Dissertação de Mestrado #691 – Vinícius Ornelas da Silva – 01/02/2023

Um dos desafios tecnológicos e industriais gerados após a descoberta do pré-sal, é a detecção de gás carbônico (CO2) presente no gás natural (GN). Tal contaminante (CO2) é um possível causador de corrosão interna das instalações de petróleo e gás natural. Além disso, para comercialização em território nacional, faz-se necessário garantir a qualidade do gás natural processado com requisitos mínimos deste contaminante, de tal forma que atenda as especificações técnicas de acordo com as legislações. Contudo, existe séria dificuldade no desenvolvimento de sensores apropriados à detecção de CO2, em decorrência de tratar-se de um gás com alto grau corrosivo e que precisa ser detectado em ambiente de alta pressão. Portanto, existe a necessidade de desenvolvimento de um sensor com material resistente ao ambiente corrosivo, e que apresente fácil integração a cadeia de produção. Tendo em vista essa motivação, este projeto teve como objetivo su!
prir a demanda da Petrobras em obter sensores com tamanho compacto, resposta rápida e seletiva para detecção do contaminante CO2 em gás natural.
Estudos recentes mostram o grande potencial dos nanomateriais de carbono para aplicação de sensores devido às suas propriedades elétricas, ópticas e estruturais. Com isso, as atividades desenvolvidas durante este projeto envolvem a produção, bem como a caracterização elétrica do nanodispositivo em atmosfera de CO2. Neste trabalho, será apresentado a confecção dos nanodispositivos utilizando a tinta de nanotubos funcionalizada e o sistema de caracterização elétrica desenvolvido exclusivamente para simulação em ambiente relevante. Demonstraremos desde as primeiras detecções de CO2 em ambiente argônio, a detecção de CO2 em ambiente de metano (CH4) e finalmente a detecção de CO2 em ambiente de gás natural o qual se aproxima de uma aplicação real. Resultados obtidos de medidas da resposta do sensor em tempo real, durante a detecção de CO2 em ambiente de GN, demonstrou ser um sensor capaz de detectar uma ampla faixa de concentrações (0 – 100%) com t!
empo de 10min entre medidas, em temperatura ambiente e pressão atmosférica. Por meio de diversos ensaios, demonstraremos que o sensor permanece estável e com um tempo de vida superior a 8 meses. Apresentaremos também, o teste feito com mais de 2000 medidas de concentrações de CO2 aplicadas de forma aleatória, obtendo como resposta do sensor curvas capazes de distinguir as concentrações aplicadas sem saturação do sensor. Uma abordagem utilizando Machine Learning será apresentada no intuito de realizar a calibração e estimativa das concentrações através das medidas realizadas pelo sensor. Para finalizar o trabalho, propostas do mecanismo de detecção do CO2 serão discutidas. Sendo assim, apresento ao leitor, um sensor de CO2 com possibilidade de produção escalável e integração a cadeia de produção para monitoramento da qualidade do gás natural.