O principal objetivo das tecnologias de purificação de gases residuais industriais é a redução ou eliminação de emissões na atmosfera de substâncias nocivas que podem ter efeitos nocivos ao meio ambiente ou à saúde humana. O ar é considerado poluído quando contém certas substâncias nocivas em concentrações suficientemente elevadas e por um período de tempo suficientemente longo. As fontes de poluição podem ser naturais e antropogênicas. Apenas a poluição resultante de atividades humanas, como a indústria e os transportes, está sujeita a controlo.
Controle de partículas de poeira
As partículas de poeira transportadas com o fluxo de gás podem ser removidas por vários processos físicos. Entre os equipamentos de coleta de pó mais comuns estão ciclones, lavadores, precipitadores eletrostáticos e filtros de mangas. Uma vez capturadas, as partículas se unem formando aglomerados que podem ser facilmente removidos do equipamento e descartados, geralmente em aterro.
Como cada caso em que a recolha de pó é necessária é diferente, normalmente não é possível determinar antecipadamente qual instalação (ou combinação de instalações) será mais adequada. Os sistemas de controle devem ser projetados caso a caso. Parâmetros importantes das partículas de pó que influenciam a escolha do coletor de pó são a corrosividade, a atividade química, a forma, a densidade e, acima de tudo, o tamanho das partículas e sua distribuição. Outros fatores relevantes são as características do fluxo de gás (por exemplo, pressão, temperatura e viscosidade), taxa de fluxo, requisitos de eficiência de tratamento e resistência admissível ao fluxo de ar. Normalmente, os precipitadores de ciclone são usados para controlar as emissões de poeira industrial e como instalações de pré-tratamento antes do uso de outros equipamentos de coleta de poeira. Lavadores úmidos são usados para controlar poeiras e névoas inflamáveis ou explosivas provenientes de fábricas de produtos químicos e incineradores de resíduos perigosos. Eles podem trabalhar com fluxos de gases quentes e partículas pegajosas. Precipitadores eletrostáticos e filtros de mangas são frequentemente usados em usinas de energia.
Controle de poluentes gasosos
As emissões de poluentes gasosos, bem como de compostos orgânicos voláteis (COV), são controladas por três técnicas principais – absorção, adsorção e combustão. Esses métodos podem ser aplicados individualmente ou em combinação. São também eficazes na limitação das emissões dos principais gases com efeito de estufa. A captura de dióxido de carbono pode ser classificada como uma quarta técnica adicional.
Absorção
No contexto da limpeza de gases industriais, a absorção envolve a transferência de um poluente gasoso do ar para um líquido de contato, como a água. O líquido deve ser capaz de atuar como solvente para o contaminante ou capturá-lo por meio de uma reação química.
A absorção de gases pode ocorrer em lavadores compactados nos quais o líquido está presente como uma superfície molhada ou disperso como gotículas na corrente de gás. Um dos tipos mais comuns de purificadores é o de contracorrente, no qual o gás contaminado entra pelo fundo e passa para cima através de uma coluna repleta de material leve e quimicamente inerte. O absorvente de líquido se move para baixo e é distribuído uniformemente no enchimento, o que aumenta a área superficial total de contato entre o gás e o líquido. O enchimento mais utilizado em colunas de lavagem em contracorrente são os materiais termoplásticos. Este tipo de equipamento caracteriza-se por uma eficiência de purificação de gases entre 90 e 95%.
Purificadores de fluxo direto e de fluxo cruzado são usados para absorção. Nas colunas de fluxo direto, tanto o fluxo de gás quanto o líquido se movem em uma direção – verticalmente para baixo através do purificador. Embora não sejam tão eficientes quanto os projetos de contracorrente, as instalações de fluxo direto podem operar com vazões de fase líquida mais altas. A taxa de fluxo aumentada evita o entupimento do enchimento em altas concentrações de partículas na corrente de gás. Projetos de fluxo direto proporcionam menor resistência ao fluxo de ar e permitem uma redução na seção transversal da coluna. Em instalações de fluxo cruzado, o gás residual se move horizontalmente através do enchimento e o líquido passa através dele na direção vertical descendente. Esses lavadores também podem operar com menor resistência ao fluxo de ar em níveis elevados de partículas.
Os purificadores são mais comumente usados em fábricas de fertilizantes (para remover amônia de gases) e vidro (para remover fluoreto de hidrogênio), em fábricas de produtos químicos (para remover solventes solúveis em água, como acetona e álcool metílico) e em fossas sépticas (para controlar odores).
Dessulfurização
O dióxido de enxofre nos gases de combustão de centrais eléctricas alimentadas a combustíveis fósseis pode ser controlado por um processo de absorção conhecido como dessulfurização. Os sistemas de dessulfuração podem incluir lavadores úmidos ou secos. Nos sistemas de dessulfuração úmida, os gases residuais entram em contato com um absorvente, que pode ser um líquido ou uma lama. O dióxido de enxofre dissolve-se ou reage com o absorvente e fica retido nele. Em sistemas secos, o absorvente é cal pulverizada seca. Após a absorção, os sólidos são removidos por meio de filtros de mangas. Os sistemas de dessulfurização a seco oferecem a possibilidade de poupança financeira e energética e de operação mais fácil, mas o seu consumo de produtos químicos é maior e a sua aplicação é limitada aos gases de combustão provenientes da queima de carvão com baixo teor de enxofre.
Além disso, os sistemas de dessulfuração são classificados como regenerativos ou não regenerativos, dependendo se o enxofre removido do gás residual é recuperado ou não. Nos EUA, a maioria dos sistemas em operação não são regenerativos devido aos seus custos operacionais e de capital mais baixos. Em contraste, no Japão a maioria dos sistemas são regenerativos e na Alemanha são exigidos por regulamentação. Os sistemas de dessulfuração não regenerativos produzem lamas contendo enxofre que requerem eliminação adequada, e os sistemas regenerativos requerem processos adicionais para converter o dióxido de enxofre em produtos úteis, como o ácido sulfúrico.
Existem vários métodos de dessulfurização, diferindo principalmente nos produtos químicos utilizados no processo. Os processos de dessulfurização, nos quais a suspensão de cal ou calcário é utilizada como reagente, são amplamente aplicados. No processo de limpeza do gás de cal, o dióxido de enxofre reage com as partículas de carbonato de cálcio na lama para produzir sulfito de cálcio e dióxido de carbono. Quando se utiliza leite de cal (hidróxido de cálcio), os produtos são sulfito de cálcio e água. Dependendo das concentrações de dióxido de enxofre e das condições de oxidação, o sulfito de cálcio pode continuar a reagir com a água para formar sulfato de cálcio (gesso). Nem o sulfito de cálcio nem o sulfato de cálcio são muito solúveis em água, permitindo-lhes assentar sob a gravidade. A lama espessa separada representa um sério desafio em termos de eliminação. A dessulfuração dos gases de combustão ajuda a reduzir os níveis de dióxido de enxofre na atmosfera e limita o problema da chuva ácida. No entanto, para além dos custos elevados (que são repercutidos directamente nos consumidores sob a forma de tarifas de electricidade mais elevadas), a dessulfurização também resulta na produção de milhões de toneladas de lamas todos os anos.
Adsorção
Ao contrário da absorção, na adsorção, as moléculas gasosas são sorvidas na superfície de um sólido. Os métodos de adsorção são usados para controle de odores em diversas indústrias químicas e alimentícias, na recuperação de solventes voláteis (por exemplo, benzeno) e no controle industrial de emissões de COV.
Entre os materiais adsorventes mais comuns está o carvão ativado. É altamente poroso e apresenta uma relação superfície-volume extremamente alta. O carvão ativado é particularmente eficaz como adsorvente para purificar fluxos de gases contendo VOC para recuperação de solventes e controle de odores. Um sistema de adsorção de carvão ativado adequadamente projetado pode atingir eficiências acima de 95%.
Os sistemas de adsorção são configurados como leito fixo ou leito móvel. Nos adsorvedores de leito fixo, o fluxo de gás contaminado entra pela parte superior, passa pelo leito de carvão ativado e sai da coluna pela parte inferior. Nos adsorvedores com leito móvel, o carvão ativado desce lentamente através de canais especiais, e o fluxo destinado à purificação do gás passa transversalmente (fluxo cruzado).
Combustão
Este rápido processo de oxidação pode ser usado para converter VOCs e outros poluentes gasosos de hidrocarbonetos em dióxido de carbono e água. A combustão de VOCs e vapores de hidrocarbonetos é geralmente realizada em incineradores especiais. Para alcançar a combustão completa, a instalação deve fornecer um grau adequado de turbulência e tempo de permanência, e manter temperaturas suficientemente altas. O grau apropriado de turbulência, ou mistura, é um fator chave no processo, pois reduz o tempo de residência e a temperatura necessários. O processo conhecido como queima direta pode ser utilizado quando o próprio gás residual é uma mistura combustível e não há necessidade de adição de ar ou combustível.
Os incineradores geralmente consistem em um invólucro de aço revestido com um material refratário protetor que serve como isolamento térmico. Com tempo suficiente e altas temperaturas, os poluentes orgânicos gasosos podem ser oxidados quase completamente, com eficiências próximas de 100%. Algumas substâncias, por exemplo a platina, podem ajudar a prosseguir a reação de combustão. Estes catalisadores permitem a oxidação completa de gases combustíveis a temperaturas relativamente baixas.
Os incineradores são usados para controlar odores, destruir compostos tóxicos ou reduzir a quantidade de substâncias fotoquimicamente ativas liberadas na atmosfera. Eles são usados em diversas plantas industriais onde os processos de combustão emitem vapores de COV ou evaporam solventes (por exemplo, refinarias, oficinas de pintura e fábricas de papel).
Captura de carbono
A melhor forma de reduzir os níveis de dióxido de carbono no ar atmosférico é utilizar a energia de forma mais eficiente, bem como reduzir a queima de combustíveis fósseis através da utilização de fontes alternativas de energia. O sequestro de carbono, que envolve o armazenamento a longo prazo de dióxido de carbono no subsolo, bem como na superfície da Terra nas florestas e oceanos, também pode ser aplicado para atingir este objectivo. O armazenamento subterrâneo de dióxido de carbono é uma tecnologia que ainda está em desenvolvimento e envolve o bombeamento do gás diretamente para as camadas subterrâneas. Contudo, isto envolve a necessidade de separar o dióxido de carbono dos gases de combustão das plantas (ou outra fonte), o que é um processo bastante caro.
