Separação de CO2 em gases de combustão : aplicação de membranas e criogenia

• Ano de defesa: 2010
• Autor(a) principal: Lopez, Diego Ruben Schmeda
• Orientador(a): Schneider, Paulo Smith
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Separação por membranas; Criogenia; Combustão; Gás
• Palavras-chave em Inglês: CO2 capture; Membranes; Greenhouse gases; Gas separation; Mixture of gases; Cryogenics; Liquid natural gas
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/24150

Este trabalho tem por objetivo avaliar a viabilidade técnica de processos de separação de gás carbônico em correntes de gases de combustão. Neste sentido, a separação por meio de membranas e por criogenia são avaliadas por meio de simulação de sistemas. As propostas envolvendo membranas avaliam arranjos de membranas em série, os quais são otimizados para condições de maior fluxo permeado e maior beneficio econômico. A corrente de alimentação é de 5 kmol/s e as respectivas frações molares de CO2 e N2 que compõem esta corrente são 0,15 e 0,85. Os resultados obtidos da otimização, para um arranjo de três membranas em série de polyimida de 9000 m² de área superficial, foram uma corrente de permeado de 443,1 mol/s de CO2 a 41,6%, correspondendo a aproximadamente 59% do CO2 da corrente de alimentação. Já com um arranjo de 6 membranas de 9000 m², onde a função objetivo é o maior lucro, foi selecionado o material kapton e a quantidade de CO2 separada é 161,12 mol/s, cuja concentração na mistura é de 79%, e a função objetivo tem um valor de 24.405,30 €/ano. Na outra parte do trabalho, propõe-se e avalia-se um ciclo para o aproveitamento da disponibilidade térmica na regasificação do gás natural líquido, para liquefação de CO2. Obtém-se como resultando em CO2 líquido com fração molar igual a 94%. Este processo consta de uma corrente proveniente da combustão completa de 1 mol/s de metano, contendo 1 mol/s de CO2 e 7,52 mol/s de N2. Esta corrente é comprimida e resfriada até atingir a pressão de 4000 kPa e 25 °C, posteriormente uma membrana enriquece a corrente de gases de combustão, que novamente é comprimida e resfriada até se obter a condensação e separação do CO2. Realiza-se o cálculo de equilíbrio líquido-vapor da mistura utilizando as equações de Peng-Robinson e a regra de mistura de Van der Waals no software VRTherm. A vazão molar do CO2 líquido obtida é de 0,3207 mol/s na concentração declarada. A intensidade energética do processo é de 1,135 kWh/kg de CO2 liquefeito.