Bolsa de Doutorado em Engenharia de Materiais

PhD Fellowship in Materials Engineering

Nº: 1867

Área de conhecimento: Engenharia

Field of knowledge: Engineering

Nº do processo FAPESP: 2014/50279-4

FAPESP process: 2014/50279-4

Título do projeto: Estudo do efeito da contaminação com compostos de enxofre na resistência à corrosão de aços ARBL expostos a soluções aquosas saturadas com CO2

Project title: Study of the effect of sulfur compounds contamination on the corrosion resistance of HSLA steels exposed to aqueous solutions saturated with CO2

Área de atuação: Corrosão, Engenharia de Materiais

Working area: Corrosion, Materials Engineering

Quantidade de vagas: 1

Number of places: 1

Pesquisador principal: Julio Romano Meneghini

Principal investigator: Julio Romano Meneghini

Unidade/Instituição: RCGI - Research Centre for Gas Innovation - USP

Unit/Instituition: RCGI - Research Centre for Gas Innovation - USP

Data limite para inscrições: 14/01/2018

Deadline for submissions: 2018-01-14

Publicado em: 13/12/2017

Publishing date: 2017-12-13

Localização: Av. Professor Mello Moraes, 2463 - Cidade Universitária - Escola Politécnica, São Paulo - SP

Locale: Av. Professor Mello Moraes, 2463 - Cidade Universitária - Escola Politécnica, São Paulo - SP

E-mail para inscrições: rcgi.opportunities@usp.br

E-mail for proposal submission: rcgi.opportunities@usp.br

  • Resumo Summary

    A captura e armazenamento de dióxido de carbono requerem, dentre outras operações, a separação e transporte do gás a partir das fontes industriais e de produção de energia termoelétrica para um local de armazenagem onde é isolado da atmosfera. O transporte ocorre em condições de alta pressão, tipicamente acima de 7,0 MPa, onde o CO2 encontra-se em estado supercrítico (supercritical CO2 – SCCO2). Uma opção economicamente viável para o transporte do SCCO2 entre os sítios de produção e de armazenamento seria por meio de tubulações de aços utilizadas para o transporte de gás e petróleo. Estas tubulações são geralmente construídas com aço de alta resistência e baixa liga (ARBL) X65-X70, as quais, para evitar problemas de corrosão, devem operar sob condições extremamente restritas de contaminantes no fluxo de SCCO2, particularmente no que concerne aos teores de H2O, HCl, H2S, SO2, NOx e CH4. Entretanto, quando a água se encontra acima de seu limite solubilidade no fluxo de SCCO2 (estimado em algumas centenas de ppm) ela pode segregar, formando uma solução saturada com CO2 e com pH próximo a 3,0, que, na presença de contaminantes, pode se tornar ainda mais ácida e agressiva. Além do mais, a presença destes contaminantes pode alterar o mecanismo de corrosão do aço na solução aquosa saturada em CO2. A natureza dos contaminantes presentes no fluxo de CO2 depende da fonte. No caso de ser gerador em uma usina termoelétrica, a presença de SO2 e H2S pode ser significativa.

    Este projeto se insere dentro de uma linha de pesquisa que visa avaliar a possibilidade de utilizar a infraestrutura de dutos disponíveis para transporte de petróleo e gás, composta basicamente por aços ARBL, para o transporte de SCCO2. No estudo específico a ser desenvolvido serão utilizadas técnicas eletroquímicas e de caracterização microestrutural para estudar os efeitos da contaminação com compostos de enxofre (H2S e/ou SO2) na resistência à corrosão de aços ARBL quando expostos a uma solução aquosa saturada com CO2. Será também avaliada a influência da temperatura e da pressão sobre a velocidade e tipo de corrosão predominante bem como sobre a natureza e estabilidade dos produtos de corrosão. 

    O projeto de pesquisa será desenvolvido em colaboração com pesquisadores do programa de engenharia do Research Centre for Gas Innovation – RCGI da USP (programa e projetos estão disponíveis no site do RCGI www.usp.br/rcgi).

    O projeto será focado em avaliar a corrosão de aços ARBL em solução aquosa com diferentes concentrações de CO2 e no estudo do efeito da presença de compostos inorgânicos contendo enxofre, mais especificamente H2S e SO2, sobre a cinética e mecanismo do processo corrosivo.

    Como objetivos específicos pretendem-se:

    - Avaliar o efeito da variação de concentração de CO2 na fase aquosa sobre a corrosão de aços ARBL identificando o tipo de corrosão predominante, produtos de corrosão formado e variáveis microestruturais que contribuam para o processo;
    - Para as condições críticas identificadas na etapa anterior e também para a solução saturada com CO2, avaliar o efeito da adição de H2S e SO2 sobre o processo corrosivo. As duas substâncias serão adicionadas como contaminantes em concentrações típicas passíveis de serem encontradas no fluxo de SCCO2 (concentrações a serem determinadas por revisão da literatura);
    - Avaliar o efeito da temperatura e da pressão sobre a corrosão do aço ARBL em solução aquosa saturada com CO2 na ausência e na presença dos contaminantes;
    - Propor um mecanismo que explique a dependência da velocidade de corrosão com as variáveis estudadas. 

    Requisitos:

    - O candidato deverá ter realizado o mestrado na área de corrosão com o emprego de técnicas eletroquímicas – é pré-requisito indispensável para aceitação da inscrição que o candidato tenha autonomia para a realização dos ensaios eletroquímicos para avaliação da corrosão. A comprovação deste pré-requisito deverá ser realizada através de trabalhos desenvolvidos pelo candidato como autor principal;
    - O candidato deverá ter noções sobre o uso da técnica espectroscopia de impedância eletroquímica para o estudo da corrosão e degradação de materiais;
    - Apresentar conhecimentos específicos para a realização de ensaios eletroquímicos utilizando gases. É altamente desejável que o candidato apresente habilidade e conhecimentos para a realização de ensaios contendo H2S, particularmente no que concerne aos pré-requisitos de segurança;
    - Conhecimentos em língua inglesa comprovado por certificado de proficiência (se aceita certificados emitidos pela USP). 

    O candidato selecionado receberá bolsa concedida pela FUSP - Fundação de Apoio à Universidade de São Paulo. Maiores informações e inscrição em http://www.rcgi.poli.usp.br/opportunities (REF 17PhD040) ou http://www.rcgi.poli.usp.br/wp-content/uploads/2017/11/17PhD040.pdf.

    The capture and storage of carbon dioxide require, among other operations, the separation and transportation of the gas from industrial sites and from thermoelectric energy sources to a storage site where it is isolated from the atmosphere. Transport takes place under high pressure conditions, typically above 7.0 MPa, where CO2 is in the supercritical state (supercritical CO2 - SCCO2). An economically viable option for transporting SCCO2 between production and storage sites would be steel pipes used for the transport of gas and oil. These pipes are generally constructed of high strength low alloy (HSLA) steel X65-X70, which, to avoid corrosion problems, must operate under extremely restricted contaminant contents in the SCCO2 flow, particularly with respect to H2O, HCl, H2S, SO2, NOx and CH4. However, when water is above its solubility limit in the SCCO2 flow (estimated at a few hundred ppm) it can segregate, forming a solution saturated with CO2 and with a pH close to 3.0, which, in the presence of contaminants, can become even more acidic and aggressive. Moreover, the presence of these contaminants may alter the corrosion mechanism of the steel in the CO2 saturated aqueous solution. The nature of the contaminants present in the CO2 stream depends on the source. In case it is generated from a thermoelectric plant, the presence of SO2 and H2S may be significant.

    This project is part of a research line aiming to evaluate the possibility of using the pipeline infrastructure available for oil and gas transportation, basically composed of HSLA steels, to transport SCCO2. In the specific study to be developed electrochemical and microstructural characterization techniques will be used to study the effects of contamination with sulfur compounds (H2S and / or SO2) on the corrosion resistance of HSLA steels when exposed to an aqueous solution saturated with CO2. The influence of temperature and pressure on the corrosion rate and on the predominant type of corrosion as well as on the nature and stability of the corrosion products will also be evaluated. 

    The PhD research is expected to be developed in collaboration with researchers from the Engineering Program of USP’s Research Centre for Gas Innovation – RCGI (summary of the program and projects is found in the RCGI website at www.usp.br/rcgi).

    The project will focus on the evaluation of the corrosion of HSLA steels in aqueous solutions with different concentrations of CO2 and on the effect of the presence of sulfur-containing inorganic compounds, more specifically H2S and SO2, on the kinetics and mechanism of the corrosive process.

    Specific objectives are:

    - Evaluate the effect of the variation of CO2 concentration in the aqueous phase on the corrosion of HSLA steels identifying the type of corrosion predominant, corrosion products formed and microstructural variables contributing to the process;
    - For the critical conditions identified in the previous step and also for the solution saturated with CO2, evaluate the effect of addition of H2S and SO2 on the corrosive process. The two substances will be added as contaminants at typical concentrations likely to be found in the SCCO2 stream (concentrations to be determined by literature review);
    - Evaluate the effect of temperature and pressure on the corrosion of HSLA steel in aqueous solution saturated with CO2 in the absence and presence of the contaminants;
    - Propose a mechanism that explains the dependence of the corrosion rate with the studied variables.

    Requirements: 

    - The candidate must have completed the master's degree in the area of corrosion using electrochemical techniques - it is an indispensable prerequisite for application that the candidate demonstrates autonomy to perform electrochemical tests for corrosion evaluation. The proof of this prerequisite must be carried out through works developed by the candidate as the main author;
    - The candidate should have notions about the use of electrochemical impedance spectroscopy technique for the study of corrosion and degradation of materials;
    - Present specific knowledge to perform electrochemical tests using gases. It is highly desirable that the candidate has the ability and knowledge to perform tests containing H2S, particularly with regard to safety prerequisites;
    - Proficiency certificate in English - certificates issued by USP will be accepted. 

    The selected candidate will be given fellowship granted by FUSP - Fundação de Apoio a Universidade de São Paulo. More information and application athttp://www.rcgi.poli.usp.br/opportunities (REF 17PhD040) or http://www.rcgi.poli.usp.br/wp-content/uploads/2017/11/17PhD040.pdf.