Predição de isotermas de adsorção de CO2 e CH4 em zeólita NaY e carvão ativado em altas pressões por meio de simulação de Monte Carlo Grande Canônico e modelo do gás de rede 3D

Abstract

Na remoção de CO2 do gás natural por adsorção são necessários dados de equilíbrio a altas pressões, entretanto, na literatura há poucas informações nestas condições. Portanto neste trabalho, isotermas de adsorção mono e bicomponentes de CO2 e CH4 em zeólita NaY e carvão ativado proveniente da casca do coco de babaçu a altas pressões e 293, 303 e 313 K foram preditas a partir da correlação de dados experimentais a baixas pressões por meio de simulação de Monte Carlo no ensemble Grande Canônico, utilizando o modelo do gás de rede 3D. Na simulação foram empregadas as seguintes hipóteses: i) declínio da energia de adsorção com o aumento da distância entre adsorvato e adsorvente dado por U(z) = -?/z3; ii) homogeneidade energética da superfície do sólido; iii) adsorção em camadas sobrepostas. Foram utilizados como parâmetros de correlação a constante de Henry, a energia de interação gás-sólido e a quantidade máxima adsorvida por camada. Com o intuito de avaliar a formação de camadas sobrepostas, foi realizado a simulação da quantidade adsorvida em cada camada da rede tridimensional. As isotermas preditas apresentaram comportamento semelhante aos dados experimentais, com desvios inferiores a 0,32 mol kg-1. A simulação molecular também mostrou que a adsorção em camadas sobrepostas inicia antes do total preenchimento da primeira camada de moléculas adsorvidas, sendo que o carvão ativado apresentou maior formação das camadas sobrepostas, pois este material apresenta micro e mesoporos. A simulação GCMC é uma ferramenta alternativa a técnicas experimentais evitando custos com experimentos de adsorção gasosa em altas pressões sendo importante para o estudo da captura do CO2 em tais condições

In the removal of CO2 from the natural gas by adsorption equilibrium data is required at high pressures, however, in the literature there is little information under these conditions. In this work, high pressures adsorption of pure and binary isotherms of CO2 and CH4 at NaY zeolite and babassu hush activated carbon at 293.15, 303.15 and 313.15 K were predicted from low pressure experimental data correlation through Grand Canonical Monte Carlo simulation using the 3D lattice gas model. The following hypotheses were used for simulation: i) decay of adsorption energy with the increase of distance between adsorbate and adsorbent given by U(z) = -?/z3; ii) energetic homogeneity of solid surface; iii) adsorption in superimposed layers. Henry constant, gas-solid interaction energy and the maximum adsorbed amount per layer were used as correlation parameters. In order to evaluate the formation of superimposed layers, the adsorbed amount was simulated in each layer of the three dimensional lattice. The predicted isotherms were compared to experimental data and represent the adsorption behavior presented with deviations below 0.32 mol kg -1. Molecular simulation results also show that adsorption in superimposed layers begins before complete coverage of the first layer of adsorbed molecules. The activated carbon presented greater formation of the superimposed layers, because this material presents micro and mesopores. GCMC simulation is an alternative tool to experimental techniques avoiding costs with gas adsorption experiments at high pressures being important for the study of CO2 capture in such conditions