Caracterización termodinámica de mezclas líquido + gas para el desarrollo de tecnologías de captura de co2

Resum

La combustión de recursos fósiles es cada vez mayor, como consecuencia la concentración de dióxido de carbono en la atmosfera va aumentando, recientemente se han sobrepasado las 400 ppm. Esta tendencia es la causa principal de un proceso continuo de cambio climático, que ha provocado un aumento de la temperatura media de la superficie del planeta de aproximadamente 1°C desde la época preindustrial. La comunidad científica ha propuesto no superar los 2 °C de incremento medio en la temperatura global. En la presente investigación nos centramos en los procesos de post-combustión, para los cuales existen diferentes métodos para la separación del CO2 en una corriente de gas. Hoy en día, una de las tecnologías más aplicadas, es la captura del CO2 mediante la utilización de técnicas de separación físicas o químicas. La tecnología de captura más desarrollada es mediante la absorción química con aminas. La principal reacción en la absorción con aminas depende del tipo de amina. Cuando son aminas primarias o secundarias se produce la formación de un carbamato. Un mayor conocimiento de las propiedades termofísicas que intervienen en los procesos de captura de CO2 resulta necesario. Por ello, es importante conocer los parámetros de operación para determinar la viabilidad técnica y económica de los procesos de captura, como por ejemplo: elección de una amina adecuada, la mezcla óptima de esta y sus propiedades como la densidad, necesaria para el cálculo de la solubilidad. En este trabajo se presentan datos de propiedades termodinámicas tanto de disoluciones de aminas utilizadas en procesos de captura de CO2, como de mezclas de hidrocarburo + CO2. Además se aportan otros datos de interés como la solubilidad de CO2 en disoluciones acuosas de aminas como son: la Monoetanolamina (MEA), Dimetiletanolamina (DMAE) y la Trietanolamina (TEA). Además, se aportan datos de equilibrios liquido-vapor de compuestos involucrados en la manufactura del Nylon. Las medidas de equilibrios se llevaron a cabo utilizando una celda de equilibrio isoterma desarrollada en el laboratorio TERMOCAL de la Universidad de Valladolid, basado en el diseño de Gibbs y Van Ness. Los datos se obtuvieron dentro del intervalo de temperaturas entre 313.15 K y 393.15 K. Los valores de equilibrios líquido-vapor fueron ajustados a la ecuación de Margules y a diferentes modelos (Wilson, NRTL y UNIQUAC). Las medidas de densidad se han realizado mediante un densímetro de tubo vibrante Anton Paar DMA HPM en un rango de 0.54 a 0.90 g • cm-3 para mezclas CO2 + hidrocarburo y de 1.02 a 1.16 g • cm-3 para disoluciones acuosas de aminas + CO2. La resolución del equipo es de 1•10-5 g • cm-3, con una incertidumbre expandida de 7•10-4 g • cm-3 en el intervalo de temperaturas entre 273.15 K y 373.15 K y en el rango de presiones de 0.1 hasta 100 MPa. Las medidas de viscosidad de las mezclas de hidrocarburo + CO2 se efectuaron mediante un viscosímetro de hilo vibrante en un rango de viscosidades de 0.10 a 0.53 mPa•s. La incertidumbre expandida fue de 0.0032 mPa•s en el intervalo de temperaturas entre 293.15 K y 353.15 K y en el rango de presiones de 0.1 hasta 100 MPa. En el caso de la densidad y viscosidad, los diferentes sistemas se han correlacionado con la ecuación de Tammann-Tait y VFT que permiten representar el comportamiento de dichas propiedades en función de la temperatura y la presión. Los datos de solubilidad de las disoluciones acuosas de aminas + CO2 se ajustaron a una ecuación de Xu y Rochelle, que representa la presión parcial del CO2 en función de la temperatura y la composición del CO2.