Estudo hidrodinâmico e transferência de massa gás/líquido em coluna de borbulhamento/recheada: aplicação para sequestro de CO₂ do biogás em soluções aquosas

Abstract

A pesquisa envolveu o estudo hidrodinâmico e de transferência de massa em uma coluna de borbulhamento/recheada, em escala laboratorial, com 11 x 10⁻² m de diâmetro interno e 43 x 10⁻² m de altura, com a fase líquida fechada e a fase gasosa (ar) aberta ascendente em diferentes velocidades superficiais. Procurou-se identificar as condições operacionais ótimas para o sequestro de CO₂ do biogás com uso de água pura (destilada) e soluções alcalinas de hidróxido de sódio (NaOH 0,50M). A coluna de borbulhamento foi confeccionada em material acrílico transparente, operando à temperatura ambiente (27ºC) e à pressão atmosférica. Foram adicionados ao contactor Gás/Líquido recheios cilíndricos do tipo eletroduto PVC flexível corrugado com diâmetro interno de 16 x 10⁻³ m, 20 x 10⁻³ m de diâmetro externo e altura de 12 x 10⁻³ m, para avaliar os seus efeitos sobre a hidrodinâmica, a transferência de massa Gás/Líquido e as capacidades de sequestro de CO₂ em condições operacionais idênticas ao da coluna de borbulhamento. A retenção gasosa foi estimada por medição da altura dispersão ar/água e da água pura. O coeficiente volumétrico de transferência de massa Gás/Líquido, lado líquido, kʟa, foi determinado empregando-se a técnica de oxigenação dinâmica, com uma sonda tipo WD-35640-50 de tempo de resposta de 50s. As capacidades de absorção do CO₂ na coluna de borbulhamento/recheada foi avaliada mediante o acompanhamento via cromatógrafo à gás Modelo Trace GC Ultra, da concentração do dióxido de carbono na saída da fase gasosa. As velocidades superficiais de ar utilizadas foram 7 x 10⁻⁴ m.s⁻¹ e 22 x 10⁻⁴ m.s-⁻¹ (27°C e 1,0 atm) correspondendo a vazão de gás de 25 L.h⁻¹ (6,94 x 10⁻⁶ m3.s⁻¹) e 75 L.h⁻¹ (2,08 x 10⁻⁵ m3.s⁻¹), respectivamente. Evidenciou-se que com a velocidade de ar de 22 x 10⁻⁴ m.s⁻¹ (a maior) e com a coluna completamente recheada, foi obtido o maior valor do kʟa que foi de 70 x 10⁻⁴ s⁻¹. Observou-se que a saturação de líquido pelo CO₂ é mais rápida com o aumento da velocidade superficial do gás e em colunas recheadas do que em colunas de borbulhamento. Isto se deve principalmente aos altos valores de kʟa obtidos conforme a natureza dos contactores Gás/Líquido empregados, sendo sem (água pura destilada) ou com reação química usando soluções alcalinas de NaOH (0,5M).