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Teses de Doutorado Defendidas: 2010

Captura de CO2 e H2S com Soluções Aquosas de Alcanolaminas via Destilação Reativa

Autor: Leandro Chagas Barbosa
Orientadores: José Luiz de Medeiros, Ofélia de Queiroz Fernandes Araújo
Laboratório: H2CIN

Resumo

Restrições ambientais e crescentes esforços no sentido de reduzir emissões atmosféricas de gases poluentes ou causadores do efeito estufa fazem crescer a importância da absorção de gases ácidos na indústria do petróleo. Neste contexto, soluções aquosas de etanolaminas, empregadas individualmente ou em mistura, têm sido amplamente utilizadas para absorção de CO2 e H2S de gás natural, gás de síntese e correntes de refinaria.

A absorção de CO2 e H2S com etanolaminas apresenta-se principalmente descrita na literatura sob a forma de modelos cinéticos de reação e de transferência interfacial de massa e calor, havendo a participação de íons fracos em reações reversíveis em meio aquoso. Esses modelos dependem de grandezas de difícil determinação, como propriedades termodinâmicas de espécies iônicas, propriedades de transporte e expressões confiáveis para taxas das muitas reações envolvidas. Essa complexidade pode exigir esforços numéricos proibitivos para simulação e otimização de fluxogramas contendo operações de absorção. Além disso, grande parte dos íons relevantes origina-se de espécies com baixo grau de dissociação, de modo que não parece justificável a utilização, a título de rigor, do pesado arcabouço termodinâmico apropriado para problemas com soluções de eletrólitos.

Tendo isso em vista, este trabalho expõe uma abordagem alternativa para processos de absorção de CO2 e H2S em etanolaminas aquosas, onde o Equilíbrio Líquido-Vapor de Espécies Reais é superposto ao Equilíbrio Químico Multi-reacional de Formação de Espécies Fictícias - Complexos não-iônicos e não voláteis, formados pelas associações na fase aquosa envolvendo água, uma etanolamina e uma espécie ácida. Propriedades são calculadas via equações de estado convencionais. Constantes de Equilíbrio Químico de formação dos Complexos são estimadas em várias temperaturas pelo Critério de Máxima Verossimilhança, usando-se dados de equilíbrio em sistemas gases ácidos / etanolaminas aquosas. A partir disto, propriedades de formação dos Complexos podem ser geradas, viabilizando a predição de entalpias e efeitos térmicos de absorção. Por fim, emprega-se modelo em simulador para processos estacionários multi-estágio de absorção de CO2/H2S com regeneração de solvente, desenvolvido no Laboratório H2CIN, onde são modelados estágios de equilíbrio multi-reacionais com multiconexões entre colunas.