José Luiz de MedeirosOfélia Q. F. Araújo

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Síntese,Simulação, Otimização eControlede ProcessosQuímicos eBioquímicos

HCC e HDT

Transporte(GN, Óleo,

CO2)

Blends

Risers & Gas LiftDinâmica e Controle

ÓLEO E GÁS Sistemas via Software para Detecção de

Vazamentos em Dutovias

LINHAS DE PESQUISA

Engenharia VerdeLCAProcessamento

OffshoreSimulação e Controle

Sequestro Químico e Bioquímico de CO2

Captura de CO2

CO2

PLANTAS PILOTOS

LOOP - GAS LIFT

2” X 12m Plexiglass Pilot Riser System

LOOP - GAS LIFT

HCC DE DIESEL

200 bar

HDT DE PYGAS

50 bar

LOOP DE SIMULAÇÃO DE VAZAMENTOS

SEQUESTRO BIOQUIMICO DE CO2

FOTOBIORREATOR – 700L

PLANTA PILOTO DE CAPTURA DE CO2

COM AMINAS - CEGN

PLANTA DE RECUPERAÇÃO DE MEG - CEGN

CEGN – CENTRO DE EXCELÊNCIA EM GÁS NATURALParque Tecnológico - UFRJ

SIMULADORES DESENVOLVIDOS

HDT DE DIESEL REACTION NETWORK: NR=28 CONTINUA OF REACTIONS

NK=12 KINETIC RULES

[1] (3)

4

R

9

R

R

4

R

2

[2] (2)

[23] (12)

[3] (2)R

10

R

7

[4] (1)

[24] (11)

5 3

R

[5] (2)

[25](12)

11

[6](3)

R

R

R

[7] (1)

[26] (11)

S

13

[11] (6) RR

+ H S2

[1] (3)

91

R

S

14

[12] (5)

RR

+ H S2

[13] (3)

21

R

22

R

[14]

(3)

23

16

[15] (7)R

[16] (8)

1

+ NH3

[1]

(3)

R

9

R

N N

R

24

N|

H

15

R[17] (9)

R

H|

N

[18] (9)

[19]

N|H

R

(10)

25

R

26

[20]

22

R

23

3 NH

[14]

(10)

(3)

NH 3

3,4Bz +Hy = 8,31E+03e-8,36E+03x

0,0000,0200,0400,0600,0800,100

0,00150,00160,00170,0018

1BzS -Sy = 1,23E+16e-2,52E+04x

0,000,100,200,300,400,50

0,00150,00160,00170,0018

2Bz=N +H y = 1,83E+09e-1,56E+04x

0,000,020,040,060,080,10

0,00150,00160,00170,0018

2BzH=N -N y = 3,41E-01e-2,85E+02x

0,000,200,400,600,801,00

0,00150,00160,00170,0018

2BzN +Hy = 4,25E+04e-8,94E+03x

0,000,020,040,060,080,10

0,00150,00160,00170,0018

2BzHN -Ny = 2,73E+01e-1,24E+03x

0,02,04,06,08,0

10,0

0,00150,00160,00170,0018

3,4BzH -Hy = 3,41E+02e-6,30E+03x

0,0000,0200,0400,0600,0800,100

0,00150,00160,00170,0018

3,4Bz2H -Hy = 1,14E+00e-1,98E+03x

0,000,100,200,300,400,50

0,00150,00160,00170,0018

2Bz +H y = 2,55E+03e-6,54E+03x

0,0000,1000,2000,3000,4000,500

0,00150,00160,00170,0018

1Bz +Hy = 3,93E+01e-5,29E+03x

0,0000,1000,2000,3000,4000,500

0,00150,00160,00170,0018

R= +H y = 4,73E+07e-1,07E+04x

0,001,002,003,004,005,00

0,00150,00160,00170,0018

2BzS -Sy = 2,77E+05e-7,28E+03x

0,002,004,006,008,00

10,00

0,00150,00160,00170,0018

HDT PYGAS

PYGAS

H2

H2

1st STAGE REACTOR

2nd STAGE REACTOR

Raw PYGAS

2 Phases

Gas Phase

Converts Remaining Olefins and Sulfured Compounds

Converts Dienes and Styrene

SEPARAÇÃO DE CO2

DE GN – MEMBRANAS (contactora)

SEPARAÇÃO DE CO2

DE GN – MEMBRANAS (contactora)

SEPARAÇÃO DE CO2 DE NG –MEMBRANAS

META 3

META 2

META 1

%CO2

META 1 3.2

META 2 96.2

META 3 37.6/47.1

META 3

SEPARAÇÃO DE CO2 DE GN - AMINAS

Modelo AGWA

MEA/MDEA/H2O

VB

SEPARAÇÃO DE CO2

DE GN – MEMBRANAS (permeador)

MATLAB® MATLAB® MODELO DE PERMEADOR

Instrumentação

do duto

Simulação

Análise Estatística ALARME

Monitoramento de integridade de dutos rastreando predições de balanço de

massa em tempo real capturado por instrumentos

DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM DUTOVIAS

DETECÇÃO DE VAZAMENTOS EM DUTOVIAS

SIMULAÇÃO DINÂMICADE ETENODUTO

# Distâncias : ~ 500km# Faixa de pressão : 110 bar a 40 bar# Vazões: ~ 50 t/h# Faixa de densidade : 100kg/m3 a 300kg/m3

#Altos gradientes de densidade (próximo ao ponto crítico)# Inventário da linha : 3000 a 6000 t

SIMULAÇÃO DINÂMICA DO ETENODUTO

Reversão do Escoamento

“Poço” de Pressão

Evolução do Inventário

CARBODUTO

TOPOGRAFIA DO DUTO

Compressor

Turbina

PROCESSAMENTO DE ÓLEO E GÁS

RISERS & GAS LIFT

SIMULAÇÃO , OTIMIZAÇÃO E CONTROLE DEPROCESSAMENTO OFFSHORE

COMPRESSÃO DE CO2 - EOR & CCS

0.89%

0.79%

0.72%

0.54%

0.51%

0.53%

1.12%

1.0%

0.91%

0.68%

0.65%

0.69%

1.14%

0.96%

0.87%

0.65%

0.63%

0.66%

0

50

100

150

200

250

Millions US$/y

Other Costs Supply Cost Carbon Credits

3.5%

7.4%7.9%8.2%

5.2%8%

4.5%

9.7%10.3%

10.3%6.8%

10.3%

6.7%14.3%

15.4%15.3%

10.3%15.5%

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Millions US$/y

OPEX Carbon Credits

TWISTER

ENGENHARIA VERDE

ENGENHARIA VERDE

Processo Químico

Matéria Energia

Matérias-primas Produtos

Lucro Impacto Ambiental

IA

L

S = wIA.IA + wL.L

Função Sustentabilidade

Fronteira de Pareto

ENGENHARIA VERDE

ENGENHARIA VERDE

ENGENHARIA VERDE

CO2TLCCIS - SEQUESTRO BIO&QUIMICO DE CO2

BIOREACTIONOXIDATION C2=→ EO

PRODUCTION DME→ DMC

MTO

PROD. NH3

PROD UREA

PROD DMC→ UREA

GLYCEROL CARBONATE

TRANSESTERI-FICATION

BIODIESEL

OIL EXTRACTION GASIFICATION

SDTO

PRODUCTIONMETHANOL

FISCHER TROPSCH RXN

WATER GAS SHIFT REACTION

ETHYLENE

NH3

SYNGAS

RESIDUALBIOMASS

GLYCEROL

GLYCEROL CARBONATE

OILCAROTENE

1,2PROPANEDIOLHYDRO-

GENOLYSIS

UREA

MinP(x,y) = - ∑ y

P(i(x))PEI(x,y) = ∑ y

P(i(x))St

ci(x) = 0

c(x) > 0

Ai x = bi

A x ≤ b

li ≤ x ≤ ls

CCIS – SEQUESTROBIO&QUIMICO DE CO2

SEQUESTRO QUÍMICO DE CO2

228 correntes de processo

115 operações unitárias

15 reciclos

+

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

1

30 35 40 45 50

EI (PEI·t-1

)

Profit (USD·t-1)

SEQUESTRO QUÍMICO DE CO2

CCIS - SEQUESTRO BIO&QUIMICO DE CO2

Cenário I (wL = wIA)

Cenário II (wL > wIA)

Cenário III (wL < wIA)

2ª LEI DA TERMODINÂMICA X FOTOSSÍNTESE INDOORS

FOTOSSÍNTESE INDOORS - SUSPENSÃO DE CÉLULAS VEGETAIS

Produto Uso Espécie VegetalCusto

(US$/kg)Ajmalicina Antihipertensivo Catharanthus roseus 37.000Ajmalina Antimalarial Rauvolfia sepentine 75.000Camptotecina

Antitumor Camptotheca acuminata 432.000

Codeina Sedativo Papacer somniferum 17.000Colchicina Antitumor Colchium autumnale 35.000Elipticina Antitumor Orchrosia elliptica 240.000Morfina Sedativo Papaver somniferum 340.000Xiconina Antibacterial Lithospermum

erythrorhizon4.500

Taxol Anticâncer Taxus brevifolia 600.000Vinblastina Antileucêmico Catharanthus roseus 1.000.000Vincristina Antileucêmico Catharanthus roseus 2.000.000

Viabilidade econômica do processo fortemente definida pela produtividade.

Agregação, alta concentração de biomassa (acima de 70g de biomassa seca por litro), resultando em suspensões de alta viscosidade, com características não-Newtonianas

FOTOSSÍNTESE INDOORS - SUSPENSÃO DE CÉLULAS VEGETAIS

Substância

Química

MM (g/gmol)

Índice Técnico (t/tCO2)

Produção Calculada

(t/a)CO2 44 1.00

-H2O 18 0.41

-C6H12O6 180 0.68

28145.45O2 32 0.73

30021.82

EspécieMol

g/mol

Coeficiente Técnico tÓleo/tGlic

ose

Consumo Estequiométr

ico (t/a)

Produção (t/a)

Perdas (t/a)com

metabolismo

secundário

C6H12O6 180 1.00 25893.8 2251.6

CnH2(n-w)

O2

279.82 0.37 9606.4

CO2 44 0.62 10928.1H2O 18 0.02 5359.2

6CO2(g) + 6H2O(l) = C6H12O6(s) + 6O2(g)ΔG1 =+2458 kJ /mol Glicos e

174

C6 H 12O6 s =CH 3 CH 2 14CH 2COOH l 152

CO 2 g 172

H2O l ΔG2 =+448 kJ /mol

Economicamente inviável usar-se Luz Elétrica para converter CO2 em Glicose sem que algum outro produto com preço acima de US$100/kg seja formado simultaneamente

Óleo = produto com valor inferior a US$ 3/kg

EEMIN=106 .5∗106 kWh /a

R$43,00/kg óleo

HDT de Pygas Detecção de Vazamentos –

Etenoduto Engenharia de Processos Verdes

Separador supersônico Processamento de Gás Natural

Análise de Sistemas de Alívio de Pressão

HDT e HCC de Frações de Petróleo Processos Gas Lift Processamento de Gás Natural Separação de CO2 de Gás Natural por

Alcanolaminas Separação de CO2 de Gás Natural por

Membranas Simulação e controle de processos

offshore

Captura e Sequestro de CO2

Análise de Viabilidade de Processos

Detecção de Vazamentos em Redes de Escoamento

PARCERIAS