SEPARAÇÃO DE GASES NOBRES

A maioria das pessoas, por outro lado, entende que "nobre" significa valioso - e elas não estariam erradas: A platina é conhecida por ser consideravelmente mais cara do que, por exemplo, o ferro. E um metro cúbico de hélio gasoso custa entre € 8 e € 30, dependendo da quantidade de compra e da pureza, entre outros fatores. Em comparação, um metro cúbico de gás natural está disponível para um cliente privado por apenas cerca de 60 centavos de euro. Um dos motivos do alto preço do hélio é sua alta demanda. O gás é usado para resfriar tomógrafos de ressonância magnética (MRTs) em hospitais e para encher balões e dirigíveis. Ele também é usado na produção de fibra de vidro, na soldagem e no setor de eletrônicos e na detecção de vazamentos em sistemas e equipamentos. Mas o hélio é raro. Ele foi extraído das poucas fontes de gás natural do mundo, onde está presente em proporções entre dois e oito por cento. Atualmente, o mercado mundial está dividido entre os países produtores: EUA, Argélia, Qatar, Rússia e Polônia.

Desde agosto de 2016, o Canadá também está produzindo hélio. Uma planta única entrou em operação em Mankota, que extrai 99,999% de hélio de forma totalmente automática dos 250.000 metros cúbicos de gás produzidos diariamente. A planta foi construída pela Divisão de Engenharia do Grupo Linde. Sua característica distintiva é que a Linde combinou um processo estabelecido de separação de gás com a nova tecnologia de membrana SEPURAN® Noble da Evonik. Esse processo híbrido permite um enriquecimento particularmente eficiente do hélio na fonte de gás canadense, onde seu teor é bem inferior a 2%. Dessa forma, a Linde conseguiu apresentar um argumento convincente à Weil Group Resources, proprietária da fonte de gás, e sair na frente na licitação competitiva global.

As membranas SEPURAN® são compostas de poliimida, um polímero de alto desempenho cuja resistência a altas temperaturas e produtos químicos agressivos foi comprovada ao longo de muitas décadas. Por exemplo, a poliimida também é usada na filtragem de gases quentes em plantas de fundição de cimento e aço. Os sistemas de fiação da unidade da Evonik em Schörfling (Áustria) produzem o material na forma de fibras com uma arquitetura muito especial: Seu interior é oco. O material é altamente poroso até essa cavidade. Os poros tornam-se progressivamente menores em direção ao exterior. Uma casca relativamente densa, com menos de 100 nanômetros de espessura, forma a superfície das fibras.

Os gases cujas moléculas são muito pequenas (diâmetro cinético) podem permear essa pele mais rapidamente do que aqueles cujas partículas são maiores. Dessa forma, a pele pode distinguir entre, por exemplo, dióxido de carbono e metano, ou hélio e metano. A parte porosa restante da fibra não ajuda na separação de gases porque os poros são grandes demais para esse fim; ela serve como elemento de suporte, conferindo estabilidade mecânica ao material. A Evonik agrupa dezenas de milhares dessas fibras ocas em um módulo de membrana em um invólucro de aço inoxidável.

Os módulos de membrana SEPURAN® Green atualmente em uso para a purificação do biogás em mais de 100 instalações em todo o mundo não são perfeitamente adequados para a extração de hélio. Devido à baixa proporção de hélio no gás natural, as membranas SEPURAN® Green não purificam o gás nobre na medida desejada. O que é necessário é uma membrana que possa selecionar o hélio do restante do gás de forma ainda mais eficaz do que a SEPURAN® Green. Os especialistas da Evonik conseguiram produzir essa membrana modificando o processo de fiação para a produção de fibras. A Evonik comercializa essa membrana com o nome de SEPURAN® Noble.

Se você acha que uma eficiência de separação maior do que a oferecida por SEPURAN® Green também funcionaria para metano e dióxido de carbono e, portanto, também poderia melhorar a purificação do biogás, você não está errado. Mas o SEPURAN® Noble não permitiria a permeação suficiente de nenhum dos gases. A maior seletividade dessa variante de SEPURAN® vem ao custo de uma produtividade menor. No caso do hélio, porém, isso não é crítico, pois ele pode passar pela membrana muito mais rapidamente do que, por exemplo, o dióxido de carbono. Portanto, a habilidade da equipe SEPURAN® está em personalizar as propriedades das membranas de fibra oca para a aplicação em questão. Dessa forma, ela explora totalmente as já muito boas propriedades de separação de gás da poliimida.

 Na planta de referência híbrida em Mankota, os módulos SEPURAN® separam o gás bruto para um teor de hélio de cerca de 50%. A partir da mistura de gás resultante, o hélio quase puro é então obtido por adsorção por oscilação de pressão (PSA). Nesse método bem estabelecido, a mistura de gás pressurizado passa por um leito sólido. O hélio permanece quase totalmente não adsorvido nesse sólido, enquanto os outros componentes do gás são depositados nele ou sobre ele. Assim que a capacidade de adsorção do sólido se esgota, ele é regenerado pela redução da pressão. Dois leitos sólidos são operados ao mesmo tempo para que o PSA forneça hélio continuamente; enquanto um deles está no modo de adsorção, o outro está sendo regenerado.

 O processo de PSA só funciona bem com um teor de hélio de pelo menos 25%, e sua eficácia aumenta com o teor de hélio. É por isso que é necessário fazer o upgrade inicial do gás bruto com as membranas SEPURAN®. Os dois processos se complementam perfeitamente porque o processo de membrana produz uma mistura de gás hélio não pressurizado que é submetida à pressão por PSA. Assim, o hélio puro finalmente obtido também está sob pressão, o que reduz os custos de transporte.

O hélio é caro, e os grandes usuários podem achar que vale a pena recuperar o gás nobre usado; eles também podem se beneficiar do SEPURAN® Noble. Esses grandes usuários incluem produtores de fibras ópticas que transmitem dados da Internet e chamadas telefônicas. O hélio é particularmente eficaz para resfriar as fibras de vidro à medida que elas são retiradas do hot melt. Isso aumenta a velocidade de produção: Uma única fábrica pode produzir mais de dois quilômetros de fibra por minuto. Mas o resfriamento com hélio é caro: muitas instalações de produção de fibra de vidro gastam centenas de milhares de euros em hélio anualmente. A Nextrom, uma empresa líder global em engenharia de instalações para o setor de fibra de vidro, desenvolveu uma solução para produtores de fibra baseada no SEPURAN® Noble. Ele oferece um sistema no qual o hélio usado é coletado, limpo e reutilizado para resfriamento. Até 90% do hélio pode ser recuperado dessa forma.

Apenas dois anos após o lançamento no mercado, o SEPURAN® Noble já se estabeleceu no setor de fibra de vidro; a equipe do SEPURAN® deve esse sucesso, em parte, ao apoio de seus colegas de Silanos, que estão familiarizados com esse setor. Além disso, a tecnologia de membrana pode ser facilmente integrada à produção de fibra de vidro porque o hélio purificado não precisa ser líquido nem ultrapuro. No entanto, esse não é o caso de outras aplicações de hélio, como a tomografia por ressonância magnética, em que levará um pouco mais de tempo para que a tecnologia SEPURAN® Noble se estabeleça. No entanto, os especialistas em membranas estão convencidos de que a tecnologia também se estabelecerá em outras aplicações além das fibras ópticas.