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

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Sales, Flavio Kubitschek Monteiro
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
• Palavras-chave em Português: Asphaltenes; Solubility parameter; Modeling; Fouling; Heat exchangers; Asfaltenos; Petróleo; Parâmetro de solubilidade; Modelagem; Deposição; Trocador de calor; ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/19322

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.