A Cavitação Hidrodinâmica é uma tecnologia emergente de intensificação de processos, eficiente em termos energéticos, com potencial para aumentar a eficiência, o rendimento e a sustentabilidade em todas as operações chave das refinarias. Ao gerar cisalhamento controlado em microescala, turbulência e efeitos termomecânicos localizados - dentro das unidades CaviFlow® da RAPTECH - a Cavitação Hidrodinâmica pode melhorar a mistura, a transferência de massa e calor, a cinética da reação e o condicionamento da matéria-prima. Esta análise avalia as oportunidades de integração da Cavitação Hidrodinâmica na dessalinização de petróleo bruto, coqueamento retardado, craqueamento catalítico fluido, hidrotratamento, alquilação e melhoramento do resíduo, com ênfase na compreensão mecanicista, configuração do equipamento e restrições operacionais.
Resultados práticos recentes - incluindo a mistura e o melhoramento do resíduo - demonstram benefícios mensuráveis na mistura de fuelóleo pesado com combustíveis alternativos. A mistura assistida por cavitação de HFO com 20% de FAME demonstrou uma melhoria dos índices de viscosidade, densidade, teor de sedimentos e estabilidade, bem como uma redução das partículas de gato e melhorias modestas no consumo de combustível. Estas descobertas destacam a relevância da Cavitação Hidrodinâmica não só para os processos de refinaria, mas também para o sector de combustível marítimo/bunker, particularmente no contexto da ISO 8217:2024, que permite combustíveis marítimos contendo até 100% de FAME. Os resultados reflectem uma tendência mais ampla da indústria para matérias-primas com baixo teor de carbono, renováveis e mais variáveis.
Em geral, a Cavitação Hidrodinâmica e as unidades CaviFlow® da RAPTECH apresentam um caminho promissor para melhorar a processabilidade, reduzir os requisitos de energia e apoiar a transição para sistemas de refinaria e de combustível marítimo mais sustentáveis. Embora a maioria dos dados tenha origem em estudos laboratoriais e à escala piloto, as demonstrações emergentes - incluindo a mistura de resíduos e a atualização - sublinham o potencial da Cavitação Hidrodinâmica para uma utilização industrial prática.
1. Introdução
Os processos de conversão das refinarias são fundamentais para transformar o petróleo bruto em combustíveis para transportes, matérias-primas petroquímicas e produtos de elevado valor. A eficiência e a qualidade dos produtos são frequentemente limitadas pela heterogeneidade das matérias-primas, desativação do catalisador, incrustações e restrições de transferência de massa. A utilização crescente de petróleos brutos pesados e extra-pesados, que constituem uma parte significativa das reservas globais recuperáveis, apresenta desafios adicionais devido à elevada viscosidade, à baixa gravidade API (<20°) e ao elevado teor de asfalteno [1]. Estas propriedades dificultam a transferência de calor e massa, aceleram a formação de incrustações e aumentam a formação de coque em processos térmicos e catalíticos.
A cavitação hidrodinâmica surgiu como uma estratégia de intensificação de processos promissora. Gera microbolhas controladas, pontos quentes localizados, cisalhamento extremo e gradientes de pressão, que podem melhorar as reacções químicas, a dispersão de fases e a transferência de massa. Em comparação com a mistura mecânica convencional ou aditivos químicos, a Cavitação Hidrodinâmica representa uma abordagem potencialmente eficiente em termos energéticos e de baixo teor químico para resolver os estrangulamentos das refinarias [2]. A Cavitação Hidrodinâmica pode ser combinada com catalisadores, surfactantes, oxidantes suaves (e.g, H₂O₂, ozônio) ou irradiação UV para melhorar ainda mais a eficiência da reação e resultados de processamento mais limpos [2].
Mecanisticamente, a cavitação pode induzir modificações de nível molecular em hidrocarbonetos, incluindo desagregação de asfalteno, rachaduras parciais e mudanças de propriedade reológica, que melhoram o manuseio da matéria-prima e a eficiência da reação [3]. O escalonamento da Cavitação Hidrodinâmica para operações industriais é um desafio devido à ausência de um método padronizado para quantificar a intensidade da cavitação em diferentes fluidos e requer altos custos operacionais e de capital [1,4]. Evidências de estudos laboratoriais e piloto sugerem que a Cavitação Hidrodinâmica pode melhorar a processabilidade e a eficiência, embora a validação industrial à escala real permaneça limitada.
Os processos assistidos por Cavitação Hidrodinâmica podem oferecer benefícios operacionais e ambientais, incluindo a redução do consumo de energia, o aumento do rendimento e a diminuição das emissões de gases com efeito de estufa. Estes processos podem complementar os métodos convencionais de melhoramento, que são frequentemente intensivos em energia e em projectos de reactores rd. O número de cavitação foi proposto como um parâmetro sistemático para otimizar a conceção do reator e fazer a ponte entre os dados experimentais e as aplicações práticas.
2. Oportunidades de Cavitação Hidrodinâmica de Elevado Impacto
2.1 Dessalinização de Petróleo Bruto (CDU)
A integração da Cavitação Hidrodinâmica na entrada do dessalinizador pode melhorar a dispersão óleo-água e a remoção de sal. A micro-turbulência, o cisalhamento e as flutuações de pressão localizadas promovem a quebra de emulsões estáveis, gerando gotículas finas e uniformes que melhoram o contacto água-óleo e aceleram a coalescência. Isto pode resultar num menor teor de sal residual, na redução da incrustação e da corrosão e num melhor desempenho da permuta de calor [2]. As unidades de Cavitação Hidrodinâmica podem ser implementadas como skids compactos em linha com modificações mínimas na infraestrutura de dessalinização existente.
2.2 Coqueamento retardado (DCU)
A aplicação da Cavitação Hidrodinâmica ao resíduo de vácuo antes dos aquecedores do coque pode melhorar a homogeneização da alimentação e induzir efeitos ligeiros de pré-enriquecimento. O cisalhamento, a micro-mistura e a ativação termo-mecânica localizada promovem a desagregação parcial do asfalteno e a redução da viscosidade, permitindo um craqueamento térmico mais uniforme [5,3]. Estudos em escala piloto relataram melhorias na estabilidade do aquecedor, reduções na deposição de coque e aumentos modestos no rendimento de produtos líquidos quando a Cavitação Hidrodinâmica é integrada a montante do coker. Manter a intensidade de cavitação adequada é essencial para evitar o pré-fissuramento excessivo, particularmente em alimentações altamente aromáticas ou instáveis [1,3]. A conceção adequada do sistema de Cavitação Hidrodinâmica e a otimização das condições de funcionamento são, por isso, fundamentais para uma implementação segura e eficaz.
2.3 Unidade de Craqueamento Catalítico Fluido (FCCU)
Pré-condicionamento de alimentações pesadas (e.g, O pré-condicionamento de alimentos pesados (por exemplo, gasóleo em vácuo ou resíduos) através da cavitação hidrodinâmica pode aumentar a homogeneização dos alimentos e romper parcialmente os agregados ricos em asfalteno e metais, reduzindo potencialmente a carga contaminante efectiva que contribui para a formação de CCR [6]. O cisalhamento intenso e a micro-mistura gerada pela cavitação também podem melhorar a dispersão, a transferência de massa e a reologia geral da alimentação, o que pode suportar uma maior eficiência de conversão e tendências reduzidas de incrustação. Estes efeitos foram demonstrados à escala piloto, mas até à data não existem dados disponíveis publicamente que confirmem a implementação da FCC à escala real. A integração da cavitação hidrodinâmica a montante de uma unidade de FCC requer uma engenharia cuidadosa da interface de injeção de alimentação, incluindo pressão, temperatura, metalurgia e compatibilidade com os sistemas existentes de pré-aquecimento e distribuição de alimentação.
2.4 Hidrotratores (DHT, CNHT, NHT)
Hidrodinâmica A pré-mistura hidrogénio-óleo assistida por cavitação pode melhorar a dispersão de H₂ e o contacto interfacial, aumentando potencialmente a dessulfuração, a remoção de azoto e a saturação de olefinas [2,8]. A micro-turbulência e o cisalhamento aumentam a área interfacial disponível, mitigando as limitações de transferência de massa que reduzem a eficácia do catalisador. Recomenda-se a validação do piloto para otimizar a gravidade da cavitação, o tempo de residência e a integração do módulo. Módulos de cavitação hidrodinâmica adequadamente projetados - skids classificados por pressão com materiais compatíveis com as condições do processo - podem suportar uma conversão por passagem mais alta e maior longevidade do catalisador.
2.5 Tratamento cáustico de combustível de aviação (JCTU)
No tratamento cáustico de combustível de aviação, a cavitação hidrodinâmica intensifica o contacto entre a solução cáustica e os hidrocarbonetos, melhorando a extração de mercaptanos e a estabilidade do produto. A micro-mistura e a elevada renovação interfacial podem reduzir o consumo de cáustico, mantendo ou melhorando o desempenho de adoçamento. Os sistemas de cavitação hidrodinâmica em linha permitem uma adaptação direta com uma perturbação mínima do processo.
2.6 Unidades de Alquilação (H₂SO₄ ALKY)
A Cavitação Hidrodinâmica pode melhorar o contacto ácido-hidrocarboneto nas unidades de alquilação, promovendo condições de reação mais uniformes e melhorando potencialmente o número de octanas e o rendimento do produto [6]. O cisalhamento elevado, a micro-turbulência e as flutuações de pressão aceleram as reacções catalisadas por ácidos. A implementação requer uma seleção rigorosa de materiais, uma conceção resistente à corrosão e protocolos de segurança rigorosos. Recomenda-se a validação à escala-piloto antes da adoção à escala real.
2.7 Atualização e mistura de resíduos
A cavitação hidrodinâmica pode apoiar a mistura e a atualização parcial de resíduos pesados e resíduos de vácuo, melhorando a dispersão, reduzindo a viscosidade e melhorando a estabilidade global do combustível.
Aplicações de revalorização
Para a revalorização, a cavitação promove a desagregação do asfalteno, fissuração ligeira, redução da viscosidade, uma mudança para fracções mais leves e minimização das lamas [2-4]. O tratamento de resíduos assistido por cavitação hidrodinâmica demonstrou ser mais económico do que a cavitação acústica para operações à escala piloto e pode melhorar as propriedades do betume, a dessulfuração e a estabilidade da emulsão em aplicações como matérias-primas para FCC, hidrotratores e combustíveis marinhos [4,7,8]. Embora a maior parte dos benefícios relatados provenha de escalas laboratoriais e piloto, o controlo adequado da intensidade da cavitação e do tempo de residência é fundamental para uma implementação segura e eficaz.
Aplicações de mistura
Em operações de mistura, a Cavitação Hidrodinâmica promove a formação de dispersões finas e estáveis entre óleos pesados e componentes de baixa viscosidade, como o biodiesel ou óleos de pirólise. O elevado cisalhamento e a micro-turbulência gerados durante a cavitação melhoram a miscibilidade, reduzem a propensão para a separação de fases e aumentam a homogeneidade durante o armazenamento e o manuseamento.
Testes independentes efectuados no Bureau Veritas e em laboratórios de física de dados confirmaram estas melhorias. A Tabela 1 resume uma comparação de HFO 380 misturado com 20% de biodiesel (FAME) usando mistura manual convencional (HD) e mistura assistida por cavitação (CF) com o sistema CaviFlow® da RAPTECH. O método assistido por cavitação produziu melhorias mensuráveis na densidade, viscosidade, teor de enxofre, teor de cinzas, níveis de sedimentos e índice médio de estabilidade (MSI), ao mesmo tempo que reduziu a concentração de finos de gato. Os testes de motores realizados pela FVTR GmbH também relataram uma redução modesta (~1%) no consumo de combustível para a mistura HFO-20% FAME tratada por cavitação.
Dependendo do tamanho do navio, do perfil operacional e do preço do combustível, essas melhorias nas propriedades podem se traduzir em benefícios operacionais significativos no setor marítimo, onde o óleo combustível pesado continua sendo uma fonte de energia dominante.
Tabela 1. Comparação de HFO 380 misturados com 20% de biodiesel (FAME) utilizando a mistura manual convencional (HD) e a mistura assistida por cavitação (CF).
(1) Os óleos pesados com °API < 22.3 são tipicamente classificados como "fuelóleo pesado".
(2) Embora o ponto de inflamação tenha diminuído, ambas as misturas permanecem bem acima dos limites mínimos da ISO 8217 para combustíveis marinhos residuais, garantindo a conformidade com os regulamentos de segurança.
3. Conclusão
A cavitação hidrodinâmica representa uma ferramenta versátil de intensificação de processos capaz de enfrentar vários desafios persistentes na refinação de petróleo, incluindo a heterogeneidade da matéria-prima, limitações de transferência de massa, incrustações e o processamento de resíduos de alta viscosidade. Na dessalinização de crude, nas unidades de conversão térmica e catalítica, no tratamento cáustico e na alquilação, a Cavitação Hidrodinâmica oferece oportunidades para melhorar a dispersão, a uniformidade da reação e a estabilidade operacional, reduzindo potencialmente o consumo de energia e o impacto ambiental.
Os resultados promissores demonstrados para o melhoramento do resíduo e para a mistura assistida por cavitação - particularmente o manuseamento melhorado e a estabilidade das misturas HFO-FAME - sublinham a relevância da Cavitação Hidrodinâmica à medida que os sectores da refinação e dos combustíveis marítimos/bunkers fazem a transição para fluxos de combustível mais diversificados e renováveis. A introdução da norma ISO 8217:2024 [9], que permite combustíveis marítimos contendo até 100% de FAME, amplia ainda mais a necessidade de tecnologias que estabilizem misturas de fracções petrolíferas pesadas com combustíveis alternativos. A capacidade da cavitação hidrodinâmica para reduzir a viscosidade, melhorar a estabilidade das fases e mitigar os problemas relacionados com sedimentos e contaminantes posiciona-a como um facilitador prático nesta paisagem em evolução.
A adoção industrial bem sucedida dependerá de
Embora os dados actuais sejam predominantemente à escala piloto, o tratamento de óleos pesados assistido por cavitação hidrodinâmica e a mistura de combustíveis demonstram vias encorajadoras para aumentar a eficiência das refinarias, permitindo a integração de combustíveis alternativos e apoiando objectivos mais amplos de descarbonização e sustentabilidade [4]. Estes benefícios são diretamente aplicáveis ao sector do combustível marítimo/bunker, proporcionando melhorias operacionais, ambientais e de qualidade do combustível.
Autor: Dr. Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH
Referências
Resultados práticos recentes - incluindo a mistura e o melhoramento do resíduo - demonstram benefícios mensuráveis na mistura de fuelóleo pesado com combustíveis alternativos. A mistura assistida por cavitação de HFO com 20% de FAME demonstrou uma melhoria dos índices de viscosidade, densidade, teor de sedimentos e estabilidade, bem como uma redução das partículas de gato e melhorias modestas no consumo de combustível. Estas descobertas destacam a relevância da Cavitação Hidrodinâmica não só para os processos de refinaria, mas também para o sector de combustível marítimo/bunker, particularmente no contexto da ISO 8217:2024, que permite combustíveis marítimos contendo até 100% de FAME. Os resultados reflectem uma tendência mais ampla da indústria para matérias-primas com baixo teor de carbono, renováveis e mais variáveis.
Em geral, a Cavitação Hidrodinâmica e as unidades CaviFlow® da RAPTECH apresentam um caminho promissor para melhorar a processabilidade, reduzir os requisitos de energia e apoiar a transição para sistemas de refinaria e de combustível marítimo mais sustentáveis. Embora a maioria dos dados tenha origem em estudos laboratoriais e à escala piloto, as demonstrações emergentes - incluindo a mistura de resíduos e a atualização - sublinham o potencial da Cavitação Hidrodinâmica para uma utilização industrial prática.
1. Introdução
Os processos de conversão das refinarias são fundamentais para transformar o petróleo bruto em combustíveis para transportes, matérias-primas petroquímicas e produtos de elevado valor. A eficiência e a qualidade dos produtos são frequentemente limitadas pela heterogeneidade das matérias-primas, desativação do catalisador, incrustações e restrições de transferência de massa. A utilização crescente de petróleos brutos pesados e extra-pesados, que constituem uma parte significativa das reservas globais recuperáveis, apresenta desafios adicionais devido à elevada viscosidade, à baixa gravidade API (<20°) e ao elevado teor de asfalteno [1]. Estas propriedades dificultam a transferência de calor e massa, aceleram a formação de incrustações e aumentam a formação de coque em processos térmicos e catalíticos.
A cavitação hidrodinâmica surgiu como uma estratégia de intensificação de processos promissora. Gera microbolhas controladas, pontos quentes localizados, cisalhamento extremo e gradientes de pressão, que podem melhorar as reacções químicas, a dispersão de fases e a transferência de massa. Em comparação com a mistura mecânica convencional ou aditivos químicos, a Cavitação Hidrodinâmica representa uma abordagem potencialmente eficiente em termos energéticos e de baixo teor químico para resolver os estrangulamentos das refinarias [2]. A Cavitação Hidrodinâmica pode ser combinada com catalisadores, surfactantes, oxidantes suaves (e.g, H₂O₂, ozônio) ou irradiação UV para melhorar ainda mais a eficiência da reação e resultados de processamento mais limpos [2].
Mecanisticamente, a cavitação pode induzir modificações de nível molecular em hidrocarbonetos, incluindo desagregação de asfalteno, rachaduras parciais e mudanças de propriedade reológica, que melhoram o manuseio da matéria-prima e a eficiência da reação [3]. O escalonamento da Cavitação Hidrodinâmica para operações industriais é um desafio devido à ausência de um método padronizado para quantificar a intensidade da cavitação em diferentes fluidos e requer altos custos operacionais e de capital [1,4]. Evidências de estudos laboratoriais e piloto sugerem que a Cavitação Hidrodinâmica pode melhorar a processabilidade e a eficiência, embora a validação industrial à escala real permaneça limitada.
Os processos assistidos por Cavitação Hidrodinâmica podem oferecer benefícios operacionais e ambientais, incluindo a redução do consumo de energia, o aumento do rendimento e a diminuição das emissões de gases com efeito de estufa. Estes processos podem complementar os métodos convencionais de melhoramento, que são frequentemente intensivos em energia e em projectos de reactores rd. O número de cavitação foi proposto como um parâmetro sistemático para otimizar a conceção do reator e fazer a ponte entre os dados experimentais e as aplicações práticas.
2. Oportunidades de Cavitação Hidrodinâmica de Elevado Impacto
2.1 Dessalinização de Petróleo Bruto (CDU)
A integração da Cavitação Hidrodinâmica na entrada do dessalinizador pode melhorar a dispersão óleo-água e a remoção de sal. A micro-turbulência, o cisalhamento e as flutuações de pressão localizadas promovem a quebra de emulsões estáveis, gerando gotículas finas e uniformes que melhoram o contacto água-óleo e aceleram a coalescência. Isto pode resultar num menor teor de sal residual, na redução da incrustação e da corrosão e num melhor desempenho da permuta de calor [2]. As unidades de Cavitação Hidrodinâmica podem ser implementadas como skids compactos em linha com modificações mínimas na infraestrutura de dessalinização existente.
2.2 Coqueamento retardado (DCU)
A aplicação da Cavitação Hidrodinâmica ao resíduo de vácuo antes dos aquecedores do coque pode melhorar a homogeneização da alimentação e induzir efeitos ligeiros de pré-enriquecimento. O cisalhamento, a micro-mistura e a ativação termo-mecânica localizada promovem a desagregação parcial do asfalteno e a redução da viscosidade, permitindo um craqueamento térmico mais uniforme [5,3]. Estudos em escala piloto relataram melhorias na estabilidade do aquecedor, reduções na deposição de coque e aumentos modestos no rendimento de produtos líquidos quando a Cavitação Hidrodinâmica é integrada a montante do coker. Manter a intensidade de cavitação adequada é essencial para evitar o pré-fissuramento excessivo, particularmente em alimentações altamente aromáticas ou instáveis [1,3]. A conceção adequada do sistema de Cavitação Hidrodinâmica e a otimização das condições de funcionamento são, por isso, fundamentais para uma implementação segura e eficaz.
2.3 Unidade de Craqueamento Catalítico Fluido (FCCU)
Pré-condicionamento de alimentações pesadas (e.g, O pré-condicionamento de alimentos pesados (por exemplo, gasóleo em vácuo ou resíduos) através da cavitação hidrodinâmica pode aumentar a homogeneização dos alimentos e romper parcialmente os agregados ricos em asfalteno e metais, reduzindo potencialmente a carga contaminante efectiva que contribui para a formação de CCR [6]. O cisalhamento intenso e a micro-mistura gerada pela cavitação também podem melhorar a dispersão, a transferência de massa e a reologia geral da alimentação, o que pode suportar uma maior eficiência de conversão e tendências reduzidas de incrustação. Estes efeitos foram demonstrados à escala piloto, mas até à data não existem dados disponíveis publicamente que confirmem a implementação da FCC à escala real. A integração da cavitação hidrodinâmica a montante de uma unidade de FCC requer uma engenharia cuidadosa da interface de injeção de alimentação, incluindo pressão, temperatura, metalurgia e compatibilidade com os sistemas existentes de pré-aquecimento e distribuição de alimentação.
2.4 Hidrotratores (DHT, CNHT, NHT)
Hidrodinâmica A pré-mistura hidrogénio-óleo assistida por cavitação pode melhorar a dispersão de H₂ e o contacto interfacial, aumentando potencialmente a dessulfuração, a remoção de azoto e a saturação de olefinas [2,8]. A micro-turbulência e o cisalhamento aumentam a área interfacial disponível, mitigando as limitações de transferência de massa que reduzem a eficácia do catalisador. Recomenda-se a validação do piloto para otimizar a gravidade da cavitação, o tempo de residência e a integração do módulo. Módulos de cavitação hidrodinâmica adequadamente projetados - skids classificados por pressão com materiais compatíveis com as condições do processo - podem suportar uma conversão por passagem mais alta e maior longevidade do catalisador.
2.5 Tratamento cáustico de combustível de aviação (JCTU)
No tratamento cáustico de combustível de aviação, a cavitação hidrodinâmica intensifica o contacto entre a solução cáustica e os hidrocarbonetos, melhorando a extração de mercaptanos e a estabilidade do produto. A micro-mistura e a elevada renovação interfacial podem reduzir o consumo de cáustico, mantendo ou melhorando o desempenho de adoçamento. Os sistemas de cavitação hidrodinâmica em linha permitem uma adaptação direta com uma perturbação mínima do processo.
2.6 Unidades de Alquilação (H₂SO₄ ALKY)
A Cavitação Hidrodinâmica pode melhorar o contacto ácido-hidrocarboneto nas unidades de alquilação, promovendo condições de reação mais uniformes e melhorando potencialmente o número de octanas e o rendimento do produto [6]. O cisalhamento elevado, a micro-turbulência e as flutuações de pressão aceleram as reacções catalisadas por ácidos. A implementação requer uma seleção rigorosa de materiais, uma conceção resistente à corrosão e protocolos de segurança rigorosos. Recomenda-se a validação à escala-piloto antes da adoção à escala real.
2.7 Atualização e mistura de resíduos
A cavitação hidrodinâmica pode apoiar a mistura e a atualização parcial de resíduos pesados e resíduos de vácuo, melhorando a dispersão, reduzindo a viscosidade e melhorando a estabilidade global do combustível.
Aplicações de revalorização
Para a revalorização, a cavitação promove a desagregação do asfalteno, fissuração ligeira, redução da viscosidade, uma mudança para fracções mais leves e minimização das lamas [2-4]. O tratamento de resíduos assistido por cavitação hidrodinâmica demonstrou ser mais económico do que a cavitação acústica para operações à escala piloto e pode melhorar as propriedades do betume, a dessulfuração e a estabilidade da emulsão em aplicações como matérias-primas para FCC, hidrotratores e combustíveis marinhos [4,7,8]. Embora a maior parte dos benefícios relatados provenha de escalas laboratoriais e piloto, o controlo adequado da intensidade da cavitação e do tempo de residência é fundamental para uma implementação segura e eficaz.
Aplicações de mistura
Em operações de mistura, a Cavitação Hidrodinâmica promove a formação de dispersões finas e estáveis entre óleos pesados e componentes de baixa viscosidade, como o biodiesel ou óleos de pirólise. O elevado cisalhamento e a micro-turbulência gerados durante a cavitação melhoram a miscibilidade, reduzem a propensão para a separação de fases e aumentam a homogeneidade durante o armazenamento e o manuseamento.
Testes independentes efectuados no Bureau Veritas e em laboratórios de física de dados confirmaram estas melhorias. A Tabela 1 resume uma comparação de HFO 380 misturado com 20% de biodiesel (FAME) usando mistura manual convencional (HD) e mistura assistida por cavitação (CF) com o sistema CaviFlow® da RAPTECH. O método assistido por cavitação produziu melhorias mensuráveis na densidade, viscosidade, teor de enxofre, teor de cinzas, níveis de sedimentos e índice médio de estabilidade (MSI), ao mesmo tempo que reduziu a concentração de finos de gato. Os testes de motores realizados pela FVTR GmbH também relataram uma redução modesta (~1%) no consumo de combustível para a mistura HFO-20% FAME tratada por cavitação.
Dependendo do tamanho do navio, do perfil operacional e do preço do combustível, essas melhorias nas propriedades podem se traduzir em benefícios operacionais significativos no setor marítimo, onde o óleo combustível pesado continua sendo uma fonte de energia dominante.
Tabela 1. Comparação de HFO 380 misturados com 20% de biodiesel (FAME) utilizando a mistura manual convencional (HD) e a mistura assistida por cavitação (CF).
| Parâmetro | Unidade | Mistura (HD) | Mistura (CF) | Melhoria (%) |
|---|---|---|---|---|
| Densidade a 50°C | kg/m³ | 948.7 | 945.5 | 0.3 |
| °API @ 60 °F (1) | - | 13.83 | 14.32 | 3.5 |
| Viscosidade cinemática a 50°C | cSt | 109.2 | 94.72 | 13 |
| Teor de enxofre | % (m/m) | 1.35 | 1.33 | 1.5 |
| Conteúdo de cinzas | % (m/m) | 0.024 | 0.023 | 4 |
| Ponto de despejo | °C | -15 | -15 | 0 |
| Ponto de inflamação (2) | °C | 129.5 | 103.5 | -20 (2) |
| Potencial sedimentar total | % (m/m) | 0.04 | 0.03 | 25 |
| Total de sedimentos Existente | % (m/m) | 0.03 | 0.02 | 33 |
| Índice Médio de Estabilidade (MSI) | - | 0.24 | 0.19 | 26 |
| Multas para gatos (Al&Si) | mg/kg | 9 | 6 | 50 |
(1) Os óleos pesados com °API < 22.3 são tipicamente classificados como "fuelóleo pesado".
(2) Embora o ponto de inflamação tenha diminuído, ambas as misturas permanecem bem acima dos limites mínimos da ISO 8217 para combustíveis marinhos residuais, garantindo a conformidade com os regulamentos de segurança.
3. Conclusão
A cavitação hidrodinâmica representa uma ferramenta versátil de intensificação de processos capaz de enfrentar vários desafios persistentes na refinação de petróleo, incluindo a heterogeneidade da matéria-prima, limitações de transferência de massa, incrustações e o processamento de resíduos de alta viscosidade. Na dessalinização de crude, nas unidades de conversão térmica e catalítica, no tratamento cáustico e na alquilação, a Cavitação Hidrodinâmica oferece oportunidades para melhorar a dispersão, a uniformidade da reação e a estabilidade operacional, reduzindo potencialmente o consumo de energia e o impacto ambiental.
Os resultados promissores demonstrados para o melhoramento do resíduo e para a mistura assistida por cavitação - particularmente o manuseamento melhorado e a estabilidade das misturas HFO-FAME - sublinham a relevância da Cavitação Hidrodinâmica à medida que os sectores da refinação e dos combustíveis marítimos/bunkers fazem a transição para fluxos de combustível mais diversificados e renováveis. A introdução da norma ISO 8217:2024 [9], que permite combustíveis marítimos contendo até 100% de FAME, amplia ainda mais a necessidade de tecnologias que estabilizem misturas de fracções petrolíferas pesadas com combustíveis alternativos. A capacidade da cavitação hidrodinâmica para reduzir a viscosidade, melhorar a estabilidade das fases e mitigar os problemas relacionados com sedimentos e contaminantes posiciona-a como um facilitador prático nesta paisagem em evolução.
A adoção industrial bem sucedida dependerá de
- Controlo preciso da intensidade da cavitação para equilibrar os ganhos de eficiência com a integridade do equipamento.
- Garantia de compatibilidade com fluxos de processo de alta temperatura, corrosivos ou de alta viscosidade.
- Integração de módulos HC em configurações de refinarias existentes sem perturbar o controlo crítico do processo.
Embora os dados actuais sejam predominantemente à escala piloto, o tratamento de óleos pesados assistido por cavitação hidrodinâmica e a mistura de combustíveis demonstram vias encorajadoras para aumentar a eficiência das refinarias, permitindo a integração de combustíveis alternativos e apoiando objectivos mais amplos de descarbonização e sustentabilidade [4]. Estes benefícios são diretamente aplicáveis ao sector do combustível marítimo/bunker, proporcionando melhorias operacionais, ambientais e de qualidade do combustível.
Autor: Dr. Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH
Referências
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- Panda, D.; Saharan, V. K.; Manickam, S. Cavitação Hidrodinâmica Controlada: Uma revisão dos avanços recentes e perspectivas para um processamento mais ecológico. Processes, 2020, 8, 220. DOI: 10.3390/pr8020220.
- Kuimov, D.; Minkin, M.; Yurov, A.; Lukyanov, A. Estado atual da investigação sobre o mecanismo dos efeitos da cavitação no tratamento de produtos petrolíferos líquidos - revisão e propostas para investigação futura. Fluids, 2023, 8, 172. DOI: 10.3390/fluids8060172.
- Neelima, N. V.; Bhattacharya, S.; Holkar, C. R.; Jadhav, A. J.; Pandit, A. B.; Pinjari, D. V. Cavitation-Assisted Transformations in Bitumen Processing: A Review. Pesquisa em Química Industrial e de Engenharia, 2024, 63, 6047-6065. DOI: 10.1021/acs.iecr.4c00785.
- Wan, C.; Wang, R.; Zhou, W.; Li, L. Estudo experimental sobre a redução da viscosidade do óleo pesado por doadores de hidrogénio utilizando um jato cavitante. RSC Advances, 2019, 9, 2509-2515. DOI: 10.1039/C8RA08087A.
- Stebeleva, O. P.; Minakov, A. V. Aplicação da cavitação no processamento de petróleo: Uma visão geral dos mecanismos e resultados do tratamento. ACS Omega, 2021. DOI: 10.1021/acsomega.1c05858.
- Davudov, D.; Ghanbarnezhad Moghanloo, R. Uma comparação sistemática de várias técnicas de atualização para óleo pesado. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2017, 156, 623-632. DOI: 10.1016/j.petrol.2017.05.014.
- Cako, E.; Wang, Z.; Castro-Muñoz, R.; Rayaroth, M. P.; Boczkaj, G. Tecnologias mais limpas baseadas em cavitação para a produção de biodiesel e processamento de fluxos de hidrocarbonetos: Uma perspetiva sobre os principais fundamentos, dados de processo em falta e viabilidade económica - Uma revisão. Ultrasonics Sonochemistry, 2022, 88, 106081. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2022.106081.
- Grupo de Trabalho de Combustíveis da CIMAC. Diretriz CIMAC: Combustíveis marinhos contendo FAME - ISO 8217:2024. CIMAC, 2024
