Modelagem da solubilidade de CO2 e H2S em soluções de aminas via modelo de Kent-Eisenberg

dc.contributor.advisor1Queiroz, João Paulo Silva
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7316247674511327
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-3469-2773
dc.contributor.authorAzarias, Gabriel
dc.date.accessioned2026-05-22T19:15:59Z
dc.date.issued2025-12-08
dc.description.abstractNatural gas and refinery gas conditioning requires the removal of carbon dioxide (CO2) and hydrogen sulfide (H2S), contaminants that affect operational safety, equipment integrity and environmental performance and must comply with strict quality limits established by Brazilian regulation for commercial gas. In this context, thermodynamic models able to represent, with reasonable accuracy and moderate complexity, the solubility of acid gases in aqueous amine solutions are key tools for the design and optimization of gas sweetening units. This work aims to model the equilibrium between CO2, H2S and aqueous solutions of monoethanolamine (MEA) and diethanolamine (DEA) using the Kent–Eisenberg model, formulated with apparent equilibrium constants and effective Henry coefficients regressed from experimental data. The methodology is based on the numerical implementation of chemical-equilibrium relations, elemental balances and electroneutrality, coupled to vapour–liquid equilibrium equations, and on the iterative solution of this system for different acid-gas loadings, temperatures (25 – 140 °C) and solvent concentrations representative of industrial operation (15 – 40 % m/m). Model validation was carried out by comparing simulation results with solubility data from the literature for aqueous MEA (15.3 wt% at 40 °C) and DEA (19.3 wt% at 40 °C) solutions in the presence of CO2 and H2S simultaneously. The results show satisfactory quantitative agreement, with average deviations of 6% for H2S and 16% for CO2 in MEA, and consistent performance for the DEA system, with average deviations of 12% for H2S and 10% for CO2. The equilibrium curves correctly reproduce the increase in partial pressure with temperature and gas loading, as well as the higher relative solubility of H2S compared with CO2. Predicted pH trends and speciation patterns are physically consistent and highlight the different roles of carbamate and bicarbonate in primary and secondary amines. It is concluded that the Kent–Eisenberg model satisfactorily describes CO2 and H2S solubility in MEA and DEA over the analysed operating ranges, providing a consistent basis for process design and for improving the energy and environmental performance of acid-gas removal units.eng
dc.description.resumoO tratamento de gás natural e de correntes gasosas de refinaria exige a remoção de dióxido de carbono (CO2) e sulfeto de hidrogênio (H2S), contaminantes que afetam a segurança operacional, a integridade dos equipamentos e o desempenho ambiental, além de dificultarem o atendimento aos limites de qualidade estabelecidos pela ANP para o gás comercial. Nessa realidade, modelos termodinâmicos capazes de descrever, com boa precisão e complexidade moderada, a solubilidade de gases ácidos em soluções aquosas de aminas são ferramentas importantes para o projeto e a otimização de unidades de adoçamento. Este trabalho tem por objetivo modelar o equilíbrio entre CO2, H2S e soluções aquosas de monoetanolamina (MEA) e dietanolamina (DEA) por meio do modelo de Kent–Eisenberg, formulado com constantes aparentes de equilíbrio e coeficientes de Henry efetivos ajustados a dados experimentais. A metodologia baseia-se na implementação numérica das equações de equilíbrio químico, balanços elementares e eletroneutralidade, acopladas às relações de equilíbrio líquido-vapor, e na resolução iterativa do sistema para diferentes cargas de gás ácido, temperaturas (25 – 140 °C) e concentrações de solvente representativas de condições industriais (15 – 40 % m/m). A validação é realizada por comparação com dados de solubilidade da literatura para soluções aquosas de MEA (15,3 % m/m a 40 °C) e DEA (19,3 % m/m a 40 °C) em presença de CO2 e H2S simultaneamente. Os resultados mostram concordância quantitativa satisfatória, com desvios médios de 6 % para H2S e 16 % para CO2 em MEA, e desempenho consistente para o sistema com DEA, com desvios médios de 12 % para H2S e 10 % para CO2. As curvas de equilíbrio reproduzem adequadamente o aumento da pressão parcial com a temperatura e com a carga gasosa, bem como a maior solubilidade relativa do H2S em comparação ao CO2. As previsões de pH e de especiação química são fisicamente coerentes e evidenciam o papel distinto de carbamato e bicarbonato em aminas primárias e secundárias. Conclui-se que o modelo de Kent–Eisenberg descreve de forma satisfatória a solubilidade de CO2 e H2S em MEA e DEA nas faixas de operação analisadas, constituindo base consistente para estudos de projeto e de melhoria da eficiência energética e ambiental de unidades de remoção de gases ácidos.por
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationAZARIAS, Gabriel. Modelagem da solubilidade de CO2 e H2S em soluções de aminas via modelo de Kent-Eisenberg. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24156.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24156
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.courseEngenharia Química - EQ
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectModelagempor
dc.subjectSimulaçãopor
dc.subjectTratamento de gáspor
dc.subjectGases ácidospor
dc.subjectModellingeng
dc.subjectSimulationeng
dc.subjectGas treatmenteng
dc.subjectAcid gaseseng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA
dc.subject.ods7. Energia limpa e acessível
dc.titleModelagem da solubilidade de CO2 e H2S em soluções de aminas via modelo de Kent-Eisenbergpor
dc.title.alternativeModeling the solubility of CO2 and H2S in amine solutions using the Kent-Eisenberg modeleng
dc.typeTCC

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