Caracterización de componentes adsorbidos en carbón activo

ENCUENTRO VIRTUAL 2020 - www.redbiolac.org

Caracterización de componentes adsorbidos en carbón activo y

silica gel de filtros de biogás en fincas agropecuarias

Jean Carlo Guerrero Piña

Programa Biogás para Todos

Asociación Costarricense de Biogás

[email protected]


Descripción del programa


Localizado en Zota, Lomas y Diamantes, en Pococí, Limón.

Da seguimiento técnico y capacitación para la implementación de biodigestores a familias de fincas agropecuarias de la región.

Etapas I y II ejecutadas con financiamiento del BID, seguimiento y mantenimiento ejecutado desde el Tec.


Descripción del programa

Se han instalado un total de 38 biodigestores con tecnología de bolsa, para el tratamiento de residuos generados por porquerizas.

Biodigestor Porqueriza Manguera de gas Pozo de agua Cocina de la casa


Antecedentes

SEM7000X

Sólido depositado dentro de quemadores

Cocinas conectadas a biodigestores

Estructura micro cristalina en el sólido depositado

Quemador extraído de cocina

SEM3000X

Estructura amorfa en el sólido depositado

Algunos quemadores se han deteriorado aceleradamente, debido acorrosión y obstrucciones sólidas generadas en los conductos de biogásde los quemadores. Las obstrucciones impiden el paso del biogás.


Antecedentes

Se analizó el producto formado en un quemador y en el espectro EDS se confirmó que los daños son ocasionados por la presencia de ácido sulfhídrico (H2S) y siloxanos en el biogás, observándose la presencia de azufre y silicio en el sólido formado.

EDS del sólido depositado


Antecedentes

Se diseñaron e instalaron filtros de bajo costo, hechos de carbón activo y sílica gel, para remover siloxanos y H2S del biogás.

Se requiere determinar la efectividad de adsorción de componentes contaminantes del biogás en el agente filtrante en los filtros instalados.


Metodología

Visita a comunidades

Recolección de muestras sólidas de los filtros.

Socialización de los filtros

Estudiar los cambios en la composición del gas y del filtro

SEM EDS

FTIR

Raman

TGA

Analizar las diferencias del comportamiento termogravimétrico

Análisis


Metodología FTIR

Los siloxanos muestran bandas intensas entre 1130 cm-1 y 1000 cm-1, y cercanas a 800 cm-1. Siloxanos cíclicos y lineales de pequeño tamaño muestran una sola banda alrededor de 1130-1100 cm-1, al aumentar el tamaño del anillo Si-O-Si la banda se vuelve más amplia y compleja. T. Montanari, E. Finocchio “Purification of landfill biogases from siloxanes by adsorption: A study of silica and 13X zeolite adsorbents on hexamethylcyclotrisiloxaneseparation”. Chem. Eng. Jour. 165. pp. 859–863. 2010.

MKS Instruments “Siloxanes Analysis in Biogas Using AIRGARD FTIR” Ingeniería Analítica S.L. 2015.


Metodología Raman

La formación de productos secundarios de azufre elemental, por la oxidación del H2S, mostraría bandas en raman entre 30 y 500 cm-1.

V. Piergrossi, C. Fasolato, F. Capitani, G. Monteleone, P. Postorino & P. Gislon “Application of Raman spectroscopy in chemical investigation of impregnated activated carbon spent in hydrogen sulfide removal process” Islamic Azad University. Int Jour Env Sci & Tech. pp. 1227-1238. 2018


Metodología TGA-DTA

A partir de la diferencia en el porcentaje de peso entre el carbón nuevo y usado, se obtiene el porcentaje de peso liberado, formado una fracción de los compuestos adsorbidos.

V. Piergrossi, C. Fasolato, F. Capitani, G. Monteleone, P. Postorino & P. Gislon “Application of Raman spectroscopy in chemical investigation of impregnated activated carbon spent in hydrogen sulfide removal process” Islamic Azad University. Int Jour Env Sci & Tech. pp. 1227-1238. 2018


Resultados

Análisis a SG:

FTIR: Se descarta existencia de siloxanos en la muestra.

EDS: Amplia cantidad de CO2 adsorbido con una pequeña cantidad de H2S.

TGA: 1.3% de peso adsorbido no recuperable, posterior a la liberación de agua.


Resultados

Análisis a CA:

EDS: Aumento considerable de H2S en el material filtrante.

Raman: Se descartan procesos de oxidación del H2S.

TGA: 6.2% de peso liberado entre 100 y 450 ºC producto de dos procesos de liberación de gases adsorbidos.


Conclusiones

EDS:

Se confirma la adsorción de H2S en la superficie de la silica gel y el carbón activo

usados como filtro, por lo que se verifica su efectividad de remoción.

La sílica gel y el carbón activado remover H2S frente a la remoción de CO2. Teniéndose

razones H2S/CO2 en el volumen de interacción del EDS de 1/24 para la silica gel y de

1/3 para el carbón activado, frente a una proporción máxima de 1/1500 en el biogás.


Conclusiones

FTIR:

Las pruebas de FTIR descartan la presencia de siloxanos en las muestras de sílica gel,

con lo cual se descarta la presencia de estos compuestos en gas producido por el

biodigestor en cuestión.

Raman:

Las pruebas de espectroscopía raman descartan la formación de productos

secundarios producto de la oxidación del H2S adsorbido, lo cual resulta conveniente

para el proceso de recuperación del material por medio de calor.


Conclusiones

TGA:

La capacidad de regeneración parcial del carbón activo usado es de 6.21% de su peso, al

calentarse entre 100 °C y 450 °C. El cambio en el porcentaje de peso para la sílica gel es de 1.3%

entre 100 °C y 450 °C.

El porcentaje de desorción de agua, entre 25 y 100 °C fue de un 4.3 % del peso para la sílica gel

y 7.1 % para el carbón activo.

Se socializó la implementación del filtro en las comunidades. Se logró mediante charlas y

reuniones con los productores y con voluntarios delproyecto.


Jean Carlo Guerrero Piña


Asociación Costarricense de Biogás

[email protected]

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