Remoção de Siloxanos do Biogás

Remoção de siloxanos do biogás: proteger motores e turbinas dos danos da sílica

Os Siloxanos Metílicos Voláteis (VMS) estão entre os contaminantes vestigiais mais destrutivos presentes no biogás, no gás de aterro e nas correntes de digestores de águas residuais. Embora o metano forneça energia renovável, os siloxanos introduzem riscos operacionais graves. Durante a combustão num motor a gás, turbina ou caldeira, os siloxanos oxidam-se em dióxido de silício microabrasivo (SiO₂), essencialmente um pó fino semelhante a vidro que reveste os componentes internos do motor.

Se não forem tratados, a acumulação de siloxanos provoca picagem severa das válvulas, contaminação das velas, fissuração da cabeça do cilindro e erosão das pás da turbina. Isto pode reduzir o desempenho do motor em mais de 20% e anular garantias importantes dos fabricantes de equipamento original (como Jenbacher, Caterpillar, MAN e MWM).

De onde vêm os siloxanos no biogás?

Os siloxanos são compostos orgânicos de silício amplamente utilizados em produtos de cuidado pessoal como champôs, cosméticos, desodorizantes e adesivos ou selantes industriais. Como estes compostos não se degradam durante a digestão anaeróbia, vaporizam-se diretamente na corrente de gás bruto.

As concentrações de siloxanos variam significativamente consoante a origem da matéria-prima:

• Gás de aterro: Os aterros contêm concentrações elevadas de siloxanos cíclicos (D3, D4, D5, D6) devido a plásticos de consumo, cosméticos e selantes de construção descartados. A remoção de siloxanos do gás de aterro requer sistemas robustos capazes de lidar com cargas pesadas de contaminantes juntamente com níveis elevados de H₂S.

• Estações de tratamento de águas residuais: Os digestores de lamas de esgoto apresentam contaminação persistente por siloxanos provenientes de detergentes domésticos e produtos de higiene pessoal que acabam nas águas residuais municipais.

• Codigestão de resíduos orgânicos alimentares: Os digestores de resíduos alimentares que processam embalagens comerciais ou devoluções de supermercados registam frequentemente picos de siloxanos provenientes de selantes de grau alimentar e revestimentos de embalagens.

O que acontece dentro de um motor quando os siloxanos ardem?

Quando o biogás contendo siloxanos entra numa câmara de combustão, as temperaturas ultrapassam os 1.000 °C. A estas temperaturas, as ligações silício-oxigénio quebram-se e combinam-se com o oxigénio para formar dióxido de silício (SiO₂).

Este processo cria uma crosta cerâmica dura e abrasiva que se acumula em peças críticas do motor:

• Cabeças de cilindro e válvulas: Depósitos espessos de sílica impedem o assentamento correto das válvulas, causando perda de compressão, queima de válvulas e falhas de ignição no cilindro.

• Velas de ignição: As crostas de sílica não condutoras fazem ponte entre os elétrodos das velas, provocando falhas de ignição frequentes e substituição prematura das velas.

• Pás de turbina e permutadores de calor: Em microturbinas e caldeiras, o pó de sílica suja as superfícies de transferência de calor e erode as pás de turbina de alta velocidade, reduzindo drasticamente a eficiência térmica.

• Catalisadores: A sílica reveste os catalisadores de gases de escape, envenenando os locais ativos e provocando incumprimento dos limites locais de emissão de NOx e CO.

Para proteger investimentos em cogeração (CHP) de vários milhões de euros e manter válidas as garantias do motor, os siloxanos devem ser reduzidos a níveis inferiores a 1 mg/Nm³.

Engenharia Gazpack: a abordagem de tratamento de siloxanos em duas fases

Os filtros de carvão ativado simples falham frequentemente na remoção de siloxanos porque a humidade no biogás bruto ocupa os poros do meio, causando uma fuga precoce de siloxanos. A Gazpack utiliza uma abordagem de tratamento integrado em duas fases para garantir uma longa vida útil do meio e um desempenho previsível.

Fase 1: pré-arrefecimento profundo do gás e controlo do ponto de orvalho

A humidade relativa é o fator individual mais importante na eficiência de adsorção de siloxanos. As moléculas de água competem diretamente com as moléculas de siloxano pelos locais ativos de adsorção. A Gazpack integra módulos dedicados de arrefecimento e condensação a montante dos filtros de siloxanos. Ao reduzir o ponto de orvalho do gás, o vapor de água é removido primeiro, permitindo que o meio filtrante a jusante funcione com a máxima capacidade de adsorção.

Fase 2: o sistema Gazpack Guard com meio SILOXgo

Características principais do sistema Gazpack Guard:

• Proteção integrada a jusante: Instalado como guarda de polimento final antes de o gás entrar nos motores, microturbinas ou membranas de upgrading.

• Monitorização da pressão diferencial: Sensores automatizados acompanham continuamente a queda de pressão no vaso, alertando os operadores antes de ocorrer a saturação do meio.

• Eliminação não perigosa: O meio SILOXgo saturado pode ser substituído e eliminado em segurança sem necessidade de manuseamento complexo de materiais perigosos.

Aplicações industriais para o tratamento de siloxanos

• Projetos de valorização de gás de aterro: Lidam com cargas pesadas e imprevisíveis de siloxanos e H₂S. A Gazpack combina secagem profunda do gás com vasos Guard de SILOXgo de elevada capacidade para manter os motores de cogeração de gás de aterro a funcionar sem paragens inesperadas por sílica.

• Estações de tratamento de águas residuais: Protegem os motores dos digestores de lamas de esgoto municipal. Os nossos sistemas removem siloxanos e humidade do gás de digestor, garantindo uma geração de energia estável para as operações das empresas de águas.

• Digestores de resíduos de alimentos e bebidas: Neutralizam os picos de siloxanos causados por resíduos de embalagens em resíduos alimentares. O pré-condicionamento da Gazpack garante uma combustão limpa para caldeiras no local e unidades de cogeração.

• Plantas de gás renovável (Bio-GNC e Bio-GNL): Protegem as delicadas unidades de separação por membrana e os compressores de alta pressão. A remoção de siloxanos a montante evita a contaminação da membrana e garante que o combustível de transporte cumpre as especificações da norma ISO 15403.

• Empresas de engenharia (EPCM): Especificam um skid de tratamento de siloxanos completo e testado em fábrica. As unidades da Gazpack chegam pré-cabladas e pré-programadas, eliminando incertezas de integração e protegendo as garantias do motor do cliente.

Comparação estratégica: técnicas de remoção de siloxanos

Perguntas frequentes sobre a remoção de siloxanos

Proteja os seus motores dos danos causados pelos siloxanos

Não deixe que a acumulação de sílica destrua o seu investimento em cogeração nem anule a garantia do seu motor. Contacte a equipa de engenharia da Gazpack para conceber um sistema integrado de tratamento de siloxanos adaptado à composição do seu gás.

• Solicite uma auditoria à composição do gás: Envie-nos os resultados das suas análises laboratoriais de siloxanos (D4, D5, VMS) e H₂S para um cálculo personalizado do meio.

• Calcule a vida útil do meio SILOXgo: Avalie a sua frequência de substituição atual e descubra as poupanças proporcionadas pela secagem a montante.

• Consulte um especialista: Marque uma revisão técnica com a nossa equipa de engenharia de processos.