O material mais comumente utilizado para reformadores/reatores na reforma de glicerol em água supercrítica, é o Inconel (BYRD, PANT, GUPTA, 2008; ORTIZ et al. 2013; PAIROJPIRIYAKUL et al., 2014; ORTIZ et al. 2015; ORTIZ et al, 2016), que é classificado como uma superliga à base de níquel, 30 a 75%, com cromo, 14 a 17%, e ferro, 6 a 10%, todos em base mássica, com alta resistência à corrosão, ao calor em altas temperaturas e apresenta excelentes propriedades mecânicas (ELTTAYEF, ABASS, ABD AL-LATIF, 2019; MORINAGA, 2019).
As ligas Hastelloy C e Incoloy 825 também foram encontradas como materiais de construção de reatores (ONWUDILI, WILLIAMS, 2010; VAN BENNEKOM et al, 2011; TAPAH, SANTOS,LEEKE, 2014) e são classifficadas também como superligas de níquel com excelentes propriedades mecânicas e anti-corrosivas, em que a Hastelloy C apresenta uma
composição de níquel, mínimo de 56%, molibdênio, 12,5 a 14,5%, e cromo, 20 a 22,5%, todos em base mássica, e a Incoloy 825 apresenta uma composição de níquel, 38 a 46%, ferro, mínimo 22%, cromo, 19,5 a 23,5%, molibdênio ,2,5 a 3,5% e cobre 1,5 a 3%, todos em base mássica (FARINA, 2011; CHAI et al, 2019; NEIKOV, NABOYCHENKO, MURASHOVA, 2019; REALUM, 2019).
Outro material encontrado na construção de reatores de reforma de glicerol, em água supercrítica, foi o aço inoxidável 316 (REDDY, NANDA E KOZINSKI, 2016) que é uma superliga de aço austenítica, com composição de cromo, 16 a 28%, níquel, 10 a 14%, e molibdênio (2 a 3%, em base mássica, apresentando excelente resistência à corrosão e excelente ductilidade (CARBÓ, 2008).
O material de construção base do reformador do tipo caixa, que é o equipamento escolhido para representar o reator do processo no Aspen Economics, é o aço-carbono. Entretanto, não foi possível obter dados para tal material, por isso foi substituído o material de construção do reformador pelos materiais Inconel, Hastelloy C, Incoloy 825 e SS316, analisado o custo com equipamento e instalação em diferentes condições de temperatura.
Segue, na Tabela 15, o custo do equipamento (reformador) e da sua instalação, em dólares, assim como a carga do equipamento e da sua instalação, em libras, com diferentes materiais de construção e em diferentes temperaturas (400, 500 e 600°C) e pressão de operação de 25 MPa.
Tabela 15 - Custos e carga de reformadores e de sua instalação em diferentes temperaturas de operação com diferentes materiais de construção
Temperatura de Operação Material de construção Custo do Equipamento (USD) Custo de instalação (USD) Carga do equipamento (lbs) Carga da instalação (lbs) 400°C Inconel 9315400 9617000 613700 646840 Hastelloy C 14927700 15258100 675700 708979 Incoloy 825 14750400 15052000 617800 650940 SS316 5310900 5568600 656700 690145 500°C Inconel 18421000 18738500 1066400 1102451 Hastelloy C 17199300 17539100 771600 807558 Incoloy 825 16886600 17204200 702100 738158 SS316 6152900 6420000 753200 789331 600°C Inconel 42673000 42738000 - - Hastelloy C 24083800 24440600 1015100 1053582 Incoloy 825 - - - - SS316 7671600 7946400 917000 955393 Fonte: O Autor (2019).
É observado, a partir dos dados da Tabela 15, que com o aumento da temperatura desejada para a reforma, mais custo referente ao equipamento e à instalação são necessários para todos os diferentes materiais, além da carga do equipamento e de instalação que também aumenta quando se aumenta a temperatura de operação. Tanto o custo do equipamento, quanto o custo de instalação apresentam, relativamente, a mesma porcentagem em relação ao custo total.
Quando foi simulado o custo do reformador para 600°C, no Aspen Economics, não foi possível obter nem os dados de custo do equipamento/instalação, nem quanto de carga do material Incoloy 825, uma vez que para altas temperaturas, no simulador, esse material não suportaria tais condições. Para o Inconel, foi possível obter os custos tanto de equipamento quanto de instalação; entretanto, a carga do equipamento e de instalação não foram obtidas devido à limitação do material, pelo simulador, que não seria adequado para a condição de alta temperatura (600°C).
O Hasteloy C e o Incoloy apresentam preços de equipamento e de custo próximos, a 400°C o custo do reformador feito de Hastelloy C é de 14,9 milhões de dólares enquanto que de Incoloy 825 é de 14,7 milhões e o custo da sua instalação foi de 15,2 e 15 milhões, respectivamente, dos mesmos materiais.
Quando à evolução do custo do reformador com Inconel, a 400°C, ele tem menor custo tanto de equipamento quanto de instalação, que o Hastelloy e o Incoloy. Entretanto, a 500°C, ele apresenta o maior entre os custos, 18,4 e 18,7 milhões de equipamento e de instalação respectivamente, em frente a 17,1 e 17,5 milhões, com o equipamento e instalação, do Hastelloy C e 16,8 e 17,2 milhões, com equipamento e instalação, do Incoloy 825.
A 600°C, é onde o reformador com Inconel apresenta seu maior valor de equipamento e custo, com valor de 42,6 e 42,7 milhões, representando uma diferença de 18,6 e 18,3 milhões, de equipamento e instalação, quando comparado com o Hastelloy C.
O reformador de aço inoxidável, SS316, é o que apresenta menor custo de instalação entre os quatro materiais analisados, confirmando as caracteríticas do material, uma liga de aço inoxidável, com composição de elementos mais baratos e em menor quantidade que as superligas de níquel. Com o aumento da temperatura de operação, os custos do equipamento e da instalação ficaram mais caros, saindo de 5,3 milhões de custo do equipamento a 400°C para 7,7 milhões a 600°C, junto com os 5,6 para 7,9 milhões da instalação de 400 para 600°C.
De acordo com Callister Junior e Retwicsh (2012), o módulo de elasticidade dos metais reduzem com o aumento da temperatura, por isso que ao aumentar a temperatura do projeto, o
mesmo ficou mais caro, devido a um possível aumento de material a ser usado para confecção do reformador.
A partir dos dados obtidos, escolheu-se os materiais Hastelloy C, por ser a superliga de níquel que melhor se adequou ao sistema estudado e o SS316 por apresentar o menor custo total e feita uma análise econômica preliminar do processo em geral em diferentes condições de operação.
4.4.4 Análise econômica e viabilidade preliminar do processo
Para a análise econômica e viabilidade preliminar do processo, tanto o misturador quanto os tanques de separação foram padronizados como tanques verticais com o material de construção aço inoxidável austenítico 304. A bomba utilizada foi a do tipo diafragma com o material de construção de aço carbono e o reator foi do tipo reformador do tipo caixa sem catalisador, utilizando dois tipos diferentes de materiais o Hasletlloy C (superliga de níquel) e o aço inoxidável 316.
4.4.4.1 Análise econômica do processo com diferentes temperaturas e distintos materias de