Confinement et subjectivation

Neste trabalho, foi analisado o efeito dos aditivos ácido cítrico, óxido de magnésio e sulfato de amônio no processo de dissolução da cal. Também foi avaliada a influência das variáveis temperatura e grau de agitação no fenômeno estudado. Para isso, realizou-se os experimentos em um sistema pH-stat e foi proposto um modelo de regressão para representação dos dados obtidos. Em geral, pôde-se constatar que os dois aditivos de caráter ácido apresentaram um impacto positivo na taxa de dissolução da cal, enquanto que o aditivo de caráter básico apresentou um impacto negativo. Todavia, a magnitude do efeito demonstrado pelo ácido cítrico foi bem menor que o apresentado pelo sulfato de amônio.

O mecanismo de ação dos aditivos ácidos na taxa de dissolução do calcário é bem documentado na literatura e suspeita-se que um mecanismo parecido aconteça na dissolução da cal. Porém, resta verificar se o aumento na taxa de dissolução da cal resultante do emprego de aditivos ácidos de fato se traduzirá em uma melhora na eficiência de dessulfuração. Os resultados aqui obtidos indicam que isso será verdade no caso do sulfato de amônio, uma vez que a taxa de dissolução do sólido em estudo dobrou ao adicionar 10 % em mol desse composto em relação à quantidade de cal a 60 °C (Ver Anexo C), na ausência de limitações pela transferência de massa. O mesmo não pode ser dito para o ácido cítrico, cuja adição de 10 % em mol em relação à cal resultou em uma melhora de apenas 15 %.

É importante ressaltar que, embora extremamente importante, a dissolução do cal é apenas um dos inúmero fatores a serem considerados em processos de SDA. Os resultados aqui obtido mostram que o aumento da temperatura leva a uma melhora na taxa de dissolução do álcali. Porém, altas temperaturas da suspensão de cal levam a um aumento da quantidade de água perdida por evaporação. Isso pode resultar em um alto valor de _{∆TBU e consequentemente em uma baixa eficiência de} dessulfuração, conforme visto na seção 3.2.1. Constatou-se também que o óxido de magnésio torna o processo de dissolução da cal mais lento. Porém, baseado somente no que foi feito neste trabalho, não há como concluir que a utilização deste composto resultará em uma redução na eficiência de dessulfuração, pois ele participa diretamente do mecanismo reacional envolvido na remoção de SO2. Como visto na

seção 5.3, não foi possível levar isso em consideração por conta das limitações do sistema utilizado.

Em suma, um correto entendimento do processo de dissolução da cal está fortemente ligado a uma melhor performance do sistema de SDA. Além de diminuir a resistência a transferência de massa na fase líquida e acarretar em uma maior eficiência de remoção de enxofre, a solubilização correta deste composto também previne problemas operacionais relacionados a incrustações. Todavia, sistemas de SDA envolvem diversos fenômenos físicos como transferência de calor, momentum e massa além da dissolução do álcali e neutralização do enxofre. Embora este estudo tenha levantado hipóteses condizentes com as tendências observadas experimentalmente no sistema pH-stat e com os resultados das análises estatísticas, vê-se a necessidade de realizar ensaios em uma planta piloto de SDA. Dessa maneira, será possível considerar o impacto das variáveis estudas em toda a sua integralidade e tirar conclusões que melhor se aproximem da realidade dos processos industriais.

Para trabalhos futuros, sugere-se estudar o efeito do pH na taxa de dissolução da cal, bem como seu impacto na performance do sulfato de amônio. Sugere-se também otimizar a dissolução do sólido, empregando maiores quantidades de sulfato de amônio em busca de um modelo que represente as proximidades do ponto ótimo.

REFERÊNCIAS

BENSON, L. New Magnesium – Enhanced Lime Flue Gates Desulfurization Process. n. September, 2001.

BHARADWAJ, H. K. et al. Dissolution kinetics of magnesium hydroxide for CO2 separation from coal-fired power plants. Journal of Hazardous Materials, v. 250_– 251, p. 292–297, 2013.

BRINKMANN, T. et al. Best Available Techniques Reference Documents for Common Waste Water and Waste Gas Treatment/Management in the Chemical Sector. 2016

CALDERBANK, P. H.; MOO-YOUNG, M. B. The continuous phase heat and mass transfer properties of dispersions. 1960.

CHENG, C. M. et al. Leaching characterization of dry flue gas desulfurization materials produced from different flue gas sources in China. Fuel, v. 204, p. 195–205, 2017. CÓRDOBA, P. Status of Flue Gas Desulphurisation (FGD) systems from coal-fired power plants: Overview of the physic-chemical control processes of wet limestone FGDs. Fuel, v. 144, p. 274–286, 2015.

DEL VALLE-ZERMEÑO, R. et al. Reutilization of low-grade magnesium oxides for flue gas desulfurization during calcination of natural magnesite: A closed-loop process. Chemical Engineering Journal, v. 254, p. 63–72, 2014.

DEPRIEST, W.; GAIKWAD, R. P. Economics of lime and limestone for control of sulfur dioxide. Proceedings of Combined Power Plant Air Pollutant Control Mega Symposium, Washington, DC, p. 1_{–25, 2003.}

FRANDSEN, J. B.; KIIL, S.; JOHNSSON, J. E. Optimisation of a wet FGD pilot plant using fine limestone and organic acids. Chemical Engineering Science, v. 56, n. 10, p. 3275_{–3287, 2001.}

HEEBINK, L. V et al. Current Status of Spray Dryer Absorber Material Characterization and Utilization. World of Coal Ash (WOCA), v. Kentucky, n. May 7-10, p. 1–13, 2007. HEIDEL, B.; HILBER, M.; SCHEFFKNECHT, G. Impact of additives for enhanced sulfur dioxide removal on re-emissions of mercury in wet flue gas desulfurization. Applied Energy, v. 114, p. 485–491, 2014.

HILL, F. F.; ZANK, J. Flue gas desulphurization by spray dry absorption. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, v. 39, n. 1, p. 45_{–52, 2000.}

JIANG, Y. et al. Dry CFB-FGD By-Product Utilization - International Prospectives. n. 1, 2011.

KOECH, L. et al. Dissolution kinetics of sorbents and effect of additives in wet flue gas desulfurization. Reviews in Chemical Engineering, v. 30, n. 6, p. 553_{–565, 2014.} LEVENSPIEL, O. Reações Fluido-Partícula: Cinética. In: LEVENSPIEL, Octave. Engenharia das Reações Químicas. 3. ed. São Paulo: Blucher, 2000. Cap. 25. p. 477-490

MONTGOMERY, D. C. Experiments with a Single Factor: The Analysis of Variance. In: MONTGOMERY, Douglas C. Design and Analysis of Experiments. 7. ed. Arizona: Wiley, 2009. Cap. 3. p. 60-114.

MORETTI, A. L. State-of-the-Art Upgrades to Existing Wet FGD Systems to Improve SO2 Removal, Reduce Operating Costs and Improve Reliability. Power Gen Europe,

2014.

REN, R. S. et al. Application of additives to the wet flue gas desulfurization. International Conference on Electric Technology and Civil Engineering, ICETCE 2011 - Proceedings, p. 1037–1040, 2011.

REZAEI, F. et al. SOx/NOx Removal from Flue Gas Streams by Solid Adsorbents: A Review of Current Challenges and Future Directions. Energy & Fuels, v. 2040, n. x, p. 1–65, 2015.

ROCHELLE, G. T.; KING, C. J. The Effect of Additives on Mass Transfer in CaCO3 or CaO Slurry Scrubbing of SO2 from Waste Gases. Industrial and Engineering Chemistry Fundamentals, v. 16, n. 1, p. 67–75, 1977.

RUTTO, H.; ENWEREMADU, C. A study on dissolution of a South African calcium based material in acetic acid solution for flue gas desulphurisation. 2011 International Conference on Electrical and Control Engineering, ICECE 2011 - Proceedings, n. September, p. 5701–5705, 2011a.

RUTTO, H.; ENWEREMADU, C. Dissolution of a South African calcium based material using urea: An optimized process. Korean Journal of Chemical Engineering, v. 29, n. 1, p. 1–8, 2012.

RUTTO, H. L.; ENWEREMADU, C. The dissolution study of a south african magnesium-based material from different sources using a pH-stat. Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly, v. 17, n. 4, p. 459–468, 2011b

RUTTO, H.; SIAGI, Z.; MBARAWA, M. Effect of ammonium compounds on dissolution rate of South African calcium-based material. Journal of Hazardous Materials, v. 168, n. 2–3, p. 1532–1536, 2009.

SARGENT & LUNDY. Dry Flue Gas Desulfurization Technology E Valuation. National Lime Association, n. Project No. 11311-000, 2002.

SCALA, F.; D’ASCENZO, M.; LANCIA, A. Modeling flue gas desulfurization by spray- dry absorption. Separation and Purification Technology, v. 34, n. 1_{–3, p. 143–153,} 2004.

SHIH, S. M.; LIN, J. P.; SHIAU, G. Y. Dissolution rates of limestones of different sources. Journal of Hazardous Materials, v. 79, n. 1–2, p. 159–171, 2000.

SIAGI, Z. O. et al. The effects of limestone type on the sulphur capture of slaked lime. Fuel, v. 86, n. 17–18, p. 2660–2666, 2007.

SIAGI, Z. O.; MBARAWA, M. Dissolution rate of South African calcium-based materials at constant pH. Journal of Hazardous Materials, v. 163, n. 2_{–3, p. 678–682, 2009.} STEAG. Steagips FGD gypsum, 2012. Disponível em:< https://www.steag- powerminerals.com/spm-rea-gips-steagips+M52087573ab0.html>. Acesso em: 17 de nov. 2016

STERGARŠEK, A. et al. Modelling and experimental measurements of limestone dissolution under enhanced wet limestone fgd process conditions. Acta Chimica Slovenica, v. 46, n. 3, p. 323–338, 1999.

SU, Q. et al. Development of Key Technologies for Dry FGD By-Product Resource Comprehensive _{Utilization : A Project History. 2015.}

U.S. ENERGY INFORMATION ADMINISTRATION. International Energy Outlook 2017 Overview. International Energy Outlook, v. IEO2017, n. September 14, 2017. USEPA. Air Pollution Control Fact Sheet. EPA-CICA Fact Sheet: Flue Gas Desulfurization, p. 1–6, 2003.

WANG, X. et al. Simulation of the heterogeneous semi-dry flue gas desulfurization in a pilot CFB riser using the two-fluid model. Chemical Engineering Journal, v. 264, p. 479–486, 2015.

WORLD ENERGY COUNCIL. World Energy Resources 2016. World Energy Resources 2016, p. 4–37, 2016.

XIANG, G. et al. Dissolution rate of limestone for wet flue gas desulfurization in the presence of sulfite. Journal of Hazardous Materials journal, v. 168, p. 1059–1064, 2009.

YANG, H. M. O.; KIM, S. S. Experimental study on the spray characteristics in the spray drying absorber. Environmental Science and Technology, v. 34, n. 21, p. 4582–4586, 2000.

YOU, C.; LI, Y. Population balance for CFB-FGD systems. Powder Technology, v. 235, p. 859–865, 2013.

ZHAO, J. et al. Dissolution characteristics of calcium-based alkaline industrial derived wastes. Canadian Journal of Chemical Engineering, v. 93, n. 3, p. 532–537, 2013. ZHOU, Y. et al. Hydrodynamics of gas-solid flow in the circulating fluidized bed reactor for dry flue gas desulfurization. Powder Technology, v. 205, n. 1–3, p. 208–216, 2011

ANEXO A – EFEITO DA AGITAÇÃO NA DISSOLUÇÃO DA CAL. DADOS LINEARIZADOS

Fonte: autoria própria. Condições: temperatura, 60 °C; pH, 5; concentração de sólido, 0,6 g/L 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 - (1 -x) 1/3 tempo (min) 880 rpm 1320 rpm 1760 rpm 2200 rpm

ANEXO B – EFEITO DA TEMPERATURA NA DISSOLUÇÃO DA CAL. DADOS LINEARIZADOS

Fonte: autoria própria. Condições: agitação, 1320 rpm; pH, 5; concentração de sólidos, 0,6 g/L. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 0 10 20 30 40 50 60 70 1 - (1 -x) 1/ 3 tempo (min) 60 °C 50 °C 40 °C 30 °C

ANEXO C – EFEITO DOS ADITIVOS NA DISSOLUÇÃO DA CAL. DADOS LINEARIZADOS

Fonte: autoria própria. Condições: agitação, 1320 rpm; pH, 5; concentração de sólidos, 0,6 g/L; aditivo, 10 % em mol; temperatura, 60 °C 0 0,2 0,4 0,6 0,8 0 10 20 30 40 50 60 1 - (1 -x) 1/3 tempo/min sulfato de amônio óxido de magnésio sem aditivo ácido cítrico

ANEXO D – TABELA DE RESULTADOS EXPERIMENTAIS

Aditivo Massa de aditivo

(mg) Temperatura (°c) Agitação (rpm) dissolução Taxa de (min-1₎ Erro % Sem aditivo Xxx 60 1320 0,027 0,00 Sem aditivo Xxx 50 1320 0,021 9,48 Sem aditivo Xxx 40 1320 0,018 5,76 Sem aditivo Xxx 30 1320 0,010 6,42 Sem aditivo Xxx 60 880 0,012 5,71 Sem aditivo Xxx 60 1760 0,027 2,99 Sem aditivo Xxx 60 2200 0,025 4,35 Óxido de magnésio 1,28 60 1320 0,014 1,25 Ácido cítrico 6,00 60 1320 0,031 5,38 Sulfato de amônio 4,00 60 1320 0,054 0,00 Sulfato de amônio 4,00 50 1320 0,024 11,10 Sulfato de amônio 4,00 40 1320 0,017 6,76 Sulfato de amônio 4,00 30 1320 0,015 3,17 Sulfato de amônio 4,00 60 880 0,017 4,98 Sulfato de amônio 4,00 60 2200 0,046 6,48 Sulfato de amônio 4,00 60 1760 0,057 6,87