Hidrotratamento de diesel : simulação de um caso industrial com modelagem composicional por misturas contínuas - Oliveira, Cristiano Caribé de (UFRJ, 2007)
[PT] Os recentes avanços nas técnicas analíticas para a caracterização de misturas complexas, tais como os derivados de petróleo, têm sido uma das causas do grande desenvolvimento observado na abordagem da Modelagem Composicional. Tal abordagem vem despertando cada vez mais o interesse da comunidade científica e empresarial sobre si; não somente porque viabiliza uma maior previsibilidade das propriedades físico-químicas das correntes de refino, mas também porque permite o desenvolvimento de modelos fenomenológicos de processos onde ocorrem transformações químicas. Este é o caso, por exemplo, do Hidrotratamento (HDT), processo em que o hidrogênio é utilizado como agente de remoção dos contaminantes presentes nos derivados de petróleo. Atualmente, a pressão sofrida pela indústria de petróleo para reduzir o teor de contaminantes em seus produtos, notadamente o enxofre, tem levado a uma verdadeira “corrida” para a implantação de novas plantas de HDT. Antecipando-se a este cenário e seu reflexo nas necessidades de P&D, a PETROBRAS iniciou em meados da década de 1990 um trabalho em parceria com a UFRJ/EQ que culminou no desenvolvimento do H2CIN, um simulador fenomenológico de processo de HDT de Diesel, que utiliza a metodologia de Modelagem Composicional como pilar. O presente trabalho tem como objetivo avaliar tal ferramenta e identificar sua real potencialidade de aplicação além da esfera acadêmica. Desse modo, foi realizado um teste em escala industrial numa planta de HDT em operação na REDUC, estado do Rio de Janeiro.Os dados coletados durante o experimento serviram de base para realizar as três principais atividades deste trabalho: (i) a Modelagem Composicional do óleo diesel utilizado como carga da unidade; (ii) o ajuste dos parâmetros cinéticos a duas temperaturas com o reator no modo isotérmico, seguido da regressão dos parâmetros de Arrhenius para determinar a dependência da temperatura viie; (iii) a simulação do reator no modo adiabático. Os resultados obtidos permitiram identificar limitações existentes tanto no Modelo Composicional quanto no Modelo Cinético. No entanto, grande parte destas limitações é relativamente fácil de ser contornada e algumas das modificações propostas já puderam ser implementadas no H2CIN; um ganho adicional deste trabalho. A despeito de suas limitações, foi possível obter uma boa descrição do óleo diesel; e o ajuste das cinéticas de algumas das reações previstas na rede também ficou satisfatório. Porém, em função de certos problemas no ajuste dos parâmetros cinéticos das reações de hidrogenação de hidrocarbonetos aromáticos e olefínicos, a etapa da simulação do reator industrial foi realizada apenas com o intuito de demonstrar que, de fato, o H2CIN consegue reproduzir os fenômenos que ocorrem ao longo do reator. Ainda assim, pôde-se constatar um bom resultado no perfil de temperaturas obtido. Portanto, a conclusão que se chegou é de que, apesar de ainda carecer de algumas melhorias, o H2CIN como ferramenta para a simulação de processos de HDT de fato representa uma importante contribuição para a indústria de refino e, devido ao seu grande potencial de aplicação, seu desenvolvimento não deveria ficar restrito somente à área de Hidrorrefino[EN] Latest improvements on analytical techniques for complex mixtures characterization, like petroleum distillates, have been being one of the reasons for the great development of the Compositional Modeling approach. Such approach has called the attention of industrial and academic communities. The reasons for this are its great capability of predicting physic-chemical properties of refinery process streams and the possibility to develop phenomenological modeling for refining process with chemical reactions. This is the case, for example, of the Hydrotreating process (HDT), in which hydrogen is used to remove contaminants from petroleum cuts. Nowadays, petroleum industry has suffered pressures to reduce these contaminants, especially sulfur. The result is an expressive grown in the HDT plants installed around the world. Anticipating this scenario and its implication over R&D demand, PETROBRAS started in mid 1990 a co-work with UFRJ/EQ that produced a phenomenological simulator of HDT process based on Compositional Modeling. It is called H2CIN. The main objective of the present work is the evaluation of this tool and the identification of its real applicability potential out of academic sphere. An industrial scale test was made in a HDT plant operating at Duque de Caxias Refinery, Rio de Janeiro State. Data collected in the industrial test was the main source to develop the three principal activities of this work: (i) Compositional Modeling of the Atmospheric Gasoil used as the HDT feed; (ii) estimation of kinetic parameters of isothermal HDT reactor at two temperatures, followed by Arrhenius parameters regression and; (iii) simulation of the adiabatic industrial reactor. Results have permitted the identification of some minor limitations on both, Compositional and Kinetic Models. Some of the modifications sugested could be implemented on H2CIN; a plus of this work.These limitations, however, were not determinants and a good ixagreement with experimental data was obtained for the gasoil and some of the HDT reactions. Major problems were found on olefins and aromatic hydrocarbons hydrogenation reactions. Unfortunately, these problems were sufficient to make adiabatic reactor simulation to be just a step to permit one to see how H2CIN works and that it is able to reproduce phenomena within the reactor. Although this problem, it was possible to obtain a good temperature evolution through the reactor. Finally, the conclusion is that H2CIN as a tool for simulation of HDT process, despite its limitations, represents an important contribuction for refine industry because of its enormous potential of application. Its development should not be restricted to Hydroprocessing area.