José Luiz de Medeiros Ofélia Q. F. Araújo · planta de recuperaÇÃo de meg - cegn. cegn –...
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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