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Please use this identifier to cite or link to this item: https://tede.unioeste.br/handle/tede/6859
Tipo do documento: Tese
Title: Estudo envolvendo o armazenamento de combustíveis gasosos na forma adsorvida à baixa pressão
Other Titles: Study involving the storage of gaseous fuels in adsorbed form at low pressure
Autor: Marins, Daniel Sena 
Primeiro orientador: Alves, Helton José
Primeiro coorientador: Borba, Carlos Eduardo
Primeiro membro da banca: Bariccatti, Reinaldo Aparecido
Segundo membro da banca: Lindino, Cleber Antonio
Terceiro membro da banca: Romani, Mauricio
Quarto membro da banca: Burin, Eduardo Lucas Konrad
Quinto membro da banca: Alves, Helton José
Resumo: A tecnologia de armazenamento de Gás Natural utilizando materiais adsorventes (Gás Natural Adsorvido – GNA) vem despontando nos últimos anos por ser considerada uma alternativa promissora entre as tecnologias de compressão e liquefação. Baseada na adsorção de gás em sólidos porosos sob pressões moderadas, o GNA possibilita flexibilizar operações de armazenamento e distribuição e diversificar unidades e sistemas de abastecimento de gás de modo a reduzir custos. À vista disso, este trabalho tem por objetivo avaliar a capacidade de armazenamento de combustíveis gasosos na forma adsorvida em sólidos porosos a base de carbono utilizando protótipo de escala laboratorial. A capacidade de armazenar combustíveis gasosos compostos quimicamente por CH4, CO2 e H2 na forma adsorvida em carvão ativado de casca de babaçu (8x30) foi determinada em diferentes condições de temperatura. O carvão ativado foi caracterizado pelas técnicas de difração de raios X (DRX), fisissorção de N2 e CO2, microscopia eletrônica de varredura com Espectroscopia de Energia Dispersiva (MEV - EDS), densidade absoluta e espectroscopia de absorção na região do infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). As análises indicaram que o carvão ativado possui elevada densidade absoluta e estrutura morfológica com alta heterogeneidade, área superficial considerável para aplicações GNA (584 m2 g-1) com estrutura microporosa (322 m2 g-1). Os resultados apontaram que a capacidade de armazenamento de CH4 e CO2 (sem misturas) na forma adsorvida é superior do que na forma comprimida até 35 bar e que a variação de temperatura (ΔT = 25°C) influencia diretamente nas etapas de carga e descarga de gás, sendo os melhores resultados obtidos nas menores temperaturas. Nos experimentos envolvendo misturas de CH4, CO2e H2 foi constatado que o carvão ativado dispõe adsorção preferencial por CO2 e dessorção de CH4, de modo que em certas condições esta tecnologia permite ser utilizada para armazenar gás e separar parcialmente os componentes no final do processo, capturando CO2 e entregando CH4 e H2 com maior pureza. O armazenamento de misturas de gás simulando biogás e biometano demonstrou ser a mais vantajosa devido a maior capacidade de armazenamento de energia por volume de gás. Por fim, o carvão ativado foi aplicado em investigação de equilíbrio a partir de modelos fenomenológicos, verificou-se que os modelos de adsorção de Langmuir e Toth descreveram adequadamente os dados experimentais de equilíbrio.
Abstract: Natural Gas storage technology using adsorbent materials (Adsorbed Natural Gas - ANG) has been emerging in recent years as it is considered a promising alternative between compression and liquefaction technologies. Based on the adsorption of gas in porous solids under moderate pressure, the ANG makes it possible to make storage and distribution operations more flexible and to diversify units and gas supply systems to reduce costs. In view of this, this work aims to evaluate the storage capacity of gaseous fuels in the form adsorbed on porous carbon-based solids using a laboratory scale prototype. The ability to store gaseous fuels chemically composed of CH4, CO2 and H2 in the form adsorbed on babassu bark activated charcoal (8x30) was determined under different temperature conditions. Activated carbon was characterized by X-ray diffraction (XRD), N2 and CO2 physisorption, scanning electron microscopy with Energy Dispersive Spectroscopy (SEM - EDS), absolute density and absorption spectroscopy in the infrared region with Fourier Transform (FTIR). The analyzes indicated that activated carbon has a high absolute density and morphological structure with high heterogeneity, considerable surface area for GNA applications (584 m2 g-1) with a microporous structure (322 m2 g-1). The results showed that the storage capacity of CH4 and CO2 (without mixtures) in the adsorbed form is higher than in the compressed form up to 35 bar and that the temperature variation (ΔT = 25°C) directly influences the loading and unloading stages of gas, with the best results obtained at the lowest temperatures. In experiments involving mixtures of CH4, CO2 and H2, it was found that activated carbon has preferential adsorption by CO2 and desorption of CH4, so that under certain conditions this technology can be used to store gas and partially separate the components at the end of the process, capturing CO2 and delivering CH4 and H2 with greater purity. The storage of gas mixtures simulating biogas and biomethane proved to be the most advantageous due to the greater energy storage capacity per volume of gas. Finally, activated carbon was applied in equilibrium investigation from phenomenological models, it was verified that the adsorption models of Langmuir and Toth adequately described the experimental equilibrium data.
Keywords: Carvão ativado
GNA
Biogás
Biometano
Activated carbon
ANG
Biogas
Biomethane
CNPq areas: Agroenergia
Idioma: por
País: Brasil
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Sigla da instituição: UNIOESTE
Departamento: Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Energia na Agricultura
Campun: Cascavel
Citation: MARINS, Daniel Sena. Estudo envolvendo o armazenamento de combustíveis gasosos na forma adsorvida à baixa pressão. 2023. 176 f. Tese (Doutorado - Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Energia na Agricultura) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel PR.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://tede.unioeste.br/handle/tede/6859
Issue Date: 16-Mar-2023
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia de Energia na Agricultura (CVL)

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