Simulação dinâmica de adsorção de co2 em carvão ativado: processo psa usando ASPEN ADSIMTM

Abstract

O aumento no consumo de combustíveis fósseis através de usinas termoelétricas e a crescente emissão de dióxido de carbono motiva o estudo de novas formas de capturar e armazenar o dióxido de carbono (do inglês CCS – Carbon Capture and Storage). Para este fim, novos processos são desenhados de forma que possa ser obtido o CO2 com maior pureza e recuperações de forma que este produto seja redirecionado para outros processos, sendo assim, alcança-se uma maior integração entre processos industriais. O sistema de adsorção por oscilação de pressão (do inglês Pressure Swing Adsorption) em carvão ativado é uma das alternativas apresentadas para remediar este problema. O design de tais processos necessita de uma elevada gama de dados experimentais. Tomou-se como referência um estudo experimental da literatura, que avaliou a adsorção em carvão ativado comercial da marca Calgon Carbon Filtrasorb 400 (denotado de F600-900) à temperatura de 323 K e pressão de 1 atm através de um leito fixo até o ponto de equilíbrio. Os dados experimentais foram utilizados para a validação da simulação com o modelo de escoamento dinâmico proposto pelo próprio autor, utilizando a isoterma de Langmuir para representar o equilíbrio de fases e os balanços material e de momento para representar o processo de transferência de massa no leito de carvão ativado. Em posse dos dados da validação, nove simulações dinâmicas foram executadas para avaliar a purificação de CO2 de alimentação contendo fração molar 0,15 de dióxido de carbono, em sistema PSA para um ciclo completo. Após isto, determinou-se quando foi atingido o estado estacionário cíclico (do inglês CSS – Cyclic Steady State) passo que levou por volta de 16 ciclos para ser atingido. Através das simulações executadas a maior recuperação de 92,78 % a uma pureza de 51,5 % de CO2, tal processo teve produtividade de 3,19 mol·kg-1·h-1, trabalhando a 2 bar de pressão total e 30 segundos para o tempo de adsorção.