Dois projetos tecnológicos de ponta da UFRJ, ambos em parceria com a Petrobras, estão na linha de frente do aumento da eficiência na produção de gás natural nos campos offshore do pré-sal. No momento em que a estatal comemora seus 70 anos, a UFRJ ajuda a maior empresa brasileira a abrir novos horizontes.
O primeiro é um equipamento para separação do CO2 do gás natural, desenvolvido pelo Laboratório de Fluidodinâmica Computacional da Escola de Química. Chamado de separador supersônico, o equipamento está agora em fase de testes, após simulações numéricas comprovarem sua eficácia. O segundo projeto, do Centro de Excelência em Gás Natural (CEGN) da Coppe, já provou em escala laboratorial a utilização em alta performance dos líquidos iônicos no desenvolvimento de membranas para separar o gás carbônico do gás natural nas plataformas.
Coordenador do Laboratório de Fluidodinâmica Computacional — Lab CFD, da sigla em inglês Computational Fluid Dynamics —, o professor Ricardo Medronho, emérito da Escola de Química, apresentou um resumo do projeto do separador em junho passado no 11º Congresso Mundial de Engenharia Química, em Buenos Aires. “Houve uma ótima recepção ao nosso trabalho. Os separadores supersônicos são equipamentos muito simples, pois são bocais com uma seção convergente e outra divergente que aceleram o gás a velocidades supersônicas, o que implica em uma diminuição da temperatura e da pressão. Esta diminuição provoca a condensação de gases mais pesados”, explica Medronho.
O professor lembra que a descoberta dos campos do pré-sal acelerou a busca por tecnologias que possam contribuir para o melhor aproveitamento do gás natural nessas reservas. “Com a descoberta do pré-sal, em 2006, verificou-se que o gás natural proveniente destes reservatórios continha uma quantidade excessiva de CO2, entre 20% e 70%. Esta enorme quantidade de CO2 impôs uma séria dificuldade tecnológica para o aproveitamento desse gás natural, uma vez que a ANP (Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis) limita o teor de CO2 no gás natural a, no máximo, 3%. As tecnologias disponíveis até aquele momento conseguiam tratar teores máximos de 20% de CO2”.
De acordo com Ricardo Medronho, a primeira tecnologia desenvolvida para tratar os altos teores de CO2 foi a separação com membranas. Mas ela tem limitações. “É necessário, por exemplo, reduzir a pressão do gás natural a 60 bar (1 bar é aproximadamente igual à pressão atmosférica) e o CO2 separado deixa o módulo de membranas entre 4 e 10 bar, impondo o uso de compressores potentes de modo a elevar esta pressão a níveis entre 300 e 500 bar, pressão necessária para a reinjeção deste CO2 de volta ao reservatório. Além disso, as membranas têm que ser trocadas com frequência, o que aumenta o custo operacional”.
Simulações numéricas feitas pela equipe do Lab CFD mostram que o separador supersônico é capaz de reduzir, por exemplo, os 40% de CO2 contidos no gás natural para 3%, o que atende às especificações da ANP. “Foi um projeto muito desafiador, pois tratava-se de um escoamento supersônico, compressível, multicomponente, multifásico e com transferência de calor e massa entre as gotas e o gás devido à condensação e à possível reevaporação das gotas. É um estudo inovador e trata de um assunto de pesquisa de ponta, que se encontra no limite superior do estado da arte de separadores supersônicos”, observa o professor.
MEMBRANAS
Embora aborde uma tecnologia já tradicional na separação do CO2 do gás natural — as membranas —, o segundo projeto traz como inovação o uso de líquidos iônicos, com baixa volatilidade e boa estabilidade térmica no processo. “Alguns líquidos iônicos próticos, baseados em etanolaminas e ácidos carboxílicos, apresentaram altas seletividades para absorção do CO2”, afirma o professor Cristiano Borges, da Coppe, um dos coordenadores do trabalho, ao lado dos professores Frederico Kronemberger e Claudio Habert. Segundo ele, as membranas desenvolvidas já comprovaram desempenho e estabilidade superiores às disponíveis no mercado, em escala laboratorial. Os experimentos foram feitos em condições próximas às industriais.
Cristiano observa que poucos fornecedores internacionais oferecem membranas poliméricas com essa finalidade, o que reveste a parceria da Coppe com a Petrobras de caráter estratégico. “Durante a extração do gás em reservatórios a 5 mil metros de profundidade, à medida em que ele é transportado à superfície, vai se despressurizando. Em pressões muito elevadas, há aumento do volume do polímero que forma a membrana e ela perde resistência mecânica e eficiência de separação”, explica o professor. A nova tecnologia também pode contribuir para a redução da emissão de carbono no processo de extração de óleo e gás offshore, já que o CO2 retirado do gás natural pode ser reinjetado no reservatório.
Afora o conhecido uso em veículos, em substituição à gasolina, ao álcool ou ao diesel, o gás natural, alvo principal dos dois projetos, pode ser utilizado como combustível para geração de calor ou de eletricidade e como matéria-prima na produção de metanol, amônia, ureia e fertilizantes.
