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Dissertações de Mestrado Defendidas: 2010

Modelagem de Contactores Gás-Liquido para Separação de CO2 de Gás Natural com Solução Aquosa de Etanolaminas.

Autora: Andressa Nakao.
Orientadores: José Luiz de Medeiros, Ofélia de Queiroz Fernandes Araújo
Laboratório: H2CIN

Resumo

O gás natural (GN) vem se destacando dentro da matriz energética brasileira por suas fontes abundantes e por exibir menor impacto ambiental quando comparado a outros combustíveis fósseis. No cenário das reservas de gás natural associado do pólo Pré-Sal, que apresenta altos teores de CO2, destaca-se entre outros o desafio de tratamento offshore para remoção desta impureza. Este trabalho reconhece o importante potencial de equipamentos com membranas no enquadramento deste gás às especificações da ANP, e apresenta o desenvolvimento de modelagem matemática do processo de separação de CO2 via contactores de membranas de fibras-ocas, com utilização de soluções de etanolaminas aquosas. O principal objetivo deste trabalho é analisar a viabilidade técnica da aplicação deste processo de separação em plataformas offshore, atendendo a necessidade de adequação de tecnologias de processamento à restrição de espaço e à imposição de minimização de custos de produção e transporte do GN.

Emprega-se para tal o simulador SPM2010, desenvolvido pelo Laboratório H2CIN da Escola de Química da UFRJ. A ferramenta tem capacidade para predição do desempenho de contactores, e foi desenvolvido com base nos princípios rigorosos de termodinâmica, mecânica dos fluidos, transferência de calor e de massa. No que diz respeito à absorção química, incluiu a aplicação da Teoria Química (PRAUNITZ et al, 1986), para modelar quíimica e/ou fisicamente os sistemas de equilíbrios complexos, por meio de uma série de processos de equilíbrio químico, envolvendo espécies reais e fictícias. O cálculo do equilíbrio líquido-vapor das espécies reais é sobreposto no equilíbrio químico multi-reacional para a formação das espécies fictícias (complexos não iônicos e não voláteis). Para a resolução matemática, adotou-se o critério de máxima verossimilhança sobre os dados de equilíbrio dos sistemas para estimar as constantes envolvidas na formação dos complexos permitindo, assim, o cálculo das respectivas propriedades e de entalpias de absorção e dos efeitos térmicos.

Para este estudo, desenvolve-se um fluxograma com uma carga de gás natural, com um teor de 10%mol de CO2, tratada com uma mistura de etanolaminas (20%MEA e 20%MDEA), com posterior regeneração do solvente enriquecido. As propriedades termodinâmicas são estudadas e discutidas ao longo do trabalho, e mostra-se a coerência com os dados estudados na literatura.

A simulação comprova a viabilidade de enquadramento de corrente de GN do Pré-Sal, obtendo-se teor final de 3,4% de CO2.