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Tipo do documento: Dissertação
Título: Modeling and yield profile optimization of a Catalytic Cracking Reactor
Título(s) alternativo(s): Modelagem e otimização do perfil de rendimento de um Reator de Craqueamento Catalítico
Autor: Silva, Leandro Morais 
Primeiro orientador: Alberton, André Luís
Primeiro membro da banca: Luna, Aderval Severino
Segundo membro da banca: Silva, Monica Antunes Pereira da
Terceiro membro da banca: Junior, Edisson Morgado
Resumo: O craqueamento catalítico fluido (FCC) é um processo que permanece relevante para a rentabilidade e para o esquema de produção de refinarias. Por questões de mercado, seria desejável que a unidade de FCC maximizasse a produção de derivados médios (LCO) para o pool de diesel, mas isto requer uma otimização cuidadosa das condições do processo. Neste contexto, o presente trabalho usou uma base de dados de 69 testes, explorando regiões de baixa conversão, obtidos em uma planta piloto de FCC de grande porte. Em uma primeira parte do trabalho (capítulo 1), desenvolveu-se um modelo empírico dos rendimentos em função da temperatura de reação, tempo de reação, relação catalisador óleo e teor de leves na carga, empregando-se seleção progressiva de inclusão dos parâmetros e validação cruzada para a construção do modelo. Após obtido o modelo, os parâmetros foram re-estimados impondo-se a restrição de fechamento do balanço de massa. Obtidos os modelos, efetuou-se a análise e otimização do modo de operação da unidade. O modelo indicou que operar a unidade de FCC em elevada conversão e na máxima temperatura de reação possível permanece mais rentável, particularmente devido ao aumento relativamente pequeno do rendimento de LCO comparado ao grande aumento do rendimento da borra em baixa conversão. Em uma segunda parte do trabalho (capítulo 2), apresenta-se uma discussão acerca do balanço de energia da unidade. Comparou-se o calor de reação obtido pela diferença de entalpia dos produtos e reagentes (para produtos líquidos foram usadas correlações envolvendo a curva de destilação e a densidade) com o calor de reação pelo fechamento do balanço de energia da unidade. Os resultados revelam que as metodologias levam a resultados discrepantes para o calor de reação. À luz da discussão da literatura, salienta-se que a obtenção de uma correlação precisa para o poder calorífico da carga e dos produtos líquidos craqueados ainda não foi alcançada e demanda, portanto, novos desenvolvimentos. Ainda nesta segunda parte do trabalho, foi implementado o ajuste de um modelo empírico capaz de retornar não apenas os rendimentos dos cortes, mas a composição detalhada das correntes de gás e GLP, e a curva de destilação e densidade dos produtos líquidos (nafta, LCO e óleo decantado), o que é um passo importante para a posterior caracterização de uma função de entalpia dos produtos desde que exista uma correlação adequada de predição do poder calorífico para os produtos líquidos.
Abstract: Fluid catalytic cracking (FCC) is a process that remains relevant to the profitability and production scheme of refineries. For market reasons, it would be desirable for the FCC unit to maximize the production of middle distillates (LCO) for the diesel pool, but this requires careful optimization of process conditions. In this context, the present work used a database of 69 tests, exploring regions of low conversion, obtained in a large FCC pilot plant. In a first part of the work (chapter 1), an empirical model for yields prediction was developed as a function of reaction temperature, reaction time, catalyst-to-oil ratio and light content in the feed, using parameter inclusion by forward selection and cross-validation for model construction. After obtaining the model, the parameters were re-estimated by imposing mass balance closure restriction. Once the models were obtained, the unit's operating mode was analyzed and optimized. The model indicated that operating the FCC unit at high conversion and at the maximum possible reaction temperature remains more profitable, particularly due to the relatively small increase in LCO yield compared to the large increase in slurry oil yield at low conversion. In a second part of the work (chapter 2), a discussion about the energy balance of the unit is presented. The heat of reaction obtained by the difference in enthalpy of the products and reactants (for liquid products, correlations involving the distillation curve and the density were used) was compared with the heat of reaction by closing the energy balance of the unit. The results reveal that the methodologies lead to discrepant results for the heat of reaction. In the light of the literature discussion, it should be noted that obtaining a precise correlation for the heating value of the feed and cracked liquid products has not yet been achieved and, therefore, demands new developments. Still in this second part of the work, it was implemented the adjustment of an empirical model capable of returning not only the yields of the cuts, but the detailed composition of the gas and LPG streams, and the distillation curve and density of the liquid products (naphtha, LCO and decanted oil), which is an important step for the subsequent characterization of an enthalpy function of the products, provided that there is an adequate correlation for predicting the heating value for the liquid products.
Palavras-chave: Catalytic cracking
Modeling
Yield profile
Craqueamento catalítico
Modelagem de dados
Modelagem
Perfil de rendimento
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: eng
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: SILVA, Leandro Morais. Modeling and yield profile optimization of a Catalytic Cracking Reactor. 2023.182 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2023.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22651
Data de defesa: 14-Set-2023
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Química



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