An integrated thermodynamic framework for the absorption of fluorinated refrigerants in ionic liquids

Abstract

El sector de la refrigeración y aire acondicionado tiene un elevado impacto ambiental ocasionado por las emisiones indirectas asociadas al consumo de energía de los equipos de refrigeración, así como a las emisiones directas de los gases refrigerantes de efecto invernadero. Esta tesis está consagrada al desarrollo de un marco de trabajo que combina estudios experimentales, modelado matemático y herramientas computacionales novedosas destinado a la selección de líquidos iónicos que proporcionen las características termodinámicas más adecuadas para su uso como disolventes de hidrofluorocarbonos e hidrofluoroolefinas en dos tipos de aplicaciones: i) sistemas de refrigeración por absorción con eficiencia energética mejorada, y ii) destilaciones extractivas para separar mezclas de refrigerantes obtenidas a partir de dispositivos al final de su vida útil, y recuperar los gases con bajo potencial de calentamiento atmosférico para su reutilización. La presente tesis doctoral contribuye a la evolución del sector de la refrigeración hacia la economía circular y propone las herramientas necesarias para el desarrollo de procesos que faciliten esta transición y la mitigación de los efectos del cambio climático.

The refrigeration and air conditioning sector has an elevated environmental impact resulting from the indirect emissions derived of its energy consumption, and from the direct emissions of GWP hydrofluorocarbons from equipment at its end of life. This thesis develops an integrated framework that combines experimental studies, mathematical modeling, and novel computational tools for the selection of ionic liquids with the adequate thermodynamic properties for their use as solvents of hydrofluorocarbons and hydrofluoroolefins in two applications: i) absorption refrigeration systems that increase the efficiency of the refrigeration devices, and ii) extractive distillations aimed to separate azeotropic and close-boiling-point mixtures of fluorinated gases, with the goal of recovering low-GWP refrigerants from end-of-life equipment. This doctoral thesis contributes to the evolution of the refrigeration sector towards the circular economy and proposes the necessary tools for the development of processes that facilitate this transition, as well as the mitigation of the effects of climate change.