Studies of Natural Gas Adsorption: Storage, Transport and Purification

O uso de cilindros recheados com carbono ativado para armazenamento e transporte de gÃs natural (GN) a pressÃes moderadas (~3,5 MPa) e a temperatura ambiente (~298 K) tÃm sido estudados como uma potencial alternativa para o armazenamento de GN comprimido a altas pressÃes (~20 MPa). O presente trabalho fornece uma investigaÃÃo experimental de ciclos de carga e descarga de GN em um vaso de armazenamento de gÃs natural adsorvido (GNA) recheado com carbono ativado. à avaliado tambÃm o efeito da composiÃÃo do GN na capacidade de armazenamento. As propriedades de adsorÃÃo foram verificadas a partir de isotermas de cada componente do GN medidas em uma balanÃa de suspensÃo magnÃtica e comparadas com dados de adsorÃÃo medidos no vaso de armazenamento usando GN. As seletividades dos principais componentes do gÃs natural em relaÃÃo ao metano foram determinadas e a influencia da pressÃo nessa seletividade tambÃm foi observada. Apesar de o GN ser composto principalmente por metano (~90% em volume), foi observado que a adsorÃÃo preferencial pelos hidrocarbonetos mais pesados e CO2 deve ser levada em conta para a avaliaÃÃo do comportamento de sistemas GNA ao longo de vÃrios ciclos de carga e descarga. Foi estudado tambÃm para esse trabalho a separaÃÃo de CO2 de misturas de CO2/CH4, que à uma importante questÃo na purificaÃÃo do gÃs natural e biogÃs para aplicaÃÃo em geraÃÃo de energia. Dessa forma, dados de adsorÃÃo de mistura CO2/CH4 em carbono ativado a 293 K foram obtidos pelo mÃtodo volumÃtrico-cromatogrÃfico e comparados com a IAST (Teoria da SoluÃÃo Adsorvida Ideal) e com o modelo de Langmuir estendido (EL). AdsorÃÃo preferencial de CO2 foi observada para a composiÃÃo de mistura de CO2 maiores que 20% aproximadamente. A precisÃo das prediÃÃes foi menor do que a desejÃvel para uma aplicaÃÃo em projetos de engenharia.The use of vessels filled with activated carbon to store and transport natural gas (NG) at moderate pressures (about 3.5 MPa) and ambient temperature (about 298 K) has been studied as a potential alternative to compressed natural gas storage at high pressures (ca. 20 MPa). The present study provides an experimental investigation of charge and discharge cycles of natural gas in a prototype storage vessel filled with activated carbon and analyses the effect of the gas composition on the adsorption capacity. The adsorption properties were evaluated by measuring isotherms for each component of NG in a magnetic suspension balance and compared with the isotherms measured in a storage vessel using NG. The selectivities of the main constituents of natural gas in relation to methane were determined and the influence of the pressure on the selectivity was also observed. Although NG is composed mainly of methane (ca. 90% vol.), our experimental results indicate that the preferential adsorption of the heavier hydrocarbons and CO2 should be properly taken into account for the evaluation of the behavior of adsorbed natural gas systems along several charge and discharge cycles. In an another context, the separation of CO2 from CO2-CH4 mixtures is an important issue in natural gas and biogas purification/upgrading for energy generation applications and it was also studied in this work. Thus, co-adsorption data of the binary mixture CO2/CH4 on activated carbon at 293 K was obtained by the volumetricchromatographic method and it was compared with the IAST (Ideal Adsorbed Solution Theory) and the Extended Langmuir (EL) predictions. Preferential adsorption of CO2 was observed for the CO2 mixture composition more than around 20%. The accuracy of predictions was less than desirable to an application engineer