Procede-se a avaliação do cenário filtro-reator, sob o aspecto dinâmico, considerando o instante zero, aquele em que se insere a operação de filtração a montante do reator. As características do sistema são consideradas sob os aspectos a seguir descritos.
(a) Vazão do petróleo na alimentação do reator de leito gotejante.
No decorrer da operação, a vazão do óleo e do gás devem ser mantidas na alimentação do reator, nas condições da relação gás/líquido, garantindo a manutenção da produção de
óleo sem enxofre na saída do sistema. Para tanto, a passagem do óleo no filtro deve garantir que a vazão deste liquido seja mantida a mesma, alimentando o reator. O fluido bruto com compostos de enxofre (ÓLEO-S), com a corrente à temperatura constante, deve conservar sua vazão (m3/h), sendo bombeado sob elevada pressão, e tendo-se garantia de
sua passagem pelo filtro e pelo leito poroso do reator de leito gotejante mantido sob pressão do gás.
No instante zero, quando a operação de filtração é inserida, se estabelece uma relação entre a vazão de entrada do reator ( ) e vazão de saída do filtro ( ), enquanto mantidas a temperatura e pressão na entrada do reator.
≈ , considerando Pr, Tr=CTE
Efeitos de adsorção sobre os sítios catalíticos e incrustações por acúmulo de finos, influenciadores da desativação do catalisador no leito do reator, também estão condicionados ao funcionamento da operação de filtração na linha de alimentação.
(b) Perda de carga no filtro da alimentação.
Na operação que se refere ao filtro, se procede o monitoramento da perda de carga entre suas entrada e saída (ΔPF), a qual deve evoluir crescendo, em razão da retenção das
impurezas. Assumindo-se esta evolução, a vazão do óleo pós-filtro deve ser mantida para garantir a alimentação do reator. Admite-se que em faixas superiores de perda de carga do filtro, parte das impurezas não sejam retidas, passando para o reator com a alimentação do óleo.
(c) Conversão do óleo com enxofre no reator.
A repercussão advinda dos efeitos citados nos itens (a) e (b) ocorre sobre a eficiência de processamento da dessulfurização no reator. A redução da atividade do leito catalítico pode ser quantificada pelas evoluções decrescentes da conversão do óleo com enxofre em óleo sem enxofre (XÓLEO-S = f(t)) e do rendimento do óleo sem enxofre (RÓLEO
= f(t)). De modo físico operacional as incrustações intersticiais promovem elevação crescente da perda de carga no reator (ΔPR = f(t)) desde a entrada do leito até à saída
deste.
(d) Operação do filtro.
Durante a operação referente ao filtro, podem ser destacadas as seguintes situações:
Na passagem pelo filtro o escoamento deve vencer uma crescente perda de carga, de modo a garantir a vazão de alimentação do reator;
Em faixas superiores de perda de carga no filtro é possível que se tenha redução temporária da vazão de saída do filtro o que faz diminuir a vazão de alimentação do reator;
Nestas faixas superiores de perda de carga no filtro, quando este já não retém de forma eficiente as impurezas, o catalisador do leito do reator as recebe em quantidades maiores, estando sujeito a desativações, que ao mesmo tempo se iniciam e se propagam como incrustações no leito catalítico.
(e) Operação do reator
Ao mesmo tempo, durante a operação no reator, são identificadas:
Flutuações com elevação da conversão do óleo e redução dos níveis de enxofre no óleo de saída do reator, mas com mais baixas produções em razão de possíveis diminuições da vazão de alimentação provocadas pelas altas perdas de carga no filtro;
Decrescimento da conversão do óleo alimentado e do rendimento em óleo sem enxofre, devido à desativação crescente do catalisador, por efeito de entrada de impurezas não retidas pelo filtro em período final de utilização;
Elevação crescente de perda de carga no leito catalítico do reator por causa de incrustações nos interstícios entre os pellets provocadas pela chegada de particulados não retidos no filtro em período final de utilização.
(f) Quantificação das variáveis operacionais do processo com filtração.
Os dados operacionais do processo HDS do petróleo monitorados no filtro são a vazão da fase líquida petróleo (Q), a temperatura (T) e a pressão (P) na entrada e saída do filtro. Os dados de pressão permitem a quantificação do diferencial de pressão (ΔPF) ou perda
de carga no leito do filtro.
A perda de carga do filtro varia em função do tempo, considerando a variação da porosidade ( ) do elemento filtrante, devido a retenções de contaminantes, segundo a qualidade de carga do óleo. Deste modo, escreve-se:
= ( , ), sendo = ( ) (3.1)
A perda de carga ( ) pode ser fornecida pela correlação de Ergun (1952) (Equação 2.2) que incorpora os efeitos viscosos, de estrutura do leito poroso e devidos perdas de energia sofrida pelo fluido.
A viscosidade ( ) e a massa específica ( ) do petróleo, e o diâmetro de partícula ( ) dos constituintes do leito do filtro são fornecidos pelas características do sistema de operação do processo HDS, enquanto a velocidade intersticial do fluido no filtro ( ) pode ser calculada através da relação = ⁄ , sendo o comprimento do filtro ( ) definido como um percentual do comprimento do reator.
A construção do cenário dinâmico sob avaliação foi realizada caracterizando a referida variação da porosidade em faixas de valores, sob um domínio fracionário, considerando que há crescimento da obstrução do filtro com o tempo, e em consequência a porosidade evolui em diminuição.
Na Figura 3.5 está apresentada a dinâmica acima indicada em três instantes distintos. No instante zero, a operação de filtração é iniciada. Na sequência, ao longo do tempo, devido ao início da obstrução do filtro corre o decrescimento da porosidade, em consequência a perda de carga evolui aumentando, até o alcance de um limite superior, caracterizado como um valor que compromete o equipamento. Neste instante, denominado t1, uma diminuição da vazão de entrada no filtro, ocasiona a diminuição da
perda de carga, no entanto a porosidade continua decrescendo, até que o limite seja novamente alcançado.
No próximo instante, denominado t2, mais uma redução na vazão é
operacionalizada e um terceiro ciclo é alcançado, até que o limite de vazão mínima também seja alcançado. No momento, t3, a limpeza do filtro é operacionalizada. Assim,
Figura 3.5 - Comportamento dinâmico do sistema de filtração e interação com o processo catalítico. (a) Perda de carga no filtro, (b) porosidade do filtro, (c) velocidade do fluido líquido