Modeling and yield profile optimization of a Catalytic Cracking Reactor - Silva, Leandro Morais (2023)
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.