Modelagem da deposição de asfaltenos em trocadores de calor de baterias de pré-aquecimento em unidades de destilação em refinarias de petróleo

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Tipo do documento:	Dissertação
Título:	Modelagem da deposição de asfaltenos em trocadores de calor de baterias de pré-aquecimento em unidades de destilação em refinarias de petróleo
Título(s) alternativo(s):	Deposition modeling of asphaltene particles in heat exchangers of preheat batteries in distillation units in oil refineries
Autor:	Sales, Flavio Kubitschek Monteiro
Primeiro orientador:	Costa, André Luiz Hemerly
Primeiro coorientador:	Lima, Eduardo Rocha de Almeida
Primeiro membro da banca:	Figueiredo, Marco Antonio Gaya de
Segundo membro da banca:	Alijó, Pedro Henrique Rodrigues
Terceiro membro da banca:	Liporace, Fábio dos Santos
Resumo:	Em refinarias, a destilação de petróleo é associada com baterias de pré-aquecimento, que transferem calor dos produtos da destilação para o óleo bruto, reduzindo o consumo de energia do forno. Ao longo do tempo, esses trocadores perdem capacidade de trocar calor devido à formação de uma camada de deposição, o que implica no aumento do consumo de combustível. A presença de asfaltenos é um fator importante que contribui para o problema de incrustação. Portanto, este estudo tem como foco a modelagem do fenômeno de deposição de asfaltenos em trocadores de calor. O modelo leva em consideração um balanço material, um balanço de energia e uma caracterização termodinâmica da estabilidade do asfalteno no trocador de calor, a fim de predizer um perfil de temperatura, taxa de deposição e espessura da camada de depósito ao longo do tempo. A solubilidade do asfalteno, modelada como um equilíbrio líquido-líquido usando a teoria da solução regular, requer a densidade, o parâmetro de solubilidade e o volume molar das espécies envolvidas, além da temperatura e composição do sistema para determinar a concentração crítica de asfalteno no petróleo bruto. Este modelo termodinâmico foi então aplicado a outros sistemas de óleo para avaliar a capacidade da teoria da solução regular em caracterizar a estabilidade de óleos leves e pesados. Os resultados mostram um aumento gradual da espessura ao longo do tempo. A taxa de incrustação de óleo aumenta ao longo do comprimento do trocador, mas tende a diminuir com o tempo devido à diminuição da temperatura, causada pelo aumento da espessura da camada de incrustação. O modelo termodinâmico mostra uma variação não-linear da concentração crítica de asfaltenos em função da temperatura do óleo, pois, para os casos testados, o parâmetro de solubilidade do óleo aumenta com o aumento da temperatura e o parâmetro de solubilidade do asfalteno diminui com o aumento da temperatura. O ajuste das constantes de precipitação, agregação, deposição permitiu reproduzir quantitativamente bem os resultados experimentais de deposição de asfaltenos, exceto para casos de perfis assintóticos da resistência do depósito, que talvez possam ser bem descritos, por exemplo, por um modelo mais sofisticado, que considere um termo associado à taxa de remoção do depósito.
Abstract:	In refineries, the petroleum distillation is associated with a crude preheat train, which transfers heat from the distillation cuts and pumparound to the crude oil, thus reducing the energy consumption in the furnace. Over time, the heat load of the heat exchangers of the crude preheat train decreases due to fouling, which implies an increase of the fuel consumption. The presence of asphaltenes is an important factor that contributes to the fouling problem. Therefore, this study focuses on the modelling of asphaltene deposition phenomenon in heat exchangers. The model takes into account a material balance in the heat exchanger, an energy balance and a thermodynamic characterization of the stability of asphaltene, in order to predict a temperature profile, a deposition rate and the thickness of the deposit layer. The asphaltene solubility, modelled as a liquid-liquid like equilibrium, using regular solution theory, requires the density, the solubility parameter and the molar volume of the species involved, besides temperature and composition of the system in order to determine the critical concentration of asphaltene in the crude oil as a function of temperature. This thermodynamic model was then applied to other oil systems to evaluate the capability of the regular solution theory in characterizing the stability of both heavy and light oils. The results show a gradual increase in thickness over time. The oil fouling rate increases along the length of the exchanger but tends to decrease with time due to the decrease in temperature, caused by the increase of the fouling layer thickness. The thermodynamic model shows a nonlinear variation of the critical asphaltene concentration as a function of oil density, as the solubility parameter of the oil increases with increasing density. Fitting of precipitation, aggregation, deposition constants allowed reproducing quantitatively well the experimental results of asphaltene deposition, except for cases of asymptotic profiles of the deposit resistance, which perhaps can be well described, for example, by a more sophisticated model, which considers a term associated with the deposit removal.
Palavras-chave:	Asphaltenes Solubility parameter Modeling Fouling Heat exchangers Asfaltenos Petróleo Parâmetro de solubilidade Modelagem Deposição Trocador de calor
Área(s) do CNPq:	ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma:	por
País:	Brasil
Instituição:	Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição:	UERJ
Departamento:	Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
Programa:	Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação:	SALES, Flavio Kubitschek Monteiro. Modelagem da deposição de asfaltenos em trocadores de calor de baterias de pré-aquecimento em unidades de destilação em refinarias de petróleo. 2022. 142 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2022.
Tipo de acesso:	Acesso Aberto
URI:	http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/19322
Data de defesa:	11-Nov-2022
Aparece nas coleções:	Mestrado em Engenharia Química

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