Modelado y optimización de una columna de absorción reactiva de CO2 con refrigeración intermedia

Abstract

Este trabajo presenta un modelo matemático, determinístico y no-convexo, que permite optimizar el flujo de solvente fresco que alimenta una columna de absorción reactiva de CO2 en el sistema CO2-Pz-H2O-N2-O2. El modelo fue derivado bajo ciertas hipótesis simplificatorias e implementado en GAMS (General Algebraic Modeling System).Los resultados obtenidos concuerdan satisfactoriamente con la bibliografía y son discutidos a través de varios ejemplos. Por otro lado, se optimizaron dos configuraciones: 1) columna adiabática y 2) columna con inter-enfriamiento. Para todos los casos analizados, se observó que las operaciones a baja carga de CO2 (0.16<αL<0.28) no requieren refrigeración intermedia para mejorar el comportamiento de la transferencia de materia empleando la mínima cantidad de solvente fresco para lograr una recuperación de 90%. Por el contrario, para cargas superiores (0.28<αL<0.34) la operación óptima de la columna se ve beneficiada con inte-renfriamiento en la zona donde se observaron máximos de temperatura cuando la misma opera adiabáticamente.

In this work, a deterministic and non-convex mathematical model is presented in order to optimize the fresh solvent flow rate that fed a reactive absorption column of CO2 in CO2 -Pz -H2 O-N2 -O2 system. The model was conducted under certain simplifying assumptions and implemented in GAMS (General Algebraic Modeling System). The obtained results are in good agreement with bibliography and are discussed through some examples. On the other hand, two configurations are optimized: 1) adiabatic column and 2) intercooling absorber. For all the analyzed cases, it is noted that operations at low load CO2 (0.16<αL<0.28) do not require intercooling to improve the performance of mass transfer using the minimum amount of fresh solvent to achieve a recovery of 90%. On the contrary, for higher loadings (0.28<αL<0.34) the optimal operation of the column is benefited with intercooling in the area where maximum temperature were observed when the column operates adiabatically.