Avaliação termodinâmica de alternativas de tratamento de resíduos de borra de petróleo a partir da gaseificação

GONZALEZ, Aldemar Martinez

dc.creator	GONZALEZ, Aldemar Martinez
dc.date.issued	2019-05-10
dc.identifier.uri	https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2360
dc.description.abstract	In this study, gasification of oil sludge (OS) from crude oil refinery process has been investigated. Gasification process was simulated by Aspen-Hysys® (v.8.6) tools to evaluate the possibilities of hydrogen-enriched syngas production and its potential use in thermochemical conversion process. Five cases of study were evaluated in order to valorize OS wastes from oil refining. These cases include hydrogen production from syngas reforming and its potential use in the diesel oil hydrodesulphurization process (Case 1), synthetic liquid fuels production (Case 2), power electric generation (Case 3), ammonia (Case 4) and methanol (Case 5) production. Simulation of OS gasification process was carried out considering a kinetic model for main chemical reaction rate, according to OS compounds. Air and superheated steam mixtures were used as gasifying agents and its influence over gasification temperature, gas yield, chemical composition and heating value of gas, ash specific production, hot and cold gasification efficiencies were evaluated. Results from simulation work showed that OS thermochemical conversion require an operational temperature of gasifier above 1300 °C in order to ensure high conversion (> 90%) of heavy hydrocarbons content in OS waste. Thermal energy requirement for gasification was estimated between 0,80 and 1,25 kWh/kg OS, considering equivalence ratio (ER) and steam/oil sludge (SOS) ratio between 0,25-0,37 and 0,20-1,50 kg steam/kg OS, respectively. Specific gas yield from OS gasification between 2,14 and 3,34 Nm3/kg OS is expected, with hydrogen molar composition of about 10-25,0 mol%, indicating that a specific hydrogen production in the range of 0,21-0,84 Nm3 H2/kg OS gasified could be obtained as syngas reforming is reformed. Furthermore, a lower heating value (LHV) of produced gas in the range of 7,0-11,1 MJ/Nm3 was achieved, while ash production ranged between 0,10 and 0,17 kg ash/kg OS. For Case 1, hydrogen potential production was found to be 1,87 Nm3/kg OS, indicating that 28% of total hydrogen required for diesel oil hydrodesulphurization process could be replaced by hydrogen from OS gasification. For Case 2 and Case 3, a specific production of synthetic liquid fuels and electricity index close to 0,48 L/kg OS and 1,54 kWh/kg OS were calculated, respectively. Likewise, for Case 4 and Case 5, simulation results showed a synthetic ammonia and methanol production of about 1,41 L NH3/kg OS and 1,61 L CH3OH/kg OS, respectively. Finally, the five cases analyzed in this work represent promising technological alternatives to treatment and environmental management of OS wastes from crude oil refinery and its energetic added value before final disposal.	pt_BR
dc.description.sponsorship	Agência 1	pt_BR
dc.language	por	pt_BR
dc.publisher	Universidade Federal de Itajubá	pt_BR
dc.rights	Acesso Aberto	pt_BR
dc.subject	Borra de petróleo	pt_BR
dc.subject	Gaseificação	pt_BR
dc.subject	Gás de síntese	pt_BR
dc.subject	Hidrogênio	pt_BR
dc.subject	Óleo diesel	pt_BR
dc.subject	Hidrodessulfurização	pt_BR
dc.title	Avaliação termodinâmica de alternativas de tratamento de resíduos de borra de petróleo a partir da gaseificação	pt_BR
dc.type	Tese	pt_BR
dc.date.available	2021-03-25
dc.date.available	2021-03-25T17:50:28Z
dc.date.accessioned	2021-03-25T17:50:28Z
dc.creator.Lattes	http://lattes.cnpq.br/9367480829470010	pt_BR
dc.contributor.advisor1	LORA, Electo Eduardo Silva
dc.contributor.advisor1Lattes	http://lattes.cnpq.br/5479717772667720	pt_BR
dc.contributor.advisor-co1	PALACIO, José Carlos Escobar
dc.contributor.advisor-co1Lattes	http://lattes.cnpq.br/1472037977658347	pt_BR
dc.description.resumo	Este trabalho apresenta o estudo da gaseificação de borra oleosa (BO) de petróleo derivada do processo de refino de petróleo. O processo de gaseificação foi modelado mediante o software Aspen-Hysys® (v.8.6), a fim de avaliar a produção de gás de síntese rico em H2 e seu potencial uso em processos de conversão termoquímica. Assim, foram considerados cinco casos de estudo para valorizar os resíduos do BO de petróleo, os quais incluem a produção de hidrogênio a partir da reforma do gás de síntese e seu potencial uso no processo de hidrodessulfurização do óleo diesel (Caso 1), produção de combustíveis líquidos sintéticos (Caso 2), geração de energia elétrica (Caso 3), produção de amônia (Caso 4) e metanol (Caso 5), principalmente. A simulação do processo de gaseificação de BO baseia-se em modelos cinéticos para a velocidade de reação química dos principais compostos da BO. Também, foram utilizadas misturas ar e vapor superaquecido como agentes de gaseificação, visando sua influência na temperatura de gaseificação, rendimento do gás, composição química e conteúdo energético do gás, produção específica de cinzas e eficiência de gaseificação a quente e frio. Os resultados da simulação mostraram que a conversão termoquímica da BO de petróleo requer de uma temperatura de operação do gaseificador acima de 1300°C, a fim de garantir uma alta conversão (> 90%) dos hidrocarbonetos presentes. O requerimento de energia térmica para a gaseificação foi estimado entre 0,80 e 1,25 kWh/kg BO, considerando uma razão de equivalência (ER) e uma razão vapor/borra (SB) entre 0,25-0,37 e 0,20-1,50 kg de vapor/kg BO, respectivamente. O índice específico de gás síntese obtido variou na faixa de 2,14-3,34 Nm3/kg BO, com uma composição molar de H2 em torno de 10-25%, o que por sua vez indica uma produção específica de hidrogênio na faixa de 0,21-0,84 Nm3 H2/kg BO gaseificado. Entretanto, o poder calorífico inferior do gás produzido (PCI) variou na faixa de 7,0 e 11,1 MJ/Nm3, enquanto a produção de cinzas oscilou entre 0,10 e 0,17 kg/kg BO. Para o Caso 1, observou-se que uma produção potencial de H2 em torno de 1,87 Nm3/kg BO poderia ser obtida conforme o gás de síntese é reformado, indicando que aproximadamente 28% do H2 total requerido no processo de hidrodessulfurização do óleo diesel pode ser substituído pelo H2 derivado do processo de gaseificação de resíduos de BO de petróleo. Para os Casos 2 e 3, uma produção específica de combustíveis líquidos sintéticos e um índice de geração de eletricidade em torno de 0,48 L/kg BO e 1,54 kWh/kg BO foram obtidos, respectivamente. Com relação, aos Casos 4 e 5, uma produção de amônia e metanol sintético de aproximadamente de 1,41 L NH3/kg BO e 1,61 L CH3OH/kg BO foi calculada, respectivamente. Finalmente, os casos de estudo analisados em este trabalho representam cinco alternativas tecnológicas promissoras para o tratamento e gestão ambiental dos resíduos BO procedentes do refino de petróleo e sua valorização energética antes da disposição final.	pt_BR
dc.publisher.country	Brasil	pt_BR
dc.publisher.department	IEM - Instituto de Engenharia Mecânica	pt_BR
dc.publisher.program	Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica	pt_BR
dc.publisher.initials	UNIFEI	pt_BR
dc.subject.cnpq	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA	pt_BR
dc.relation.references	GONZALEZ, Aldemar Martinez. Avaliação termodinâmica de alternativas de tratamento de resíduos de borra de petróleo a partir da gaseificação. 2019. 245 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2019.	pt_BR