APLICAÇÃO DE MODELOS TERMODINÂMICOS À
MISCIBILIDADE DE CO2 COM LÍQUIDOS IÔNICOS
XI Salão de
Iniciação Científica
PUCRS
Bruno Coccaro Pivatto1, Felipe Dalla Vecchia2, Sandra Einloft2, Marcus Seferin2 (orientador)
1
Faculdade de Engenharia, PUCRS, 2Faculdade de Química, PUCRS
Resumo
A investigação do uso de líquidos iônicos a temperatura ambiente como sistema para a
captura seletiva de dióxido de carbono em emissões ricas nesse gás requer a medida da
solubilidade de CO2 nos líquidos iônicos. Existem diferentes métodos para esse fim, e a
obtenção dos potenciais termodinâmicos energia livre de Gibbs, entalpia e entropia do
processo de dissolução sob temperatura constante pode servir para determinar a natureza da
interação CO2 / líquido iônico, verificar a influência do volume livre dos líquidos iônicos
sobre o processo e validar o estudo da interação entre dióxido de carbono e líquido iônico via
ressonância magnética nuclear e microbalança magnética a alta pressão. No presente trabalho
é apresentado o resultado de estudos sobre os mais importantes modelos termodinâmicos que
permitam obter os potenciais mencionados.
Introdução
O dióxido de carbono (CO2) produzido por combustão de combustíveis fósseis é tido
como o principal gás responsável pelo efeito estufa, e o seu crescente acúmulo na atmosfera
tem atraído a atenção mundial. Por esse motivo, tornam-se importantes as investigações sobre
tecnologias para a captura, armazenamento e utilização de CO2 para promover a mitigação
dos efeitos da presença desse gás em níveis elevados na atmosfera.
Entre as tecnologias estudadas para capturar o CO2, a absorção por soluções de aminas
é uma das mais conhecidas. No entanto, essa tecnologia tem desvantagens, tais como a
necessidade de processo adicional de secagem dos gases devido à presença de água, a
corrosão e o aumento do custo operacional devido à perda de aminas voláteis. Uma das
soluções para esse problema pode ser o uso de líquidos não voláteis e inertes para esse fim, e
os líquidos iônicos estão entre os principais candidatos.
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No presente trabalho, líquidos iônicos diversos serão avaliados quanto à sua
capacidade de solubilizar CO2 pelo método de saturação isocórica (Husson-Borg, 2006). O
trabalho está inserido em um projeto em que participam PUCRS, UFRGS, UNL
(Universidade Nova de Lisboa) e PETROBRAS. O objetivo deste trabalho é a busca por
modelos termodinâmicos para a determinação de energia livre, de entalpia e de entropia dessa
dissolução, para comparação e validação dos resultados obtidos por microbalança magnética a
alta pressão e por ressonância magnética nuclear, métodos também empregados para estudar a
capacidade dos líquidos iônicos em dissolverem o CO2.
Metodologia
A figura abaixo é uma representação esquemática do equipamento utilizado para as
medidas de solubilidade do dióxido de carbono nos líquidos iônicos pela técnica de saturação
isocórica.
Figura 1 Equipamento utilizado para as medidas de solubilidade.
O número de mols de soluto presente na solução líquida é calculado pela diferença
entre duas medidas PVT, conforme equação abaixo: a primeira, quando o gás é introduzido no
reservatório, e a segunda, depois de o equilíbrio termodinâmico ser alcançado. Z corresponde
ao fator de compressibilidade para o gás puro, baseado em equações de estado. Para este
trabalho, foram utilizadas as equações de Van der Waals, Soave-Redlich-Kwong e PengRobinson.
A solubilidade pode ser expressa em fração molar ou como constante da lei de Henry.
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Uma vez conhecida a constante de Henry, os potenciais termodinâmicos de variação
de energia livre de Gibbs, de entalpia e de entropia para o processo de solvatação do CO2
podem ser determinados pelas relações a seguir.
Resultados
A figura abaixo apresenta os resultados das medidas de solubilidade de CO2 em
diferentes líquidos iônicos estudados a temperatura ambiente. A modelagem do gás está
baseada na equação de estado de Peng-Robinson.
Figura 2 Fração molar de CO2 em função da pressão de equilíbrio.
Conclusão
Dentre as equações de estado utilizadas, a equação de Peng-Robinson foi a que
mostrou resultados e tendências mais próximos aos encontrados em literatura. Para a obtenção
dos valores das variações de entalpia e de entropia para o processo de solvatação de CO2 nos
líquidos iônicos, a montagem experimental está sendo modificada, para que se aumente a
precisão e sensibilidade na leitura de pressões e se possam controlar as temperaturas do
processo, mantendo a célula de equilíbrio em diferentes temperaturas constantes.
Referências
JACQUEMIN, J., HUSSON, P., MAJER, V., GOMES, M. F. C., Fluid Phase Equilibria, Vol. 240 (2006), pp.
87-95.
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