Geo Aula - Refino do Petróleo (Aula 6)
Autor: Roberto | Publicado: 2014-08-27T06:52:00-07:00

Fala ai meus Descobridores!

Vamos dar continuidade as nossas aulas?

Nessa postagem vamos falar de mais um processo de refino seguindo essa serie de aulas. Nessa postagem iremos estudar o&nbsp;Craqueamento&nbsp;Catalítico&nbsp;Fluido (FCC).




Craqueamento Catalítico Fluido (FCC)







O craqueamento catalítico fluido (fluid catalytic cracking - FCC) é um processo responsável pela quebra de moléculas dos gasóleos para a obtenção de outras de menor massa molecular. A principal finalidade do processo é a produção de GLP e/ou gasolina e paralelamente produtos mais pesados que estes e o coque.A carga entra em contato com o catalisador fluidizado a uma temperatura elevada promovendo a ruptura das cadeias moleculares, originando uma mistura de hidrocarbonetos fracionada. O craqueamento ocorre a 500-540ºC e 1,5-2,0 bar.O FCC é composto elas seguintes seções:1.      SEÇÃO DE REAÇÃO OU CONVERSÃO: local onde ocorre a reção do processo, composta pelo riser, reator e o regenerador.2.      SEÇÃO DE FRACIONAMENTO: recebe o efluente do reator e neste ocorre o fracionamento em vários produtos. Nessa seção há a recuperação de parte dos gasóleos não convertidos, redirecionando para o reator.3.      SEÇÃO DE RECUPERAÇÃO DE GASES: recebe as frações leves convertidas e as formas fracionam em nafta de craqueamento (gasolina), GLP e gás combustível. Apresenta uma torre que pode desmembrar o GLP em duas correntes: C3 (propano e propeno) e C4 (butanos e butenos).4.      SEÇÃO DE TRATAMENTO: trata a gasolina, GLP e gás combustível tornando-os produtos comercializáveis ou aptos para sofrer, em etapas posteriores, transformações em outros produtos. O teor de enxofre dos produtos nessa etapa é sensivelmente reduzido. Característica do Processo

Nome do Processo: Craqueamento Catalítico Fluido;



Natureza do Processo: Química;


Tipo de Processo: Conversão;


Catalisador da Seção de Conversão: é um pó granular, finíssimo, de alta área superficial, a base de sílica (SiO2) e alumina (Al2O3);

O catalisador de craqueamento tem as seguintes funções:1.      Promover as reações do craqueamento;2.      Transportar o coque depositado na sua superfície para o regenerador;3.      Atuar como agente de transferência de calor, retirando-o da zona de combustão e utilizando-o para aquecer e vaporizar a carga, elevando a sua temperatura para possibilitar e manter as reações de craqueamento.
Carga do Processo: gasóleo da destilação a vácuo;


Seções do Processo: Reação, Fracionamento, Recuperação de Gases e Tratamento.


Produtos Finais: gás combustível, GLP e gasolina;

 Característica da Carga
A carga que alimenta o FCC é o gasóleo pesado cuja temperatura final de ebulição varia entre 550-564ºC, oriundo da destilação a vácuo. As características fundamentais do gasóleo que alimenta o processo são:

 1.      FAIXA DE DESTILAÇÃO DO GASÓLEO: temperatura inicial de ebulição entre 315-345ºC e temperatura final de ebulição entre 510-565ºC. Os compostos que destilam abaixo desse valor são difíceis de serem craqueados, sendo assim necessária condições mais severas de processamento. Em geral, a faia empregada varia entre 340-570ºC.2.      RESIDO DE CARBONO CONRADSON: este parâmetro está relacionado com a formação de coque durante o processo. Quanto maior for esse valor maior será a formção de coque durante o processo. Quanto maior for esse valor maior será a tendência informar coque. Esse valor deve ser inferior a 1,5% em massa.3.      FATOR DE CARACTERIZAÇÃO OU FATOR DE WATSON (kuop): este valor deve ser maior que 11,5, visto que os compostos aromáticos são difíceis de serem craqueados.4.      TEOR DE METAIS: a presença de metais é prejudicial para o catalisador, em função da redução da atividade, podendo conduzir a rápida desativação, e, por conseguinte, tornando o catalizador mais seletivo. 
[Fe] + [V] + 10* ([Ni]+[Cu]) &lt; 5ppm
 Característica da Seção de Reação 
A seção de reação é formada por 3 equipamentos: riser, reator e regenerador (Figura 3.9)







Figura3.9: Representação Esquemática da Seção de
Conversão do FCC. (Fonte: Adaptado de Mariano)




O riser é uma tubulação vertical de grande diâmetro onde a maior parte das reações de craqueamento.



A carga quando entra em contato com o catalizador quente, aproximadamente 700ºC, se vaporiza imediatamente no riser.


Nas zonas de reação e regeneração o catalizador é mantido em suspensão pela passagem de gases através de massa de catalisador.


O reator propicia um espaço para a separação inicial do catalizador, pois diminui a velocidade dos vapores em ascensão.


Após a carga passar pelo reator, os vapores de óleo tendem a saturar os poros do catalisador e ele deve ser retificado com vapor d’água.


No regenerador, o coque que se depositou na superfície do catalisador é queimado com ar gerando grande quantidade de calor – sendo a maior fonte de calor para a carga.


A corrente gasosa que sai da seção de conversão é direcionada para a seção de fracionamento.


As principais reações que ocorrem no FCC:



1.      Craqueamento de ParafinasParafinas --&gt; Catalisador --&gt; Aromatico + Olefina 2.      Craqueamento de NaftênicosNaftênicos&nbsp;--&gt; Catalisador --&gt;&nbsp;Olefinas +Olefinas3.      Craqueamento de Aromáticos RamificadosAlquilaromáticos&nbsp;--&gt; Catalisador --&gt;&nbsp;Aromático+OlefinaCaracterística da Seção de Fracionamento



Na seção de fracionamento, os fluidos oriundos da seção de conversão são separados por suas faixas de ebulição em uma torre de fracionamento (Figura 3.10).



A corrente que sai do top da fracionadora contém as frações mais leves produzidas (nafta de craqueamento, GLP e gás combustível), que após serem resfriadas, são coletadas no tambor de acúmulo.


Nesse tambor de coexistem 3 fases:

1.      Fase gasosa: Constituida de hidrocarbonetos de C1-C4 e impurezas gasos;2.      Fase liquida de hidrocarbonetos: denominada de nafta não estabilizada, esta mistura é formada por nafta e GLP;3.      Fase liquida aquosa.
As duas correntes de hidrocarbonetos (gasos e liquida) são encaminhadas á seção de recuperação de gases para uma posterior separação.


As correntes que saem na lateral da tore fracionadora são denominadas de óleos de reciclo (leve e pesado) que são constituídos de moléculas médias e pesadas, que foram parcialmente craqueadas.

O óleo pesado é reciclado compondo a carga combinada que alimenta a seção de conversão, visando o aproveitamento máximo das moléculas que não foram craqueadas.
A corrente de fundo da torre fracionada é constituída de frações pesadas e de partículas de catalisador que são arrastadas pela corrente gasosa que deixou o reator.


Em um vaso de decantação, no resíduo de fundo se obtém o óleo decantado (Clarificado) e uma borra oleosa que contém partículas finas de catalisador.


Essa borra oleosa retorna para o reator de craqueamento em função dos finos de catalisador que não foram retidos pelos ciclones.





Figura 3.10:
Representação Esquemática da Seção de Reforma.&nbsp;

(Fonte: adaptado de Mariano)



Característica da Seção de Recuperação de Gases


Esta unidade é formada por torres absorvedoras e uma torre retificadora.



A nafta não estabilizada que sai da torre de fracionamento é direcionada para uma torre absorvedora primária.


Na torre absorvedora primária, duas correntes são obtidas: liquida (gasolina não estabilizada) e gasosa (gás combustível).


A gasolina não estabilizada que deicou o fundo da absorvedora primária, junta-se com a descarga do compressor, é resfriada e é direcionada ao tambor de acúmulo de alta pressão.


Em função de o gás combustível arrastar algumas frações mais pesadas (acima de C3), esse gás é enviado para uma torre absorvedora secundária de onde se obtém duas correntes (gás combustível e óleo leve de reciclo).


A gasolina não estabilizada que deixa o fundo do tambor de alta pressão é direcionada para a torre retificadora (deetanizadora), onde recebe um ligeiro aquecimento, permitindo a vaporização das frações C1 e C2 que estavam absorvidos.


A gasolina após sua saída da torre retificadora é enviada para a debutanização, em condições mais severas, para obter uma gasolina estabilizada.


Na debutanização, obtém-se o GLP no topo que após o resfriamento é liquefeito e posteriormente sendo enviado para seção de tratamento para eliminar compostos de enxofre.







Catalizador

O catalizador empregado nas reações de craqueamento em um pó granular, finíssimo, de alta área superficial, a base de sílica (SiO2) e alumina (Al2O3).


Existem três formas distintas de catalisador que são empregados no FCC:

1. Baixa alumina (11-13% Al2O3);2. Alta alumina (25% Al2O3);3. Tipo zeolítico: é um composto de silica-alumina cristalina (Figura 3.11).As propriedades importantes das zeolitas que a destacam no FCC são: alta estabilidade (acima 870ºC), estrutura tridimensional, elevada acidez e poros grandes.





Figuras 3.11:
Representação Esquemática da Estrutura de uma Zeólíta.

(Fonte: Jones e Pujadó,
2006)





O catalizador quando é atravessado por uma corrente gasosa, comporta-se de modo semelhante a um fluido. A esse fenômeno denominemos fluidização.



A atividade de um catalisador é uma medida direta da capacidade do catalizador em promover as reações de craqueamento.


Com o uso, o catalisador vai perdendo sua atividade(mais fortemente no inicio, reagindo progressivamente com o tempo) devido às contaminações que vai sofrendo com o processo (coque e metais).


A desativação pode ser notada por um aumento anormal da quantidade de hidrogênio e metano produzidos.


Um catalisador de craqueamento pode apresentar-se de três formas distintas:

1.      Catalizador virgem – branco e com a atividade máxima especificada;2.      Catalisador gasto – teor de carbono é de 1,0 a 1,2% peso e cor preta;3.      Catalizador regenerado – teor de coque é de 0,3 a 0,6% peso e cor cinza clara.


Ufa! "Sinistro" né? Esse é o "cão chupando manga"! rs

Enfim meus amigos...&nbsp;

No&nbsp;próximo&nbsp;post estaremos finalizando as nossas aulas de Refino do Petróleo com Coqueamento retardado e alguns processos de tratamento.



Abraços!!








Fonte:&nbsp;UNESA – Curso: Refino do petróleo prof. Sandro Batista - Agosto de 2009. (Apostila) Pág. 34 - 38 (Unidade 3 :Processos de refino para a obtenção de combustíveis e matéria-prima petroquímica.).



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