Study of photocatalytical reactor for gas treatment contaminated with volatile organic compounds.

Este estudo apresenta o desenvolvimento de um reator de leito fluidizado em escala laboratorial para a degradação fotoquímica de compostos orgânicos voláteis, desde seu projeto até a construção de um modelo fluidodinâmico para posterior estudo de scale-up e otimização. O processo de tratamento baseia-se na foto-oxidação catalítica dos contaminantes em contato com dióxido de titânio (TiO2) e radiação ultravioleta. Para a construção da unidade laboratorial, o projeto contou com o financiamento do projeto PIPE - Fase 1 financiado pela FAPESP (No.00953/2016). Um dos resultados deste projeto foi uma pesquisa de mercado com diversos clientes que mostrou a necessidade de desenvolvimento de novas tecnologias para tratamento de gases contaminados com compostos orgânicos voláteis (COV). A unidade laboratorial foi montada e instalada, sendo realizados dois tipos de experimentos no reator fotocatalítico. O primeiro foi para tratamento de aromáticos (BTX) utilizando-se como catalisador TiO2, impregnado em sílica, sintetizado em laboratório. Como resultado desta etapa, observou-se que reator foi capaz de remover os contaminantes estudados. No entanto, nas condições investigadas, o processo não foi capaz de reduzir significativamente as concentrações de contaminante no ar tratado e o catalisador foi desativado pelos poluentes, requerendo um processo de regeneração. Para uma melhor avaliação do reator e a sua modelagem, optou-se por utilizar um poluente modelo, n-hexano, de forma a não degradar o catalisador. Para estes experimentos, o catalisador utilizado também foi trocado para TiO2 comercial tipo anatase. Resultados quantitativos relacionaram o aumento da conversão no reator com o aumento de massa de catalisador e diminuição com um aumento na vazão volumétrica. A partir destes experimentos, pode-se obter um modelo cinético baseado na determinação dos parâmetros cinéticos em um reator fotocatalítico usando a abordagem Langmuir-Hinshelwood para a degradação do n-hexano com sucesso. Por fim, a modelagem fluidodinâmica deste reator foi realizada utilizando-se o software comercial Fluent. Desenvolveu-se um modelo que considera a fluidodinâmica e cinética da reação obtida experimentalmente. Algumas simplificações foram feitas para otimizar os tempos de simulação e os principais resultados do CFD foram os campos de pressão, velocidade, fração volumétrica de sólidos e velocidade da reação de decomposição do n-hexano.This study presents the development of a fluidized bed photoreactor in laboratorial scale for volatile organic compounds (VOC) photochemical degradation, since the reactor project until a fluid dynamics model construction for future scale-up study and optimization. The treatment process is based on contaminants catalytic photo-oxidation in contact with titanium dioxide (TiO2) and ultraviolet radiation. For laboratorial unit construction, this project was beneficed by PIPE project - Phase 1 of the project financed by FAPESP (No. 00953/2016). One of the results of this project was a market research with several clients. It showed a development need of new technologies for contaminated gas treatment with VOC. The laboratorial unit was installed and two experiments types were carried out in the photoreactor. The first type was to aromatic (BTX) treatment using as catalyst TiO2, impregnated in silica and synthesized in laboratory. As result of this phase, the photoreactor was able to remove the contaminants. However, in investigated conditions, the process was not able to eliminate completely the contaminants and the catalyst was inactivated by intermediate products, requiring a regeneration process. To get a better reactor evaluation and modeling, a model pollutant, nhexane, was chosen in order not to degrading the catalyst. For these experiments, the chosen catalyst was commercial TiO2 in anatase type. The results showed that reactor conversion rises with higher catalyst loads and decreases with higher volumetric flow rate. Therefore, a kinetic model was successfully obtained, based on kinetic parameters determination in a photoreactor using Langmuir-Hinshelwood approach to n-hexane degradation. Lastly, a fluid dynamics (CFD) photoreactor modeling was developed using the commercial software Fluent. A model was built considering fluid dynamics and reaction kinetic obtained experimentally. Some model simplifications were done in order to optimize the simulation time and the main CFD results were pressure, velocity, solid volumetric fraction fields and n-hexane decomposition reaction velocity