Carbon dioxide capture by means of cyclic organic nitrogen compounds

Resumen

La investigación incluida en la presente tesis doctoral engloba el proceso necesario para la captura de dióxido de carbono mediante diferentes aminas cíclicas, dentro de las cuales están englobadas las derivadas de quitina (más específicamente la glucosamina y quitosano), las alquil-pirrolidonas y la pirrolidina y piperidina. Dicha investigación se basó en el estudio de tres sistemas, cada uno de los cuales presenta características potencialmente adecuadas para alcanzar el objetivo final de este trabajo, es decir, obtener mejoras en el proceso de captura del dióxido de carbono, mediante operaciones de absorción gas-líquido y gas-líquido-líquido, presente en corrientes gaseosas. Estos sistemas son los siguientes: a) Disoluciones acuosas de aminas cíclicas. La absorción química es la opción más empleada en la industria para la captura de dióxido de carbono. En la actualidad, las disoluciones de alcanolaminas siguen siendo empleadas en plantas de tratamiento de petróleo, gas natural y producción de amoníaco para la eliminación de dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno presentes en corrientes gaseosas. Entre las alcanolaminas más empleadas se encuentran la monoetanolamina o la dietanolamina. En este estudio se proponen nuevos disolventes basados en aminas cíclicas (pirrolidina y piperidina), las cuales presentaron mejoras en la captura de dióxido de carbono, en cuanto a velocidad de reacción química. b) Disoluciones acuosas de amidas cíclicas. Debido al interés que generó la absorción de gases ácidos empleando N-metil-2-pirrolidona, en este trabajo se analizó el proceso de absorción de dióxido de carbono empleando este compuesto y otros de la misma familia, concretamente la 2-pirrolidona y la N-etil-2-pirrolidona, con el fin de evaluar las diferencias entre los distintos disolventes sobre el proceso de absorción, tanto desde el punto de vista de la hidrodinámica como de la transferencia de materia. c) Uso de emulsiones (sistemas gas-disolución acuosa de aminas-fase orgánica). En este trabajo se determinó el efecto causado por la presencia de un compuesto orgánico sobre la transferencia de materia gas-líquido. Además, el hecho de utilizar un compuesto orgánico hizo necesario el uso de un surfactante para estabilizar la emulsión, en este caso tween80. Fue necesario tener esto en cuenta ya que este tipo de compuestos pueden afectar de un modo muy importante a la hidrodinámica y a la transferencia de materia. La investigación desarrollada en la presente tesis doctoral se ha realizado según la siguiente distribución: 1. Caracterización físico-química. 2. Estudios cinéticos. 3. Estudios hidrodinámicos. 4. Estudios de transferencia de materia. 5. Estudios de especiación por RMN. Los sistemas que emplean pirrolidina y peperidina, pretenden aportar mejoras al proceso de captura de CO2, principalmente aumentando la velocidad de absorción. Sin embargo la glucosamina no tiene las características negativas asociadas a las disoluciones de aminas comúnmente utilizadas en la captura de dióxido de carbono, así que las disoluciones acuosas de glucosamina pueden ser manipuladas sin riego, y además no tienen carácter corrosivo, siendo necesario un mantenimiento menor de los equipos. Con respecto a la transferencia de resultados, se considera que el trabajo tiene una aplicabilidad elevada ya que los estudios desarrollados muestran resultados prometedores y se cree que estas nuevas tecnologías son de interés en la industria para reducir las emisiones de dióxido de carbono.