Reatores – Microtecnologia promete revolucionar o processo químico

A segunda etapa é a que ocorre nos microrreatores de Fischer Tropsch, onde há dois conjuntos de milicanais intercalados entre si. Em um conjunto de milicanais, há a passagem do gás de síntese, o qual, em contato com o catalisador, é convertido por polimerização em hidrocarbonetos. Para remover o calor que é liberado nessa reação, há outro conjunto de milicanais, paralelo ao primeiro, por onde passa água. Esta remoção de calor é crucial no sistema para manter a estabilidade da reação e evitar um aumento descontrolado de temperatura.

Depois dessa etapa, o óleo cru pode passar por mais outra fase, o hidrobeneficiamento, para a produção de frações como o diesel, nafta, querosene de aviação ou lubrificantes. Haveria a possibilidade de se fazer o hidrobeneficiamento também em ambiente remoto, mas isso não está nos planos nem da Petrobras nem dos fornecedores, porque ocuparia muito espaço principalmente de navios.

Química e Derivados, Ana Paula Fonseca, Petrobras, microrreatores
Ana Paula: Petrobras testa microrreatores em gas-to-liquid

O primeiro reator de reforma realiza uma reação endotérmica, uma combustão catalítica a cerca de 760ºC, e o de FT, uma exotérmica a 220ºC. “A liberação de calor gerada no segundo microrreator é reaproveitada no primeiro, tornando o processo mais eficiente energeticamente”, disse Ana Paula. Uma preocupação técnica que deve ocupar os envolvidos, caso a tecnologia seja qualificada e aprovada para a fase produtiva, será garantir os microrreatores protegidos de contaminações. “A gama de variáveis é muito grande, a tecnologia é sensível e qualquer sujeira pode atrapalhar o processo”, disse Ana Paula. Por exemplo, o vapor d’água necessário no processo não contará com planta de oxigênio, para diminuir o risco de combustão. E como as plantas GTL estarão em locais onde se processa óleo, também serão demandadas adaptações para a operação integrada com o gás.

Embora ainda em teste, a publicação World Gas Intelligence (WGI) revelou que o consórcio da Modec-Toyo-Velocys trabalha com a meta de ter disponível comercialmente um sistema GTL de microrreatores para navios-plataforma FPSO (floating production, storage and offloading) até meados de 2014, com capacidade para produzir até dois mil barris por dia e ocupar apenas um quarto do deck do navio. Bom lembrar que a Modec é considerada a segunda maior fornecedora de FPSOs do mundo, o que facilita a adequação da tecnologia da Velocys no campo offshore. Para o projeto com a Petrobras, o consórcio investiu US$ 10 milhões na unidade de demonstração em Fortaleza, sendo que o custo operacional e de instalação ficou a cargo da petroleira, segundo também informou a WGI.

Futuro promissor – O uso dos microrreatores pela Petrobras serve como confirmação de uma tendência que para muitos pesquisadores da área da microtecnologia tem futuro garantido na engenharia química. Depois de já ter criado talvez a indústria mais rica e dinâmica do mundo, a microeletrônica, a pesquisa aplicada às miniaturizações tem na indústria química um campo de exploração muito grande. Já é utilizada em sínteses em indústrias farmacêuticas ou de tintas, com uso de microrreatores em diversos materiais, como polímeros, cerâmicas, metais e vidros. A Alemanha tem posição de vanguarda nessas novas aplicações. Lá, de acordo com a estimativa de uma empresa da área, a Mikroglas (fabricante de microrreatores de vidro), em 15 anos 30% dos processos químicos vão ser miniaturizados. No mesmo país, aliás, recentemente foi demonstrado um microtrocador de calor, do tamanho de uma caixa de fósforos, com capacidade de troca de 20 kW.

Química e Derivados - Protótipo de microrreator de poliuretano
Protótipo de microrreator de poliuretano…

A miniaturização do processo químico tem várias vantagens. Para começar há a redução evidente do tamanho de um reator por um fator de pelo menos 100, transformando ainda o processamento em batelada para o modo contínuo. O mundo micro, ao permitir a passagem de fluidos por milhares de tubos capilares, confere à reação química altas taxas de mistura por meio da difusão entre os fluidos e ainda uma alta transferência de calor, não só melhorando o processo, com melhor aproveitamento dos insumos, como também reduzindo o consumo de energia para agitação e troca de calor. Nessas condições, não custa ressaltar, há um aumento da razão superfície/volume, sendo a primeira muito mais importante. Essas características também diminuem consideravelmente os tempos de residência necessários para a reação.

A produção por microrreatores é contínua, sem o chamado tempo morto dos tanques de agitação, e possível de ser controlada mais facilmente. “Se a empresa quer ampliar a planta, basta colocar mais módulos de reação, sem precisar projetar e encomendar um novo reator por batelada”, explicou o pesquisador Mário Ricardo Gongora Rubio, do Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (IPT), líder de um grupo de pesquisas em microtecnologia que faz protótipos de microrreatores de cerâmica. “E para essas ampliações não será necessário nem parar a fábrica”, disse.

Microválvula: made in Brasil - Laboratório de Luz Síncroton - Professor Luiz Otávio Saraiva Ferreira
… e microválvula: made in Brasil

Na prateleira – Com o desenvolvimento do mercado, os pesquisadores acreditam que haverá microrreatores padronizados de prateleira, com vários tipos de materiais. “Chegará o tempo em que haverá módulos para reação, análise, filtração e troca de calor. O projetista faz as interligações como ele deseja e monta sua fábrica”, complementou o professor Luiz Otávio Saraiva Ferreira, da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas-SP (Unicamp), que há 20 anos está envolvido com a construção de protótipos de micromáquinas, microrreatores e microcomponentes, com técnica própria.

Por ser muito mais importante para a reação a área de contato dos capilares, os microrreatores operam com volumes muito menores de produto, reduzindo custo de estocagem e diminuindo o risco de acidentes. “Quando houver algum vazamento, basta retirar o módulo do microrreator com problema e trocá-lo, sem interromper a produção”, disse Saraiva Ferreira. O professor também afirma que esses módulos podem ser refis, trocados depois de um determinado tempo de saturação. “Há uma tendência de eles serem poliméricos, mas há de todos os tipos, de vidro, cerâmica, silício”, disse.

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