Ingeniería Química · 2023
Evaluación y simulación de técnicas de captura de CO2 mediante adsorción física empleando zeolitas
El CO2 como gas de efecto invernadero, se considera uno de los principales promotores del cambio climático; en consecuencia, se han desarrollado estrategias de captura y almacenamiento que minimicen su impacto al medio ambiente. El presente trabajo tuvo como fin el uso del software Aspen Adsorption como una herramienta para simular procesos de adsorción física para la captura de CO2, tales como, adsorción por oscilación de temperatura (TSA), adsorción por oscilación de Presión (PSA) y adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA). Para ello, se presentó un estudio sistemático a escala laboratorio mediante simulaciones dinámicas realizadas en columnas de adsorción empleando la zeolita 13X como adsorbente. La metodología para el desarrollo de esta propuesta recurrió, inicialmente, a un análisis documental, donde se realizó un diagrama de decisión con el fin de analizar y comparar las propiedades de cada configuración, teniendo en cuenta ventajas y desventajas para su simulación. Posteriormente, se realizó la validación de los datos de la isoterma, para predecir la capacidad de adsorción sobre la mezcla gaseosa. Finalmente, se simularon los modelos y los resultados obtenidos indicaron que el sistema VPSA se desempeñó mejor con un porcentaje de recuperación y pureza de 82% y 52% respectivamente, en comparación con el PSA y TSA.
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Contenido
- Introducciónp. 12
- 1. Objetivosp. 14
- 1.1. Objetivo generalp. 14
- 1.2. Objetivos específicosp. 14
- 2. Marco conceptualp. 15
- 2.1. Adsorción físicap. 15
- 2.2. Tecnologías de adsorción física de CO2p. 15
- 2.2.1 Adsorción por oscilación de temperatura (TSA)p. 15
- 2.2.2 Adsorción por oscilación de presión (PSA)p. 17
- 2.2.3 Adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA)p. 18
- 2.3. Zeolitasp. 19
- 2.4. Isotermas de adsorciónp. 20
- 2.5. Curvas de rupturap. 21
- 3. Estado del artep. 22
- 4. Metodologíap. 24
- 4.1. Elaboración análisis multicriteriop. 25
- 4.2. Selección del softwarep. 26
- 4.3. Análisis TRLp. 27
- 4.4. Selección del adsorbentep. 30
- 4.5. Construcción del sistemap. 31
- 4.6. Selección de la isotermap. 33
- 4.8. Protocolo de simulaciónp. 34
- 4.8.1. Simulación del sistema TSAp. 35
- 4.8.2. Simulación del sistema PSAp. 35
- 4.8.3 Simulación del sistema VPSAp. 36
- 5. Resultadosp. 37
- 5.1. Análisis multicriteriop. 37
- 5.2 Análisis de la isotermap. 40
- 5.3. Estudio de la curva de rupturap. 43
- 5.4. Resultados de simulaciones TSA, PSA Y VPSAp. 45
- 6. Conclusionesp. 47
- 7. Recomendacionesp. 48
- Referencias bibliográficasp. 49
- Apéndicesp. 58
- Tabla 1. Zeolitas y su propiedad adsorbentep. 19
- Tabla 3. Clasificación de zeolitas empleadas en PSA, TSA y VPSAp. 30
- Tabla 4. Resultados curva de ruptura para la isoterma Dual-site de Langmuirp. 45
- Figura 1. Representación del ciclo TSAp. 16
- Figura 2. Representación del ciclo TSA (Cinco Pasos)p. 16
- Figura 3. Representación del ciclo PSAp. 17
- Figura 4. Isotermas de adsorción para sistemas gas-sólidop. 20
- Figura 5. Curva de ruptura típica en columna de adsorciónp. 22
- Figura 6. Diagrama de metodología para el desarrollo de la investigaciónp. 25
- Figura 7. Nivel de Madurez de la Tecnología (TRL)p. 27
- Figura 8. Diagrama de pasos para la construcción del sistema en Aspen Adsorptionp. 32
- Figura 9. Lecho Fijo simulado en Aspen Adsorptionp. 34
- Figura 10. Modelo TSA simulado en Aspen Adsorptionp. 35
- Figura 11. Modelo PSA simulado en Aspen Adsorptionp. 36
- Figura 12. Modelo VPSA simulado en Aspen Adsorptionp. 37
- Figura 13. Diagrama de decisión de las tecnologías TSA, PSA y VPSAp. 39
- Figura 14. Isoterma extendida de Langmuir para CO2 en Zeolita 13Xp. 40
- Figura 15. Isoterma extendida de Langmuir para N2 en Zeolita 13Xp. 41
- Figura 16. Isoterma DSL para CO2 en Zeolita 13Xp. 41
- Figura 17. Isoterma DSL para N2 en Zeolita 13Xp. 42
- Figura 18. Capacidad de adsorción en PSA y TSAp. 43
- Figura 19. Curva de ruptura de CO2 (15% V/V), N2 (75% V/V) con He (10% V/V) a 1 barp. 44
- Apéndice A. Isotermasp. 58
- Apéndice B. Modelo TSAp. 60
- Apéndice C. Modelo PSAp. 62
- Apéndice D. Modelo VPSAp. 63