Estudo de parâmetros de um projeto de reator eletrocinético para a recuperação de vanádio a partir de catalisadores provenientes da unidade de FCC

Abstract

Resumo: Os processos de refino de petróleo vêm sendo constantemente aprimorados com o objetivo de transformar frações pesadas do petróleo em frações mais leves e de maior valor agregado. Porém, devido a este avanço tecnológico, a indústria petroquímica tem gerado uma grande quantidade de resíduo. O resíduo que provém do processo de craqueamento catalítico de leito fluidizado é composto em sua íntegra pelo catalisador desativado que foi utilizado neste processo e que apresenta em sua composição química basicamente tetraedros de sílica e alumínio, terras raras, além de uma quantidade apreciável de níquel e vanádio oriundos do petróleo. Um dos principais contribuintes para a desativação do catalisador é o vanádio, pois este é ativo nas reações de desidrogenação, causando desta forma, o aumento na produção de coque. Desta forma, este trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho da técnica de remediação eletrocinética para remoção de vanádio presente em catalisadores desativados utilizando um reator de leito fixo, promovendo assim, um aumento no ciclo de vida do catalisador. Neste trabalho foram avaliados parâmetros como concentração do eletrólito ácido sulfúrico e potencial aplicado, a fim de se determinar uma função resposta para o percentual de remoção do elemento de interesse. Em função da inexistência de modelos matemáticos que se adaptem ao sistema e de sua complexidade, optou-se pela utilização de técnicas estatísticas, o planejamento fatorial 2k com ponto central, para a obtenção das respostas desejadas. O ajuste da função foi realizado pelo método dos mínimos quadrados, sendo a significância dos coeficientes avaliada pelo teste t de Student. A qualidade da correlação ajustada foi verificada por meio do coeficiente de correlação múltipla ao quadrado (R2), teste F e análise de resíduos. Maior eficiência de remoção de vanádio foi observada, de maneira geral, em experimentos com maior valor de potencial aplicado associado a uma maior concentração de eletrólito e consequentemente menor valor de pH ao longo do tempo, resultando em um aumento de corrente durante experimento. A melhor condição de operação neste trabalho foi obtida quando se trabalhou com uma concentração de ácido sulfúrico de 1 mol.L-1 e potencial de 11 V.

Abstract: The oil refining processes have been constantly improved in order to transform heavy oil fractions into lighter fractions and higher added value. However, due to this technological advancement, the petrochemical industry has generated a lot of waste. The residue that comes from a fluidized bed catalytic cracking process consists in its entirety catalyst which has been deactivated by use in this process and which has in its chemical composition mainly tetrahedrons of silica and aluminum, rare earths as well as an appreciable amount of nickel and vanadium from oil. A major contributor to catalyst deactivation is vanadium, it is active in dehydrogenation reactions, thereby causing the increase in coke production. Thus, this study was aimed to evaluate the performance of the electrokinetic remediation technique for the removal of vanadium present in deactivated catalysts using a particulate bed reactor, thus promoting an increase in the catalyst life cycle. This study evaluated parameters such as concentration of the sulfuric acid electrolyte and applied potential in order to determine a response function to obtain the percentage of removal of the elements of interest. Because of the absence of mathematical models that adapt to the system and its complexity, we opted for the use of statistical techniques, the 2k factorial design with central point, to obtain the desired responses. The function of the adjustment was made by the method of least squares, and the significance of the coefficients assessed by Student's t test. The quality of the adjusted correlation was verified by the multiple correlation coefficient squared (R2), F test and residual analysis. Higher vanadium removal percentage was observed, in general, in experiments with higher applied potential value associated with a higher concentration of electrolyte and hence lower pH over time resulting in an increased current during the experiment. The best operating conditions of this study was obtained when working with a sulfuric acid concentration of 1 mol.L-1 and 11 V potential.