Potencial do gás natural

Devido à crescente demanda por energia e a busca por uma economia energética menos intensiva em carbono, o consumo de gás natural tende a crescer nos próximos anos, mesmo com o aumento da utilização de fontes renováveis. Dentre os combustíveis fósseis, o gás natural é o que possui a maior taxa de crescimento, com valores de 1,8% ao ano. Atualmente, essa fonte energética ocupa o terceiro lugar na matriz energética mundial, sendo ultrapassada apenas pelo carvão e pelo petróleo.

O gás natural tende a crescer também pela descoberta de novas reservas, como aquelas na região do pré-sal. Contudo, além de localizarem-se distante da costa e a elevadas profundidades, alguns apresentam elevada concentração de dióxido de carbono.

Para que ocorra plena exploração desses recursos, devem ser criadas soluções capazes de sobrepujar esses desafios tecnológicos. No que diz respeito ao desafio da produção de gás natural com elevado teor de CO2, é notório o exemplo do campo de Júpiter, descoberto em 2008, pela Petrobras, em que a composição molar de CO2 é de 79% na fase gasosa.

Além do elevado teor de gases ácidos em sua composição, esse campo está localizado a 2.200 m de profundidade de lâmina d’água e a 300 km da costa do Rio de Janeiro. Assim, o transporte torna-se mais um desafio para a plena exploração desse campo. A utilização de módulos de membrana para o processo de remoção de CO2 permite que esse tratamento ocorra no ambiente offshore sendo, portanto uma promissora solução para o tratamento do gás natural produzido nesses campos.

Ao projetar um sistema de separação de CO2 do gás natural, deve-se atender não somente às especificações do produto, mas também minimizar os custos de produção associados a esse processo. A utilização de múltiplos estágios e de reciclos, em sistemas de membranas, permite obter maior pureza do produto e reduzir a perda de hidrocarbonetos durante a separação. Porém, essas configurações demandam o emprego de compressores para as correntes de permeado e de concentrado, aumentando os custos de operação dos módulos de membrana. Desse modo, a otimização do sistema de separação de CO2 do gás natural é imprescindível para que a planta projetada possa ser rentável e para que sejam atendidas as especificações do produto

Na literatura, a maioria das pesquisas que se dedicam à otimização desse processo admitem a permeabilidade como uma constante. Entretanto, em situações em que há um agente plastificante como o CO2, podem ocorrer alterações nos valores da permeabilidade da membrana ao longo dos módulos de permeação. Desse modo, a não consideração das variações da permeabilidade pode gerar erros no dimensionamento dos módulos e, consequentemente, obtenção de concentrações para as correntes de permeado e/ou concentrado fora da especificação. Por esse motivo, o desenvolvimento de um modelo matemático, para aplicação em problemas de otimização, que considerem a permeabilidade como uma função das condições de processo é imperativo.

Os processos de separação com membranas são mais sustentáveis, consomem menos energia, possuem maior densidade de empacotamento e facilidade operacional e de escalonamento.

As considerações acima foram extraídas da dissertação de mestrado Modelagem, simulação e otimização da separação de CO2 do gás natural por permeação de gases, defendida por Camila Souza da Motta, no Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, sob orientação dos professores Frederico de Araujo Kronemberger e Argimiro Resende Secchi.