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Resumen de Efecto de la temperatura en la recuperación de co2 mediante membranas y líquidos iónicos

Lucía Gómez Coma

  • español

    Resumen La disminución de las emisiones de dióxido de carbono es uno de los principales retos del siglo XXI para paliar el impacto de los gases de efecto invernadero producidos en la combustión de combustibles fósiles en procesos industriales y de generación de energía. Desde 1750 la concentración de CO2 en la atmósfera ha aumentado en más de 100 ppm llegando a situarse en la actualidad en torno a los 400 ppm. La captura y almacenamiento o utilización de carbono es considerada, como una de las tecnologías más prometedoras para reducir las emisiones atmosféricas de carbono.

    Entre todas las tecnologías existentes para la captura de CO2, este trabajo está centrado en la post-combustión. La captura de gases de post-combustión, por lo general, trabaja a presión ambiente y a una temperatura entre 318 y 352K, con una composición de CO2 de la corriente de entrada en torno a un 15%. En este contexto, la presente Tesis Doctoral, sustituye (i) el absorbedor tradicional por contactores de membranas de fibras huecas y (ii) los absorbentes tradicionales por líquidos iónicos, para llevar a cabo una absorción no dispersiva con cero emisiones de disolvente.

    Se ha llevado a cabo la preparación y caracterización de módulos de fibras huecas de PVDF con y sin líquidos iónicos inmovilizados; se ha realizado un estudio del proceso en función de distintas variables, claves en los procesos de captura tales como caudal de gas, temperatura y material de las fibras; una evaluación para determinar el coeficiente global de transferencia de materia así como de las distintas resistencias que afectan al proceso y finalmente, un modelado del proceso para determinar los parámetros del modelo y estimar el factor de intensificación que proporcione esta tecnología de membranas aplicada a la captura de CO2 de gases de postcombustión.

    A lo largo de la presente Tesis Doctoral, se han utilizado módulos de fibras huecas de escala laboratorio de polipropileno, de PVDF y polisulfona. Para la absorción no dispersiva de CO2, se han utilizado los líquidos iónicos 1-etil-3-metilimidazolio etilsulfato [emim][EtSO4], (por su baja viscosidad, bajo coste y baja toxicidad) y 1-etil-3-metilimidazolio acetato [emim][Ac] (por su alta solubilidad al CO2), así como este último con distintas cantidades de agua (que permiten reducir la viscosidad).

    Se ha realizado un estudio que contribuye al progreso de la captura de dióxido de carbono, consiguiendo resultados novedosos competitivos en relación con el estado actual de la investigación en la aplicación de la tecnología de membranas para la absorción no-dispersiva de CO2, además de dar las claves para lograr un proceso también competitivo respecto a los procesos convencionales que emplean columnas de absorción con aminas.

    El reto actual se traslada a la implantación industrial de la tecnología de membranas para llevar a cabo la absorción no-dispersiva de CO2, evitando de este modo los problemas asociados a (i) la pérdida de solvente (y contaminación asociada), y (ii) el elevado coste energético del proceso.

  • English

    Abstract The mitigation of carbon dioxide emissions is one of the main challenges of the 21st century to alleviate the impact of greenhouse gases produced from combustion fossil fuels in industrial processes and power generation. Since 1750, CO2 concentration in the atmosphere has increased by more than 100 ppm. Nowadays this value is around 400 ppm. Carbon capture and storage or valorization is considered, as one of the most promising technologies to reduce atmospheric carbon emissions.

    Among all existing CO2 capture technologies, this work is focused on the postcombustion. Post-combustion gas capture is usually performed at ambient pressure and temperature between 318 and 352K. The CO2 composition in the gas stream is around 15%. In this context, this thesis, replaces (i) the conventional absorption tower by hollow fiber membrane contactors and (ii) the traditional absorbents by ionic liquids, to carry out a nondispersive absorption with zero solvent emissions.

    The preparation and characterization of PVDF hollow fiber modules with and without immobilized ionic liquids has been carried out. Moreover, a study of the influence of key variables in capture processes such as gas flow rate, temperature and fiber material has been conducted. An assessment to determine the overall mass transfer coefficient and the different resistances that affect the process has also been carried out. Finally, the process has been modelled with the aim of determining the module parameters and the intensification factor for CO2 capture of post-combustion gases.

    Throughout this thesis, different modules of different materials have been used in an experimental set-up at laboratory scale for CO2 non-dispersive absorption: polypropylene, PVDF and polysulfone. As solvents two different ionic liquids have been used: 1-ethyl-3-methylimidazolium ethylsulfate [emim][EtSO4] (due to its low viscosity, low cost and low toxicity) and 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate [emim][Ac] (because of its high CO2 solubility). The effect of the addition of different amounts of water to [emim][Ac] (to reduce its viscosities) was also analyzed.

    This work contributes to the progress of the carbon dioxide capture, achieving innovate values related to the state of the art of the non-dispersive absorption for CO2 capture. Moreover, the thesis also gives the keys to accomplish a competitive process compared with the conventional processes operated in absorption towers with amines.

    Based on the results obtained in this thesis the challenge is transferred to the industrial implementation of membrane technology in order to accomplish a non-dispersive CO2 absorption, avoiding the problems associated with (i) solvent losses (and associated pollution), and (ii) the high energy cost of the conventional process.


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