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
Fundamentos do 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
Fundamentos do 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
Fundamentos do 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
Fundamentos do 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
Fundamentos do 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
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de
Naf
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NaftaLeve
NaftaMédia
NaftaPesada
Ret
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s Querosene
DieselLeve
DieselPesado
Des
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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
Craqueamento Catalítico
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
Craqueamento Catalítico
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
Desasfaltação à Solvente
Introdução
� Princípio Básico
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
Desasfaltação à Solvente
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
Desasfaltação à Solvente
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
Processo de Tratamento de Derivados
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
Processo de Tratamento de Derivados
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
Produção de Lubrificantes
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
Produção de Lubrificantes
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
Produção de Lubrificantes
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
Produção de Lubrificantes
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
Produção de Lubrificantes
Rota S
olvente –D
iagrama de B
locos Típico
Destilação Atmosférica e à
Vácuo
Desasfaltação à Solvente
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
Desaromatização à Solvente
Introdução
� Princípio Básico
Diferença de Solubilidade entre as Diversas Famíliasde Compostos Químicos
⇓⇓⇓⇓
Alguns solventes específicos solubilizamCompostos Aromáticos
� Solventes Utilizados
OH� Furfural
PF = –39ºCPE = 162ºCd = 1,159
HC – CH O|| || //
HC C – C\ / \O H
� Fenol
PF = 42ºCPE = 181ºCd = 1,071
Refino de Petróleo
Desaromatização à Solvente
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
Desaromatização à Solvente
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
Desaromatização à Solvente
Esquema Típico
SEÇÃO DEEXTRAÇÃO
Recuperação deSolvente do Rafinado
Recuperação deSolvente do Extrato
Purificação do Solvente
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
Desparafinação à Solvente
Introdução
� Princípio Básico
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.
� Solventes Utilizados
� Mistura MEK (Metil Etil Cetona) – Tolueno
� MIBC (Metil Isobutil Cetona)
Refino de Petróleo
Desparafinação à Solvente
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
Desparafinação à Solvente
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
Desparafinação à Solvente
Fluxograma Esquemático
SE
ÇÃ
O D
ER
ES
FR
IAM
EN
TO
E F
ILT
RA
ÇÃ
O
Recuperação deSolvente do Óleo
Recuperação deSolvente da Parafina
Purificação do Solvente
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
Fluxograma Esquemático
SE
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O D
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ILT
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Recuperação deSolvente do Óleo
Recuperação deSolvente da Parafina
Purificação do Solvente
Cor
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Cor
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Des
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Ole
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Vapor
Água
Vapor
Vapor
Refino de Petróleo
Desoleificação à Solvente ... da Parafina
Fluxograma Esquemático
SE
ÇÃ
O D
ER
ES
FR
IAM
EN
TO
E F
ILT
RA
ÇÃ
O
Recuperação deSolvente do Óleo
Recuperação deSolvente da Parafina
Purificação do Solvente
Par
afin
a O
leos
a
Par
afin
a M
ole
Par
afin
a
Vapor
Água
Vapor
Vapor