Efeito do tempo de exposição a uma atmosfera coqueificante na microestrutura e nas propriedades de um concreto refratário usado na indústria petroquímica

Abstract

Os concretos refratários usados em unidades de craqueamento catalítico fluidizado (UFCC) podem sofrer deterioração pela deposição de coque durante o processo de produção de hidrocarbonetos leves, ocasionando a diminuição do tempo de funcionamento do reator e conseqüente perda financeira para as petroquímicas. Diversos estudos foram feitos, porém nenhum deles aponta conclusivamente para a parcela que esta deposição tem na deterioração do concreto, permanecendo a dúvida se ele é o responsável pelos danos observados macroscopicamente no riser de uma UFCC. Este trabalho visou estudar o efeito do tempo de exposição a uma atmosfera coqueificante sobre um concreto refratário anti-erosivo, classe C, buscando identificar mudanças nas propriedades físicas e microestruturais que evidenciem o mecanismo de degradação e que possam fornecer subsídios para análises conclusivas acerca do entendimento do fenômeno. Para isso, prepararam-se amostras de um concreto usado industrialmente em UFCC, submetidas a um processo de coqueificação forçado em reator piloto. Fixou-se a temperatura e a taxa de aquecimento em 540 ºC e 50 ºC/h, respectivamente, variando-se os tempos de exposição ao gás propeno em 10, 60, 120, 240 e 480 h. Os corpos de prova tiveram suas microestruturas caracterizadas via microscopia ótica e eletrônica de varredura e suas fases por difração de raios X. Outros ensaios complementares foram necessários para o entendimento do fenômeno. Os resultados mostraram que a superfície e a microestrutura do material gradativamente se impregnam de coque, que preenche os poros, as microtrincas e as trincas. Não foram encontradas evidências de microtrincamento em torno dos poros da matriz do concreto preenchidos com coque, porém os agregados apresentam algum tipo de deterioração com o tempo de exposição ao propeno, não necessariamente causados diretamente pelo coque.

A study about the contribution of the α-β phase transition of quartz to thermal cycle damage of a refractory used in fluidized catalytic cracking units

“…Those flaws could also be responsible for stress concentration, which could also facilitate the damage increase. Nevertheless, studies previously carried out [14] did not find enough evidences to prove that coke would be responsible for the damage in the refractory lining. What was in fact verified was that the concentration of coke increases the brittleness of the refractory [15], which could increase the chances of cracking and catastrophic propagation, when submitted to mechanical stresses.…”

“…At the end of each operational campaign in FCC-units, it is possible to observe the detachment of the refractory, spalling and cracking on a large scale [12,13], which are usually associated with the inevitable coke impregnation. Many possible explanations regarding the role played by the coke when it comes to the occurrence of flaws have been raised [1,13,14], however, there are only a few clarifying conclusions. The continuous coke deposition on the refractory could be the origin of a hydrostatic pressure from the pores to the matrix, causing the cracks.…”

“…7, Young's modulus presents a smaller value to what it initially shows due to the damage caused to the material along the cycle. The coke impregnation fills the pores and cracks, what have caused the increase in Young's modulus and the decrease in the amplitude of damping peaks [14].…”

Fracture energy evaluation of refractories in wedge splitting tests from notch opening displacements

“…In the following, NOD vs. CMOD histories are extracted from DIC analyses of two WSTs on an anti-erosive commercial refractory castable (grade DD40 [42][43][44]). This composition is one candidate to be applied in fluidized catalytic cracking units in petrochemical industries.…”

“…This composition is one candidate to be applied in fluidized catalytic cracking units in petrochemical industries. Coke impregnation may alter its microstructure [42] and affect its fracture energy [43]. If applied close to 570°C, temperature fluctuations can lead to quartz phase transformation and considerably damage the material [44].…”