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Sinterização direta de metais por laser: desenvolvimento de microreatores para valoração (upgrade) de petróleo extrapesado

Processo: 08/06108-0
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Parceria para Inovação Tecnológica - PITE
Vigência: 01 de agosto de 2013 - 31 de julho de 2015
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Química - Operações Industriais e Equipamentos para Engenharia Química
Pesquisador responsável:Rubens Maciel Filho
Beneficiário:Rubens Maciel Filho
Instituição-sede: Faculdade de Engenharia Química (FEQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Empresa: Petróleo Brasileiro S/A (PETROBRAS)
Município: Campinas
Assunto(s):Processos químicos  Laser  Petróleo  Sinterização 

Resumo

Este projeto tem como objetivo principal, estudar e propor um processo de conversão do petróleo extrapesado, utilizando microreatores e radiação laser, como meios indutores do craqueamento, focando a princípio no hidrocraqueamento para gerar corte diluente a partir do próprio petróleo extrapesado a ser injetado diretamente no poço, para viabilizar as atividades de produção off-shore, incluindo: elevação, processamento primário e escoamento.A técnica proposta consiste na utilização de microreatores e aplicação de laser de CO2 diretamente no petróleo extrapesado com a finalidade de reduzir a viscosidade através do aquecimento gerado pela radiação do laser de CO2. Testes iniciais com a aplicação do laser de CO2 em petróleos extrapesados e resíduos de destilação molecular (resíduos ultrapesados) foram realizados e mostraram a viabilidade da viscorredução via laser de CO2 para facilitar o escoamento do petróleo nas cavidades do microreator. O uso de microreatores, com relação aos reatores convencionais, garante o controle da temperatura e pressão em toda a massa reagente, minimizando os riscos com pontos de aquecimento diferentes, principalmente, em reações fortemente exotérmicas, aumentando assim a segurança e a portabilidade. Os microreatores também poderão ser colocados em paralelo para suprir a produção em massa requerida pela rede industrial. Neste projeto, está sendo solicitado o equipamento de Sinterização Direta de Metais por Laser (EOSINT M270) único capaz de processar pós metálicos como bronze, aço inox, aço liga de cromo cobalto e titânio, sendo materiais adequados para fabricação de microreatores. É interessante ressaltar que é possível incorporar metais com características catalíticas na construção do microreator que é interessante para operações específicas de conversão. Este equipamento possibilita a obtenção direta de microestruturas ou microcavidades que podem ser utilizadas diretamente como microreatores, com capacidade de processar diferentes tipos de metais, com base em diferentes dimensões e "design" de elementos internos do microreator. A aquisição deste equipamento é fundamental para a realização do projeto uma vez que uma variedade de microreatores com diferentes materiais, dimensões e "design" deverão ser confeccionados e avaliados quanto a sua eficiência. Neste projeto, o estudo de caso proposto é a aplicação do laser de CO2 em petróleo extrapesado com a finalidade de viscorredução facilitando o escoamento no microreator, onde o petróleo poderá ser convertido por métodos catalíticos e de hidrocraqueamento. O objetivo é avaliar as condições de operação de desempenho dos microreatores na reação e testar "design" variados para análise da melhor eficiência e melhoramento do petróleo. No estudo da reação catalítica e de hidrocraqueamento do petróleo no microreator serão realizadas análises experimentais e simulações CFD para diferentes condições operacionais, tais como; controle do fluxo para estudo da cinética de reação, aquecimento a laser para estudo da viscorredução e escoamento, e análise dos canais microfluídicos, com diferentes dimensões e "design", por exemplo, do tipo "zigzag" e "shell", sendo este tipo, com base nas informações de forma muito comum na natureza. A forma "shell" é utilizada como arquitetura de alguns insetos como eficientes evaporadores, levando-se em consideração a quantidade mínima de energia gasta para troca de calor com o meio. Para análise das diferentes formas e design, será utilizado o simulador CFD do programa ANSYS, com o objetivo de avaliar o potencial deste "design" no microreator, incluindo a análise da transferência de calor e massa durante a reação. Os microreatores metálicos também serão avaliadas quanto as condições operacionais de desempenho através de análises e métodos experimentais como espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), cromatografia (CG-MS), e análise térmica (DSC). (AU)