Caracterización termodinámica de mezclas acuosas de aminas

Abstract

El importante crecimiento económico en nuestra sociedad desde mediados del siglo pasado ha estado asociado a un notable aumento del consumo energético, basado en un modelo energético centrado en el uso de combustibles fósiles , lo que ha conllevado un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero. La problemática generada como consecuencia del aumento del CO2, principal gas causante del efecto invernadero, ha obligado a tomar iniciativas que traten de reducir o evitar que el CO2 de las emisiones, principalmente de la industria alcance la atmósfera. Los sistemas de absorción química basados en disoluciones acuosas de aminas han sido utilizados durante años, especialmente para la eliminación de gases ácidos del gas natural. En la captura de CO2 pueden utilizarse aminas primarias, secundarias y terciarias, y cada una tiene sus ventajas y desventajas. Propiedades como la densidad, viscosidad y capacidad calorífica de dichas mezclas intervienen por ejemplo, en el modelado de la tasa de transferencia de masa, dimensionamiento de tuberías y el diseño de bombas e intercambiadores de calor. Es por esta razón que conocer dichas propiedades termofísicas es de vital importancia para que el proceso de captura sea llevado de forma eficiente. Conscientes de esta problemática el Grupo de Investigación de Excelencia TERMOCAL (Laboratorio de Metrología y Calibración de la Universidad de Valladolid) y con la financiación de la Junta de Castilla y León desarrollan el proyecto: Biogás renovable y procesos de captura del CO2 de combustión asociados como base a la sostenibilidad energética ambiental: Investigación Termodinámica Experimental. Dicho proyecto en el cual se enmarca este trabajo tiene entre las sus líneas de desarrollo la investigación de propiedades termodinámicas de las aminas involucradas en el proceso de captura de CO2 proveniente de gases de postcombustión. En este trabajo se presentan las densidades, viscosidades y capacidades caloríficas isobáricas para disoluciones acuosas de aminas comúnmente utilizadas en los procesos de captura de CO2 como lo son: la Metildietanolamina (MDEA), Dietanolamina (DEA), Etanolamina (MEA), Trietanolamina (TEA), Dimetilaminoetanol (MDAE), Piperazina (PZ) y tres mezclas compuestas por MDEA+DEA, PZ+MDAE. Las medidas de densidad se han realizado utilizando un densímetro de tubo vibrante Anton Paar DMA HPM, en un rango (0 a 3) g · cm-3, con una resolución de 1.10-5 g · cm-3, con una incertidumbre de ± 7.10-4 g · cm-3 en un intervalo de temperaturas entre 293.15 a 393.15 K, y en un intervalo de presión de 0.1 a 140 MPa. Para llevar a cabo las medidas de viscosidad se ha utilizado un viscosímetro de caída de cuerpo desarrollado en el laboratorio TERMOCAL de la Universidad de Valladolid. El principio de medida de la viscosidad dinámica está basado en la caída de un cilindro en el interior de un tubo que contiene al líquido, el cilindro móvil cae verticalmente y fuerza al fluido a filtrarse en el espacio comprendido entre él y la pared cilíndrica interna de este tubo. El tiempo de caída se determina a partir de la señal de un conjunto de bobinas situadas alrededor del tubo. Este equipo debe ser calibrado a diferentes temperaturas y presiones y permite, en la actualidad, realizar medidas hasta 100 MPa y entre 293.15 y 393.15 K. La incertidumbre en las medidas es del ± 2.5 % y ± 3.2% en un rango de viscosidades de 0.2 a 4.9 mPa·s. Las capacidades caloríficas se llevan a cabo mediante un calorímetro de flujo isobárico modificado en el laboratorio TERMOCAL, siendo posible obtener las capacidades caloríficas de las mezclas acuosas de aminas en un rango de 313.15 a 353.15K y 0-25MPa con una incertidumbre expandida del 1%. Los valores de densidad, viscosidad y capacidades caloríficas isobáricas, han sido correlacionados con varias ecuaciones que permiten representar el comportamiento de dichas propiedades en función de la temperatura y la presión.