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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
PÉRDIDA DE ETANOL AMINA EN LOS SISTEMAS EA-H
2
O-AIRE Y EA-H
2
O-O
2
Jaime MORENO ALCÁNTARA
1,2
*, Rosa Hilda CHÁVEZ TORRES
1
, Arturo COLÍN CRUZ
2
y
Thelma Beatriz PAVÓN SILVA
2
1
Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, Carretera Federal México Toluca km 36.5, Ocoyoacac, Estado
de México, México, C.P. 52750
2
Universidad Autónoma del Estado de México, Facultad de Química. Paseo Colón esquina Paseo Tollocan,
Toluca, Estado de México, México, C.P. 50120
* Autor para correspondencia: jaime.moreno@inin.gob.mx
(Recibido febrero 2014; aceptado enero 2015)
Palabras clave: captura de dióxido de carbono, absorción química
RESUMEN
Se evaluaron los sistemas EA-H
2
O-aire y EA-H
2
O-O
2
con el objetivo de establecer la
contribución del aire y del O
2
en ausencia de CO
2
en la pérdida de etanol amina (EA)
en una solución acuosa al 30 % para el proceso de captura de CO
2
. Los experimentos
se realizaron con suministro de aire y de O
2
a temperatura ambiente durante 16 h
registrando cada 2 h el pH, la temperatura y la concentración de EA. La pérdida de
EA en el sistema EA-H
2
O-aire ocurrió durante las dos primeras horas, siendo mayor a
fujos bajos en comparación con fujos altos. Con un fujo de 11.27 mL/s se perdió en
promedio 10.5 %, mientras que con un fujo de 35.14 mL/s la pérdida Fue de 2.44 %.
La pérdida de EA disminuyó a medida que se incrementó el fujo de aire sin depender
de los tiempos de suministro. La pérdida de EA en el sistema EA-H
2
O-O
2
no Fue sig
-
ni±cativa cuando el oxígeno se alimentó 16 h en los fujos estudiados.
Key words: CO
2
capture, chemical absorption
ABSTRACT
EA-H
2
O-Air and EA H
2
O-O
2
systems were evaluated in order to establish the con-
tribution oF air and O
2
in the absence oF CO
2
in the loss oF ethanolamine (EA) in an
aqueous solution oF 30 % For the CO
2
capture process. Experiments were perFormed
with air supply fows and O
2
at room temperature For 16 h, every 2 h; pH, temperature
and concentration oF EA were recorded. EA loss in the EA-H
2
O-air system occurred
in the ±rst two hours, being higher at low fows compared to high fows. With a fow
oF 11.27 mL/s was lost on average 10.5 %, whereas with a fow oF 35.14 mL/s loss
was 2.44 %. EA loss decreased as the air fow is increased, without depending on air
supply times. EA loss in the EA-H
2
O-O
2
system was not signi±cant when oxygen was
Fed 16 h in the fows studied.
Rev. Int. Contam. Ambie. 31 (3) 271-278, 2015
J. Moreno Alcántara
et al.
272
INTRODUCCIÓN
La contaminación del planeta es particularmente
grave en lo que se refere a la atmósFera, ya que no
sólo aFecta en Forma directa a la salud de los seres
vivos, sino que adicionalmente ha alterado las condi-
ciones ambientales y climáticas (eFecto invernadero).
De acuerdo con Wang
et al
. (2011) el Programa de las
Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA)
menciona que las concentraciones de dióxido de car-
bono (CO
2
) en la atmósFera se han incrementado a
partir de 1860, de 280 ppm a 316 ppm en 1958, y en
2005 se llegó al valor de 369 ppm. Por otro lado Yu
et al
. (2012) mencionan que en 2012 la concentración
de CO
2
en la atmósFera Fue de aproximadamente
400 ppm y con base en ello predicen que en caso de
no tomar acciones que minimicen y controlen las
emisiones a la atmósFera, la concentración global de
CO
2
en 2100 será de 750 ppm. Al respecto el Panel
Inter Gubernamental de Expertos Sobre el Cambio
Climático (IPCC, por sus siglas en inglés; 2005), así
como Abu-Khader (2006) argumentan que entre las
principales opciones para mitigar y estabilizar las
concentraciones atmosFéricas del CO
2
está el proceso
de su captura. Existen tres métodos para capturar
el CO
2
generado por la quema de un combustible
Fósil primario (carbón, gas natural o petróleo), por
la biomasa o por una mezcla de estos combustibles:
1) los sistemas de combustión oxígeno-combustible,
2) los sistemas de captación previa a la combustión
y 3) Los sistemas de captación posterior a la com-
bustión. Las distintas tecnologías de captura pueden
ser utilizadas en las opciones comentadas, siendo la
concentración y la presión parcial de CO
2
en el gas,
los parámetros que justifquen en mayor medida el
empleo de una u otra opción.
De acuerdo con Supap
et al
. (2001), Strazisar
et al
.
(2003), GoFF y Rochelle (2004), Bello e Idem (2006),
Uyanga e Idem (2007), You
et al
. (2008), Rochelle
et
al
. (2011) y Vevelstad
et al
. (2011), la tecnología para
separar CO
2
de los sistemas de captura posterior a la
combustión (gases de chimenea) mediante absorción
química utilizando alcanol aminas se ha desarrollado
y aplicado durante décadas. De manera general, el
método consiste en exponer el ±ujo de gas en una
columna absorbedora con una amina en solución (eta-
nol amina, 2,2´ imino dietanol, bis,2-hidroxietil metil
amina, o bis,2-propanol amina, entre otras). El CO
2
es
capturado o retenido de acuerdo con la ecuación (1), la
amina (base débil) reacciona con el CO
2
(ácido débil)
para Formar una sal soluble (carbamato), la reacción
es reversible al aumentar la temperatura del proceso
en una columna de desadsorción para liberar el CO
2
.
2RNH
2
+ CO
2
+ H
2
O
(RHN
3
)
2
CO
3
(1)
La etanol amina (EA) es la amina más utilizada
debido a su bajo costo en el mercado y a su Fácil re
-
cuperación, además de que su grupo hidroxilo con-
tribuye a reducir la presión de vapor de tal modo que
aumenta su solubilidad en el agua y la alcalinidad
del grupo amino la hace reaccionar rápidamente con
el CO
2
. En consecuencia hay una buena captación
de CO
2
(Bello e Idem 2005, Uyanga e Idem 2007,
Lee
et al
. 2008, DelFort
et al
. 2011, Lepaumier
et
al
. 2011 y Voice y Rochelle 2011). En condiciones
ideales, la amina no suFriría degradación alguna
y se podría reciclar en su totalidad en el proceso,
sin embargo en condiciones reales está expuesta a
varios tipos de degradación (GoFF y Rochelle 2004),
principalmente la térmica y la oxidativa. La degra-
dación térmica ocurre normalmente a temperaturas
mayores de 200 ºC, por lo que para este trabajo no
se considera signifcativa, contrario a la degradación
oxidativa que será de gran importancia. Chapel
et
al
. (1999) mencionan que la acción oxidante del O
2
ocasiona la degradación, la pérdida y el agotamiento
de la EA y que en condiciones normales de opera-
ción sus concentraciones oscilan entre 15 y 20 %
en peso. En dichas concentraciones se presentan
problemas de corrosión y baja efciencia de captura,
por ello es necesario adicionar constantemente can-
tidades de EA que permitan superar estos valores.
De acuerdo con Bello e Idem (2005), Idem
et al
.
(2006), Uyanga e Idem (2007), Lee
et al
. (2008),
Chanchey
et al
. (2011), así como Closmann y Ro-
chelle (2011) la pérdida y degradación de la EA
se acentúa cuando en los gases de combustión se
tienen mezclas de como el O
2
en 4 %, CO
2
15 %,
N
2
79 %, así como pequeñas cantidades de otros
gases como el CO, SOx, NOx y cenizas Formadas
principalmente por óxidos inorgánicos (SiO
2
, Al
2
O
3
,
Fe
2
O
3
, CaO, Na
2
O, MgO, K
2
O y P
2
O
5
), como es el
caso de una central eléctrica.
Investigadores como Chi y Rochelle (2002),
GoFF y Rochelle (2004), Bello e Idem (2005),
Abu-Khader (2006), Bello e Idem (2006), Idem
et
al
. (2006), Tobiesen
et al
. (2007), Uyanga e Idem
(2007), Chanchey
et al
. (2011), Rochelle
et al
.
(2011) y Vevelstad
et al
. (2011), mencionan que
la captura de CO
2
de gases de combustión con EA
es un proceso Factible de aplicarse en las centrales
eléctricas y refnerías. Sin embargo hay algunos
obstáculos a tomar en cuenta y que deben resol-
verse, como lo es la pérdida de EA producto de las
primeras reacciones de oxidación, lo que genera
como consecuencia una disminución de la cantidad
PÉRDIDA DE ETANOL AMINA
273
de EA y por consiguiente menor efciencia en la
captura del CO
2
.
Hay tres razones Fundamentales para evitar o mi
-
nimizar la degradación y la pérdida de la EA (DelFort
et al
.
2011 y Vevelstad
et al
. 2011):
1. Dado que la EA se degrada, es necesario re-
emplazarla para mantener la misma capacidad de
captura, lo que representa un costo signifcativo,
aproximadamente 10 % del costo total del proceso
de captura de CO
2
(Voice y Rochelle 2011)
,
2. Como
resultado de la degradación de la EA se generan al-
gunos compuestos químicos volátiles como el NH
3,
que es tóxico para el ambiente y su disposición fnal
o tratamiento representa un nuevo costo y 3. Algu-
nos productos de la degradación de la EA, como
por ejemplo algunos ácidos carboxílicos, ocasionan
problemas de corrosión al equipo.
Supap
et al
. (2001) y Bello e Idem (2006) afr
-
man que para comprender y prevenir la degradación
de la EA así como para evitar la Formación de los
productos no deseados es necesario realizar estudios
que involucren la participación de cada uno de los
gases del sistema de captura, la identifcación de los
productos Formados, la estequiometria y la cinética
de los mecanismos de reacción en la Formación de
productos y en la degradación de la EA, además de
controlar parámetros como la concentración de EA,
de O
2
y de CO
2
.
En el Instituto Nacional de Investigaciones
Nucleares (ININ, México) se está realizando in-
vestigación sistematizada en Función de algunas
variables del proceso de captura de CO
2
. El objetivo
es determinar la cantidad de EA que reacciona con
el aire y con el O
2
en los sistemas EA-H
2
O-Aire y
EA-H
2
O-O
2
a diFerentes ±ujos de alimentación en
ausencia de CO
2
. Lo anterior con la intensión de
eliminar su in±uencia y poder asegurar que la pérdida
de EA se deba únicamente a su interacción con el aire
o con el O
2
, así como determinar la cantidad que no
participará en el proceso de captura.
Vale la pena enFatizar que al resolver o minimizar
la pérdida o degradación de la EA se tendrían grandes
logros como poder reciclar toda o parte de ella, evitar
la contaminación del ambiente con productos tóxicos
y eliminar los costos de tratamiento de los mismos,
así como disminuir la corrosión del equipo. Con lo
anterior se reducirían los costos de operación y se
podría asegurar que el proceso de captura sea más
viable económicamente. La captura de CO
2
en gases
de combustión usando como solvente EA pretende
Formar parte de una de las opciones de la cartera de
medidas para mitigar el cambio climático, tecnología
en la que México puede sumarse y cubrir en parte los
compromisos del Protocolo de Kyoto.
MATERIALES Y MÉTODOS
Previo al desarrollo experimental se realizó:
1. La calibración de los instrumentos de suminis-
tro de aire y de O
2
, mediante la técnica de la burbuja
que se Forma por la introducción del aire o de cual
-
quier otro gas en un líquido con Fundamento en el
tiempo que tarda la burbuja en ±uir un determinado
volumen de gas por unidad de tiempo (mL/s).
2. La determinación del punto de saturación de
O
2
disuelto (O
2
D) en agua bajo las condiciones at-
mosFéricas de Salazar, Estado de México, presión de
523 mm de Hg y 2950 msnm y 15 ºC, alimentando
aire con una compresora Gast Modelo DOA-P109-
²B a ±ujo constante de 11.27 mL/s durante 10, 15,
30, 45 y 60 min a 500 mL de H
2
O destilada libre
de O
2
. El agua libre de O
2
se preparó al hervir agua
destilada durante 2 min en un matraz de Florencia,
que se tapó holgadamente con un vaso pequeño
invertido sobre el cuello del matraz. Posteriormente
se redujo la temperatura con agua Fría hasta alcanzar
la del ambiente, el matraz se selló herméticamente
para evitar la redisolución del O
2
del aire. El agua
preparada no está del todo libre de O
2
por lo que se
cuantifcó el O
2
disuelto residual (O
2
R). El O
2
R y el
O
2
D se determinaron de acuerdo con el proyecto de
la norma ofcial mexicana PROY-NMX-AA-012/1-
SCFI-209 (Secretaría de Economía 2010) utilizado
comúnmente en el análisis de agua. Este método se
basa en la oxidación del ión manganeso a ión mangá-
nico (Mn
2+
----Mn
4
+
) provocada por el O
2
D en medio
Fuertemente alcalino. Al acidifcar la solución en
presencia de un yoduro (I
), el ión mangánico oxida al
yoduro y libera yodo (I
2
) en una cantidad equivalente
al oxígeno que existía originalmente (concentración
de O
2
D). De acuerdo con las siguientes ecuaciones:
En caso de ausencia de O
2
D la reacción es:
MnSO
4
+ 2NaOH
Mn(OH)
2
(2)
En caso de presencia de O
2
D se presentan las
reacciones:
2Mn(OH)
2
+ O
2
+ H
2
O
2MnO(OH)
2
(3)
MnO(OH)
2
+ 2H
2
SO
4
Mn(SO
4
)
2
+ H
2
O
(4)
J. Moreno Alcántara
et al.
274
Mn(SO
4
) + 2Nal
MnSO
4
+ Na
2
SO
4
+ I
2
(5)
Finalmente: concentración de I
2
= concentración
de O
2
El yodo libre se cuantifca con una solución de
tiosulFato de sodio valorada. Los cálculos para de
-
terminar el O
2
D se realizaron con la ecuación (6),
el valor calculado incluye al O
2
R (del agua libre de
oxígeno).
mg/L de O
2
= a (N) 8000/b
(6)
En donde:
a = mL gastados de tiosulFato de sodio
N = Normalidad del tiosulFato de sodio (0.025)
b = volumen de la muestra (98.7 mL)
Cabe destacar que históricamente la EA al 30 %
en solución acuosa se ha usado como estándar en
la evaluación de la captura de CO
2
de los gases de
combustión debido a su capacidad de absorción
de aproximadamente 50 % y a que en esta con-
centración se limita su viscosidad y su potencial
de corrosión en los equipos convencionales de las
plantas de captura (Bello e Idem 2005, DelFor
et
al
. 2011 y Rochelle
et al
. 2011). Es por ello que
en el presente trabajo se emplea la EA al 30 % en
solución acuosa. Por otro lado, al considerar que
la concentración máxima de O
2
D en el agua en las
condiciones experimentales de Salazar Estado de
México es de 6.9 mg/L, entonces el O
2
D que se
alimente por aireación al sistema EA-H
2
O debe de
tener valores inFeriores a 6.9 mg/L. Es decir ±ujos
entre 11.27 y 41.11 mL/s (
Cuadro I
) y para poder
comparar los resultados, los ±ujos de oxígeno deben
de ser similares a los ±ujos de aire.
Bajo estas consideraciones, los experimentos
se realizaron en los sistemas EA-H
2
O-Aire y EA-
H
2
O-O
2
. En un matraz de tres bocas (Sigma Aldrich)
se colocó la EA a una concentración de 99 % en
solución acuosa a una temperatura de 13 ºC y un
pH de 14 unidades para preparar la solución madre
al 30 % (5N). Posteriormente se le incrementó la
temperatura a esta solución hasta alcanzar los 26 ºC
y un pH de 12 unidades. La EA al 30 % se tituló
inmediatamente con HCl 5N valorado. De la misma
manera se preparó la EA para realizar cuatro expe-
rimentos con ±ujos de aire de 11.27, 17.24, 23.21 y
35.14 mL/s y cuatro experimentos con ±ujos de O
2
de 12.42, 17.09, 22.09 y 26.84 mL/s , a través de un
±ujómetro ²icher y Porter 10A3665A. Cada uno de
los procesos se realizaron con un ±ujómetro Gilmont
tipo ±otador, No. de serie 57111-57115, a temperatura
ambiente durante 16 h, tiempo promedio en el que
los experimentos alcanzaron la temperatura ambiente
.
Los registros de pH, temperatura y concentración de
EA se eFectuaron cada 2 h.
Para determinar diFerencias signifcativas entre
los cuatro procesos se llevó a cabo un análisis de
varianza y un análisis de comparación múltiple
(diFerencia mínima signifcativa), ambos a un nivel
de confabilidad del 95%.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Punto de saturación del O
2
D por aireación
El oxígeno disuelto residual (O
2
R) en el agua libre
de oxígeno Fue de 1.75 mg/L. Con aireación constante
de 11.27 mL/s, el oxígeno disuelto (O
2
D) Fue de 6.09
y 6.83 mg/L a los 10 y 15 min respectivamente. Para
los 30, 45 y 60 min se tuvo un valor constante de
6.90 mg/L, lo que indica que bajo las condiciones
experimentales de Salazar, México, la concentración
máxima de O
2
D por aireación en agua es del valor
constante mencionado.
Alimentación de O
2
D por aireación
En el
cuadro I
se presenta el O
2
D que se
alimenta a Flujo variable (11.27, 17.24, 23.21,
29.17, 35.14 y 41.11 mL/s) y tiempo constante
(10 min). El O
2
D alimentado se obtuvo de la
diFerencia entre el O
2
R y el oxígeno disuelto
de la muestra (O
2
DM). Se apreció un valor mí-
nimo de 3.33 mg/L y un máximo de 4.0 mg/L,
el promedio Fue de 3.6 mg/L durante los 10 min,
por lo que para fnes prácticos se determinó que la
alimentación del O
2
D es independiente del ±ujo del
aire y se alimentó a razón de 0.36 mg/L por min.
CUADRO I.
OXÍGENO DISUELTO ALIMENTADO POR
AIREACIÓN DURANTE 10 MIN CON FLUJOS
VARIABLES A LAS CONDICIONES ATMOS-
²ÉRICAS DE SALAZAR, MÉXICO
Aire (mL/s)
[O
2
R]
(mg/L)
[O
2
DM]
(mg/L)
[O
2
D]
(mg/L)
11.27
2.30
5.75
3.45
17.24
2.55
5.88
3.33
23.21
2.55
6.09
3.54
29.17
2.57
6.09
3.52
35.14
2.57
6.36
3.79
41.11
2.09
6.09
4.00
O
2
R = oxígeno disuelto residual, O
2
DM = oxígeno disuelto de
la muestra y O
2
D = oxígeno disuelto alimentado por aireación
PÉRDIDA DE ETANOL AMINA
275
Alimentación de O
2
D por oxigenación
En el
cuadro
II
se presenta la cantidad de O
2
D
que se alimenta por oxigenación a fujo variable
(12.42, 12.98, 17.09, 22.09 y 26.84 mL/s) y tiempo
constante (10 min). Se obtuvo un valor mínimo de
21.27 mg/L y un máximo de 23.91 mg/L, el pro
-
medio Fue de 22.77 mg/L durante los 10 min, por
lo que se determinó que la alimentación del O
2
D
es independiente del fujo y se alimentó a razón de
2.27 mg/L por min.
Pérdida de EA en el sistema EA-H
2
O-aire a tem-
peratura ambiente
En el
cuadro
III
y en la
fgura 1
se presen-
tan los valores de la pérdida de EA en Función
del Flujo de aire (con alimentación de O
2
D de
0.36 mg/L por min) respecto al tiempo. Se ob
-
servó que la pérdida de EA ocurrió durante las
dos primeras horas siendo mayor a fujos bajos
(11.27 y 17.24 mL/s) en comparación con los
fujos altos (23.21 y 35.14 mL/s). Por ejemplo,
con el fujo de 11.27 mL/s se perdió en promedio
10.98 %, mientras que con el de 35.14 mL/s
la pérdida Fue de 2.46 %. Lo que indica que a fujos
bajos hay mayor interacción o choque de las mo-
léculas del aire con las moléculas de la EA y que
parte de la energía cinética de las moléculas del aire
se convierte en energía vibracional. Esto sucede al
romperse los enlaces químicos de la molécula de
EA, con lo que da inicio su degradación o pérdida.
La situación anterior no ocurre a fujos altos ya que
aún cuando las moléculas del aire tienen una ener-
gía cinética mayor es necesario que interaccionen
o choquen con la EA, lo que no sucede porque en
este caso el tiempo de contacto es corto.
La pérdida de EA se explica como una consecuen-
cia de las reacciones instantáneas que se llevan a cabo
en el equilibrio del sistema EA-H
2
O-aire (ecuación 7)
entre la EA con alguno de los componentes del aire
como el CO
2
o el O
2
para Formar el carbamato de
CUADRO II.
OXÍGENO DISUELTO ALIMENTADO A
TIEMPO CONSTANTE (10 MIN) Y FLUJOS
VARIABLES DE OXÍGENO A LAS CONDI
-
CIONES DE SALAZAR, ESTADO DE MÉXI
-
CO
Oxígeno
(mL/s)
[O
2
R]
(mg/L)
[O
2
DM]
(mg/L)
[O
2
D]
(mg/L)
12.42
3.74
25.43
21.69
12.98
3.74
25.02
21.28
17.09
3.74
27.15
23.41
22.09
3.74
27.65
23.91
26.84
3.74
27.35
23.61
O
2
R = oxígeno disuelto residual, O
2
DM = oxígeno disuelto de
la muestra y O
2
D = oxígeno disuelto alimentado por aireación
CUADRO II
I
.
PÉRDIDA DE ETANOL AMINA EN FUNCIÓN DE LOS TIEMPOS DE ALIMENTA-
CIÓN Y DE LOS FLUJOS DE AIRE
Tiempo
(h)
Aire (mL/s)
11.27
17.24
23.21
35.14
(ºC)
Pérdida
(%)
(ºC)
Pérdida
(%)
(ºC)
Pérdida
(%)
(ºC)
Pérdida
(%)
2
26
7.8
22
9.6
26
2.9
22
2.8
4
17
11.4
18
9.6
17
3.8
21
2.8
6
14
10.5
17
9.6
14
2.9
17
1.9
8
14
11.8
11
8.7
12
2.9
14
1.9
10
12
11.8
11
8.7
11
1.4
14
2.8
12
11
11.8
11
8.7
11
2.9
12
2.8
14
11
11.8
9
9.2
10
2.9
10
1.9
16
10
11.0
8
8.7
10
2.9
10
2.8
Fig. 1.
Pérdida de etanol amina (EA) con 4 diFerentes fujos de
aire (mL/s) en Función del tiempo
14
12
10
8
6
Pérdida de EA (%)
4
2
0
0
Tiempo de proceso (h)
10
51
52
0
11.27 mL/s
17.24 mL/s
23.21 mL/s
35.14 mL/s
J. Moreno Alcántara
et al.
276
EA, de acuerdo con Lawal
et al
. (2005) y Lepaumier
et al
. (2011).
OH-CH
2
-CH
2
-NH
2
+CO
2
→ OH CH
2
-CH
2
HN-COO
EA
carbamato de EA
(7)
Es importante observar que el contenido de CO
2
en el aire es de 0.03 % por lo que con la alimentación
del aire se suministra también CO
2
en esta propor-
ción. Así también el oxígeno, otro de los componentes
del aire en un 21 %, puede reaccionar con el C de
los componentes del aire o bien con compuestos del
sistema EA-H
2
O-aire que lo contengan para gene-
rar CO
2
y éste reaccionar con la EA para formar el
carbamato de EA. En el
cuadro
III
y en la
fgura 1
se observa que al aumentar el tiempo de proceso, la
concentración de EA se comportó de manera inespe-
rada ya que en algunos casos en lugar de ser menor
se incrementó. Al respecto es importante mencionar
que da Silva y Svendsen (2007) así como Aronu
et al
.
(2011) mencionan que en el sistema EA-H
2
O-aire una
de las reacciones instantáneas es la reconversión o
hidrólisis del carbamato de EA para generar una mo-
lécula de ácido carbónico y otra de EA (ecuación 8),
lo que explica el aumento de EA en pequeñas canti-
dades en el sistema estudiado.
OH-(CH
2
)
2
-HN-COO
→ H
2
CO
3
+ OH-CH
2
-CH
2
-NH
2
Carbamato de EA
ácido carbámico
EA
(8)
La pérdida de EA en el sistema EA-H
2
O-aire se
realizó durante las primeras 2 h, principalmente a
Fujos entre 11.27 y 17.24 mL/s y disminuyó a me
-
dida que el Fujo se incrementó sin inFuencia de los
tiempos de alimentación.
En los procesos experimentales la temperatura
máxima de la reacción fue de 22 ºC o de 26 ºC
(
Cuadro III
) y se mantuvo constante durante las
primeras 2 h, tiempo en el que se llevan a cabo las
principales reacciones químicas, para después des-
cender lentamente hasta alcanzar la temperatura del
ambiente y provocar la disminución paulatina de las
reacciones químicas.
El cambio del pH de 14 a 12 unidades se debe
principalmente a la reacción del H
2
O con el CO
2
del
aire para formar el ácido carbónico. Sin embargo no
presentó variación alguna en los experimentos y se
mantuvo en 12 unidades, lo que indica, de acuerdo
con da Silva y Hallvard (2007), que se favorece la
reacción reversible del carbamato de EA hacia la
formación de EA y CO
2
.
El ácido carbónico por ser un ácido diprótico se
disocia en dos etapas de acuerdo con las ecuaciones
9 y 10.
H
2
CO
3
H
+
+ HCO
3
Ka = 4.2 × 10
–7
(9)
HCO
3
H
+
+ CO
3
2–
Ka = 4.8 × 10
–11
(10)
Asimismo, la constante de ionización de la
ecuación 9 es mayor que la de la ecuación 10 ya
que es más sencillo quitar un ion H
+
de una mo-
lécula neutra que quitar otro H
+
de un ion cargado
negativamente derivado de la misma molécula. La
ionización completa del ácido carbónico está dada
por la ecuación 11.
H
2
CO
3
2H
+
CO
3
2–
Ka = 2.07 × 10
–17
(11)
La ionización del ácido carbónico en el agua es
muy limitada debido a que es un ácido débil, inclusive
en la primera etapa de ionización, lo que da como
resultado una producción pobre de H
+
que podrían
reaccionar con la EA como en la ecuación (12). Sin
embargo, dada la baja cantidad de H
+
es poco pro-
bable que esto ocurra.
OH-CH
2
-CH
2
-NH
2
+ 2H
+
CO
3
2–
OH-CH
2
-CH
2
-NH
3
+HCO
3
(12)
Pérdida de EA en el sistema EA-H
2
O-O
2
a tem-
peratura ambiente
En el
cuadro
IV
se presenta la pérdida de la EA a
diferentes Fujos de O
2
(con alimentación de O
2
D de
2.27 mg/L por min) en función del tiempo. Contrario
a lo que se esperaba por el fuerte poder oxidante del
O
2
, la pérdida de EA no fue signi±cativa. En tres de
los experimentos estuvo entre el 1 y el 2 %, mientras
que en otro experimento no hubo pérdida alguna.
Además, la baja solubilidad del O
2
gaseoso en el agua
(0.030 L/kg) le impide participar signi±cativamente
en las reacciones químicas.
Análisis estadístico
En la
fgura 1
se observa la pérdida de EA en los
cuatro diferentes Fujos de aire en función del tiempo.
Del análisis de varianza se concluye que existe una
diferencia signi±cativa en la pérdida de EA entre los
procesos en donde el aire se alimentó a una razón de
11.27 y 17.24 mL/s, mientras que entre los procesos
con alimentación de 23.21 y de 35.14 mL/s no existe
diferencia signi±cativa.
El análisis de series múltiples indicó que hubo
una diferencia signi±cativa únicamente en el par
PÉRDIDA DE ETANOL AMINA
277
en donde la alimentación del aire fue de 23.21 y
de 35.14 mL/s.
CONCLUSIONES
1. La pérdida de EA en solución acuosa al 30 %
en el sistema EA-H
2
O-aire se realizó durante las dos
primeras horas. Esta pérdida fue mayor a Fujos bajos
en comparación con los Fujos altos. A un Fujo de
11.27 mL/s se perdió en promedio el 10.5 %, mientras
que con Fujo de 35.14 mL/s la pérdida fue del 2.44 %.
2. La pérdida de EA en solución acuosa al 30 %
en el sistema EA-H
2
O-aire fue menor a medida que
el Fujo de aire fue en aumento, sin depender de los
tiempos de alimentación.
3. La pérdida de EA se explica como consecuencia
de las reacciones instantáneas que se llevan a cabo
en el equilibrio del sistema EA-H
2
O-aire entre la EA
con alguno de los componentes del aire como son el
CO
2
y el O
2
.
4. La pérdida de EA en solución acuosa al 30 %
en el sistema EA-H
2
O-O
2
no fue signi±cativa al ali
-
mentar con oxígeno por 16 h a los Fujos de 12.42,
17.09, 22.09 y 26.84 mL/s.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece al Consejo Nacional de Ciencia y
Tecnología (CONACyT) por el apoyo proporcio-
nado para la realización de la investigación dentro
de las actividades del proyecto SEP-CONACyT
CB82987 ”Evaluación de la e±cacia del proceso de
captación de CO
2
mediante absorción química con
la monoetanol amina”.
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CUADRO IV.
PÉRDIDA DE ETANOL AMINA EN FUNCIÓN DE LOS TIEMPOS DE ALIMENTA-
CIÓN Y DE LOS ²LUJOS DE OXÍGENO
Tiempo
(h)
Oxígeno (mL/s)
12.42
17.09
22.09
26.84
(ºC)
Pérdida
(%)
(ºC)
Pérdida
(%)
(ºC)
Pérdida
(%)
(ºC)
Pérdida
(%)
2
25
0
23
0
25
0
25
0
4
21
1
22
2
22
1
22
0
6
18
1
20
0
21
2
20
0
8
17
2
17
0
20
0
19
0
10
16
0
17
0
19
1
18
0
12
15
0
16
0
18
0
17
0
14
14
0
15
0
17
0
16
0
16
14
2
13
0
15
0
15
0
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