Orientador: José Luz Silveira / Resumo: As maiores restrições ambientais impostas por autoridades de todo o mundo, no sentido de buscar a redução dos níveis de emissões de poluentes, bem como a crescente escassez de recursos minerais como o petróleo, impõe a alguns países a real necessidade de investir em novas tecnologias que melhor aproveitem os recursos disponíveis com menos agressão ao meio ambiente aliado a maior geração de receita. Nesse sentido a tecnologia IGCC – Integrated Gasification Combined Cycle é apresentada como uma possibilidade para atingir estes objetivos, inclusive para países como o Brasil que dispõe de grandes reservas petrolíferas e que tem a necessidade de aumentar a produção de insumos como hidrogênio, vapor e energia elétrica. Este trabalho apresenta uma breve revisão da bibliografia sobre o refino de petróleo, sobre a gaseificação dos resíduos provenientes do refino e sobre a tecnologia IGCC em seus aspectos gerais, abordando os principais componentes do sistema e como esta tecnologia pode ser utilizada em uma planta de refino. Na sequência, as aplicações da tecnologia IGCC são exemplificadas com três exemplos reais em funcionamento no mundo. A refinaria do vale do Paraíba é utilizada como estudo de caso para a implantação de uma planta IGCC, utilizando 100% do coque verde de petróleo produzido como matéria prima para a gaseificação, tendo como objetivo a produção exclusiva de energia elétrica para a geração de dividendos à refinaria. A análise termodinâmica da planta apresentou eficiênci... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The greater environmental restrictions imposed by authorities around the world, in the sense of seeking to reduce levels of pollutant emissions, as well as the growing scarcity of mineral resources such as oil, impose on some countries the real need to invest in new technologies that best utilize available resources with less aggression to the environment combined with greater revenue generation. In this sense the Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) technology is presented as a possibility to achieve these objectives, including for countries such as Brazil that has large oil reserves and that has the need to increase its production of inputs such as hydrogen, steam and electricity. This paper presents a brief review of the literature on oil refining, gasification of waste from refining and IGCC technology in its general aspects, addressing the main components of the system and how this technology can be used in a refining plant. Following, the applications of the IGCC technology are exemplified with three real examples in operation in the world. The Paraíba Valley Refinery is used as a case study for the implementation of an IGCC plant, using 100% of the Petcoke produced as a raw material for gasification, with the objective of producing exclusively electric energy for generation of dividends to the refinery. The thermodynamic analysis of the plant presented net efficiency in electricity production of 41,2% with a production capacity of 260 MW. The economic analysis... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T16:55:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fregolente_LeonardoVasconcelos_D.pdf: 1867297 bytes, checksum: 6a22c8c7c525474c0864d4df237dce16 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho, a técnica de planejamento de experimentos foi aplicada em diferentes estudos de otimização realizados na Refinaria de Paulínia (Replan). O trabalho abrange aplicações da técnica em escala laboratorial, em ferramenta computacional, até a utilização da técnica em diferentes plantas industriais. Os estudos de laboratórios consistiram na avaliação da dependência da lubricidade do diesel metropolitano em relação à sua composição e no desenvolvimento de uma nova metodologia para determinação do ponto de fulgor de frações leves de petróleo. Através de planejamentos fatoriais aplicados a um simulador do processo de coqueamento retardado (denominado DC-SIM), foram geradas equações polinomiais simples para a previsão de rendimentos dos produtos da unidade em sua etapa reacional. Utilizando estas equações, curvas de nível foram obtidas, as quais auxiliam na análise do comportamento da unidade frente a modificações nas condições de operação. Duas aplicações consistiram na realização de testes em plantas industriais. Primeiramente, utilizando planejamentos em dois níveis, foram levantados novos modelos para o controle avançado de uma torre de fracionamento de naftas através da realização de testes de identificação utilizando perturbações em degrau. A metodologia de planejamento de experimentos possibilitou uma análise multivariável do sistema. Finalmente, foram realizados experimentos seguindo planejamentos com configuração estrela para a maximização da recuperação de moléculas na faixa de destilação do GLP nas áreas de fracionamento de gases das duas unidades de coqueamento retardado da Replan. Por se tratar da maior refinaria de petróleo do país, sendo responsável por cerca de 20% da capacidade de refino no Brasil, a utilização de planejamentos fatoriais foi de fundamental importância para a viabilização de alguns testes em planta, já que reduz significativamente o número de experimentos necessários quando comparada à metodologia de avaliação de um fator por vez. Desta forma, o impacto dos testes na produção de derivados foi minimizado. Além disso, os resultados obtidos propiciaram um ganho econômico expressivo para a refinaria. / Abstract: In this work, experimental design technique was applied to different optimization studies, which were carried out in the Paulínia Refinery (Replan). The work covers applications of the technique in laboratorial scale, in computational tool, and the use of the technique in different industrial plants. The laboratory studies consisted in the evaluation of the dependence of the metropolitan diesel oil lubricity in relation to its composition and in the development of a new methodology to determine the flash point of light fractions of petroleum. Through factorial designs applied to a delayed coke simulator (named DC-SIM), simple polynomial equations were generated to predict the products yields of the unit in the reaction step. Using these equations, contour plots were obtained, which helped the analysis of the process response due to changes in the operating conditions. Two applications were done in industrial plants. First, using two level factorial designs, new models were adjusted to be used in the advanced control of a naphtha fractionation tower. The identification tests were carried out giving step disturbance in the manipulated variables. The experimental design methodology allowed a multivariable analysis of the system. Finally, experiments were done according to star configuration factorial designs in order to maximize the recovery of LPG molecules in the gases fractionating units of two delayed coke plants of Replan. Since Replan is the biggest oil refinery in Brazil, responsible for 20% of the national refining capacity, the use of factorial designs had a fundamental importance to allow the running of some tests in the plant. It reduces significantly the number of experiments, when it is compared to univariate methodology. Therefore, the impact of the tests in the production was minimized. Furthermore, the results provided very expressive financial earns / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T12:30:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maia_JulioPereira_M.pdf: 1976654 bytes, checksum: 7db1c6ceb65b53e42be6af7e578eb0f0 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Unidades de vácuo para destilação de petróleo são estudadas neste trabalho. A destilação a vácuo é empregada para frações pesadas do petróleo, com vastas aplicações em processamento de crus pesados e ultra-pesados, motivado pelas dificuldades em se processar estes crus a pressão atmosférica devido ao alto ponto de ebulição dos componentes em suas composições. Estes compostos podem ser facilmente decompostos se não forem destilados abaixo da pressão atmosférica. Os produtos obtidos desta unidade são usados como insumos para a Unidade de Craqueamento Catalítico (UCC). Adotaram-se dois tipos de crus neste trabalho. Estes crus foram estabelecidos e caracterizados em um ambiente de simulação. Diferentes blends dos óleos foram considerados. Como unidades de vácuo estão conectadas com unidades atmosféricas, ambas as unidades foram simuladas no estado estacionário. A unidade atmosférica foi simulada com os equipamentos auxiliares principais. Produtos da unidade atmosférica foram determinados, e procedimentos para ajustar as variáveis de sistema de forma a fazer com que os produtos estivessem especificados foram apresentados. O projeto convencional de unidade de vácuo para produção de combustíveis foi o adotado para a simulação. Procedimentos para auxiliar a convergência da simulação desta unidade foram desenvolvidos. Uma análise de sensitividade foi conduzida, analisando as principais variáveis do sistema. Baseado nisso, um procedimento de otimização no estado estacionário foi adotado, levando em consideração os limites de convergência determinados para a análise de sensitividade. O sistema foi convertido do estado estacionário para se realizar uma simulação dinâmica. A simulação dinâmica foi conduzida com mudanças no fluxo de alimentação da torre atmosférica. O estabelecimento desta plataforma de simulação e sua disponibilidade foram muito importantes, bem como os resultados da simulação, por não ser facilmente encontrado na literatura aberta. Mais ainda, a grande complexidade deste processo de separação faz com que seja útil para treinamento de operadores. / Abstract: Vacuum units for petroleum distillation are studied in this work. Vacuum distillation is employed for heavy petroleum fractions, with large applications on heavy and ultra-heavy crude processing, motivated by difficulties in processing these crudes at atmospheric pressure, due to the boiling range of the compounds in their compositions. These compounds would be easily decomposed if they were not distillated under atmospheric pressure. The products obtained from this unit are used as feedstock for Fluid Catalytic Cracking Unit (FCCU). Two different petroleum crudes were adopted in this work. These petroleum were established and characterized in a simulation environment. Different blends from the oils were considered. As vacuum units in petroleum plants are connected with atmospheric units, both units were simulated in steady state. The atmospheric unit was simulated with the main auxiliary equipment. Products from atmospheric unit were set, and a procedure to set system variables in order to make the products to meet specifications was presented. The conventional design vacuum unit for fuels production was set to be simulated. Procedures to aim convergence of the simulation of this unit were developed. A sensitivity analysis was carried out, analyzing the main variables of the system. Based on it, an optimization procedure in steady state was applied, taking into consideration the convergence bounds set for the sensitivity analysis. The system was converted from steady state to perform a dynamic simulation. The dynamic simulation was carried out with changes in the atmospheric feed flow rate. The establishment of this simulation platform and its availability were very important as well as the results of the simulation, since this is not easily found in the open literature. Moreover, the large complexity of this separation process makes it useful for operator training. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Martin Aznar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T08:47:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maduro_RaquelMoreira_D.pdf: 906016 bytes, checksum: 5bc8282b4c299005f8265541d2943d28 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A nafta reformada é um produto do refino do petróleo que contém compostos aromáticos e alifáticos de grande interesse industrial. Para separar estes componentes utiliza-se, em sua grande maioria, o processo de extração líquido-líquido. Os solventes mais utilizados, até o momento, são extratantes com alta pressão de vapor, que apresentam emissões prejudiciais para o meio ambiente e, consequentemente, para o ser humano. Por este motivo, existe uma tendência a substituir estes solventes por outros menos nocivos, como os líquidos iônicos, que são compostos químicos relativamente novos e que apresentam várias características únicas e importantes, como baixa pressão de vapor. Diante do exposto, o presente trabalho tem como objetivo principal estudar a capacidade dos líquidos iônicos hexafluorofosfato de 1-butil-3-metilimidazólio e hexafluorofosfato de 1-octil-3-metilimidazólio em separar os compostos alifáticos dos aromáticos em sistemas ternários em equilíbrio líquido-líquido. As técnicas analíticas empregadas para determinar dados experimentais de equilíbrio líquido-líquido em condições de pressão ambiente e temperatura constante (25 ºC) foram o método de cloud-point, densimetria, evaporação sob vácuo e espectrofotometria na região do ultravioleta. Primeiramente a metodologia foi validada através da reprodução dos dados do sistema butanol + benzeno + água reportados por Washburn e Strandskov (1944). Os resultados mostraram grande concordância com as composições da literatura, de modo que a metodologia pôde ser utilizada no decorrer do trabalho. Em seguida, o sistema ternário nonano + benzeno + [bmim][PF6], foi empregado para determinar os tempos de agitação e de repouso, os quais foram definidos, respectivamente, em 4 h e 20 h. À continuação, os diagramas ternários de cada sistema neste trabalho foram determinados, concluindo-se que as regiões heterogêneas são significativamente grandes, com exceção do sistema nonano + tolueno + [bmim][PF6]; isto significa que os líquidos iônicos em estudo são bons solventes para estes sistemas ternários. Por fim, os dados experimentais foram correlacionados através dos modelos moleculares NRTL e UNIQUAC para o cálculo do coeficiente de atividade. Os resultados foram considerados satisfatórios, observando-se que o modelo NRTL foi capaz de representar melhor os dados de equilíbrio dos sistemas estudados. / Abstract: The reformed naphtha is a product in petroleum refine that contains aromatics and aliphatic compounds of great industrial interest. In order to separate these components, the most used process is the liquid-liquid extraction. Currently, the most used solvents are high vapor pressure extractants, that produce gaseous emissions, prejudicial for the environmental and, consequently, for the human being. Therefore, there is a tendency to substitute these solvents for others less toxic, such as the ionic liquids, that are relatively new chemical compounds that show several important characteristics, such as an extremely low vapor pressure. On this basis, the present work has as main objective the study of the ability of the ionic liquids 1-butyl-3-mehylimidazolium hexafluorophosphate and 1-octil-3- methylimidazolium hexafluorophosphate to separate aliphatic from aromatic compounds in liquid-liquid equilibrium ternary systems. The methodology used to perform the experiments at atmospheric pressure and constant temperature (25 °C) include cloud point method, densimetry, vacuum evaporation and UV spectrophotometry. First, the methodology was validated by reproducing data for the system butanol + benzene + water, eported by Washburn and Strandskov (1944). The results showed a good agreement with the compositions in literature, so the methodology can be used in all the subsequent work. Later, the system nonane + benzene + [bmim]PF6] was used to determine the agitation and rest times, defined, respectively, as 4 h and 20 h. Next, the ternary diagrams of each system in the work were determined, concluding that the heterogeneous region are significantly large, except for the system nonane + toluene + [bmim]PF6]; this implies that the ionic liquids in study are good solvents for these ternary systems. Moreover, the experimental data were correlated through the molecular models NRTL and UNIQUAC for the activity coefficient. The results were satisfactory, observing that NRTL was able to represent better the equilibrium data of the studied systems. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T05:06:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiazMateus_FabianAndrey_M.pdf: 2380896 bytes, checksum: be3b7c2cb01810009ddbc674d0b696e6 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Neste trabalho é desenvolvida a modelagem matemática e a simulação computacional de um forno para processos de conversão térmica de frações pesadas de petróleo. O modelo cinético das reações de conversão é tomada de Sugaya (1993) a qual consta de uma reação irreversível de primeira ordem com 9 lumps reacionais e 24 pseudocomponentes. Os 24 pseudocomponentes são caracterizados e suas propriedades são calculadas mediante diferentes correlações e métodos encontrados na literatura. À medida que a carga avança pela tubulação do forno, a reação ocorre gerando quantidades maiores de componentes leves alterando as condições de fluxo como decorrência de alterações físico-químicas. Estes efeitos são levados em consideração na modelagem desenvolvida. O estado da mistura é verificado para cada passo de integração mediante a equação Soave Redlich Kwong. No caso de escoamento bifásico, as propriedades do líquido e do vapor são calculadas para determinar o regime de escoamento e calcular o Holdup. Este parâmetro permite estimar as propriedades de transporte, os coeficientes de transferência e a perda de carga. Inicialmente é simulada uma unidade piloto de craqueamento térmico. Esta unidade consta de uma serpentina aquecida isotermicamente, fato pelo qual só balanço de massa é integrado. O programa encontra as constantes cinéticas mediante um algoritmo Newton ¿ Raphson, cuja função objetivo é a diferença entre a conversão calculada e a conversão medida. Finalmente o forno industrial é simulado. Balanços de massa, momento, energia e temperatura de parede são integrados. Os resultados obtidos apresentam boa concordância com os dados do forno 23H ¿ 1 (Refinaria Presidente Bernardes, Cubatão) para craqueamento térmico. Deposição de coque na tubulação é avaliada para analisar o comportamento do processo. O programa desenvolvido permite o estudo do processo de craqueamento térmico para processos de conversão térmica como o coqueamento retardado e visco-redução. Novos parâmetros operacionais podem ser estudados, diferentes cargas e estratégias de controle podem ser simuladas e avaliadas com o software desenvolvido / Abstract: The mathematical modeling and the computational simulation of a process furnace for thermal conversion of heavy oil fractions is developed in this work. Kinetics of conversion reactions is from Sugaya (1993). It is based in a first order irreversible reaction with 9 lumps and 24 pseudocomponents. The 24 pseudocomponents are characterized and their properties calculated by different correlations and methods available in the literature. As walks through the furnace tubes, the feed, initially liquid, reacts generating light fractions and gas. The state of the mixture is checked for each integration step by a subroutine based on the Soave Redlich Kwong equation. When two phases are flowing, properties of the liquid and vapor are calculated to determine the flow regime and the holdup. This parameter allows to calculate the transport properties and the heat transfer and pressure drop coefficients. Initially, a thermal cracking pilot plant is simulated. This unit is formed by a reactor coil that is isothermally quenched; consequently, only mass balance is integrated. The program finds the kinetic constants by a Newton ¿ Raphson algorithm whose objective function is the difference between the calculated and measured conversion. Finally, an industrial furnace is simulated. Mass, momentum, wall temperature and energy balances are integrated. Results show good agreement whit the data reported from the industrial furnace 23-H-1 (Refinery Presidente Bernardes, Cubatão) for thermal cracking. Coke deposition in tubes is tested to analyze the performance of the process. The program developed in this work allows an insight study of thermal cracking processes such as delayed coking and visbreaking. New operational parameters, different feeds, control strategies and many other parameters can be studied. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Marcelo Pereira da Cunha, Joaquim Eugênio Abel Seabra / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T19:54:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Canto_SimoneTatianedo_M.pdf: 1446988 bytes, checksum: 3c884c3df852de562463eee9e45e87b2 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo avaliar os indicadores de energia e emissões de gases de efeito estufa (GEE) na cadeia produtiva da gasolina e do óleo diesel mineral no Brasil, com uso do modelo de insumo-produto monetário e híbrido, de modo a realizar, também, uma comparação entre os seus resultados. O ano base utilizado foi de 2009, ano mais recente possível de estimar a matriz de insumo-produto a partir dos dados divulgados pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Os modelos (monetário e híbrido) contêm 25 setores e 114 produtos; a técnica permite que sejam computados todos os efeitos diretos e indiretos envolvidos na cadeia produtiva dos setores avaliados. A base de dados usada consistiu, basicamente, nas tabelas de recursos e usos do IBGE (relativas ao ano de 2009), bem como na matriz consolidada relativa aos setores e produtos energéticos (também de 2009) do Balanço Energético Nacional (BEN), divulgado pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE). Os resultados obtidos com os dois modelos foram muito próximos, tanto para a gasolina quanto para o óleo diesel; em geral, os efeitos indiretos capturados no modelo híbrido foram um pouco maiores dado o maior encadeamento entre os setores energéticos quando as transações setorias entre estas atividades são computadas em unidades físicas. Com o uso do modelo híbrido, os principais resultados obtidos são de 1,201 ktep e 1,202 ktep de energia incorporados em cada 1 ktep de gasolina e óleo diesel, respectivamente; com relação às emissões de GEE, os indicadores encontrados são de 75,32 gCO2eq/MJ para a gasolina e 86,91 gCO2eq/MJ para o óleo diesel / Abstract: The goal of this study is to evaluate energy and GHG emissions indicators for gasoline and diesel oil in Brazil; the methodology chosen was the Input-Output (IO) Analysis. For this purpose, an economic IO model and a hybrid IO model were made to provide a comparison between them. The analysis considers 2009 as base year, because this is the most recent year which is possible to estimate the Brazilian input-output matrix from official data when the project started. Both models (economic and hybrid) have 25 sectors and 114 commodities; the approach allows all direct and indirect effects through production chain to be estimated. The main data collected and used to build the models were the use and make matrices (provided by The Brazilian Institute of Geography and Statistics ¿ IBGE) and the consolidated matrix with energy flows for primary and secondary energy sources (provided by The Brazilian Energy Research Company ¿ EPE). The results obtained with both models are very similar, considering gasoline as well as diesel oil; in general, the indirect effects captured by the hybrid model are a little bit higher due to the stronger linkage among the energy sectors when the transactions through these activities are accounted in physic (energy) units. From hybrid model, the main results are 1,201 toe and 1,202 toe embodied energy for 1 toe of gasoline and diesel oil, respectively; with respect to GHG emissions, the indicators are 75.32 gCO2eq/MJ to gasoline and 86.91 gCO2eq/MJ to diesel oil / Mestrado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Mestra em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T22:53:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vasconcelos_ClaudiaJovitaGarcia_D.pdf: 8017563 bytes, checksum: dec61d2c1c5b8497e070bd8166b7a606 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A otimização de processes em tempo real tem como objetivo o estudo de técnicas para a integração dos objetivos de controle aos interesses econômicos em aplicações industriais. Neste trabalho, o problema da otimização em tempo real foi abordado para um sistema complexo, com correntes de reciclo de massa e integração energética...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The goal of real-time processes optimization studies is the way to integrate control objectives and economic aspects. In this work, the real-time optimization problem was applied to a high complex system, including mass recycle streams and heat integration...Note: The complete abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Maria Izabel Maretti Silveira Bueno / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T14:39:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Henriques_ClaudeteBernardo_D.pdf: 9506603 bytes, checksum: 875e508c591361025ae37d3b9ac0f432 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Esta tese tem como objetivo apresentar um estudo detalhado para a caracterização de petróleos, tanto no âmbito do desenvolvimento de modelos capazes de prever propriedades físico-químicas clássicas, como também avaliar os fenômenos associados a instabilidades decorrentes de características químicas. Para alcançar este objetivo, duas ações foram executadas: (1) Obter a curva de destilação do ponto de ebulição verdadeiro (PEV) através de simulação, por espectrometria de espalhamento de raios-X (EERX) aliada ao algoritmo denominado máquina vetor de suporte (SVM), com o propósito de prever o rendimento do processo de refino, e (2) Caracterizar o petróleo em relação ao fenômeno de agregação dos asfaltenos, para assim possibilitar a previsão da qualidade do processo de refino. Foram avaliadas amostras de petróleos com propriedades distintas, com o intuito de fornecer amplitude e robustez ao estudo. A primeira abordagem foi à análise classificatória dos petróleos em relação às suas propriedades intrínsecas (teor de enxofre, Grau API e ponto de ebulição verdadeiro), com aplicação de métodos multivariados de classificação. Com estas classificações em mãos, foram desenvolvidos modelos para previsão da curva PEV e do Grau API, utilizando o algoritmo SVM (segunda abordagem). Os dados tratados por meio deste algoritmo apresentaram um perfil de não linearidade. Os resultados obtidos para a caracterização das cargas a partir dos modelos não foram significativamente diferentes dos valores experimentais, permitindo o desenvolvimento de estudos computacionais usando o software comercial Petro-SIM®, para caracterização, aquisição das curvas das misturas de petróleos e, finalmente, previsão dos rendimentos dos cortes na simulação de uma torre de destilação atmosférica. A partir destes resultados, é muito importante ressaltar que, ao contrário da maioria das modelagens quimiométricas, um pequeno grupo de amostras foi necessário para o desenvolvimento do modelo (13 amostras). Vale também serem mencionadas a alta capacidade de previsão do modelo, a rápida e eficiente previsão de curvas PEV de amostras de petróleos puros, processados nas refinarias e, finalmente, a aplicação com sucesso destes modelos em simuladores de processo. A terceira abordagem do trabalho foi à avaliação dos aspectos relacionados à existência de formas coloidais dos asfaltenos, peptizados por resinas e dos efeitos relacionados à presença de outros solventes nos petróleos, que podem causar mudanças na cinética de floculação dos asfaltenos. A composição dos solventes (petróleos diluentes) e dos petróleos pesados foi correlacionada com os resultados do estudo cinético, obtido por meio da avaliação da transmitância por varredura óptica da camada de precipitação dos particulados e da floculação dos asfaltenos, como também por modelos dinâmicos. Para isto, foram elaboradas misturas de petróleos e observou-se que os efeitos associados ao fenômeno de agregação estão diretamente correlacionados com a composição dos petróleos, assim como com a presença de particulados nas misturas. A caracterização adequada dos constituintes de petróleo é uma informação indispensável para garantir o processamento adequado nas refinarias. A reprodução do cenário real do processo, por meio da simulação, foram promissores, mostrando que a caracterização da carga é possível ao se trabalhar com os modelos desenvolvidos, reforçando a relevância das técnicas aplicadas para descrição dos fenômenos químicos associados ao cenário de produção nacional / Abstract: This work aims to present a detailed study for petroleum characterization, through model developments able to preview physical chemical properties and also to evaluate the associate phenomena due to instability in current chemical characteristics. For this purpose two actions were executed: (1) To obtain the curve true boiling point (TPB) through the simulation by spectrometry X-ray scattering (EERX) combined with the algorithm called support vector machine (SVM), in order to predict the yield of the refining process, and (2) to characterize the petroleum in respect to asphaltene aggregation phenomena, making possible the prediction of the quality of the refining process. For these purposes, the petroleum samples were evaluated with different properties, providing amplitute and robustness to the study. The first approach was the classificatory analisis of petroleum in relation to intrinsic properties (sulfur contents, API degrees and true boiling point curves) with application of classification multivariate methods. With these classifications in hands, models were developed to predict the TBP curve and API gravity, using the algorithm SVM (second approach). The data were processed by this algorithm, showing nonlinear profiles. The results for the blend characterization using the models were not significantly different from the experimental values, allowing the development of computational studies using the commercial software Petro-SIM® for characterization, acquisition of mixtures curves and finally, prediction of the cuts yield in the simulation of an atmospheric distillation tower. From these results, it is important to emphasize that a small group of samples was necessary for the model development (13 samples). It is also worth to mention the high predictive ability of the model, the rapid and efficient prediction of TBP curves of crude oil samples, processed in the refineries and finally, the successful application of these models in process simulators. The third approach of this work was to evaluate the aspects related to the existence of colloidal forms of asphaltenes, peptized by resins and of effects related to the presence of other solvents in oils, which can cause changes in the kinetics of flocculation of asphaltenes. The composition of solvents (thinner oil) and of heavy crude oils were correlated with the results of kinetic study, obtained by evaluating the transmittance for optical scanning of the layer of precipitation of particles and the flocculation of asphaltenes, but also by dynamic models. For this, petroleum mixtures were prepared and it was observed that the effects associated to aggregation phenomena are correlated with the petroleum composition as well as the particulate presence in mixtures. The adequate characterization of petroleum constituents is essential information to ensure proper processing in refineries. The reproduction of real scenario of the process, through the simulation, were promising, showing that the blend characterization is possible when working with these developed models, reinforcing the relevance of the techniques applied for describing the chemical phenomena associated with the setting of national production / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T06:44:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlvarezCastro_HelverCrispiniano_D.pdf: 5280150 bytes, checksum: 96fb29e2849d11c06890186cb8af2f51 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Conversão de matéria-prima e rendimento são estudados através de um modelo 3D que simula o principal reator do processo de craqueamento catalítico fluidizado (FCC). Fluidodinâmica computacional (CFD) é usada como técnica com abordagem Euleriana-Euleriana para prever o comportamento do riser da FCC. O modelo considera 12 grupos com desativação do catalisador dada por coque e envenenamento por nitritos alcalinas e adsorção aromático policíclico para estimar o comportamento cinético, o qual partindo de uma determinada matéria prima, se craquea a diversos produtos. Composições diferentes para matérias-primas foram consideradas. Para validação o modelo foi comparado com dados experimentais em condições de operação industrial. O modelo é capaz de representar com precisão a geração de produtos para as diferentes condições de operação consideradas. Todas as condições consideradas foram resolvidos usando o solver Ansys CFX 14.0. As diferentes variáveis do processo de operação e efeitos hidrodinâmicos do riser industrial de craqueamento catalítico fluidizado (FCC) foram avaliadas. As previsões do modelo são apresentados e comparadas; conversão e produtos são apresentados. Recomendações para criar condições para obter maior rendimento do produto no processo industrial foram dadas / Abstract: Feedstock conversion and yield products are studied through a 3D model simulating the main reactor of the fluid catalytic cracking (FCC) process. Computational Fluid Dynamic (CFD) is used with Eulerian-Eulerian approach to predict the fluid catalytic cracking behavior. The model considers 12 lumps with catalyst deactivation by coke and poisoning by alkaline nitrides and polycyclic aromatic adsorption to estimate the kinetic behavior which, starting from a given feedstock, produces several cracking products. Different feedstock compositions are considered. The model is compared with sampling data at industrial operation conditions. The simulation model is able to represent accurately the products behavior for the different operating conditions considered. All the conditions considered were solved using a solver Ansys CFX 14.0. The different operation process variables and hydrodynamic effects of the industrial riser of a fluid catalytic cracking (FCC) are evaluated. Predictions from the model are shown and comparison with experimental conversion and yields products are presented; recommendations are drawn to establish the conditions to obtain higher product yields in the industrial process / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química