processos de refino, petroquímicos e biocombustíveis - resumo

Gestão de Negócios em Petróleo e Gás

Processos de Refino,Petroquímica e Bio-Combustíveis

Carlos Antonio Machado dos Santos, M.Sc.

Refino de Petróleo

Fundamentos do Refino de Petróleo

� Classificação dos Processos

1. Processos de Separação

2. Processos de Transformação

3. Processos de Tratamento

4. Processos Auxiliares

Refino de Petróleo


1. Processos de Separação

Definição:

São aqueles onde há apenas a separação física do pet róleo em suas frações ou de uma determinada fração em outras de

utilização ou característica específica

Principais princípios da engenharia: destilação e ext ração

Exemplos:

� destilação atmosférica

� destilação à vácuo

� desasfaltação à propano

� desaromatização à furfural

� desparafinação e desoleificação à MIBC

Refino de Petróleo


2. Processos de Transformação ou de Conversão

Definição:

São aqueles onde há reação química com o intuito de p romover a modificação das frações, visando gerar correntes de mel hor

qualidade ou maior valor agregado.

Principais princípios da engenharia: reações químicas diversas

Sub-Classificação: Catalíticas ou Não Catalíticas

Exemplos:

� reforma catalítica de nafta

� craqueamento catalítico

� coqueamento retardado

� hidrocraqueamento catalítico

Refino de Petróleo


3. Processos de Tratamento

Definição:

São aqueles onde há reação química com o intuito de re mover compostos indesejados (enxofre e nitrogênio), visando ajustar

a qualidade das correntes à necessidade do consumo

Principais princípios da engenharia: reações químicas diversas

Exemplos:

� tratamentos cáustico e DEA de GLP

� tratamento Merox de gasolina

� tratamento Bender de querosene

� hidrotratamento de nafta, de querosene e de diesel

Refino de Petróleo


4. Processos Auxiliares

Definição:

São aqueles que visam gerar insumos para os processos de refino, bem como tratar seus efluentes

Principais princípios da engenharia: diversos (processo s físicos,químicos e bioquímicos)

Exemplos:

� geração de hidrogênio

� recuperação de enxofre

� águas ácidas

� estação de tratamento de efluentes

� geração de vapor e de energia

Refino de Petróleo


Esquema Simplificado de Refino

PetróleoDestilação

Atm. e Vácuo

Tratamento Cáustico

Reforma Catalítica

Hidrotratamento

CraqueamentoCatalítico

Desasfaltação a Propano

GLP

Querosene de Aviação

Óleo Diesel

Gasolina

Óleo Combustíveis

Refino de Petróleo

Destilação Atmosférica e à Vácuo

Petróleo

Pré

-Fra

cona

men

to

Dessalinização e Pré-Aquecimento

Est

abili

zado

ra

Separador

Gás Combustível

GLP

Forno

Des

tilaç

ão A

tmos

féric

a

NaftaLeve F

raci

onam

ento

de

Naf

ta

NaftaLeve

NaftaMédia

NaftaPesada

Ret

ifica

dora

s Querosene

DieselLeve

DieselPesado

Des

tilaç

ão

àV

ácuo Gasóleo

LeveGasóleoPesado

Resíduo de Vácuo

Esquema de 3 Estágios

Refino de Petróleo

Pré-Aquecimento e Dessalinização

1. Pré-Aquecimento

� Objetivo

Aquecer o petróleo com frações que se deseja resfri ar, economizando energia que seria fornecida no forno para o aquecim ento total dacarga.

� Etapas • Antes da dessalgação – aquecer até temperatura ótima

• Após a dessalgação – recuperar ao máximo a energia da frações

� Equipamentos Utilizados

Trocadores de calor tipo casco e tubo

� Sequência

Mais leves (frios) →→→→ Mais pesados (quentes)

Refino de Petróleo

Pré-Aquecimento e Dessalinização

2. Dessalinização ou Dessalgação

� Objetivo

Remover sais, água e partículas sólidas do presente s no petróleo.

� Efeitos dos Contaminantes• Corrosão no topo da torre de fracionamento e suas l inhas

• Deposição em tubulações, trocadores e recheios de t orres

• Catálise de formação de coque em fornos e tubulaçõe s

� Princípio do Tratamento

Separação física por campo elétrico, através da que bra da emulsão água-óleo e a coalescência das moléculas de água.

Refino de Petróleo

Arranjo Típico

Petróleo

Pré

-Fra

cona

men

to

Dessalinização e Pré-Aquecimento

Est

abili

zado

ra

Separador

Gás Combustível

GLP

Forno

Des

tilaç

ão A

tmos

féric

a

NaftaLeve F

raci

onam

ento

de

Naf

ta

NaftaLeve

NaftaMédia

NaftaPesada

Ret

ifica

dora

s Querosene

DieselLeve

DieselPesado

Des

tilaç

ão

àV

ácuo Gasóleo

LeveGasóleoPesado

Resíduo de Vácuo

Esquema de 3 Estágios

Refino de Petróleo

Reforma Catalítica de Nafta

Introdução

� Objetivos

Combustíveis →→→→ Obter uma fração de elevado índice de octanagem, próprio para motores de alta taxa de compressão.

Petroquímicos →→→→ Obter um produto rico em hidrocarbonetos nobres (benzeno, tolueno e xilenos), que podem ser posteri ormente recuperados através de fracionamento, obtendo-se is oladamente cada componente com elevado grau de pureza.

� Compostos Aromáticos

Benzeno Tolueno

CH3

O-Xileno

CH3

CH3

Refino de Petróleo

Arranjo Esquemático

NaftaSeção de

Pré-TratamentoSeção de

EstabilizaçãoSeção de

ReformaçãoNafta

Reformada

H2

Refino de Petróleo

Fluxograma Esquemático

Tamborde Flash

Nafta Reformada Não Estabilizada

NaftaTratada

H2

Rea

tor

1

For

no 1 R

eato

r 2

For

no 2 R

eato

r 3

For

no 3 R

eato

r 4

For

no 4

Compressor

Hidrogênio

Refino de Petróleo

Reformação� Perfil de Temperatura nos Reatores de Reformação

460

510

Tem

pera

tura

(ºC

)

Reator 4

Reator 3

Reator 2

Reator 1

Topo(entrada)

Fundo(saída)

Meio

Refino de Petróleo

Craqueamento Catalítico

Objetivo

Produção de GLP (e/ou compostos petroquímicos) e nafta craqueada (fração de alta octanagem para utilização na p rodução de Gasolina).

Princípio Operacional

A carga entra em contato com um catalisador à uma temp eratura elevada, ocorrendo a ruptura das cadeias moleculares dan do origem a uma mistura de hidrocarbonetos que são posterio rmente fracionados.

Além dos produtos principais (GLP e Nafta Craqueada), também são formadas frações mais pesadas que a nafta e um res íduo de alto teor de carbono (Coque) que deposita na superfíci e do catalisador.

Para sua reutilização o catalisador deve ser regenerado, isto éremovido o coque para a recuperação de sua atividade.

Refino de Petróleo


FCC – “Fluid Catalytic Cracking”

� Princípio Básico

Fluidização de sólidos

� Funcionamento

O catalisador é um pó muito fino e, em algumas seções d o processo, é mantido em suspensão pela passagem de gases através da massa catalítica.

Refino de Petróleo


Esquema Típico

Carga Fresca

Seção deReação

Seç

ão d

e F

raci

onam

ento

Seção de Regeneração

Gases de Queima

CatalisadorRegenerado

CatalisadorGasto

Seç

ão d

e R

ecup

eraç

ão

de G

ases

Gases

Nafta Instabilizada

Gás Combustível

C3/C4

Nafta Craqueada

LCOÓleo Leve de Reciclo

HCOÓleo Pesado de Reciclo

OCLÓleo Clarificado

Decantador

CargaCombinada

Reciclo de Borra

Refino de Petróleo

Desasfaltação à Solvente

Introdução

� Composição do RV

Compostos Parafínicos de Elevado PM

Resinas e Betume Asfáticos

� Objetivo da Recuperação dos Compostos Parafínicos

� Lubrificantes – Produção de Lubrificantes de Alta Vi scosidade

� Combustíveis →→→→ Aumento de Carga para o Craqueamento

↓↓↓↓

Conversão em Frações Leves (GLP e GLN)

⇓⇓⇓⇓

Como fazer ?!?

Refino de Petróleo


Introdução


Diferença de Solubilidade entre as Diversas Famíliasde Compostos Químicos

⇓⇓⇓⇓

Hidrocarbonetos de Baixo PMsolubilizam

Compostos Parafínicos e Isoparafínicos de Alto PM

� Solventes Utilizados

� Propano

� Butano⇒ � Mistura C 3/C4

Refino de Petróleo


ObjetivoProduzir uma corrente parafínica, com baixo teor de metais e asfaltenos(resinas betuminosas), seja para produção de óleos lubrificantes de alta viscosidade (alto valor) ou para conversão em compo stos mais nobre (GLP e GLN) através de craqueamento.

Outra característica importante é que o resíduo da d esasfaltação (Resíduo Asfáltico) tem ótima qualidade para uso na produção de Asfaltos.

Princípio OperacionalA carga é misturada com solvente (C3/C4) visando a e xtração dos compostos parafínicos.

O extrato (mistura solvente + solubilizado) é enviad o para uma seção de recuperação do solvente, que retorna ao processo.

O rafinado (carga - solubilizado) também é purificado na seção de recuperação de solvente.

Refino de Petróleo


Esquema Típico

SEÇÃO DEEXTRAÇÃO

Recuperação deSolvente do Extrato

Recuperação deSolvente do Rafinado

Purificação do Solvente

Retificaçãodo Extrato

Retificaçãodo Rafinado

RV

ODES

RASF

Vapor

Vapor

Água

Refino de Petróleo

Coqueamento Retardado

Objetivo

Produção de correntes mais leves (tais como GLP, Nafta e Diesel) e Coque à partir do craqueamento térmico do Resíduo de V ácuo.

Pode também processar outras cargas, como o Resíduo d e Atmosférico, os Gasóleos de Vácuo e até o OCL do FCC.

Perfil de Produção

Máximo de nafta ou de diesel ... Grande produtora de d iesel !!!

FCC COQUEGC 4 6GLP 20 4

NAFTA 55 10DIESEL 10 30

PESADOS 5 → Coque 17 → FCCCOQUE 6 33

Rendimentos Observados (% vol)Correntes

Refino de Petróleo

Coqueamento Retardado

Água Ácida

Tor

re F

raci

onad

ora

Água

Gasóleo Leve de Coque

Tambor Topo

Gases

Gasóleo Pesado de Coque

Nafta

CARGA

Forno

Tambores de Coque

Vapor

Refino de Petróleo

Processo de Tratamento de Derivados

� Dúvida

Uma vez separadas, fracionadas e/ou transformadas, as frações estão em condições de serem utilizadas para f ins comerciais ?!?

� Objetivos

Remover ou modificar compostos indesejáveis presentes em uma determinada corrente, adequando sua qualidade às necessidades do consumo e às especificações estabel ecidas.

Refino de Petróleo


Introdução

� Principais Compostos

� Sulfurados – Enxofre

Normalmente possuem característica agressiva aos me tais, promovendo corrosão. Também são, a cada dia, indese jados ambientalmente pois produzem SO 2 quando queimados.

� Nitrogenados – Nitrogênio

Normalmente conferem instabilidade térmica à oxidaçã o, favorecendo o escurecimento dos produtos e a formaç ão de depósitos. Há uma tendência de sua redução devido a razões ambientais, pois produzem NO X quando queimados.

� Olefínicos – Duplas Ligações

Conferem elevada instabilidade térmica à oxidação, o casionando o escurecimento dos produtos e a formação de depósi tos (goma).

Refino de Petróleo


Compostos Sulfurados

� Classificação dos Processos

� Adoçamento

Transforma compostos agressivos de enxofre (S, H 2S e RSH) em outros compostos menos prejudiciais (RSSR – dissulfe tos).

Por não remover o enxofre do produto, somente mudar forma em que o elemento se apresenta, é chamado de adoçamento .

O mais conhecido é o Tratamento Bender.

� Dessulfurização

Remove efetivamente o enxofre das correntes !!!

Os mais conhecidos são Lavagem Cáustica, Tratamento DEA e a Dessulfurização Catalítica (Hidrotratamento).

Tratamento Merox ⇒⇒⇒⇒ Pode ser Adoçamento ou Dessulfurização !!!

Refino de Petróleo

Produção de Lubrificantes

Introdução

� Utilização dos Lubrificantes

Redução do atrito entre superfícies que se movem e, conseqüentemente, do desgaste ocorrido nas mesmas.

Exemplo: Indústria – Equipamentos Dinâmicos

� Principal Característica

Bom (elevado) índice de viscosidade !!!

Índice de Viscosidade – Mede a variação da viscosidad e com a temperatura ... Quanto maior o índice de viscosidad e, menor a variação desta propriedade com a temperatura.

O bom lubrificante deve ter sua qualidade de lubrifica ção (função da viscosidade) dentro de toda a faixa de tr abalho.

Refino de Petróleo


Introdução

� Lubrificantes Básicos (Minerais)

Cortes da separação do petróleo (destilação e/ou desasfaltação), que são produzidos nas refinarias e vendidos para os “fabricantes de lubrificantes”.Não é o produto final !!!

� Lubrificantes Acabados (Minerais)

Produto formulado pelos “fabricantes de lubrificantes”à partir de um óleo lubrificante básico e/ou da mistu ra de óleos básicos, o qual leva um pacote de aditivos (d iferente para cada fabricante) visando o ajuste do seu desempe nhoà sua finalidade.É efetivamente o produto final ... P.Ex. Lubrax !!!

Refino de Petróleo


Introdução

� Natureza

� Naftênicos

Baixo ponto de fluidez (~endurecimento), baixo índi ce de viscosidade, elevado poder de solvência e menor cus to.Usados na formulação de óleos de lavagem ( flushing), óleos para utilização à baixas temperaturas e quando há per da do óleo no processo de lubrificação.Menor utilização !!!

� Parafínicos

Alto índice de viscosidade, alto ponto de fluidez, baixo poder de solvência e maior custo.Usados na formulação de óleos para condições severa s, tipo lubrificantes de motores à combustão e óleos para si stemas hidráulicos.Elevada utilização !!!

Refino de Petróleo


Introdução

� Lubrificantes Parafínicos – Rotas de Produção

� Rota Solvente

Depende exclusivamente da matéria-prima (petróleo) !!!Se baseia na extração dos compostos com qualidade p ara lubrificantes já existentes no petróleo.Processo formado exclusivamente de unidades de sepa ração.Menor custo e boa qualidade ... Maior utilização !! !

� Rota Hidrorefino

Pouco dependente da matéria-prima (petróleo) utiliz ada !!!Se baseia na produção dos compostos com qualidade p ara lubrificantes, a partir de reações de hidrocraqueam ento(craqueamento e hidrogenação simultaneamente) de fra çõesdo petróleo.Processo com predominância de unidades de transform ação.Elevadíssimo custo e ótima qualidade ... Baixa util ização !!!

Refino de Petróleo


Introdução

� Lubrificantes Parafínicos – Rota Solvente

� Característica da Matéria Prima

� Bom rendimento dos cortes da destilação à vácuo (gas óleos)

� Cortes de vácuo com baixo teores de aromáticos

� Baixo teor de compostos nitrogenados

� Preferencialmente, cortes de vácuo com baixo teor d eparafinas lineares

� Cortes de vácuo com elevados índices de viscosidade !!!

IV do Gasóleo Desparafinado > 50

Petróleo Brasileiro ⇒⇒⇒⇒ Petróleo BaianoPetróleo Importado ⇒⇒⇒⇒ Petróleos Árabes (Arábia e Iraque)

Refino de P

etróleo


Rota S

olvente –D

iagrama de B

locos Típico

Destilação Atmosférica e à

Vácuo


Desaromatizaçãoà Solvente

RV

Cortes

Vácuo

OD

ES

Desparafinação àSolvente

Hidroacabamentode Óleos

Óleos Básicos

Desoleificaçãoà Solvente

Parafinas

Hidroacabamentode Parafinas

Unidades de P

arafinas

Unidades de Ó

leo

Refino de Petróleo

Desaromatização à Solvente

Introdução

Nas etapas de separação (destilação e desasfaltação) são gerados os cortes básicos para a produção dos lubrificantes bá sicos.

Neste momento, a prioridade é o ajuste da faixa de vis cosidade dos cortes !!!

Entretanto, outros requisitos de qualidades são fundam entais para que os lubrificantes possam ser utilizados.

Dentre eles, destaca-se a variação da viscosidade com a temperatura ... É desejável que o lubrificante manten ha suas características em toda a faixa de utilização e trab alho !!!

Índice de Viscosidade – Mede a variação da viscosida de com a temperatura ... Quanto maior o índice de viscosidad e, menor a variação desta propriedade com a temperatura.

Parafínicos ⇒⇒⇒⇒ ↑↑↑↑ IV .:. Aromáticos ⇒⇒⇒⇒ ↓↓↓↓ IV

Refino de Petróleo


Introdução


Diferença de Solubilidade entre as Diversas Famíliasde Compostos Químicos

⇓⇓⇓⇓

Alguns solventes específicos solubilizamCompostos Aromáticos


OH� Furfural

PF = –39ºCPE = 162ºCd = 1,159

HC – CH O|| || //

HC C – C\ / \O H

� Fenol

PF = 42ºCPE = 181ºCd = 1,071

Refino de Petróleo


ObjetivoRemover os compostos aromáticos dos cortes destilad os e desasfaltados visando o ajuste do índice de viscosi dade aosvalores requeridos para sua utilização como lubrifi cantes.

Princípio OperacionalA carga (destilados ou desasfaltados) é misturada co m solvente (furfural) visando a extração dos compostos aromáticos.

O extrato (mistura solvente + solubilizado) é enviad o para uma seção de recuperação do solvente, que retorna ao processo.

O rafinado (carga - solubilizado) também é purificado na seção de recuperação de solvente.

Refino de Petróleo


Etapas do Processo

� Seção de Extração

� Seção de Recuperação de Solvente

• Recuperação de Solvente do Extrato

• Recuperação de Solvente do Rafinado

• Purificação do Solvente

Refino de Petróleo


Esquema Típico

SEÇÃO DEEXTRAÇÃO

Recuperação deSolvente do Rafinado

Recuperação deSolvente do Extrato


Retificaçãodo Rafinado

Retificaçãodo Extrato

Cor

tes

Des

tilad

os o

u D

esas

falta

dos Vapor

Vapor

Água

Ext

rato

A

rom

átic

oC

orte

s D

esar

omat

izad

os

Refino de Petróleo

Desparafinação à Solvente

Introdução

Uma vez definidos as faixas de viscosidades (etapas de destilação e desasfaltação) e ajustados os índices de viscosid ade (etapa de desaromatização), para o ajuste da qualidade do lubrif icante à sua aplicação final, é necessário reduzir seu ponto de flu idez !!!

O ponto de fluidez determina a facilidade de escoame nto do óleo em baixas temperaturas.

Parafinas lineares de alto peso molecular apresentam el evado ponto de fluidez, ou seja endurecem ao serem submeti das à baixas temperaturas.

Refino de Petróleo


Introdução


Diferença no Ponto de Congelamento entre os compostos parafínicos lineares e os demais compostos.

Entretanto, visando minimizar os efeitos da dificulda de de escoamento que ocorreria no processo, além de melhorar a eficiência da separação entre os compostos, utiliza- se um solvente que solubiliza o óleo, facilitando a separa ção e a precipitação das normais parafinas.


� Mistura MEK (Metil Etil Cetona) – Tolueno

� MIBC (Metil Isobutil Cetona)

Refino de Petróleo


ObjetivoRemover os compostos parafínicos lineares (n-parafi nas) dos cortes desaromatizados visando o ajuste do ponto de fluidez do lubrificante aos valores requeridos para sua utilização.

Princípio OperacionalA carga (cortes desaromatizados) é misturada com sol vente (MIBC) visando a solubilização do óleo e, em seguida, é res friada para a precipitação das parafinas em filtros rotativos.

O filtrado (mistura solvente + óleo) é enviado para uma seção de recuperação do solvente, de onde sai o corte despar afinado produzidoe o solvente que retorna ao processo.

O parafina oleosa é retida nos filtros, também, pass a por uma etapa de recuperação de solvente e em seguida é removida p ara futuro tratamento.

Refino de Petróleo


Etapas do Processo

� Seção de Resfriamento e Filtração

� Seção de Recuperação de Solvente

� Recuperação de Solvente do Filtrado

� Recuperação de Solvente da Parafina

� Seção de Purificação de Solvente

Refino de Petróleo



SE

ÇÃ

O D

ER

ES

FR

IAM

EN

TO

E F

ILT

RA

ÇÃ

O

Recuperação deSolvente do Óleo

Recuperação deSolvente da Parafina


Cor

tes

Des

arom

atiz

ados

Cor

tes

Des

para

finad

osP

araf

ina

Ole

osa

Vapor

Água

Vapor

Vapor

Refino de Petróleo

Desparafinação à Solvente ... do Óleo


SE

ÇÃ

O D

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ES

FR

IAM

EN

TO

E F

ILT

RA

ÇÃ

O




Cor

tes

Des

arom

atiz

ados

Cor

tes

Des

para

finad

osP

araf

ina

Ole

osa

Vapor

Água

Vapor

Vapor

Refino de Petróleo

Desoleificação à Solvente ... da Parafina


SE

ÇÃ

O D

ER

ES

FR

IAM

EN

TO

E F

ILT

RA

ÇÃ

O




Par

afin

a O

leos

a

Par

afin

a M

ole

Par

afin

a

Vapor

Água

Vapor

Vapor

processos de refino, petroquímicos e biocombustíveis - resumo

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