Produção de gás de síntese por plasma térmico via pirolise de metano  e dióxido de carbono.

O biogás trata-se de um gás que apresenta em sua composição CH₄ (45 a 65%), CO₂ (35 a 41%) N₂  (1 a 17%) e numa taxa de menos de 1% de O₂. Alem de outras substâncias, tais como: benzeno, aldeídos e cetonas, ácidos graxos voláteis, sulfetos e dissulfetos, amônias e aminas. Substâncias que agregam um odor desagradável

O biogás tem como suas fontes aterros  sanitários biodigestores  e resíduos animais. Sendo resultados da decomposição por micro-organismos em condições anaeróbicas de material orgânico.

O metano presente no biogás pode chegar a uma porcentagem de 65%v/v nas condições de produção de biodigestores de esgoto. Este biogás pode ser usado como combustível por apresentar uma elevada entalpia de combustão presente no metano   _cH= -890 Kj.mol^-1. Podendo também ser usado também na reforma a seco na produção de gás de síntese.

INEXPLICADO:

A reforma a seco permite q conversão de CH₄ e CO₂ em gás de síntese através das reações:

1.    Equação 1: Razão 1/1 entre H_2/CO₂

CH_4(g)  + CO_2(g)                   2H_2(g) 2CO_(g)

2.   

Equação 2:  Síntese  de Metano:
                              2H_2(g)  + CO_(g)                  CH₃OH_(l)

3.    

Equação 3: Processo Fisher Tropsch para produção de alcanos:

                            (2n+1)H_2(g)  + nCO_(g)                C_nH_(2n+2) + nH₂O_(l)

As reformas são adequadas para fontes de biogás que apresenta produções similares de CH₄ e CO₂, como pro exemplo os aterros sanitários.

Durante a reforma catalítica existem reações que ocorrem paralelamente as, sendo algumas delas desejáveis e outras não.

1.    Equação 4: Nesta reação há o aumento da concentração de CO₂ e o rendimento de CO:

                                           CO_2(g) + H₂                     H₂O_(g) + CO_(g)

2.    A reação de Boudoard diminui a conversão de CO_2(g) e o rendimento de CO:

                                            2CO_(g)                 CO₂ + C_(s)

3.    Esta reação aumenta a conversão de metano e o rendimento de H₂:

                                             CH_4(g)          C_(s) + 2H_2(g)

As equações 5 e 6 provam porque surge carbono solido durante o processo de reforma.

Remoção de compostos sulfurados, com o objetivo de evitar o envenenamento dos catalizadores, lenta ignição e como se trata de um processo onde há o consumo de calor muito alto pela  reação. Há uma necessidade de uma fonte termina externa. Essas são  alguma das limitações técnicas industriais  para o processo de reforma catalítica de biogás.

Novas técnicas vêm sendo estudadas para solucionar as limitações praticas da indústria, entre essas técnicas estudadas tem-se a Reforma por Plasma Térmico.  

O plasma térmico consiste de uma mistura de espécies quimicamente ativas altamente energéticas formadas de partículas neutras, íons, fótons e elétrons em equilíbrio termodinâmico, em que as temperaturas dos elétrons e das partículas estão em equilíbrio na faixa de 3000 a 50.000k. Na reação de reforma do biogás por plasma térmico, a alta temperatura do meio e todas estas espécies ativas participam na quebra das ligações químicas para produzir novas espécies.

O processo de degradação ou decomposição por plasma térmico segue-se em duas etapas:

·         1^a – As altas temperaturas geradas pelo plasma juntamente com a dissociação por impacto de elétrons quebram as ligações químicas das moléculas formando radicais livres extremamente reativos e instáveis.

·         2^a – No esfriamento da mistura gasosa se recombinando espontaneamente formando novas substâncias.

     

Embora a tecnologia por plasma térmico aplicado a produção de gás de síntese pela reforma de biogás se mostra eficiente, vários aspectos do processo precisa ser elucidado, tais como: 

·         Composição e pureza do material de partida;

·         Produção da mistura dos componentes;

·         Identificação das diferentes substâncias formada.

Pra quem gostou  já fica a dica pra continuar as pesquisas.

ATT: Daniel Medeiros de Andrade

Referência: Quím. Nova, vol34, N9,1491 – 1495, 2011