CEPAC Centro de Excelência e Inovação em Petróleo, Recursos Minerais e Armazenamento de Carbono

CEPAC

Centro de Excelência e Inovação em Petróleo,

Recursos Minerais e Armazenamento de Carbono

PROCARBO

PROGRAMA DE TECNOLOGIAS LIMPAS PARA O APROVEITAMENTO ENERGÉTICO NÃO CONVENCIONAL DO CARVÃO MINERAL

Charqueadas coalfield-RS-Brazil (COPELMI Mining)

CENTRO DE EXCELÊNCIA EM PESQUISA E INOVAÇÃO EM PETRÓLEO, RECURSOS MINERAIS E ARMAZENAMENTO DE CARBONO

•Caracterização Petrografica e geoquímica das camadas de carvão/Jazidas selecionadas

•CBM/ECBM – Determinação e estimativa do conteúdo de metano contido em amostras

de carvão (Q1 lost gas-Q2 desorbed gas and Q3 residual gas)

•CARBOGIS – Underground Coal Gasification (UCG) e geração de gás de sintese (syngas)

associado a captura e armazenamento geológico de CO₂ ;

•PRORESERVA – Simulação do comportamento da pluma de CO₂ e interações entre CO₂ -fluído de rocha;

•CARBOMETANO – Viabilidade técnica e econômica de projetos de CBM/ECBM e UCG;

PROCARBO

PROGRAMA DE TECNOLOGIAS LIMPAS PARA O APROVEITAMENTO ENERGÉTICO NÃO CONVENCIONAL DO CARVÃO MINERAL

Fig. 2. Localização das jazidas carboníferas do sul do Brasil (Modificado de SÜFFERT (1997) e ABOARRAGE e LOPES (1986), In.: GOMES et al. 2003).

Fig. 1. Mapa da área da Bacia do Paraná e distribuição das superseqüências no território brasileiro (modificado de MILANI, 1997). Destaque para a Superseqüência Gondwana I, que contém as camadas de carvão da Fm. Rio Bonito.

Projetos de armazenamento geológico

de CO2 /CBM/ECBM

Justificativa para Seleção da Jazida de carvão

Charqueadas-Santa Rita - Projeto CCGS

Recursos de carvão in situ correspondentes a 2.994,4 Mt; Ocorre próximo ao Pólo Petroquímico de Triunfo (25km)

Potencial para fornecimento de gás, captura e armazenamento de CO₂ Espessuras de Camada Total de carvão entre 1,5m e 3,5m;

300m - 400m de cobertura com espessos pacotes de potenciais rochas selo (100m-200m);

Análises de isotermas indicam potencial para GS de 15 m3 _CO

2/ton de carvão;

Não há registros de água em trabalhos pretéritos de mineração subterrânea; Acesso ao banco de dados de sondagem da COPELMI Mineração fornecendo um controle geológico, hidrogeológico e estrutural robusto;

Ocorrem seis camadas de carvão, do topo para base: SB, MB, I1F, I1Fa, I2B e I3F.

As camadas I1F, MB e I2B possuem distribuição regional

Os recursos de carvão da Jazida de Charqueadas atingem 2994,4 Mt in situ

Jazida Charqueadas-Santa Rita Camadas de carvão

Direção EW 40 km x 4 km até 15 km na área leste da Bacia de Charqueadas (400 km2₎

Malha de sondagem

(continuidade – espessura – cobertura/selo – estrutural)

Sondagem “guia” existente S47

Seção de correlação das camadas de carvão de Charqueadas-Santa Rita (Piccoli, Marques-Toigo & Correa da Silva, 1985)

Análises químicas imediatas dos carvões de Charqueadas

Os carvões da região do baixo Jacuí (Charqueadas) se mostram potenciais em função do teor de vitrinita e liptinita (constituinte rico em lipídeos)

Teores de estrato orgânico – 5.700 ppm (I1F e I2B) superiores a BB com 5476 Liptinita constituída por 40% de auginita (algas-hidrocarbonetos)

(10% MB / 30% I1F / 17% I2B – descontando matéria mineral)

Caracterização dos carvões da Jazida de Charqueadas

Site Piloto de Porto Batista

Bacia do Paraná

Jazida de Charqueadas

Triunfo – RS – Brazil

Site piloto CCS em

Porto Batista, RS

Seleção da área

(Poço CEPAC-01)

Six coal seams occur in the basin, named from top to bottom: SB, MB, I1F, I1Fa, I2B e I3F.

I1F, MB and I2B present regional distribution in the area The Charqueadas coal resources reach 2994,4 Mt in situ

Caracterização das camadas de carvão

Coalfield strike EW 40 km x 4 km reaches 15 km on the east side of the Charqueadas Basin (400 km2_{), with overburden between 50m and 400m}

Detalhes do Site

portland cement – Class G (Filling the annular space between the bore hole and the casing)

Rochas selo das camadas de carvão - 204 m prof.

Camada de carvão MB (setas) - 340 m prof

Sampling of fluids and rock plugs “Rock fluids DNA”

SELO

?

Laboratório de campo para amostragem de gases e quantificação de volume de CH4 desorvido (Q2)

Amostragem do gás contido em

camadas de carvão

Geofísica de poços

(density – gamma – resistivity – sonic -down-hole)

PROINPO

Programa de integridade de poços

Complementação dos poços

Análise Petrográfica de Amostras de Carvão Relação entre composição, litotipos e conteúdo de gas (para cada canister)

Fotomicrografia em luz branca à esquerda, e ultravioleta à direita. Observa-se os três grupos de macerais, inertinita (I), vitrinita (V) e liptinita (L).

I

V L

L

Análises químicas imediatas dos carvões de Charqueadas segundo Correa da Silva et al. 1984. Local de coleta Camadas MINA* S171** S41*** MB I1F I2B MB I1F I2B MB I1F I2B Umidade % 6,6 10,2 14,8 2,6 2,6 4,2 1,5 2,4 4,5 Cinzas (bs)% 14,0 17,5 19,2 40,5 41,6 34,4 67,7 41,7 50,4 Matéria volátil (bs) % 36,7 36,2 41,9 24,9 25,3 26,5 15,6 22,5 17,5

Matéria volátil (bsic) % 43,8 45,3 43,1 49,2 39,6 36,9

Carbono fixo (bs) % 54,4 49,0 46,9 32,0 30,5 34,9 16,2 34,4 29,9

Carbono fixo (bsic) % 56,2 54,7 56,8 50,8 60,4 63,1

Enxofre (bs) % 0,6 0,7 0,7 1,3 0,8 0,9

P. Calorífico (bs) cal/g 4326 4302 4896

P. Calorífico (bsic) cal/g 6579 6829 5930 7271 7366 7463

* NAHUYS (1967) análises feitas em material flutuado em líquido de densidade 1,50. ** FERREIRA et al. (1978).

*** Sobre carvão bruto (I1F carvão puro; MB e I2B carvão + estéreis)

Testes de Permeabilidade de alta precisão Caracterização de potenciais rochas selo

Selo Profundidade Permeabilidade milidarcys Porosidade % Volume de Póro

ao Ar Klinkenberg Ambiente 800 psi 800 psi

Siltito 337m 1,74 1,16 13,1 13,1 1,52

Porosidade

Plugs para micro-CTs

Análise de isotermas

Medições de permeabilidade de alta precisão

Caracterização dos carvões em laboratórios no exterior - NETL

Caracterização dos carvões no exterior

Experimentos para simulação de adsorção de gases em

carvões para produção de metano e armazenamento de

carbono (CO

-ECBM)

-

Sólido heterogêneo

 composto por matéria orgânica

(macerais) e inorgânica (minerais);

-

Sólido bastante poroso

 inúmeras fraturas da rede

de

cleat

da

camada

de

carvão

ADSORÇÃO



Processo onde ocorre a fixação de moléculas na

superfície de um sólido.



O gás livre e o gás adsorvido, estão em equilíbrio

dinâmico e a fração coberta da superfície depende da

pressão do gás.

A variação do volume ocupado (



) com a pressão (P), a

uma

determinada

temperatura

(T),

chama-se

isoterma de adsorção

:

Como estudar a capacidade de armazenamento

de determinado gás em uma camada de carvão?

Através de isotermas de adsorção

Amostra: Bacia do Paraná

 Conditions: T = 20ºC

P = 0,101 MPa

 Método: Gravimétrico

Balança de suspensão magnética

utilizada no CEPAC para construção de

Mudanças no carvão em ambiente com excesso

de CO

.

Esse

trabalho

visa

o

desenvolvimento de experimentos

laboratoriais e

in-situ

os quais

simulem

o

processo

de

armazenamento de CO

em camadas

de carvão, para caracterizar o

processo de adsorção desse gás no

carvão.

Nós analisamos mudanças que

podem ocorrer no carvão quando

se tem um ambiente em excesso

de CO

(g) e SC-CO

.

Controle de temperatura Reator Controle de pressão Entrada de CO2

REATOR (0-200 bar / 0-150°C)

- Simulador da interação entre o CO

–

fluído – carvão/rocha selo.

- (Titanium -Ti)

Necessário devido a corrosão do reator por causa da solução salina e do

S contido no carvão.

Solução simulando as condições reais de fluido em contato com o carvão.

?

Relação entre composição, litotipos e conteúdo de gás (para cada canister)

Simulation CO2 plume

Modelagem numérica da pluma de CO₂

Caracterização do reservatório e estimativa

de capacidade para o armazenamento de CO₂

Softwares comerciais para simulação numérica de atividades de

CBM/ECBM e UCG

- COMET 3 – Advanced Resources International

•

CBM / ECBM:

•

Análise da influência de modos e de variáveis de operação

(pressão de fundo de poço, tipo e vazão de gás injetado em

ECBM, etc.) e do número, localização e disposição (vertical ou

horizontal) de poços  maximização do potencial de

recuperação de um reservatório.

Modelagem e simulação – Carvão mineral

Preparação para injeção de CO₂

?

Relação entre composição, litotipos e conteúdo de gás (para cada canister)

Programa de Financiamento Transferencia de Tecnologia Cooperação internacional

Capacitação Análise de risco

(MMV) Monitoramento, Medição e Verificação Avaliação do impacto ambiental

CLEAN COAL TECHNOLOGIES - CCT Estratégia de Implementação

Site Piloto de Porto Batista Estagios de desenvolvimento

Gaseificação de Carvão

In Situ

Underground Coal Gasification (UCG)

Poço de Produção Produção de Eletricidade Separação do CO2

Processamento dos gases Poço de Injeção

Área de Gaseificação Camada de Carvão

Por que UCG?

 Alternativa à Mineração Convencional de carvão (não ocorre

extração, beneficiamento, transporte e geração de resíduos sólidos na

superfície);

Adaptado de ESKON, 2008.

Por que UCG?

 Maior aproveitamento da jazida e eficiência energética;

 Redução de gases de efeito estufa associados ao uso do carvão;

...além disso, é também potencialmente o caminho de menor custo

para a captura e armazenamento de carbono (CCS);

UCG Conceito História Projetos atuais Viabilidade Influência das propriedades do carvão Processos físicos Química Escolha de oxidantes Syngas (influências) Rotas químicas do Syngas Ligação entre poços Aspectos ambientais UCG com CCS

Amônia Eteno Uréia Propeno Metanol Gás de Síntese Querosene Hidrogênio Ácido Acético Formaldeído Diesel MTBE Biodiesel DME Misturas Combustíveis Síntese de Fischer-Tropsch Gasolina

Pesquisa

Aplicabilidade

UCG

É extremamente importante conhecer:

 Propriedades do carvão que afetam o UCG (umidade, reatividade, teor

de oxigênio, cinzas, enxofre,...);

 Escolha de Oxidantes;

principalmente pelo rank.

Análises necessárias:

1°) Passo: Análises químicas de laboratório;

2°) Passo: Análises físico-químicas de laboratório; 3°) Passo: Seleção de áreas;

4°) Passo: Teste em escala piloto.

• Profundidade;

• Espessura;

• Aquíferos;

• Porosidade e permeabilidade;

• Ângulo;

• Camada contínua;

Parâmetros Influentes:

Paramêtros Valores desejados

Teor de cinzas (%) < 50* / <60****** Umidade do carvão (%) < 15*

Teor de enxofre (%) < 1* Distância do aquífero mais próximo (m) >31 *

Reatividade do carvão (min-1_{) Alta ****}

Rank do carvão Baixo rank **** Permeabilidade da camada (mD) 50-150* Espessura de rocha acima da camada (m) >15*

Espessura da camada de carvão (m) 2-15* / >0,35*** Variação da espessura (%) <25*

Profundidade da camada (m) 92 - 460* / >60** / >200*****

Recursos disponíveis de carvão (106 _m3_{) >15.4*}

Legenda: * = MASTALERZ et al., 2011; ** = SHAFIROVICH; VARMA, 2009; *** = ZIELENIEWSKI; BRENT, 2008; **** = HETHERINGTON; THAMBIMUTHU, 2003; ***** = BURTON; FRIEDMANN; UPADHYE, 2006; ****** = WESTBLADE, 2011.

Síntese de Fischer-Tropsch:

Transforma

syngas

(H

e CO) em diesel de alta qualidade.

Obrigado pela atenção!

informações complementares:

roberto.heemann@pucrs.br