Implementação de Membranas Poliméricas para Recuperação do Solvente Utilizado na Desparafinação de Óleos Base

• Main Author: Silva, Rui Jorge Fernandes de Araújo
• Publication Date: 2018
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
• Download full: http://hdl.handle.net/10400.22/14204
• topic: Óleos base; Membranas; Poliimida; Desparafinação; OSN; Base oil; Membranes; Polyimide; Dewaxing

A unidade de desparafinação por cristalização/filtração da Fábrica de Óleos Base da refinaria de Matosinhos tem como objetivo remover as parafinas contidas nos óleos base com recurso a um solvente. No entanto, alguns problemas relacionados com o ajuste de proporções dos componentes do solvente (metil-etil-cetona – MEK e tolueno) ou até o teor de água contido no mesmo deram origem a este projeto. Este trabalho teve como objetivos encontrar uma tecnologia alternativa para a recuperação de solvente isento de óleo desparafinado tanto quanto possível e que permitisse, a jusante da recuperação do óleo, diminuir o teor de água no solvente. A implementação de membranas poliméricas foi a alternativa escolhida para a realização deste estudo. Assim, optou-se por avaliar o desempenho de membranas de poliimidas com um refinado tipicamente tratado na UN 2300, o óleo 150 SN. Para este caso, o caudal que é alimentado ao sistema de recuperação do óleo desparafinado é de 98360 kg/h com uma composição em massa de 27,2% em óleo e 72,8% em solvente. Verificou-se, através de uma otimização numérica, que o fluxo de componentes através da membrana resultava num transporte seletivo, ou seja, a permeação do MEK era muito maior em relação à do tolueno e esta última muito maior relativamente à do óleo. Obteve-se uma rejeição do óleo de 98,8% o que se traduz numa recuperação de 42% do solvente inicialmente alimentado ao conjunto de membranas com pureza de cerca 97% distribuído por 63,1% em MEK e 34,1 % em tolueno. Esta corrente de solvente recuperado pode ser utilizada diretamente nas diluições efetuadas a montante da filtração e, uma vez que é rica em MEK, poderá permitir um maior ajuste de proporções no solvente consoante o óleo que se pretende tratar. Verificou-se também que seriam necessários 3 conjuntos de membranas com uma área total de 784 m2 . A corrente de retentado possui 58% do solvente alimentado sendo este mais rico em tolueno, com 48% (m/m). Realizou-se uma simulação em Aspen Plus do sistema de recuperação do óleo desparafinado cuja alimentação seria esta corrente de retentado. Observou-se que é possível obter uma corrente de óleo desparafinado puro. Assim, 99,1% do solvente alimentado a este sistema é recuperado na proporção de 32÷68 (m/m) em MEK/tolueno. O teor de água na corrente de solvente húmido recuperado foi reduzido de 25,4% para 15%, o que se traduz numa redução do caudal de vapor de retificação de 1000 para 135 kg/h. Verificaram-se ganhos energéticos relativamente ao consumo de energia da fornalha, tendo havido uma poupança de 4,4% em relação ao valor do consumo energético da fornalha do sistema atual, 4,35 Gcal/h. Realizou-se um estudo económico do projeto para se verificar a atratividade do mesmo. Avaliou-se a possibilidade de aquisição dos modelos PuraMem ® Selective/Performance/Flux e PuraMem ® S600 da marca Evonik. No caso do modelo PuraMem ® S600, cuja área/módulo é de 24 m2 seriam necessários 33 módulos, o que representaria um investimento total de 743 k€. Por outro lado, seriam precisos 25 módulos do modelo PuraMem ® Selective/Performance/Flux, em que a área/módulo é de 32 m2 . Neste caso, o investimento seria de 563k€. A margem bruta resultante da redução do consumo energético na fornalha e do caudal de vapor de retificação foram avaliadas em 225 k€/ano. Apenas o modelo PuraMem ® Selective/Performance/Flux apresenta atratividade de investimento apresentando os seguintes valores dos indicadores de viabilidade: VAL de 139k€, TIR de 22% e PR de 2,9 anos. Em suma, implementando uma bateria de membranas de poliimida poderá resultar, para além de todos os ganhos mencionados, num aumento de carga à unidade devido a uma maior taxa de diluição, ou seja, aumentando a diluição do óleo efetuada a montante dos filtros, irá permitir uma maior taxa de filtração com menor colmatação do meio filtrante. Ainda assim, não se descarta a possibilidade de adquirir uma coluna de separação para que possam haver ganhos maiores no ajuste de proporções do solvente.