Estudo de estratégias de simulação do modelo dinâmico do reator de hidrotratamento a parâmetros distribuídos

Abstract

Em consequência das crescentes restrições ambientais e a demanda por produtos de qualidade, o processo de hidrotratamento tem sofrido mudanças nas suas condições operacionais a fim de reduzir o teor de impurezas, tais como enxofre, nitrogênio e metais, nas correntes de petróleo ao nível desejado. Neste contexto, o estudo da modelagem e simulação de reatores de HDT é essencial para a compreensão dos fenômenos envolvidos e para otimizar o desempenho do processo. Em particular, a implementação de modelos dinâmicos é útil para estabelecer estratégias de controle durante situações como paradas ou distúrbios na alimentação. Este trabalho visa avaliar diferentes estratégias de simulação aplicadas a um modelo dinâmico, heterogêneo e unidimensional para um reator trickle-bed de HDT previamente empregado por Abbasi e Fatemi (2009), a saber: a aplicação do método das linhas para discretização do espaço em conjunto com diferentes integradores numéricos. A implementação e simulação do modelo foi realizada em linguagem Python e os integradores considerados foram: o método BDF, o método de Adams-Moulton, os métodos de Dormand-Prince de ordem 4(5) e ordem 8(5,3). A influência das aproximações por diferenças finitas para derivadas de primeira e segunda ordem também foi estudada. Obtiveram-se resultados condizentes com a literatura com relação ao comportamento dos perfis de concentração no reator e pode-se verificar um tempo computacional igual a 11.40 segundos para a discretização do espaço com a integração numérica do tempo realizada com o método BDF e aproximação de derivadas de primeira ordem por meio da fórmula das diferenças centradas, o que correspondeu a aproximadamente um tempo dispendido 28 vezes menor que os demais métodos testados.