Orientadores: Luís Fernando Mercier Franco, Douglas Soares Galvão

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Hidrocarbonetos provenientes de reservatórios não-convencionais são encontrados confinados dentro de rochas porosas e esse confinamento altera as propriedades do fluido. Simulação molecular é uma ferramenta computacional que permite o estudo desses sistemas confinados e fornece informações...

Resumo: Hidrocarbonetos provenientes de reservatórios não-convencionais são encontrados confinados dentro de rochas porosas e esse confinamento altera as propriedades do fluido. Simulação molecular é uma ferramenta computacional que permite o estudo desses sistemas confinados e fornece informações muitas vezes de difícil obtenção experimentalmente. Focando em sistemas de gás natural confinado em nanoporos de calcita, avaliamos por simulações de dinâmica molecular o processo de difusão em misturas de hidrocarbonetos contendo metano. Nós determinamos o comportamento do coeficiente de auto-difusão em diferentes regiões do poro, observando que a anisotropia entre os componentes do tensor de auto-difusão é maior próximo à superfície, o que corrobora resultados anteriores obtidos pelo grupo para componentes puros. Para complementar os dados obtidos, avaliamos a influência do tamanho do poro: a anisotropia no centro do poro tende a diminuir para poros maiores que 10 nm. Notamos também uma dependência dos resultados com a área utilizada para a determinação dos coeficientes de auto-difusão. Quando um gradiente de temperatura é aplicado ao sistema, as interações fluido-parede não correspondem ao perfil de adsorção na condição isotérmica, sugerindo que a distribuição de densidade dentro do poro pode também depender do gradiente de temperatura. Um fenômeno interessante de difusão que possui caracterização experimental complexa é o transporte acoplado de massa e energia chamado termodifusão. Nós calculamos essa propriedade no centro do poro, a qual apresentou valor comparável ao sistema não confinado. Entretanto, reforçamos que para a descrição desse fenômeno em sistemas confinados ainda é necessária uma abordagem que desassocie os efeitos de superfície, confinamento e transporte no não-equilíbrio

Abstract: Hydrocarbons from unconventional reservoirs are found inside tight porous rocks that alter the fluid properties due to effects from the solid-fluid interactions. Molecular simulation is a reliable computational tool that allows the study of these confined systems and supplement the...

Abstract: Hydrocarbons from unconventional reservoirs are found inside tight porous rocks that alter the fluid properties due to effects from the solid-fluid interactions. Molecular simulation is a reliable computational tool that allows the study of these confined systems and supplement the information unavailable, or very difficult to obtain through experiments. By focusing on a system of natural gas confined within calcite nanopores, we evaluate the diffusion process of hydrocarbon mixtures containing methane by molecular dynamics simulations. We determine the behavior of the self-diffusion coefficient in different regions of the pore, and observed that the anisotropy among the self-diffusion components at different directions is more pronounced near the surface, which corroborates previous results for pure components. To complement the results, we evaluated different pore sizes and saw that for pores greater than 10 nm the anisotropy on the center of the pore becomes smaller. We also noticed a dependency of the results on the region considered for the calculation of the self-diffusion coefficient. When we added a temperature gradient to the system, the fluid-wall interaction was different from the adsorption behavior at isothermal condition, suggesting that the density distribution could also depend on the temperature gradient. One interesting diffusion phenomenon with challenging experimental characterization is the coupled transport of heat and mass called thermal diffusion. We calculate this property within the pore and obtained a result comparable to the one for the system in bulk conditions. Nevertheless, we reinforce that the description of this transport phenomenon under confinement requires attention to properly disentangle the effect of the surface and of the confining geometry to get the true value of the non-equilibrium transport process

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