Craqueamento Petróleo , Trabalhos de Engenharia Elétrica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA

DOUGLAS RAMOS MENDES

JÉFERSON FERRONATO

CRAQUEAMENTO DO PETRÓLEO

BAGÉ

DOUGLAS RAMOS MENDES

JÉFERSON FERRONATO

CRAQUEAMENTO DO PETRÓLEO

Dissertação apresenta como nota complementar de Pós-graduação Stricto sensu em Engenharia de Energias Renováveis e Ambiente da Universidade Federal do Pampa, como requisito parcial para aprovação na disciplina de Química Orgânica. Orientadora: Elisabete de Avila da Silva

Bagé 2012

1. RESUMO

O objetivo desde trabalho é mostrar como é feito o craqueamento do petróleo, suas principais características e etapas, visando demonstrar a importância desse processo. Sendo este com um enfoque voltado mais para a parte química do processo, mas não deixando de fora detalhes e curiosidades sobre essa etapa no refino do petróleo.

4.1.4.5 Hidrocraqueamento ou Hidrocraqueamento Catalítico.................................. 4.1.4.6 Reforma Catalítica.......................................................................................... 4.1.4.7. Alquilação Catalítica...................................................................................... 4.1.5 Processos de Tratamento ou Processos de Acabamento.................................

**5. CONCLUSÃO.......................................................................................................

6. REFERÊNCIAS ...................................................................................................**

3. INTRODUÇÃO

O ciclo do petróleo no Brasil teve início no final do século XIX, quando aconteceram as primeiras buscas por este minério no subsolo brasileiro. O primeiro vestígio de petróleo foi encontrado no município de Bofete, Estado de São Paulo, no entanto, a extração do recurso encontrado era inviável. A primeira jazida de petróleo, viável economicamente, foi descoberta em 1939, no município de Lobato, mediações do Recôncavo Baiano, da qual foi retirado petróleo de boa qualidade e propício à comercialização. No governo de Getúlio Vargas, em 1953, foi criada a que seria uma das mais promissoras estatais do mundo, a Petrobras (Petróleo Brasileiro S.A). A empresa possui 51% das ações pertencentes ao governo e o restante é de capital misto. O petróleo possui uma grande relevância para nossa vida, em razão de ser usado como combustível, além de ser agregado na fabricação de uma infinidade de produtos.

Até pouco tempo, o país não tinha produção suficiente de petróleo para o abastecimento interno, desse modo, era dependente do recurso importado, especialmente dos países do Oriente Médio, mas a partir de 2007 o país alcançou a autossuficiência. Atualmente, a produção é de aproximadamente 2,3 milhões de barris ao dia, que supera o consumo, que é de 2,2 barris diários. Esse trabalho tem um enfoque sobre o que é craqueamento do petróleo, como ele é feito e qual seu objetivo. Visando mostrar a importância dessa substancia no nosso dia a dia e o tamanho da dificuldade que se tem para se chegar no produto final desejado.

4. DESENVOLVIMENTO

4.1 Petróleo

A palavra petróleo vem do latim, petrus , “pedra” e oleum, “óleo”. O petróleo se apresenta em várias cores, variando entre o negro e o castanho escuro, tendo caráter oleoso, inflamável, menos denso que a água, com cheiro característico e composto basicamente por milhares de compostos orgânicos, com predominância exclusiva dos hidrocarbonetos.

4.1.1 Surgimento do petróleo

Os cientistas aceitam hoje a teoria de que o petróleo tenha sido formado pela decomposição de animais e vegetais aquáticos, principalmente marinhos, que foram soterrados por sucessivas camadas de solo, provavelmente entre 400 e 500 milhões de anos atrás. Com o tempo, o peso dessas camadas fez com que a pressão e a

No óleo cru pode aparecer também a combinação dos três tipos de hidrocarbonetos acima mencionados, onde dessa maneira a classificação do óleo será determinado pela predominância do tipo de hidrocarboneto. Além dessa mistura de hidrocarbonetos, o óleo cru também contém, em proporções bem menores, outras substâncias conhecidas como Contaminantes. Os heteroátomos (contaminantes) mais comuns são os átomos de enxofre (S), nitrogênio (N), oxigênio (O), e de metais como níquel (Ni), ferro (Fe), cobre (Cu), sódio (Na) e vanádio (V), podendo inclusive estar combinados de muitas formas Abaixo uma tabela que exemplifica a composição elementar do óleo cru (% em peso):

• Hidrogênio 11-14 %
• Carbono 83-87 %
• Enxofre 0,06-8 %
• Nitrogênio 0,11-1,7 %
• (^) Oxigênio 0,1-2 %
• Metais até 0,3 %

4.1.3 Refino

Consiste na etapa de processamento da mistura de hidrocarbonetos (óleo e gás), água e contaminantes proveniente da rocha reservatório a partir da perfuração do poço e sua posterior exploração. O processo de refino é importante porque é a partir dele que ocorrerá a obtenção dos mais diversos produtos utilizados nas mais variadas aplicações. São os chamados produtos derivados do petróleo. O processo de refino poderá ocorrer de duas maneiras: a) UPGN (Unidade de Processamento do Gás Natural): processo de refino cuja matéria prima é o gás úmido ou gás não associado. b) Refinaria: as refinarias de petróleo constituem o mais importante exemplo de plantas contínuas de multiprodutos. Uma refinaria, em geral, processa um ou mais tipos de petróleo, produzindo uma série de produtos derivados, como o GLP (gás liquefeito de petróleo), a nafta, o querosene e o óleo diesel. Segue abaixo uma figura que resume bem o refino do petróleo.

Os derivados do petróleo podem ser utilizados em aplicações energéticas ou não energéticas: Os derivados energéticos são também chamados de combustíveis. Eles geram energia térmica ao entrar em combustão na presença do ar e de uma fonte de ignição. Uma refinaria de petróleo pode produzir os seguintes derivados energéticos ou combustíveis: a) Gás Combustível; b) Gás Liquefeito de Petróleo (GLP); c) Gasolina; d) Querosene; e) Óleo Diesel; f) Óleo Combustível; g) Coque (utilizado em indústria de cimento e aço).

Além dos derivados combustíveis ou energéticos, existem outros derivados, com aplicações não-energéticas, que são: a) Nafta e Gasóleos; b) Lubrificantes; c) Asfalto; d) Solventes domésticos e industriais;

Normalmente, os derivados combustíveis são classificados em Leves, Médios ou Pesados, conforme o comprimento, a complexidade das cadeias carbônicas existentes nas suas moléculas. O outro composto classificado como líquido de gás natural é o GLP, abreviação de gás liquefeito de petróleo, que é uma mistura de propano (C3H8) e butano (C4H10). Chama-se gás liquefeito, porque sob pressão moderada e temperatura ambiente, o produto engarrafado encontra-se na forma líquida. Dessa maneira, ele é amplamente utilizado como combustível de uso doméstico, comercial e industrial, e como combustível de empilhadeiras e tratores. A quantidade de GLP produzida direto da destilação é pequena e composta exclusivamente por hidrocarbonetos parafínicos. A quantidade de GLP extraída do petróleo é aumentada através de processos de craqueamento de produtos mais pesados, como no craqueamento catalítico, no qual são gerados também olefinas como o propeno e o buteno. Para que os derivados possam ser obtidos, é necessário o processamento do petróleo, através do refino do mesmo.

4.1.4.1 Craqueamento Catalítico

Mesmo com vários ajustes possíveis na Unidade de Destilação, cada tipo de petróleo tem seus limites quanto à quantidade e qualidade de frações leves, médias e pesadas que dele podem ser obtidas. Por isso existem os processos de conversão, todos de natureza química. Cada um deles é realizado numa unidade própria. O Craqueamento Catalítico é um exemplo importante desses processos. O termo “Craqueamento” vem do inglês cracking, significando quebra, enquanto que “catalítico” se deve ao uso de catalisadores nessa quebra, com o objetivo de facilitá-la. No craqueamento catalítico, a carga entra em contato com um catalisador em uma temperatura elevada, resultando na ruptura das cadeias moleculares. 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. A Unidade de Craqueamento Catalítico (UCC) tem como carga uma mistura de Gasóleos de Vácuo produzidos na Unidade de Destilação. Da Unidade de Craqueamento Catalítico sai: a) Gás Combustível; b) GLP; c) Nafta; d) Óleo Leve; e) 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, senão usado na UCC, seria simplesmente adicionado ao Óleo Combustível. Devido à carga da UCC 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 UCC precisam passar por processos específicos de tratamentos, para redução do teor de contaminantes. São eles:

a. Gás Combustível - vai para a unidade de tratamento DEA (para remover H2S) e em seguida queimado em fornos e/ou caldeiras na própria refinaria. b. 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; c. Nafta - vai para a unidade de tratamento cáustico (para remover H2S e mercaptans) e daí para armazenamento em tanque de nafta ou gasolina; d. Óleo Leve - vai para a unidade de HDT (Unidade de Hidrotratamento) e, daí, para armazenamento, como óleo Diesel; e. Óleo Decantado - embora também contenha enxofre em alto teor, não é tratado e, normalmente, é misturado ao resíduo de vácuo, 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. Atualmente o processo em leito é imprescindível às modernas refinarias, fatores principais: a) Contribui eficazmente com a refinaria ajustando sua produção de acordo com do mercado consumidor local; b) 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 e 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 carbono-carbono, 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.

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.

4.1.4.3 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.

4.1.4.4 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.

4.1.4.5 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.

4.1.4.6 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. 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 pré-fracionador, sendo posteriormente misturado com hidrogênio e introduzida num aquecedor.

4.1.4.7 Alquilação Catalítica

A alquilação ou alcoilação catalítica consiste na reação de adição de duas moléculas leves para a síntese de uma terceira de maior peso molecular, catalisada por um agente de forte caráter ácido. Com a obtenção de cadeias ramificadas a partir de olefinas leves, caracteriza-se por constituir a rota utilizada na produção de gasolina de alta octanagem a partir de componentes do GLP, utilizando como catalisador o HF ou o H2SO4. GLP, combinada a olefinas, tais como o propeno, os butenos e pentenos. Obtém-se, assim, uma gasolina sintética especialmente empregada como combustível de aviação ou gasolina automotiva de alta octanagem.

6. REFERÊNCIAS

Barbosa, Luiz Cláudio de Almeida. Introdução à química orgânica. São Paulo: Person Prentice Hall, 2004.

Usberco, João. Quimica, volume único/João Usberco, Edgar Salvador. 7. ed. Reform. – São Paulo: Saraiva, 2006.

Bruice, Paula Yurkanis. Química orgânica, quarta edição, volume 1 / Paula Yurkanis Bruice. São Paulo: Person Prentice Hall, 2006.

Milano Junior, Angelo. Gestão integrada das atividades de exploração, perfuração, perfuração de petróleo em uma unidade operacional. URI: http//hdl.handle.net/ 10438/5165, 1993.

Sá Junior, Euridson de. Controle e organização do setor petróleo no Brasil: eficiência econômica de algumas alternativas. URI: http//hdl.handle.net/10438/5412,