Fluidodinâmica computacional (CFD) aplicada ao escoamento bifásico líquido-gás do petróleo com base em um modelo cinético

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Valus, Maria Gorete, 1974-
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634779
Resumo: Orientadores: José Roberto Nunhez, Diener Volpin Ribeiro Fontoura
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spelling Fluidodinâmica computacional (CFD) aplicada ao escoamento bifásico líquido-gás do petróleo com base em um modelo cinéticoComputational fluid dynamics (CFD) applied to the petroleum liquid-gas two-phase flow based on a kinetic modelFluidodinâmica computacionalEscoamento bifásicoCoque de petroleoCinéticaGaseificaçãoComputational fluid dynamicsCoke formationTwo-phase flowKineticGas generationOrientadores: José Roberto Nunhez, Diener Volpin Ribeiro FontouraTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Os fornos são utilizados na indústria petroquímica para o preaquecimento do petróleo cru antes das operações de refino. Quando a carga flui dentro dos tubos do forno, ocorre o craqueamento térmico das frações de hidrocarbonetos que compõem o petróleo. Durante o processo de aquecimento, ocorre geração de frações mais leves de petróleo e a formação de coque. O coque adere às paredes dos tubos, reduzindo a área de fluxo e aumentando a perda de carga. Consequentemente, a transferência de calor é afetada. Durante o aquecimento e craqueamento térmico são gerados gases, formando um escoamento bifásico líquido-gás ao longo da tubulação. Neste trabalho foi avaliado o escoamento bifásico líquido-gás do petróleo (betume Athabasca) empregando uma rede cinética de craqueamento térmico. Considerou-se o modelo de vaporização representado pela taxa de geração de gases por meio da rede cinética de Köseoglu e Phillips (1988a) aplicada para descrever a formação de coque no interior dos tubos, constituída por pseudocomponentes de acordo com a classificação SARA, que descreve a cinética de craqueamento. Posteriormente, o modelo foi implementado no software da ANSYS CFX. As simulações consistiram em três condições diferentes de fluxos do petróleo na entrada do tubo e duas condições diferentes de temperatura na parede do tubo do forno. Em seguida, as alterações na concentração de coque em relação à velocidade de entrada foram avaliadas. Os resultados mostraram uma maior formação de coque a baixas velocidades e, considerando a variação das temperaturas na parede do forno, maiores concentrações de coque foram obtidas a 813 K. No entanto, a concentração considerando a temperatura foi menos pronunciada quando comparada com a temperatura pela velocidade de entrada. Concluiu-se que o modelo foi capaz de prever a formação de coque, a geração de gás e o craqueamento das frações SARAAbstract: Furnaces are used in the petrochemical industry for the preheating of petroleum prior to refining operations. When the petroleum flows inside the furnace tubes, the thermal cracking of the hydrocarbon fractions that make up the petroleum occurs. During the heating process, there is a generation of lighter oil fractions and the formation of coke. The latter adheres to the pipe walls, reducing the flow area and increasing the pressure drop. Consequently, the heat transfer is affected. During heating and thermal cracking, gases are generated by forming a liquid-gas two-phase flow along the pipe. In this work, the petroleum (Athabasca bitumen) liquid-gas two-phase flow was evaluated using a kinetic net of thermal cracking. The vaporization model represented by the rate of gas generation through Köseoglu and Phillips kinetic net (1988a) was considered. The latter is applied to describe the formation of the coke inside the tubes, which consists of pseudo-components according to the SARA classification that describes cracking kinetics. Subsequently, the model was implemented in ANSYS CFX software. The simulations considered three different conditions of incoming petroleum flow from the tube and two different temperature conditions on the furnace tube wall. Then, the changes in the coke concentration with respect to the velocity at the inlet were evaluated. The results showed a higher formation of coke at lower velocities and, when considering the variation of the temperatures in the furnace wall, higher coke concentrations were obtained at 813 K. However, the concentration considering the temperature was less pronounced when compared to the one influenced by the inlet velocity. It was concluded that the model was able to predict the coke formation, the gas generation and the cracking of SARA fractionsDoutoradoEngenharia QuímicaDoutora em Engenharia QuímicaCNPQ140006/2014-1PETROBRAS0050.0095095.15.9[s.n.]Nunhez, José Roberto, 1961-Fontoura, Diener Volpin RibeiroLisbôa, Antônio Carlos LuzCastilho, Guilherme José deJoaquim Junior, Celso FernandesSantos, Lucrécio Fábio dosUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASValus, Maria Gorete, 1974-20182018-08-21T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (123 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634779VALUS, Maria Gorete. Fluidodinâmica computacional (CFD) aplicada ao escoamento bifásico líquido-gás do petróleo com base em um modelo cinético. 2018. 1 recurso online (123 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634779. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1061732Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-05-12T12:04:50Zoai::1061732Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2021-05-12T12:04:50Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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