Colocando os adsorventes de amônia em funcionamento na prática.

Uma alta capacidade de absorção de amônia não torna automaticamente um adsorvente adequado para uso industrial.

Para um sistema de separação de amônia Para operar de forma confiável, o adsorvente deve capturar amônia suficiente, liberá-la sem consumo excessivo de energia e manter sua capacidade e estrutura física ao longo de ciclos repetidos. A integridade das partículas, a sensibilidade à umidade, a queda de pressão e a compatibilidade com o material podem ser tão importantes quanto a capacidade máxima de adsorção.

Esses requisitos tornam o desenvolvimento de adsorventes de amônia consideravelmente mais difícil do que a adsorção convencional de água ou gases residuais.

Por que a adsorção física pode não ser suficiente

Os adsorventes físicos capturam moléculas principalmente por meio de forças intermoleculares relativamente fracas. Isso pode simplificar a regeneração, mas a adsorção de amônia, sob as condições de processo relevantes, pode permanecer muito baixa para fornecer capacidade de trabalho e produtividade volumétrica suficientes.

Se a absorção for limitada, a quantidade de adsorvente necessária pode se tornar muito maior do que o estoque de catalisador ou o próprio equipamento de separação. Isso aumenta o volume do equipamento e enfraquece a justificativa para o uso da adsorção em um sistema de amônia compacto ou modular.

Os adsorventes quimicamente reativos oferecem uma alternativa. Em vez de dependerem apenas de interações físicas fracas, eles se ligam à amônia por meio de reações de coordenação ou complexação.

Por que os compósitos de haleto metálico são promissores

Os haletos metálicos, particularmente os cloretos metálicos e seus materiais compósitos, podem atingir uma capacidade de adsorção de amônia substancialmente maior do que muitos adsorventes físicos convencionais. A amônia se coordena com o sal metálico para formar um complexo de amônia e pode ser liberada posteriormente por meio de aquecimento controlado ou ajuste de pressão.

No entanto, o mesmo mecanismo que permite uma alta absorção também pode criar problemas estruturais.

A coordenação da amônia pode expandir a rede cristalina e alterar o volume do material ativo. Durante a adsorção e dessorção repetidas, as partículas podem inchar, aglomerar, rachar ou pulverizar. Essas alterações podem reduzir a capacidade de adsorção, aumentar a queda de pressão e criar um fluxo instável através de um leito fixo.

Os adsorventes de cloreto metálico também são altamente higroscópicos. Se a umidade penetrar no material durante o armazenamento, carregamento ou purga do sistema, poderá promover a degradação e gerar fluxos corrosivos contendo cloreto durante o aquecimento subsequente. O controle da umidade e o manuseio do material devem, portanto, ser considerados como parte do projeto do processo.

Teste em pequena escala da KAPSOM

A equipe de P&D da KAPSOM vem desenvolvendo um adsorvente composto de amônia, projetado para combinar a capacidade de adsorção química com uma maior estabilidade das partículas.

Em um teste recente em pequena escala, realizado a 3 MPa e correspondente a uma escala de produção de amônia de aproximadamente 1 kg/dia, o adsorvente atingiu uma capacidade de absorção de amônia de aproximadamente 0,16 g de NH₃ por grama de adsorvente.

O teste também examinou se o material conseguia manter sua estrutura física e desempenho de adsorção repetível durante a operação de adsorção-dessorção. A formulação do compósito foi projetada para limitar o inchamento, a aglomeração e a pulverização das partículas — modos de falha que podem impedir o uso de sais metálicos de alta capacidade em sistemas práticos de leito fixo.

Esses resultados são específicos para a pressão, temperatura, composição do gás e procedimento operacional testados. Portanto, a absorção medida não deve ser interpretada como uma capacidade de trabalho universal em todas as condições de processo.

A capacidade deve ser avaliada ao longo dos ciclos.

Para operação comercial, o primeiro ciclo de adsorção é apenas o ponto de partida. Um material viável deve manter sua capacidade útil ao longo de repetidos ciclos de adsorção e regeneração.

Os indicadores de longo prazo mais importantes incluem:

• Retenção de capacidade após ciclos repetidos;
• Temperatura de regeneração e demanda de energia;
• Taxas de adsorção e dessorção;
• Resistência e distribuição granulométrica das partículas;
• Variações na queda de pressão ao longo do leito;
• Sensibilidade à umidade e a traços de impurezas;
• Riscos de corrosão para equipamentos a jusante.

Um adsorvente que captura uma grande quantidade de amônia, mas que requer regeneração em altas temperaturas, pode perder sua vantagem energética. Da mesma forma, um material com excelente capacidade de adsorção inicial pode ser inadequado se as partículas se degradarem e restringirem o fluxo de gás após ciclos repetidos.

Do material adsorvente ao sistema de separação

O desenvolvimento de adsorventes deve ser avaliado, em última análise, em nível de sistema. O tamanho do leito, o método de regeneração, a integração térmica, a estratégia de comutação, a perda de pressão e a recuperação do produto influenciam a capacidade do material de reduzir o custo ou o consumo de energia na separação de amônia.

Portanto, a KAPSOM está estudando a adsorção de amônia como parte de uma arquitetura de separação modular, em vez de como um material isolado. A adsorção, a absorção e a separação por membrana podem ser potencialmente organizadas em torno de um circuito de síntese de amônia para melhorar a remoção de amônia e Reduzir os requisitos de reciclagem, permitindo ao mesmo tempo que o reator e as unidades de separação sejam otimizados independentemente.

O objetivo não é simplesmente criar um adsorvente que capture mais amônia. Trata-se de desenvolver um material e um processo que possam adsorver, regenerar e repetir o processo de forma confiável em condições operacionais realistas.