Estudo da dessorção de dióxido de carbono em colunas de pratos. - Zanone, Armando (2022)
Estudou-se o processo de dessorção de dióxido de carbono (CO2) de uma solução aquosa de monoetanolamina (MEA) em uma coluna de pratos em escala de laboratório. Os ensaios foram realizados a partir de uma solução aquosa 30 % em massa de MEA carbonatada. O dessorvedor consistia em uma coluna de vidro de 8 cm de diâmetro com 5 pratos, contendo um único borbulhador tipo bubble cap, espaçados de 6 cm e vertedouro de 2 cm. O refervedor consistia em um balão de vidro imerso em uma manta elétrica e o condensador um trocador de calor tipo serpentina com água de resfriamento. A coluna foi instrumentada e as temperaturas do refervedor, dos pratos e condensador foram medidas de forma online. As concentrações de CO2 total (CO2 dissolvido, MEACOO, HCO3 e CO32) e MEA total (MEA livre, MEAH+ e MEACOO ), determinadas por meio da titulação potenciométrica, foram determinadas nos pratos e no refervedor, ao longo tempo. Estudou-se, inicialmente, o processo de dessorção em operação semi-batelada em condição de refluxo líquido total, com saída apenas do CO2 úmido. As temperaturas dos cinco pratos ficaram próximas durante todo o ensaio (95 °C a 96 °C). O início do processo foi caracterizado por uma alta dessorção de CO2 e evaporação do solvente. Ao final do processo, os dois pratos mais próximos do refervedor possuíam uma pequena quantidade de MEA (< 3 %), e todos os pratos continham basicamente água (> 95 %) e CO2. Para a operação contínua do processo realizou-se a alimentação no segundo prato, a partir do topo, e retirada de produto no refervedor, nas seguintes vazões de alimentação média 1,26 L/h e 0,55 L/h. As temperaturas e concentrações de CO2 total atingiram o estado estacionário. O primeiro prato e destilado continham majoritariamente água ( 98 %), enquanto os pratos apresentaram uma concentração de MEA total e CO2 total inferiores à alimentação, com a concentração de MEA total aumentando e de CO2 total diminuindo ao se aproximar do refervedor. O processo experimental foi simulado utilizando o Aspen Plus v10, sendo possível reproduzir a mesma quantidade de CO2 total dessorvido e as temperaturas, com pequena diferença, em toda a coluna. As concentrações de CO2 nos pratos foram subestimadas. Avaliou-se por meio de simulações os efeitos de diferentes variáveis do processo na dessorção de CO2, sendo que a quantidade capturada do gás era favorecida pelo aumento do número de estágios, alimentação nos estágios mais próximos do topo da coluna, altas pressões e baixa razão de refluxo. Investigou-se a influência das mesmas no consumo específico de energia para a regeneração do solvente. Realizou-se, também, a análise exergética do processo de dessorção utilizando o Aspen Plus para o cálculo da exergia física e mistura, e uma planilha de cálculo para calcular a exergia química das correntes. A coluna de dessorção é responsável por cerca de 35 % da exergia destruída do processo de captura, sendo as cargas térmicas associadas ao condensador e refervedor responsáveis por mais de 70 % desta destruição de exergia. Os pratos contribuem com cerca de 5 % da exergia total destruída. A destruição de exergia era maior em colunas com menor número de estágios, alimentações feitas no fundo da coluna, baixas pressões e altas razões de refluxo, explicando o maior consumo de energia nestas condições de operação da dessorção.