BRPI0903159B1 - CERAMIC ACID GAS ABSORPTION MATERIALS, PREPARATION PROCESS FOR THEME AND CO2 ABSORPTION AND REGENERATION PROCESS - Google Patents
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Description
MATERIAIS CERÂMICOS PARA ABSORÇÃO DE GASES ÁCIDOS,CERAMIC MATERIALS FOR ABSORPTION OF ACID GASES,
PROCESSO DE PREPARAÇÃO DOS MESMOS E PROCESSO PARA APROCESS OF PREPARING THE SAME AND PROCESS FOR THE
ABSORÇÃO E REGENERAÇÃO DE CO2 CO 2 ABSORPTION AND REGENERATION
CAMPO DE APLICAÇÃOAPPLICATION FIELD
A presente invenção descreve o processo de preparação de cerâmicas para absorção de gases ácidos, agravantes do efeito estufa, que são liberados em sistemas de combustão, ou que estão presentes em ambientes fechados. Em relação ao dióxido de carbono, alvo principal da presente invenção, é descrito um processo de absorção, transporte, processamento e transformação do gás em outros produtos. O processo utiliza materiais cerâmicos preparados através da mistura sólida de um ou mais óxidos metálicos, com um ou mais agentes aglomerantes e um agente expansivo. O produto gerado pode ser processado e o sistema absorvente regenerado. O dióxido de carbono obtido no processamento pode ser empregado como gás carbônico analítico ou comercial, carbamatos diversos e carbonato de amônio.The present invention describes the process of preparing ceramics to absorb acid gases, aggravating the greenhouse effect, which are released in combustion systems, or which are present in closed environments. With respect to carbon dioxide, the main target of the present invention, a process for absorbing, transporting, processing and transforming the gas into other products is described. The process uses ceramic materials prepared through the solid mixture of one or more metal oxides, with one or more binding agents and an expanding agent. The generated product can be processed and the absorbent system regenerated. The carbon dioxide obtained in the processing can be used as analytical or commercial carbon dioxide, different carbamates and ammonium carbonate.
ESTADO DA TÉCNICATECHNICAL STATUS
A emissão de gases de efeito estufa tais como metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), dióxido de enxofre (SO2), trióxido de enxofre (SO3) e óxidos nitrogenados tem provocado uma série de mudanças climáticas que são desfavoráveis à manutenção da vida. Podem-se citar fenômenos tais como o prolongamento de períodos de estiagem, formação de tempestades de dimensões catastróficas, furações e tornados em regiões que não apresentavam esses tipos de fenômenos climáticos, além da elevação global da temperatura da atmosfera e dos oceanos. Associados a essas modificações climáticas existem também a formação de chuva ácida que é intensificada pela presença de gases ácidos e a poluição intrínseca encontrada na forma de material particulado e substâncias tóxicas, que passam a fazer parte da atmosfera que está em contato direto com praticamente todos os organismos aeróbicos presentes na biosfera.The emission of greenhouse gases such as methane (CH 4 ), carbon dioxide (CO 2 ), sulfur dioxide (SO 2 ), sulfur trioxide (SO 3 ) and nitrogen oxides has caused a series of climate changes that are unfavorable to the maintenance of life. Phenomena such as prolonged periods of drought, formation of catastrophic storms, hurricanes and tornadoes in regions that did not have these types of climatic phenomena, in addition to the global rise in the temperature of the atmosphere and the oceans, can be mentioned. Associated with these climatic changes there is also the formation of acid rain that is intensified by the presence of acid gases and the intrinsic pollution found in the form of particulate material and toxic substances, which become part of the atmosphere that is in direct contact with practically all aerobic organisms present in the biosphere.
2/162/16
As emissões de gases de efeito estufa são provocadas principalmerffe pelos métodos industriais presentes em setores estratégicos da economia global, tais como a indústria siderúrgica, indústria de cimentos, termoelétricas, dentre outras. Para os grandes centros urbanos destaca-se outro agravante, que compreende a emissão de gases poluentes provenientes dos meios de transporte que utilizam combustíveis baseados no carbono (gasolina, diesel, gás natural, álcool), sendo que os combustíveis de origem fóssil (gasolina, diesel, carvão mineral) são consideravelmente mais poluentes que os combustíveis provenientes de fontes renováveis (álcool e biodiesel).Emissions of greenhouse gases are mainly caused by industrial methods present in strategic sectors of the global economy, such as the steel industry, cement industry, thermoelectric, among others. For major urban centers, another aggravating factor stands out, which includes the emission of polluting gases from means of transport that use carbon-based fuels (gasoline, diesel, natural gas, alcohol), with fossil fuels (gasoline, diesel, mineral coal) are considerably more polluting than fuels from renewable sources (alcohol and biodiesel).
Projeções climáticas futuras sinalizam a necessidade imediata da implementação de procedimentos eficazes para o controle de emissões de gases poluentes. A utilização de tecnologias ambientalmente corretas tendo como base a energia solar, hidrogênio, energia eólica, etc. está ainda longe do alcance dos processos industriais. A utilização de fontes energéticas renováveis e baseadas no carbono, como por exemplo, etanol ou biodiesel, aumentam a eficiência energética, diminuindo as emissões de gases de efeito estufa, principalmente de dióxido de carbono (CO2), mas sempre emitirão uma quantidade intrínseca de CO2 durante o processo de queima, que é inerente à reação química de combustão. O desenvolvimento desse tipo de tecnologia, °0 destinada à redução das emissões de gases de efeito estufa, tem sido incentivado por políticas públicas que atribuem metas para as emissões de gases, como exemplo a união européia, que estabeleceu um limite de 120 g/km de CO2 para veículos de passageiros até o ano de 2012, sendo que a taxa atual corresponde a 160 g/km. Assim, o cumprimento dessa meta irá 25 representar uma redução de 25% da poluição provocada por veículos leves, que contribuem atualmente com aproximadamente 15% de toda a poluição mundial. Outras legislações específicas estabelecem taxas máximas de emissões para plantas industriais tais como indústria siderúrgica e indústria de cimento, além da tributação referente ao processo como método poluente.Future climate projections signal the immediate need to implement effective procedures for controlling pollutant gas emissions. The use of environmentally friendly technologies based on solar energy, hydrogen, wind energy, etc. it is still far from the reach of industrial processes. The use of renewable and carbon-based energy sources, such as ethanol or biodiesel, increases energy efficiency, decreasing emissions of greenhouse gases, mainly carbon dioxide (CO2), but will always emit an intrinsic amount of CO 2 during the firing process, which is inherent to the chemical reaction of combustion. The development of this type of technology, ° 0 designed to reduce greenhouse gas emissions, has been encouraged by public policies that assign targets for gas emissions, such as the European Union, which established a limit of 120 g / km CO 2 for passenger cars until 2012, with the current rate corresponding to 160 g / km. Thus, meeting this target will represent a 25% reduction in pollution caused by light vehicles, which currently contribute approximately 15% of all world pollution. Other specific legislation establishes maximum emission rates for industrial plants such as the steel industry and the cement industry, in addition to taxation related to the process as a polluting method.
Entretanto, todas essas restrições legais impostas aos sistemas produtivos que emitem gases de efeito estufa não são suficientes para impedir o crescimento dos níveis de gases poluentes emitidos, como pode ser verificado pelosHowever, all of these legal restrictions imposed on production systems that emit greenhouse gases are not sufficient to prevent the growth of levels of polluting gases emitted, as can be seen by
3/16 relatórios da ONU (http://www.onu-brasil.org.br, 12/2008). Vale acrescentar quê a maior contribuição para a poluição mundial vem das indústrias, que correspondem a aproximadamente 70% (http://gaoli.sites.uol.com.br/arpolu.htm, 12/2008) da poluição mundial.3/16 UN reports (http://www.onu-brasil.org.br, 12/2008). It is worth adding that the greatest contribution to global pollution comes from industries, which correspond to approximately 70% (http://gaoli.sites.uol.com.br/arpolu.htm, 12/2008) of world pollution.
Relacionado ainda com o desenvolvimento de políticas de incentivos à redução das taxas de emissão de gases de efeito estufa, pode-se citar o protocolo de KYOTO, que sugere aos países mais desenvolvidos, que são os responsáveis por mais da metade das emissões no mundo, a fomentar e implementar tecnologias que reduzam a quantidade de gases de efeito estufa em seu próprio território ou em outros paises. O financiamento destas tecnologias é recompensado através dos créditos de carbonos, sendo estabelecido que uma tonelada de CO2 não emitida, ou retirada da atmosfera, corresponde a um crédito de carbono, avaliado atualmente (2008) em 17,20 dólares (http://www.pointcarbon.com/, 05/12/2008). Assim, empresas desenvolvedoras de metodologias ambientalmente adequadas ao protocolo deAlso related to the development of policies to encourage the reduction of greenhouse gas emission rates, we can mention the KYOTO protocol, which suggests to the more developed countries, which are responsible for more than half of the emissions in the world, to promote and implement technologies that reduce the amount of greenhouse gases in their own territory or in other countries. The financing of these technologies is rewarded through carbon credits, and it is established that a ton of CO 2 not emitted, or removed from the atmosphere, corresponds to a carbon credit, currently valued (2008) at $ 17.20 (http: // www.pointcarbon.com/, 12/05/2008). Thus, companies that develop methodologies that are environmentally adequate to the
KYOTO ou que tenham em seus objetivos a descontaminação da atmosfera poderão captar recursos através da venda em mercados acionários de créditos de carbono.KYOTO or that have as their objectives the decontamination of the atmosphere may raise funds through the sale in carbon credit stock markets.
O objetivo de diversas tecnologias dedicadas à redução das emissões °0 de gases poluentes consiste em impedir que estes sejam liberados para a atmosfera através de tratamentos químicos que podem imobilizá-los em uma fase condensada (líquida ou sólida).The objective of several technologies dedicated to the reduction of ° 0 emissions of polluting gases is to prevent them from being released into the atmosphere through chemical treatments that can immobilize them in a condensed phase (liquid or solid).
Sendo o dióxido de carbono o principal poluente e maior agravante do efeito estufa, existem diversas tecnologias descritas no estado da técnica que 25 propõem métodos para a redução da sua quantidade emitida. De forma geral, essas metodologias estão focadas em dois objetivos, sendo o primeiro relacionado ao aprisionamento permanente do CO2 e o segundo relacionado à reutilização do CO2 para a produção de insumos e/ou produtos de interesse industrial.Since carbon dioxide is the main pollutant and the greatest aggravator of the greenhouse effect, there are several technologies described in the state of the art that 25 propose methods to reduce the amount emitted. In general, these methodologies are focused on two objectives, the first related to the permanent trapping of CO 2 and the second related to the reuse of CO 2 for the production of inputs and / or products of industrial interest.
Para demonstrar a relevância do processo e a complexidade da absorção de gases ácidos produzidos em sistemas de combustão ou presentes em ambientes fechados, diversas patentes, metodologias e aparatos podemTo demonstrate the relevance of the process and the complexity of the absorption of acid gases produced in combustion systems or present in closed environments, several patents, methodologies and apparatus can
4/16 ser encontrados no estado da técnica. Inicialmente as invenções tinham por objetivo absorver gases tóxicos em ambientes fechados, como por exemplo, submarinos e aparelhos de respiração com refluxo de gases anestésicos. Para a purificação do ar em submarinos (absorção de CO2) o documento GB 190603570 (Winand, P.; “Process for the Elimination of Carbon Dioxide from the Gaseous Combustion Products of Combustion Engines”, 1906) descreve uma mistura absorvente de amônia com óxido de sódio ou óxido de potássio, sendo que esses são produzidos durante a geração do comburente O2 em motores de combustão interna que são destinados à propulsão de submarinos. Relacionado ainda à atmosfera de submarinos, a patente US 2,545,194 (Colbum, A. P.; Dodge, B.; “Adsorption process for removal of carbon dioxide from the atmosphere of a submarine”, 1951) descreve a utilização apenas de óxido de lítio (Li2O) para absorção de CO2, pois uma quantidade menor de massa é suficiente para a manutenção da qualidade do ar para a tripulação. Com o desenvolvimento de tecnologias para a exploração espacial, a absorção de CO2 em ambientes fechados assume uma posição de elevada relevância, como é demonstrado pela patente US 7,326,280 (Hrycak, Μ. B.; Mckenna, D.4/16 be found in the prior art. Initially, the inventions aimed to absorb toxic gases in closed environments, such as submarines and breathing apparatus with reflux of anesthetic gases. For air purification in submarines (CO 2 absorption) GB 190603570 (Winand, P .; “Process for the Elimination of Carbon Dioxide from the Gaseous Combustion Products of Combustion Engines”, 1906) describes an absorbent mixture of ammonia with sodium oxide or potassium oxide, which are produced during the generation of oxidizer O 2 in internal combustion engines that are intended for the propulsion of submarines. Also related to the atmosphere of submarines, the US patent 2,545,194 (Colbum, AP; Dodge, B .; “Adsorption process for removal of carbon dioxide from the atmosphere of a submarine”, 1951) describes the use of only lithium oxide (Li 2 O) for CO 2 absorption, since a smaller amount of mass is sufficient to maintain air quality for the crew. With the development of technologies for space exploration, the absorption of CO 2 indoors takes on a highly relevant position, as demonstrated by the US patent 7,326,280 (Hrycak, Μ. B .; Mckenna, D.
B.; “Enhanced carbon dioxide adsorbent”, 2005) aplicada em sistemas de purificação de naves (foguetes) e estações espaciais com a utilização do óxido de lítio.B.; “Enhanced carbon dioxide adsorbent”, 2005) applied in purification systems for ships (rockets) and space stations with the use of lithium oxide.
A aplicação em larga escala de processos de absorção de dióxido de carbono em ambientes fechados pode ser demonstrada pela patente US 5,087,597 (Orlando, L.; e colaboradores; Carbon dioxide adsorbent and method for producing the adsorbent, 1992) com a descrição de uma mistura a base de 25 polialcoxissilano, sílica, alumina e óxido de ferro, que é empregada na absorção de CO2 presente em contêineres para transporte de materiais susceptíveis à decomposição por ambiente ácido ou para o transporte de animais.The large-scale application of carbon dioxide absorption processes in closed environments can be demonstrated by US patent 5,087,597 (Orlando, L .; et al .; Carbon dioxide adsorbent and method for producing the adsorbent, 1992) with the description of a mixture the base of 25 polyalkoxysilane, silica, alumina and iron oxide, which is used in the absorption of CO 2 present in containers for the transport of materials susceptible to decomposition by acidic environment or for the transport of animals.
Outra aplicação de grande importância corresponde à absorção de CO2 30 em aparelhos de anestesia gasosa. Estes aparelhos devem apresentar um sistema para a absorção do CO2 expirado pelo paciente; entretanto, os materiais absorventes não podem reagir com as substâncias anestésicas,Another application of great importance is the absorption of CO 2 30 in gas anesthesia machines. These devices must have a system for absorbing CO 2 expired by the patient; however, absorbent materials cannot react with anesthetic substances,
5/16 como ocorre em sistemas de absorção de compostos por óxidos de metais alcalinos. Neste caso, o documento BR 9713138 (Amstrong, J. R.; Murray, J.; “Absorvente de dióxido de carbono para uso em anestesiologia, e, processo de preparação do mesmo”, 1997) propôs a substituição da cal soldada por uma mistura de hidróxido de cálcio, gesso e alumínio e um agente higroscópico (cloreto de cálcio). Semelhantemente, o documento RU 2152251 (Imanenkov,5/16 as occurs in absorption systems composed of alkali metal oxides. In this case, the document BR 9713138 (Amstrong, JR; Murray, J .; “Carbon dioxide absorber for use in anesthesiology, and the process of preparing it”, 1997) proposed replacing the welded lime with a hydroxide mixture calcium, plaster and aluminum and a hygroscopic agent (calcium chloride). Similarly, document RU 2152251 (Imanenkov,
S. I.; Aleksandrova, Τ. I.; Kulakov, N. I.; Putin, B. V.; “Method of synthesis of carbon dioxide adsorbent”, 2000) descreve a utilização de uma mistura de hidróxido de cálcio e carbonato de potássio para absorção de CO2 em aparelhos respiratórios.SI; Aleksandrova, Τ. I .; Kulakov, NI; Putin, BV; “Method of synthesis of carbon dioxide adsorbent”, 2000) describes the use of a mixture of calcium hydroxide and potassium carbonate for absorption of CO 2 in respiratory devices.
Para aplicações industriais os processos de absorção podem ser realizados de formas mais diversificadas, como, por exemplo, está descrito no documento BR 0306705 (Johannes, B. T.; e colaboradores; Process for removing carbon dioxide from gas mixtures”, 2004) o emprego de uma mistura 15 composta por água, sulfolano e uma amina secundária ou terciária derivada da etanolamina. O processo de absorção é realizado através da pulverização da solução absorvente contra o fluxo de gás contendo CO2, H2S e/ou COS. O processo descrito deve ser realizado preferencialmente a uma temperatura entre 50°C e 90°C. Para a absorção de CO2 em fluxos de gases à temperatura n0 ambiente ou aproximadamente até 100°C, diversas patentes podem ser encontradas descrevendo a utilização de zeolitas em aparatos específicos, como, por exemplo, a patente US 5,531,808 (Ojo A. F.; Fitch, F.R; Buelow, M.; “Removal of carbon dioxide from gas streams”, 1996) que utiliza zeolita-X e o documento EP 0173501 (Keith, P. G.; “Process for removing carbon dioxide 25 from gás mixtures”, 1986) que utiliza zeolita-A. Os processos de absorção de CO2 através de Zeolitas são limitados pela faixa de temperatura, devido à fraca interação que a zeolita apresenta com o CO2 absorvido. Para temperaturas mais elevadas, em que a absorção de CO2 será efetuada, deve-se utilizar material que não sofra decomposição térmica e que, preferencialmente, seja 30 ativado pelo aumento da temperatura, como por exemplo é descrito no documento BR 0003340 para a preparação de uma mistura composta por óxido de magnésio e um carbonato de metal alcalino (Mayorga, S. G.; eFor industrial applications the absorption processes can be carried out in more diversified ways, as, for example, it is described in the document BR 0306705 (Johannes, BT; and collaborators; Process for removing carbon dioxide from gas mixtures ”, 2004) the use of a mixture 15 composed of water, sulfolane and a secondary or tertiary amine derived from ethanolamine. The absorption process is carried out by spraying the absorbent solution against the gas flow containing CO 2 , H 2 S and / or COS. The described process should preferably be carried out at a temperature between 50 ° C and 90 ° C. For the absorption of CO 2 in the temperature airflows n is 0 environment or up to approximately 100 ° C, many patents can be found describing the use of zeolites of specific apparatuses such as, for example, US 5,531,808 patent (Ojo AF Fitch , FR; Buelow, M .; “Removal of carbon dioxide from gas streams”, 1996) using zeolite-X and EP 0173501 (Keith, PG; “Process for removing carbon dioxide 25 from gas mixtures”, 1986) which uses zeolite-A. The CO 2 absorption processes through Zeolites are limited by the temperature range, due to the weak interaction that the zeolite presents with the absorbed CO 2 . For higher temperatures, in which the CO 2 absorption will be carried out, it is necessary to use material that does not undergo thermal decomposition and that, preferably, is activated by the temperature increase, as for example described in document BR 0003340 for the preparation a mixture composed of magnesium oxide and an alkali metal carbonate (Mayorga, SG; and
6/16 colaboradores; “Adsorventes de dióxido de carbono contendo óxido de magnésio adequado para uso sob altas temperaturas e processo de sua fabricação”, 2000). Essa mistura absorve CO2 em uma faixa de temperatura entre 300°C e 550°C.6/16 employees; "Carbon dioxide adsorbents containing magnesium oxide suitable for use under high temperatures and the manufacturing process", 2000). This mixture absorbs CO2 in a temperature range between 300 ° C and 550 ° C.
Além dos métodos de absorção, existe também o documento USIn addition to the absorption methods, there is also the document US
2008086938 (Hazlebeck, D. A.; Dunlop, E. H,; “Photosynthetic carbon dioxide sequestration and pollution abatement”; 2008) que descreve a utilização do CO2 produzido em plantas industriais para ser injetado em biodigestores contendo algas, que através do processo de fotossíntese realizam a 10 biossíntese de óleos combustíveis de interesse industrial.2008086938 (Hazlebeck, DA; Dunlop, E. H ;; “Photosynthetic carbon dioxide sequestration and pollution abatement”; 2008) that describes the use of CO 2 produced in industrial plants to be injected into biodigesters containing algae, which through the process of photosynthesis perform 10 biosynthesis of fuel oils of industrial interest.
Alguns métodos paliativos para impedir a liberação de dióxido de carbono na atmosfera também podem ser encontrados, como por exemplo o documento AU 2008100189 (Ferguson, J. I, S.; “Sequestration of carbon in sinking water” 2008), que sugere um método para a realização de depósitos de 15 CO2 em profundezas oceânicas, entre 3.000 a 4.000 metros, aproximadamente.Some palliative methods to prevent the release of carbon dioxide into the atmosphere can also be found, for example AU 2008100189 (Ferguson, J. I, S .; “Sequestration of carbon in sinking water” 2008), which suggests a method for the deposit of 15 CO2 deposits in ocean depths, between 3,000 and 4,000 meters, approximately.
PROBLEMA DO ESTADO DA TÉCNICAPROBLEM OF THE STATE OF THE TECHNIQUE
As tecnologias existentes no estado da técnica para a redução de gases ácidos possuem como princípio a imobilização e transporte dos gases para 20 outro local, de modo que o material absorvente saturado era descartado.The existing technologies in the state of the art for the reduction of acid gases have as principle the immobilization and transport of the gases to another location, so that the saturated absorbent material was discarded.
SOLUÇÃO PROPOSTAPROPOSED SOLUTION
O sucesso das metas e tratados ambientais recentemente propostos será alcançado através do desenvolvimento de tecnologias ambientais eficientes, que possibilitem a reutilização do CO2 e outros gases poluentes, 25 sem onerar demasiadamente os sistemas produtivos. É justamente com base nessa visão que o presente pedido de patente se fundamenta. É proposto, através da utilização de cerâmicas absorventes para gases ácidos, efetuar um ciclo completo entre a absorção e armazenamento de gases ácidos e finalmente transformá-los em insumos para diversos setores produtivos, como 30 por exemplo, indústria agropecuária e indústria química. Esse ciclo deThe success of the recently proposed environmental goals and treaties will be achieved through the development of efficient environmental technologies, which enable the reuse of CO 2 and other polluting gases, 25 without placing an excessive burden on production systems. It is precisely on the basis of this view that the present patent application is based. It is proposed, through the use of absorbent ceramics for acid gases, to perform a complete cycle between the absorption and storage of acid gases and finally to transform them into inputs for several productive sectors, such as, for example, the agricultural and chemical industries. This cycle of
7/16 absorção faz com que a massa de poluentes emitidos seja transferida para uma aplicação industrial, com a recuperação simultânea de parte do material absorvente. Quando esse ciclo não é executado, o material poluente é apenas imobilizado e transportado para outra localidade, ou seja, a poluição é 5 “transferida” para outro lugar, a partir da criação de depósitos de descarte de material absorvente saturado. Portanto, as metodologias até então disponíveis são ineficazes, já que apenas deslocam o material poluente, por exemplo, gases ácidos. A presente invenção vem justamente cobrir essa lacuna, propondo um ciclo completo que permite armazenar, transportar e regenerar os 10 gases ácidos absorvidos para uso e aplicações diversas. É importante ainda ressaltar o baixo custo da metodologia proposta.7/16 absorption causes the mass of pollutants emitted to be transferred to an industrial application, with the simultaneous recovery of part of the absorbent material. When this cycle is not carried out, the polluting material is just immobilized and transported to another location, that is, the pollution is “transferred” to another place, from the creation of deposits for the disposal of saturated absorbent material. Therefore, the methodologies available until then are ineffective, as they only move the polluting material, for example, acid gases. The present invention is just to fill this gap, proposing a complete cycle that allows to store, transport and regenerate the 10 acid gases absorbed for different uses and applications. It is also important to highlight the low cost of the proposed methodology.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃODESCRIPTION OF THE INVENTION
A presente invenção descreve um método de redução das emissões de gases ácidos e agravantes do efeito estufa, que são liberados por sistemas de 15 combustão e plantas industriais tais como indústrias siderúrgicas, indústrias cimenteiras e termoelétricas. O material absorvente, após a sua saturação por gases ácidos, é então processado termicamente ou quimicamente gerando um fluxo de gás purificado, que em seguida é utilizado em processos de síntese de diversos insumos, tais como gás comprimido analítico ou comercial, insumos 20 para indústria química por meio da síntese de carbamatos, ácidos correlatos e insumos para indústria agropecuária com a fabricação de carbonatos e nitratos. O processamento térmico ou químico tem a capacidade de regenerar o material absorvente, gerando assim um ciclo de despoluição atmosférica com a formação de insumos relevantes a diversos setores industriais a um baixo 25 custo.The present invention describes a method of reducing emissions of acid gases and aggravating the greenhouse effect, which are released by combustion systems and industrial plants such as steel, cement and thermoelectric industries. The absorbent material, after its saturation by acidic gases, is then thermally or chemically processed generating a flow of purified gas, which is then used in the synthesis processes of various inputs, such as analytical or commercial compressed gas, inputs 20 for industry chemistry through the synthesis of carbamates, related acids and inputs for the agricultural industry with the manufacture of carbonates and nitrates. Thermal or chemical processing has the ability to regenerate the absorbent material, thus generating an atmospheric depollution cycle with the formation of relevant inputs for various industrial sectors at a low cost.
A presente invenção propõe um conjunto de misturas absorventes contendo óxidos de metais alcalinos terrosos, metais alcalinos ou metais de transição que apresentam uma cinética de reação favorável à absorção de dióxido de carbono e outros gases ácidos, tais como SO2, SO3, mas não limitantes. As misturas absorventes propostas também contém o agente aglomerante (endurecedor) e o agente expansor. As diferentes composições h '7. /5 s-.The present invention proposes a set of absorbent mixtures containing oxides of alkaline earth metals, alkali metals or transition metals that have a reaction kinetics favorable to the absorption of carbon dioxide and other acidic gases, such as SO2, SO3, but not limiting. The proposed absorbent mixtures also contain the binding agent (hardener) and the expanding agent. The different compositions h '7. / 5 s-.
8/16 ’ Λ'—— — apresentadas têm a propriedade de absorver gases ácidos em diferentes temperaturas que podem variar de 100°C a 600°C como será apresentado mais adiante.8/16 ' Λ ' —— - presented have the property of absorbing acid gases at different temperatures that can vary from 100 ° C to 600 ° C as will be presented later.
Algumas formulações de misturas absorventes descritas no presente pedido de patente têm a capacidade de absorção de gases ácidos em diferentes ambientes e condições termodinâmicas variadas, sendo assim eficaz em diversas situações, tanto quando há necessidade de uma rápida absorção, no caso de absorções moderadas e naquelas em que se necessita uma absorção extremamente lenta. Portanto, a metodologia proposta na presente 10 patente apresenta um controle tanto termodinâmico quanto cinético. Sendo assim, a tecnologia proposta pode ser aplicada para descontaminação de ambientes fechados, purificação de fluxos de gás e absorção de gases de rejeito industrial em temperaturas entre 200°C e 600°C.Some formulations of absorbent mixtures described in the present patent application have the ability to absorb acid gases in different environments and varying thermodynamic conditions, thus being effective in several situations, both when there is a need for rapid absorption, in the case of moderate absorptions and in those where extremely slow absorption is required. Therefore, the methodology proposed in the present 10 patent presents both thermodynamic and kinetic control. Therefore, the proposed technology can be applied for decontamination of closed environments, purification of gas flows and absorption of industrial waste gases at temperatures between 200 ° C and 600 ° C.
O ciclo de operação dos materiais absorventes está ilustrado na FiguraThe operating cycle of absorbent materials is illustrated in Figure
1, sendo possível observar que o acoplamento ideal entre o processo de absorção de gases poluentes de natureza ácida com métodos de reutilização do material absorvente tem a capacidade de reduzir e até mesmo extinguir a emissão de gases ácidos em sistemas de combustão e plantas industriais. Esse ciclo é iniciado com a primeira utilização do material absorvente. Após a °0 sua saturação, o material absorvente é recolhido, trocado e analisado para a determinação da composição dos gases absorvidos. Em seguida, a partir da sua composição, o material saturado é conduzido a uma planta industrial implementada para a recuperação do gás absorvido, transformando-o em um insumo industrial, regenerando totalmente ou parcialmente o material 25 absorvente.1, it being possible to observe that the ideal coupling between the process of absorbing polluting gases of an acidic nature with methods of reusing the absorbent material has the ability to reduce and even extinguish the emission of acid gases in combustion systems and industrial plants. This cycle starts with the first use of the absorbent material. After saturation, the absorbent material is collected, exchanged and analyzed to determine the composition of the absorbed gases. Then, from its composition, the saturated material is taken to an industrial plant implemented for the recovery of the absorbed gas, transforming it into an industrial input, totally or partially regenerating the absorbent material.
A presente invenção descreve a utilização de uma mistura sólida composta por um ou mais óxidos de metais alcalinos terrosos, um ou mais óxidos de metais alcalinos e óxidos de metais de transição, acrescidos de agente aglomerante e agente expansor. A mistura destes componentes deve 30 ser feita em meio aquoso para que o sólido final adquira consistência e seja expandido uniformemente através da atuação do agente aglomerante e do agente expansor. Após a completa homogeneização dos componentes, aThe present invention describes the use of a solid mixture composed of one or more oxides of alkaline earth metals, one or more oxides of alkali metals and oxides of transition metals, plus agglomerating agent and blowing agent. The mixing of these components must be done in an aqueous medium so that the final solid acquires consistency and is uniformly expanded through the action of the binding agent and the expanding agent. After the complete homogenization of the components, the
9/16 mistura é mantida em repouso por um período de 2 a 3 horas, para que o agente expansor possa atuar gerando bolhas uniformes em toda a extensão da massa. A reação do agente expansor é ligeiramente anterior ao agente aglomerante, permitindo assim a formação de bolhas que serão 5 estruturalmente mantidas através da ativação gradual e posterior do agente endurecedor, tal como: bentonita, caolin, ou gesso de paris. Após um enrijecimento parcial da mistura, esta é submetida a um processo de aquecimento moderado (100°C - 200°C) por um período de 3 horas, não limitante, para a eliminação do excesso de água passado em seguida para um 10 aquecimento rigoroso (500°C, não limitante) por um período de 1 hora, não limitante, que garante o enrijecimento da mistura. Este aquecimento deve ocorrer na presença de nitrogênio ou na ausência de fluxo de ar, ou seja, em uma câmara fechada ou com a ausência de gases ácidos, que poderíam ser absorvidos durante a síntese do material.9/16 The mixture is kept at rest for a period of 2 to 3 hours, so that the expanding agent can act generating uniform bubbles throughout the mass. The reaction of the expanding agent is slightly earlier than the binding agent, thus allowing the formation of bubbles that will be structurally maintained through the gradual and posterior activation of the hardening agent, such as: bentonite, kaolin, or plaster of paris. After a partial stiffening of the mixture, it is subjected to a moderate heating process (100 ° C - 200 ° C) for a period of 3 hours, non-limiting, to eliminate excess water then followed by rigorous heating. (500 ° C, non-limiting) for a period of 1 hour, non-limiting, which guarantees the stiffening of the mixture. This heating must take place in the presence of nitrogen or in the absence of air flow, that is, in a closed chamber or with the absence of acid gases, which could be absorbed during the synthesis of the material.
Na etapa posterior à homogeneização, o material pode ser moldado em formatos específicos, como exemplos não limitantes, bloco compacto, bloco vazado (tijolo) ou material pelotizado de gramaturas variadas (5 a 20 mm). Para a moldagem dos blocos (compactos ou vazados) a mistura pode apresentar uma consistência mais fluida através da adição de um excesso de água, °0 facilitando a sua homogeneização. Nesse caso, pode-se também utilizar uma quantidade maior de agente expansor, para aumentar a área e a eficiência do processo de absorção. Para a moldagem do material pelotizado, a mistura inicial deve apresentar uma consistência mais pastosa que possibilite a confecção das pelotas, que em seguidas deverão ser submetidas ao 25 aquecimento impedindo a reaglutinação do material.In the step after homogenization, the material can be molded in specific formats, such as non-limiting examples, compact block, hollow block (brick) or pelletized material of different weights (5 to 20 mm). For the molding of the blocks (compact or hollow) the mixture may have a more fluid consistency through the addition of an excess of water, ° 0 facilitating its homogenization. In this case, a larger amount of blowing agent can also be used to increase the area and the efficiency of the absorption process. For the molding of the pelleted material, the initial mixture must have a more pasty consistency that allows the pellets to be made, which then must be subjected to heating, preventing the material from being re-agglutinated.
A etapa de aquecimento rigoroso pode ser realizada em autoclave a uma temperatura mais baixa, de aproximadamente 200°C, não limitante. Este processo garante uma maior rigidez do sólido formado, concedendo a este maior resistência mecânica.The rigorous heating step can be performed in an autoclave at a lower temperature, approximately 200 ° C, non-limiting. This process guarantees greater rigidity of the solid formed, giving it greater mechanical resistance.
O material absorvente descrito neste pedido de patente apresenta um caráter básico, permitindo a sua utilização em processos de absorção de gases ácidos, tais como dióxido de carbono (CO2), dióxido de enxofre (SO2), trióxidoThe absorbent material described in this patent application has a basic character, allowing its use in acid gas absorption processes, such as carbon dioxide (CO 2 ), sulfur dioxide (SO 2 ), trioxide
10/16 de enxofre (SO3), não limitantes. Embora todos os gases citados promovam o agravamento do efeito estufa e das chuvas ácidas, o dióxido de carbono mostra-se como o principal poluente, devido principalmente à elevada quantidade produzida em indústrias que utilizam processos de combustão.10/16 sulfur (SO 3 ), non-limiting. Although all the aforementioned gases promote the worsening of the greenhouse effect and acid rain, carbon dioxide is shown as the main pollutant, mainly due to the high quantity produced in industries that use combustion processes.
Desta forma, o CO2 será utilizado em exemplificações por meio de reações e exemplos que ilustram a eficiência do processo de absorção para redução das emissões de gases agravantes do efeito estufa, e posterior utilização do material formado, de modo a regenerar a cerâmica absorvente e gerar produtos importantes, de alto valor agregado para diversos setores industriais.In this way, CO 2 will be used in exemplifications through reactions and examples that illustrate the efficiency of the absorption process to reduce emissions of gases aggravating the greenhouse effect, and later use of the formed material, in order to regenerate the absorbent ceramic and generate important products with high added value for various industrial sectors.
O potencial de absorção dos materiais é determinado pela cinética de reação do gás com os óxidos presentes. Assim, cada mistura apresenta uma faixa de temperatura ideal para absorção, e uma velocidade de absorção que depende da composição, da temperatura e do fluxo de gás sobre o material. As faixas de temperatura de absorção e as condições de regeneração do material serão discutidas posteriormente e individualmente para cada tipo de composição. Como descrito anteriormente, o foco principal desta patente é a absorção de dióxido de carbono, não limitante; portanto, seguem abaixo as reações químicas que ocorrem durante o processo de absorção do CO2 a partir de uma mistura absorvente contendo óxido de cálcio e hidróxido de potássio, °0 não limitantes.The absorption potential of the materials is determined by the reaction kinetics of the gas with the oxides present. Thus, each mixture has an ideal temperature range for absorption, and an absorption speed that depends on the composition, temperature and gas flow over the material. The absorption temperature ranges and material regeneration conditions will be discussed later and individually for each type of composition. As previously described, the main focus of this patent is the absorption of carbon dioxide, which is not limiting; therefore, below are the chemical reactions that occur during the process of absorbing CO 2 from an absorbent mixture containing calcium oxide and potassium hydroxide, 0 ° non-limiting.
CO2(g) + CaO(S) ** CaCO3(S)CO 2 ( g) + CaO ( S ) ** CaCO3 ( S )
CO2(g) + 2KOH(S) -----► K2co3(s) + H2O(g)CO 2 ( g) + 2KOH ( S ) ----- ► K 2 co 3 (s) + H 2 O ( g )
O material absorvente viabiliza o transporte e a concentração de gases absorvidos para instalações industriais apropriadas ao seu processamento. A 25 recuperação do dióxido de carbono pode ser realizada através da decomposição térmica do material, ou a partir do tratamento químico com ácido nítrico, não limitante, e posterior regeneração do material absorvente através da adição de hidróxido de sódio, não limitante, na presença de 1-2% de alumínio, não limitante. A mistura formada é filtrada e aquecida até 100 °C para 30 a eliminação de água, regenerando assim o material absorvente.The absorbent material enables transport and concentration of absorbed gases to industrial facilities appropriate for their processing. The recovery of carbon dioxide can be carried out by thermally decomposing the material, or by chemical treatment with nitric acid, which is not limiting, and later regeneration of the absorbent material through the addition of sodium hydroxide, which is not limiting, in the presence of 1-2% aluminum, not limiting. The mixture formed is filtered and heated to 100 ° C to remove water, thus regenerating the absorbent material.
O dióxido de carbono formado a partir da cerâmica absorvente saturado apresenta uma concentração elevada, viabilizando diversos métodosThe carbon dioxide formed from the saturated absorbent ceramic has a high concentration, enabling several methods
11/16 industriais. Inicialmente o próprio dióxido de carbono pode ser comprimido e engarrafado para a sua posterior comercialização como reagente analítico, ou em processos distintos que empreguem CO2 gasoso. Além desta aplicação direta do CO2 que foi absorvido de plantas industriais poluidoras, outros dois 5 métodos estão propostos nesta patente para a transformação química do dióxido de carbono em carbonatos e carbamatos diversos, não limitante.11/16 industrial. Initially, the carbon dioxide itself can be compressed and bottled for later marketing as an analytical reagent, or in different processes that use gaseous CO2. In addition to this direct application of the CO 2 that has been absorbed from polluting industrial plants, two other 5 methods are proposed in this patent for the chemical transformation of carbon dioxide into diverse carbonates and carbamates, without limitation.
O dióxido de carbono gasoso pode ser injetado em uma solução básica de hidróxido de sódio ou hidróxido de amônio, não limitantes. As reações químicas para estes processos estão apresentadas nas equações 1 e 2 (Eq. 1 10 e Eq. 2). Após a formação do carbonato a solução é aquecida até a evaporação completa da água (aproximadamente 100°C), restando apenas o carbonato correspondente à base utilizada.The carbon dioxide gas can be injected into a basic solution of sodium hydroxide or ammonium hydroxide, without limitation. The chemical reactions for these processes are presented in equations 1 and 2 (Eq. 1 10 and Eq. 2). After the formation of the carbonate the solution is heated until the complete evaporation of the water (approximately 100 ° C), leaving only the carbonate corresponding to the base used.
CO2(g) + 2NaOH(aq) Δ > Na2CO3(s) + H2O(g) Eq. 1CO 2 (g) + 2NaOH (aq) Δ > Na 2 CO 3 ( s ) + H 2 O ( g ) Eq. 1
CO2(g) + 2NH4OH(aq) Δ » (NH4)2CO3(s) + H2O(g) Eq. 2CO 2 (g) + 2NH 4 OH (aq) Δ '(NH 4 ) 2 CO 3 (s) + H 2 O (g) Eq. 2
A síntese do carbamato de amônio pode ser realizada à temperatura ambiente através da passagem do fluxo de CO2 por um recipiente contendo amônia líquida. A reação é cineticamente favorável, sendo perceptível a formação imediata do sólido branco, correspondente ao carbamato de amônio. Em seguida o sistema é mantido em repouso e o carbamato pode ser separado 20 por filtragem ou decantação, mas não limitante. A reação correspondente a esse processo é apresentada a seguir (Eq. 3).The synthesis of ammonium carbamate can be performed at room temperature by passing the CO 2 flow through a container containing liquid ammonia. The reaction is kinetically favorable, with the immediate formation of a white solid corresponding to ammonium carbamate being noticeable. Then the system is kept at rest and the carbamate can be separated by filtration or decantation, but not limiting. The reaction corresponding to this process is presented below (Eq. 3).
CO2(g) + 2NH3(d -----► NH4[H2NCO2](s) Eq. 3CO 2 (g) + 2NH 3 ( d ----- ► NH 4 [H 2 NCO 2 ] (s) Eq. 3
Caso o CO2 seja coletado em um recipiente contendo uma solução básica aquosa ou em suspensão de aminas secundárias, HNR2, obtém-se no 25 final o carbamato de metais alcalinos ou amônio correspondente, de acordo com a equação a seguir (Eq. 4).If CO 2 is collected in a container containing a basic aqueous solution or in suspension of secondary amines, HNR 2 , the corresponding alkali metal carbamate or ammonium is obtained in the final 25, according to the following equation (Eq. 4 ).
MOHMOH
CO2(g) + HNR2(1) --------► M[O2CNR2](s) CO 2 (g) + HNR 2 ( 1) -------- ► M [O 2 CNR 2 ] (s)
Eq. 4Eq. 4
M= Na+, K+, NH4 + M = Na + , K + , NH 4 +
12/1612/16
EXEMPLO 1: Preparação do material absorvente Classe 1, teste da velocidade de absorção e tempo de saturação para 90%EXAMPLE 1: Preparation of Class 1 absorbent material, testing the absorption speed and saturation time to 90%
As cerâmicas absorventes da classe 1 são compostas por óxido de cálcio, gesso de paris hidratado e alumínio em pó, com as faixas de concentração definidas na tabela 1Class 1 absorbent ceramics are composed of calcium oxide, hydrated paris plaster and powdered aluminum, with the concentration ranges defined in table 1
Tabela 1: Composição percentual para a preparação de cerâmicas absorventes da classe 1 para gases ácidos.Table 1: Percentage composition for the preparation of class 1 absorbent ceramics for acid gases.
A capacidade de absorção dos materiais cerâmicos foi medida a partir de análises termogravimétricas. Para este exemplo, um material absorvente apresenta 88% de CaO, 10% de gesso de paris e 2% de alumínio e foi utilizando um fluxo de CO2 proporcional à massa do absorvente, compreendendo 26 gramas de CO2 por minuto por grama de material cerâmico (26 g.min‘1g'1). A velocidade de absorção de CO2 varia com a temperatura, como é apresentado na tabela 2, juntamente com o tempo de saturação de 90% do material.The absorption capacity of ceramic materials was measured using thermogravimetric analyzes. For this example, an absorbent material has 88% CaO, 10% plaster of paris and 2% aluminum and was using a CO 2 flow proportional to the mass of the absorbent, comprising 26 grams of CO 2 per minute per gram of material ceramic (26 g.min ' 1 g' 1 ). The rate of CO 2 absorption varies with temperature, as shown in Table 2, together with the saturation time of 90% of the material.
Tabela 2: Velocidade de absorção e tempo de saturação para 90% do material cerâmico composto por 88% de CaO, 10% de gesso de paris e 2% de alumínio com exposição a um fluxo de CO2 de 26 g.min’1g'1 de material absorvente.Table 2: Absorption speed and saturation time for 90% of the ceramic material composed of 88% CaO, 10% plaster of paris and 2% aluminum with exposure to a CO 2 flow of 26 g.min ' 1 g ' 1 of absorbent material.
Como pode ser observado na tabela 2, o aumento da temperatura provoca uma aceleração exponencial na velocidade de absorção de CO2. Portanto, a planta industrial para a absorção de CO2 pode utilizar a temperaturaAs can be seen in table 2, the increase in temperature causes an exponential acceleration in the CO 2 absorption speed. Therefore, the industrial plant for the absorption of CO 2 can use the temperature
VV
13/16 do fluxo dos gases de exaustão para controlar a quantidade e a eficiência no processo de redução de emissões de gases ácidos.13/16 of the exhaust gas flow to control the quantity and efficiency in the process of reducing acid gas emissions.
Misturas que apresentam uma quantidade de gesso inferior a 5% perdem a rigidez prejudicando o manuseamento do material. Uma relação inversa entre o teor de alumínio e rigidez pode ser observada, pois o aumento excessivo da quantidade de bolhas na estrutura do material exige uma maior quantidade de agente aglomerante (gesso). Para o processo de absorção de dióxido de carbono a temperatura de decomposição do carbonato de cálcio na mistura deve ser superior a 750°C. O processo de regeneração da material exige a adição de agente expansor (Alumínio), reduzindo assim a concentração do aglomerante e absorvente em aproximadamente 1 a 2% a cada ciclo. Portanto, considerando a concentração mínima do oxido de cálcio e do gesso de paris, cada mistura possibilita a realização de aproximadamente 5 ciclos de absorção/regeneração sem considerável perda de eficiência e resistência mecânica do material.Mixtures with less than 5% of plasterboard lose their stiffness, impairing material handling. An inverse relationship between the aluminum content and stiffness can be observed, since the excessive increase in the amount of bubbles in the material structure requires a greater amount of binding agent (plaster). For the carbon dioxide absorption process, the decomposition temperature of the calcium carbonate in the mixture must be above 750 ° C. The material regeneration process requires the addition of an expanding agent (aluminum), thus reducing the concentration of the binder and absorbent by approximately 1 to 2% each cycle. Therefore, considering the minimum concentration of calcium oxide and plaster of paris, each mixture makes it possible to carry out approximately 5 absorption / regeneration cycles without considerable loss of efficiency and mechanical resistance of the material.
EXEMPLO 2: Preparação do material absorvente Classe 2, teste da velocidade de absorção e tempo de saturação para 90%EXAMPLE 2: Preparation of Class 2 absorbent material, testing the absorption speed and saturation time to 90%
As cerâmicas absorventes da classe 2 (tabela 3) apresentam como agentes absorventes o óxido de cálcio e o hidróxido de potássio. O J endurecimento da massa pode ser obtido com a adição de bentonita ou caulim, que são materiais argilosos com propriedades aglomerantes. A bentonita é constituída por 66,9% de SiO2; 16,3% de AI2O3 e 6% H2O, sendo as impurezas mais comuns o Fe2O3 (—3,3%), NaOH (2,6%), Ca(OH)2 (1,8%) e Mg(OH)2 (1,5%). O caulim corresponde a uma mistura de aluminossilicatos com de 25 fórmula empírica AI2O3.mSiO2.nH2O, sendo que m pode assumir valores de 1 a 3 e n pode variar entre 2 e 4.Class 2 absorbent ceramics (Table 3) have calcium oxide and potassium hydroxide as absorbent agents. The hardening of the dough can be obtained with the addition of bentonite or kaolin, which are clay materials with binding properties. Bentonite consists of 66.9% SiO 2 ; 16.3% of AI 2 O 3 and 6% H 2 O, the most common impurities being Fe 2 O 3 (—3.3%), NaOH (2.6%), Ca (OH) 2 (1, 8%) and Mg (OH) 2 (1.5%). Kaolin corresponds to a mixture of aluminosilicates with empirical formula AI 2 O 3 .mSiO 2 .nH 2 O, where m can take values from 1 to 3 and n can vary between 2 and 4.
Tabela 3: Composição percentual para a preparação de cerâmicas absorventes da classe 2 para gases ácidos.Table 3: Percentage composition for the preparation of class 2 absorbent ceramics for acid gases.
14/1614/16
Para exemplificar a eficiência e a velocidade do processo de absorção dos materiais da classe 2, foi utilizada uma composição contendo 88,5% de CaO, 0,5% de KOH, 10% de caulim e 1% de alumínio. O experimento de absorção foi realizado com um fluxo de CO2 proporcional à massa do absorvente, compreendendo 26 gramas de CO2 por minuto por grama de material cerâmico (26 g.min'1g’1). As velocidades médias de absorção de CO2 em diferentes temperaturas para a mistura analisada encontram-se descritas na Tabela 4, juntamente com o tempo de saturação de 90% do material. Para as composições contento um teor de KOH mais elevado a velocidade de absorção aumenta consideravelmente, podendo ser até 10% mais rápido, mas devido as proporções estequiométricas a eficiência do material é prejudicada.To exemplify the efficiency and speed of the absorption process of class 2 materials, a composition containing 88.5% CaO, 0.5% KOH, 10% kaolin and 1% aluminum was used. The absorption experiment was carried out with a flow of CO2 proportional to the mass of the absorbent, comprising 26 grams of CO2 per minute per gram of ceramic material (26 g.min ' 1 g' 1 ). The average rates of CO 2 absorption at different temperatures for the analyzed mixture are described in Table 4, together with the saturation time of 90% of the material. For compositions containing a higher KOH content, the absorption rate increases considerably, and can be up to 10% faster, but due to the stoichiometric proportions, the efficiency of the material is impaired.
Tabela 4: Velocidade de absorção e tempo de saturação para 90% do material cerâmico composto por 88,5% de CaO, 0,5% de KOH, 10% de caulim e 1% de alumínio com exposição a um fluxo de CO2 de 26 g.min'1g1 de material absorvente.Table 4: Absorption speed and saturation time for 90% of the ceramic material composed of 88.5% CaO, 0.5% KOH, 10% kaolin and 1% aluminum with exposure to a CO 2 flow of 26 g.min ' 1 g 1 of absorbent material.
A utilização de caolim ou bentonita reduz ligeiramente a velocidade média de absorção. Entretanto, economicamente estes podem ser mais favoráveis e concedem à mistura absorvente uma resistência mecânica maior em relação ao gesso de paris. Devido à maior resistência conferida aosThe use of kaolin or bentonite slightly reduces the average absorption rate. However, economically these can be more favorable and give the absorbent mixture a higher mechanical resistance compared to plaster of paris. Due to the greater resistance given to
15/16 materiais da classe 2, estes podem conter um teor mais elevado de Alumínio, chegando até a 3% (p/p). Para o processo de liberação de dióxido de carbono, a temperatura deve ser superior a 750°C. O processo de regeneração do material exige a adição de agente expansor (Alumínio), e também do KOH a cada ciclo. Portanto, considerando a concentração mínima de oxido de cálcio, a mistura descrita acima possibilita a realização de 6 ciclos, não limitante, de absorção/regeneração sem considerável perda de eficiência e resistência mecânica do material.15/16 class 2 materials, these can contain a higher content of aluminum, reaching up to 3% (w / w). For the carbon dioxide release process, the temperature must be above 750 ° C. The material regeneration process requires the addition of an expanding agent (aluminum), as well as KOH to each cycle. Therefore, considering the minimum concentration of calcium oxide, the mixture described above allows the realization of 6 cycles, non-limiting, of absorption / regeneration without considerable loss of efficiency and mechanical resistance of the material.
EXEMPLO 3: Teste da absorção de CO2EXAMPLE 3: CO2 absorption test
Para a verificação do processo de absorção utilizou-se um motor de dois tempos de uma motosserra, que utiliza como combustível uma composição contendo 96% de gasolina e 4% de óleo. A cerâmica da classe 2 de composição 88% de CaO, 0.5% de KOH, 10% de caolim e 2% de alumínio foi colocada em um forno tubular à 500°C, em uma capela com sistema de exaustão. Em seguida o motor foi acionado e a descarga de gases foi direcionada para a entrada do forno de forma a ficar em contato com a cerâmica na temperatura do forno e na pressão do fluxo dos gases de combustão. Após cerca de 1 hora o forno e o motor foram desligados, e a partir da massa foi comprovado uma absorção de 40%. A análise elementar de carbono e nitrogênio mostrou uma incorporação de massa relacionada a esses elementos de cerca de 45% de carbono proveniente de CO2 e de menos 1% de nitrogênio proveniente de óxidos nitrogenados.To check the absorption process, a two-stroke engine from a chainsaw was used, which uses a composition containing 96% gasoline and 4% oil as fuel. Class 2 ceramics with 88% CaO, 0.5% KOH, 10% kaolin and 2% aluminum were placed in a tubular oven at 500 ° C, in a fume hood. Then the engine was started and the gas discharge was directed to the furnace in order to be in contact with the ceramic at the furnace temperature and the flue gas flow pressure. After about 1 hour the oven and the engine were switched off, and 40% absorption from the mass was proven. The elementary analysis of carbon and nitrogen showed an incorporation of mass related to these elements of about 45% carbon from CO 2 and less 1% nitrogen from nitrogen oxides.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURASDETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES
Figura 1: Ciclo de absorção, produção de insumos e recuperação de materiais absorventes. A figura 1 ilustra em linhas gerais o processo cíclico proposto nesta patente para a absorção de gases ácidos e a reutilização destes para a síntese de insumos industriais, regenerando o material absorvente. O esquema inicia com a preparação da material absorvente (101), que é constituído por dois ou mais óxidos de metais alcalinos e alcalinos terrosos, agentes aglomerantes e agente expansor. A cerâmica absorvente é em seguida exposta a um fluxo de gás a uma temperatura entre 100 e 600°CFigure 1: Absorption cycle, production of inputs and recovery of absorbent materials. Figure 1 illustrates in general lines the cyclic process proposed in this patent for the absorption of acid gases and their reuse for the synthesis of industrial inputs, regenerating the absorbent material. The scheme begins with the preparation of the absorbent material (101), which consists of two or more alkali and alkaline earth metal oxides, binding agents and blowing agent. The absorbent ceramic is then exposed to a gas flow at a temperature between 100 and 600 ° C
16/16 (110), o material saturado (111) é trocado (112) e analisado (113) para a determinação do tipo de processo que será utilizado em seu processamento (120) gerando para cada composição um ou mais tipos de insumos (121). Durante o processamento do material saturado, a cerâmica absorvente pode 5 ser regenerada (130) através da recomposição e moldada novamente (140) estando, portanto, preparada para ser reutilizada na absorção de gases ácidos.16/16 (110), the saturated material (111) is exchanged (112) and analyzed (113) to determine the type of process that will be used in its processing (120) generating for each composition one or more types of inputs ( 121). During the processing of the saturated material, the absorbent ceramic 5 can be regenerated (130) through recomposition and reshaped (140) and is therefore prepared to be reused in the absorption of acid gases.
Figura 2: Processos de regeneração de dióxido de carbono absorvido e regeneração do material absorvente. A figura 2 destaca o processo de recuperação dos materiais cerâmicos descritos no presente pedido de patente 10 após a saturação com dióxido de carbono, o que não limita a aplicação dos materiais absorventes, que podem ser empregados a qualquer gás de natureza ácida. Inicialmente a cerâmica absorvente (200) é exposta ao fluxo de CO2 que apresenta uma temperatura entre 100 e 600°C. O material saturado (210) pode ser processado por duas vias distintas. A primeira via corresponde à decomposição térmica dos carbonatos formados em uma temperatura aproximada de 800°C (260). Nesta via, o CO2 (250) liberado é conduzido aos sistemas de processamento de interesse industrial. O dióxido de carbono pode ser armazenado (251) ou transformado em outros produtos como por exemplo,. Carbonato (252) e carbamato (253) O fluxo de CO2, que apresenta elevado °0 teor de concentração, pode ser utilizado para a produção de carbamato de amônio ou carbonatos diversos, tais como carbonato de amônio ou carbonato de sódio. O dióxido de carbono (250) pode também ser regenerado através da reação do material saturado (210) com um ácido (220), tal como ácido nítrico, mas não limitante. A mistura restante formada é alcalinizada com a adição de 25 NaOH (230), fazendo com que os hidróxidos de metais alcalinos terrosos e outros hidróxidos insolúveis sejam precipitados, possibilitando a separação por filtragem ou decantação. Em seguida adiciona-se alumínio (230) para a realização do processo de expansão da massa. Finalmente, o material é aquecido para remoção do excesso de água (240) e endurecimento do material 30 cerâmico, que esta disponível para reiniciar o ciclo de absorção e utilização de dióxido de carbono.Figure 2: Processes for regenerating carbon dioxide absorbed and regenerating the absorbent material. Figure 2 highlights the process of recovering the ceramic materials described in the present patent application 10 after saturation with carbon dioxide, which does not limit the application of absorbent materials, which can be used for any gas of an acidic nature. Initially, the absorbent ceramic (200) is exposed to the CO2 flow, which has a temperature between 100 and 600 ° C. The saturated material (210) can be processed in two different ways. The first route corresponds to the thermal decomposition of the carbonates formed at a temperature of approximately 800 ° C (260). In this way, the released CO 2 (250) is sent to the processing systems of industrial interest. Carbon dioxide can be stored (251) or transformed into other products, for example ,. Carbonate (252) and carbamate (253) The CO2 flow, which has a high concentration of 0 °, can be used for the production of ammonium carbamate or various carbonates, such as ammonium carbonate or sodium carbonate. Carbon dioxide (250) can also be regenerated by reacting the saturated material (210) with an acid (220), such as nitric acid, but not limiting. The remaining mixture formed is made alkaline with the addition of 25 NaOH (230), causing the alkaline earth metal hydroxides and other insoluble hydroxides to be precipitated, allowing separation by filtration or decantation. Then aluminum (230) is added to carry out the mass expansion process. Finally, the material is heated to remove excess water (240) and harden the ceramic material 30, which is available to restart the cycle of absorption and use of carbon dioxide.
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