Avaliação exergética de um ciclo de refrigeração de etileno, aplicada a uma metodologia para o acompanhamento de processos

Abstract

O processo de produção de olefinas leves a partir do craqueamento seletivo com vapor é intensivo em consumo de energia e os ciclos de refrigeração de etileno e propeno compõem uma parte fundamental no processo produtivo. Este trabalho tem como objetivo principal identificar oportunidades de redução do consumo de energia de um ciclo de refrigeração de etileno, através de uma avaliação termodinâmica baseada no conceito de exergia. A avaliação realizada mostrou que a quantidade de irreversibilidades geradas pelo ciclo em operação está 22% acima do previsto pelo projeto, o que representa uma eficiência exergética 14% menor. Foram identificadas duas causas principais para a menor eficiência em operação: uma menor eficiência politrópica do compressor refrigerante; e a necessidade de operar de forma constante com uma vazão de reciclo para o primeiro estágio para garantir a confiabilidade do compressor, após um usuário do ciclo ter sido retirado de operação. Existe um potencial de redução de 0,17 Gcal/h no consumo de energia do ciclo, que mesmo não sendo uma redução expressiva frente a potência total do compressor, recomenda-se a implementação das melhorias identificadas, sendo elas: recuperação da eficiência do compressor refrigerante por meio da realização da manutenção do mesmo e otimizar a distribuição da vazão entre as válvulas de reciclo do primeiro estágio. Adicionalmente, foram propostos indicadores para auxiliar na gestão operacional de ciclos de refrigeração, bem como uma metodologia para determinação dos mesmos com base na instrumentação tipicamente disponível neste tipo de processo. A expectativa é de que estes indicadores embasem o desenvolvimento do acompanhamento de processo de ciclos de refrigeração, sendo esperado um aprimoramento contínuo do mesmo, levando em conta as particularidades existentes em cada processo.

ABSTRACT:

The production of light olefins from selective steam cracking is an energy intensive process, and the ethylene and propylene refrigeration cycles are a key part of the production process. The main objective of this work is identify opportunities for energy savings in an ethylene refrigeration cycle, through a thermodynamic evaluation based on the exergy concept. The evaluation showed that the amount of irreversibility’s generated during the current operation is 22% higher than predicted by the project, which represents an 14% lower exergetic efficiency. Two main causes were identified for the lower operational efficiency: a lower polytropic efficiency of the refrigerant compressor and the need to operate with a continuous recycle to the first stage, in order to ensure the reliability of the compressor after a main user was removed from operation. There is a potential of savings of 0,17 Gcal/h in energy consumption. Although it is not an expressive reduction, compared to the compressor total power, the implementation of the identified improvements is recommended, such as: recovery of the compressor efficiency, through the equipment maintenance and the optimization of the flow distribution between the first stage recycle valves. Additionally, key performance indicators were proposed to assist in the operational management of refrigeration cycles, as well as the methodology for determining these indicators based on the typically available instrumentation. Is expected that that these indicators can compose the base to develop the process management of refrigeration cycles, which shall be continuously improved taking into account the existing particularities in each process.