Simulações Computacionais De Sistemas Absorvedores De Gases

Simulações Computacionais De Sistemas Absorvedores De Gases

Author Cardoso, Piercarlo Fortunato Autor UNIFESP Google Scholar
Advisor Siqueira, Leonardo Jose Amaral De Autor UNIFESP Google Scholar
Institution Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Graduate program Engenharia E Ciência De Materiais
Abstract n this work, molecular dynamics simulations were employed in order to obtain physicochemical properties of solvation of the H2S, CO2 and CH4 gases in the ionic liquid butyltrimethylammonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (IL), in the polymer poly (oxyethylene) (PEO) and in the mixing of the ionic liquid with the polymer. From the values of free energy of solvation (ΔGsol) of the gases in the three different systems were estimated the values of Henry's Law constant (KH) for CO2, H2S and CH4. Regardless the absorption system, the solubility of H2S was always greater than that of CO2, which in turn was more soluble than CH4. Among the systems, PEO showed the greatest solubility and interaction with the gases. In the study of bulk dynamic properties, the gas diffusion coefficients (D) were higher in the system with lower gas-absorber interactions. From the diffusion coefficients and of solubilities, the permeabilities of the gases in the systems were estimated. The H2S gas has been shown to be the most permeable in all three systems, while CH4 is the least permeable. For the study of the interface properties, it was observed by the density profiles that H2S has higher density inside the liquid phase. The existence of peaks in the density profiles at the liquid-gas interfaces evidences the adsorption layer of the gases. Potentials of mean force calculated from the density profiles showed the existence of valleys at the liquid-gas interfaces, whose depths followed the order: H2S > CO2 > CH4. The depth of the valleys presented correlation with the residence time of the gas at the surface of the liquid, that is, the deeper the valley, the longer the residence time of the gas at the interface. It was also observed a correlation between the residence time at the interface with the rate of absorbed gas molecules by the system. Therefore, the residence time and absorption kinetics of the molecules follow the order: H2S > CO2 > CH4. In the comparison between the systems, the PEO was the system that presented the highest solubility and highest rates of gas absorption.

Neste trabalho foi investigado por meio de simulações de dinâmica molecular as propriedades físico-químicas de solvatação dos gases H2S, CO2 e CH4 no líquido iônico bis[(trifluorometil)sufonil]imida de butil-trimetilamônio, no polímero poli(oxietileno) (PEO) e na mistura do líquido iônico com o polímero. A partir dos valores de energia livre de solvatação (ΔGsol) dos gases nos três diferentes sistemas foram estimados os valores das constantes de Henry (KH) dos gases (CO2, H2S e CH4). Independentemente do sistema absorvedor, a solubilidade do H2S foi sempre maior que a do CO2, que por sua vez se mostrou mais solúvel que o CH4. Entre os sistemas, o PEO foi o que apresentou a maior solubilidade e interação com os gases. No estudo das propriedades dinâmicas no bulk foi observado por meio dos cálculos de coeficiente de difusão (D) que quanto maior a interação gás-sistema absorvedor menor o valor de D. A partir dos coeficientes de difusão e das solubilidades foram estimadas as permeabilidades dos gases nos sistemas. O gás H2S se mostrou o mais permeável nos três sistemas, enquanto o CH4 é o menos permeável. A permeabilidade do CO2 é intermediária. Para o estudo das propriedades de interface, foi observado pelos perfis de densidade que o H2S têm maior densidade no interior da fase líquida: H2S > CO2 > CH4. A existência de picos nos perfis de densidade nas interfaces líquido-gás evidência a camada de adsorção dos gases. Potenciais de força média calculados a partir dos perfis de densidade mostraram a existência de vales nas interfaces líquido-gás, cujas profundidades seguiram a seguinte ordem: H2S > CO2 > CH4. A profundidade dos vales apresentou correlação com o tempo de permanência do gás na superfície do líquido, ou seja, quanto mais profundo o vale, maior o tempo de permanência do gás na interface. Também foi observado correlação entre o tempo de permanência na interface com a taxa de moléculas absorvidas do gás pelo sistema. Portanto, foi encontrado um tempo de permanência e uma cinética de absorção das moléculas na ordem: H2S > CO2 > CH4. Na comparação entre os sistemas, o PEO foi o sistema que apresentou a maior solubilidade e maiores taxas de absorção dos gases.
Keywords Molecular Dynamics
Natural Gas
Acid Gases
Free Energy Of Solvation
Adsorption Time
Dinâmica Molecular
Gás Natural
Gases Ácidos
Energia Livre De Solvatação
Tempo De Adsorção
Language Portuguese
Date 2017-08-28
Research area Materiais E Processos Para Aplicações Industriais
Knowledge area Ciência, Engenharia E Tecnologia De Materiais
Publisher Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Extent 0p.
Origin https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=5082462
Access rights Closed access
Type Dissertation
URI http://repositorio.unifesp.br/handle/11600/49955

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