Desafio
Na produção de diesel renovável (DR) e combustível de aviação sustentável (SAF), a incrustação no trocador de calor de processo é um desafio multifacetado decorrente de vários fatores, incluindo o acúmulo de contaminantes orgânicos e depósitos inorgânicos devido à matéria-prima desafiadora. A compreensão desses mecanismos complexos é crucial para a elaboração de estratégias de mitigação eficazes.
Esse produtor de DR precisava limpar os trocadores em média a cada 60 a 80 dias, o que representava perdas significativas de produção a cada vez que a usina era desligada. A Veolia propôs conduzir uma investigação completa do problema e implementar uma solução que reduzisse a incrustação e melhorasse a confiabilidade e o desempenho do processo.
Solução
A matéria-prima renovável composta processada através do trocador compreendia uma mistura de várias matérias-primas, incluindo óleo de soja e óleo de milho do destilador (DCO), junto a um fluxo de reciclagem. A matéria composta apresentou consistência pegajosa, semifluida e aparência física complexa em condições ambientais (Figura 1).
Primeiro, a Veolia fez uma caracterização detalhada da matéria composta usada na RDU e seus componentes para identificar parâmetros-chave que poderiam influenciar a incrustação nos trocadores de calor (Tabela 1). O óleo de soja e o DCO exibiram altos números de ácidos totais (TAN), enquanto a matéria composta apresentou um TAN relativamente baixo (51 mg KOH/g). Entretanto, a presença de carbonilas (68 mg/L) e o número moderado de bromo (8 g Br/100 g) sugerem potencial de incrustação devido à deposição de compostos orgânicos e à probabilidade de reações complexas, como polimerização e oxidação. O maior número de bromo no óleo de soja em comparação com o DCO, junto ao teor significativamente alto de carbonila do DCO (três vezes o da matéria composta), destaca as contribuições individuais de cada fonte para o potencial de incrustação da matéria composta. Além disso, o óleo de soja exibiu maiores níveis de sólidos filtráveis e metais, especificamente ferro, em comparação a outros fluxos, indicando seu potencial para incrustação inorgânica. Embora os sólidos e metais filtráveis na matéria composta não tenham sido excepcionalmente altos, sua presença pode ter um efeito catalítico nos processos de oxidação e polimerização.
Em segundo lugar, a Veolia fez uma análise de depósitos. Os elementos predominantes encontrados no depósito foram carbono, hidrogênio e oxigênio, conforme indicado na Tabela 3, sugerindo a presença de compostos orgânicos e grupos funcionais contendo oxigênio. Além disso, enxofre, fósforo, cálcio, potássio, sódio, cloro e outros metais estiveram presentes em menor quantidade, variando de 0,1% a 4%. Vale ressaltar que o enxofre pode existir em formas orgânicas e inorgânicas em processos de produção de combustíveis renováveis. A presença desses elementos sugere uma combinação de contaminantes orgânicos e depósitos inorgânicos que contribuem para a incrustação no trocador de calor.
Um procedimento de teste de tratamento foi projetado para avaliar a eficácia de diferentes químicas de dispersantes e inibidores de polimerização, denominados produtos A, B e C, usando uma bancada de teste de incrustação térmica. Esse aparelho de teste imita as condições de um trocador de calor, passando a amostra por um trocador de calor tipo casco e tubo, no qual uma haste de aquecimento serve como elemento de aquecimento. A deposição de incrustação ocorre na haste de aquecimento, reduzindo a transferência de calor medida por um declínio gradual na temperatura do fluido de saída (∆T). A eficácia da anti-incrustação é determinada pela média das quedas de temperatura de saída durante um período especificado e pela expressão da redução percentual na incrustação em relação a condições não tratadas.
A Figura 2 revela o acúmulo progressivo de incrustação e a redução da eficiência de transferência de calor das diferentes amostras tratadas e não tratadas. O produto A apresentou constantemente o menor aumento de ∆T entre as amostras tratadas, com uma redução média de 75% na incrustação.
Resultado
A Veolia comercializou o produto A como parte de sua linha de produtos Thermoflo* BIO para que fosse testado on-line na refinaria. Thermoflo BIO são produtos especializados para o processamento de biocombustíveis. Melhorias notáveis foram observadas no desempenho do trocador de calor nas semanas e meses seguintes. A RDU operou por mais de 340 dias sem nenhum desligamento associado à incrustação do trocador, enquanto a operação anterior exigia interrupções para limpezas a cada 30 a 80 dias. Embora tenha havido um desligamento durante o período de teste, como mostra a Figura 3, ele foi devido a uma atividade de manutenção não relacionada.
Ao evitar desligamentos trimestrais em um período de 12 meses, a melhoria da produtividade se traduziu em US$ 22 a 30 milhões de receita adicional. Além disso, a eliminação de cada limpeza do trocador economizou ao produtor cerca de US$ 40.000 em custos de manutenção.
