Estudo e modelagem da recirculação de sólidos em uma unidade piloto a frio tipo craqueamento catalítico

Abstract

O processo de craqueamento catalítico fluido (Fluid Catalytic Cracking - FCC) é amplamente utilizado na produção industrial de gasolina e outros derivados do petróleo. A recirculação (back-mixing) de sólidos é um fenômeno inerente a geometria do reator de FCC, no transporte de sólidos em fase densa, causando aumento no tempo de residência do catalisador no riser, onde ocorrem as reações de craqueamento. A compreensão desse fenômeno é necessária para avaliar o desempenho do riser, no ciclo do catalisador, CFB (Circulating Fluidized Bed). A fluidodinâmica do FCC é estudada, usualmente, em experimentos conduzidos em Unidades Piloto a Frio (UPF), tipo FCC. Uma das formas de acessar o problema é através do estudo e quantificação da espessura (δ) da camada de recirculação de sólidos. Ela é baseada no modelo núcleo-anular no qual as partículas de sólido se difundem radialmente em direção ao filme de partículas em queda próximo à parede do riser, formando uma região anular de partículas em movimento descendente em torno de um núcleo central de partículas em movimento ascendente. Este trabalho propõe uma equação para calcular a espessura (δ) da camada de recirculação de sólidos, constituída de parâmetros do sólido diâmetro e densidade da partícula; da geometria do riser altura e diâmetro; das condições de operação fração volumetria de sólidos, velocidade superficial do gás e taxa de fluxo de sólidos. A nova equação apresentou o erro relativo de 13,8 %, o menor valor na comparação com as equações da literatura. O intervalo de confiança de 95 %, ajustou os dados da equação proposta cujos valores estão melhor distribuídos na comparação com dados da literatura. Um Modelo Fluidodinâmico Unidimensional (MFU), da literatura, integrou a metodologia desenvolvida por meio de códigos escritos em ambiente MATLAB®, para simular os perfis fluidodinâmicos ao longo do riser. Os perfis calculados reproduziram dados da literatura tomados como referência. Em seguida, foi simulado o escoamento do fluxo gás-sólido da Unidade Piloto a Frio (UPF) para diferentes condições de operação. Os perfis fluidodinâmicos estão apresentados em gráficos obtidos com os códigos seguindo a metodologia, os resultados estão analisados e discutidos em comparação com a literatura. Os resultados foram utilizados para calcular a espessura (δ) da camada de recirculação de sólidos e foi avaliada a capacidade de predição com a equação proposta.