Fisissorção do sulfeto de hidrogênio (H2S) em líquidos iônicos baseados no cátion 1-butil-3-metilimidazólio [C4mim]+ por dinâmica molecular

Abstract

O gás natural é composto por principalmente por metano e uma mistura de hidrocarbonetos. Ele é utilizado como fonte de energia e também como combustível veicular. Nessa mistura de hidrocarbonetos, muitas vezes estão presentes como impurezas outros gases como: sulfeto de hidrogênio (H2S) e dióxido de carbono (CO2). O H2S é um gás tóxico que provoca problemas respiratórios e neurológicos aos seres humanos, além disso, a sua presença acidifica o gás natural e contribui para a corrosão dos gasodutos na indústria petroquímica. Uma opção já utilizada para a remoção do sulfeto de hidrogênio em plantas de extração de combustíveis é o uso de aminas, mas tais compostos são muito voláteis e contribuem para a poluição atmosféricas e dos oceanos. Como uma alternativa, foi cogitado o uso de líquidos iônicos, pois além deles possuírem baixa pressão de vapor e também são muito versáteis em relação às suas propriedades. Para determinar qual líquido iônico é o mais adequado para o processo de sorção de sulfeto de hidrogênio, foram realizadas simulações de dinâmica molecular com o pacote de softwares GROMACS para os seguintes líquidos iônicos: tetrafluoroborato de 1-butil-3-metilimidazólio, acetato de 1-butil-3- metilimidazólio, imidazolato de 1-butil-3-metilimidazólio e brometo de 1-butil-3-metilimidazólio. Com os resultados das simulações, determinou-se que o líquido mais adequado para a solubilização do sulfeto de hidrogênio foi o tetrafluoroborato, seguido por acetato, imidazolato e brometo respectivamente. A tendência encontrada foi que líquidos iônicos contendo ânions menos volumosos com átomos bastante eletronegativos interagem melhor com os hidrogênios do H2S resultando em uma melhor fisissorção do gás.

Natural gas consists mainly of methane and a mixture of other hydrocarbons. It is used as a power source and fuel for vehicles. In this hydrocarbon mixture, other gases such as hydrogen sulfide (H2S) and carbon dioxide (CO2) are often present as impurities. H2S is a very harmful gas that causes respiratory and neurologic problems in humans, and its presence gives acidity to the natural gas, resulting in pipeline corrosion in the petrochemical industry. An alternative for the hydrogen sulfide removal that has already been implemented is the use of amines, but such chemical compounds are very volatile and contribute to atmospheric and ocean pollution. The use of ionic liquids has been considered as an alternative, since they have low vapor pressure and are very versatile in relation to their proprieties. To determine which ionic liquid is the most suitable for the hydrogen sulfide sorption process, molecular dynamics simulations were performed using the GROMACS software package for the following ionic liquids: 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium acetate, 1-butyl-3-methylimidazolium imidazolate and 1-butyl-3-methylimidazolium bromide. With the results of the simulations, it was determined that the most suitable ionic liquid for hydrogen sulfide solubilization was tetrafluoroborate, followed by acetate, imidazolate and bromide respectively. The trend that was found is that ionic liquids containing less bulky anions and very electronegative atoms interact better with H2S hydrogens resulting in better gas physisorption.