tcc - utilizaÇÃo da lama vermelha como agente de remoÇÃo de poluentes: captura de co2

UTILIZAÇÃO DA LAMA VERMELHA UTILIZAÇÃO DA LAMA VERMELHA COMO AGENTE DE REMOÇÃO DE COMO AGENTE DE REMOÇÃO DE

POLUENTES: captura de COPOLUENTES: captura de CO22

Curso Superior de Tecnologia em Gestão Ambiental

Campus Rio de Janeiro

Aluna: Thaíse Nunes LimaOrientadora: Profª. Drª. Simone Lorena Quiterio de Souza

Rio de Janeiro , 2012

1

Sumário

IntroduçãoIntrodução

1.1.Aquecimento globalAquecimento global

2.2.Captura de COCaptura de CO22 através da através da lama vermelhalama vermelha

3.3.MetodologiaMetodologia

4.4.Resultados e discussãoResultados e discussão

ConclusãoConclusão

2

http://vidadeuniversitario.files.wordpress.com/2010/04/apresenta-ccedil-atildeo-da-pessoa-thumb7408464.jpg


3

Os impactos ambientais aumentaram e, atualmente, o mais relevante mundialmente é o aquecimento global.

O dióxido de carbono (CO2) é o principal gás de efeito estufa.

Um exemplo de tecnologias de captura e armazenamento de CO2 é a fixação industrial em carbonatos inorgânicos.

https://lh6.googleusercontent.com/-flBKTVWYQAI/TXPdrjsEWJI/AAAAAAAAA4A/X-gORAxTHDY/CO2.jpg

http://u.jimdo.com/www34/o/sd8f98e172e759248/img/i9d73e51ee8682ddb/1279203410/std/image.jpg

Uma proposta foi apresentada ao Centro de Tecnologia Mineral

Empresa produtora de alumina.

Mudança de matriz energética

Maior emissão de CO2

Solução: utilizar lama vermelha para capturar CO2.


4

http://www.saiadolugar.com.br/arquivos/2010/03/parcerias.jpeg

Etapas do projetoEtapas do projeto

5

Objetivo

Estudar a capacidade de absorção do COEstudar a capacidade de absorção do CO22 originado de misturas gasosas sintéticas originado de misturas gasosas sintéticas

por amostras de lama vermelha e avaliar a por amostras de lama vermelha e avaliar a eficiência de captura do COeficiência de captura do CO22 pela lama pela lama

vermelha através do processo de vermelha através do processo de adsorção.adsorção.

6

http://2.bp.blogspot.com/-7IE3fiVGHfM/Tj3GU3LXC5I/AAAAAAAACeg/G5kQ_Obkuo0/s1600/Objetivo+NFU.png

Temperaturas históricas globais dos últimos 1000 anos e previsões das temperaturas globais dos próximos 100 anos.

Fonte: Banco Mundial, 2010 7

Esquema do efeito estufa.

Fonte: http://www.rudzerhost.com/ambiente/estufa.htm

8

Principais gases do efeito estufa:

Aquecimento global

9

Emissões antrópicas globais de gases de efeito estufa em 2004.

Fonte: IPCC 4th Assessment Report: Climate Change 2007: Synthesis Report.

Gás GWP

CO2 1

CH4 21

N2O 310

HFC-23 11,700

HFC-32 650

HFC-125 2,800

HFC-134a 1,300

HFC-143a 3,800

HFC-152a 140

HFC-227ea 2,900

HFC-236fa 6,300

HFC-4310mee 1,300

CF4 6,500

C2F6 9,200

C4F10 7,000

C6F14 7,400

SF6 23,900

Potencial de Aquecimento Global em um horizonte de tempo de 100 anos.

Fonte: IPCC (1995).

Cenários de emissões do CO2.

Fonte: Banco Mundial, 2010

10

Elevação de temperaturas e do

nível do mar associados às altas concentrações de

CO2.

11Fonte: Banco Mundial, 2010

Mudanças na temperatura, nível do mar e cobertura de neve no Hemisfério

Norte.

12Fonte: IPCC 4th Assessment Report: Climate Change 2007. Synthesis Report, 2007.

Dados do IPCC mostram que o

nível do mar tem aumentado

desde 1961 a uma taxa média de 1,8 mm ano-1 e que desde 1993 o aumento é cerca de 3,1 mm ano-1

devido ao aumento da

temperatura e derretimento das

geleiras

Em 2011 a Energy

International Agency (EIA)

divulgou que as emissões de

gases de efeito estufa de 2010

bateram recorde e a

quantidade de CO2 emitida

chegou a 30,6 gigatoneladas.

Fontes de emissão de CO2.

Aquecimento GlobalAquecimento Global

13Fonte: EPA - Inventory Of U.S. Greenhouse Gas Emissions And Sinks (1990-2009), 2011

Uma das indústrias que mais emitem

CO2 na atmosfera é a indústria de

alumínio.

De acordo com o IPCC o processo de produção do

alumínio é responsável, por

aproximadamente, 1% das emissões globais de gases de efeitos estufa.

Emissões de CO2 pela produção de alumínio (1 Tg = 1Mt).

Aquecimento GlobalAquecimento Global

14

Ano Tg CO2 eq

1990 6,8

2000 6,1

2005 4,1

2006 3,8

2007 4,3

2008 4,5

2009 3,0

Fonte: EPA - Inventory Of U.S. Greenhouse Gas Emissions And Sinks (1990-2009), 2011

Indústria de alumínioIndústria de alumínio

15

Insumo Quantidade

Alumina 1919 kg t-1 Al

Energia elétrica 15,0 MWhcc t-1 Al

Criolita 8,0 kg t-1

Fluoreto de alumínio 19,7 kg t-1

Coque de petróleo 0,384 kg kg-1 Al

Piche 0,117 kg kg-1 Al

Óleo combustível 44,2 kg t-1

Insumos da produção de alumínio primário.

Fonte ABAL: http://www.abal.org.br/aluminio/producao_alupri.asp

Fluxograma do Processo Bayer.16

Fonte: CONSTANTINO, V.R.L. et al., 2002

Processo BayerProcesso Bayer

17

A lama vermelha é proveniente do refino da bauxita para produção de alumina (Al2O3) através do processo Bayer.

Em média são geradas 2 toneladas de resíduo para cada tonelada de alumina produzida.

Lama vermelhaLama vermelha

18

Esse resíduo contém alto teor de alcalinidade.

Fonte: http://n.i.uol.com.br/noticia/2010/10/16/desastre-ambiental-na-hungria-1287276627083_615x300.jpg

Disposição a seco

XDisposição

a úmido

19

Fonte: SILVA FILHO et al., 2007

A disposição inadequada da lama vermelha pode acarretar em problemas como:


20

Contaminação da água de superfície e subterrânea por NaOH, ferro, alumínio ou outro agente químico;

Contato direto com animais, plantas e seres humanos;

O vento pode carrear pó dos depósitos de lama vermelha seca, formando nuvens de poeira alcalina;

Impacto visual sobre uma extensa área.

A lama vermelha surge como alternativa para a indústria de alumínio como abatedora do CO2 e tem como consequência a sua neutralização constituindo um benefício secundário da captura do gás.


21

A lama vermelha é composta geralmente por óxidos de ferro, quartzo, aluminossilicatos de sódio, carbonatos e aluminatos de cálcio e dióxido de titânio presente em traços.

AbsorçãoAbsorção

22

NaAl(OH)4 + CO2 ↔ NaAlCO3(OH)2 + H2O

NaOH + CO2 ↔ NaHCO3

Na2CO3 + CO2 + H2O ↔ 2NaHCO3

3Ca(OH)2 • 2Al(OH)3 + 3CO2 ↔ 3CaCO3 + Al2O3 • 3H2O + 3H2O

Na6[AlSiO4]6 • 2NaOH + 2CO2 ↔ Na6[AlSiO4]6 + 2NaHCO3

A lama vermelha possui uma grande área superficial, um bom tamanho de poros e uma boa distribuição desses poros.

AdsorçãoAdsorção

23

Malha # Abertura µm Fração %

48 297 0,71

65 210 1,38

150 105 5,53

200 74 3,79

325 45 6,53

400 38 9,78

-400 -38 72,28

100,00

Classificação granulométrica da lama vermelha

Sedimento Dimensão

Argila Menor que 4 µm

Silte Entre 4 µm e 64 µm

Areia Entre 64 µm e

Cascalho Entre e

Seixo Entre e

Bloco ou Calhau Entre e

Matacão Maior que

Escala de Wentworth

Fonte: Sistema Nacional de Informação Geocientífica

A aplicação da lama vermelha em outras atividades após a sua neutralização proporciona uma diminuição dos custos econômicos e dos riscos ambientais.

Aplicações da lama vermelhaAplicações da lama vermelha

24

Construção civil;

Indústria de cerâmica;

Agricultura;

Meio ambiente.

Metodologia - AbsorçãoMetodologia - Absorção

25

Sistema de absorção gasosa consistindo de reator de vidro, pHmetro, cromatógrafo a gás e

notebook com software para aquisição de dados.

Vazão (cm3

min-1)

Composição (% CO2 v

v-1)*

VA = 2362 23

VB = 1766 20

VC = 1736 12

VD = 835 12

Vazões e composições gasosas utilizadas.


26

1. Ajuste da concentração de CO2 empregando rotâmetro e misturador.

2. Alimentação do reator de vidro com suspensão de lama vermelha.

3. Injeção de ar no reator de vidro.

4. Medidor de vazão de gases

5. Detecção contínua a cada 3 min da concentração do gás na saída do reator através do cromatógrafo a gás.

6. Detecção contínua a cada 30s do pH da amostra.

7. Registro de dados (software).

Nas suspensões com 20% e 5 % de sólidos foram adicionados sais nos processos de absorção gasosa pela lama vermelha.

Em algumas suspensões de 5% e 20% de sólidos foram adicionados 4g de CaSO4.

Em algumas suspensões de 20% de sólidos foram adicionados 3,43g de NaCl.

27


Metodologia - Adsorção

28

Sistema de adsorção consistindo de coluna, analisador de gases e notebook com software

para aquisição de dados.

Teste Condições Operacionais

Conc. CO2

(%)

Massa de

Lama (g)

Vazão (L

min-1)

1 10 600 6,0

2 10 600 4,0

3 15 400 2,5

4 15 1000 5,0

5 10 200 4,0

6 15 400 5,0

7 34 400 5,0

8 15 400 10,0

9 6 400 5,0

10 15 400 5,0

11 15 120 5,0

12 20 600 4,0

13 20 200 6,0

14 20 600 6,0

15 20 200 4,0

16 10 200 6,0

Condições experimentais para os ensaios de

adsorção.

Metodologia - Adsorção

29

1. Ajuste da concentração de CO2 empregando rotâmetro, misturador e analisador de gases

2. Alimentação da coluna com amostra de lama vermelha.

3. Injeção de ar na base da coluna.

4. Medidor de vazão de gases

5. Detecção contínua a cada 10s da concentração do gás na saída da coluna através do analisador de gases.

6. Registro de dados (software).

A fim de determinar e avaliar a capacidade

de adsorção e a correlação existente

entre a vazão e a massa de lama

vermelha aplicou-se à análise estatística dos

resultados encontrados.

Metodologia – Análise EstatísticaMetodologia – Análise Estatística

30http://www.gawkwire.com/thumbnail.php?file=statsoft_188376968.jpg&size=article_medium

Resultados e Discussão - AbsorçãoResultados e Discussão - Absorção

31

00:00 07:00 14:00 21:00 28:00 35:00 42:00 49:00

7

8

9

10

11

12

13

pH

tempo (min)

35% A 35% B 30% A 30% B 20% C 20% D 10% C 10% D

Variação do pH com o tempo de absorção de amostras de suspensão com diversas concentrações, utilizando a vazão de 1766 cm3 min-1 (20% CO2).

32


00:00 07:00 14:00 21:00 28:00 35:00 42:007

8

9

10

11

12pH

tempo (min)

30% A 30% B 30% C 35% A 35% B 35% C

Variação do pH com o tempo de absorção de amostras de suspensão 30 e 35%, utilizando as vazões de 2362 cm3 min-1 (23% CO2) para amostras 30% C e 35% C e

de 1766 cm3 min-1 (20% CO2) para as demais amostras.

33

ResultadosResultados e Discussão - Absorçãoe Discussão - Absorção

00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00

7

8

9

10

11

pH

tempo

E20%Ca E20%Na E20%

Variação do pH com o tempo de absorção de amostras da suspensão com 20% de sólidos, utilizando a vazão de 2362 cm3 min-1 (23% CO2). Adição de CaSO4 e

NaCl nas amostras E20%Ca e E20%Na, respectivamente.

34


00:00 02:30 05:00 07:30 10:00 12:300

5

10

15

20

25

30

tempo (min)

% C

O 2 Ab

so

rvid

o 5%, VA 20%, VA 20%, CaSO4, VA

00:00 03:30 07:00 10:30 14:00 17:30 21:00

0

6

12

18

24

30

36

tempo (min)

% C

O 2 Ab

so

rvid

o

5%, VB 5%, CaSO4,VB 10%, VB 20%, VB

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00

10

15

20

25

30

35

40

tempo (min)

% C

O 2 A

bso

rvid

o 5%, VC 5%, CaSO4,VC 10%, VC 20%, VC

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00

20

30

40

50

60

70

80

% C

O 2 Ab

so

rvid

o

tempo (min)

5%, VD 5%, CaSO4,VD 10%, VD 20%, VD 30%, VD

Curvas de variação do CO2 absorvido em função do tempo de absorção de amostras com concentrações diversas, submetidas a diferentes vazões do gás de entrada. VA = 2362 cm3 min-1 (23% CO2); VB = 1766 cm3 min-1 (20% CO2); VC = 1736 cm3 min-1 (12% CO2); VD = 835 cm3

min-1 (12% CO2).

35


0 5 10 15 20 25

7

8

9

10

11

pH

Dias

20%, 3 min 20%, 6 min 10%, 3 min 10%, 6 min 5%, 3 min 5%, 6 min

Curvas de variação do pH em função do tempo de repouso das amostras (suspensões de lama) submetidas ao processo de absorção por 3 e 6 minutos.

36

Resultados e Discussão - AdsorçãoResultados e Discussão - Adsorção

Teste

Resultados Obtidos

% de Adsorção Massa de CO2 Adsorvida (g) Capacidade de Adsorção (kg/t)

1 54,18 0,988 1,646

2 90,23 1,440 2,399

3 46,06 0,450 1,125

4 91,74 1,806 1,806

5 68,02 0,819 4,097

6 21,15 0,659 1,647

7 15,01 0,689 1,722

8 23,63 0,492 1,229

9 20,75 0,198 0,494

10 26,19 0,732 1,829

11 23,66 0,174 1,451

12 48,57 1,627 2,711

13 21,71 0,425 2,123

14 35,32 1,117 1,862

15 21,30 0,301 1,505

16 25,38 0,267 1,333

37


Variação do percentual de CO2 adsorvido com o tempo de contato em leito fixo.

38


Superfície de contorno para capacidade de adsorção de CO2 em leito fixo de lama vermelha.

ConclusãoConclusão

39

tcc - utilizaÇÃo da lama vermelha como agente de remoÇÃo de poluentes: captura de co2

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