Refino de petroleo e gas natural

Refino de petroleo e gas natural

(Parte 4 de 7)

Quebra de cadeias moleculares

Fonte: Prof. Gilvan Júnior (Tecnologia em Petróleo e Gás – UNIT).

Assim, “Craqueamento Catalítico” é um processo químico, que transforma frações mais pesadas em outras mais leves através da quebra de moléculas dos compostos reagentes, utilizando agentes facilitadores chamados catalisadores.

Quais são as entradas da Unidade de Craqueamento Catalítico (U-CC)?

A U-CC tem como carga uma mistura de Gasóleos de Vácuo produzidos na Unidade

de Destilação.

  • Gás Combustível;

  • GLP;

  • Nafta;

  • Óleo Leve;

  • Óleo decantado.

O Craqueamento Catalítico é considerado um processo de alta rentabilidade econômica por utilizar como carga um produto de baixo valor comercial (Gasóleos de Vácuo) que, se não usado na U-CC, seria simplesmente adicionado ao Óleo Combustível.

Unidade de craqueamento catalítico

Fonte: Prof. Gilvan Júnior (Tecnologia em Petróleo e Gás – UNIT).

Para onde vão as saídas U-CC ?

Devido à carga da U-CC possuir, em geral, alto teor de enxofre, os produtos por ela gerados possuem teores de enxofre acima do permitido pelas especificações de cada um deles.

Por isso, com exceção do Óleo Decantado, todos os demais produtos da U-CC precisam passar por processos específicos de tratamentos, para redução do teor de contaminantes (em especial, de enxofre).

Esquema geral de tratamento catálitico

Fonte: Prof. Gilvan Júnior (Tecnologia em Petróleo e Gás – UNIT).

Gás Combustível - vai para a unidade de tratamento DEA (para remover H2S) e em seguida queimado em fornos e/ou caldeiras na própria refinaria;

GLP - vai para a unidade de tratamento DEA (para remover H2S), em seguida para a

unidade de tratamento cáustico (para remover mercaptans) e, daí, para armazenamento em esfera;

Nafta - vai para a unidade de tratamento cáustico (para remover H2S e mercaptans) e daí para armazenamento em tanque de nafta ou gasolina;

Óleo Leve - vai para a unidade de HDT (Unidade de Hidrotratamento) e, daí, para armazenamento, como óleo Diesel;

Óleo Decantado - embora também contenha enxofre em alto teor, não é tratado e, normalmente, é misturado ao resíduo de vácuo (da destilação), compondo o óleo combustível.

O catalisador utilizado no craqueamento catalítico é o Fluid Catalytic Cracking (FCC). O FCC é composto basicamente de zeólita (poros pequenos e definidos) e matriz.

Lembre-se: os principais produtos advindos do craqueamento catalítico são o gás liquefeito de petróleo (GLP) e a gasolina (nafta).

Processo de FCC (Fluid Catalytic Cracking)

Atualmente o processo em leito é imprescindível às modernas refinarias, fatores

principais:

  • Contribui eficazmente com a refinaria ajustando sua produção de acordo com do

mercado consumidor local;

  • É um processo econômico, pois transforma frações residuais (de baixo valor agregados) em GLP e Gasolina que são produtos de alto valor agregado.

O craqueamento catalítico não atinge o equilíbrio, sobre o ponto de vista termodinâmico. Isso se deve devido ser uma reação extremamente rápida, necessitando de um tempo de contato entre o catalisador e a carga muito curto.

A presença do catalisador é decisiva, pois modifica o mecanismo de ruptura das ligações C-C, ao mesmo tempo em que acelera a velocidade das reações envolvidas. No craqueamento catalítico a formação de coque é indesejável, pois ocasiona a desativação dos catalisadores.

Por outro lado há a necessidade da sua formação, uma vez que é com sua combustão que a unidade possui uma fonte de calor, usada para suprir a energia requerida no processo. Portanto o processo é termicamente balanceado. A produção de coque está relacionada com as características da carga e do catalisador, como também com o balanço térmico da

unidade.

Descrição do Processo de Craqueamento Catalítico

A mistura carga-catalisador é aquecida a altas temperaturas, sendo vaporizada e craqueada. Os produtos do craqueamento são separados do catalisador na retificadora e enviados para uma fracionadora, onde são separados de acordo com a faixa de destilação. O catalisador é enviado para o regenerador, para que possa retornar ao processo (descrição resumida).

a) Entrada de Carga

O gasóleo produzido na unidade de destilação a vácuo entra na unidade de craqueamento na sucção das bombas de carga de onde é enviado para a seção de préaquecimento.

O gasóleo oriundo da entrada é admitido na bateria de pré-aquecimento onde troca calor com alguns produtos do processo através de trocadores de calor conhecidos também como permutadores. Logo após, entra no forno para aquecer até 360° C, aproximadamente, completando esta etapa.

b) Pré-aquecimento

O gasóleo oriundo da entrada é admitido na bateria de pré-aquecimento onde troca calor com alguns produtos do processo através de trocadores de calor conhecidos também como permutadores. Logo após, entra no forno para aquecer até 360° C, aproximadamente, completando esta etapa.

C) Craqueamento

Após a etapa de pré-aquecimento, a carga (gasóleo aquecido) é enviada ao reator onde entra em contato com o catalisador que vem do regenerador a 730° C, é aquecida o suficiente para total evaporação e craqueamento. No topo do reator a temperatura é medida e controlada automaticamente pelo acionamento de uma válvula que dosa a vazão de catalisador para craqueamento. O catalisador, rico em coque, é separado dos gases craqueados e enviado para o regenerador onde o coque é queimado fornecendo calor suficiente para o processo. Esta etapa deixa o catalisador novamente ativo para o craqueamento.

D) Separação dos produtos

Após a separação dos gases craqueados e o catalisador, os primeiros são enviados paramuma coluna de fracionamento onde, através da diferença de ponto de ebulição, são

separados a nafta (gasolina) e o GLP.

E) Tratamento dos produtos

Após a separação, o GLP e a nafta, passam pela seção de tratamentos para que alguns compostos de enxofre sejam removidos, pois tais compostos são excessivamente tóxicos ou corrosivos.

F) Envio para a tancagem

Após a seção de tratamentos, os produtos são amostrados, analisados e enviados para os

seus respectivos tanques.

  1. Craqueamento Térmico

É o processo de conversão me moléculas grandes em moléculas pequenas através da aplicação de calor sobre a carga a ser transformada. Atualmente o craqueamento catalítico substitui o craqueamento térmico, devido ao seu alto grau de eficiência. Os tipos de craqueamento térmico que não foram substituídos pelo catalítico são o coqueamento retardado e a viscorredução.

  1. Coqueamento Retardado

No coqueamento retardado, a forma mais severa de craqueamento térmico, o resíduo de vácuo é transformado em produtos mais leves, que apresenta certo valor comercial. A alimentação, normalmente resíduo de destilação a vácuo, entra diretamente na torre fracionadora. O produto de fundo é aquecido em fornalha especial antes de alimentar as câmaras ou tambores de coqueamento (coking drums). O aquecimento no forno segue até uma temperatura de 482,20C, onde ocorre vaporização parcial e o craqueamento brando. A mistura líquido-vapor segue para os tambores de coque, onde sofre craqueamento e polimerização, tendo como produto final vapor e coque.

Os produtos efluentes da torre são hidrocarbonetos leves na faixa de gás, GLP, gasolina e frações mais pesadas que não foram craqueadas.

  1. Viscorredução

A viscorredução se caracteriza por um tipo de craqueamento realizado a temperaturas mais baixas que os demais processos de craqueamento térmico. A finalidade é a diminuição da viscosidade dos óleos combustíveis o que permite diminuir o volume de óleo diluente para acerto de viscosidade do óleo combustível bem como maior rendimento de gasóleo.

A carga é constituída de óleos residuais pesados, que seriam adicionados aos óleos combustíveis gerando produtos de baixa viscosidade e também frações leves como GLP e gasolina. Atualmente é um processo que se encontra em desuso.

  1. Hidrocraqueamento ou Hidrocraqueamento Catalítico

Processo de craqueamento bastante flexível se comparado aos demais processos de craqueamento, pois se pode operar com carga desde nafta leve para a produção de GLP, até cargas mais pesadas, como os resíduos da destilação. Assim, o hidrotratamento pode ser empregado em todos os cortes de petróleo.

A diferença no caso desse processo é que o mesmo é conduzido em atmosfera rica em hidrogênio e seus produtos apresentam elevados teores de hidrocarbonetos saturados e baixíssimos teores, que são removidos na forma de H2S com os gases leves.

A desvantagem desse processo está no fato do mesmo necessitar o uso do gás hidrogênio (H2), que é gás com elevado custo e altamente inflamável.

  1. Reforma Catalítica

A Reforma Catalítica consiste no rearranjo da estrutura molecular dos hidrocarbonetos contidos em certas frações de petróleo, com o intuito de valorizá-las. As gasolinas e as naftas têm, usualmente, o número de octanas baixo. Esses produtos são enviados para a reforma catalítica para que sejam convertidas em naftas ou gasolinas de maior índice de octanagem.

Na Reforma, podem ser produzidos, dependendo da faixa de ebulição da nafta da carga, uma nafta de alto índice de octanagem (reformado), para ser utilizada na produção de gasolina de alto poder antidetonante, ou um composto rico em hidrocarbonetos aromáticos nobres (Benzeno, Tolueno e Xilenos), para serem posteriormente isolados. Neste processo também são produzidas pequenas quantidades de gás combustível e GLP.

Esse processo é uma forma industrial de se aumentar a octanagem de gasolinas destiladas, naturais ou de craqueamento térmico e para se produzir grandes quantidades de benzeno, xilenos, toluenos e outros aromáticos. A carga da nafta é preparada em um préfracionador, sendo posteriormente misturado com hidrogênio e introduzida num aquecedor. Os vapores de nafta quente misturados com hidrogênio são conduzidos através de 4 reatores em série para que se passe totalmente o ciclo de 4 reações que conduzam à formação de aromático.

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