Engenheira desenvolve incinerador que reduz emissão de compostos nocivos

Compacto, equipamento não exige um sistema central de coleta de vapores; trabalho foi premiado nos EUA

Compostos orgânicos voláteis (COVs), amplamente empregados nas indústrias, principalmente como solventes e combustíveis, oriundos de várias fontes de emissão, são extremamente maléficos à saúde e não podem ser liberados na atmosfera. Com o objetivo de propor uma solução eficiente para o tratamento de vapores orgânicos em fontes de emissões industriais de pequeno e médio porte, mesmo em condições de vazões reduzidas, a engenheira química Bárbara Maria Borges Ribeiro desenvolveu equipamento compacto de incineração catalítica que não exige um sistema central de coleta de vapores. O trabalho, realizado junto ao Departamento de Engenharia de Processos da Faculdade de Engenharia Química (FEQ) da Unicamp, teve orientação do professor Edson Tomaz e colaboração do professor Jefferson Ferreira Pinto.

A importância do trabalho ressalta quando se sabe que esses compostos lançados na atmosfera, além de acentuar o efeito estufa, reagem com óxidos de nitrogênio formando ozônio na troposfera, poluente prejudicial à saúde e ao meio ambiente. Causam ainda danos ao ser humano como problemas respiratórios, hepáticos, renais e neurológicos.  Alguns deles possuem características mutagênicas e/ou carcinogênicas. Em vista disso, os COVs não podem ser liberados na atmosfera e devem ser transformados em gás carbônico e água por oxidação.

O trabalho foi apresentado na "Air and Waste Management Association's 110th Annual Conference & Exhibition", que ocorreu de 5 a 8 de junho em Pittsburgh, Pensilvania, Estados Unidos, e recebeu o prêmio de melhor poster na categoria de mestrado.


Processos térmico e catalítico

Na queima dos COVs é usual a incineração térmica, que embora eficiente, tem alto custo de energia, oriunda de combustível auxiliar – gás liquefeito do petróleo, GLP ou gás metano – para manter as elevadas temperaturas necessárias para que ocorra a reação dos voláteis com o oxigênio do ar, que os transformam em gás carbônico e água.  Neste processo formam-se também compostos indesejados, como os óxidos de nitrogênio (NOx), considerados importantes poluentes atmosféricos, em decorrência das altas quantidades de combustível necessário e das elevadas temperaturas operacionais.  A grande quantidade de energia consumida e as dimensões desse incinerador se justificam desde que haja um considerável volume de voláteis. Por isso, as diferentes fontes de emissão são direcionadas na indústria para um coletor central de vapores antes do processamento.

A pesquisadora desenvolveu, então, trabalho pensando em um incinerador catalítico que pudesse ser usado com pequenas quantidades de COVs e que não utilizasse mais como fonte de calor a queima de combustíveis, mas a energia liberada por resistências elétricas. A incineração catalítica constitui alternativa para este tratamento, pois permite a operação em temperaturas mais baixas, com economia de energia, devido à utilização de um catalisador, além de minimizar a formação de NOx e outros compostos indesejados.

Foto: Scarpa
Bárbara Maria Borges Ribeiro: incinerador pode ser usado em áreas consideradas de risco

O equipamento desenvolvido na pesquisa pode ser empregado em áreas classificadas de risco, pois a oxidação dos vapores orgânicos ocorre sem a formação de chama devido à presença do catalisador. A mistura gasosa constituída pelos voláteis e o ar é inicialmente aquecida no incinerador antes de passar por uma colmeia catalítica automotiva comercial, o que facilita a manutenção do equipamento já que o leito catalítico pode ser encontrado no mercado. O produto resultante da transformação catalítica é então liberado para a atmosfera.

Diferentes condições operacionais foram estudadas nesse processo, variando a temperatura de entrada dos gases no incinerador, a vazão e a concentração de tolueno - utilizado para avaliação da eficiência do processo porque se trata de um solvente muito empregado industrialmente e por possuir uma estrutura mais resistente à degradação. Diferentes combinações dessas variáveis foram consideradas, visando alta eficiência de conversão de COVs. Obtiveram-se rendimentos superiores a 99% para diferentes condições operacionais, com temperaturas que variaram entre 270 °C a 360 °C, bem inferiores aos 800 °C dos sistemas térmicos, o que reduz a valores muito pequenos as emissões dos poluentes orgânicos voláteis.


Conclusões

Bárbara considera que o estudo, ao explorar diferentes condições de operação, indicou os parâmetros necessários para a obtenção de altas conversões de COVs, possibilitando que o incinerador catalítico desenvolvido seja aplicado para tratamento e controle de efluentes industriais contendo estes compostos.

Ela esclarece que a temperatura constituiu o principal parâmetro para obtenção de altas conversões de tolueno. Assim é que se verificou que quanto mais baixa a sua concentração maior deve ser a temperatura e que, de outra forma, uma vazão muito alta exige também aumento da temperatura. Por outro lado, quando as concentrações são altas o sistema pode operar com temperaturas menores já que a própria combustão dos voláteis se encarrega de manter o leito na temperatura necessária à transformação.

Além de operar com vazões menores, o incinerador catalítico pode ser utilizado de forma descentralizada, ou seja, independe da coleta da emissão de várias fontes, permitindo o tratamento dos seus componentes voláteis isoladamente.

A pesquisadora esclarece que a tecnologia está disponível para aplicação industrial. O dimensionamento do equipamento, que é de operação simples e segura, depende da vazão. Pode ser utilizado em áreas classificadas de risco, já que não há formação de chamas na combustão, e consome bem menos energia que o incinerador térmico comumente utilizado hoje.

Foto: Reprodução
Catalisador comercial automotivo utilizado no incinerador catalítico e suas dimensões.
Foto: Reprodução
Catalisador comercial automotivo utilizado no incinerador catalítico, com detalhe dos poros.
Foto: Reprodução
Catalisador comercial automotivo utilizado no incinerador catalítico.

Foto: Reprodução

No processo de incineração catalítica o composto orgânico volátil (COV) encontra o ar atmosférico e a mistura é aquecida pelas resistências. A reação entre COV e oxigênio, proveniente do ar atmosférico, ocorre na presença do catalisador, com formação de gás carbônico (CO2) e água (H2O).