Livro Refino Petroleo

8/18/2019 Livro Refino Petroleo

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SUMÁRIO1.CONCEITOS FUNDAMENTAIS .................................................................................... 1

1.1.O QUE É UM PROCESSO? .................................................................................... 1 1.2.PROCESSOS QUÍMICOS .................................................................................... 1 1.3.PROCESSOS DESCONTÍNUOS ....................................................................... 1 1.4.PROCESSOS CONTÍNUOS ................................................................................ 2

1.5.PRINCIPAIS VARIÁVEIS DE PROCESSO ............................................................ 3

1.6.OPERAÇÕES E PROCESSOS UNITÁRIOS ................................................... 4 1.7.PROCESSOS QUÍMICOS REAIS - O REFINO DE PETRÓLEO.............. 5 1.8.PETRÓLEO E GÁS NATURAL- PRODUÇÃO, REFINO E

PETROQUÍMICA ..................................................................................................... 5

1.9.PROCESSOS DE REFINAÇÃO E AUXILIARES .......................................... 6 2.PROCESSOS DE SEPARAÇÃO .............................................................................. 6 2.1.DESTILAÇÕES ATMOSFÉR ICA E A VÁCUO .......................................... 6 2.2.SEÇÃO DE PRÉ-AQUECIMENTO E DESSALGAÇÃO ............................. 7 2.3. DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA ................................................................... 7 2.4. DESTILAÇÃO A VÁCUO ................................................................................... 9 2.5. DESASFALTAÇÃO A PROPANO ................................................................... 9 2.6. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL ................................................... 10 3. PROCESSOS DE CONVERSÃO ............................................................................ 11

3.1. PROCESSOS TÉRMICOS ............................................................................... 11 3.4. COQUEAMENTO RETARDADO .................................................................. 11

3.5 PROCESSOS CATALÍTICOS ........................................................................... 12 3.5.1 CRAQUEAMENTO CATALITICO ............................................................... 12 3.5.2. DESCRIÇÃO DO PROCESSO..................................................................... 12 3.5.3. REFORMA CATALÍTICA ........................................................................... 15 4. PROCESSOS DE ACABAMENTO ......................................................................... 15

4.1.HIDROPROCESSAMENTO.................................................................................. 15

4.2.HIDROTRATAMENTO (HDT) ....................................................................... 15 4.3.HIDROCRAQUEARNENTO (HCC) ................................................................ 16 4.4 GERAÇÃO DE HIDROGÊNIO ....................................................................... 16 4.5.TRATAMENTO DE ÁGUAS ACRES ............................................................... 16

4.6.TRATAMENTO COM AMINAS (MEA, DEA) ............................................ 17 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 18

RESPONSABILIDADE TÉCNICA ................................................................................... 19


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1.CONCEITOS FUNDAMENTAIS1.1.O QUE É UM PROCESSO?

Um processo é uma sequência de transformações que um ou mais

materiais sofrem a fim de se obter produtos. Há processos mais ou menossimples, como as manufaturas ou linhas de montagem, onde umequipamento ou substância é montado a partir da união de componentespré-fabricados. Nesse grupo se encaixam as indústrias de eletrônicos,automóveis, gráficas e outras. Os processos extrativos removem da naturezasubstâncias em estado bruto para posterior beneficiamento e utilização.Como exemplos, temos a extração de minérios e de água do solo. Osprocessos químicos envolvem alterações na composição química e/ou empropriedades físicas do substrato. Essas transformações podem serreversíveis ou não. Aí se encontra toda a indústria do petróleo, petroquímica,farmacêutica, siderúrgica, cimenteira e muitas outras.

1.2.PROCESSOS QUÍMICOS As indústrias de processamento químico têm como principal finalidade

transformar uma ou mais matérias-primas em substâncias de maior valoragregado, incluindo o tratamento de resíduos dessa atividade. Neste caso, aagregação de valor se dá indiretamente, pela eliminação de uma condiçãoindesejável.

1.3.PROCESSOS DESCONTÍNUOS Os primeiros processos químicos eram descontínuos, ou em

"batelada". Neste tipo de operação, a matéria-prima (carga) égeralmente inserida num reator, onde são acrescentados todos osreagentes necessários. São feitos então os necessários ajustes depressão e temperatura e, após determinado período, é obtido oproduto acabado. Este pode a seguir ser retirado do reator e aindapassar por algum beneficiamento, como filtração ou secagem.

Uma característica desses processos é que, a cada momento,estamos numa condição diferente da anterior. Outra maneira de dizerisso é que os processos descontínuos operam em regime transiente.Uma "batelada" ou "partida" é o lote de produto obtido após cada processamento descontinuo.

Hoje, este tipo de processo é comum em produções de pequenaescala. Nominalmente de substâncias de alto valor agregado, como naindústria chamada de química fina (fármacos, catalisadores,corantes, etc.). Esses produtos muitas vezes têm diferenças sutisque permitem sua produção num mesmo equipamento, mas ademanda por cada determinado tipo é pequena,

não justificando amaior escala.

Assim, percebemos que "Processos Físico-Químicos" seria um termomais apropriado. Manteremos o "Físico-" omitido por simplicidade etradição.


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1.4.PROCESSOS CONTÍNUOS Para a maior parte das operações de processamento, a operação

contínua ou em regime permanente é mais-

ou a única opção-viável. Um exemplo simples é a produção de vapor d'água com a

finalidade de acionar máquinas. Esse vapor precisa ser fornecidocontinua e uniformemente, caso contrário o movimento das máquinasserá instável. Outra e fundamental vantagem desse sistema é que,operando d a e noite, com paradas apenas para manutenção, a unidadeindustrial alcança maior produtividade e retorno mais rápido do capitalinvestido.

Caso pudéssemos observar através dos equipamentos, umafábrica operando em regime permanente apareceria aos nossos olhossempre iguais, como se o tempo não passasse. Ao mesmo tempo em

que a matéria-prima chega na unidade, temos produto saindo para o armazenamento. Importante ressaltar que esta condição vale paraquando a unidade se encontra estabilizada, ou "em reta". Nascondições de partida, parada ou emergência, a operação se dá em regime transiente. Para minimiza r estas situações, é feito uminvestimento pesado em controle de processo, a fim de manterconstantes as variáveis operacionais.

As indústrias químicas pesadas, como o refino de petróleo e a petroquímica,utilizam processos contínuos. Podem existir combinações de processoscontínuos e descontínuos, como na indústria siderúrgica, onde a redução noalto-fomo é contínua, mas a aciaria opera por bateladas.


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1.5.PRINCIPAIS VARIÁVEIS DE PROCESSOUm operador de processo, principalmente numa operação

continua, necessita manter sob controle uma enorme quantidadede variáveis. Essas variáveis quase são do tipo:

VAZÃO: Quantidade de fluido escoa· ao longo de uma tubulação naunidade de tempo. Essa quantidade pode ser medida em massa, volume ou quantidade da matéria(mol). Quase sempre os instrumentos medem vazão volumétrica. Em geral, oque mede é diferencial de pressão entre dois pontos, que fornece indiretamente avazão.

PRESSÃO: Força exercida per um fluido sobre determinada área. Pode ser

interna ao equipamento ou externa. Quando a pressão interna é superior àatmosférica, independente do peso da coluna hidrostática, é chamadapositiva. Se for menor, negativa ou vácuo. Os instrumentos de medição depressão são chamados de manômetros. Quando inclui pressões negativas,chama-se, também manovacuômetro. A pressões manométricas é aquelaobtida pela comparação da pressão do equipamento está despressurizado. Apressão total, incluído a atmosfera, é chamada absoluta e, em nosso caso,não possui valor prático.

NÍVEL: Altura do fluido contido num determinado vaso. Determinadodiretamente por um sistema de vasos comunicantes ou pela propagaçãode ondas (sonoras, eletromagnéticas) ou de maneira indireta através dapressão hidrostática resultante.

TEMPERATURA: Medida indireta da energia cinética média daspartículas de uma substância, é obtida diretamente por termômetros.

OUTRAS: Grandezas como densidade, pH, viscosidade econdutividade elétrica podem também ser variáveis de controle, emboramuito menos empregadas que as quatro anteriores.

A evolução da instrumentação permite que se automatize cada vezmais o controle de processos, mas o operador é fundamental no

gerenciamento dessas informações, e deve ser capaz de assumirmanualmente o controle em situações emergenciais. Basicamente, os instrumentos têm as funções de indicar, registrar

e controlar uma variável de processo. Outro grupo de instrumentos sãoos de alarme e corte, existentes para atuar em situações anormais.

Ao conjunto de instrumentos que compõem o controle de determinadaoperação chamamos malha de controle.

O estudo da instrumentação e controle de processos foge aoobjetivo deste texto. O leitor pode encontrar maiores informações nabibliografia.


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1.6.OPERAÇÕES E PROCESSOS UNITÁRIOS Um processo químico pode sempre ser decomposto em uma

sequência de eventos, os quais podem ser estudados separadamente.

Esses eventos são as etapas físicas ou operações unitárias e asreações químicas ou processos unitários.

As operações unitárias envolvem todas as transformações físicasque os reagentes,

intermediários e produtos devem sofrer antes e apóspassarem pelos reatores químicos. Em geral, compreendem osfenômenos de escoamento de fluidos, transferência de calor, mistura,

separação e manuseio de sólidos. O escoamento de gases, liquides e sólidos fluidizados é estudado

pela Mecânica dos Fluidos (MecFlu), incluindo o dimensionamento dastubulações, acessórios, equipamentos de compressão (bombas,

compressores, etc.) e expansão (turbinas, válvulas, etc.).

A Transferência de Calor (TransCal) é fundamental porque amaioria dos processos químicos não ocorre à temperatura ambiente,sendo comum a necessidade tanto do aquecimento quanto doresfr iamento. Os equipamentos mais usados para tal são ostrocadores ou permutadores de calor, que promovem a transferênciade calor entre duas correntes fluidas, sem contato entre elas,aproveitando sua diferença de temperatura. Outros equipamentosimportantes são os fornos e caldeiras, que utilizam uma fonte própria

de energia, por exemplo, através da queima de um combustível.


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Agitação e mistura são operações comuns a vários processos.Reatores "batelada", como aquele mostrado anteriormente, possuemmisturadores.

Os processos de separação compreendem a maior parte dasoperações unitárias. Por razões diversas, as matérias-primas,intermediários e produtos (inclusive resíduos) muitas vezes necessitam passar por processos de fracionamento e purificação. Natabela abaixo listamos os principais (sim, há outros) processos deseparação.

Finalmente, as operações de manuseio de sólidos envolvemprocessos tais como peneiramento, moagem e a fluidização.

Os processos unitários envolvem os diferentes tipos de reações

químicas que acontecem nos reatores químicos. Assim, osengenheiros químicos estudam processos tais como hidrogenação,craqueamento, aquilação, nitração, etc.

*Um dos mais importantes processos de refinação, o craqueamentocatalítico, baseia-se nesta operação.

1.7.PROCESSOS QUÍMICOS REAIS - O REFINO DE PETRÓLEO Substâncias encontradas na natureza ou produzidas pelo homem

sempre são obtidas com determinado teor de impurezas. Para suautilização geral, torna-se necessário sua purificação e ajuste adeterminadas especificações padronizadas. Sabemos que o petróleobruto se enquadra nesse conjunto. Chamamos refinação ou refino aoconjunto de processos e operações unitárias aos quais o petróleo, ogás natural e seus derivados são submetidos a fim de obter osprodutos dentro das especificações desejadas. O estudo da refinaçãodo petróleo é um prato cheio para o aprendizado de processosquímicos.

1.8.PETRÓLEO E GÁS NATURAL- PRODUÇÃO, REFINOE PETROQUÍMICA

O petróleo e o gás natural oriundos dos poços são enviadosatravés de dutos e navios para as refinarias, onde serão processados.Nestas, serão obtidos os principais derivados - os combustíveis e os


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lubrificantes. Chama-se petroquímica à indústria química que recebe correntes obtidas no refino para obter novos produtos, com finalidadesdiferentes daquelas duas. Na verdade, quase toda refinaria de petróleode porte apresenta processos petroquímicas no seu esquema de

refino.

1.9.PROCESSOS DE REFINAÇÃO E AUXILIARES Os principais processos de refinação podem ser divididos nos

seguintes grupos principais: SEPARAÇÃO: onde ocorre apenas a separação física dos seus

constituintes, não havendo reações químicas. Os principais processosdesta classe são a d e s t i l aç ão (atmosférica e a vácuo) de petróleo crue praticamente todos os progressos envolvendo gás natural.

CONVERSÃO: empregados quando a separação física é inviávelou ineficaz, estes processos se baseiam em reações químicas de

quebra, rearranjo ou união de cadeias carbônicas. Podem ser térmicos, dentre os quais se destaca o coqueamentoretardado, ou catalíticos, como o craqueamento e a reforma.

ACABAMENTO: Concebidos com a finalidade de tratamento, sãoos processos que promovem a remoção, por meios físicos ouquímicos, de impurezas de um dado produto, ou o acerto depropriedades, de modo a conferir-lhe as características necessárias àcomercialização, reaproveitamento ou descarte.

São processos auxiliares e essenciais numa refinaria de petróleoa geração de vapor, o tratamento d'água e a operação do sistema detocha, dentre outros.

2.PROCESSOS DE SEPARAÇÃO 2.1.DESTILAÇÕES ATMOSFÉR ICA E A VÁCUO

A destilação é baseada na diferença dos pontos de ebulição entrecompostos presentes numa mistura líquida. O petróleo é constituídopor hidrocarbonetos, cujos pontos de ebulição aumentam com suasmassas moleculares. Desta forma, variando-se as condições de aquecimento de um petróleo, é possível vaporizar e depois condensarseparadamente compostos leves, intermediários e pesados. Forma-se

também um resíduo pesado, contendo hidrocarbonetos *Os termos "refinação" e correlatos não são exclusivos da indústria dopetróleo. Açúcar e Álcool, dentre outros setores, também utilizam essanomenclatura para seus processos e instalações.*Alguns processos de tratamento não removem as impurezas, masas convertem em substâncias cuja presença é tolerável no produto.

São chamados processos de "adoçamento" de e l e vados pesosmoleculares que, nas condições de temperatura e pressão na qual adestilação é realizada, não se vaporizam.

Outro fator importante no processo de destilação, além datemperatura, é a pressão a que o sistema está submetido. Sabe-se queo ponto de ebulição de um determinado líquido é função da pressão


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vaporização dos produtos que serão retirados na torre de destilaçãoatmosférica. Na verdade, a pressão de operação nesta torre éligeiramente superior à atmosférica, controlada em tomo de 1kgf/cm2.Normalmente, a temperatura limite, além da qual tem-se o início da

decomposição té rmica da s frações pesad as presentes no óleobruto (craqueamento térmico), é em tomo de 370ºC. Esta ocorrênciaé indesejável, pois provoca a deposição de coque nos tubos do fornoreduzindo a vida dos tubos e a transferência de calor, aumentando oconsumo de combustível. A saída dos fornos, boa parte do petróleoencontra-se vaporizado e é introduzido na torre atmosférica.

A carga entra na torre parcialmente vaporizada no localconhecido como zona de vaporização ou "flash". A parte liquida,contendo as frações mais pesadas, desce para o fundo e a partevaporizada ascende. A parte da torre abaixo da zona de "flash"chama-se seção de retificação ou esgotamento, e a parte acimaseção de enriquecimento ou absorção.

A seção de esgotamento possui, normalmente, 4 a 5 bandejasque tem por finalidade remover compostos leves do resíduoatmosférico que descem nesta seção devido ao equilíbrio líquido-vapor. Esta remoção é feita por retificação com vapor d'águasuperaquecido. A seção de enriquecimento possui, em geral, 30 a 46bandejas contando com aquelas existentes nas torres retificadoraslaterais.

Bandejas ou pratos são dispositivos de contato líquido-vapor quepermitem a separação dos componentes em cortes ou frações de

acordo com seus pontos de ebulição. Isto ocorre através de umprocesso de transferência de calor e massa entre as correntes delíquido e de vapor que chegam até um determinado prato. Como olíquido existente em cada prato está no seu ponto de bolha e existesempre uma diferença de temperatura entre dois pratos adjacentes, podemos concluir que a composição do líquido varia de prato a prato,tornando-se mais pesado à medida que se aproxima do fundo e a dovapor mais leve à medida que se aproxima do topo. À proporção que osvapores vão se condensando, o nível de cada bandeja vaiaumentando e o excesso é derramado ao prato inferior. Ao atingir esteprato, que possui temperatura mais alta, as frações mais leves

pertencentes ao prato superior, porventura arrastadas, sãorevaporizadas. Este sistema permite fazer a destilação fracionada, ouseja, não se retira apenas um produto de fundo e um de topo. Oscortes laterais fornecerão os principais produtos da destilação atmosférica, a gasolina, o querosene e o diesel.

O líquido que transborda de prato a prato é conhecido como refluxointerno, sendo essencial ao bom fracionamento. Sem ele não haveriagradiente térmico ao longo da torre, longo não haveria separação. Emdeterminados pratos da coluna, os produtos são retirados segundo astemperaturas limites de destilação das frações desejadas. Os

componentes mais l e v e s da carga, que não se condensaram emnenhum prato, saem pelo topo e são condensados em trocadores de calorfora da torre. O líquido é recolhido em um vaso acumulador. Parte


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retorna à torre como refluxo de tapo e a outra parte é enviada paraalimentação de outro sistema ou para armazenamento.

A gasolina de destilação ainda possui um teor elevado dehidrocarbonetos leves, sendo levada à seção de estabilização, onde é

destilada a pressões mais altas (cerca de 1Ckgf/cm2), sendo obtidocomo produto de topo o GLP (mistura principalmente de propano ebutano) e de fundo a nafta estabilizada. Por esse motivo, a torreestabilizadora é também conhecida como debutanizadora.

2.4. DESTILAÇÃO A VÁCUO O res í du o atmo sfé rico , subproduto da destilação atmosférica

do petróleo, possui elevado peso molecular e baixo valor comercial.Sua única aplicação prática é como óleo combustível. Contudo, acham-se nele contidas frações de elevado potencial econômico, como osgasóleos, que não podem ser separados por meio da destilaçãoatmosférica face aos elevados pontos de ebulição dos seuscomponentes. Porém, se trabalharmos com pressões sub-atmosféricasserá possível a vaporização dos g asó l e o s presentes nores íduo , sem o inconveniente d a decomposição térmica dos seuscomponentes. A destilação a vácuo é empregada, usualmente.*Temperatura na qual a primeira bolha de gás se forma a partir de umlíquido. O ponto de bolha é normalmente menor que o ponto de orvalhopara uma determinada mistura a uma determinada pressão. Naprodução de óleos lubrificantes e à geração de carga para as unidadesde craqueamento catalítico e coqueamento retardado.

O resíduo atmosférico é bombeado para outro forno onde éaquecido até a temperatura necessária para que se tenha, a pressãode operação da torre, a vaporização de todo o gasóleo contido na carga.

A carga parcialmente vaporizada, ao deixar o forno, vai ter à zona de"flash" da torre de vácuo cuja pressão se situa na faixa de 50 mmHg.Os hidrocarbonetos vaporizados atravessam bandejas defracionamento e são coletados em duas retiradas laterais: gasóleo leve (GOL) e gasóleo pesado (GOP). O primeiro é um produto ligeiramentemais pesado que o óleo diesel e, dependendo o seu ponto final deebulição, pode ser incorporado ao "pool" de diesel da refinaria. Ogasóleo pesado compõe a carga para a unidade de craqueamento

catalítico. Não existe retirada de produto de topo, saindo neste local vapord'água, gases leves e uma pequena quantidade de ar proveniente deligeiros vazamentos nos equipamentos. Esses gases são continuamenteextraídos da torre pelo sistema de vácuo.

O abaixamento da pressão é feito por intermédio de uma série deejetares e condensadores, que geram o vácuo necessário. Após oúltimo estágio de ejetares e condensadores, os incondensáveis sãodescartados para a atmosfera ou alimentam queimadores de gás residualnos fornos.

2.5. DESASFALTAÇÃO A PROPANO O produto de fundo da torre de vácuo é o resíduo de vácuo.

Ele é constituído de hidrocarbonetos de elevados pesos moleculares,


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além de contar com uma razoável concentração de impurezas. Podeser utilizado como óleo combustível ou na produção de lubrificantesultra viscosos e asfalto. Estes dois últimos são obtidos numa unidadede separação por extração, chamada de desasfaltação, onde o

propano é usado como solvente. Numa extração líquida-liquido, o solvente empregado é seletivo,retirando somente o componente desejado da carga. O solvente entra emcontato com a carga em contracorrente. A fase rica em solvente que saida torre (normalmente pelo fundo), contendo o soluto, é chamada deextrato (neste caso, a mistura de propano e óleo desasfaltado). Aoutra fase, com o que restou da carga e algum solvente (aqui,asfalto e propano) é chamada de rafinado.

Processo semelhante à desasfaltação a propano é adesaromatização a furfural, onde se busca remover hidrocarbonetosaromáticos de óleos lubrificantes básicos.

Embora os processos de extração por solventes sejamrelativamente simples, sua maior complexidade reside nas seções derecuperação do solvente, que respondem por cerca de 70% dosequipamentos de uma unidade desse tipo.

2.6. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL O gás natural é o equivalente gasoso do petróleo, podendo ser

encontrado na natureza associado ou não a este. É comprimido eencaminhado a estações de processamento avulsas ou refinarias, ondeé processado em unidades conhecidas como UPGNs. É muito menospoluente que qualquer derivado do petróleo, porque sua combustão épraticamente ideal (todo o carbono é oxidado a CO2) e, ao menos noBrasil, apresenta baixíssimo teor de enxofre.

A compressão permite liquefazer os gases mais pesados que oetano (CO2), que constituirão o Liquido de Gás Natural (LGN). Este éfracionado para se obter GLP e nafta leve. A corrente C1-C2 constitui ogás natural processado, que será utilizado como combustível nas indústrias, automóveis e residências.

As UPGNs podem ser dos tipos, em ordem crescente de severidade:Refrigeração Simples, Expansão Joule-Thomson, Absorção Refrigerada ouTurbo-Expansão.

Na Absorção Refrigerada vemos algo semelhante à seção deRecuperação de Gases de um FCC, onde é usada nafta como óleo deabsorção em contracorrente com o gás. As correntes absorvidas sãoposteriormente separadas do óleo de absorção por aquecimento e o gásresidual efluente da absorvedora sai como produto acabado. A refrigeraçãodo óleo de absorção é obtida por troca de calor com propano em expansão.

No processo por Turbo-Expansão o gás é refrigerado, seco e sofreexpansão no TE, onde as frações mais pesadas são condensadas eposteriormente separadas em torres de fracionamento.


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3. PROCESSOS DE CONVERSÃO3.1. PROCESSOS TÉRMICOS

Os processos térmicos de conversão são aqueles em que fraçõespesadas do petróleo são convertidas em produtos mais leves por açãoconjugada de temperatura e de pressão.

Paralelamente, parte da cargaé convertida em coque. Nestes processos enquadram-se o craqueamento térmico, a viscorredução e o coqueamento retardado.Estes processos diferem fundamentalmente no interesse do produto final.

O craqueamento térmico foi o primeiro processo a serdesenvolvido (1912) e a sua principal finalidade é a produção degasolina e gases a partir de uma carga de gasóleos ou cru reduzido. Aviscorredução foi desenvolvida um pouco mais tarde e a finalidade é,como o nome sugere, a redução da viscosidade de óleos residuais, demodo que sejam aproveitados como óleo combustível. A carga paraesta unidade pode ser resídua de vácuo ou atmosférico. Ambos atualmente são considerados processos obsoletos, suplantados, queforam, pelo craqueamento. Catalítico, que é, sem sombra de dúvidas,um processo mais econômico e de mais fácil operação.

3.4. COQUEAMENTO RETARDADO

O coqueamento retardado (CR) é um processo mais moderno quegera, além de coque de alta qualidade, nafta, diesel e carga para FCC. Arecuperação do coque formado nas reações de decomposição é o

principal fator que torna o processo econômico. Existe um quartoprocesso,

conhecido como coqueamento fluido, desenvolvido pelaEXXON, que compete com o coqueamento retartado. Ambos podem sermais competitivos que o FCC quando são processados petróleos ultrapesados. O processo tem início com o aquecimento e introdução da carga diretamenteno fundo da fracionadora, onde o material mais leve sofre um "flash". Ospesados se misturam com o reciclo e seguem do fundo da torre para afornalha, onde recebem uma injeção de vapor d'água de alta pressão e sãorapidamente aquecidos até cerca de 490ºC. Daí passam ao tambor decoque, onde este se forma. A temperatura no tambor oscila, normalmente,entre 460 e 490ºC. Quando o tambor fica cheio, o efluente da fornalha édesviado para um outro tambor, para que o primeiro possa ser descarregadoe condicionado para um novo ciclo.O equipamento crítico da unidade é a fornalha, pois a carga vai ser aquecidaacima ·da temperatura de craqueamento incipiente e tem-se de evitar adeposição de coque nas paredes da serpentina. Se a temperatura do óleoultrapassar está temperatura, estiver no estado líquido e com umavelocidade linear relativamente baixa, então, sob a influência da temperatura,a camada em escoamento laminar tenderá a se polimerizar e a depositarcoque na serpentina. Para que isto não ocorra, injeta-se vapor d'água, o queprovoca aumento da turbulência do escoamento no interior da serpentinaevitando a deposição do coque. O coqueamento não se dá na fornalha, masé "retardado" para que ocorra no tambor. Esta é a origem do nome doprocesso.


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3.5 PROCESSOS CATALÍTICOS 3.5.1 CRAQUEAMENTO CATALITICO Conhecido pela sigla FO: (Fluid Catalytic Cracking), o craqueamento

catalítico é um processo de refino que visa aumentar a produção de GLP,gasolina e petroquímicos, através da conversão de cortes pesadosprovenientes da destilação, desasfaltação e coqueamento, além de resíduosde outros processos e produtos fora de especificação ("slop"). Paralelamentesão produzidos, além do gás combustível, produtos mais pesados que agasolina e um resíduo de alto teor de carbono que se deposita na superfíciedo catalisador. Os rendimentos de gasolina e GLP de um FCC são muitomaiores que os de qualquer outro processo.Originalmente os processos de craqueamento surgiram da necessidade deprodução de gasolina com qualidade e em quantidade suficiente paraatender à crescente demanda deste combustível, em face do crescimento da

indústria automobilística e da demanda provocada pela II Guerra Mundial.Iniciado com o craqueamento térmico, o processo, mais adiante, evoluiu paraa versão catalítica, em leito fixo, móvel e fluidizado, desenvolvendo-se demaneira notável esta última concepção até atingir o estágio atual, onde ocraqueamento catalítico fluido é um processo de alta rentabilidade, portransformar frações residuais de baixo valor comercial em derivados com altovalor agregado.Uma unidade de FCC é composta das seguintes seções:

PRÉ AQUECIMENTO: a semelhança de outras unidades, utiliza permutadores decalor e um forno para levar a temperatura da carga a um patamar adequadopara ingressar na seção de Conversão.

REAÇÃO OU CONVERSÃO: onde se passa as reações do processo,sendo composta de equipamentos de reação e de regeneração do catalisador,além do sistema de gás de combustão.

FRACIONAMENTO: recebe o efluente do reator e o destila em diversosprodutos, a semelhança da destilação atmosférica. Permite o reciclo defrações recuperadas para o Conversor.

RECUPERAÇÃO DE GASES: processa as frações convertidas(produtos leves da seção de Fracionamento) e as fraciona em nafta decraqueamento, GLP e gás combustível. O GLP pode ainda ser

desdobrado em propeno (matéria-prima para processos petroquímicos),propano e butanos. TRATAMENTOS: trata o gás combustível, GLP e nafta de modo

a torná-los produtos comercializáveis ou aptos para posteriortransformação em outros produtos. Nela, o teor de enxofre dosprodutos acima citados é sensivelmente reduzido.

3.5.2. DESCRIÇÃO DO PROCESSO A carga é pré-aquecida com correntes quentes que deixam o

processo e, opcionalmente,

num forno e é encaminhada ao Reator ,que consiste num tubular vertical, conhecido como "Riser" . Neste

ponto, recebe uma grande quantidade de vapor d'água e catalisadora alta temperatura (-730ºC), o que provoca a instantânea vaporizaçãodo óleo e mantém fluidizado o catalisador. Aqui ocorrem praticamente


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todas as reações de craqueamento. No Vaso Separador, também conhecido impropriamente como

Reator, podem ocorrer reações complementares de craqueamento e éonde são separados o catalisador dos gases provenientes do

craqueamento. Esta separação é feita por centrifugação emequipamentos internos chamados de ciclones. A temperatura dos gasesé aproximadamente a mesma da saída do "Riser" , cerca de 540ºC,conforme o tipo de carga, catalisador e o interesse na maximização de umdeterminado produto. O catalisador acumula-se na seção inferior doVaso Separador, conhecida como Retificador ou "Stripper" , onderecebe nova injeção de vapor d'água para retirar hidrocarbonetos levesque possam estar retidos nos seus poros e escoa para o Regenerador .O efluente g a s o s o do V a so Separador, constituído dehidrocarbonetos craqueados e não, *esse resíduo também é conhecidocomo "coque", mas é muito diferente do coque produzido no

Coqueamento Retardado. Craqueados, vapor d'água, contaminantes egases inertes é enviado, após sair dos ciclones, à seção defracionamento.

No Regenerador, o coque depositado na superfície docatalisador é queimado com ar injetado por um Soprador("Blower") através de um Dist ribuidor ("Pipe-Gricf) localizado nabase do mesmo, gerando uma grande quantidade de calor que,devido à circulação do catalisador, é a principal fonte de energianecessária para aquecimento, vaporização e conversão da carga. Ocatalisador é fluidizado pela corrente de ar e de gases de combustãoformando a fase densa. Na fase diluída, acima da anterior, ocorre aseparação sólido-gás.

Partículas finas de catalisador arrastadas pela corrente gasosasão recuperadas pelo conjunto de ciclones de dois estágioslocalizados no topo do Regenerador. Os gases de combustão, inertese finos de catalisador não recuperados deixam o segundo estágio dosciclones e alcançam a câmara plena do topo do regenerador quetambém serve como ponto de sustentação dos ciclones. Esses gasesainda serão submetidos a novos processos de separação (estágiosextras de ciclones ou separação eletrostática) e servirão como fontede energia para geração de vapor (Caldeira ou Recuperador) e energia

elétrica (Turbo-Expansor). Um Aquecedor de Ar ("fominho"), que é parte integrante doalinhamento de injeção de ar para o Distribuidor, é usado durante apartida para aquecer o Conversor e fornecer o calor necessário parase elevar a temperatura do leito do regenerador ao ponto em que possase iniciar a combustão do coque.

Na seção de Fracionamento os produtos formados são separadospelas suas faixas de ebulição em uma torre de destilação atmosférica,chamada de Fracionadora Principal. O produto de topo contém asfrações mais leves, Gás Combustível, GLP e Nafta de Craqueamentoque, após serem resfriadas, são coletadas no Vaso Acumulador,

onde coexistem três fases: uma gasosa, constituída dehidrocarbonetos de até quatro átomos de carbono e impurezas; umalíquida e orgânica, composta de nafta contendo razoável quantidade de


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GLP dissolvido, a nafta instabilizada; uma aquosa, proveniente dasinjeções de vapor que são feitas no Reator e na Fracionadora. Asduas correntes de hidrocarbonetos são encaminhadas à seção deRecuperação de Gases para posterior separação. Alguns FCCs

produzem uma Nafta Pesada, oriunda dos pratos superiores da torre,que atualmente é aproveitada para compor o "pool" de diesel. Como produtos laterais da fracionadora temos os óleos de refluxo

leve (LCO) e pesado (HCO). Esses dois cortes são constituídos demoléculas médias e pesadas que foram parcialmente craqueadas.Parte dessas correntes era retirada da unidade e o restante reciclado à carga, para que houvesse uma nova oportunidade de as moléculasserem craqueadas. Atualmente, por razões econômicas, todo o HCO érecirculado para diluição do produto de fundo, enquanto que para oLCO é retirado e pode ser usado como diluente de óleo combustível ouhidrotratado para servir como diesel. O produto de fundo da

fracionadora é constituído de frações pesadas residuais e de partículasde catalisador que foram arrastadas pela corrente gasosa que deixou o Separador. Este resíduo pode ser decantado ou clarificado, paraprodução de um óleo conhecido como resíduo aromático (Raro),matéria-prima para produção de negro de fumo, ou reciclado para oReator.

A seção de Recuperação de Gases tem por objetivo separar anafta de craqueamento, o GLP e o gás combustível entre si e de seuscontaminantes. Os leves da seção de fracionamento são comprimidos eresfriados, de modo que os hidrocarbonetos da faixa C3-C4 seliquefazem e os mais leves, C

1-C

2, permanecem na corrente

gasosa. Esta corrente vai ter ao fundo da Absorvedora Pr imár ia,onde pelo topo é injetada nafta para a absorção de algum C3 ou C4 remanescente.

Com o intuito de se recuperar frações de nafta de absorçãoarrastadas pelo gás combustível, esta corrente passa por uma

Absorvedora Secundária, onde o fluido de absorção é o refluxocirculante frio de LCO, que após a absorção retorna à torrefracionadora. O gás combustível é enviado a seção de tratamentocom DEA para a remoção do gás ácido (H 2S e CO2).

A nafta instabilizada proveniente do fundo da absorvedora

primária se junta com a descarga do compressor, passa pelosResfriadores de Alta Pressão e vai ao Tambor de Alta Pressão . Épossível que, no contato com os gases do compressor, algumcomposto leve seja também absorvido. Para que estes compostossejam removidos, a nafta que deixa o fundo do tambor de alta pressãopassa por uma torre Retificadora, onde recebe um ligeiroaquecimento. Os leves são vaporizados e pelo fundo desta torre sai anafta em condições de ser enviada à torre Debutanizadora. A operaçãoda debutanização é semelhante à de estabilização, porém emcondições mais severas. Pelo fundo desta torre obtém-se a NaftaEstabilizada, pronta para ser submetida aos tratamentos para redução

do teor de enxofre. Pelo topo saem vapores de GLP,

que apôsresfriados, são liquefeitos. O GLP contém uma razoável concentraçãode compostos de enxofre, sendo enviado à seção de tratamento para


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a eliminação destes contaminantes. Dependendo do mercado local edo interesse da refinaria, o GLP pode ser fracionado para a obtençãode uma corrente rica em C3s e outra rica em C4s. Normalmente, estaoperação é feita quando existem indústrias petroquímicas interessadas

em uma das duas correntes.

3.5.3. REFORMA CATALÍTICA A reforma catalítica é um processo que consiste no rearranjo da

estrutura molecular dos hidrocarbonetos contidos em certas frações depetróleo, com a finalidade de obter um produto com maior qualidade evalor agregado. Pode ser orientado para se alcançar,fundamentalmente, um dos dois objetivos: obter um produto de elevadoíndice de octanagem, próprio para motores de alta taxa de compressão,ou um produto rico em hidrocarbonetos aromáticos nobres (benzeno,tolueno e xilenos), que são posteriormente recuperados e fracionados,

obtendo-se isoladamente cada componente com elevado grau depureza. Tais sentidos de orientação dependem, de forma primordial, dasfrações de nafta selecionadas, sendo a faixa de destilação acaracterística principal. Além desta, a origem do petróleo e o processoanterior a que a nafta foi submetida são outras característicasimportantes.

O processo de reforma consiste em passar sobre um catalisador,geralmente de platina e mais modernamente de platina com outro metal(rênio ou germânio), uma mistura de hidrocarbonetos e hidrogêniomantidos a uma temperatura próxima de 500ºC e uma pressão entre 10 e

40kgf/cm2. Produz-se, então, uma série de reações que conduzem aformação de um reformado rico em hidrocarbonetos aromáticos e

isoparafinicos, produtos leves (GLP) e hidrogênio. Como na maioria dosprocessos catalíticos, diferentemente do FCC, neste caso o leito é fixo.Sua regeneração é feita periodicamente e necessita de interrupção doprocesso.

4. PROCESSOS DE ACABAMENTO4.1.HIDROPROCESSAMENTO

As unidades de Hidrorrefino ou Hidroprocessamento vêm setornando cada vez mais importantes, pelo cada vez maior rigor da

legislação ambiental e pela necessidade de conferir a certos derivadospropriedades não alcançadas pelas rotas de Separação eConversão. O esquema básico consiste em reagir hidrocarbonetos comH2 na presença de um catalisador a alta temperatura e pressão. Após oreator, a mistura passa por etapas de fracionamento e recuperação,inclusive do hidrogênio.

4.2.HIDROTRATAMENTO (HDT) O hidrotratamento é um processo de refino com hidrogênio cuja

finalidade é estabilizar um determinado corte de petróleo ou eliminarcompostos indesejáveis dos mesmos. A estabilização de frações depetróleo é conseguida por meio da hidrogenação de compostos reativospresentes,

como por exemplo alquenos e dienos (hidroacabamento,HDA). Os elementos indesejáveis removidos por hidrogenação


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incluem: enxofre (HDS), nitrogênio (HDN), oxigênio, halogênios e metais. O hidrotratamento pode ser empregado em todos os cortes depetróleo, tais como gases, nafta, querosene, diesel, gasóleos paracraqueamento, lubrificantes, parafinas, resíduos atmosféricos e de

vácuo, etc.

4.3.HIDROCRAQUEARNENTO (HCC) Processo ainda em fase de implantação no Brasil, também

conhecido como Hidroconversão, promove craqueamento catalítico dacarga ao mesmo tempo em que estabiliza determinados componentese remove contaminantes, unindo características de HDT e FCC. Operaem leito fixo e utiliza altíssimas pressões e temperaturas, exigindoequipamentos de porte gigantesco. O primeiro HCC brasileiro está comsua partida prevista para 2012, na REDUC.

4.4 GERAÇÃO DE HIDROGÊNIO O desenvolvimento da indústria de refino e da petroquímica

trouxe consigo novos processos, onde o hidrogênio é largamenteutilizado. A indústria petroquímica lança mão de hidrogênio em váriosprocessos, dentre os quais, os mais importantes são a síntese dometanol e da amorna. As modernas refinarias precisam dehidrogênio para processos de hidroprocessa mento. Muitas refinariasproduzem uma quantidade de hidrogênio suficiente para pequenasunidades de hidrotratamento, utilizando o gás residual oriundo daoperação de reforma catalítica de nafta. Ocorre, entretanto, que nemtodas as refinarias dispõem de reforma catalítica ou, se dispõem, nemsempre o gás produzido é suficiente ou adequado para o consumo,mormente se as unidades de hidroprocessamento são de grande porte.

Esta quantidade suplementar de hidrogênio pode ser obtida atravésde dois processos: oxidação parcial de frações pesadas, como óleocombustível, ou reforma com vapor de frações leves como gás natural,gás combustível, gás liquefeito e nafta. O processo de oxidação parcial consiste na queima de h i d ro carbonetos pesados por uma corrente deoxigênio de alta pureza,

porém, numa vazão cerca de 30 a 40% darelação estequiométrica ideal.

A reforma com vapor consiste na reestruturação de moléculas de

hidrocarbonetos em presença de vapor d'água e catalisadores,produzindo o gás de síntese. Posteriormente, os gases formados reagemcom o excesso de vapor d'água, em presença de outros catalisadores,gerando uma quantidade adicional de hidrogênio. Uma característicamuito interessante dessas unidades, que as distinguem de outrosprocessos em leito fixo, é que o Forno e o Reator são o mesmo equipamento. O catalisador fica contido nos tubos da fornalha,conhecidos como colunas, por serem verticais e de passo único. Comoúltima etapa, o CO2 é absorvido em uma solução de MEA (monoetanolamina), gerando-se uma corrente de hidrogênio de altapureza.

4.5.TRATAMENTO DE ÁGUAS ACRESChamadas equivocadamente de águas ácidas, águas acres são as


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correntes aquosas que tiveram contato íntimo com as correntes deprocesso. Não podendo ser descartadas no ambiente, devem sertratadas para remoção de seus principais contaminantes, dentre osquais se destacam os gases sulfídrico (H2S) e amoníaco (NH3).

Também são encontrados, dentre outros, o CO2, fenóis, cloretos,metais e outras substâncias nocivas. Não devem ser confundidas comas águas oleosas, que sofrem tratamento à parte.

Basicamente, o processo consiste na retificação dessas águascom vapor d'água, em uma ou duas torres. O H2S separado é enviadopara uma Unidade de Recuperação de Enxofre (URE) e o NH3 paraconversão a N2 ou queima em incineradores. A água retificada éreaproveitada nos processos como água de lavagem.

4.6.TRATAMENTO COM AMINAS (MEA, DEA)

As aminas são compostas orgânicos de característica básica,sendo úteis para absorção de gases ácidos contaminantes de algumproduto. O gás de síntese efluente da reforma com vapor já foimencionado acima e é separado do CO2 pela absorção com umasolução aquosa de monoetanolamina (MEA). Gases ácidos oriundos deFCC, CR e HDT são normalmente tratados com dietanolamina (DEA).

Nestes processos, a solução de amina passa em contracorrentecom o produto a ser tratado (numa torre extratora ou absorvedora,dependendo da fase deste), abaixas temperaturas e pressõesrelativamente altas. A seguir, a amina rica é retificada em condiçõesopostas (temperatura mais alta e pressão baixa), liberando o gás ácido

e regenerando a amina, que passa a se chamar amina pobre e reiniciaoutro ciclo de tratamento.

*Isso se deve a uma tradução equivocada do termo inglês sour, quepode significar ácido, mas também tem o sentido de cáustico,irritante, acre. Ácido, no sentido químico, em inglês é acid.


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BIBLIOGRAFIA1.BRASIL, Nilo Índio do. Introdução à Engenharia Química, 2ª ed.,

lnterciência, Rio de Janeiro, 2004.

2.FOUST, Alan S.; WENZEL, Leonard A.; CLUMP, Curtis W.;MAUS, Louis; ANSERSEN,L

Bryce. Princípios das OperaçõesUnitárias, tradução Horácio Macedo,2ª ed.; Guanabara Dois, Rio deJaneiro, 1982.

3.SHREVE, R. Norris; AUSTIN, George T. Shreve 's Chemical ProcessIndustries, 5•h ed., McGraw-Hill Book Company, Singapore, 1984.

4.PERRY, Robert H.; GREEN, Don W.; MALONEY, James O.(editores). Perry's Chemical Engineering Handbook, 7th ed., McGraw-Hill, New York,1999.

5.CAMPOS FILHO, Mauricio Prates de. Introdução à Metalurgia

Extrativa e à Siden1rgia, LTC/FUNCAMP, Rio de Janeiro, 1981. 6. ABADIE, Eli. Processos de Refinação, Apostila,

Petrobras,1994. 7.Esquemas de Refino, Apostila, Petrobras, 2000.

8.JORDÃO, Mario. Deterioração de Equipamentos, Apostila,Petrobras,2006.

9.FERREIRA, Joberto. Hidroprocessamento de Combustíveis, Apostila, Petrobras,1997.

10. FILHO, Daniel H.M. Introdução ao Processamento eTratamento de Gás Natural, Apostila,

Petrobras,2005.

Obs.: os livros do Shreve e do Perry possuem traduções brasileiras,porém ambas de edições antigas e algo defasadas.


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RESPONSABILIDADE TÉCNICATODAS AS NORMAS DEVEM SER SEMPRE VERIFICADOS POR MOTIVO

DE ADEQUAÇÃO OU ATUALIZAÇÃO VIGENTES.

Curso: Inspetor de Equipamentos Disciplina: Módulo 1-PROCESSO QUÍMICO

Inspetor Mário Sérgio de Oliveira Mello Estudante - Usuário : 201411005 - CETEPIS

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