Resumo:
Uma equipe de pesquisa do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST) e do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos Estados Unidos, desenvolveu uma membrana de poliacrilonitrila (PAN) que pode pré-separar o petróleo bruto real à temperatura ambiente. A pesquisa foi publicada na revista Nature. Ao contrário da destilação tradicional, que primeiro aquece o petróleo bruto acima de 350 graus Celsius e depois o condensa e fraciona, este método não requer primeiro o aquecimento do petróleo bruto. O objetivo é filtrar primeiro alguns dos componentes mais leves e depois entregá-los ao processo de destilação existente para processamento.
A chave para esta tecnologia é a utilização anormal de "incrustação de membrana". Os pesquisadores deixaram o petróleo bruto fluir através de uma membrana PAN porosa comumente usada em sistemas de filtração industrial. Os hidrocarbonetos pesados no petróleo bruto depositaram-se gradualmente nas paredes dos poros, estreitando os poros iniciais de cerca de 15 nanômetros para menos de 2 nanômetros, formando canais que podem filtrar moléculas. Componentes mais leves como nafta, gasolina e querosene passam com mais facilidade, enquanto componentes mais pesados ficam retidos; quando a deposição atinge um nível estável, o canal de separação permanece estável. A equipe de pesquisa utilizou petróleo bruto real fornecido pelo HD Hyundai Oilbank para testes.
No experimento de fluxo tangencial, a permeabilidade do petróleo bruto da membrana PAN atingiu um máximo de 0,591 litros por metro quadrado por hora por barra, excedendo o valor de referência relatado anteriormente em 23 vezes; o desempenho da separação seletiva foi mantido continuamente durante quatro semanas. Os “23 vezes” aqui referem-se à comparação da permeabilidade da membrana com o benchmark anterior da membrana de separação de petróleo bruto e não significa que a capacidade de processamento de toda a refinaria aumentou 23 vezes.
Os pesquisadores também usaram avaliação de simulação de processo para comparar o pré-tratamento da membrana antes e depois da adição da destilação atmosférica tradicional. Os resultados mostraram que o consumo de energia pode ser reduzido em 31,6%, as emissões de dióxido de carbono podem ser reduzidas em 37,6%, o consumo de água de refrigeração pode ser reduzido em 20,7% e estima-se que o custo operacional total anualizado seja reduzido em 36%. A análise de custos assume que o preço unitário da membrana é de US$ 10 por metro quadrado. Se for totalmente adoptado nas indústrias de refinação e petroquímica da Coreia do Sul, a equipa de investigação estima que poderá reduzir as emissões de gases com efeito de estufa em cerca de 10 milhões de toneladas por ano, o equivalente às emissões de cerca de 4 milhões de veículos movidos a combustível.
Esses valores de economia de energia, redução de emissões e custos são derivados de simulações e estimativas de processos e não são resultados de operações comerciais de campo de refinaria. A membrana atualmente demonstra pré-separação antes da destilação. Os pesquisadores ainda precisam promover componentes de membrana de grande área, confiabilidade a longo prazo e verificação de operação em larga escala; se for aplicado, as refinarias existentes poderão conectá-lo como uma unidade de filtração modular sem substituir completamente o equipamento de destilação. A equipe também propôs explorar usos como purificação de óleo de pirólise de resíduos plásticos, recuperação de solventes para fabricação de baterias, purificação de biocombustíveis e purificação farmacêutica no futuro, mas essas ainda são aplicações potenciais.
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