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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-0844-0014
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Separação de finos de coque por hidrociclonagem
Alternate title (s): Separation of petcoke fines by hydrocycloning
Author: Silva, Marcus Bruno Fernandes
First Advisor: Duarte, Claudio Roberto
Second Counselor: Ataíde, Carlos Henrique
First member of the Committee: Malagoni, Ricardo Amâncio
Second member of the Committee: Santana, Ricardo Corrêa de
Third member of the Committee: Bicalho, Isabele Cristina
Summary: Nas Unidades de Coqueamento Retardado das refinarias, o processo de craqueamento térmico de resíduos resulta na formação de um produto final sólido denominado coque verde de petróleo, que é removido por meio de cortes causados por jatos de água em alta pressão. Estes cortes produzem uma ampla faixa granulométrica de sólidos, que vão desde partículas finas até pedras. O coque é separado da água para venda, e o restante da água com resíduos de sólidos, os finos de coque, é clarificada e reutilizada na refinaria. Este processo de separação geralmente acontece por decantação com um tempo de residência relativamente alto. Nos casos de aumento da capacidade das unidades, este processo deixa de ser eficiente, ocorrendo um aumento da concentração de finos de coque na água clarificada, e, consequentemente, gerando problemas de erosão e corrosão. Assim, é necessária a análise de alternativas para o processo de separação, e o estudo da aplicação de hidrociclones se destaca, uma vez que são equipamentos simples, de fácil operação e robustos, sendo amplamente utilizados na indústria. Isto posto, o presente trabalho teve como objetivo estudar a hidrociclonagem como processo físico de separação de finos de coque da água. Para isto, o coque verde de petróleo foi caracterizado e dois hidrociclones não convencionais foram desenvolvidos para a realização dessa separação: os hidrociclones possuíam duas seções cônicas, e em um deles havia uma rampa de alimentação com inclinação de 11º. Avaliou-se, experimentalmente, o desempenho destes dois equipamentos juntamente com um terceiro hidrociclone convencional de menor tamanho. Um planejamento experimental fatorial (32) foi executado para cada hidrociclone, e a partir dos resultados, determinou-se modelos matemáticos empíricos capazes de descreverem a capacidade dos equipamentos, a eficiência total e a razão de líquido em função da concentração de sólidos da suspensão alimentada e da queda de pressão no equipamento. Verificou-se que os hidrociclones não convencionais propostos apresentaram maiores capacidades, razões de líquido e eficiências de separação do que o mini-hidrociclone convencional. As eficiências médias obtidas pelos dois hidrociclones foram superiores a 92%, enquanto que a eficiência no mini-hidrociclone foi de no máximo 89%. Relacionando os dois equipamentos propostos, verificou-se que a presença da rampa de alimentação promoveu uma redução na queda de pressão e um leve aumento na eficiência total de separação. Comparando os resultados obtidos com dados de separação de finos de coque por decantação, fornecidos pela refinaria, constatou-se neste estudo que em concentrações baixas os hidrociclones propostos são alternativas viáveis para clarificar a água, com a vantagem de maior capacidade de processamento da suspensão.
Abstract: In the delayed coking process, a thermal cracking process of residues results in the formation of a solid final product called petroleum coke (or petcoke), which is removed through cuts caused by high-pressure water jets. These cuts produce a wide range of solids, ranging from fine particles to stones. The petcoke is separated from the water for sale, and the rest of the water with solid residues, the petcoke fines, is clarified and reused in the refinery. This separation process usually happens by sedimentation with a relatively high residence time. In cases where the capacity of the units is increased, this process is no longer efficient, causing an increase in the concentration of petcoke fines in the clarified water, and, consequently, generating erosion and corrosion problems. Thus, it is necessary to analyze alternatives for the separation process, and the study of the application of hydrocyclones stands out, since they are simple, easy-to-operate and robust equipments, being widely used in industry. That said, this work aimed to study hydrocycloning as a physical process for separating petcoke fines from water. For this, petroleum coke was characterized and two non-conventional hydrocyclones were developed to carry out this separation: the hydrocyclones had two conical sections, and in one of them there was a feed ramp with an 11º inclination. The performance of these two equipments together with a third smaller conventional hydrocyclone was evaluated experimentally. A factorial experimental design (32) was performed for each hydrocyclone, and from the results, empirical mathematical models were developed, capable of describing the equipment capacity, the total efficiency and the split ratio as a function of the solids concentration of the fed suspension. and the pressure drop in the equipment. It was found that the proposed non-conventional hydrocyclones had higher capacities, split ratios and separation efficiencies than the conventional mini-hydrocyclone. The average efficiencies obtained by the two hydrocyclones were above 92%, while the efficiency in the mini-hydrocyclone was at most 89%. Relating the two proposed equipments, it was verified that the presence of the feed ramp promoted a reduction in the pressure drop and a slight increase in the total separation efficiency. Comparing the results obtained with data on the separation of petcoke fines by sedimentation, provided by the refinery, it was found in this study that at low concentrations the proposed hydrocyclones are viable alternatives to clarify the water, with the advantage of greater suspension processing capacity.
Keywords: Hidrociclone
Coque de petróleo
Planejamento de experimentos
Separação sólido-líquido
Hydrocyclone
Petroleum coke
Experimental design
Solid-liquid separation
Engenharia química
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES DE SEPARACAO E MISTURA
Subject: Engenharia Química
Controle de Processos Químicos
Coque
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: SILVA, Marcus Bruno Fernandes. Separação de finos de coque por hidrociclonagem. 2021. 109 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.658.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.658
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33844
Date of defense: 9-Dec-2021
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