O sistema formado por hidrocarbonetos, CO2 e H2O é um dos fluidos geológicos mais importantes na Terra. A descrição precisa do comportamento de fases deste sistema é fundamental em muitos campos industriais e tecnológicos, tais como a concepção de equipamentos de separação nas indústrias químicas e de energia, recuperação avançada de petróleo, e sistemas geotérmicos avançados com presença de CO2. Este sistema tem recebido maior atenção devido ao crescente interesse na captura e armazenamento geológico de CO2 e na injeção de dióxido de carbono como método secundário de extração de petróleo. O dióxido de carbono facilita o escoamento do fluido no meio poroso, pois provoca o aumento de volume, a diminuição da tensão interfacial no contato com a água e a redução da viscosidade. Neste cenário, se torna importante a obtenção de dados de equilíbrio de fases que contribuam para a modelagem termodinâmica do comportamento dos fluidos. Este trabalho se propõe a estudar o equilíbrio de fases de hidrocarbonetos e suas misturas com dióxido de carbono e água por simulação molecular utilizando o método de Monte Carlo. Realizou-se a simulação do equilíbrio de fases do pentano puro, da mistura binária de pentano e dióxido de carbono, e da mistura ternária de metano, dióxido de carbono e água. Os resultados foram comparados com dados experimentais e dados teóricos, a fim de constatar se o modelo é capaz de prever as propriedades do equilíbrio de fases dos sistemas estudados. Uma boa concordância foi alcançada entre dados simulados e dados experimentais de entalpia de vaporização do pentano puro, e na previsão da fração molar de dióxido de carbono na fase vapor da mistura binária. A Fração molar de CO2 na fase vapor da mistura ternária foi comparada a dados experimentais e dados teóricos obtidos por equações de estado, e a diferença foi considerada aceitável. Este trabalho aponta para o desafio e a importância de melhorar os modelos moleculares atuais, de modo a prever com precisão o comportamento das fases deste sistema
The system composed of hydrocarbons, CO2 and H2O is one of the most important geological fluids in Earth. The precise description of phase behavior in such system is essential to many industrial and technological fields, such as design of separation equipment in chemical and energy industries, enhanced oil recovery, and advanced geothermal systems containing CO2. The interest in this system has increased due to the growing importance of capture and geological storage of CO2 and its injection as a secondary method of oil recovery. The carbon dioxide facilitates fluid flow in porous media, since it causes increase in volume, decreases interfacial tension of water and reduces viscosity of the system. In such context, it is of major importance to obtain data of phase equilibrium in order to correctly model fluid behavior. The present work aims to analyses phase equilibrium of hydrocarbons and their mixtures with water and carbon dioxide by molecular simulation using the Monte Carlo method. It was performed molecular phase equilibrium simulation of pure pentane, binary mixture of pentane and carbon dioxide, and the ternary mixture of methane, carbon dioxide and water. The results were compared with experimental data and empirical data in order to determine if the model is able to predict the equilibrium properties of phases in the studied systems. A good agreement is reached when comparing simulated and experimental data of pure pentane vaporization enthalpy, as well as predicting the carbon dioxide mole fraction in the vapour phase of the binary mixture. Molar fraction of CO2 in vapour phase of the ternary mixture was compared with experimental data and empirical data, and the difference between them was acceptable. This work presents the challenges and the importance of improving current molecular models to accurately predict the behavior of hydrocarbons and their mixtures with water and carbon dioxide
