Tecnologias criogênicas de separação são muito usadas no processamento de gás natural. Dentre as chamadas tecnologias tradicionais, como a turbo-expansão, a absorção refrigerada apresenta uma elevada capacidade de recuperação a um custo menor. Com o objetivo de avaliar as condições de operação e de dimensionamento de uma coluna de absorção para uso dessa tecnologia, realizou-se um estudo através do simulador comercial Aspen Plus. Para que as modelagens adotadas sejam fidedignas ao processo, foi feita uma análise termodinâmica prévia dos modelos de interação entre as moléculas, optando-se pelo uso do modelo de Peng-Robinson. O dimensionamento foi realizado para diferentes condições de vazão de solvente e de composições de gás natural, resultando em uma coluna de 14 estágios teóricos, com 1,3 m de diâmetro com 7,0 m de altura. Uma vazão de solvente igual a 30 Nm³/h foi utilizada para tratamento de uma vazão total de gás natural igual a 1,42 MNm³/dia, sendo essas duas correntes resfriadas a até –20 ºC antes da alimentação na coluna. O processamento teve 67,0% de recuperação de propano, gerando um gás para comercialização com 90,4% de metano, 7,1% de etano e 1,4% de propano; o teor de inertes ficou próximo a 1%. Após análise de sensibilidade, o diâmetro da coluna foi aumentado para 1,4 m, permitindo a utilização do equipamento em uma faixa de operação mais ampla. Foi analisada a influência da temperatura de resfriamento das correntes, antes da entrada na coluna, na composição final do gás natural comercializado. Foi também analisado o uso do equipamento projetado para especificação de diferentes composições de gás natural recebidas. Avaliou-se as condições de operação necessárias para obtenção de um gás natural apenas com composição dentro das faixas de comercialização e outro com baixo teor de hidrocarbonetos pesados, especificado para uso em tecnologia GNA (gás natural adsorvido).
- Published
- 2021
5. Captura de CO2 em estruturas metalorgânicas com sítios metálicos abertos impregnadas com líquidos iônicos
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Oliveira, Leon Torres de, Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de, and Gonçalves, Daniel Vasconcelos
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Equilíbrio iônico ,Molecular simulation ,Engenharia química ,Ionização ,Ionic liquid ,CO2 capture - Abstract
This study presents results obtained from molecular simulation to analyze the effects of impregnation of metal-organic structures with ionic liquids to improve carbon dioxide capture and selectivity. The effect of the impregnation at the adsorptive sites, particularly those present near the metal clusters, is analyzed from the radial density function. The ionic liquids [Bmim+][PF6-] and [Bmim+][SCN-] were chosen for this paper, and considerable improvements were detected in the uptake with 15 and 25% wt. of [Bmim+][SCN-] at the structures, with values doubling at pressures below 200 kPa. Mixtures of CO2-CH4 (30:70 ratio) and CO2-N2 (15:85 ratio) were studied to tailor this study to the application in CO2 capture for combustion gases (flue gas) and natural gas. The results obtained make it evident that the characteristics added by the impregnation by ionic liquids have potential for the application in the capture of CO2. Neste estudo são apresentados resultados obtidos a partir da simulação molecular para a análise dos efeitos da impregnação de estruturas metalorgânicas com líquidos iônicos de forma a melhorar a captura e a seletividade para o dióxido de carbono. O efeito da impregnação nos sítios adsortivos, em particular os presentes nas proximidades dos clusters metálicos, é analisado a partir da função radial de densidade. Os líquidos iônicos [Bmim+][PF6- ] e [Bmim+][SCN-] foram escolhidos para o trabalho, e foram encontradas melhorias consideráveis na captura nos valores de impregnação de 15 e 25% wt. de [Bmim+][SCN-], com valores até dobrando a pressões abaixo de 200 kPa. As misturas de CO2-CH4 em proporção 30:70 e CO2-N2 em proporção 15:85 foram estudadas, de forma a adequar o estudo para a aplicação na captura de CO2 em gases de combustão e gás natural. Os resultados obtidos tornam evidente que as características acrescentadas pela impregnação por líquidos iônicos têm potencial para a aplicação na captura de CO2.
- Published
- 2020
6. Viabilidade energética da tecnologia gás natural adsorvido em carbonos ativados
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Peixoto, Hugo Rocha and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
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Gás natural - Armazenamento ,Adsorção ,Engenharia química ,Natural gás ,Purification - Abstract
Natural gas, economically more attractive and cleaner than other fossil fuels, has been an important alternative to expanding the global energy supply. However, it has low energy density, which means storage and transportation costs are high. Adsorbed natural gas (ANG) is an option for vehicular application and can be stored at moderate pressures (~3.5–6.5 MPa). Finding the adsorbent material and storage conditions that insert this alternative in a scenario comparable to compressed natural gas is fundamental for the development of this technology. To save experimental effort, a mathematical model capable of reproducing or predicting successive charge/discharge cycles during the operation of an ANG tank from adsorption equilibrium data obtained by molecular simulation is being proposed in this study. The model, based on the Ideal Adsorbed Solution Theory (IAST) and implemented using gPROMS, is validated by experimental data from tanks filled with activated carbons available in the literature. It is possible to relate the performance of carbonaceous materials to their structures to predict the optimal pore size for ANG application that maximizes power supply and minimizes bed deactivation due to heavy alkane accumulation. Aiming to reduce storage tank deactivation, a pilot-scale process is adopted through simulations on Aspen Adsorption using a Pressure Swing Adsorption (PSA) technology to remove heavy hydrocarbons from natural gas with industrial active carbons. Each column operates according to four steps: pressurization, adsorption at 40 bar, depressurization and purge at 1 bar. The operating conditions of the process (flowrates, bed geometry and step times) are optimized, seeking the maximization of the performance parameters: purity, recovery and productivity, being possible to produce virtually C3+ free fuel, ideal for storage by adsorption. The influence of natural gas composition on the energy performance of GNA technology is analyzed. O gás natural, economicamente mais atraente e mais limpo que outros combustíveis fósseis, tem sido uma alternativa importante à expansão do suprimento global de energia. No entanto, possui baixa densidade energética, o que significa que os custos de armazenamento e transporte são elevados. O gás natural adsorvido (GNA) é uma opção para aplicação veicular e pode ser armazenado a pressões moderadas (~3,5–6,5 MPa). Encontrar o material adsorvente e as condições de armazenamento que inserem essa alternativa em um cenário comparável ao gás natural comprimido é fundamental para o desenvolvimento dessa tecnologia. Para economizar esforços experimentais, um modelo matemático capaz de reproduzir ou prever ciclos sucessivos de carga/descarga durante a operação de um tanque de GNA a partir de dados de equilíbrio de adsorção obtidos por simulação molecular está sendo proposto neste estudo. O modelo, baseado na Teoria da Solução Adsorvida Ideal (IAST) e implementado em gPROMS, é validado por dados experimentais de tanques recheados de carbonos disponíveis na literatura. É possível relacionar o desempenho dos materiais carbonáceos com suas estruturas para prever o tamanho de poro ideal para a aplicação de GNA que maximiza o fornecimento de energia e minimiza a desativação do leito devido ao acúmulo de alcanos pesados. Visando à redução da desativação do tanque de armazenamento, é proposto um processo em escala piloto, através de simulações em Aspen Adsorption, utilizando a tecnologia Pressure Swing Adsorption (PSA), para remover os hidrocarbonetos pesados do gás natural com carbonos ativados comerciais. Cada coluna opera em quatro passos: pressurização, adsorção a 40 bar, despressurização e purga a 1 bar. As condições operacionais do processo (vazões, geometria do leito e tempos das etapas) são otimizadas buscando maximização dos parâmetros de desempenho: pureza, recuperação e produtividade, sendo possível a produção do combustível praticamente isento de C3+, ideal para armazenamento por adsorção. É analisada a influência da composição do gás natural no desempenho energético da tecnologia GNA.
- Published
- 2020
7. Effect of ultramicropores and surface chemistry on the mechanisms of H2S retention from biogas
- Author
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Oliveira, Jorge Luiz Bezerra de, Bastos Neto, Moisés, Azevedo, Diana Cristina Silva de, and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
- Subjects
Carbono ativado ,Adsorção ,Engenharia química ,Activated carbon ,Ultramicropores ,Adsorption ,Surface chemistry ,Química de superfície - Abstract
Adsorption onto activated carbons is an attractive technology for biogas desulfurization. When hydrogen sulfide (H2S) comes in contact with the structure of an activated carbon, both mechanisms of physisorption and chemisorption may occur. The role of each mechanism is still not fully understood and it is the subject of numerous studies. Such analysis requires a detailed characterization of the material microporous structure, since pore size, especially pores below 7 Å, may have an influence on the interaction between H2S and the surface of the material. Therefore, multicomponent adsorption data of H2S in the presence of carbon dioxide (CO2) were obtained for two commercial activated carbon samples, referred to as C141S and Norit RB4, further impregnated with potassium hydroxide (KOH), in order to understand the effect of ultramicropores and surface chemistry on the mechanisms of H2S retention. It was assumed that CO2 would previously fill the ultramicropores of 4 Å (most representative pores of the materials) in such a way that it would not be replaced by H2S when this gas was subsequently injected into the fixed bed column. Molecular simulation data were used to predict the CO2 pressure required to fill these pores. The samples were characterized using X-ray fluorescence (XRF), and N2 and CO2 adsorption/desorption isotherms at 77 and 273 K, respectively. The XRF analysis confirmed the presence of potassium (K) impregnated specie in all modified samples. Textural characterization revealed the presence of ultramicropores in all samples, especially in the modified ones. It was observed that the adsorption capacity of both original activated carbons increased after impregnation, especially for Norit RB4. From the H2S multicomponent adsorption tests, it was observed that the H2S retention capacity decreased significantly for all samples. The results were compared to the theoretical adsorbed amounts of H2S in these pores, obtained by molecular simulation, which allowed to observe that not only physical adsorption of H2S in the ultramicropores was affected, but also other mechanisms that contributed predominantly to H2S adsorption, indicating that these pores are fundamental in order to make all these mechanisms to happen, which is an important information for the development of new materials. A adsorção em carbonos ativados constitui uma tecnologia atraente para a dessulfurização de biogás. Quando o sulfeto de hidrogênio (H2S) entra em contato com a estrutura de um carbono ativado, ambos os mecanismos de fisissorção e quimissorção podem ocorrer. O papel de cada mecanismo ainda não é totalmente compreendido e constitui alvo de inúmeros estudos. Tal análise requer uma caracterização detalhada da estrutura microporosa do material, uma vez que o tamanho dos poros, especialmente poros menores que 7 Å, pode ter uma influência na interação entre o H2S e a superfície do material. Dessa forma, dados de adsorção multicomponente de H2S na presença de dióxido de carbono (CO2) foram obtidos para dois carbonos ativados comerciais, referidos como C141S e Norit RB4, posteriormente impregnados com hidróxido de potássio (KOH), com a finalidade de entender o efeito dos ultramicroporos e da química da superfície nos mecanismos de retenção de H2S. Adotou-se que, em uma etapa prévia, o CO2 preencheria os ultramicroporos de 4 Å (poros mais representativos dos materiais), de tal forma que não fosse substituído pelo H2S posteriormente injetado na coluna de leito fixo. Dados obtidos por simulação molecular foram utilizados para prever a pressão de CO2 necessária para preencher esses poros. As amostras foram caracterizadas utilizando fluorescência de raios-X (FRX) e isotermas de adsorção/dessorção de N2 e CO2 a 77 e 273 K, respectivamente. A análise por FRX confirmou a presença da espécie impregnada, potássio, em todas as amostras modificadas. A caracterização textural revelou a presença de ultramicroporos em todas as amostras, especialmente nas modificadas. Observou-se que a capacidade de adsorção de H2S em ambos os carbonos ativados originais aumentou após a impregnação com KOH, especialmente para a amostra Norit RB4. Dos ensaios de adsorção multicomponente, observou-se que a capacidade de retenção de H2S diminuiu significativamente para todas as amostras. Os resultados foram comparados com dados de adsorção de H2S teóricos nesses poros, obtidos por simulação molecular, que permitiram observar que não só a adsorção física de H2S nos ultramicroporos foi afetada, como também outros mecanismos que contribuíam predominantemente para a adsorção de H2S, indicando que esses poros menores são fundamentais para que os mecanismos possam ocorrer, o que constitui uma informação importante para o desenvolvimento de novos materiais.
- Published
- 2019
8. Simulação molecular da adsorção de gases em materiais nanoporosos: captura, caracterização e armazenamento
- Author
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Gonçalves, Daniel Vasconcelos and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
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Molecular simulation ,Adsorção ,Gás ,Engenharia química ,Gases ,Adsorption - Abstract
Molecular simulation techniques were applied to predict gas adsorption in nanoporous materials. Three problems were approached. In the first problem, we studied the H2S adsorption in activated carbon. A value for H2S-carbon interaction was proposed from calorimetric data. The proposed forcefield parameter was validated by predicting H2S capture on two activated carbons (RB4 and Desorex K43). This is the first theoretical study of this nature. The impact of the presence of CH4 and CO2 on H2S adsorption was also evaluated. Multicomponent adsorptions (H2S/CH4, H2S/CO4 and H2S/CH4/CO2) were calculated in three sizes of slit-pores of carbon. We observed a cooperative effect in which CO2 improves H2S adsorption in the 8.9 Å pore size. The analysis of energy distribution and the positioning of the molecules inside the pore evidenced this improvement. In the second problem, we adsorption properties of carbon structures resulting from the oxidative process predicted by reactive Molecular Dynamics (rMD) have been investigated. Simulation features, like the type of molecular model and the boundary condition, were evaluated. Isotherms and enthalpies of adsorption of N2 and Ar on carbon surfaces with different degrees of etching were calculated. These results were compared to experimental data. The structure with 25% of gasified atoms reproduced the adsorption on activated carbons made from different precursors and through different processes. Structures predicted by rMD presented superior performance in prediction of adsorption experimental data. In the third problem, we investigated eight representative metal-organic frameworks (MOFs) for natural gas storage. Adsorbed amounts of pure methane and its mixtures with CO2 and H2O at 5.8 and 65 bar at 298 K were calculated within the limits specified for natural gas. MOFs without open metal sites were minimally influenced by the concentrations of CO2 and H2O. However, the interaction with these species on MOFs with open metal sites proved to be harmful. We found that concentrations as low as 25 ppm of water can reduce the delivered volume of methane by more than 20%. A detailed analysis of the adsorption mechanisms leading to deactivation is also presented. Técnicas de simulação molecular foram utilizadas para predizer a adsorção de gases em materiais nanoporosos através da abordagem de três problemas. No primeiro problema, a captura de H2S em carbonos ativados foi estudada. Um novo valor para a interação H2S-carbono foi proposto a partir de dados calorimétricos. O parâmetro proposto foi validado através da predição da adsorção de H2S em dois carbonos ativados (RB4 e Desorex K43). Este é o primeiro estudo teórico desta natureza. O impacto da presença de CH4 e CO2 na adsorção de H2S também foi avaliado. A adsorção multicomponente (H2S/CH4, H2S/CO4 e H2S/CH4/CO2) foi calculada em três tamanhos de poros de carbono. Um efeito cooperativo no qual o CO2 melhorou a adsorção de H2S em cerca de 40% no poro de 8,9 Å foi observado. A análise da distribuição de energia e o posicionamento das moléculas dentro do poro evidenciaram este incremento. No segundo problema, as propriedades de adsorção das microestruturas de carbono resultantes do ataque oxidativo previstas pela Dinâmica Moleular reativa (rMD) foram investigadas. As configurações das simulações de caracterização foram validadas através de testes com estruturas de diferentes tamanhos, utilizando diferentes modelos moleculares e sujeitas à diferentes condições de contorno. As isotermas e as entalpias de adsorção de N2 e de Ar em estruturas com diferentes graus de ataque foram calculadas e relacionadas aos dados experimentais de carbono. A estrutura com 25% dos átomos gaseificados reproduziu a adsorção em carbonos ativados oriundos de diferentes precursores e produzidos através de diferentes processos. As estruturas previstas pela rMD apresentaram um ótimo desempenho na reprodução das propriedades de adsorção de diferentes carbonos. No terceiro problema, oito estruturas metal-orgânicas (MOFs) foram investigadas visando o armazenamento de gás natural. As quantidades adsorvidas a 5,8 bar e a 65 bar a 298 K foram calculadas considerando o metano puro e as misturas CH4/CO2 e CH4/H2O, conforme os limites da especificação do gás natural. As MOFs que não apresentam sítios metálicos aberto foram minimamente afetadas pela presença do CO2 e do H2O. Entretanto, a interação destas espécies com as MOFs que possuem sítios metálicos abertos se mostrou prejudicial. Foi observado que apenas 25 ppm de água podem reduzir o volume entregue de metano em mais de 20%. Uma análise detalhada do mecanismo de adsorção que leva a desativação também é apresentada.
- Published
- 2018
9. Estudo da adsorção de saxitoxina e geosmina em carbono ativado através de simulação molecular
- Author
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Paiva, Carlos Adller Saraiva, Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de, and Oliveira, José Carlos Alexandre de
- Subjects
Geosmina ,Carbono ativado ,Simulação molecular ,Poros de carbono ,Dinâmica molecular ,Saxitoxina ,Cianobactérias - Abstract
Human activities have been causing negative impacts towards the available water for human consumption regarding both its quality and quantity, being important to mention eutrophication of water sources and the occurrence of cyanobacterial blooms. Such microorganisms, in addition to producing substances that cause the odor and taste of mold and earth to water (2-methylisoborneol and geosmin), also produce metabolites, associated with various intoxications in animals and man, called cyanotoxins (cyanobacterial toxins) and which include hepatoxins acting on the liver, neurotoxins acting on the nervous system and dermatoxinscausing skin irritation. Sinceconventional water treatment plants (coagulation, flocculation, sedimentation and filtration) are not able to remove cyanotoxins and other dissolved extracellular metabolites, the two main forms of removal are the use of activated carbons (GAC) and post-chlorination. Aiming to establish a theoretical approachregarding the selection of suitable activated carbon for cyanobacteria metabolite removal, in particular saxitoxin (STX), a number of molecular simulations targeting to study both STX and GSM adsorptionin activated carbon pores and graphitic surfaces were performed. Before, however, simulation parameters (force field type, force field parameters, molecular loads) were validated based on experimental studies with biphenyl (BPH), phenylcyclohexane (PCH) and bicyclohexyl (BCH) As atividades antrópicas têm causado impactos negativos na qualidade e na quantidade de água disponível para consumo humano, podendo-se citar a eutrofização de mananciais e ocorrência de florações de cianobactérias. Tais microrganismos, além de produzir substâncias que causam odor e sabor de mofo e terra à água (2-metilisoborneol e geosmina), também produzem metabólitos,associados a diversas intoxicações em animais e no homem,chamados de cianotoxinas (toxinas de cianobactérias)equeincluem hepatoxinas atuantes no fígado, neurotoxinas atuantes no sistema nervoso e dermatotoxinas causadores de irritação na pele. Uma vez que as plantas convencionais de tratamento de água (coagulação, floculação, sedimentação e filtração) não são capazes de remover cianotoxinas e outros metabólitos extracelulares dissolvidos, as duas principais formas de remoção são o uso de carbonosativados (GAC) e pós cloração. Visando estabelecer uma metodologia teórica para seleção de carbonos ativados adequados à remoção de metabólitos de cianobactérias, em particular a saxitoxina (STX), foram realizadas simulações moleculares para estudo do processo de adsorção de STX e GSM em poros de carbono ativado e superfície grafítica. Antes, porém, foram validados parâmetrosde simulação (tipo de campo de força, parâmetros de campo de força, cargas moleculares) com base em estudos experimentais combifenil (BPH), fenilciclohexano (PCH) e biciclohexil (BCH).
- Published
- 2018
10. Desenvolvimento de tijolos ecológicos com cinzas volantes
- Author
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Linhares Junior, Francisco Edvar, Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de, and Nogueira, Ricardo Emílio Ferreira Quevedo
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Resíduos como material de construção ,Engenharia química ,Raios X - Difração ,X - Ray diffraction ,Fly ash ,Green bricks ,Carvão mineral ,Mechanical strength - Abstract
Mineral coal has been used as a source of electricity through thermoelectric plants, generating fly ash. The intensification of the use of coal tends to increase the problem of storage and environmental management of these fly ash. Many studies around the world have suggested several applications for these residues because they have a chem ical composition similar to pozzolanic, ceramic and cementitious materials. With that the greater search is to find uses of these residues as materials for civil construction. The increase in the production of traditional ceramic bricks with their high man ufacturing pollution due to the increasing price of fossil fuels has encouraged the search for alternative materials for the construction of masonry. The objective of this work is the development of ecological bricks made of mixtures of fly ash with agglom erates and mineral aggregates, seeking better results in relation to other works, with optimized mechanical properties, with axial compressive strength being the main. Mixture configurations with traces of ash from 50% and the remainder of the trace divide d between lime, sand and cement were tried in order to guarantee a standardized construction of the bricks, lowering production costs through mechanical presses and mainly reducing environmental impacts. The rupture tests were processed with test specimens until a satisfactory percentage of raw materials were found to optimize mechanical strength. After all the optimization attempts, a trait was defined in which its composition was fractioned in the process of mixing and curing in 70% of ashes and 10% for e ach of the other added building materials, a trait that generated a considerable level of resistance and high compared to the results of other surveys. Peak values and mean values of the traces well above were obtained in comparison with other studies, optimizing and homologating the trace for the brick making, which were produced obtaining excellent visual and structural characteristics. Afterwards, this composition was characterized chemically - mineralogically through diffraction and x - ray fluorescence analyzes, which resulted in the certification of a positive and promising scenario of general use in the civil construction of these so - called ecological bricks, bringing a cost/benefit ratio and technical/financial feasibility for a production in larger scales, directing mainly the development for people of low income. O carvão mineral tem sido utilizado como fonte de energia elétrica através das usinas termelétricas, gerando cinzas volantes . A intensificação do uso do carvão tende a aumentar o problema de armazenagem e gestão ambiental d essas cinzas volantes . Muitos estudos em todo o mundo têm s ugerido diversas aplicações para esses resíduos por eles apresentarem uma composição química semelhante a os materiais pozolânicos , cerâmicos e ter capacidade cimentícia . Com isso a busca maior é de encontrar utilizações desses resíduos como materiais para construção civil. O encarecimento da produção de tijolos cerâmicos tradicionais com a sua alta poluição de fabricação , devido ao preço crescente dos combustíveis fósseis , tem incentivado a procura de materiais alternativos para a construção de alvenarias. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de tijolos ecológicos fei tos de misturas de cinzas volantes com aglomerantes e agregados minerais, buscando melhores resultados em relação a outros trabalhos, com propriedades mecânicas otimizadas , sendo a resistência a compressão axial a principal . Foram experimentadas configurações de misturas com traços de cinzas a partir de 50% , e o restante do traço divididos entre cal, areia e cimento em prol de garantir uma confecção padronizada dos tijolos, b aixando custo produtivos através de prensa mecânica e principalmente reduzindo os impactos ambientais. Os ensaios de rompimento s foram processados com corpos de prova até o encontro de uma divisão percentual satisfatória de matérias - primas que otimizasse a capacidade de resistência mecânica . Após todas as tentativas de otimização , foi definido um traço na qual sua c omposição ficou fracionada no processo de mistura e cura em 70% de cinzas e 10% para cada um dos outros materiais de construção adicionado s, traço esse que gerou um nível de resistência considerável e elevado em relação a comparação de resultados de outr o s trabalhos . Foram obtidos valores de pico e valores médios dos traços bem acima no comparativo com outras pesquisas, otimizando e homologando o traço para a confecção dos tijolo s, na qual foram produzidos obtendo excelentes características visuais e estruturais. Seguidamente, e ssa composição foi caracterizad a químico - mineralogicamente através de análises de difração e fluorescência de raio - x , o corre ndo a certificação d a obtenção de um cenário positivo e promissor de uso geral na construção civil desses tijolo s ditos ecológicos , trazendo uma relação custo / benefício e técnica/financeira viável para uma produção em maiores escalas , direcionando pri ncipalmente o desenvolvimento para pessoas de baixa renda .
- Published
- 2018
11. Estudos dos fenômenos de adsorção e precipitação de inibidores de incrustação em rocha arenítica por meio de ensaios estáticos e dinâmicos
- Author
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Veloso, Carolina Barbosa, Cavalcante Júnior, Célio Loureiro, Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de, and Luna, Francisco Murilo Tavares de
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Squeeze ,Adsorção ,Engenharia química ,Dynamic tests ,Adsorption ,Precipitation ,Incrustações (Engenharia) ,Calcium ions ,Static tests ,Scale inhibitor - Abstract
Scale inhibitors used in the squeeze treatments allows the use of the seawater injection in wells with low oil and gas production, because reduce the damage caused by insoluble salts deposition. The squeeze treatment yield depends on the duration of the inhibitor in the production well, which depends on the rock-interaction type, which may be adsorption or precipitation. Thus, this theses aim is indicator of the interaction between scale inhibitor and sandstone, in order to identify the different adsorption and precipitation phenomena, through three experimental methods: one static and two dynamic. In the static experiment, the trimethylphosphonic acid (ATMP) inhibitor interaction was evaluated varying the chemical composition of the rock, at 25 and 70 ºC, at pH 4 and 7. The sandstone constituents quartz, feldspar, kaolin and biotite mica were tested. In addition, it was evaluated the influence of the calcium ions (Ca2+) in the brine on the ATMP retention. The minerals were characterized by X-ray fluorescence (XFR) and nitrogen sorption at -196 ° C for chemical composition quantification and surface area determination (SBET), respectively. The ATMP concentration was measured using the coupled plasma optic spectrometry (ICP-OES) technique. In the static experiment, it was confirmed that biotite mica had a higher retention of ATMP, due to the heterogeneity of its chemical composition. The adsorption on the surface had been predominant, for all minerals studied at 25 ° C, and at 70 ° C, the minerals feldspar, kaolin and biotite mica were leached, which led to a precipitation of the anti-fouling as cation-ATMP complex. This significantly increased the ATMP retention, especially in the tests with biotitic mica. Precipitation was detected in the tests with Ca2+ in the brine. This was more evident at pH 7 and at 70 ºC, and was also observed in the dynamic tests, performed at pH 4. In the dynamic tests in fixed bed, the ATMP and diethylenetriamine pentamethylphosphonic acid (DETPMP) retentions were studied. The beds were packed with quartz and berea, operated at 70 ºC, under flow rate of 0.1 mL/min and pH 4. Retentions around 16 % were obtained in the systems with Ca2+, which ensured ATMP and DETPMP retention by precipitation and adsorption, since the inhibitors recovery with 100 VP in the postflush was 50 % for a berea and 90 % quartz. The use of integral mass balances allowed a determination of the retained amount of ATMP and DETPMP in the bed. The desorption curves profile in postflush allowed the identification of the precipitation phenomenon, due to the deposition of Ca-inhibitor complex, during shut-in. Lastly, in the dynamic tests with coreflood, the average retention was 30 %, while the recovery was lower than 6 %, in berea sandstone cores with a mean porosity of 17 %. The occurrence of precipitation in coreflood tests was limited to the inhibitor injection step. The fragmentation of the core to perform the tests in column did not expose the minerals present in the berea, validating the application of the fixed bed method to evaluate the scale inhibitor retained in sandstone rocks. In conclusion, Ca2+ ions are responsible for increasing the retention of phosphate inhibitors, both by adsorption and precipitation. In heterogeneous rock, the possibility of precipitation is higher and in rocks with more aluminosilicate compounds, the Ca2+ ions insures the inhibitory molecules retention by adsorption. O uso de inibidores de incrustação nos tratamentos squeeze possibilitou a continuidade do uso de injeção da água do mar em poços com baixa produção de óleo e gás, por reduzir os danos causados pela deposição de sais insolúveis. Sabe-se que o rendimento do tratamento squeeze depende do tempo de duração do inibidor no poço produtor, que, por sua vez, depende do tipo de interação rocha-inibidor, podendo ser adsorção ou precipitação. Dessa forma, esta tese tem o objetivo de avaliar a interação entre inibidores de incrustação e rocha arenítica, com o intuito de identificar os fenômenos de adsorção e precipitação, por meio de três métodos experimentais: um estático e dois dinâmicos. No experimento em meio estático, avaliou-se a interação do inibidor ácido trimetilfosfônico (ATMP) variando a composição química da rocha, a 25 e 70 ºC, nos pH 4 e 7. Foram testados os minerais constituintes de um arenito: quartzo, feldspato, caulim e mica biotita. Além disso, avaliou-se a influência da presença de íons cálcio (Ca2+) na salmoura na retenção do ATMP. Os minerais foram caracterizados por meio de fluorescência de raios-X (FRX) e sorção de nitrogênio a -196 °C, para quantificação da composição química e determinação da área superficial (SBET), respectivamente. A concentração do ATMP foi mensurada pela técnica de espectrometria ótica com plasma acoplado (ICP-OES). Com os testes estáticos, foi possível confirmar que a mica biotita apresentou maior retenção de ATMP, devido à heterogeneidade de sua composição química. Observou-se que o fenômeno de adsorção na superfície rochosa foi predominante, para todos os minerais estudados a 25 ºC e, a 70 ºC, os minerais feldspato, caulim e mica biotita sofreram lixiviação, inserindo a precipitação do anti-incrustante ao sistema na forma de complexo cátion-ATMP. Esse fenômeno aumentou significativamente a retenção de ATMP, principalmente nos testes com mica biotita. A precipitação foi detectada nos ensaios com íons Ca2+ na salmoura. Este fato foi mais evidente no pH 7 e a 70 ºC, e também foi observado nos testes dinâmicos, realizados no pH 4. Nos testes dinâmicos na coluna de leito fixo, foram estudadas as retenções do ATMP e do ácido dietilenotriamina pentametilfosfônico (DETPMP) em leitos empacotados com quartzo e berea, que operaram a 70 ºC, com vazão de 0,1 mL/min e pH 4. Foram obtidas retenções em média de 16 % nos sistemas com Ca2+, que garantiu a retenção do ATMP e do DETPMP por precipitação e por adsorção, visto que a recuperação dos inibidores com 100 VP no postflush foi de 50 % para a berea e 90 % no quartzo. O emprego do balanço de massa integral possibilitou a determinação da quantidade retida de ATMP e DETPMP no leito. O perfil das curvas de dessorção no postflush permitiu a identificação da ocorrência do fenômeno de precipitação, decorrente da deposição dos complexos Ca-inibidor, durante o shut in. Por fim, nos testes dinâmicos no coreflood, a retenção média foi de 30 %, enquanto a recuperação foi menor que 6 %, em core arenitos de berea com porosidade média de 17 %. A ocorrência da precipitação nos testes coreflood se limitou a etapa de injeção do inibidor. A fragmentação do core para realização dos testes em coluna não expôs os minerais presentes da berea, validando a aplicação do método em leito fixo para avaliação da quantidade de inibidor de incrustação retida em rochas areníticas. Os três experimentos em conjunto mostraram que os íons Ca2+ são responsáveis por incrementar a retenção de inibidores do tipo fosfônicos, tanto por adsorção quanto por precipitação. Quanto mais complexa é a matriz do arenito, maior chance de ocorrer precipitação. Em rochas com maior quantidade de compostos aluminossilicatos, o íons Ca2+ garantem a retenção das moléculas de inibidores por adsorção.
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- 2018
12. Estudo da adsorção seletiva de CO2 em sólidos micro e mesoporosos utilizando simulação de Monte Carlo
- Author
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Lima, Adriano Erique de Oliveira and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
- Subjects
Molecular simulation ,Engenharia química ,Troca iônica ,Dióxido de carbono - Adsorção ,Amines ,Hybrid adsorbents ,Métodos de simulação - Abstract
Many endeavors have been undertaken in the attempt to develop new adsorbent materials employed in the removal of CO2 in exhaust gas streams. Concurrently, computational techniques have progressively contributed to this subject matter. Therefore, this study aims to investigate, through molecular simulation, the selective adsorption of CO2 in operational conditions similar to a post-combustion capture scenario. Thus, we developed molecular models of the adsorbents NaX, MCM-41, Cu-BTC, IRMOF-1 and UiO-66, besides hybrid solids created through impregnation with primary, secondary and tertiary amines in faujasite and mesoporous silica. The force fields used were able to predict accurately single and multicomponent adsorbent behavior of different gases, namely: CO2, N2, O2, NO2 and H2O. To that end, the grand canonical ensemble was used coupled with the Monte Carlo method (GCMC) to calculate isotherms of 0-100 °C in a broad pressure range. The results with NaX and its hybrids pointed to a preferential adsorption of CO2 when compared to N2. Evaluating CO2 selectivity in relation to N2 (SCO2/N2), it was observed that, in low temperatures, the hybrids produced similar values to unmodified NaX. In high temperature, a higher sensitivity was observed for that parameter, with the hybrid NaX-DEA as the best adsorbent. In the study with a humid stream, it was observed that the presence of water vapor, even in small amounts (1%v/v), is enough to saturate the adsorbents and promote a drastic decline in CO2 adsorption, possibly due to the strong competition between the CO2 and H2O molecules for the solid’s site III. The model developed for MCM-41 was able to replicate the experimental tendency of the adsorption of CO2, N2 and the CO2/N2 system. Furthermore, it was possible to identify the preferential location of the CO2 and N2 molecules in the silica. The SCO2/N2 was investigated evaluating the influence of temperature, pressure, stream composition, pore size and impregnation of amine groups. The results showed that a higher SCO2/N2 is achieved at low temperature and pressure, pore size between 12-17.5 Å, and with DEA immobilized with, approximately, 21% in mass. In the study with the MOFs, results showed that Cu-BTC was able to adsorb more CO2 than IRMOF-1 and UiO-66 in the investigated temperature range. It was estimated that at 100 °C the CO2 adsorption capacity in Cu-BTC was 2.8 times higher than in IRMOF-1 and 1.5 times higher than in UiO-66. On the other hand, evaluating the CO2/N2, CO2/O2 and CO2/NO2 selectivity, it was observed that zirconium MOF had better performance than the others, especially in high temperatures. The study of multicomponent adsorption with MOFs also revealed the strong competition between the CO2 e NO2 molecules, confirmed by energy histograms and adsorption instantaneous. Muitos esforços foram empreendidos na tentativa de desenvolver novos materiais adsorventes aplicados à remoção de CO2 em correntes de exaustão de gases. Paralelamente a isso, técnicas computacionais têm contribuído progressivamente com a temática. Dessa forma, este trabalho se propõe a investigar, por meio de simulação molecular, a adsorção seletiva de CO2 em condições de operação similares ao cenário de captura pós-combustão. Assim, foram desenvolvidos modelos moleculares dos adsorventes NaX, MCM-41, Cu-BTC, IRMOF-1 e UiO-66, além de sólidos híbridos criados por meio da impregnação com aminas primárias, secundárias e terciárias na faujasita e sílica mesoporosa. Os campos de força utilizados foram capazes de prever com acurácia o comportamento adsortivo mono e multicomponentes de diferentes gases, a citar: CO2, N2, O2, NO2 e H2O. Para isso, utilizou-se o ensemble grande canônico acoplado ao método de Monte Carlo (GCMC) para levantar isotermas de 0-100 °C em uma ampla faixa de pressão. Os resultados com a NaX e seus híbridos apontaram uma adsorção preferencial do CO2 em relação ao N2. Avaliando-se a seletividade do CO2 em relação ao N2 (SCO2/N2), observou-se que, à baixa temperatura, os híbridos apresentaram valores similares à NaX não modificada. Em alta temperatura, observou-se uma maior sensibilidade para esse parâmetro, tendo o híbrido NaX-DEA como o melhor adsorvente. No estudo com corrente úmida, observou-se que a presença de vapor d’água, mesmo que em pequenas quantidades (1%v/v), é suficiente para saturar os adsorventes e promover um drástico decaimento de adsorção de CO2, possivelmente pela forte competição entre as moléculas de CO2 e H2O ao sítio III do sólido. O modelo desenvolvido para a MCM-41 foi capaz de reproduzir a tendência experimental da adsorção de CO2, N2 e do sistema CO2/N2. Além disso, pôde-se identificar a localização preferencial das moléculas de CO2 e N2 no interior da sílica. A SCO2/N2 foi investigada avaliando-se a influência de temperatura, pressão, composição da corrente, tamanho do poro e impregnação de grupos aminados. Os resultados mostraram que uma maior SCO2/N2 é alcançada à baixa temperatura e pressão, poro com tamanho entre 12-17,5 Å e com DEA imobilizado com, aproximadamente, 21% em massa. No estudo com as MOFs, os resultados mostraram que a Cu-BTC foi capaz de adsorver mais CO2 que a IRMOF-1 e UiO-66 em toda a faixa de temperatura investigada. Estimou-se que a 100 °C a capacidade de adsorção de CO2 na Cu-BTC foi 2,8 vezes maior que na IRMOF-1 e 1,5 vezes maior que na UiO-66. Por outro lado, ao avaliar-se a seletividade CO2/N2, CO2/O2 e CO2/NO2, notou-se que a MOF de zircônio apresentou melhor desempenho que as demais, principalmente em temperaturas elevadas. O estudo de adsorção multicomponente com as MOFs também revelou a forte competição existente entre as moléculas de CO2 e NO2, comprovadas por histogramas de energia e instantâneos de adsorção.
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- 2018
13. Análise do grau de agregação de asfalteno e da formação de emulsão água/óleo através de modelo Coarse-Grain
- Author
-
Silvino, Pedro Felipe Gadelha and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
- Subjects
Petróleo ,Molecular simulation ,Mesoscale ,Engenharia química ,Emulsion ,Mesoescala ,Simulação molecular ,Precipitation ,Precipitação de asfalteno ,Asphaltene - Abstract
Asphaltenes compounds are the heaviest hydrocarbon fraction in the petroleum and represent a solubility class of compounds that are toluene soluble and n-heptane insoluble. Due changes in pressure, temperature or composition, asphaltenes can precipitate in the formation or in the production and processing equipment, in addition, asphaltenes are some of the main compounds responsible for the stabilization of water/oil emulsions in crude oil. The asphaltene precipitation and the stabilization of emulsions are important petroleum industry issues that increase the production cost. Molecular simulation is an important tool to study the mechanisms involved in these phenomena bring valuable insights to improve the existing methods of precipitation and emulsion prevention. Coarse-Grained (CG) molecular dynamics techniques were applied to simulate the asphaltene precipitation and the stabilization of emulsions with time and space scales compatible with the complexity of these systems. A proposition for an asphaltene molecules CG model for these simulations was parameterized by comparison with atomistic simulations. The behavior of asphaltene at the oil/water interface was studied using the angle between asphaltenes molecules and interface and the density distribution profile. The effect of asphaltene concentration and type on the oil/water interfacial tension was validated. The temporal evolutions of asphaltenes molecules aggregation at several heptane/toluene model oils were evaluated and a simulation-based methodology was applied to determine the onset of asphaltene precipitation. The formation and stabilization of emulsions were simulated, it being possible to determine the minimum amount of asphaltenes necessary to avoid water droplets coalescence. The models and methodologies proposed in this work can be used to represent complex and large petroleum systems by long-time simulations and describe the asphaltene behavior at different conditions. Asfaltenos são os componentes mais pesado presentes no petróleo e representam uma classe de solubilidade de compostos que são solúveis em tolueno e insolúveis em n-heptano. Devido a variações de pressão, de temperatura ou de composição, os asfaltenos podem precipitar na formação ou nos equipamentos de produção e de processamento, além disso, asfaltenos são alguns dos principais compostos responsáveis pela estabilização das emulsões água/óleo no petróleo bruto. A precipitação de asfalteno e a estabilização de emulsões são questões importantes da indústria do petróleo e aumentam o custo de produção. A simulação molecular é uma importante ferramenta para estudar os mecanismos envolvidos nesses fenômenos, trazendo informações valiosas para melhorar os métodos existentes de prevenção de precipitação e emulsão. Técnicas de dinâmica molecular de Coarse-Grain (CG) foram aplicadas para simular a precipitação de asfaltenos e a estabilização de emulsões com escalas de tempo e de espaço compatíveis com a complexidade desses sistemas. Uma proposição para um modelo CG de moléculas de asfalteno para estas simulações foi parametrizada por comparação com simulações atomísticas. O comportamento do asfalteno na interface óleo/água foi estudado através do ângulo entre as moléculas de asfalteno e a interface e através do perfil de distribuição de densidade. O efeito da concentração e do tipo de asfalteno sobre a tensão interfacial óleo/água foi validado. As evoluções temporais da agregação de moléculas de asfalteno em variados óleos modelo heptano/tolueno foram avaliadas e uma metodologia baseada em simulação foi aplicada para determinar o início da precipitação do asfalteno. A formação e a estabilização de emulsões foram simuladas, sendo possível determinar a quantidade mínima de asfaltenos necessária para evitar a coalescência das gotículas de água. Os modelos e metodologias propostos neste trabalho podem ser usados para representar sistemas petrolíferos complexos e grandes por meio de simulações com longas durações e descrever o comportamento do asfalteno em diferentes condições.
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- 2018
14. Obtenção de parâmetros característicos do meio poroso de reatores de leito gotejante
- Author
-
Frutuoso, Luis Felipe Alves and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
- Subjects
Packing ,Reatores ,Pilot plant ,Engenharia química ,Reprodutibilidade dos testes ,Differencial pressure ,Reproducibility - Abstract
Trickle bed reactors are widely used in industry, especially for heterogeneous catalytic systems as in hydroprocessing units (HDR). The optimization of existing units or the design of new reactors is based on data obtained in laboratory scale units. The bed loading procedure has been one of the main concerns between researches due to its influence on data. The main goal of the proposed methodology here is to characterize the bed packing through a constant, which is strongly related to the bed packing condition, obtained from differential pressure data from single phase flow experiments. In this study four packing procedures have been evaluated that have been proposed based on important variants such as vibration, the internal distribution and the dilution material’s particle size. The results have shown that all packing procedures are reproducible and confirmed that all the packing variants evaluated have led to different bed conditions. The differential pressure data was evaluated using Ergun’s equation in the original version and in the adjusted one, which is obtained replacing the first term constant, thus it was seen a substantial improvement in the results using the adjusted model. The four packings have been modeled using CFD. It was found a good agreement between the experimental data with the Brinkman equation. Furthermore, the proposed model has shown sensitivity to describe the packing behavior under different porosity and particle size condition. Reatores de leito gotejante são amplamente utilizados na indústria, principalmente em sistemas catalíticos heterogêneos como no processo de hidrorrefino (HDR). A otimização operacional desses reatores ou o projeto de novas unidades é fundamentado em dados experimentais obtidos em escala reduzida, por exemplo, em unidades piloto. O carregamento destes reatores tem recebido bastante atenção da comunidade científica, visto a sua importância na obtenção de dados confiáveis. A metodologia proposta neste trabalho propõe caracterizar o leito catalítico através da obtenção de uma constante característica, intrínseca ao carregamento que está relacionada com o grau de empacotamento, a partir de experimentos em fluxo monofásico para medição do diferencial de pressão no leito. Foram avaliadas quatro formas distintas de carregar o reator propostas a partir de variáveis relevantes como a vibração, a distribuição do fluido e a granulometria do diluente. Os resultados indicaram que os procedimentos apresentam boa reprodutibilidade e que as variações impostas acarretaram em carregamentos diferentes. Foram realizadas estimativas do diferencial de pressão no leito através do modelo de Ergun em sua forma original e na forma ajustada, com a substituição pela constante característica determinada experimentalmente, e visto que os erros observados nas estimativas são reduzidos com o ajuste. Os carregamentos foram modelados através de CFD onde foi observada boa concordância do modelo de Brinkman com os dados experimentais, além disso, o modelo proposto apresentou sensibilidade ao representar o comportamento do sistema frente à variação da porosidade e do diâmetro de partícula do leito.
- Published
- 2018
15. Avaliação de métodos de seleção de anti-incrustantes fosfonatados para reservatórios de petróleo
- Author
-
Oliveira, Arthur Reys Carvalho de, Silva Júnior, Ivanildo José da, and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
- Subjects
Carbono de cálcio ,Engenharia química ,Petróleo - Extração - Abstract
To reduce the damage of scaling during oil extraction, the application of inhibitors is the most widespread technique for such problems. Due to the complex interactions between saline solution and inhibitors, empirical methods are used in their selection. The most used in the oil industry are: the static, standardized of the Standard TM0374-2007 in the National Associatio n of Corrosion Engineers (NACE) , and a dynamic, known as tube block test or TBT (tube blocking test). The NACE does not correlate with actual field performance, while TBT enables the reproducibility of nearer operating conditions. In this study, the two methods are tested for two antifouling based on phosphonic acids, aminotrismethylenephosphonic acid and diethylenetriaminepentamethylenephosphon ic acid (known as tris and penta, respectively), in determining the minimum inhibitor concentration (MIC). We evaluated the advantages and disadvantages of each method and its ability to discriminate the two inhibitors. In order to deepen the understanding of the mechanisms of interaction between inhibitor and brine, adsorption curves were raised for the two inhibitors and we applied a theoretical prediction model of the MIC for the dynamic method. We conclude that the methods studied presented similar resu lts regarding the valu es efficiencies of the antifouling, indicating a better penta performance. Regarding the differences, the NACE method was notable for its ease of execution, but it was limited because it did not consider factors such as variations in pressure and temper ature, indicating a minimum inhibitor concentration between 1 ppm < MIC < 3 ppm. The TBT was distinguished by incorporating variables closer to the reservoir conditions and essential in the CaCO 3 precipitation, but presented the disadvantage of relating de posit formation with the dimensions and the brine composition. In this, a minimum inhibitor concentration was found between 3 ppm < MIC < 5 ppm. These differences are explained in terms of residence times that are much longer in the static method (a few ho urs) than in the dynamic method (a few minutes). The adsorption curves show a large difference in the adsorbed amount of the inhibitors, in which the penta adsorbed ten times more than the tris. This difference is much greater than that found in empirical methods, indicating that adsorption, although important, is not the predominant mechanism in the inhibitor - brine interaction. Finally, the theoretical calculation of MIC was, approximately, 4,6 ppm, in agreement with the TBT test result. The theoretical mo del also predicts WCM of 77 ppm for the most severe condition with high Ca 2+ concentration. Para reduzir os danos envolvendo a formação de incrustação durante a extração de petróleo , a aplicação de inibidores é a técnica mais difundida para tais problemas . Devido às complexas interações entre a solução salina e os inibidores, métodos empíricos são utiliz ados na sua seleção. Os mais usados na indústria do petróleo são: o estático , padro nizado na Norma TM0374 - 2007 da Associação Nacional de Engenheiros de Corrosão ou NACE ( National Association of Corrosion Engineers ) , e um dinâmico, conhecido por teste do bloqueio do tubo ou TBT ( t ube blocking test ) . O NACE não correlaciona com o desempenh o real obtido em campo , enquanto o TBT pos sibilita reproduzir condições de operaçã o mais próximas . Neste estudo, os dois métodos sã o testados para d ois anti - incrustantes à base de ácidos fosfônicos , o ácido aminotrismetilen o fosfônico e ácido dietilenotria minop entametilenofosfônico (conhecidos como tris e penta, respectivamente), na determinação da concentração mínima de inibidor (CMI) . Avaliamos as vantagens e desvantagens de cada método e a sua capacidade de discrim inar os dois inibidores. Para aprofundar a compreensão dos mecanismos de interação entre inibidor e salmoura , foram levantad a s curvas de adsorção para os dois inibidores e aplicamos um modelo teórico de previsão d a CMI para o método dinâmico. Concluí mos que os métodos estudados apresentaram resu ltados semelhantes quanto aos valores das eficiência s dos anti - incrustantes , apontando um melhor desempenho do p enta . Quanto às diferenças, o m étodo NACE destacou - se pela facilidade de realização, mas apresentou uma limitação por não considerar fatores com o variações de pressão e temperatura , indicando uma co ncentração mínima de inibidor entre 1 ppm < CMI < 3 ppm . O TBT destacou - se por incorporar variáveis mais próximas às condições do r eservatório e essenci ais na precipitação de CaCO 3 , mas apresentou a des vantagem de relacionar a formação do depósito com as dimensões do tubo e a composição das salmouras . Neste, verificou - se uma co ncentração mínima de inibidor entre 3 ppm < CMI < 5 ppm. Esta s diferenças encontradas são explicadas em termos de tempos de resid ência que são muito mais longos no método estático (algumas horas) do que no método dinâmico (alguns minutos). As curvas de adsorção mostram uma grande diferença na quantidade adsorvida dos inibidores , em que o p ent a adsorve u dez vezes mais que o t ris. Es ta diferença é muito maior que a encontrada nos métodos empíricos , indicando que a adsorção, apesar de importante, não é o mecanismo predominante na interação inibidor - salmoura. Por fim, o cálculo teórico da CMI foi de , aproximadamente, 4 ,6 ppm, em ótimo acordo com o resultado do ensaio TBT . O modelo teó rico també m prevê CMI de 77 ppm para a condição mais severa com alta concentração de Ca 2+.
- Published
- 2017
16. Materiais nanoporosos para aplicação ambiental com ênfase na adsorção de contaminantes – estudos experimental e teórico
- Author
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Aguiar, José Euranio de, Silva Júnior, Ivanildo José da, and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
- Subjects
Engenharia química ,Toxinas ,Corantes - Abstract
Improper disposal of effluents containing contaminants can cause serious environmental problems. The dye can be highly toxic to aquatic systems; still in its composition may carries a high nutrient content can thus promote the process of eutrophication contributing to cyanobacterial bloom that can release toxins harmful to health of living beings. This study evaluated nanoporous materials as adsorbents, one Lamellar Double Hydroxide (LDH) two heterostructure Porous Lamellar (HPL), one pilarred clay the natural clay and five commercial activated carbon for adsorption and removal of dyes and neurotoxins. The materials were characterized by XRD, N2 adsorption-desorption, FTIR, XPS, SEM, elemental analysis, TPD to obtain information on their chemical, structural and textural characteristics. Experiments using a batch system of stirred tanks were performed to determine the effect of pH, contact time and the initial concentration in the adsorption of contaminants. The materials HPL type was evaluated for their ability adsorption of binary mixtures of dyes. Three of the activated carbons were evaluated in the adsorption of a neurotoxin (STX). For the tests in stirred tanks was used a rotary agitation system with acrylic tubes containing a predefined volume of dye and toxin solution in contact with a predetermined mass of adsorbent. The concentrations of the molecules were determined by spectrofotometric and HPLC methods for the dyes and toxins respectively with the aid of a mass balance of the initial phase and the fluid phase. In order to describe the behavior of adsorption isotherms, equilibrium data were correlated with the Langmuir (L), Langmuir-Freundlich (LF), Redlich-Peterson (RP) and Henry model for the dyes and toxins, respectively. For the multicomponent system were used Extended Langmuir (EL), Langmuir Interaction Factor (LIF), Extended Langmuir-Freundlich (ELF), Redlich- Peterson Interaction Factor (RPIF) models and the Ideal Adsorbed Solution Theory (IAST) model. The dye adsorption mechanism in the LDH and carbons were evaluated using Monte Carlo approach. The influence of pH, contact time and initial concentration were of extreme importance for the understanding of adsorption processes in the respective materials for each contaminant and each analyzed system. The implemented isotherm models were suitable for adsorption of contaminants represent the data in the single system. For the binary system involving dyes models were unsatisfactory. The quantities of absorbed contaminants were very representative for all materials evaluated in single and multicomponent systems, which suggests that promising in water and wastewater treatment processes. The results suggest that the molecular simulation can be used as a useful tool for material characterization and elucidation of the quantitative adsorption of contaminants. O descarte de efluentes sem qualquer tratamento contendo contaminantes pode acarretar sérios problemas ambientais. No caso dos corantes, pode ser altamente tóxicos para sistemas aquáticos e ainda carrear um alto teor de nutrientes favorecendo o processo de eutrofização e contribuindo para floração de cianobactérias que podem liberar toxinas prejudiciais à saúde dos seres vivos. Este estudo avaliou materiais nonoporosos como adsorventes, sendo um Hidróxido Duplo Lamelar (HDL), duas Heteroestrutura Porosa Lamelar (HPL), uma argila com pilares de alumínio a partir de argila natural e cinco carbonos ativados comercial na adsorção e remoção de corantes e neurotóxinas. Os materiais foram caracterizados por DRX, Adsorção-dessorção de N2, FTIR, XPS, MEV, análises elementares e DTP, a fim de se obter informação sobre suas caracteristicas químicas, texturais e estruturais. Experimentos em batelada utilizando um sistema de tanques agitados foram realizados para averiguar o efeito do pH, do tempo de contato e da concentração inicial na adsorção dos contaminantes. Dois materiais do tipo HPL foram avaliados quanto a sua capacidade na adsorção de misturas binárias de corantes. Três dos carbonos ativados foram avaliados na adsorção de uma neurotoxina (STX). Para os ensaios em tanques agitados foi utilizado um sistema de agitação rotatório com tubos de acrílico contendo um volume predefinido de soluções de corantes e toxina em contato com uma massa pré-estabelecida dos adsorventes. As concentrações das moléculas foram determinadas em espectrofotômetro para os corantes e HPLC para as toxinas com o auxílio de um balanço de massa da fase fluída e adsorvida. A fim de descrever o comportamento das isotermas de adsorção, os dados de equilíbrio foram correlacionados com os modelos de Langmuir (L), Langmuir-Freundlich (LF), Redlich-Peterson (RP) e Henry para os corantes e toxinas, respectivamente. Para o sistema multicomponente foram utilizados os modelos de Langmuir Estendido (LE), Langmuir Fator de Interação (LFI), Langmuir-Freundlich Estendido (LFE), Redlich-Peterson Fator de Interação (RPFI) e o modelo da Teória da Solução Adsorvida Ideal (IAST). O mecanismo de adsorção de corantes em HDL e carbonos foi avaliado utilizando a abordagem de Monte Carlo. A influencia do pH do meio, do tempo de contato e da concentração inical foram de suma importância para o entendimento dos processos de adsorção nos respectivos materiais para cada contaminante e cada sistema analisado. Os modelos de isotermas implementados foram adequados para representar os dados de adsorção dos contaminantes no sistema monocomponente. Para o sistema binário envolvendo corantes os modelos não foram satisfatórios. As quantidades adsorvidas dos contaminantes foram bastante significativas para todos os materiais avaliados nos sistemas mono e multicomponente, o que sugere serem promissores nos processos de tratamento de água e efluentes. Os resultados sugerem ainda que a simulação molecular pode ser usada como uma ferramenta útil para a caracterização de materiais e a elucidação dos mecanismos da adsorção de contaminantes.
- Published
- 2016
17. Assessment of the stability and CO2 adsorption on metal organic frameworks
- Author
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Coelho, Juliana Amorim, Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de, and Azevedo, Diana Cristina Silva de
- Subjects
Dióxido de carbono ,Vapor d'água ,Adsorção ,Engenharia química - Abstract
For the development of any adsorption process, it is important that the adsorbent presents a good adsorption capacity and high selectivity for the target adsorbate. Metal-organic frameworks (MOFs) are formed by metals or metal oxides and organic linkers that bond together to generate crystalline networks. The wide variety of metals, organic linkers and synthesis methodologies allows for the design of materials with different structures and properties. For CO2 separation processes, thermal stability and moisture stability are critical properties that must be taken into account. MOFs CuBTC and MOF-74(Mg), for example, have the highest reported CO2 uptakes, but both suffer from surface area reduction and/or loss of crystallinity when exposed to water. In this work, a study of the stability on three commercial MOFs (Basolite® F300, C300 and A520) was performed. The thermal stability of the materials was assessed by thermogravimetric analysis (TGA), temperature programmed X-ray diffraction (TXRD) and adsorption equilibrium isotherms of CO2 and CH4 after degassing at different temperatures. The water stability was evaluated by adsorption equilibrium isotherms of water measured in this work and from literature. Basolite® A520, a recently synthetized aluminium fumarate MOF, showed a high stability to water and it was the adsorbent chosen for further experimental and theoretical study in processes involving CO2 adsorption, purification of natural gas and biogas (separation CO2/CH4) and flue gas (separation CO2/N2), on presence and absence of water. The experimental studies were developed using gravimetric and dynamic methods. The adsorption capacity of CO2, CH4 and N2 at 303 K and 1.0 bar was 2.1, 0.77 and 0.21 mmol/g, respectively, and the CO2 adsorption capacity remained constant after exposure to humidity and regeneration. The isosteric heats of adsorption were 21, 15, 14 and 44 kJ/mol for CO2, CH4, N2 and H2O, respectively. Fixed bed experiments were performed at 303 K to determine breakthrough curves of CO2, water vapor and CO2/water vapor mixture. Binary breakthrough (CO2/H2O) indicated a reduction of only 17% in CO2 adsorption capacity for a stream with 14% RH. Binary experiments with mixtures CO2/CH4 and CO2/N2 indicated CO2 selectivity for both separation processes. Molecular simulation studies were performed in this MOF to evaluate CO2 and N2 adsorption capacity individually and in the presence of water. A molecular model was developed to obtain fundamental adsorption data. The model was validated by experimental data reproducing previous breakthrough experiments of CO2/H2O adsorption mixture. We found that H2O has fixed adsorption sites whereas CO2 and N2 are distributed more evenly through the pores of the MOF. As the amount of water increases, clustering occurs next to the Al-O-Al-O centers of the MOF framework. Consideration of sitting and segregation of the molecules inside the pores helps explain changes in CO2 selectivity in the presence of water. The results indicate that the presence of water increases the selectivity of CO2 over N2, however, does not interfere in selectivity of CO2 over methane. Para o desenvolvimento de qualquer processo de adsorção, é de fundamental importância que o adsorvente apresente alta capacidade de adsorção e seletividade para o adsorbatos de interesse. Estruturas metalorgânicas (MOFs) são formadas por metais, ou óxidos metálicos, e ligantes orgânicos ligados para gerar estruturas cristalinas. A grande variedade de metais, ligantes orgânicos e metodologias de síntese permitem o desenvolvimento de materiais com diferentes estruturas e propriedades. Para processos de separação de CO2, estabilidade térmica e à umidade são propriedades que devem ser consideradas. MOF CuBTC e MOF-74(Mg), por exemplo, apresentam a maior capacidade de adsorção de CO2 até então reportada, entretanto, ambas sofrem redução na área superficial e/ou perda da cristalinidade quando expostas a água. Neste trabalho, foi realizado um estudo de estabilidade de três MOFs comerciais (Basolite® F300, C300 e A520). A estabilidade térmica destes materiais foi analisada através de análises termogravimétricas (TGA), difração de raios-X termoprogramada (TDRX) e isotermas de equilíbrio de adsorção de CO2 e CH4 após regeneração a diferentes temperaturas. A estabilidade à umidade foi avaliada através de isotermas de equilíbrio de adsorção de água medidas neste trabalho e reportadas na literatura. A Basolite® A520, uma MOF alumínio fumarato recentemente sintetizada, mostrou uma elevada estabilidade à água e foi o material escolhido para os demais estudos experimentais e teóricos deste trabalho. Foram avaliados processos de adsorção de CO2 pré e pós combustão, na ausência e presença de água, ou seja, remoção de CO2 de gases de queima (separação CO2/N2) e purificação de gás natural e biogás (separação CO2/CH4). Os estudos experimentais foram desenvolvidos através de métodos gravimétricos e dinâmicos. A capacidade de adsorção de CO2, CH4 e N2 a 303 K e 1,0 bar foi de 2,1, 0,77 e 0,21 mmol/g, respectivamente. Os calores de adsorção foram 21, 15, 14 and 44 kJ/mol for CO2, CH4, N2 e H2O, respectivamente. Experimentos em leito fixo foram realizados a 303 K para obter curvas de breakthrough de CO2, vapor de água e mistura CO2/vapor de água. A breakthrough binária (CO2/H2O) indicaram uma redução de apenas 17% na adsorção de CO2 para uma umidade de 14% HR. Experimentos com as misturas CO2/CH4 e CO2/N2 indicaram seletividade pelo CO2 em ambos os processos de separação. Estudos de simulação molecular foram realizados nesta MOF para avaliar o comportamento de adsorção destas misturas na presença de água. Para isso um campo de força baseado no TraPPE e modelos moleculares foram definidos para prever os resultados experimentais de adsorção monocomponente. Após os modelos serem validados, foi observado que a H2O é adsorvida em sítios específicos, indicando a presença de clusters de moléculas de água, enquanto os demais gases são preferencialmente adsorvidos na região central dos poros. Os resultados obtidos indicam que a presença de água aumenta a seletividade do CO2 sobre o N2, entretanto, praticamente não interfere na seletividade do CO2 pelo metano.
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- 2016
18. Simulation, design and analysis of economic feasibility of palm oil biodiesel production by unsing heterogeneous catalytic transesterification route
- Author
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Sousa, Caio Braga de and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
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Custos de produção ,Investimentos ,Engenharia química - Abstract
A continuous biodiesel production plant with an 8000 kg.h-1 inlet of palm oil and methanol, using the heterogeneous transesterification route was simulated, designed and economically assessed with the software Aspen HYSYS 7.3 and spreadsheets. The thermodynamic fluid package NRTL was selected in order to represent all properties of the fluids through the simulation. Packed-bed reactors were designed using numerical simulation to achieve an oil conversion of 97.3% in the process. The reactors were operated isothermally at 64.8°C and with an alcohol/oil ratio of 17.5. A vacuum distillation column was designed to recovery 99% of the methanol in excess. A decanter to separate the biodiesel and glycerin phases was designed through the calculation of residence time t. A second vacuum distillation column was designed to purify the biodiesel phase until a 99.97 wt%, in accordance with the ANP specifications. The glycerin phase was purified in a vacuum flash distillation column until a 99.53 wt%. The Total Capital Invested ITOTAL on the plant was estimated using the Detailed Factorial Method presenting the amount of US$ 5,798,469 was found. The Variable Costs of Production (VCOP) were estimated using the prices of raw materials, catalysts and utilities, whereas the annual revenues were calculated using the prices of biodiesel and glycerin. The Fixed Costs of Production (FCOP) were calculated using the operating labor costs, supervision, maintenance, corporate overheads and insurance. In order to calculate the cash flow of the project, the current tax regime in Brazil was used, including PIS/COFINS with a rate following the general rule and the reduction of 69% on it to companies with the social stamp, 25% of IRPJ and 9% of CSLL on the Net Profit before Income Taxes (NPIT). A Net Profit after Taxes (NP) of US$ 2,340,889 was obtained, a positive figure if compared to conventional processes using virgin soybean oil. The economic viability of the project was analyzed by calculating the Net Present Value (NVP) and Internal Rate of Return (IRR). A NVP of US $ 21.36 million and IRR of 39.0% were obtained, showing the economic viability of the project. The raw material price sensitivity analysis also showed that the process is feasible as long as palm oil prices do not increase or biodiesel do not decrease more than 3% Uma unidade de produção contínua de biodiesel com carga de 8000 kg.h-1 de óleo de dendê e metanol, com o uso da rota de transesterificação heterogênea foi simulada, projetada e analisada economicamente com o uso do software Aspen HYSYS 7.3 e de planilhas de cálculo. O pacote termodinâmico NRTL foi empregado para representar as propriedades de todos os fluidos na simulação. Reatores de leito fixo foram dimensionados utilizando simulações numéricas para atingirem 97,3% de conversão do óleo no processo. Os reatores foram operados isotermicamente a 64,8°C e com razão álcool/óleo de 17,5. Uma coluna de destilação foi projetada para recuperar 99% do metanol em excesso. Um decantador para separar as fases biodiesel e glicerina foi dimensionado através do cálculo do tempo de residência t. Uma segunda coluna de destilação a vácuo foi projetada para purificar a fase biodiesel até atingir 99,97% m/m, de acordo com as especificações da ANP. A fase glicerina foi purificada em uma coluna de destilação flash a vácuo até 99,53% m/m. O Investimento Total ITOTAL da unidade foi estimado pelo Método Fatorial Detalhado, resultando em um valor de US$ 5,798,469. Os Custos Variáveis de Produção (VCOP) foram estimados utilizando a precificação de matérias primas, de catalisador e utilidades, enquanto que as receitas anuais foram calculadas com uso das precificações do biodiesel e da glicerina. Os Custos Fixos de Produção (FCOP) foram orçados considerando os custos com mão de obra operacional, custos de supervisão, custos de manutenção e reparos, despesas corporativas e seguro. Para o cálculo do fluxo de caixa do projeto foi considerado o regime tributário vigente no Brasil, com a inclusão do PIS/COFINS a uma taxa segundo a regra geral e a redução de 69% deste para empresas que adquiram o selo social, uma taxa de 12% para o ICMS incididos sobre as receitas, 25% de IRPJ e 9% de CSLL incididos sobre o Lucro Líquido antes do Imposto de Renda (LAIR). Foi obtido um Lucro Líquido após Impostos (LL) de US$ 2,340,889, valor este positivo em comparação com processos convencionais que utilizam óleo de soja virgem. A viabilidade econômica do projeto foi analisada pelo cálculo do Valor Presente Líquido (VPL) e pela Taxa Interna de Retorno (TIR). Foram obtidos um VPL de US$ 21.36 milhões de dólares e TIR de 39,0%, valores que demonstraram a viabilidade econômica do projeto. A análise de sensibilidade de preços de matérias primas demonstrou também que o processo é viável desde que os preços do óleo dendê não aumentem ou os do biodiesel não diminuam, ambos em 3%
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- 2015
19. Force fields for predicting faujasite adsorption: empirical methodology
- Author
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Gomes, Victor Aias Martins and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
- Subjects
Engenharia química ,Métodos de simulação ,Campo de força - Abstract
The environmental needs and the great economic interest involved. The capture, storage and separation of gases in combustion processes is considered an important step in the development and consolidation of new technology, The separation of acidic gases (CO2 and H2S) is an important step to reduce environmental impacts and meet safety specifications and market. The adsorption on faujasitas presents itself as an economically attractive alternative in industrial processes, but the high number of processes and temperature and pressure conditions where it can be used, makes an experimental study impractical. Another relevant factor are security conditions imposed during the handling of hydrogen sulphide, necessitating greater investment in equipment, maintenance and safety systems. On said the molecular simulation can be used to obtain indispensable properties for the design and deployment of PSAs. The molecular simulation basis is the force field determination. In this work a set of force field parameters, based on classical force fields (UFF), has been proposed for CO2 in sodium faujasitas. The same methodology was used for H2S, N2, O2 and CH4 parameterization. The results obtained at low pressure were compared with experimental studies and other models proposed by literature, obtaining excellent concordance in different temperatures and Si/Al ratios, allowing determining the placement of adsorption sites and the heat. Other balancing cations were tested to predict nitrogen adsorption. The isotherms for the monovalent cations obtained high precision, to the bivalent results represented the standard experimental adsorption isotherms, albeit with less precision. Finally, the adsorption of mixture N2/CO2 was studied presented good agreement with experimental data, demonstrating the efficiency of the method as an alternative for determination of industrial properties of mixtures A captura, estocagem e separação de gases em processos de combustão é considerado um passo importante no desenvolvimento e consolidação de novas tecnologias, devido as necessidades ambientais e ao grande interesse econômico envolvido. A separação de gases ácidos (CO2 e H2S) é uma etapa de fundamental importância para reduzir impactos ambientais e atender as especificações de segurança e mercado. A adsorção em faujasitas se apresenta como uma alternativa economicamente atraente em processos industriais, mas o elevado número de processos e condições de temperatura e pressão onde pode ser utilizada, torna um estudo experimental impraticável. Outro fator relevante são as condições de segurança impostas durante o manuseio do ácido sulfídrico, necessitando de maior investimento em equipamentos, manutenção e sistemas de segurança. Diante disse a simulação molecular pode ser utilizada para obter propriedades imprescindíveis para o dimensionamento e implantação de PSAs. A base da utilização da simulação molecular é a determinação do campo de força. Nesse trabalho um conjunto de parâmetros de campo força, baseados em campos de força clássicos (UFF), foi proposto para CO2 em faujasitas sódicas. Em seguida a mesma metodologia de parametrização foi utilizada para H2S, N2, O2 e CH4. Os resultados obtidos a baixa pressão foram comparados com estudos experimentais e outros modelos propostos pela literatura, obtendo excelente concordância em diferentes temperaturas e razões Si/Al, permitindo determinar o posicionamento dos sítios e do calor de adsorção. Outros cátions de compensação foram testados para predizer a adsorção de nitrogênio em faujasitas. As isotermas para os cátions monovalentes obtiveram elevada precisão, para bivalentes os resultados representaram o padrão de adsorção experimental, embora com isotermas de menor precisão. Por fim, a adsorção da mistura N2/CO2 foi estudada apresentado boa concordância com dados experimentais, demonstrando a eficiência do método como uma alternativa para determinação de propriedades de misturas industriais
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- 2015
20. Adsorption and precipitation aminophosphonic acid in witness rock and mineral characteristic
- Author
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Bezerra, Bruna Tarciana Cavalcante, Silva Júnior, Ivanildo José da, Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de, and Luna, Francisco Murilo Tavares de
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Calcita ,Sais insolúveis ,Engenharia química ,Quartzo - Abstract
The movement of fluids present in the well moving to surface is caused mainly by the injection of sea water in these petroleum units producing. However, this process induce to scale formation, since the mixing of saline water with the water present in the well leads to formation of insoluble salts. In order to reduce the damage caused by the deposition of these salts employs the squeeze technique of scale inhibitor injection, from which occurs the retention of an anti-fouling on the surface of rock formation by inhibiting the formation of crystals. The present work had as main objective to understand the mechanism of retention of an inhibitor in a characteristic rock of the pre-salt. Therefore, fundamental studies of batch were performed employing a witness rock calcite disaggregated (IL), the main minerals that occur in the formations (calcite and quartz) and as scale inhibitor, the nitrilotrismetylenephosphonic acid (NTMP). It was raised isotherm adsorption/desorption of N2 and XRD characterization of materials used for retention of the inhibitor. The batch experiments were conducted under different operating conditions in a thermostatic bath. Evaluated the influence of temperature, the presence of a surfactant, particle size, addition of cations Ca2+ and Mg2+ and contact time. The inhibitor concentration was determined by analyzing of the amount of phosphorus in solution employing the technique Optical Emission Spectroscopy Inductively Coupled Plasma (ICP-OES). The results led us to conclude that the retention of NTMP in the rock record is controlled by the precipitation of inhibitor; increasing the temperature results in a gradual increase in the amount of trapped inhibitor and the addition of the surfactant Igepal does not cause abrupt variations this retention O deslocamento dos fluídos presentes no poço até a superfície é ocasionado, principalmente, pela injeção da água do mar nessas unidades produtoras de petróleo. Entretanto, tal processo induz a formação de incrustações, uma vez que a mistura da água salina com a água conata presente no poço ocasiona a formação de sais insolúveis. A fim de reduzir os danos causados por essa deposição de sais emprega-se a técnica squeeze de injeção de inibidor de incrustação, a partir da qual ocorre a retenção de um anti-incrustante na superfície da formação rochosa inibindo a formação dos cristais. O presente estudo visou compreender o mecanismo de retenção de um inibidor em uma rocha característica do pré-sal e para tanto, foram realizados estudos fundamentais em batelada empregando uma rocha testemunho calcítica desagregada (IL) e os principais minerais que ocorrem nas formações (calcita e quartzo) e como inibidor de incrustação, o ácido nitrilotrismetilfosfônico (ATMP). Foram levantadas isotermas de adsorção/dessorção de N2 e ensaios de DRX para caracterização dos materiais utilizados para retenção do inibidor. Os experimentos em batelada foram conduzidos sob diferentes condições de operação em um banho termostático. Foi avaliada a influência da temperatura, presença de um tensoativo, granulometria, adição dos cátions Ca2+ e Mg2+ e tempo de contato. A concentração de inibidor foi determinada a partir da análise da quantidade de fósforo em solução empregando-se a técnica de Espectroscopia de Emissão Ótica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-OES). Os resultados obtidos nos levaram a concluir que a retenção do ATMP na rocha testemunho é controlada pela precipitação desse inibidor; o aumento da temperatura resulta em um gradual acréscimo na quantidade de inibidor retida e a adição do tensoativo Igepal não ocasiona bruscas variações nessa retenção
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- 2015
21. Modeling of CO2 separation in post-combustion processes by PSA
- Author
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Peixoto, Hugo Rocha and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
- Subjects
Carbono ativado ,Adsorção ,Engenharia química - Abstract
Adsorption processes involving carbon dioxide (CO2) capture and sequestration have been objects of different studies. A typical problem is the separation of CO2 from fuel gases emitted in power plants in order to mitigate the global warming effects. Recently, Pressure Swing Adsorption (PSA) technology is being applied to this separation. However, design and analysis of adsorption processes are a difficult task due to the large number of parameters involved. This work studies the dynamics of this separation in activated carbons C141 and WV 1050 through commercial software Aspen Adsorption (AspenTech®). First, we evaluated the ability of the software reproducing experimental fixed bed data in C141 reported on literature, considering the mixture 10% of helium (carrier gas), 15% dioxide carbon and 75% nitrogen, molar basis. The results showed satisfactory resemblance to the literature. From a scale-up of the analyzed system, it was sized a PSA apparatus at 298 K operating with two columns and four steps: adsorption, depressurization, purge and repressurization (Skarstrom cycle). High-pressure step was at 3.0 bar and regeneration at 1.1 bar. Fuel gas mixture simulated was composed only of CO2 and N2; the molar fraction of the first component at the feed stream was 15%. The product stream in C141 showed purity and recovery of carbon dioxide from approximately 23% and 60% on a molar basis, respectively. The productivity was 0.72 t CO2 kg-1 year-1. Through the study of design variables such as column diameter and length, feed and purge flow rate, feed composition and step times, the product purity exceeded 30 % and the recovery bordered 75%, with maximum productivity of 1.02 t CO2 kg-1 year-1 for some process settings. The process yields in WV 1050 were 26.5 % purity, 47 % recovery and 0.53 t CO2 kg-1 year-1 Processos de adsorção envolvendo a captura e o sequestro de dióxido de carbono (CO2) vêm sendo objetos de diferentes estudos. Um dos problemas típicos analisados é a separação do CO2 a partir dos gases de queima emitidos em plantas energéticas com o intuito de mitigar os efeitos do aquecimento global. Recentemente, a tecnologia Pressure Swing Adsorption (PSA) está sendo aplicada para este tipo de separação. Entretanto, o projeto e a análise de processos de adsorção são uma tarefa difícil devido à grande quantidade de parâmetros envolvidos. Este trabalho estuda a dinâmica dessa separação nos carbonos ativados C141 e WV 1050 através do software comercial Aspen Adsorption da AspenTech®. Inicialmente, foi avaliada a capacidade do software no que diz respeito à reprodução de dados experimentais de leito fixo reportados na literatura, que consideram a mistura como sendo, em base molar, 10 % de hélio (gás de inerte), 15 % de dióxido de carbono e 75 % de nitrogênio. Os resultados obtidos apresentaram semelhança satisfatória aos da literatura para o sólido C141. A partir de um scale-up desse sistema analisado, foi dimensionada uma PSA a 298 K de duas colunas e quatro passos: adsorção, despressurização, purga e repressurização (ciclo Skarstrom). A etapa de maior pressão ocorre a 3,0 bar e a regeneração a 1,1 bar. Considerou-se que o gás de queima é composto apenas por CO2 e N2, sendo a fração molar de alimentação do componente de interesse de 15%. Para C141, a corrente de produto apresentou pureza e recuperação de dióxido de carbono de aproximadamente 23 % e 60 % em base molar, respectivamente, com produtividade de 0,72 t CO2 kg-1 ano-1. Através do estudo de variáveis de projeto como diâmetro e comprimento da coluna, vazão de alimentação e de purga, composição de alimentação e tempos das etapas do ciclo, a pureza do produto ultrapassou os 30 %, a recuperação se aproximou de 75 % e a produtividade máxima foi de 1,02 t CO2 kg-1 ano-1 para algumas configurações do processo. Os rendimentos para o adsorvente WV 1050 foram: pureza de 26,5 %, recuperação de 47 % e produtividade de 0,53 t CO2 kg-1 ano-1
- Published
- 2015
22. Utilização da simulação molecular na predição da acumulação de alcanos em estruturas metalorgânicas
- Author
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Mileo, Paulo Graziane Mendonça and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
- Subjects
GÁS NATURAL ,HIDROCARBONETOS ,ENGENHARIA QUÍMICA - Abstract
Natural gas, which consists mostly of methane, is a fuel that has been expanding in the global energy market by having a cleaner burning than other petroleum derivatives and are more energy efficient. However, it has a great disadvantage compared to other fuels: it is difficult to be stored due to its low energy density. Microporous materials have been used to increase the energy density by adsorption. However, one of the problems encountered in using these materials it comes to the decrease in adsorption capacity after charge and discharge cycles of the storage tanks. The study of this problem, however, requires a large number of experiments and a relatively sophisticated equipment. This paper proposes themolecular simulation as a valid methodology to study the retention of alkanes in activated carbon, and eight metalorganic structures: IRMOF - 1, ZIF - 8, CuBTC, PCN- 11, PCN -14, UiO -66, MIL -100 and MIL- 101. We considered the natural gas as a mixture of methane (C1), ethane (C2), propane (C3) and butane (C4) in the proportions respectively 84,7:10:0,9:0,1. For the validation of the models used in the simulations, the simulated isotherms of C1, C2, C3 and C4 were adjusted to fit the experimental ones, obtained from the literature data for every material. Multicomponent isotherms were then performed, the retention of hydrocarbons were studied as well as the influence of compositional and structural factors to this phenomenon. We noticed that the MOFs MIL-100 and ZIF-8 are the most recommended to use in GNA tanks according to the criteria of capacity, adsorption efficiency and stability. We verified as well that MOFs that have adsorption sites too localized present a larger tendency to the accumulation of hydrocarbons. O gás natural, cuja maior parte é constituída de metano, é um combustível que vem se expandindo no mercado energético global por possuir uma queima mais limpa que outros derivados petrolíferos e por ser mais eficiente energeticamente. No entanto, ele possui como grande desvantagem frente a outros combustíveis a dificuldade em ser armazenado devido a sua baixa densidade. Materiais microporosos vêm sendo utilizados para aumentar tal densidade por meio da adsorção. No entanto, um dos problemas encontrados na utilização desses materiais se trata da diminuição da capacidade adsortiva após ciclos de carga e descarga de tanques de armazenamento. O estudo desse problema, porém, demanda um grande número de experimentos e uma aparelhagem relativamente sofisticada. Este trabalho propôs a simulação molecular como uma metodologia válida a ser utilizada para o estudo da retenção de alcanos em carbono ativado e em oito estruturas metalorgânicas: IRMOF-1, ZIF-8, CuBTC, PCN-11, PCN-14, UiO-66, MIL-100 e MIL-101. Considerou-se o gás natural como uma mistura de metano (C1), etano (C2), propano (C3) e butano (C4) nas proporções de, respectivamente, 84,7:10:0,9:0,1. Para a validação dos modelos utilizados nassimulações, as isotermas simuladas de C1, C2, C3 e C4 foram ajustadas às experimentais obtidas da literatura para cada um dos materiais. Foram então realizadas isotermas multicomponentes e estudo de sítios de adsorção para o estudo da retenção de hidrocarbonetos e da influência de fatores composicionais e estruturais nesse fenômeno. Observou-se que as MOFs MIL-100 e ZIF-8 são as mais recomendadas para uso em tanques de GNA por critérios de capacidade, eficiência adsortiva e estabilidade. Verificou-se ainda que MOFs que apresentam sítios de adsorção pouco dispersos apresentam uma maior tendência à acumulação de hidrocarbonetos.
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- 2014
23. Estudos de adsorção de CO2 na estrutura metalorgânica Cu-BTC impregnada com líquidos iônicos por técnicas experimentais e de simulação molecular
- Author
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Silva, Francisco Wilton Miranda da, Azevedo, Diana Cristina Silva de, and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
- Subjects
Adsorção ,Engenharia química ,Simulação Monte Carlo - Abstract
A separação de CO2 a partir de misturas gasosas industriais consiste em um importante tema tanto do ponto de vista científico quanto ambiental. O interesse suscitado pelo tema está diretamente relacionado à problemática da presença do dióxido de carbono tanto nos gases de combustão (flue gas) quanto no gás natural (GN) e biogás. A absorção usando aminas é uma tecnologia madura que tem sido utilizado na indústria do gás natural para remoção de CO2. No entanto, apresenta algumas desvantagens, tais como corrosão dos equipamentos e alto consumo de energia para regenerar o absorvente. Líquidos iônicos (LIs) têm sido propostos como uma alternativa aos solventes orgânicos, devido à baixa volatilidade e elevada solubilidade do CO2. Contudo, o seu elevado custo limita sua aplicação em processos de separação industriais por absorção. Neste contexto, a impregnação de pequenas quantidades de LIs em suportes porosos têm sido recentemente reportada para própositos de captura de CO2. Estruturas metalorgânicas têm sido apontadas como um adsorvente adequado devido a sua elevada capacidade de adsorção de CO2 e à possibilidade de acomodar moléculas que lhes confiram novas funcionalidades. Neste trabalho, investigamos a adsorção de CO2 na estrutura metalorgânica Cu-BTC impregnada com líquidos iônicos por técnicas experimentais e de simulação molecular. Os líquidos iônicos utilizados para impregnação foram o hexafluorofosfato de 1-butil-3- metilimidazólio (BMIM-PF6) e o bis(trifluorometilsulfonil)-imida de 1-butil-3-metilimidazólio (BMIM-Tf2N). No âmbito experimental, amostras comerciais de Cu-BTC foram impregnadas com LIs em diversas concentrações em peso (1, 5 e 10 wt%). Os materiais impregnados foram caracterizados por diversas técnicas de caracterização e avaliados em relação a adsorção de CO2. Os resultados mostraram que a impregnação de LIs em Cu-BTC reduz a capacidade de adsorção de CO2, contrariamente ao que foi predito por simulação molecular em trabalhos prévios. No contexto da simulação molecular, foram realizadas simulações de impregnação para gerar estruturas impregnadas com diferentes quantidades de LI. Simulações de adsorção de CO2, CH4 e N2 nas estruturas geradas foram realizadas utilizando o ensemble Grande Canônico (μVT) para avaliar a presença de LI na estrutura da Cu-BTC. Observou-se que a presença de LI em várias concentrações aumentou a capacidade adsortiva de CO2 a baixas pressões (até ~ 3 bar), enquanto a adsorção dos outros gases não foi significativamente alterada. Contudo, a baixas concentrações impregnada (5 %wt), a adsorção de CO2 não foi sensível à presença do LI. Por outro lado, quando foi aumentada a quantidade de LI impregnada em nossos experimentos, houve uma rápida degradação das propriedades texturais do material, conforme observado para amostra impregnada com 10 wt% de BMIM-PF6. Assim, aparentemente, os poros da Cu-BTC são pequenos para incorporar líquidos iônicos nas concentrações que teoricamente levariam a maiores quantidades adsorvidas de CO2.
- Published
- 2014
24. Textural properties study of Mg-Al layered double hydroxide with different molar ratios and upon hydrothermal treatments
- Author
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Lima, Paulo Demétrios da Silva, Nogueira, Ricardo Emílio Ferreira Quevedo, and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
- Subjects
Adsorção ,Cristalização ,Ciência dos materiais - Abstract
Layered Double Hydroxide (LDH) belongs to a class of ceramic materials that present structure formed by stacked layers of double metals hydroxides and an anion into the lamellar space. They present a large variety of applications possibilities, as industrial, environment, medicine, among others. Non-calcined Mg-Al layered double hydroxide (LDH) with molar ratio, x = Al / (Mg + Al), 0.20, 0.25 and 0.30 were synthesized using co-precipitation method, followed by hydrothermal treatment at a fixed temperature 80°C and different aging from 2 to 35 days. The material obtained was characterized by XRD, IR, TG, SEM and EDS. The samples crystallinity was evaluated and particle size was calculated using Scherrer equation. Sorption of anionic acid blue 25 and reactive blue 4 dyes from aqueous solution was investigated for some of the 0.25 molar ratio samples. The purpose of this research was to study the effect of hydrothermal treatment aging conditions on textural properties of synthetic hydrotalcite with different molar ratios and propose a mathematical function to predict crystallite size and crystallinity. This function takes just two of many parameters in consideration: hydrothermal treatment aging time and molar ratio. The obtained as-synthesized samples with a molar ratio 0.20 and 0.25 showed good crystallinity for all the samples. On the other hand the third samples with molar ratio 0.30 showed poor crystallinity, a pronounced shift in the correspondent basal planes peaks 003 and 006, and a broadening in all peaks. The shift in the basal planes was shown to be statistically significant to the others. A non-expected result was found in disagreement with literature: a new crystalline phase was observed in two 0.20 molar ratio samples. MEV and EDS results indicate the existence of a probable amorphous phase in the 0.30 molar ratio samples. The amorphous phase would explain the reduction in crystallinity of this series samples. Just the function to predict the crystallinity was obtained and showed in a 3D and hypsometric graphics. This function may be used to predict a characteristic of a synthesized LDH for an industrial application, like adsorption. Hidróxidos Duplos Lamelares (HDL) pertencem a uma classe de materiais cerâmicos formados por camadas empilhadas de hidróxidos metálicos com um ânion entre os espaços lamelares. Apresentam uma grande variedade de possíveis aplicações, na área industrial, ambiental, medicinal, entre outras. Hidróxidos Duplos Lamelares (HDL) não calcinados de Magnésio e Alumínio com razão molar x = Al / (Mg + Al), 0,20, 0,25 e 0,30 foram sintetizados utilizando o método de co-precipitação, seguido por tratamento hidrotérmico em temperatura fixa de 80 ° C e diferente tempos de maturação de 2 a 35 dias. O material obtido foi caracterizado por DRX, IV, TG, MEV e EDS. A cristalinidade das amostras foi avaliada e tamanho de partícula foi calculado usando a equação Scherrer. Foram investigadas adsorção de corantes ácido azul 25 e azul reativo 4 para algumas amostras de razão molar 0,25. O objetivo deste trabalho foi estudar o efeito do tratamento hidrotérmico e condições de tempo de maturação nas propriedades texturais de hidrotalcita sintetizada com diferentes razões molares e propor uma função matemática para prever o tamanho de cristalito e cristalinidade. Esta função leva apenas dois de muitos parâmetros em consideração: tempo de tratamento hidrotérmico e razão molar. As amostras obtidas com uma razão molar 0,20 e 0,25 apresentaram boa cristalinidade para todas as amostras. Por outro lado, as amostras com razão molar 0,30 apresentaram baixa cristalinidade, um pronunciado deslocamento nos picos basais 003 e 006, e um alargamento em todos os picos. O deslocamento desses picos para essa última amostra foi mostrado ser estatisticamente significativo em relação às outras duas. Um resultado não esperado foi encontrado em desacordo com a literatura: uma nova fase cristalina foi observada em duas amostras de razão molar 0,20. Os resultados do MEV e EDS indicam que há uma provável fase amorfa nas amostras de razão molar 0,30. A fase amorfa explicaria a redução da cristalinidade das amostras dessa série. Apenas a função para prever a cristalinidade foi obtida e mostrada em gráficos 3D e hipsométricos. Esta função pode ser usada para prever características de um HDL sintetizado para uma aplicação industrial, tal como a adsorção.
- Published
- 2014
25. Simulação molecular da adsorção de gases em estruturas metalorgânicas mesoporosas
- Author
-
Gonçalves, Daniel Vasconcelos and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
- Subjects
Adsorção ,Engenharia química - Abstract
Mesoporous metal-organic frameworks (MOFs) have been widely studied because their potencial adsorption application such as gas storage and separation. Molecular simulation has been used as a tool for MOFs characterization for adsorption applications. Although conventional force fields do surprisingly well for describing adsorption in many MOFs, their applicability has been criticized for describing the interaction with open metal sites. However, ab initio calculations based on the Density Functional Theory (DFT) have been used to determine force field parameters with more precision. In this work, we studied the gas adsorption in MIL-100 and MIL-101 by molecular simulation. Once these MOFs present open metal sites, we evaluate the use of quantum methods for force field parameters determination. This evaluation was realized through a study of hydrogen adsorption in Cu-BTC. As estruturas metalorgânicas (MOFs) mesoporosas têm sido bastante estudadas devido ao grande potencial para o armazenamento e para a captura de gases que têm apresentado. A simulação molecular tem sido bastante utilizada como ferramenta de caracterização de MOFs para aplicações envolvendo adsorção. Nos estudos da adsorção nestas estruturas através da simulação molecular, os campos de forças convencionais têm sido criticados por falhar na representação das isotermas de adsorção, especialmente, nas MOF com sítios metálicos abertos. Por outro lado, métodos quânticos ab initio baseados na Teoria do funcional da densidade, têm sido utilizados para determinar parâmetros de campo de força mais precisos. Neste trabalho, estudou-se a adsorção de gases nas estruturas metalorgânicas MIL-100 e MIL-101 através de simulação molecular. Tendo em vista a presença de sítios metálicos abertos nestas estruturas, avaliou-se ainda o uso de métodos quânticos para determinação de parâmetros de campo de força. Esta avaliação foi realizada através de um estudo da adsorção de H2 em Cu-BTC.
- Published
- 2014
26. Virtual models applied to activated carbon characterization
- Author
-
Silvino, Pedro Felipe Gadelha and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
- Subjects
Adsorção ,Engenharia química ,Simulação - Abstract
Activated carbons are amorphous materials represented by a pore size distribution (PSD) which usually reproduce the experimental isotherm of N2 at 77 K. Presently, we obtain this distribution using the activated carbon slit-pore model and isotherms calculated by molecular simulation. In this study, we have evaluated the extent to which the use of more realistic activated carbon models influences on the characterization, as well as the possibility of representing the activated carbon by a minimum three-pore PSD. Adsorption isotherms were calculated using the Grand Canonical ensemble within the Monte Carlo method, and compared with experimental isotherms of commercial activated carbons. The deconvolution method with non negative least squares was used to determine the PSDs. We observed that the models containing heterogeneity factors were more accurate than the simplified models, and that activated carbons could be well represented by a minimum three-pore distribution without significant loss of precision. Furthermore, we demonstrated that the minimum PSD could be applied to formulate virtual porous carbon models that are useful in the heterogeneity study. Finally, we propose the use of the minimum PSD to replace the classical calculations of average pore size. Carbonos ativados são materiais amorfos representados por uma distribuição de tamanho de poros (PSD) que usualmente reproduz a isoterma experimental de N2 a 77 K. Presentemente esta distribuição é obtida com o uso do modelo de carbono ativado de placas paralelas de grafeno e isotermas calculadas por simulação molecular. Neste estudo avaliou-se a influência do uso de modelos de poros de carbono ativado mais realistas sobre a caracterização, bem como a possibilidade de representar o carbono ativado por uma PSD mínima constituída de apenas três poros. Isotermas de adsorção foram calculadas utilizando-se o algoritmo de Monte Carlo no ensemble grande canônico e comparadas com as isotermas experimentais de carbonos ativados comerciais. O método de deconvolução com mínimos quadrados não negativos foi utilizado para determinação das PSDs. Observou-se que modelos contendo fatores de heterogeneidade mostraram-se mais precisos que os modelos simplificados. Notou-se ainda que efetivamente o carbono ativado pode ser representado por uma PSD mínima de três poros sem perda significativa de precisão. Além disso, demonstrou-se que a distribuição mínima pode ser usada para elaborar modelos virtuais de carbono que são úteis no estudo de heterogeneidades. Finalmente propomos o uso da PSD mínima em substituição ao cálculo clássico de tamanho médio de poros.
- Published
- 2014
27. Study of CO2 capture using adsorbents modified by molecular simulation
- Author
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Lima, Adriano Erique de Oliveira and Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
- Subjects
Modelos moleculares ,Adsorção ,Engenharia química - Abstract
The high levels of CO2 emissions over the last century have generated concern and alert worldwide. Incentives to promote technologies for CO2 capture and storage are highlighted in this situation. Among the viable alternatives to capture that gas is the adsorption process. The literature contains many experimental studies of CO2 adsorption in various impregnated materials, despite that, few papers are devoted to the understanding of such phenomena at the atomic level. This study investigates the CO2 adsorption in X-faujasites and activated carbons impregnated with monoethanolamine (MEA) using molecular simulation. Thus, models of MEA, CO2, faujasite and activated carbon were proposed. For faujasite, the structure was modeled based on the crystallographic data reported in the literature. For activated carbon, the pores were represented by the slit pores model of graphene and the study was conducted in three pore sizes (8.9, 18.5, 30.9 Å) to represent different regions of the adsorption and also allow for data correlation with the commercial activated carbon WV-1050. The CO2 molecule was modeled in the three-centers (faujasites tests) and one-center (carbons tests) models. The adsorbents were loaded with increasing amounts of monoethanolamine and the impact of this addition was evaluated through a set of simulated CO2 isotherms using the Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) method. With the model faujasite/MEA/CO2, it was possible to reproduce the decreasing experimental CO2 adsorption with increased MEA concentration. In carbons, it was observed that the values of adsorbed CO2 at high pressure (above 4 bar) always decrease with MEA increasing loadings for both pores, as verified experimentally in real carbons. However, the simulation has shown that the amount adsorbed at low pressures (below 1 bar) is enhanced with monoethanolamine concentration in carbonaceous material. These results, considering the techniques used in this study, indicate that the activated carbon and NaX systems modified with monoethanolamine are unfeasible for capturing CO2 if adsorption capacity is the only criterion to take into account Os altos níveis de emissão de CO2 neste último século têm gerado alerta e preocupação às autoridades a nível mundial. Incentivos para desenvolver tecnologias de captura e armazenamento de CO2 ganham destaque nesse cenário. Dentre as alternativas viáveis para captura do referido gás está o processo de adsorção. A literatura é vasta nos estudos experimentais de adsorção de CO2 em diversos materiais impregnados, entretanto poucos trabalhos se dedicam ao entendimento dos fenômenos em nível atômico. O presente estudo objetiva investigar a adsorção de CO2 em faujasitas do tipo X e carbonos ativados impregnados com monoetanolamina (MEA), mediante o uso de simulação molecular. Para isso, modelos de MEA, CO2, faujasita e carbono ativado foram elaborados. Para a faujasita, construiu-se a estrutura com base nos dados cristalográficos reportados na literatura. No carbono ativado, os poros foram representados pelo modelo de placas paralelas de grafeno e realizou-se o estudo em três tamanhos característicos (8,9, 18,5, 30,9 Å) de modo a representar distintas regiões de adsorção e também permitir correlacionar dados com o carvão comercial WV-1050. A molécula de CO2 foi construída com os modelos de 3 centros (ensaios em faujasitas) e de 1 centro (ensaios em carbonos ativados). Os adsorventes foram carregados com quantidades crescentes de MEA e o impacto desta adição foi avaliado através do levantamento de novas isotermas de CO2 utilizando-se o método de Monte Carlo no ensemble Grande Canônico (GCMC). Com o modelo proposto faujasita/MEA/CO2, foi possível reproduzir a tendência experimental de redução de adsorção de CO2 com aumento da concentração de MEA, em concordância com resultados experimentais apresentados na literatura. Em carbonos ativados, observou-se que os valores de CO2 adsorvidos a alta pressão (acima de 4 bar) sempre decaíam com o carregamento de MEA para ambos os poros, como foi evidenciado experimentalmente em carbonos reais. No entanto, a simulação revelou que as quantidades adsorvidas a baixa pressão (abaixo de 1 bar) são maiores quando se adiciona monoetanolamina ao material carbonoso. Os resultados, com base nas técnicas aplicadas nesse estudo, indicam que os sistemas NaX e carbono ativado modificados com MEA são pouco viáveis para captura de CO2 no que diz respeito ao critério isolado de capacidade de adsorção
- Published
- 2012
28. Studies of acid gases adsorption in faujasites: experiments and molecular simulations
- Author
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Coelho, Juliana Amorim, Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de, and Azevedo, Diana Cristina Silva de
- Subjects
Sulfeto de hidrogênio ,Adsorção ,Engenharia química - Abstract
Natural gas and biogas have in their composition methane, carbon dioxide, nitrogen, hydrogen, sulfur compounds (including hydrogen sulfide), etc. The carbon dioxide (CO2) and hydrogen sulfide (H2S) are highly undesirable. CO2 decreases the combustion power of the natural gas and H2S is an extremely toxic gas. Moreover, in the presence of moisture, they generate acids that corrode pipes and equipment. The absorption in amines solution is the conventional process to removal these gases. However, this process spends a lot of energy with the regeneration of the amines, besides forming corrosive by-products due to degradation of these. Thus, the physical adsorption using zeolites is a promising alternative for remove these gases. The aim of this study is to evaluate the adsorption of acid gases, CO2 and H2S, in pure, NaY and NaX, and modified, AgX, CaX and USY (dealuminated zeolite), faujasites through experimental methods and molecular simulation. The AgX and CaX zeolites were obtained by modifying the NaX zeolite. All absorbents were obtained and characterized. Experimental adsorption isotherms were obtained of CO2 on all studied adsorbents at 25 °C. The force field parameters were obtained by fitting to our own experimental data, CO2 in faujasites, and validated with available data taken from the literature, H2S in faujasites, by simulated isotherms using the Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) method. Tanto o gás natural quanto o biogás possuem em sua composição metano, dióxido de carbono, nitrogênio, hidrogênio, compostos sulfurados (incluindo o sulfeto de hidrogênio), etc. O dióxido de carbono (CO2) e o ácido sulfídrico, ou sulfeto de hidrogênio (H2S) são gases altamente indesejáveis. O CO2 diminui o poder de combustão do gás natural e o H2S é um gás extremamente tóxico. Além disso, na presença de umidade, ambos geram ácidos que corroem tubulações e equipamentos. A absorção em solução de aminas é o processo convencional de remoção destes gases. Entretanto, este processo despendem muito gasto energético com a regeneração das aminas, além de formar subprodutos corrosivos devido à degradação destas. Desta maneira, a adsorção física em zeolitas é uma alternativa promissora para a remoção destes gases. Assim, este trabalho tem por objetivo estudar a adsorção de gases ácidos, CO2 e H2S, em faujasitas puras, NaY e NaX, e modificadas, AgX, CaX e USY (zeolita dealuminizada ou ultraestabilizada) através de metodologias experimentais e de simulação molecular. As zeolitas AgX e CaX foram obtidas através da modificação da zeolita NaX. Todos os adsorventes foram caracterizados, quanto à estrutura cristalina, composição química e características texturais, e foram obtidas isotermas experimentais a 25 ºC de CO2 em todos os adsorventes estudados. Foi utilizado o método de Monte Carlo no ensemble Grande Canônico (GCMC) para obter as isotermas simuladas e os parâmetros do campo de força capazes de reproduzir dados experimentais de CO2 e H2S em faujasitas.
- Published
- 2012
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