Captura de dióxido de carbono por soluções de Bases Zwitteriônicas : determinação da solubilidade e da constante cinética da reação entre Dióxido de Carbono e Bases Zwitteriônicas

Abstract

Os efeitos do aumento das concentrações de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera vêm cada vez mais mobilizando governos, empresas e a sociedade. Uma das tecnologias mais utilizadas para mitigar as emissões de CO2 na extração de petróleo e gás é a captura desse gás mediada por soluções aquosas de alcanolaminas. Entretanto, a utilização desses compostos para a captura de CO2 apresenta algumas desvantagens, principalmente correlacionadas à volatilidade, à corrosividade e à toxicidade dessas substâncias. As alcanolaminas também possuem um alto consumo energético para o processo de dessorção. Como alternativa aos processos tradicionais, nesse trabalho é avaliada a captura de CO2 por soluções aquosas de Bases Zwitteriônicas (BZs) desenvolvidas em parceria entre a UFRGS e a PETROBRAS. O objetivo do presente trabalho é a determinação da solubilidade do CO2 nas soluções de BZs e a determinação da constante cinética da reação entre o CO2 e os compostos desenvolvidos pelo grupo de pesquisa. Para determinação dessas propriedades, foram utilizadas medidas de queda de pressão do gás em um reator de tanque agitado operando em batelada. Foi escolhido o modelo do filme duplo para determinação da constante cinética, e validamos nosso aparato experimental a partir de dados disponíveis na literatura para a constante cinética da metildietanolamina (MDEA). Utilizando a analogia do N2O obtivemos a constante de volatilidade para a lei de Henry do CO2 para soluções dos compostos desenvolvidos com valores de 6,08 e 6,07 MPa.m³.kmol-1 para o ZW-P e ZW-M, respectivamente. A partir do modelo do filme duplo encontramos constantes cinéticas de 28,14 e 26,86 m3.kmol-1.s-1 para os compostos ZW-P e ZW-M, respectivamente, na temperatura de 40 °C. Os valores obtidos para as constantes cinéticas desses compostos são significativamente superiores aos reportados para o MDEA na mesma temperatura, indicando uma vantagem das BZs em relação ao MDEA.

The effects of increased concentrations of carbon dioxide in the atmosphere are increasingly mobilizing governments, businesses and society. One of the most widely used technologies to mitigate CO2 emissions is its capture mediated by aqueous alkanolamine solutions. However, the use of these compounds for CO2 capture presents some disadvantages, mainly correlated to the volatility, corrosiveness and toxicity of these compounds. Alkanolamines also have a high energy intake for the desorption process. As an alternative to traditional processes, this work evaluates the CO2 capture by Zwitterionic Bases (BZs) aqueous solutions, developed in partnership between UFRGS and PETROBRAS. The objective of the present work is to determine the CO2 solubility in BZs solutions and to determine the kinetic constant of the reaction between CO2 and the developed compounds. To determine these properties, gas pressure drop measurements were used in an agitated tank reactor operating batchwise. The double film model was chosen to determine the kinetic constant, and the experimental device was validated from data available in the literature for the kinetic constant of MDEA. Using the N2O analogy we obtained the CO2 Henry’s law volatility constant for the solutions containing the compounds developed, with values of 6.08 and 6.07 MPa.m3.kmol-1 for ZW-P and ZW-M, respectively. From the double film model found kinetic constants of 28.14 and 26.86 m3.kmol-1.s-1 for ZW-P and ZW-M, respectively, at 40 °C. The values obtained for the kinetic constant of these compounds are significantly higher than those reported for MDEA at the same temperature, indicating and advantage of the BZs in relation to MDEA.