Química criativa mira energia renovável
À primeira vista, aterros sanitários, fazendas de laticínios e fábricas de celulose e papel parecem ter pouco em comum. Mas esses setores divergentes – juntamente com instalações de tratamento de esgoto – compartilham um desafio ambiental dispendioso: gerenciar volumes significativos de resíduos orgânicos.
Cada vez mais, essas indústrias usam microrganismos anaeróbicos para inicialmente decompor ou “digerir” os resíduos. O biogás, principalmente uma mistura de metano, dióxido de carbono (CO₂), e sulfeto de hidrogênio (H₂S), é um subproduto desse processo. O biogás é potencialmente uma fonte valiosa de gás natural renovável (GNR). Mas, para ser usado como um combustível limpo e seguro, ele deve primeiro ser tratado para remover o CO₂ e o H₂S.
“Graças aos subsídios governamentais, mais entidades estão atualizando o biogás”, disse Deane Little, CEO da New Sky Energy. “E a remoção do H₂S da corrente de gás é a primeira etapa crítica do processo.”
Com sede em Boulder, Colorado, New Sky Energy desenvolve soluções químicas inovadoras que ajudam empresas agrícolas e industriais a tratar emissões de gases, recuperar produtos químicos valiosos – e converter biogás bruto em fluxos de energia renovável.
Em 2018, a empresa fez uma descoberta verdadeiramente revolucionária que levou ao processo SulfurSolve® – um sistema transformador de captura de H₂S.
A diferença do SulfurSolve
O sulfeto de hidrogênio tem odor desagradável, é inflamável, tóxico – e altamente regulado. Para remover o H₂S de uma corrente de biogás, os produtores normalmente contam com agentes químicos de captura de H₂S de uso único ou tecnologias regenerativas de controle de H₂S.
“Como é necessário reabastecer constantemente os produtos químicos, o método de captura de uso único é muito caro para operar”, disse Little. “E, no final, você fica com um resíduo de sulfeto perigoso.”
As tecnologias regenerativas de controle se dividem em duas categorias – biológica e química. Os métodos biológicos são baseados em bactérias que usam H₂S como recurso para regeneração.
“Mas os métodos biológicos geralmente não são muito confiáveis – e descobrimos que, muitas vezes, mais produtos químicos precisam ser adicionados a esses sistemas biológicos do que usamos em nosso processo químico”, disse Little.
As tecnologias químicas regenerativas de controle normalmente absorvem H₂S em uma solução aquosa de sal de ferro. A solução é regenerada quando exposta ao ar em um processo de oxidação. No entanto, sistemas químicos convencionais utilizam agentes quelantes orgânicos caros para garantir a solubilidade do ferro.
“É aí que o SulfurSolve é único”, explicou Little. “Nosso complexo férrico de metais mistos é inerentemente solúvel em soluções alcalinas. Não requer agentes quelantes para solubilizar o ferro.”
Do piloto à escala comercial
Segundo Little, a reação química que levou à solução SulfurSolve foi inesperada.
“Foi um daqueles ‘momentos penicilina’”, explicou Little. “Estávamos experimentando formulações e, inicialmente, pensamos que havia algum erro quando produzimos a solução. O ferro não deveria ser solúvel nesses níveis elevados de pH.”
O que se seguiu foram meses de testes em escala de bancada no laboratório para verificar os resultados. Em seguida, a empresa passou um ano testando skids piloto em estações de tratamento de esgoto, uma fábrica de celulose e papel e um aterro sanitário.
Após os pilotos bem-sucedidos, a New Sky Energy entrou em contato com o parceiro de fabricação Moore Control Systems para fazer a transição do sistema para escala comercial. Uma empresa de engenharia, suprimentos e construção (EPC), a Moore Control Systems tem mais de 40 anos de experiência atendendo as indústrias de petróleo e gás e outros setores. A empresa tem sede em Katy, Texas.
Como funciona
A Moore Control Systems projetou uma planta SulfurSolve em skid baseada em uma plataforma de controle da Rockwell Automation com controladores Allen-Bradley® CompactLogix™, inversores PowerFlex® e uma IHM FactoryTalk® View. A planta opera em uma rede EtherNet/IP™.
O biogás bruto que entra na planta SulfurSolve é tratado para remover gotículas e sólidos e, em seguida, exposto ao SulfurSolve em colunas de contato de co ou contrafluxo de baixa pressão. A solução alcalina SulfurSolve captura imediatamente e oxida parcialmente o H₂S. A solução parcialmente gasta com H₂S capturado é bombeada para um vaso de regeneração, onde a exposição ao ar converte o sulfeto capturado em enxofre elementar e regenera a solução SulfurSolve. O enxofre flutuante é recuperado por filtração sob pressão. As soluções SulfurSolve são regeneradas e reutilizadas centenas de vezes, reduzindo significativamente os custos de tratamento de H₂S.
“Estamos ajudando os clientes a integrar o skid SulfurSolve como o primeiro passo no processo de atualização do biogás”, disse Jessica Carollo, gerente de vendas e marketing da Moore Control Systems. “Também podemos oferecer experiência com etapas adicionais que completam a transformação em gás natural renovável, incluindo remoção de CO₂ e compressão de gás.”
Custos operacionais mais baixos. Menos resíduos.
Com muitas implementações comerciais bem-sucedidas em campo, o sistema SulfurSolve está demonstrando resultados impressionantes. Ele captura e remove consistentemente mais de 99.9% do H₂S do gás de entrada – e recupera e reutiliza quase 100% da solução SulfurSolve.
A New Sky Energy estima que o sistema reduz os custos de compra de produtos químicos e de descarte de resíduos para projetos de controle de H₂S em até 90% em comparação com sistemas que utilizam agentes químicos convencionais de captura. Dependendo da aplicação, o retorno do investimento (ROI) típico é de 12–24 meses.
“Além disso, o subproduto de enxofre elementar pode ser vendido e usado como fertilizante ou em outras aplicações”, disse Little.
O SulfurSolve permite uma abordagem mais sustentável para o controle de H₂S na indústria de biogás – e também está se mostrando uma opção viável em outras aplicações de gás natural.
“Recentemente, testamos o sistema SulfurSolve para tratamento de gás residual de amina no processamento de gás natural”, disse Carollo. “Ele fez um trabalho incrível e demonstrou que o SulfurSolve é aplicável a essas aplicações de alto fluxo.”
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SulfurSolve é uma marca registrada da New Sky Energy.