GeoPG: Geo Aula - Refino do Petróleo (Aula 6)

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 Craqueamento Catalítico 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]) < 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 Parafinas

Parafinas --> Catalisador --> Aromatico + Olefina

2. Craqueamento de Naftênicos

Naftênicos --> Catalisador --> Olefinas +Olefinas

3. Craqueamento de Aromáticos Ramificados

Alquilaromáticos --> Catalisador --> Aromático+Olefina

Característica 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.

(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...

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

Abraços!!

Fonte: 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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Abraço a todos!