AVALIAÇÃO TERMODINÂMICA DA SÍNTESE DO METANOL VIA HIDROGENAÇÃO DO DIÓXIDO DE CARBONO E DA SEPARAÇÃO LÍQUIDO-VAPOR

Resumo

O metanol é um insumo amplamente utilizado na indústria química como solvente e componente para diversos produtos, enfrenta desafios em sua produção convencional, incluindo a hidrogenação de CO₂, oxidação de metano, ou gaseificação térmica de biomassa agrícola, devido à necessidade de catalisadores caros. Esse trabalho visa avaliar os parâmetros termodinâmicos da síntese de metanol a partir da hidrogenação de CO₂, através de simulação computacional. No simulador DWSIM foram avaliados os parâmetros, ou variáveis, temperatura, pressão, conversão e vazão de produto, para as condições de equilíbrio. Os resultados expressaram a dualidade do sistema reacional: (1) a reação de síntese do metanol é exotérmica e domina a conversão do CO₂ em temperaturas mais baixas; (2) reação de deslocamento gás-água, ou no inglês Reverse Water-Gas Shift (RWGS), é endotérmica prevalecendo em temperaturas mais elevadas e o aumento da pressão favorece a conversão do CO₂ de maneira aproximadamente linear. A síntese de metanol que visa otimizar o uso do dióxido de carbono tem despertado interesse por muitas indústrias, inclusive com a disponibilidade de hidrogênio renovável. Logo, a avaliação termodinâmica é essencial para entender o comportamento do sistema reacional de interesse. Na parte subsequente de separação líquido-vapor do sistema aquoso, a abordagem com o modelo UNIQUAC foi aplicada de forma precisa com apenas dois parâmetros de interação binária. O comportamento líquido-vapor predito nas condições de interesse, aproximadamente 230 ºC e 50 bar, demonstrou ser inadequado para a purificação do metanol apesar de não apresentar azeotropia. Por fim, a análise termodinâmica do processo permitiu descrever a dependência das condições operacionais na síntese do metanol.