AgÃncia Nacional do PetrÃleo / Tanto o gÃs natural quanto o biogÃs possuem em sua composiÃÃo metano, diÃxido de carbono, nitrogÃnio, hidrogÃnio, compostos sulfurados (incluindo o sulfeto de hidrogÃnio), etc. O diÃxido de carbono (CO2) e o Ãcido sulfÃdrico, ou sulfeto de hidrogÃnio (H2S) sÃo gases altamente indesejÃveis. O CO2 diminui o poder de combustÃo do gÃs natural e o H2S à um gÃs extremamente tÃxico. AlÃm disso, na presenÃa de umidade, ambos geram Ãcidos que corroem tubulaÃÃes e equipamentos. A absorÃÃo em soluÃÃo de aminas à o processo convencional de remoÃÃo destes gases. Entretanto, este processo despendem muito gasto energÃtico com a regeneraÃÃo das aminas, alÃm de formar subprodutos corrosivos devido à degradaÃÃo destas. Desta maneira, a adsorÃÃo fÃsica em zeolitas à uma alternativa promissora para a remoÃÃo destes gases. Assim, este trabalho tem por objetivo estudar a adsorÃÃo de gases Ãcidos, CO2 e H2S, em faujasitas puras, NaY e NaX, e modificadas, AgX, CaX e USY (zeolita dealuminizada ou ultraestabilizada) atravÃs de metodologias experimentais e de simulaÃÃo molecular. As zeolitas AgX e CaX foram obtidas atravÃs da modificaÃÃo da zeolita NaX. Todos os adsorventes foram caracterizados, quanto à estrutura cristalina, composiÃÃo quÃmica e caracterÃsticas texturais, e foram obtidas isotermas experimentais a 25 ÂC de CO2 em todos os adsorventes estudados. Foi utilizado o mÃtodo de Monte Carlo no ensemble Grande CanÃnico (GCMC) para obter as isotermas simuladas e os parÃmetros do campo de forÃa capazes de reproduzir dados experimentais de CO2 e H2S em faujasitas. / Natural gas and biogas have in their composition methane, carbon dioxide, nitrogen, hydrogen, sulfur compounds (including hydrogen sulfide), etc. The carbon dioxide (CO2) and hydrogen sulfide (H2S) are highly undesirable. CO2 decreases the combustion power of the natural gas and H2S is an extremely toxic gas. Moreover, in the presence of moisture, they generate acids that corrode pipes and equipment. The absorption in amines solution is the conventional process to removal these gases. However, this process spends a lot of energy with the regeneration of the amines, besides forming corrosive by-products due to degradation of these. Thus, the physical adsorption using zeolites is a promising alternative for remove these gases. The aim of this study is to evaluate the adsorption of acid gases, CO2 and H2S, in pure, NaY and NaX, and modified, AgX, CaX and USY (dealuminated zeolite), faujasites through experimental methods and molecular simulation. The AgX and CaX zeolites were obtained by modifying the NaX zeolite. All absorbents were obtained and characterized. Experimental adsorption isotherms were obtained of CO2 on all studied adsorbents at 25 ÂC. The force field parameters were obtained by fitting to our own experimental data, CO2 in faujasites, and validated with available data taken from the literature, H2S in faujasites, by simulated isotherms using the Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) method.

A captura, estocagem e separaÃÃo de gases em processos de combustÃo à considerado um passo importante no desenvolvimento e consolidaÃÃo de novas tecnologias, devido as necessidades ambientais e ao grande interesse econÃmico envolvido. A separaÃÃo de gases Ãcidos (CO2 e H2S) à uma etapa de fundamental importÃncia para reduzir impactos ambientais e atender as especificaÃÃes de seguranÃa e mercado. A adsorÃÃo em faujasitas se apresenta como uma alternativa economicamente atraente em processos industriais, mas o elevado nÃmero de processos e condiÃÃes de temperatura e pressÃo onde pode ser utilizada, torna um estudo experimental impraticÃvel. Outro fator relevante sÃo as condiÃÃes de seguranÃa impostas durante o manuseio do Ãcido sulfÃdrico, necessitando de maior investimento em equipamentos, manutenÃÃo e sistemas de seguranÃa. Diante disse a simulaÃÃo molecular pode ser utilizada para obter propriedades imprescindÃveis para o dimensionamento e implantaÃÃo de PSAs. A base da utilizaÃÃo da simulaÃÃo molecular à a determinaÃÃo do campo de forÃa. Nesse trabalho um conjunto de parÃmetros de campo forÃa, baseados em campos de forÃa clÃssicos (UFF), foi proposto para CO2 em faujasitas sÃdicas. Em seguida a mesma metodologia de parametrizaÃÃo foi utilizada para H2S, N2, O2 e CH4. Os resultados obtidos a baixa pressÃo foram comparados com estudos experimentais e outros modelos propostos pela literatura, obtendo excelente concordÃncia em diferentes temperaturas e razÃes Si/Al, permitindo determinar o posicionamento dos sÃtios e do calor de adsorÃÃo. Outros cÃtions de compensaÃÃo foram testados para predizer a adsorÃÃo de nitrogÃnio em faujasitas. As isotermas para os cÃtions monovalentes obtiveram elevada precisÃo, para bivalentes os resultados representaram o padrÃo de adsorÃÃo experimental, embora com isotermas de menor precisÃo. Por fim, a adsorÃÃo da mistura N2/CO2 foi estudada apresentado boa concordÃncia com dados experimentais, demonstrando a eficiÃncia do mÃtodo como uma alternativa para determinaÃÃo de propriedades de misturas industriais. / The environmental needs and the great economic interest involved. The capture, storage and separation of gases in combustion processes is considered an important step in the development and consolidation of new technology, The separation of acidic gases (CO2 and H2S) is an important step to reduce environmental impacts and meet safety specifications and market. The adsorption on faujasitas presents itself as an economically attractive alternative in industrial processes, but the high number of processes and temperature and pressure conditions where it can be used, makes an experimental study impractical. Another relevant factor are security conditions imposed during the handling of hydrogen sulphide, necessitating greater investment in equipment, maintenance and safety systems. On said the molecular simulation can be used to obtain indispensable properties for the design and deployment of PSAs. The molecular simulation basis is the force field determination. In this work a set of force field parameters, based on classical force fields (UFF), has been proposed for CO2 in sodium faujasitas. The same methodology was used for H2S, N2, O2 and CH4 parameterization. The results obtained at low pressure were compared with experimental studies and other models proposed by literature, obtaining excellent concordance in different temperatures and Si/Al ratios, allowing determining the placement of adsorption sites and the heat. Other balancing cations were tested to predict nitrogen adsorption. The isotherms for the monovalent cations obtained high precision, to the bivalent results represented the standard experimental adsorption isotherms, albeit with less precision. Finally, the adsorption of mixture N2/CO2 was studied presented good agreement with experimental data, demonstrating the efficiency of the method as an alternative for determination of industrial properties of mixtures.