Orientador: Milton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T17:58:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pelissari_DanielCicero_M.pdf: 3433960 bytes, checksum: 82461e75c8ef3d10fb44cd8d35de3eb9 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A aplicação de fluidodinâmica computacional (CFD) em estudos de otimização e projeto de novos equipamentos de processos industriais vem aumentando significativamente, uma vez que apresenta custo reduzido e possibilidade de avaliar equipamentos complexos e de extremas condições de operação. Dentre os processos mais estudados via CFD está o processo de craqueamento catalítico fluidizado (FCC), onde as frações pesadas do petróleo de baixo valor são convertidas em produtos de maior valor agregado, sendo uma das aplicações de fluidização gás-sólido mais importante na indústria de petróleo. O presente trabalho avaliou especificamente a zona de injeção do FCC, na qual a matéria-prima, alimentada por bicos injetores, se mistura a sólidos quentes (catalisador) e a vapor de fluidização. A performance desses dispersores de carga para garantir uma boa distribuição das gotículas de gasóleo com o catalisador é a chave para melhorar a eficiência do riser de FCC. Desta forma, o principal objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes designs, ângulos (30°, 45° e 60°) e configurações dos injetores sobre o escoamento gás-sólido e o desempenho do riser. Para tal, simulou-se um escoamento gás-sólido reativo tridimensional baseado em uma abordagem Eulerian-Eulerian. Nas simulações foram utilizados o modelo cinético de 12-lumps de Wu et al. (2009), modelo de turbulência k-? e modelo de arraste de Gidaspow. Foi observado que o design, o ângulo e a configuração dos bicos injetores exercem uma forte influência sobre a fluidodinâmica e a performance do riser, sendo o ângulo a variável que apresentou maior influência. Pôde-se observar que o design de bico tipo multi-orifícios (Caso 3) foi o que apresentou os melhores resultados, sendo a partir deste avaliados os ângulos, onde notou-se que o aumento do ângulo de 30° para 60° melhorou a mistura entre as fases e o rendimento. A análise dos arranjos foi realizada utilizando o design de bico do Caso 3 e o ângulo de 45°, e observou-se que o arranjo com bicos intercalados (Arranjo 2) apresentou uma mistura mais homogênea entre as fases e, consequentemente, uma melhor conversão e rendimento de produtos desejados. Em geral, os resultados obtidos no presente trabalho salientam a importância da utilização de geometrias mais detalhadas para os bicos, uma vez que influenciam a mistura entre as fases, a qual afeta o desempenho do riser / Abstract: The Computational Fluid Dynamic (CFD) application in industrial process optimization and new equipments design studies has increased significantly, once it presents low cost and the possibility of evaluating complex and extreme operating conditions equipments . Among the most widely studied processes via CFD is the fluidized catalytic cracking process (FCC), where the oil heavy fractions of low-value are converted into higher value-added products and which is one of the most important gas-solid fluidization applications in the oil industry . The present study specifically evaluated the FCC injection zone, in which the feedstock fed by nozzles, is mixed with hot solids (catalyst) and fluidization steam. The nozzles performance to guarantee a good gas oil droplets distribution with the catalyst is the key to improve the efficiency of FCC riser. Thus, the study main objective was to evaluate the different nozzles designs, angles (30 °, 45 ° and 60 °) and arrangements effect on the gas-solid flow and the riser performance. For this purpose, it was simulated a three-dimensional reactive gas-solid flow based on an Eulerian-Eulerian approach. In the simulations it was used the 12 lumps kinetic model by Wu et al. (2009), turbulence model k- ? and drag model Gidaspow. It was observed that the nozzle design, angle and configuration have a strong influence on fluid dynamics and on the riser performance, and the angle was the variable with the greatest influence. It can be observed that the nozzle design of multi-orifice type (Case 3) showed the best results, and that¿s why it was used to evaluate the angle, in which was noted that the angle increase of 30 ° to 60 ° improved phases mixing and the yield. The arrangement analysis was performed using Case 3 nozzle design and the design angle of 45 °, and it was observed that the arrangement with intercalated nozzles (Arrangement 2) showed a more homogeneous phases mixture and therefore a better conversion and desired product yield. In general, the results obtained in this work highlighted the importance of using more detailed geometries for the nozzles, since they influence the mixing of the phases, which affects the riser performance / Mestrado / Engenharia Química / Mestre em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2015-04-22T22:01:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao - Relem Cativo da Conceicao.pdf: 1971538 bytes, checksum: d0a17878f34e6288edebc6dfb1cef124 (MD5) Previous issue date: 2010-02-09 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / The process of cracking or pyrolysis of oils and fats, occurs at high temperatures, the presence or absence of catalyst. In this reaction, the breaking of the molecules of triglycerides leads to the formation of a mixture of hydrocarbons and oxygenates, linear or cyclic, such as alkanes, alkenes, ketones, carboxylic acids and aldehydes, and carbon monoxide, carbon dioxide and water. Despite the simplicity of using only high temperatures to carry out the cracking, the biggest drawback is the availability of oxygenates in the final product, which makes it slightly acidic. This study aimed to conduct a study of the catalytic cracking of oils inajá and passion, using phosphoric acid as catalysts supported on alumina and mesoporous material (SBA-15), in proportions of 15% and 30%. Inajá oils and passion were obtained by mechanical extraction, characterized chemical and physico-chemically, the results proved favorable for the use of feedstock in the production of biofuels. The catalysts were characterized according to the analysis adsorption / desorption of nitrogen (BET method), X-ray fluorescence, X-ray diffraction, adsorption of pyridine and infrared detection. The products obtained in catalytic cracking reactions were characterized according to ASTM standards for acid value (D664), carbon residue (D4530), density at 20 ° C (4052), viscosity at 40 ° C (D445). The chemical characterization was made by infrared. From our analysis of the products obtained in reactions of cracking was also observed that the cracked oil using H3PO4/Al2O3 passion was the catalyst that presented the lowest acidity. / O processo de craqueamento ou pirólise de óleos e gorduras, ocorre a temperaturas elevadas, na presença ou ausência de catalisador. Nesta reação, a quebra das moléculas dos triglicerídeos leva à formação de uma mistura de hidrocarbonetos e compostos oxigenados, lineares ou cíclicos, tais como alcanos, alcenos, cetonas, ácidos carboxílicos e aldeídos, além de monóxido e dióxido de carbono e água. Apesar da simplicidade do uso de apenas altas temperaturas para realizar o craqueamento, a grande desvantagem é a obtenção de compostos oxigenados no produto final, os quais o tornam levemente ácido. Este trabalho teve como objetivo realizar um estudo do craqueamento catalítico dos óleos de inajá e maracujá, utilizando como catalisadores ácido fosfórico suportado em alumina e material mesoporoso (SBA-15), nas proporções de 15% e 30%. Os óleos de inajá e maracujá foram obtidos por extração mecânica, sendo caracterizados química e fisico-quimicamente, os resultados obtidos apresentaram-se favoráveis para a utilização destes como matéria-prima na produção de biocombustíveis. Os catalisadores foram caracterizados segundo as análises adssorção/dessorção de nitrogênio (método BET), fluorescência de raios X, difração de raios X, adsorção de piridina e detecção por infravermelho. Os produtos obtidos nas reações de craqueamento catalítico foram caracterizados segundo as normas ASTM para índice de acidez (D664), resíduo de carbono (D4530), densidade a 20°C (D4052), viscosidade cinemática a 40°C (D445). A caracterização química foi feita por infravermelho. A partir das análises dos produtos obtidos nas reações de craqueamento foi possível verificar que o craqueado do óleo de maracujá utilizando H3PO4/ Al2O3 como catalisador foi o que apresentou o menor índice de acidez.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-02-13T14:51:25Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ProducaoBiocombustiveisDiferentes.pdf: 5339081 bytes, checksum: b556f39638786ec4b14bc0034d4c5875 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-02-15T13:04:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ProducaoBiocombustiveisDiferentes.pdf: 5339081 bytes, checksum: b556f39638786ec4b14bc0034d4c5875 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-15T13:04:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ProducaoBiocombustiveisDiferentes.pdf: 5339081 bytes, checksum: b556f39638786ec4b14bc0034d4c5875 (MD5) Previous issue date: 2015-07-03 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O presente trabalho apresenta a gordura residual retirada de caixas retentoras de gordura como uma matéria-prima potencial e alternativa para produção de combustíveis renováveis. A gordura residual foi utilizada como carga em experimentos de craqueamento térmico catalítico em Unidades de Bancada, Semi-Piloto e Piloto. Diferentes teores de carbonato de sódio (5%, 10% e 15%) foram utilizados como catalisador nos experimentos de craqueamneto térmico catalítico. Os produtos líquidos orgânicos (PLO’s) obtidos nos experimentos de craqueamento foram destilados em unidades de destilação em escala de bancada e piloto. Os processos de destilação resultaram na obtenção de frações de hidrocarbonetos nas faixas do querosene, diesel leve e pesado. Os PLO’s juntamente com as frações de diesel verde leve e pesado foram caracterizados de acordo com as especificações estabelecidas pela norma da ANP Nº 65 para óleo diesel S10. As frações de querosene verde foram caracterizadas de acordo com as especificações estabelecidas pela norma da ANP Nº 37 para querosene derivado do petróleo. Os resultados mostraram que os PLO’s apresentaram baixos valores para o índice de acidez, além disso, foi confirmado que a utilização de diferentes percentuais do catalisador carbonato de sódio nas três escalas de produção contribuiu para a obtenção de resultados promissores quanto ao rendimento e as características físico-químicas e composicionais, indicando a eficiência deste catalisador básico. Os resultados também mostraram que as frações de querosene verde, diesel verde leve e pesado apresentaram baixos teores de ácidos graxos livres, rendimentos significativos e características físico-químicas consonantes com as suas respectivas normas. Os experimentos que utilizaram o percentual de 10% de carbonato de sódio como catalisador apresentaram os maiores rendimentos, os menores índices de acidez e os melhores resultados das caracterizações físico-químicas e composicionais entre todos os testes feitos neste estudo. O PLO produzido utilizando o teor de 10% de carbonato de sódio apresentou um total de 78,98% de hidrocarbonetos em sua composição, enquanto o querosene verde obtido após a destilação deste mesmo PLO apresentou um total de 92,64% de hidrocarbonetos em sua composição, estes resultados foram ratificados através de análises como: FT-IR, RMN e GC-MS. / This paper presents the residual fat taken from retaining grease traps as a potential feedstock for the production of alternative and renewable fuels. The residual oil was used as filler in experiments catalytic thermal cracking countertop units, Semi-pilot and pilot. Different levels of sodium carbonate (5%, 10% and 15%) were used as a catalyst in the catalytic thermal craqueamneto experiments. Organic liquids (PLO's) obtained in the cracking experiments were distilled in distillation units in bench and pilot scale. Distillation processes resulted in the development of hydrocarbon fractions in kerosene bands, light and heavy diesel. The PLO's with the green light and heavy diesel fractions were characterized according to the specifications established by the standard of ANP 65 for diesel S10. The green kerosene fractions were characterized according to the specifications established by the standard of ANP 37 for petroleum-based kerosene. The results showed that the PLO's had low values for the acid value, moreover, it was confirmed that the use of different percentages of catalyst ash in the three scales of production contributed to obtaining promising results in terms of yield and physico -chemical and compositional, indicating the efficiency of this basic catalyst. The results also showed that the fractions of green kerosene, heavy and light green diesel had low levels of free fatty acids, significant income and physical and chemical characteristics in line with their respective standards. The experiments using the percentage of 10% sodium carbonate as catalyst showed the highest incomes, lower levels of acidity and the best results of physicochemical and compositional characterization of all the tests in this study. The PLO produced using the level of 10% of sodium carbonate showed a total of 78.98% of hydrocarbons in the composition, while the green kerosene obtained after distillation of the same PLO showed 92.64% total hydrocarbons in its composition, these results were confirmed by analysis as FT-IR, RMN and GC-MS.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-08-17T19:08:47Z No. of bitstreams: 1 DANIELLE DE LIMA VIEIRA – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 2977283 bytes, checksum: 76868ac7a0711cd9560eee5a78b8bf43 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-17T19:08:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DANIELLE DE LIMA VIEIRA – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 2977283 bytes, checksum: 76868ac7a0711cd9560eee5a78b8bf43 (MD5) Previous issue date: 2017-09 / Na indústria petroquímica e de processamento de petróleo o riser é o principal equipamento da unidade de craqueamento catalítico fluido (FCC), utilizado para o refino de frações pesadas do petróleo. Para o projeto e otimização do riser é essencial compreender a termofluidodinâmica da mistura gás -sólido no seu interior. Neste aspecto a fluidodinâmica computacional (CFD) tem demonstrado ser uma boa alternativa para o estudo de sistemas complexos. Portanto, este trabalho tem como objetivo estudar a termofluidodinâmica de um riser de FCC com alto fluxo, via CFD usando o software comercial Ansys Fluent versão 15. O modelo matemático é baseado na abordagem Euleriana – Euleriana, considerando a Teoria Cinética do Escoamento Granular (KTGF) e o modelo de turbulência de duas equações k - ϵ Disperso. Resultados numéricos dos campos de velocidade, fração volumétrica e pressão das fases gasosa e particulada, a temperatura constante, são apresentados, analisados e comparados com dados de uma planta experimental com 76 mm ID e altura de 10 m, apresentando boa concordância, exceto nas regiões com alta densidade de partículas. Assim, o modelo proposto mostrou-se mais adequado a representação do fluxo em regiões e condições operacionais que resultam em menores concentrações de partículas (menor fluxo de sólidos e/ou maior vazão do gás). / In the petrochemical and oil processing industry riser is the main equipment of the fluid catalytic cracking (FCC) unit, used for the refining of heavy petroleum fractions. For design and optimization of riser, it is essential to understand the thermo fluid dynamics of the gas-solid mixture inside. In this respect, computational fluid dynamics (CFD) has been shown to be a good alternative for the study of complex systems. Therefore, this work aims to study the thermo fluid dynamics of a FCC riser with high flux, via CFD using commercial software Ansys Fluent version 15. The mathematical model is based on the Eulerian - Eulerian approach, considering a Kinetic Theory of Granular Flow (KTGF) and the k - ϵ two equations turbulence model. Numerical results of fields of velocity, volumetric fraction and pressure of the gas and particulate phases, at constant temperature, are presented, analyzed and compared with data of an experimental plant with 76 mm ID and 10 m height, presenting good agreement, except in regions with high particle density. Thus, the proposed model showed better representation of the flow in regions and operating conditions that result in lower particle concentrations (lower solids flow and / or higher gas flow).

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5665.pdf: 8947970 bytes, checksum: 3a1ee8be44b336d4926a11f4c9cc20eb (MD5) Previous issue date: 2013-09-12 / Universidade Federal de Sao Carlos / The research addressed the generation of mesoporosity in the zeolite ZSM-12 (MTW). In the first part we studied the synthesis of ZSM-12 via conventional methodology and in the presence of a mesopore directing agent, organosilane [3-(Trimethoxy-silyl)propyl] octadecyldimethylammonium chloride (TPOAC). It was verified to influence the TPOAC/SiO2 and H2O/SiO2 ratios and, also the aging of the reaction mixture, temperature and time of the hydrothermal treatment. In the second part we studied the formation of mesoporosity by post-synthesis treatment with alkaline solution (NaOH). For optimization of such treatment the concentration of the NaOH solution and the temperature were varied. The zeolites were characterized by X-ray diffraction, chemical analysis by energy-dispersive X-ray spectroscopy, N2 adsorption/desorption, scanning electron microscopy, nuclear magnetic resonance of 27Al, and temperature-programmed desorption of ammonia. By the analyses of X-ray diffraction and Rietveld refinement, we verified a decrease in crystallization kinetics with increasing TPOAC/SiO2 ratio and a tendency for simultaneous crystallization of MFI and MTW phases with increasing H2O/SiO2 ratio, temperature and aging time. It was possible to obtain mesoporous ZSM-12 with high purity and crystallinity with only small quantities of TPOAC and relatively long crystallization times. For ZSM-12 zeolites treated in basic medium, there was the formation of mesopores in the range from 2.9 to 23 nm due to the silicon extraction from the crystalline framework, which caused a decrease in the volume of micropores and an increase in the total acidity, assigned to the decrease in Si/Al ratio. In the cracking of cyclohexane at 400 °C, although the presence of mesoporosity had caused a decrease in the total acidity, the zeolites synthesized with TPOAC showed similar conversions to conventional zeolite with minimal catalytic deactivation, which was attributed to the better mass transfer and less coke formation. The ZSM-12 zeolites treated with NaOH exhibited activity and stability similar to those obtained in the presence of TPOAC. By its higher proportion of strong acid sites, the conventional ZSM-12 zeolite showed higher hydrocarbon yields in the range from C2 to C4 in comparison with the mesoporous zeolites, with the latter showing a higher yield for C6 hydrocarbons. / A pesquisa abordou a geração de mesoporosidade na zeólita ZSM-12 (MTW). Numa primeira parte estudou-se a síntese da ZSM-12 via metodologia convencional (hidrotérmica) e na presença de um agente direcionador de mesoporos, o organossilano cloreto de 3-(trimetoxi-silil)propil-octadecildimetil amônio (TPOAC). Verificou-se a influência das razões TPOAC/SiO2 e H2O/SiO2 e, também, da temperatura, tempo de envelhecimento da mistura reacional e tempo de tratamento hidrotérmico. Na segunda parte estudou-se a formação de mesoporosidade por tratamento pós-síntese com solução alcalina (NaOH). Para a otimização desse tratamento, variou-se a concentração da solução de NaOH e a temperatura. As zeólitas obtidas foram caracterizadas por difratometria de raios X, análise química por espectroscopia de energia dispersiva de raios X, fisissorção de N2, microscopia eletrônica de varredura, ressonância magnética nuclear do 27Al e dessorção de amônia à temperatura programada. Pelas análises de difratometria de raios X e refinamento de Rietveld, verificou-se um decréscimo da cinética de cristalização com o aumento da razão TPOAC/SiO2 e uma tendência à cristalização simultânea das fases MTW e MFI com o aumento da razão H2O/SiO2, da temperatura e do tempo de envelhecimento. Foi possível obter ZSM-12 mesoporosa com alta pureza e cristalinidade somente com pequenas quantidades de TPOAC e tempos de cristalização relativamente longos. Para as zeólitas ZSM-12 tratadas em meio básico, houve a formação de mesoporos na faixa de 2,9 a 23 nm devido à extração de silício da rede cristalina, o que provocou uma diminuição do volume de microporos e um aumento da acidez total pela diminuição da razão Si/Al. No craqueamento de cicloexano em fase gasosa a 400 °C, as zeólitas sintetizadas com TPAOC, embora a presença de mesoporosidade tenha provocado uma diminuição na acidez total, apresentaram conversões semelhantes às da zeólita convencional com mínima desativação catalítica, o que foi atribuído à boa transferência de massa e menor formação de coque. As zeólitas ZSM-12 tratadas com NaOH exibiram atividade e estabilidade similares às obtidas na presença de TPOAC. Pela sua maior proporção de sítios ácidos fortes, a zeólita ZSM-12 convencional apresentou rendimentos maiores a hidrocarbonetos C2 a C4 do que as zeólitas contendo mesoporos, com estas últimas apresentando maior rendimento a hidrocarbonetos C6.

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T21:51:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barbosa_AgremisGuinho_M.pdf: 1501070 bytes, checksum: c20fd373ba5e239e2b783608aebbc7f2 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de rotinas computacionais para o condicionamento de dados provenientes de um processo químico, de modo que estes sejam consistentes para a representação do comportamento do processo. A descrição adequada do comportamento de um processo é a base fundamental de qualquer sistema de controle e/ou otimização, uma vez que será em resposta às medições deste processo (sua descrição) que os referidos sistemas atuarão. Desta forma o tratamento e correção dos erros de medição, especificamente, e a estimativa de parâmetros, de um modo mais geral, constituem uma etapa que não deve ser negligenciada no controle e otimização de processos. O condicionamento de dados estudado neste trabalho é a reconciliação de dados, que tem como característica principal o uso de um modelo de restrições para condicionar a informação. Geralmente os modelos de restrição são balanços de massa e energia e os somatórios das frações mássicas e molares, mas outros modelos também podem ser usados. Matematicamente, a reconciliação de dados é um problema de otimização sujeito a restrições. Neste trabalho, a formulação do problema de reconciliação é a dos mínimos quadrados ponderados sujeito a restrições e a abordagem para a sua solução é a fatoração QR. Objetiva-se também reunir as rotinas desenvolvidas em uma única ferramenta computacional para a descrição, resolução e análise dos resultados do problema de reconciliação de dados, constituindo-se em um software de fácil utilização e que tenha ainda um mecanismo de comunicação com banco de dados, conferindo-lhe interatividade em tempo real com sistemas de aquisição de dados de processo / Abstract: The purpose of this work is the development of computational routines for conditioning chemical process data in order to represent the process behavior as reliable as possible. Reliable process description is fundamental for any control or optimization system development, since they respond to the process measurements (its description). Thus, data conditioning and correction of process measurement errors, and parameter estimation are a step that should not be neglected in process control and optimization. The data conditioning considered in this work is data reconciliation which has as the main characteristic the use of a constraint model. In general constraint models are mass and energy balances and mass and molar fraction summation, but other models may be used. Under a mathematical point of view, data reconciliation is an optimization subject to constraints. In this work, it is used the formulation of weighed least squares subject to constraints and QR factorization approach to solve the problem. The additional objective of this work is to accommodate the developed routines in such a way to build up an integrated computational tool characterized by its easy to use structure, capability to solve and perform data reconciliation. Its structure takes into account the interaction with data bank, giving it real time interactiveness with process data acquisition systems / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: José Roberto Nunhez, Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T13:23:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_GabrielaCantarelli_D.pdf: 8625905 bytes, checksum: 794a296fe54b1d50d16cf187c232a454 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O craqueamento catalítico fluido (FCC) é um dos processos de maior importância da indústria do refino de petróleo, já que converte as frações pesadas de baixo valor comercial provenientes de outros processos de refino, em produtos comercialmente mais importantes, como gasolina, GLP e diesel. Atualmente, com o aumento da demanda por combustíveis fósseis e a redução na extração de óleos convencionais, o aperfeiçoamento do processo de FCC tem se tornado essencial para as refinarias. Estudos empíricos sobre a dinâmica do escoamento em reatores industriais de FCC são raros, em parte devido às altas temperaturas e pressões presentes no interior desses reatores, o que dificulta a obtenção de dados, e em parte por causa da complexidade da operação, que envolve uma série de fenômenos simultâneos, como a vaporizacão da carga, reações heterogêneas, a expansão do leito devido ao craqueamento e a desativação das partículas de catalisador, por exemplo. Contudo, para que se possa melhorar a performance do processo, é necessário conhecer a dinâmica desse escoamento. Foi proposto então, neste estudo a simulação computacional de risers industriais de FCC, usando ferramentas de CFD. O nível de complexidade das simulações realizadas foi aumentado gradativamente e fenômenos como a adsorção das moléculas reagentes nos sítios ativos do catalisador e a vaporizacão da carga líquida, foram estudados separadamente, possibilitando a avaliação individual de sua influência sobre o processo em termos de variáveis globais. Para uma análise detalhada do escoamento, foram usados modelos tridimensionais e foram propostas configurações geométricas similares às encontradas em unidades típicas de FCC. Além disso, um estudo da sensibilidade das variáveis do escoamento ao uso de diferentes geometrias de saída para o reator foi realizado, tornando possível determinar as configurações que propiciam melhor rendimento para o processo. Em geral, os resultados fluidodinâmicos obtidos neste estudo ressaltam a importância da aplicação de modelos que representem os complexos fenômenos presentes no riser de FCC, já que estes influenciam consideravelmente as reações / Abstract: The fluid catalytic cracking (FCC) is one of the most important process in the oil refining industry. It converts heavy distillation fractions with low commercial value into lighter and valuable hydrocarbon products such as gasoline, diesel and LPG. With the increase in the fossil fuels demand and the reduction in the conventional oil extraction, the improvement of the FCC process has become essential for the refineries. Empirical studies on the dynamics of the flow in industrial FCC reactors are rarely found, partly due to high temperatures and pressures present in these reactors, which difficult the data obtaining, and in part because of the complexity of the operation, which involves several simultaneous phenomena, such as the feedstock vaporization, heterogeneous reactions, the bed expansion due to cracking and deactivation of the catalyst particles, for example. However, it is necessary to understand the flow in order to improve the performance of the process. Then, a numerical study of industrial FCC riser reactors using CFD tools was proposed in this work. The level of complexity of the simulations was increased gradually and phenomena such as the adsorption of reactant molecules in catalyst active sites and the vaporization of liquid feedstock, were studied individually, allowing the evaluation of each phenomena on the process. For a detailed analysis of the flow, three-dimensional models were used in these simulations and geometric configurations similar to those found in typical FCC units have been applied. Furthermore, a study of the sensitivity of the variables of the flow to the use of different geometries for the reactor outlet was developed, enabling the determination of the output configuration that provides a better yield for the process. Overall, the fluid dynamic results obtained in this study emphasize the importance of application of models that represent the complex phenomena present in the FCC riser, since they substantially influence the reactions / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Este trabalho tem como objetivo principal o desenvolvimento de uma estratégia de integração da otimização com o controle preditivo multivariável em uma camada. Os problemas de controle e otimização econômica são resolvidos simultaneamente em um mesmo algoritmo. A função objetivo econômica foi inserida no controlador na sua forma diferencial, ou seja, o gradiente da função objetivo econômica. O método foi testado por simulação para o caso do sistema reator regenerador da UFCC (Unit of Fluid Catalytic Cracker). Esta dissertação descreve a estratégia de otimização integrada ao controlador preditivo cuja função objetivo incorpora componentes dinâmicos e estáticos. Para a determinação das condições ótimas do processo no estado estacionário do conversor (unidade de craqueamento catalítico) foi utilizado um modelo empírico do processo. A melhor trajetória para conduzir o processo para o seu ponto ótimo de operação, maximizando lucro ou produto de maior valor agregado, desde que não sejam violadas as restrições de processo, é predita utilizando um modelo dinâmico, obtido através de dados de testes em degrau em um modelo rigoroso. Este modelo linear possibilitou a obtenção das funções de transferência do processo e o modelo em variáveis de estado. O ponto ótimo que é obtido na execução deste algoritmo, leva em consideração a não violação das restrições das variáveis manipuladas e controladas do processo, tanto para o estado estacionário como para o transiente do problema. O problema de otimização não linear resultante é resolvido através de uma rotina de programação quadrática da biblioteca do Matlab. Uma segunda alternativa apresentada para a estratégia de otimização deste trabalho, é a inclusão do gradiente reduzido na função objetivo do controlador quando são observadas violações das restrições das variáveis controladas. Os resultados simulados através de um modelo não linear rigoroso (Moro&Odloak,1995) mostram um bom desempenho dos algoritmos aqui desenvolvidos tanto com relação aos benefícios econômicos como na estabilização da unidade. / This dissertation aims to develop a strategy to integrate the optimization problem of the plant into the model predictive controller in a one layer strategy, for the real time optimization or online optimization. The control and the optimization of the process are computed simultaneously in the same algorithm. The gradient of the economic objective function is included in the cost function of the controller instead of in its regular form. Thereby, this work describes a predictive control strategy, which can be classified as a one layer strategy and whose objective function has to be optimized obeying constraints, which incorporates dynamic and static components. The optimal conditions of the process in the steady state are defined through the use of an empirical process model. Furthermore, the best trajectory to be followed in order to reach the optimal conditions, without violating the constraints, maximizing profit or the production of its more valuable product, is predicted through the use of the dynamic model, that can be obtained through a plant step test. As a result transfer function and state space models are obtained. The optimal operation point is achieved through the execution of the proposed algorithm. Therefore, the solution to the optimization/control problem will always be in a feasible region, in other words, without violating the process manipulated or controlled variable constraints for both stationary and transient states of the problem. The non-linear optimization problem resulted from the implementation of the proposed algorithm is solved through the quadratic programming routine from the Matlab library. The second online optimization strategy proposed in this work is one that considers the reduced gradient method algorithm modified to evaluate the predicted trajectory. As a result, any violation of the manipulated or controlled variable constraints is prevented and this variable is not considered in the next step of the calculation of the predicted trajectory or even in the search direction of the optimization. Finally the simulations results obtained through the use of a nonlinear rigorous model (Moro&Odloak,1995) presents good performance for the algorithms here proposed, not only related to economic benefits, but also in order to stabilize the unit.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-02-03T11:55:21Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstudoProcessoCraqueamento.pdf: 4953023 bytes, checksum: a3df4a1756dacc6f8831567ada39d597 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-02-07T16:35:19Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstudoProcessoCraqueamento.pdf: 4953023 bytes, checksum: a3df4a1756dacc6f8831567ada39d597 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-07T16:35:19Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstudoProcessoCraqueamento.pdf: 4953023 bytes, checksum: a3df4a1756dacc6f8831567ada39d597 (MD5) Previous issue date: 2015-04-17 / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / As borras oriundas de refino de óleos vegetais são resíduos agroindustriais obtidos após a etapa de neutralização dos óleos vegetais, os quais constituem material de baixo valor agregado, além de ser um passivo ambiental para as agroindústrias, deste modo, vem se tornando cada vez mais atrativo o uso desses resíduos como matéria prima na geração de biocombustíveis. Este trabalho estuda o uso da borra de neutralização do óleo de palma como uma matéria prima alternativa, sob o ponto de vista, econômico e ambiental para o processo de craqueamento térmico-catalítico. Inicialmente foram realizados experimentos de craqueamento térmico e catalítico da borra de neutralização e do óleo de palma (em um único reator) e testes catalítico (no segundo reator de descarboxilação acoplado no primeiro), ambos em escala de bancada; posteriormente foram realizados experimentos de craqueamento térmico-catalitico e catalítico (somente na escala semipiloto) da borra de neutralização em escala semipiloto e piloto, utilizando diversos tipos de catalisadores (Na2CO3, CaCO3, alumina ativada, Zeólita HY, HZSM-5 e FCC). O produto líquido orgânico (PLO) obtido e as frações obtidas da destilação em escala de bancada e piloto foram caracterizados e comparados com a norma vigente. Os resultados obtidos em escala de bancada mostraram que o catalisador alumina ativada providenciou o maior rendimento em base úmida (83,70%), tendo o óleo de palma como matéria prima, no entanto, o biocombustível obtido com Na2CO3 apresentou melhor qualidade quanto às características físico-químicas. Na escala semipiloto, o maior rendimento foi o experimento térmico da borra (78,36%), seguido pelo experimento com 5% de alumina ativada (71,47%), porém o uso do Na2CO3 apresentou melhor qualidade quanto às características físico-químicas. Os experimentos na escala piloto mostraram o maior rendimento (71%) obtido com 15% de Na2CO3 na temperatura de 440 ºC. Os resultados obtidos das análises cromatográficas dos PLOs obtidos nesta escala confirmaram que o aumento no percentual de catalisador possibilitou a formação de um PLO rico em hidrocarbonetos (91,22%) contendo alifáticos, olefínicos, naftênicos e aromáticos e baixos teores de compostos oxigenados (8,78%). Enquanto a destilação do PLO do Experimento 5 possibilitou a obtenção de frações ricas em hidrocarbonetos e ausentes de compostos oxigenados. / The Soap phase residue derived from refining vegetable oils are agro-industrial residues obtained after the neutralization stage of vegetable oils, which are aggregate low-value material, in addition to being an environmental liability for agribusiness thus is becoming increasingly attractive the use of these residues as raw material for generation bio-fuels. This work studies the neutralization sludge of palm oil as an alternative raw material, from the point of view, economic and environmental to the process of catalytic and Thermic-catalytic cracking. Initially were carried experiments of Thermic and catalytic cracking of the neutralization sludge and palm oil (in one reactor) and catalytic tests (the second reactor coupled in the first decarboxylation) both in bench scale; experiments were perfomed of the thermic-catalytic and catalytic (only in semi-pilot scale) of the neutralization sludge in the semi-pilot and pilot scale using different types of catalysts (Na2CO3, CaCO3, activated alumina, zeolite HY, HZSM-5, and FCC). The organic liquid product (OLP) obtained and the fractions obtained from the distillation in bench and pilot scale were characterized and compared with the current standard. The results obtained in laboratory scale have shown that the activated alumina catalyst provided the highest yield in wet basis (83.70%), with palm oil as raw material, however, the bio-fuel obtained Na2CO3 had a better quality how much the physicochemical characteristics. . In the semi-pilot scale, the highest yield was the thermal experiment of the sludge (78.36%), followed by the experiment with 5% activated alumina (71.47%), but the use of Na2CO3 showed better quality in the how much the physicochemical characteristics.The experiments in the pilot scale showed the highest yield (71%) obtained with 15% Na2CO3 at a temperature of 440 ° C. The results of the chromatographic analysis of this OLP obtained in the pilot scale confirmed that the percentage increase in the catalyst enabled the formation of a OLP rich in hydrocarbonate (91.22%) containing aliphatic, olefinic, naphthenic, aromatic and low amounts of oxygenates (8 , 78%). While in the distillation of PLO of the Experiment 5 makes possible to get fractions rich in hydrocarbons and without oxygenates compounds.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-02-13T14:38:00Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoProcessoCraqueamento.pdf: 4936251 bytes, checksum: 0a25f4d40d68131290ddaf54164b4405 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-02-14T16:48:55Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoProcessoCraqueamento.pdf: 4936251 bytes, checksum: 0a25f4d40d68131290ddaf54164b4405 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-14T16:48:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoProcessoCraqueamento.pdf: 4936251 bytes, checksum: 0a25f4d40d68131290ddaf54164b4405 (MD5) Previous issue date: 2015-05-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No presente trabalho, visou-se estudar o processo de craqueamento termocatalítico do óleo de palma para a produção de biocombustíveis. No desenvolvimento desse estudo foram realizados craqueamentos nas Escalas de Bancada e Semipiloto. Inicialmente, foram realizados testes de craqueamento com catalisadores básicos (Lama Vermelha; Lama Vermelha Calcinada a 550ºC; Lama Vermelha Calcinada a 800ºC; Lama Vermelha Calcinada a 1000ºC; Alumina Ativada (AA) com solução de NaOH a 20% e Alumina Ativada (AA) com solução de NaOH a 30%) e ácido (Alumina não ativada) na Escala de Bancada utilizando como matéria-prima o óleo de palma. Antes dos catalisadores mencionados serem utilizados nos craqueamentos termocatalíticos, eles foram submetidos às seguintes análises: Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR); Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV); Difração de Raios-X (DRX) e B.E.T com o intuito de caracterizá-los. Os resultados obtidos na Escala de Bancada mostraram que os Produtos Craqueados Brutos (PCB’s) conseguidos nos craqueamentos termocatalíticos do óleo, utilizando como catalisadores 15% de Lama Vermelha Calcinada a 800 ºC e 15% de AA com solução de NaOH a 20%, tiveram uma redução significativa nos seus Índices de Acidez (IA’s) quando comparados com os IA’s dos craqueamentos térmico e termocatalíticos realizados com os outros catalisadores. Na Escala Semipiloto foram desenvolvidos os craqueamentos termocatalíticos com os melhores resultados obtidos, na Escala de Bancada, entre as Lamas Vermelhas Calcinadas ou não em diferentes concentrações (15% de Lama Vermelha Calcinada a 800 ºC) e entre as Aluminas Ativadas ou não em concentrações diversas (15% de AA com solução de NaOH a 20%) em relação aos IA’s, além do craqueamento térmico que também foi reproduzido nessa escala. Parte dos produtos obtidos na Escala Semipiloto foi submetida à destilação em Escala de Bancada visando obter frações correspondentes às faixas: da gasolina, do querosene, do diesel leve e do diesel pesado. A análise de RMN de 13C, realizada sobre os dieseis dos craqueamentos térmico e termocatalítico com 15% de Lama Vermelha Calcinada a 800 ºC comprovou que eles são formados basicamente por ácidos graxos de cadeias longas. Além disso, os GC-MS realizados na faixa de corte da gasolina (40ºC-175ºC) comprovaram que as três gasolinas analisadas apresentaram a formação de hidrocarbonetos parafínicos, olefínicos e naftênicos. / In the present work was to study the thermal catalytic cracking process palm oil for biofuel production. In the development of this study were performed in crackings Bench and Semipilot. Initially, basic catalysts in cracking tests were performed (Red Mud; Red Mud Calcined at 550 ° C; Red Mud Calcined at 800C; Red Mud Calcined at 1000 ° C; Activated Alumina (AA) with NaOH 20% solution and Activated Alumina (AA) NaOH solution 30%) and acid (not activated alumina) in bench scale using as raw palm oil. Before the mentioned catalysts are used in thermal catalytics crackings, they were subjected to the following tests: Fourier Transform Infrared (FT-IR); Scanning Electron Microscopy (SEM); X-ray Diffraction (XRD) and BET in order to characterize them. The results of the bench scale showed that the cracked products Gross (PCB's) achieved in thermal catalytics oil crackings using as a catalyst 15% Red Mud Calcined at 800 ° C and 15% AA by NaOH 20% solution, had a significant reduction in their Acidity Index (IA's) compared to the IA's of heat and thermal catalytics crackings used with other catalysts. In Semipilot Scale the thermal catalytics crackings were developed with the best results obtained, Bench Scale, between the Red Mud’s Calcined or not in different concentrations (15% of Red Mud Calcined 800 ° C) and between the Activated Aluminas or not at various concentrations (AA with 15% NaOH solution at 20%) compared to IA's, in addition to the thermal cracking which was also reproduced on the scale. Some of the products obtained in Semipilot Scale was submitted to distillation in Bench Scale to obtain fractions corresponding to the tracks: gasoline, kerosene, light diesel and heavy diesel. The RMN analysis of 13C, held on the heat crackings and diesel thermal catalytic with 15% Red Mud Calcined at 800 °C proves that they are basically formed from long chain fatty acids. Moreover, the GC-MS performed in the cut of gasoline range (40 °C- 175 °C) showed that the three gasolines analyzed showed the formation of paraffinic hydrocarbons, olefinic and naphthenic.