Pais: Brasil

Fecha: 29 de Enero del 2021

Una "jaula" para atrapar el dióxido de carbono por UNICAMP, Brasil

Cuando se extrae de los pozos, el petróleo va acompañado de una mezcla de dióxido de carbono (CO 2 ) e hidrocarburos gaseosos, particularmente metano (CH 4 ), ambos contaminantes atmosféricos, que normalmente se reinyectan hoy en los pozos, lo que encarece el proceso. Idealmente, estos dos componentes gaseosos principales se recolectarían y separarían para que el metano pudiera usarse como combustible y el dióxido de carbono almacenado adecuadamente.

Este es el alcance de los estudios que ha realizado un grupo de investigadores de la Unicamp y la USP. En este caso, la idea pasa por la formación de hidratos de gas, en los que el agua solidificada retiene los gases en cuestión en sus intersticios. La estructura cristalina formada, que se asemeja al hielo, tiene una gran capacidad de almacenamiento de gas: un litro de hidrato de metano, por ejemplo, puede contener aproximadamente 168 litros de este gas.

Luego, a partir de estas estructuras cristalinas, obtenidas en condiciones de presión y temperatura adecuadas, es posible separar el metano para usarlo como combustible y mantener atrapado el dióxido de carbono. Entonces quedarían dos posibilidades para la eliminación de los hidratos de dióxido de carbono: se depositarían en los pozos o en el fondo del mar, donde la baja temperatura (4 grados Celsius) y la alta presión los mantendrían definitivamente estables.

El proyecto que tenía como objetivo capturar y almacenar dióxido de carbono (CO 2 ) y metano (CH 4), a través del proceso de producción de hidratos de gas, fue coordinado por el profesor Song Won Park, del Departamento de Ingeniería Química de la Escuela Politécnica de la USP y contó con la coordinación técnica del profesor José Roberto Nunhez, del Departamento de Ingeniería de Procesos de la Facultad de Ingeniería Química (FEQ) en Unicamp. El estudio contó con la colaboración de los supervisores de los dos profesores: de la Escuela Politécnica, de Adriano Ferreira de Mattos Silvares (estudiante de posdoctorado), João Pedro Ferreira del Pintor y Vitor Hideyo Isume (estudiantes de maestría); Unicamp, los estudiantes de posdoctorado Lucídio Cristóvão Farderlone y Daniela da Silva Damaceno, la estudiante de doctorado Nayla Xiomara lozada Gardia y la estudiante de maestría Aglaer Nasia Cabral Leocádio.

Este estudio, desarrollado en el ámbito de la cláusula especial de participación de la Agencia Nacional de Petróleo, Gas Natural y Biocombustibles (ANP), cuenta con el patrocinio de Petrogal Brasil, que participa activamente en la coordinación técnica a través de Carlos Augusto y Marcella Mathias, quienes trabajan en la proyectos.

Para los estudios experimentales iniciales se utilizó un sistema de banco para la producción de hidratos de gas, construido en Portugal, basado en tecnología patentada por el Laboratorio de Ingeniería de Separación y Reacción de la Facultad de Ingeniería de Oporto (FEUP) y producido por la empresa Paralab. 

En el minireactor NETmix®, un componente del equipo, tanto el agua como los gases entran en contacto entre sí y producen hidratos de gas a la presión y temperatura adecuadas. Los auspiciosos resultados iniciales llevaron a la construcción, por parte de la misma empresa, de un equipo piloto con una capacidad diez veces mayor, ya probado por la FEUP, y que llega a la Unicamp. Estos dos equipos fueron los primeros en construirse en el mundo específicamente para la producción de hidratos, aunque NETmix se ha utilizado en Europa para varios otros procesos en mucho tiempo.

Los diferenciales

El profesor Nunhez explica que el uso de hidratos es antiguo. El proyecto pretendía proponer una solución real, concreta y rápida para la captación de CO 2 y depuración de CH 4 , utilizando instalaciones industriales de reducidas dimensiones en plataformas marinas. Los hidratos se forman a bajas temperaturas, pero durante el procesamiento hay una gran liberación de calor que requiere la eliminación más rápida posible para que el proceso continúe y se acelere. En los tanques de mezclado, que sería una opción para la producción de hidratos, la remoción de calor es lenta y puede llevar horas, a diferencia del proceso propuesto en el cual la formación del hidrato ocurre en segundos.

De hecho, en los tanques a medida que aumentan sus cantidades, la capacidad de intercambio térmico disminuye. Uno de los mayores problemas en la obtención de hidratos es la alta energía que se libera en su formación. Se menciona ampliamente en la literatura específica que, con el aumento de incrustaciones en los tanques de mezcla, la energía no se libera con la misma eficiencia que ocurre en tanques más pequeños ya que la incrustación reduce la relación entre el área de intercambio de calor y el volumen en transformación. tiene lugar. Por el contrario, el nuevo proceso utiliza una tecnología que garantiza el mismo nivel de intercambio de calor incluso con un aumento de escala.

La gran ventaja de los equipos propuestos, cuyo reactor consta de una red de mezcladores estáticos, es que cuentan con estructuras que permiten dividir varias veces el flujo de agua y gases introducidos, permitiendo un mayor contacto entre ellos. En esta tecnología, el equipo, en el intercambio de calor, tiene características de micro mezcladores. Dependiendo del cronograma de producción, basta con aumentar el número de mezcladores, proceso que facilita la disipación de calor necesaria para la formación de hidratos. Es decir, se van añadiendo mezcladores de forma paulatina para que la producción de hidratos se produzca según el flujo de los gases a procesar.

Otra ventaja del sistema es su instalación compacta en comparación con los tanques de mezcla. En otras palabras, el área ocupada se reduce y el proceso es continuo. Naturalmente, los hidratos de dióxido de carbono y metano deben eliminarse a medida que se forman para una posterior separación de los gases con el fin de tener solo los hidratos de dióxido de carbono.

De hecho, explica Nunhez, la idea es eliminar primero el hidrocarburo, en este caso el metano, y mantener el gas carbonato hidratado: “Como los hidratos de estos gases tienen distinta estabilidad, el metano puede liberarse preferentemente. Esta separación aún se está estudiando y, aunque no es baladí, se trata de un problema que puede resolverse mediante la ingeniería química utilizando lo que se denomina equilibrio termodinámico ”.

Esta, en resumen, es la idea del proyecto en curso. En las pruebas ya realizadas, los hidratos se obtuvieron con una mezcla de CO 2 y CH 4 -utilizados en la misma proporción que se encuentran en los pozos petroleros- y, por separado, de hidratos de CO 2 . Se obtuvieron resultados similares con el uso de agua de mar, con composición salina, que podría inhibir la formación de hidratos.

El profesor atribuye la concesión del premio a los alentadores resultados obtenidos y al potencial mundial de la tecnología desarrollada. En conclusión, concluye: “Demostramos que la tecnología funciona y trae un gran avance en términos de innovación tecnológica porque permite un proceso continuo a una velocidad incomparable en relación a lo que ocurre en un proceso de batería en el que los hidratos se forman en el tiempo”.

En 2019, la obra obtuvo el Premio ANP a la Innovación Tecnológica, otorgado en cinco categorías en su sexta edición. Tiene como objetivo reconocer los resultados alcanzados por proyectos de investigación, desarrollo e innovación (I + D + I) que representan la innovación tecnológica para el sector de petróleo, gas natural y biocombustibles desarrollados en Brasil por instituciones de investigación acreditadas por la Agencia, con recursos de contratos de exploración y producción. El premio recibido por investigadores de la Unicamp y la USP se enmarca en la categoría I: “Exploración y Producción de Petróleo y Gas”.

Traducido del portugués.

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