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(12) PEDIDO INTERNACIONAL PUBLICADO SOB O TRATADO DE COOPERAO EM MATRIA DE PATENTES(PCT)

llll I I I I I I III I I I I III llll II II III II I IISecretaria Internacional

) Nmero de Publicao Internacional(43) Data de Publicao Internacional ' ' WO 2012/167336 Al

13 de Dezembro de 2012 (13.12.2012) W P O I P C T

(51) Classificao Internacional de Patentes : Uvaranas, 84030-900 Ponta Grossa (BR). ZURBA, NdiaB82Y 30/00 (201 1.01) C01B 31/00 (2006.01) Khaled; Avenida General Carlos Cavalcanti, 4748.,C22C 38/00 (2006.01) Campus Uvaranas, 84030-900 Ponta Grossa (BR).

(21) Nmero do Pedido Internacional (81) Estados Designados (sem indicao contrria, para todosPCT/BR20 11/000415 os tipos de proteo nacional existentes) : AE, AG, AL,

AM, AO, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BH, BR, BW, BY,(22) Data do Depsito Internacional : BZ, CA, CH, CL, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM,

4 de Novembro de 201 1 (04.1 1.201 1) DO, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, GT,(25) Lngua de Depsito Internacional : Portugus HN, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KM, KN, KP,

KR, KZ, LA, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LY, MA, MD,(26) Lngua de Publicao : Portugus ME, MG, MK, MN, MW, MX, MY, MZ, NA, NG, NI,

(30) Dados Relativos Prioridade : NO, NZ, OM, PE, PG, PH, PL, PT, QA, RO, RS, RU, RW,

PI1 102980-3 7 de Junho de 201 1 (07.06.201 1) BR SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, ST, SV, SY, TH, TJ, TM,TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, ZA, ZM,

(71) Requerente (para todos os Estados designados, exceto ZW.US) : UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTAGROSSA [BR/BR]; Avenida General Carlos Cavalcanti, (84) Estados Designados (sem indicao contrria, para todos

4748., Uvaranas, 84030-900 Ponta Grossa (BR). os tipos de proteo regional existentes) : ARIPO (BW,GH, GM, KE, LR, LS, MW, MZ, NA, RW, SD, SL, SZ,

(72) Inventores : CARVALHO, Andre Luis Moreira de; TZ, UG, ZM, ZW), Eurasitico (AM, AZ, BY, KG, KZ,Avenida General Carlos Cavalcanti, 4748., Campus MD, RU, TJ, TM), Europeu (AL, AT, BE, BG, CH, CY,

(Continua na pgina seguinte)

(54) Title : GRAPHENE-BASED STEEL TUBES, PIPES OR RISERS, METHODS FOR THE PRODUCTION THEREOF ANDTHE USE THEREOF FOR CONVEYING PETROLEUM, GAS AND BIOFUELS

(54) Ttulo : TUBOS, DUTOS OU RISERS DE AO BASE DE GRAFENO, MTODOS DE FABRICAO DOS MESMOSE SUA UTILIZAO PARA O TRANSPORTE DE PETRLEO, GS E BIOCOMBUSTVEIS

(57) Abstract : The present invention relates to new graphene-based steeltubes, pipes or risers, which products are produced by a production methodcomprising mixing steel powders and adding functionalized graphene nanofoils(mixture balanced with iron ores), heat treatment followed by cooling, shapingof the tubular geometry and surface finishing by shot blasting with grapheneand/or other shot. In addition to the exclusive graphene-based chemicalcomposition, with carbon contents varying between 0.01 and 2 1.0%, saidproducts have a wall thickness (6) of between 800 nm and 80 mm (fromultrafine to robust), a diameter of between 10 and 5000 mm, and have a tensilestrength no lower than 2000 MPa, possibly up to 50 GPa, with properties muchsuperior to those obtained by means of other methods, said products alsohaving a micro structure formed by nanofoils of graphene, ferrite and/oraustenite and/or iron carbide (FesC) and/or perlite and/or martensite and/orcarbon nanotubes and/or carbon fibres and/or nanodiamond and/or fullerenesand/or graphite, or a combination of such structures. These products may beused to convey petroleum, natural gas and biofuels, and include underwaterriser systems for deep water (> 1500 m), with a direct application in thepetroleum industry.

(57) Resumo :(Continua na pgina seguinte)

CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HR, HU, IE, IS, Publicado: , LT, LU, LV, MC, MK, MT, NL, NO, PL, PT, RO,

com relatrio de pesquisa internacional (Art. 21(3))RS, SE, SI, SK, SM, TR), OAPI (BF, BJ, CF, CG, Cl,CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG). com reivindicaes modificadas (Art. 19(1))

A presente inveno refere-se a novos tubos, dutos ou risers de ao base de grafeno, cujos produtos so obtidos por um mtodode fabricao que consiste na mistura de ps de ao e adio de nanofolhas de grafeno funcionalizadas (mistura balanceada comminrios de ferro), Jtratamento trmico seguido de resfriamento, conformao da geometria tubular acabamento superficial porjateamento com granalhas de grafeno e/ou outras granalhas. Alm da exclusiva composio qumica base de grafeno, com teoresde carbono que variam entre 0.01 e 2 1.0%, tais produtos apresentam a espessura da parede (6) entre 800 nm e 80 mm (de ultrafina a robusta), dimetro entre 10 e 5000 mm, e so dotados de resistncia trao no inferior a 2000 MPa, podendo atingir at50 GPa, com caractersticas muito superiores s obtidas por outros mtodos, apresentando ainda microestrutura formada pornanofolhas de grafeno, ferrita e/ou austenita e/ou carbeto de ferro (FesC) e/ou perlita e/ou martensita e/ou nanotubos de carbonoe/ou fibras de carbono e/ou nanodiamante e/ou fulerenos e/ou grafite, ou uma combinao de tais estruturas. Tais produtos podemser utilizados no transporte de petrleo, gs natural e biocombustveis, incluindo sistemas risers submarinos de guas profundas(>1500 m), com aplicao direta na indstria do petrleo.

DESCRIO

TUBOS, DUTOS OU RISERS DE AO BASE DE GRAFENO, MTODO DE

FABRICAO DOS MESMOS E SUA UTILIZAO PARA O TRANSPORTE DE

PETRLEO, GS E BIOCOMBUSTVEIS

t

CAMPO DA INVENO

A presente inveno refere-se a novos tubos, dutos ou risers de ao base de

grafeno, cujas especificidades de geometria, composio qumica, microestrutura

e propriedades mecnicas possibilitam a sua utilizao para o transporte de

petrleo, gs e biocombustveis. Esta soluo tcnica visa melhorar a integridade

estrutural de tais tubos, dutos ou risers, produzidos de acordo com um exclusivo

mtodo de fabricao, e que apresentam qualidades muito superiores do que

aqueles sem grafeno. Os produtos desta inveno produzem impacto no

transporte de energia, produo e utilizao de equipamentos no campo do

petrleo, em sistemas risers submarinos de guas profundas (>1500 m), ou

sistemas terrestres. A presente inveno possui aplicabilidade direta nas

indstrias siderrgica, metalrgica, petrleo, gs e biocombustveis, e estendida a

sistemas construtivos, uso mdico, biomdico e hospitalar.

ESTADO DA TCNICA

Grafeno , por definio, um nanomaterial bi-dimensional (2D) que consiste em

uma camada atmica de tomos de carbono (C) ligada quimicamente por ligaes

CC do tipo sp2. No grafeno, os tomos de C esto densamente embalados em

um retculo planar composto por anis aromticos C6 formando uma "nanofolha"

(do ingls, "nanosheets"). O grafeno apresenta excepcionais propriedades fsicas

e eletrnicas.

Entretanto, as diversas potencialidades do grafeno ainda no foram totalmente

exploradas, uma vez que as primeiras folhas de grafeno foram sintetizadas

experimentalmente somente em 2004 [1a], obtidas atravs da reduo do grafite.

Nanomateriais base de carbono (e.g. grafite, tubos, grafeno ou diamante)

possuem pelo menos uma dimenso nanoescala (

A produo m larga escala de nanofolhas 2D de grafeno continua a ser um

grande desafio. Algumas tcnicas para a obteno de nanofolhas de grafeno

foram reportadas [13], e podem ser: por crescimento epitaxial; deposio de vapor

qumico CVD (sigla do ingls, "chemical vapor deposition"); reduo qumica ou

esfoliao do grafite a fase lquida.

Dos mtodos supracitados para a obteno do grafeno, a reduo e a esfoliao

do grafite permitem produzir grafeno em larga escala de forma confivel e

reprodutvel. O rpido desenvolvimento de novos materiais base de grafeno

vem sendo amplamente identificado na literatura [13-14].

Pelo contedo exposto no estado da arte, o uso do grafeno na fabricao de um

tubo, duto ou risere ao desconhecido.

O Instituto Americano do Petrleo API (sigla do ingls, "American Petroleum

Institute") estabelece uma padronizao de aos da srie com grau 'X (e.g. X40,

X50, X60, X70, X80, X100e X120) para aplicao em sistemas de tubulaes e

gasodutos (do ingls, "risers", cujo termo tcnico tambm aplicvel sem

traduo na lngua portuguesa) para transporte de leo e gs natural [ 5].

Por exemplo, o termo 'X80' define uma tenso normal de escoamento (do ingls,

"y/e/d strength", YS) de um ao API 5L com valor no inferior a 80 si

(aproximadamente 551 MPa) [15]. O ao de alta qualidade API X120 apresenta

valores de YS no inferior a 850 MPa. Neste caso, a resistncia trao (do

ingls, "tensile strength", TS) do ao na ordem de aproximadamente 900 MPa

ou superior.

Vrias normas nacionais e internacionais ajudam a definir a constituio e

especificao de tubos de ao existentes no estado da tcnica.

Nos Estados Unidos, a Sociedade Americana para Teste e Materiais ASTM

(sigla do ingls, "American Society for Testing and Materials") [16] tambm define

importantes normas sobre a constituio, dimenses e caractersticas de tubos de

ao, tais como: ASTM A-53; ASTM A-36; ASTM A-135; ASTM A-178; ASTM A-

214; ASTM A-285; ASTM A-387; *ASTM A ASTM A-440; ASTM A-515; ASTM A-

516; ASTM A-517; ASTM A-500; ASTM A-633; e ASTM A-656; cujas principais

definies so consensualmente adotadas no mundo todo.

Mais especificamente em relao composio do ao (teores de carbono e

elementos de liga), o Instituto Americano de Ferro e Ao AISI (sigla do ingls,

"American Iron and Steel Institute") [17] define significativas padronizaes sobre

a classificao de ao