Artigo Técnico – Sistemas catalíticos de controle da poluição removem compostos orgânicos voláteis

química e derivados, sistema catalítico
Sistema catalítico LPX instalado na Roche Diagnostics

Os processos catalíticos para o tratamento de perigosos poluentes do ar estão de volta. Nos últimos quinze a vinte anos, eles foram muitas vezes substituídos por outros processos de oxidação térmica pela susceptibilidade dos catalisadores ao envenenamento. A volta da oxidação catalítica de compostos orgânicos voláteis (VOC) se deve a duas vantagens persuasivas: o seu baixo consumo de energia e as emissões de NOx notoriamente baixas.

Os especialistas da EES (Envi­ronmen­tal and Energy Systems), uma divisão de máquinas e instalações de engenharia do grupo Dürr, constataram que, no campo do tratamento dos poluentes atmosféricos, os processos catalíticos são os preferidos na indústria de transformação química. As áreas clássicas de aplicação são os sistemas de redução utilizados em instalações de produção de ácido tereftálico purificado (PTA); para os processos de calcinação (fabricação de catalisadores); e na fabricação de anidrido maleico, olefinas, borracha natural e acrílico.

Graças à sua maior eficiência para tratamento de menores fluxos de ar de exaustão e menores cargas de VOC, a tendência ganha força também em outros segmentos. Isso inclui as indústrias de processos químico, petroquímicas e as farmacêuticas. A quantidade de solventes descarregados com o fluxo de ar de exaustão deve ser a mínima possível, em razão do custo dos mesmos. Os processos modernos de produção consideram esta questão cada vez mais em seus cálculos de eficiência de material.

Pesando os benefícios – Algumas normas importantes para a escolha do processo adequado olham os parâmetros de processo, como vazão, temperatura, partículas no ar contaminado e natureza do VOC. Para escolher o catalisador correto, é importante saber os tipos de VOC (aromáticos, oxigenados, hidrocarbonetos halogenados ou alcanos) que precisam ser removidos. Para o metano, não existe atualmente nenhum catalisador eficaz. O objetivo é, entretanto, que os futuros tipos de catalisadores sejam capazes de remover esta substância.

Com o propósito de oferecer o catalisador mais adequado – a peça principal da instalação – para a composição específica do ar extraído, a Dürr EES está fazendo uma parceria com importantes fabricantes de catalisadores, como a Haldor Topsoe, para fazer um melhor uso do seu extenso portfólio de produtos.

Os venenos de catalisador podem desativá-lo em um curto tempo de funcionamento, por isso o material de catalisador tem que ser substituído periodicamente, para manter os níveis de emissões dentro dos limites especificados. Nas últimas décadas não houve mudanças significativas nas substâncias ativas dos catalisadores e nos venenos de catalisador. Substâncias como o silício, fósforo, enxofre, halogênios, selênio e metais – em especial o germânio, arsênio e telúrio – são as mais frequentemente citadas como causadoras de envenenamento. Estas substâncias podem ser toleradas em baixas concentrações, mas certos limites não devem ser ultrapassados.

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Sistema catalítico LPX instalado na Roche Diagnostics

O último critério importante para a escolha do adequado processo de redução é a concentração de VOC em si. Ao contrário dos comparáveis processos térmicos, os processos catalíticos são autotérmicos já em baixas concentrações. Isso significa que nenhuma energia primária adicional precisa ser fornecida para preaquecer suficientemente o ar extraído na temperatura exigida no catalisador. Quando as concentrações de VOC são demasiadamente elevadas, o ar precisa ser diluído antes de passar pelo sistema de redução. Entretanto, certos limites são definidos. Se o fluxo de ar tratado é diluído em demasia, a vazão de ar aumenta desproporcionalmente, resultando em maiores custos para as unidades individuais e para o catalisador.

No final, as vantagens dos processos de redução catalítica estão na economia de fontes de energia primária, uma vez que já em pequena concentração de solvente a limpeza pode ser efetuada sem energia adicional. Como resultado, temos a redução do consumo de combustível, da produção de CO2 e das emissões de NOx em comparação com os outros processos térmicos.

Tecnologias de redução catalítica:

Sistemas catalíticos de alta pressão – Para a purificação dos gases de combustão de instalações produtoras de ácido tereftálico purificado (PTA) e outras aplicações extraídas a alta pressão, a Dürr aplica, como padrão, o sistema de redução Ecopure HPX. O ar extraído que surge sob alta pressão normalmente contém acetato de metila, brometo de metila e monóxido de carbono, e pode ser tratado diretamente, sem descompressão anterior.

O gás de combustão do processo é aquecido até a temperatura exigida para o funcionamento do catalisador por uma combinação de trocadores de calor, que operam com vapor ou ar preaquecido e ar purificado e aquecido num trocador de calor ar/ar. Após a conversão dos poluentes no catalisador, o gás de combustão purificado é resfriado e o calor é recuperado no trocador de calor ar/ar. O gás de combustão purificado sob pressão é então encaminhado para um expansor para recuperação de energia, e pode ser usado para o transporte pneumático ou qualquer outro tratamento de ácido bromídrico. A Dürr EES está desenvolvendo, fabricando e instalando um sistema Ecopure HPX para uma unidade de produção de PTA na China, com uma capacidade de tratamento de 440 mil kg/h.

Sistemas catalíticos de baixa pressão – Os sistemas Ecopure LPX são adequados, em princípio, para todas as aplicações catalíticas. Em um sistema Ecopure LPX, a conversão de VOC se dá em pressões ligeiramente acima ou abaixo da pressão ambiental. O ar de exaustão das instalações de produção é normalmente aquecido por um trocador de calor ar/ar. O ar continua normalmente a ser aquecido até a temperatura necessária ao funcionamento do catalisador por um queimador de óleo térmico ou vapor. O calor gerado durante o processo de conversão do VOC é transferido para o ar de exaustão não tratado da instalação de produção. Se a concentração de VOC for tão alta a ponto de gerar mais calor do que o necessário, o excesso de calor pode ser canalizado por meio de um trocador de calor com bypass diretamente na chaminé, sem ser utilizado. O Ecopure LPX, o mais recente sistema da Dürr, está sendo comissionado no momento na instalação da Sauer, na Alemanha. Este sistema muito compacto é elaborado para uma capacidade de 3.000 Nm³/h.

Sistemas catalíticos regenerativos – Se o ar de exaustão de uma instalação de produção possui uma concentração muito baixa de VOC, deve ser empregado um sistema de troca térmica mais eficiente do que os sistemas de recuperação de calor usados no modelo Ecopure LPX. No sistema Ecopure RCO (oxidante catalítico regenerativo), da Dürr, o ar é aquecido de forma regenerativa por um trocador de calor cerâmico, antes que os VOCs sejam convertidos no catalisador. Após o tratamento, o calor no ar purificado é novamente recuperado no trocador cerâmico. Em seguida, o calor armazenado é transferido novamente para o ar contaminado. Para garantir que este princípio funcione de forma segura, o Ecopure RCO tem pelo menos dois corpos de trocador de calor de cerâmica, interconectados por uma câmara de combustão, que alternadamente transferem e/ou absorvem a energia.

Purificação do gás de combustão – Os sistemas Ecopure SCR para a redução catalítica seletiva de NOx convertem cataliticamente os óxidos de azoto contidos no gás de combustão. Como não é um sistema para a conversão de compostos orgânicos voláteis, este tipo não é descrito em mais detalhes, apenas mencionado aqui por uma questão de integridade.

Revista Química e Derivados - Markus Zimmermann, engenheiro mecânico, formado na Uni­ver­sidade de Stuttgart. Trabalha desde 2004 na Dürr Systems GmbH, em Bietigheim-Bissingen, na AlemanhaCom sua grande variedade de sistemas de remoção de VOC, a Dürr cobre a diversidade dos diferentes processos de produção de seus clientes. Os sistemas Ecopure da Dürr não só fornecem soluções eficazes e eficientes para problemas de ar de extraído, mas também oferecem baixos custos operacionais e baixo consumo de energia.

A Dürr é um grupo de engenharia de máquinas e instalações industriais de atuação mundial. Cerca de 80% de suas transações comerciais são realizadas com a indústria automotiva. Além disso, abastece as indústrias aeronáutica, mecânica, química e farmacêutica com tecnologia inovadora nas áreas de produção e meio ambiente. O grupo Dürr atua em três áreas empresariais: Sistemas de Pintura e Montagem Final (tecnologia de produção e pintura, principalmente para carrocerias de automóveis); Máquinas e Sistemas de Medição e Processos (usados em motores e caixas de transmissão e na montagem final de veículos); e na área de Tecnologia de Sistemas de Lavagem (processos para a melhoria da eficiência energética e da purificação do ar). Atuando em 21 países, o grupo, com cerca de 5.900 funcionários, alcançou um volume de vendas de 1,26 bilhão de euros.

O autor

Markus Zimmermann é engenheiro mecânico, formado na Uni­ver­sidade de Stuttgart. Trabalha desde 2004 na Dürr Systems GmbH, em Bietigheim-Bissingen, na Alemanha, como gerente de vendas para sistemas de controle da poluição de ar via oxidação térmica e catalítica, para poluentes gasosos e líquidos, inclusive recuperação de energia para as indústrias mais diversificadas. E-mail:[email protected]. Contatos no Brasil com o engenheiro Joachim Uwe Lorenzen, gerente da divisão de sistema de lavagem e filtragem da Dürr do Brasil, pelo e-mail: [email protected].

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