Visão geral do Petróleo e gas offshore: produção, explotaçao, distribuição e refino

Visão geral do Petróleo e gas offshore: produção, explotaçao, distribuição e refino

Instituto Politécnico (Petróleo e Gás) Campus centro 1.

Visão Geral do Petróleo e Gás Offshore: Prospecção, Explotação e Distribuição e Refino

Crescente Procura por energia no Mundo.

  • Segundo um documento preparatório submetido a debates, a necessidade de energia aumentará em 25% antes de 2015 e 50% antes de 2030. Mais da metade deste aumento será em gás e petróleo. O tema será intensamente debatido, já que o G20 conta com os maiores consumidores de petróleo, como os Estados Unidos, e alguns dos maiores produtores, como Arábia Saudita e Rússia

Produção de energia no Mundo: Petróleo 40,0% Gás Natural 22,5% Carvão 23,3% Hidroelétrica 7,0% Nuclear 6,5% Biomassa e outras 0,7%

Demanda Mundial de Energia

Por que Investir em E & P ?

Demanda mundial de petróleo de 89 mb/d.

Previsão de investimento da Petrobras de 112,4 bilhões de dólares no período 2009/2013.

Investimento de 65% desse capital em E&P.

Aumento de 2mb/d em 2008 para 2,8mb/d em 2013.

Aumento de 35 milhões de m3 de gás no mesmo período.

Motivos de se Investir em E & P :

Construção de 20 plataformas.

Pelo menos 09 vão começar a operar entre 2009/2013

A P51-1º Plataforma brasileira, 100% construída no Brasil.

Entrará em operação até o final de 01/09.

Custo total de 1 bilhão de dólares.

Lâmina d’água de aproximadamente 1225m, com produção de 180 mil/b/d.

Pré Sal.

Por que Investir em E & P?

  • Descoberta de novos campos na bacia de Santos e Santa Catarina.

  • Descoberta de óleo em águas ultra profundas.

  • Elevar o país a condição de grande produtor de óleo, com reservas estimadas em 62 bilhões de barris, somente com a descoberta dos campos de Tupi(8 bilhões) e Carioca(40 bilhões).

  • Parati, Júpiter, Caramba e Bem-te-vi, ainda não possuem reservas estimadas

Prospecção do Solo Marinho.

Na indústria do petróleo, exploração é o conjunto de atividades visando a procura sistemática de hidrocarbonetos com valor econômico.

Em linhas gerais, lança mão de caras e modernas técnicas como mapeamento regional, métodos potenciais, sísmica de reflexão, geoquímica, poços, entre outros, que, de maneira integrada, aumenta exponencialmente a chance de se identificar uma jazida

É uma das atividades econômicas de maior integração profissional, cujo espectro passa, por exemplo, por físicos, economistas, matemáticos, analistas de sistema, geofísicos, geólogos e engenheiros.

O grande impulso na exploração, foi a disponibilidade de memória computacional e capacidade de processamento.

Trata-se de uma atividade de altíssimo risco e bancado apenas por grandes empresas e verticalizadas.

Do Risco à Premiação

Ferramentas na Exploração

Entre as diversas técnicas na exploração de petróleo, destacam-se:

Sensoriamento Remoto;

Geoquímica**

Geologia de Campo

Métodos Eletromagnéticos**

Métodos Potenciais**

Sísmica de Reflexão**

Perfuração de Poço**

Um dos métodos mais triviais de se procurar hidrocarbonetos foi e, de certa maneira ainda é, as evidências das exsudações tanto de óleo quanto de gás no solo (oil and gas seeps), em geral, esta é uma das primeiras evidências, depois, obviamente de definido o mapeamento das bacias sedimentares, neste caso, comecemos com uma técnica que denominamos geoquímica.

Técnicas e Produto da Geoquimica

É um método indireto, de maneira simplificada, mede as pequenas variações de gravidade e suscebilidade magnética da superfície da terra, na exploração de petróleo, o que mais interessa é a gravimetria, pois, consegue prever qualitativamente as espessuras relativas de sedimentos.

É um método, para os padrões de exploração de petróleo, extremamente barato e rápido, porém, é bastante aplicado no mapeamento regional.

Atualmente, a maioria dos levantamentos são aéreos (aerogravimetria), porém, devido depender de condições muito específicas, ainda é usado, em geral, de maneira complementar, levantamentos terrestres.

O processamento depende de diversas correções, especialmente topográfica (anomalia Bouguer), latitude, intensidade do vento, variações de marés, entre outros. A unidade da gravimetria é o mGal em homenagem a Galilleo.

Comparison of airborne - ( А ) and ground ( В ) gravimetric data.

Por uma série de motivos, como presença de metais, íons livres e troca de cátions, as rochas tem suscebilidade à condutividade elétrica, consequentemente, gera proporcionalmente, ondas eletromagnéticas.

O princípio do EM é parecido com os métodos potenciais, ou seja, através da emissão espontânea de ondas eletromagnéticas, isto é medido através de receptores, mede-se as pequenas variações de acordo com a rocha.

Entre os métodos eletromagnéticos destacam-se o magnetotelúrico e o eletromagnético de fonte induzida, também conhecido como sea bed logging.

O princípio do magnetotelúrico – MT, baseia-se nas medições das variações naturais do campo magnético terrestre. Consequentemente, induzem a emissão de correntes elétricas – campos ortogonais- (correntes telúricas), quando estas correntes atingem a superífice, através das medidas de impedância, é possível, de maneira qualitativa prever a composição das rochas adjacentes, através da resistividade.

É um método relativamente barato, recente (1950) e é muito aplicado em mineração, na exploração de petróleo tem sido usado para detectar a presença de domos salinos.

Sísmica

Sísmica

É subdividida em duas áreas, a sísmica de refração e de reflexão, na exploração de petróleo, é aplicada a sísmica de reflexão. Na sísmica de reflexão, com a disponibilidade computacional e a evolução tecnológica, pode-se gerar os conhecidos cubos 3D

Comparação entre Brent e o WTI

Através de sofisticados processamentos computacionais é possível se produzir perfis em tempo, das interfácies de impedância, porém, caso haja um poço perfurado nos arredores, é possível converter o perfil para profundidade.

Uma das grandes barreiras da sísmica foi a capacidade computacional.

De longe, é o método mais usado na exploração de petróleo, é responsável por até 90% dos custos da exploração.

A conclusão de todo o processo da exploração redunda na decisão de furar um poço (ou não), este poço chamar-se-á poço pioneiro (wildcat).

Lembrando que o poço, nada mais é do que a redução de áreas de centenas de quilômetros quadrados para prospectos de unidades de quilômetros quadrados.

Ainda assim, a perfuração do poço deverá seguir o seguinte caminho:

  • Seco ou com indícios

  • Comercial ou sub-comercial

Lembrando que os custos de um poço em mar é no mínimo 10 vezes maiores que um em terra.

Perfurando Um Poço

Avaliando uma Descoberta

A presença de hidrocarboneto em quantidades comerciais, ou seja, em grandes quantidades, exige demorados, expensivos e sofisticados métodos de quantificação.

Para começar, lança-se mão do dispositivo conhecido como teste de formação. Este teste visa tentar prever a quantidade de hidrocarbonetos a partir do declínio de pressão de um poço colocado em produção.

Poço de Extensão

Caso as pressões mantenham-se estáveis mesmo depois de horas de teste, existe uma grande possibilidade de que este poço possa ser descobridor de campo, eventualmente, até convertido para produtor.

Porém, além deste poço, furam-se outros poços, aqui chamado poços de extensão.

Os poços de extensão é uma tentativa de prever espacialmente o volume do reservatório, obviamente que a quantidade de poços ficará a cargo da disponibilidade e grau de dificuldade do reservatório.

Uma outra ferramenta disponível é o método eletromagnético de fonte induzida.

Além disso, já na fase de produção lança-se mão da sísmica 4D

Explotação.

Análise de risco dos projetos offshore

. Antes de qualquer tipo de instalação, é necessário termos conhecimento das condições do local, tipos de equipamentos mais adequados.

.Minimizar os custos, e empreender de forma consciente e responsável pelo projeto.

. Ser feita as análises de risco.

.Retorno Financeiro

. Tempo e custo

.Valor no Mercado

.SMS e ISO 14.000 .

.Ética e Responsabilidade Social.

. EVTE

Instalações Submarinas.

Plataformas Tipo Caisson

Navio FPSO ( Flooting Production Storage Offloading) Torrent externo

FPSO com torrent Interno

Plataforma Semi Submersível

Plataforma Fixa

Plataforma Jackup

Navios Criogênicos

R.O.V (Remotely Operated Vehicle)

Veículos submarinos não tripulados, ligados a embarcação de apoio através de cabo de potência e comunicação.

Podem ser de 02 tipos:

  • Work Class

  • Observation Class

ROV – Work Class

Possuem “braços mecânicos”

São operados por pilotos via “joystick”.

Utilizados para a construção submarina.(conectar equipamentos

R.O.V Observation Class

  • Medir características da água;

  • Mapear o fundo do mar;

  • Inspecionar instalações submarinas;

  • Tirar fotografias e fazer seqüências de vídeo

Pré-Instalação de Equipamentos e Recolhimento de dutos

Atividades Pré Instalação

Instalação de Transponders

Pre-lay survey

Fabricação dos Stalks

Realização do Spooling

Pré lay-Survey

- Instalações dos Transponders:

Os transponders são colocados nos pontos onde os equipamentos serão instalados. Servem para mensurar a distância entre os equipamentos.

O transponder ou transpondedor (abreviação de Transmitter-responder) é um dispositivo de comunicação eletrônico complementar de automação e cujo objetivo é receber, amplificar e retransmitir um sinal em uma freqüência diferente ou transmitir de uma fonte uma mensagem pré-determinada em resposta à outra pré-definida “de outra fonte”.

TDM

É o caminho que o navio vai fazer por toda a extensão da linha a ser instalada. São colocados transponders que vão ler o subsolo e através destas leituras será determinado o que deve ser colocado no solo marinho para preservar a tubulação e os equipamentos.

Spooling

É o carregamento dos stalks de tubos rígidos ou flexíveis das bases.

Stalks

São ±1000 metros de tubos soldados que serão recolhidos pelo navio. Os stalks são produzidos de 1 em 1km e são recolhidos na mesma proporção.

Obs.: dependendo da lâmina d’água, e da pressão algumas linhas devem ter um “Buckle Arrestor” entre os Stalks.

Loadout

É o ato de carregar os equipamentos e suprimentos nos navios necessários para a construção submarina.

Laydown

É a instalação, abandono da linha ou dos equipamentos no leito marinho.

Barcos de recolhimento de dutos e abandono no mar

Instalação das Linhas Submarinas e Ancoragem

Suction Pile

É o primeiro equipamento a ser instalado no fundo do mar.

Através de uma válvula podemos colocar ou retirar água no seu interior e assim enterrar ou retirar a âncora do solo marinho.

Suction Pile

São instaladas na posição vertical.

São usadas juntamente com os riggings, com a função de iniciar uma linha ou para fixação das plataformas.

Estacas Torpedo.

  • Trata-se de um procedimento efetivo para a análise de materiais granulares e rochosos sob condições de carregamentos estáticos e dinâmicos;

  • Empregado no estudo de materiais sólidos e em problemas de fluxo;

  • Consiste em modelar o meio analisado através de uma coleção de elementos (partículas) interagindo entre si;

  • As equações de movimento de cada partícula, incluindo as forças oriundas dos contatos entre elas ou ainda ações externas, governam a configuração do meio analisado ao longo do tempo.

Estacas Torpedo

Instalações de Pipelines, Flowlines & Risers

- Os tubos podem ser – Rígidos ou Flexíveis

- O que são Risers ?

- O que são Flowlines?

- O que são Farings?

- O que são Strakes?

- O que são Flexjoints?

Tubos Rígidos e Flexiveis

RIGIDOS

.São tubos de aço que variam de comprimento (9m á 12m), de diâmetro (6” á 20”) e de espessura ou parede do tubo.

Precisam de um navio específico para serem instalados.

Maior sensibilidade aos acidentes no fundo do mar.

Necessidade de calçamento dos dutos nos trechos com grandes vãos.

Podemos instalar esses tubos de três formas:

  • Enrolados (Reeling)

  • Rebocados (Towing)

  • Soldados nos navio de instalação

Tubos Rígidos e flexiveis

Flexíveis

  • No Brasil a maior parte das tubulações instaladas Offshore são do tipo flexível. Este tipo de estrutura é composto por diversas camadas metálicas e poliméricas, como pode ser observada na figura.

Tubos Rigidos e suas camadas de Proteção.

Método Reeling

.No caso de dutos rigios. As operações de enrolamento e desenrolamento podem diminuir significativamente a resistencia limite e a fadigas nos dutos . Essa retificação é feita nas rampas de lançamento onde tambem se encontram rolos que pressionam o duto pra garantir a tração necessária pra sustentação durante o lançamento. O esquema desse lançamento está representado pela figura 2.28.

Método Towing

Tubos Rígidos e Flexiveis

Flowlines

Linha exposta a um número não significativo de flexões. Está sempre apoiada no solo marinho.

Umbilicais

Não há fluxo de óleo e gás no seu interior, são cabos elétricos e hidráulicos e podem estar ou não apoiados no solo marinho. São conectados a plataforma e as UTAs

Umbilical Manufacture

UTA – Umbilical Termination Assembly.

Recebe o umbilical vindo da plataforma, com informações elétricas e hidráulicas e redistribuem estas informações por cabos mais finos chamados Flying leads, para os demais equipamentos instalados no solo marinho.

Umbilical Systems

Umbilical Systems

Umbilical Support

Flying Leeds

Instalação dos Equipamentos Submarinos.

Flexjoints

São instalados no final do Riser e conectados direto a plataforma, é muito grande e robusto, pois segura todo o peso da tubulação. Não entra em contato com a água.

Farings and Strakes

São instalados na parte do “top riser” abaixo do flexjoint, tem por objetivo anular a força da maré e da correnteza do mar para diminuir o desgaste e a fadiga das soldas da tubulação. São equipamentos instalados sobre a tubulação e ficam localizados ao longo dos risers.

PLET- Pipeline and Termination

Instalado nas extremidades das linhas principalmente em dutos rígidos.Fazem a conexão dos poços as linhas através dos jumpers. São instalados fechados e posteriormente abertos no solo marinho pelo ROV.

Manifolds

É um conjunto de válvulas exportadoras e distribuidoras, que tem como principal objetivo coletar a produção e injetar água e gás nos poços de petróleo e gás. Os manifolds podem ser de injeção de água, gaslift ou misto.

Arvore de Natal Molhada (ANM )

. A ávore de natal molhada é um conjunto de válvulas de gaveta, atuadas hidraulicamente, conectadas a cabeça dos poços submarinos. Controla o fluxo de Óleo e gás no poço. Possibilita outras operações necessárias pra vida produtiva do poço.

Template

PLEM- Pipeline end Manifold

Estrutura

BOP- Blow Out Preventer

. O BOP, é uma das ferramentas mais importantes durante a perfuração de qualquer tipo de poço, quer seja em terra ou principalmente no mar.

. Tem como principal finalidade, controlar o fluxo de vazão e pressão de um poço assim evitando um fluxo desordenado evitando um ``KICK`` como é conhecido um principio de explosão de um poço.

Jumpers

Principais Características:

- São feitos sob medida

- Possuem pelo menos 03 soldas.

- Interligam o poço ao manifold e o mesmo ao plet

- Sua metrologia é muito importante, pois é através desta medição que o jumper será produzido.

Bóias

São colocadas para abandonar os equipamentos no fundo do mar e manter

tubulações não apoiadas no solo marinho.

Produção e Armazenagem.

Armazenagem em Plataformas

Todo armazenamento do óleo, é feito segundo as normas da ANP.

Nos Navios FPSO, são armazenadas nos cascos que neste caso são duplos.

Nas outras Plataformas ficam armazenadas em tanques

O aliviamento da produção é feita atraves de Navios chamados FSO ( Flooting Storage Offloading ) ou Aliviadores.

O Gás vai em navios Criogênicos

Offloading

Offloading é o processo de aliviamento do óleo das unidades produtoras ( FPSO / SS / Jackup / Fixa... ) é realizado por outros navios petroleiros ou como são chamados de FSO ( flooting Storage Offloading )

Após o aliviamento, o navio FSO segue para a costa onde o óleo segue por modal dutoviário / terrestre / férreo

Dependendo da Logística mais Viável economicamente.

O Destino Final do óleo é a refinaria onde se obtem os outros derivados

FSO

Offloading

P E V

Ponto de Ebulição Verdadeiro

Destilação PEV

Curva PEV

PONTO DE EBULIÇÃO

O ponto de ebulição ou temperatura de ebulição é a temperatura em que uma substância passa do estado líquido ao estado gasoso.

O ponto de ebulição varia com a altitude e a pressão. Quanto mais baixa for a pressão menor será o ponto de ebulição e vice-versa

ESQUEMAS DE REFINO

ESQUEMAS DE REFINO

ESQUEMA 1

DESTILAÇÃO

FLASH

Destilação Multi-estágios

Destilação Multi-estágios

DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA

EQUIPAMENTOS

  • torres de fracionamento

  • retificadores

  • fornos

  • trocadores de calor

  • tambores de acúmulo e refluxo

  • bombas

  • tubulações

  • instrumentos de medição e controle

DESSALGAÇÃO

  • Efeitos dos contaminantes:

    • geram HCl que pode causar corrosão acentuada nas torres de fracionamento e linhas
    • depositam-se em trocadores de calor e tubos de fornos
    • atuam como catalisadores para a formação de coque no interior dos tubos de fornos e linhas de transferências
    • afetam o desempenho dos catalisadores nas unidades de conversão da refinaria

DESSALGAÇÃO

DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA

  • Estará sempre presente em uma refinaria de petróleo, uma vez que todos os outros processos, lá existentes, dependem, direta ou indiretamente, de alguma saída da Destilação.

DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA

DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA

DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA

DESTILAÇÃO A VACUO

DESTILAÇÃO A VÁCUO

TIPOS DE UNIDADES

  • Unidades de um estágio:

    • Destilação Atmosférica
  • Unidades de dois estágios:

    • Torre de Pré-Flash e Destilação Atmosférica
    • Destilação Atmosférica e Destilação a Vácuo
  • Unidades de três estágios:

    • Torre de Pré-Flash, Destilação Atmosférica e a Vácuo

DIAGRAMA DE BLOCOS

DESASFALTAÇÃO A PROPANO

DESASFALTAÇÃO A PROPANO

DIAGRAMA DE BLOCOS

PRINCIPAIS VARIÁVEIS

DESASFALTAÇÃO A PROPANO

CRAQUEAMENTO CATALÍTICO

CRAQUEAMENTO CATALÍTICO

CRAQUEAMENTO CATALÍTICO

LIMITAÇÕES À CARGA

  • Faixa de Destilação

    • 370 a 650 ºC
  • Resíduo de Carbono

    • deve ser inferior a 1,5% em peso
  • Fator de Caracterização (KUOP)

    • maior de 11,5 (condições de operação menos severas)
  • Teor de Metais

    • afetam a atividade e seletividade do catalisador
    • Fe + V + 10 (Ni + Cu) deve ser menor que 5 ppm

CARACTERIZAÇÃO DA CARGA

  • Conhecendo-se o teor de HC parafínicos, naftênicos e aromáticos é possível estimar a Conversão potencial da carga.

  • Os percentuais de produtos nobres gerados, de acordo com o tipo de carga são:

    • Parafínicos: gera 100%;
    • Naftênicos: gera de 80 - 100%;
    • Aromáticos: 0 - 30% (o restante gera coque).

CRAQUEAMENTO CATALÍTICO

CATALISADOR

  • Finalidade:

    • Promover as reações de craqueamento em temperaturas inferiores às necessárias no craqueamento térmico
    • Transferir o coque e o calor gerado
    • Acelerar as reações em condições favoráveis de P e T
      • P ligeiramente acima da atmosférica
      • T = 490-550ºC

FORMAÇÃO DE PRODUTOS

CATALISADOR

  • Propriedades Catalíticas:

    • Atividade: Capacidade de converter a carga em produtos
    • Seletividade: Capacidade de orientar as reações para obtenção de determinado produto, pode ser alterada pela ação de contaminantes (metais pesados).

CATALISADOR

CATALISADOR

  • Propriedades Físicas:

    • Estabilidade
    • Área Específica (virgem: 300-350 m2/g; equilíbrio: 170-200 m2/g)
    • Diâmetro dos poros
    • Resistividade (0 hm/cm2)
    • Volume dos poros
    • Índice de atrito
    • Densidade aparente
    • Granulometria

REAÇÕES

  • Ocorrem no riser e classificam-se em:

    • Primárias: são endotérmicas, rápidas e se favorecem das elevadas temperaturas do catalisador
    • Secundárias: são exotérmicas e se favorecem com a queda de temperatura do catalisador ao longo do riser

REAÇÕES

  • Reações Primárias (endotérmicas)

    • Quebra de parafinas e olefinas
      • ex: C32H66  C16H34 + C16H32

Parafina Parafina Olefina

      • ex: C30H60  C10H20 + C20H40

Olefina Olefina Olefina

    • Desalquilação de aromáticos
    • Quebra de Naftênicos
      • ex: C26H52  C15H30 + C11H22

Naftênico Olefina Olefina

REAÇÕES

  • Reações Secundárias (exotérmicas)

    • Transferência de Hidrogênio
      • Naftênicos + Olefinas  Aromáticos + Parafinas
    • Condensação de Aromáticos e Olefinas
    • Isomerização de Olefinas
      • Olefinas  Iso-Olefinas
    • Ciclização de Olefinas

PRINCIPAIS REAÇÕES

SEÇÕES DO PROCESSO FCC

  • Seção de Pré-Aquecimento

  • Seção de Reação ou Conversão

  • Seção de Fracionamento

  • Seção de Recuperação de Gases

  • Seção de Tratamento

DIAGRAMA DE BLOCOS

CONVERSOR - RISER

VARIÁVEIS OPERACIONAIS

  • Variáveis independentes

    • são aquelas que podem sofrer alterações diretamente, geralmente, através de um controlador
    • ex: vazão e qualidade da carga
  • Variáveis dependentes

    • são aquelas que alteram em conseqüência de uma mudança em uma variável independente
    • ex: relação Catalisador/óleo e tempo de contato

SEÇÃO DE FRACIONAMENTO

RECUPERAÇÃO DE GASES

PRODUTOS

  • Gás Combustível

    • Composto de H2, C1, C2= e C2
    • O FCC é o principal gerador de GC
    • Gás rico em H2S (necessita tratamentos)
    • Eventualmente pode-se recuperar etileno
    • Vai para a unidade de Tratamento DEA
    • Queimado em fornos e caldeiras na própria refinaria

PRODUTOS

  • Gás Liquefeito - GLP

    • Composto de C3=, C3, C4= e C4
    • Vai para a unidade de Tratamento DEA (remoção de H2S)
    • Em seguida para a unidade de Tratamento Cáustico (remoção de mercaptans)
    • Utilizações petroquímicas:
      • C3= obtenção de fibras acrílicas e polipropileno
      • C4= obtenção de butadieno p/ resinas SBR e ABS

PRODUTOS

  • Nafta de Craqueamento (Gasolina)

    • Rica em aromáticos, isoparafinas e olefinas
    • Alto Índice de Octanagem (81-83 MON)
    • Alto teor de enxofre (H2S e Mercaptans)
    • Requer Tratamento Cáustico
    • Alto teor de olefinas (formação de gomas)

PRODUTOS

  • Óleo Leve de Reciclo (Diesel FCC)

    • Produto de faixa de ebulição semelhante ao diesel
    • Rico em aromáticos, bi e trinucleados e olefinas
    • Baixo Índice Diesel (21-31)
    • Alto teor de olefinas, enxofre e nitrogênio
    • Alta instabilidade química
    • Não pode ser incorporado integralmente ao “Poll” de diesel da refinaria, caso não seja hidrotratado
    • Utilizado para acerto de viscosidade de OCs

PRODUTOS

  • Óleo Pesado de Reciclo (HCO)

    • Semelhante ao OC de baixa viscosidade
    • Rico em anéis aromáticos polinucleados (3 a 5)
    • Hoje é usado apenas como refluxo circulante

PRODUTOS

  • Óleo Decantado (Clarificado)

    • Riquíssimo em aromáticos polinucleados
    • Alta relação carbono/hidrogênio
    • Utilizado como diluente do resíduo de vácuo
    • Matéria-Prima para Negro de Fumo (carga para borracha)
    • Matéria-Prima para Coque de Petróleo
    • Pode conter teores razoáveis de catalisador

PRODUTOS

  • Coque (não é um produto comercial)

    • Cadeias polímeras de altos pesos moleculares
    • Polianéis aromáticos condensados
    • Altíssimo teor de carbono (>90%)
    • Totalmente queimado no regenerador

HIDROCRAQUEAMENTO CATALÍTICO

HIDROCRAQUEAMENTO CATALÍTICO

HIDROCRAQUEAMENTO CATALÍTICO

PROCESSOS TÉRMICOS

NOÇÕES

  • A velocidade de reação corresponde à freqüência com que se sucedem os choques, ao número de coques e à energia necessária para que a reação ocorra.

  • A freqüência de colisão depende de:

    • proximidade das moléculas: concentração e pressão;
    • tamanho das moléculas;
    • como se movimentam: peso e temperatura.
  • Outros fatores:

    • geometria da molécula;
    • energia fornecida ao meio reacional;
    • a orientação dos choques.

CRAQUEAMENTO TÉRMICO

VISCORREDUÇÃO

COQUEAMENTO RETARDADO

COQUEAMENTO RETARDADO

CARGAS E PRODUTOS

IMPORTÂNCIA DO PROCESSO

Aumento da conversão dos petróleos pesados brasileiros. Marlim gera 60% de RAT;

Consome o resíduo que geraria OC, cuja demanda tem decaído;

Aumento da margem de refino – elevadíssima rentabilidade

Aumento da produção de diesel

Menor investimento inicial comparado a outros processos concorrentes

Tecnologia consolidada

UNIDADE DE COQUEAMENTO

FORNO DE COQUEAMENTO

  • Fornece a energia necessária para promover as reações de craqueamento térmico (endotérmicas);

  • É um forno-reator com parte das reações ocorrendo em seu interior:

    • conversão na saída do forno de ~25-30%
    • efluente do forno parcialmente vaporizado
  • Acima de 400 ºC a taxa de craqueamento dobra para cada aumento de 10 ºC.

  • Acima de 427 ºC o tempo de residência deve ser de no máximo 1s, para minimizar a o coqueamento do forno

As condições operacionais de P e T variam:

As condições operacionais de P e T variam:

  • Temperatura no topo do tambor é resultante:

    • da temperatura de saída do forno
    • do calor consumido pelas reações de craqueamento térmico
    • do isolamento térmico da linha de transferência e do tambor
  • Pressão no topo do tambor é resultante:

    • da pressão no vaso de topo da fracionadora
    • da perda de carga na fracionadora e no seu circuito de topo
    • da perda de carga na linha de transferência tambor-fracionadora

Características importantes:

Características importantes:

  • Presença de 3 fases no interior do tambor:

    • líquida: precursora do coque
    • vapor: produtos do craqueamento
    • espuma: resultante da aeração da fase líquida
  • Necessidade de adição de antiespumante para minimizar o arraste de finos de coque.

  • Medição do nível de coque no tambor por sensores radioativos (Co 60 – emissor de raios gama)

Em função da formação de um produto sólido (coque), surge a necessidade de tirar de operação o tambor que está recebendo a carga:

Em função da formação de um produto sólido (coque), surge a necessidade de tirar de operação o tambor que está recebendo a carga:

  • os tambores de coque operam em batelada;

  • são necessárias diversas etapas para a remoção do coque de dentro do tambor;

  • o tempo requerido para o seu enchimento é usualmente denominado “ciclo do tambor de coque”.

TAMBOR DE COQUE

DESCOQUEIFICAÇÃO

TIPOS DE COQUE VERDE

  • Classificados pela natureza química das cargas de origem:

    • Shot coke: cargas ricas em asfaltenos (>13%m/m). Formadas por RV ou RASF que apresentam altos teores de enxofre e metais. A olho nu, o material apresenta forma esférica de várias dimensões.
    • Coque esponja: formado por RV que ainda contém resinas e médios teores de enxofre, asfaltenos e metais. A olho nu, o material apresenta pequenos poros e paredes espessas.
    • Coque esponja grau anodo: formado a partir de RV que apresente menor grau de impurezas do asfaltenos, enxofre, resinas e heteroátomos. Camadas mais alinhadas e poros em forma de elipse.
    • Coque agulha: produzido a partir de cargas formadas por óleos decantados ricos em HCs aromáticos. Baixa presença de asfaltenos, resinas e metais.

UTILIZAÇÃO DO COQUE VERDE

COQUE

COQUES ESPECIAIS

  • Seleção de Carga

    • cargas com caráter fortemente aromático
    • baixo teor de enxofre e metais
    • baixo teor de asfaltenos
    • baixa viscosidade
  • Condições operacionais

    • alta razão de reciclo (60% a 100%)
    • alta pressão (3,4 a 6 atm) e temperatura
    • alto tempo de residência e longos ciclos
  • Projeto

    • tambor de maior espessura
    • forno para condições severas
    • coque mais duro, requer sistema de descoqueamento mais potente
    • tambor de menor diâmetro (<24 ft)
    • manuseio elaborado e cuidadoso para minimizar o finos

REFORMA CATALÍTICA

REFORMA CATALÍTICA

DIAGRAMA DE BLOCOS

CARACTERÍSTICAS DA CARGA

  • Faixa de destilação para produção de um reformado para gasolina com alto IO

    • 60ºC a 200ºC
  • Faixa de destilação para produção de um reformado para a obtenção de aromáticos

    • Benzeno 65ºC a 88ºC
    • Benzeno + Tolueno 65ºC a 110ºC
    • Benzeno + Tolueno + Xilenos 65ºC a 150ºC

SEÇÃO PRÉ-TRATAMENTO

SEÇÃO PRÉ-TRATAMENTO

  • Proteger o catalisador de reforma de impurezas presentes na carga tais como enxofre, nitrogênio, oxigênio, metais e olefinas.

  • O catalisador de pré-tratamento (óxidos de cobalto e molibdênio em suporte de alumina) é mais barato.

  • O hidrogênio necessário para o hidrotratamento é obtido da reação de reforma

  • Temperatura = 260ºC a 340ºC

  • Pressão = 2000 kPa a 3500 kPa

REAÇÕES - EXOTÉRMICAS

  • com compostos sulfurados (mercaptans)

      • R-SH + H2  R-H + H2S
  • com compostos nitrogenados

      • R-NH2 + H2  RH + NH3
  • com compostos oxigenados

      • R-OH + H2  RH + H2O
  • com halogenados

      • R-Cl + H2  RH + HCl

SEÇÃO DE REFORMA

REAÇÕES DA REFORMA

  • As reações de desidrogenação são altamente endotérmicas

  • Reações viabilizadas por:

    • catalisador (platina+metal nobre: Rênio/Germânio)
    • temperatura (470ºC a 530ºC)
    • pressão (10-40 kgf/cm2)
  • Função do catalisador

    • reduzir a energia de ativação
    • direcionar as reações

REAÇÕES DA REFORMA

  • Desidrogenação

      • ciclohexano  benzeno + H2
  • Isomerização

      • nC7  iC7
      • metil ciclopentano  ciclohexano
  • Ciclização

      • iC7  metil ciclohexano + H2

REAÇÕES DA REFORMA

  • Desalquilação

      • Tolueno  Benzeno + CH4
      • iC7  nC7
  • Hidrocraqueamento

      • nC8 + H2  nC5 + nC3
  • Reações de coqueamento

    • Favorecidas pela presença de olefinas, diolefinas e policíclicos e pela diminuição da pressão parcial de H2.

REAÇÕES DA REFORMA

PERFIS DE TEMPERATURA

CARACTERÍSTICAS DA SEÇÃO

  • A presença de fornos intercalando-se entre os reatores prende-se à necessidade de repor-se os níveis de temperaturas indispensáveis à reação e, conseqüentemente, à obtenção da conversão desejada.

  • As reações passam a altas pressões parciais de hidrogênio para se evitar a formação de coque, que se deposita no catalisador desativando-o.

  • Conforme a carga vai passando pelos reatores, as taxas das reações decrescem, os reatores tornam-se mais largos e a carga térmica fornecida no reaquecimento é menor.

SEÇÃO DE ESTABILIZAÇÃO

TIPOS DE PROCESSO

  • Semi-Regenerativo: O processo é realizado em leito fixo a altas pressões parciais de H2. A relação H2/carga gira em torno de 3. A regeneração do catalisador é realizada de 6 a 24 meses, por meio de queima do coque com ar quente. Processo existente na REDUC e RPBC.

  • Contínuo: Remoção e regeneração do catalisador durante a operação normal. Opera-se em baixa pressão parcial de H2.

  • Cíclico: Tambores operando em paralelo. Enquanto um está operando, o outro está sendo regenerado.

EXTRAÇÃO DE AROMÁTICOS

EXTRAÇÃO DE AROMÁTICOS

ALQUILAÇÃO CATALÍTICA

ALQUILAÇÃO CATALÍTICA

ALQUILAÇÃO CATALÍTICA

VARIÁVEIS OPERACIONAIS

  • Relação isobutano/olefinas

    • de 5 a 25
  • Temperatura de reação

    • HF: 27ºC – 38ºC
    • H2SO4: 5ºC – 10ºC
  • Tempo de reação

  • Pressão de trabalho

    • HF: 14 kg/cm2
    • H2SO4: 1 a 3 kg/cm2

TRATAMENTO DE DERIVADOS

Objetivo: eliminar os efeitos indesejáveis dos contaminantes presentes nos derivados.

Classes:

Processos de adoçamento: transformam compostos agressivos de enxofre e outros menos prejudiciais;

Processos de dessulfurização: os compostos de enxofre são removidos dos produtos.

TRATAMENTO DE DERIVADOS

Processos Convencionais:

Tratamento Bender

Lavagem Cáustica

Tratamento Merox

Tratamento com DEA

Hidrotratamento

BENDER - adoçamento

LAVAGEM CÁUSTICA - dessulfurização

MEROX – Adoçamento e dessulfurização

TRATAMENTO COM DEA - dessulfurização

HIDROTRATAMENTO

HIDROTRATAMENTO

HIDROTRATAMENTO

  • Aspectos ambientais:

    • Necessidade de reduzir-se, cada vez mais, os teores de enxofre dos derivados
  • Aspectos econômicos:

    • Novas tecnologias permitiram a produção de hidrogênio a preços razoavelmente baixos

REAÇÕES

  • Dessulfirização

REAÇÕES

  • Denitrificação

REAÇÕES

  • Desoxigenação

Hidrotratamento de Diesel

DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA

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