Noções de Processamentos Químicos – Profº Mario Jordão
Curso de Inspetor de Equipamentos
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Processos Químicos na Indústria de Refino de Petróleo: Destilação Atmosférica e Vácuo, Manuais, Projetos, Pesquisas de Química Aplicada
Uma visão geral dos processos químicos utilizados na indústria de refino de petróleo, com ênfase na destilação atmosférica e vácuo. Descreve as operações unitárias, a importância da transferência de calor e a produção de resíduos. Além disso, discute a importância da refinação do petróleo para o aprendizado de processos químicos.
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
2021
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1.4 Processos Contínuos
Para a maior parte das operações de processamento, a operação contínua ou em regime permanente é mais – ou a única opção – viável. Um exemplo simples é a produção de vapor d’água com a finalidade de acionar máquinas. Esse vapor precisa ser fornecido contínua e uniformemente, caso contrário o movimento das máquinas será instável. Outra e fundamental vantagem desse sistema é que, operando dia e noite, com paradas apenas para manutenção, a unidade industrial alcança maior produtividade e retorno mais rápido do capital investido.
Caso pudéssemos observar através dos equipamentos, uma fábrica operando em regime permanente apareceria aos nossos olhos sempre igual, como se o tempo não passasse. Ao mesmo tempo em que a matéria-prima chega na unidade, temos produto saindo para o armazenamento. Importante ressaltar que esta condição vale para quando a unidade se encontra estabilizada, ou “em reta”. Nas condições de partida, parada ou emergência, a operação se dá em regime transiente. Para minimizar estas situações, é feito um investimento pesado em controle de processo, a fim de manter constantes as variáveis operacionais.
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As indústrias químicas pesadas, como o refino de petróleo e a petroquímica, utilizam processos contínuos. Podem existir combinações de processos contínuos e descontínuos, como na indústria siderúrgica, onde a redução no alto-forno é contínua mas a aciaria opera por bateladas.
1.5 Principais Variáveis de Processo
Um operador de processo, principalmente numa operação contínua, necessita manter sob controle uma enorme quantidade de variáveis. Essas variáveis quase sempre são do tipo:
VAZÃO Æ Quantidade de fluido escoado ao longo de uma tubulação na unidade de tempo. Essa quantidade pode ser medida em massa, volume ou quantidade de matéria (mol). Quase sempre os instrumentos medem a vazão volumétrica. Em geral, o que se mede é o diferencial de pressão entre dois pontos, que fornece indiretamente a vazão.
PRESSÃO Æ Força exercida por um fluido sobre deterninada área. Pode ser interna ao equipamento ou externa. Quando a pressão interna é superior à atmosférica, independente do peso de coluna hidrostática, é chamada positiva. Se for menor, negativa ou vácuo. Os instrumentos de medição de pressão são chamados de manômetros. Quando incluem pressões negativas, chamam-se também manovacuômetros. A pressão manométrica é aquela obtida pela comparação da pressão do equipamento com a atmosférica. É esta a pressão que lemos nos manômetros. Se a indicação for zero, diz-se que o equipamento está despressurizado. A pressão total, incluido a atmosfera, é chamada de absoluta e, em nosso caso, não possui valor prático.
NÍVEL Æ Altura do fluido contido num determinado vaso. Determinado diretamente por um sistema de vasos comunicantes ou pela propagação de ondas (sonoras, eletromagnéticas) ou de maneira indireta através da pressão hidrostática resultante.
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A Transferência de Calor (TransCal) é fundamental porque a maioria dos processos químicos não ocorre à temperatura ambiente, sendo comum a necessidade tanto do aquecimento quanto do resfriamento. Os equipamentos mais usados para tal são os trocadores ou permutadores de calor, que promovem a transferência de calor entre duas correntes fluidas, sem contato entre elas, aproveitando sua diferença de temperatura. Outros equipamentos importantes são os fornos e caldeiras, que utilizam uma fonte própria de energia, por exemplo, através da queima de um combustível.
Agitação e mistura são operações comuns a vários processos. Reatores “batelada”, como aquele mostrado anteriormente, possuem misturadores.
Os processos de separação compreendem a maior parte das operações unitárias. Por razões diversas, as matérias-primas, intermediários e produtos (inclusive resíduos) muitas vezes necessitam passar por processos de fracionamento e purificação. Na tabela abaixo listamos os principais (sim, há outros) processos de separação.
F INALIDADE PROCESSO APLICAÇÕES
Filtração Sólido-líquido ou sólido-gás Decantação Sólido-líquido ou líquido-líquido SEPARAÇÃO ENTRE FASES Flotação Sólido-líquido
Centrifugação Sólido-líquido, sólido-gás ou líquido- líquido. Extração Líquido-líquido Absorção Gás para líquido Adsorção Líquido ou gás para sólido
SEPARAÇÃO POR TRANSFERÊNCIA DE MASSA
Secagem Líquido para gás Evaporação Líquido-gás Destilação Líquido-gás
SEPARAÇÃO POR TRANSFERÊNCIA DE CALOR
E MASSA Cristalização Líquido-sólido Finalmente, as operações de manuseio de sólidos envolvem processos tais como peneiramento, moagem e a fluidização^2.
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(^2) Um dos mais importantes processos de refinação, o craqueamento catalítico, baseia-se nesta
operação.
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Os processos unitários envolvem os diferentes tipos de reações químicas que acontecem nos reatores químicos. Assim, os engenheiros químicos estudam processos tais como hidrogenação, craqueamento, alquilação, nitração, etc.
1.7 Processos Químicos Reais – O Refino de Petróleo
Substâncias encontradas na natureza ou produzidas pelo homem sempre são obtidas com determinado teor de impurezas. Para sua utilização geral, torna-se necessário sua purificação e ajuste a determinadas especificações padronizadas. Sabemos que o petróleo bruto enquadra-se nesse conjunto. Chamamos refinação ou refino ao conjunto de processos e operações unitárias aos quais o petróleo, o gás natural e seus derivados^3 são submetidos a fim de obter os produtos dentro das especificações desejadas. O estudo da refinação do petróleo é um prato cheio para o aprendizado de processos químicos.
1.8 Petróleo e Gás Natural – Produção, Refino e Petroquímica
O petróleo e o gás natural oriundos dos poços são enviados através de dutos e navios para as refinarias, onde serão processados. Nestas, serão obtidos os principais derivados – os combustíveis e os lubrificantes. Chama-se petroquímica à indústria química que recebe correntes obtidas no refino para obter novos produtos, com finalidades diferentes daquelas duas. Na verdade, quase toda refinaria de petróleo de porte apresenta processos petroquímicos no seu esquema de refino.
1.9 Processos de Refinação e Auxiliares
Os principais processos de refinação podem ser divididos nos seguintes grupos principais: SEPARAÇÃO Æ Onde ocorre apenas a separação física dos seus constituintes, não havendo reações químicas. Os principais processos desta classe são a destilação (atmosférica e a vácuo) de petróleo cru e praticamente todos os processos envolvendo gás natural.
CONVERSÃO Æ Empregados quando a separação física é inviável ou ineficaz, estes processos se baseiam em reações químicas de quebra, rearranjo ou união de cadeias carbônicas. Podem ser térmicos , dentre os quais se destaca o coqueamento retardado , ou catalíticos , como o craqueamento e a reforma.
ACABAMENTO Æ Concebidos com a finalidade de tratamento, são os processos que promovem a remoção^4 , por meios físicos ou químicos, de impurezas de um dado produto, ou o acerto de propriedades, de modo a conferir-lhe as características necessárias à comercialização, reaproveitamento ou descarte.
São processos auxiliares e essenciais numa refinaria de petróleo a geração de vapor, o tratamento d’água e a operação do sistema de tocha, dentre outros.
(^3) Os termos “refinação” e correlatos não são exclusivos da indústria do petróleo. Açúcar e
Álcool, dentre outros setores, também utilizam essa nomenclatura para seus processos e instalações. (^4) Alguns processos de tratamento não removem as impurezas, mas as convertem em
substâncias cuja presença é tolerável no produto. São chamados processos de “adoçamento”.
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2.3 Destilação Atmosférica
Ao final da bateria de pré-aquecimento o petróleo é enviado ao forno atmosférico para que atinja a temperatura necessária a vaporização dos produtos que serão retirados na torre de destilação atmosférica. Na verdade, a pressão de operação nesta torre é ligeiramente superior à atmosférica, controlada em torno de 1kgf/cm². Normalmente, a temperatura limite, além da qual tem-se o início da decomposição térmica das frações pesadas presentes no óleo bruto (craqueamento térmico), é em torno de 370°C. Esta ocorrência é indesejável, pois provoca a deposição de coque nos tubos do forno reduzindo a vida dos tubos e a transferência de calor, aumentando o consumo de combustível. À saída dos fornos, boa parte do petróleo encontra-se vaporizado e é introduzido na torre atmosférica.
A carga entra na torre parcialmente vaporizada no local conhecido como zona de vaporização ou “flash”. A parte líquida, contendo as frações mais pesadas, desce para o fundo e a parte vaporizada ascende. A parte da torre abaixo da zona de “flash” chama-se seção de retificação ou esgotamento , e a parte acima seção de enriquecimento ou absorção.
A seção de esgotamento possui, normalmente, 4 a 5 bandejas que tem por finalidade remover compostos leves do resíduo atmosférico que descem nesta seção devido ao equilíbrio líquido-vapor. Esta remoção é feita por retificação com vapor d’água super-aquecido. A seção de enriquecimento possui, em geral, 30 a 46 bandejas contando com aquelas existentes nas torres retificadoras laterais.
Bandejas ou pratos são dispositivos de contato líquido-vapor que permitem a separação dos componentes em cortes ou frações de acordo com seus pontos de ebulição. Isto ocorre através de um processo de transferência de calor e massa entre as correntes de líquido e de vapor que chegam até um determinado prato. Como o líquido existente em cada prato está no seu ponto de bolha^6 e existe sempre uma diferença de temperatura entre dois pratos adjacentes, podemos concluir que a composição do líquido varia de prato a prato, tornando-se mais pesado à medida que se aproxima do fundo e a do vapor, mais leve à medida que se aproxima do topo. À proporção que os vapores vão se condensando, o nível de cada bandeja vai aumentando e o excesso é derramado ao prato inferior. Ao atingir este prato, que possui temperatura mais alta, as frações mais leves pertencentes ao prato superior, porventura arrastadas, são revaporizadas. Este sistema permite fazer a destilação fracionada , ou seja, não se retira apenas um produto de fundo e um de topo. Os cortes laterais fornecerão os principais produtos da destilação atmosférica, a gasolina , o querosene e o dísel.
O líquido que transborda de prato a prato é conhecido como refluxo interno , sendo essencial ao bom fracionamento. Sem ele, não haveria gradiente térmico ao longo da torre, logo não haveria separação. Em determinados pratos da coluna, os produtos são retirados segundo as temperaturas limites de destilação das frações desejadas. Os componentes mais leves da carga, que não se condensaram em nenhum prato, saem pelo topo e são condensados em trocadores de calor fora da torre. O líquido é recolhido em um vaso acumulador. Parte retorna à torre como refluxo de topo e a outra parte é enviada para alimentação de outro sistema ou para armazenamento.
A gasolina de destilação ainda possui um teor elevado de hidrocarbonetos leves, sendo levada à seção de estabilização, onde é destilada a pressões mais altas (cerca de 10kgf/cm²), sendo obtido como produto de topo o GLP (mistura principalmente de propano e butano) e de
(^6) Temperatura na qual a primeira bolha de gás se forma a partir de um líquido. O ponto de
bolha é normalmente menor que o ponto de orvalho para uma determinada mistura a uma determinada pressão.
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fundo a nafta estabilizada. Por esse motivo, a torre estabilizadora é também conhecida como debutanizadora.
2.4 Destilação a Vácuo
O resíduo atmosférico , subproduto da destilação atmosférica do petróleo, possui elevado peso molecular e baixo valor comercial. Sua única aplicação prática é como óleo combustível. Contudo, acham-se nele contidas frações de elevado potencial econômico, como os gasóleos, que não podem ser separados por meio da destilação atmosférica face aos elevados pontos de ebulição dos seus componentes. Porém, se trabalharmos com pressões sub-atmosféricas será possível a vaporização dos gasóleos presentes no resíduo, sem o inconveniente da decomposição térmica dos seus componentes. A destilação a vácuo é empregada, usualmente, na produção de óleos lubrificantes e à geração de carga para as unidades de craqueamento catalítico e coqueamento retardado.
O resíduo atmosférico é bombeado para outro forno onde é aquecido até a temperatura necessária para que se tenha, à pressão de operação da torre, a vaporização de todo o gasóleo contido na carga. A carga parcialmente vaporizada, ao deixar o forno, vai ter à zona de “flash” da torre de vácuo cuja pressão se situa na faixa de 50 mmHg. Os hidrocarbonetos vaporizados atravessam bandejas de fracionamento e são coletados em duas retiradas laterais: gasóleo leve (GOL) e gasóleo pesado (GOP). O primeiro é um produto ligeiramente mais pesado que o óleo dísel e, dependendo o seu ponto final de ebulição, pode ser incorporado ao “pool” de dísel da refinaria. O gasóleo pesado compõe a carga para a unidade de craqueamento catalítico.
Não existe retirada de produto de topo, saindo neste local vapor d’água, gases leves e uma pequena quantidade de ar proveniente de ligeiros vazamentos nos equipamentos. Esses gases são continuamente extraídos da torre pelo sistema de vácuo.
O abaixamento da pressão é feito por intermédio de uma série de ejetores e condensadores, que geram o vácuo necessário. Após o último estágio de ejetores e condensadores, os incondensáveis são descartados para a atmosfera ou alimentam queimadores de gás residual nos fornos.
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2.5 Desasfaltação a Propano
O produto de fundo da torre de vácuo é o resíduo de vácuo. Ele é constituído de hidrocarbonetos de elevados pesos moleculares, além de contar com uma razoável concentração de impurezas. Pode ser utilizado como óleo combustível ou na produção de lubrificantes ultra viscosos e asfalto. Estes dois últimos são obtidos numa unidade de separação por extração, chamada de desasfaltação , onde o propano é usado como solvente.
Numa extração líquido-líquido, o solvente empregado é seletivo, retirando somente o componente desejado da carga. O solvente entra em contato com a carga em contra-corrente. A fase rica em solvente que sai da torre (normalmente pelo fundo), contendo o soluto, é chamada de extrato (neste caso, a mistura de propano e óleo desasfaltado ). A outra fase, com o que restou da carga e algum solvente (aqui, asfalto e propano) é chamada de rafinado.
Processo semelhante à desasfaltação a propano é a desaromatização a furfural , onde se busca remover hidrocarbonetos aromáticos de óleos lubrificantes básicos.
Embora os processos de extração por solventes sejam relativamente simples, sua maior complexidade reside nas seções de recuperação do solvente, que respondem por cerca de 70% dos equipamentos de uma unidade desse tipo.
2.6 Processamento de Gás Natural
O gás natural é o equivalente gasoso do petróleo, podendo ser encontrado na natureza associado ou não a este. É comprimido e encaminhado a estações de processamento avulsas ou refinarias, onde é processado em unidades conhecidas como UPGNs. É muito menos poluente que qualquer derivado do petróleo, porque sua combustão é praticamente ideal (todo o carbono é oxidado a CO 2 ) e, ao menos no Brasil, apresenta baixíssimo teor de enxofre.
A compressão permite liquefazer os gases mais pesados que o etano (C 2 +), que constituirão o Líquido de Gás Natural (LGN). Este é fracionado para se obter GLP e nafta leve. A corrente C1-C2 constitui o gás natural processado, que será utilizado como combustível nas indústrias, automóveis e residências.
As UPGNs podem ser dos tipos, em ordem crescente de severidade: Refrigeração Simples, Expansão Joule-Thomson, Absorção Refrigerada ou Turbo-Expansão.
Na Absorção Refrigerada vemos algo semelhante à seção de Recuperação de Gases de um FCC, onde é usada nafta como óleo de absorção em contra-corrente com o gás. As correntes absorvidas são posteriormente separadas do óleo de absorção por aquecimento e o gás residual efluente da absorvedora sai como produto acabado. A refrigeração do óleo de absorção é obtida por troca de calor com propano em expansão.
No processo por Turbo-Expansão o gás é refrigerado, seco e sofre expansão no TE, onde as frações mais pesadas são condensadas e posteriormente separadas em torres de fracionamento.
3. PROCESSOS DE CONVERSÃO
3.1 Processos Térmicos
Os processos térmicos de conversão são aqueles em que frações pesadas do petróleo são convertidas em produtos mais leves por ação conjugada de temperatura e de pressão. Paralelamente, parte da carga é convertida em coque. Nestes processos enquadram-se o craqueamento térmico, a viscorredução e o coqueamento retardado. Estes processos diferem fundamentalmente no interesse do produto final.
O craqueamento térmico foi o primeiro processo a ser desenvolvido (1912) e a sua principal finalidade é a produção de gasolina e gases a partir de uma carga de gasóleos ou cru reduzido. A viscorredução foi desenvolvida um pouco mais tarde e a finalidade é, como o nome sugere, a redução da viscosidade de óleos residuais, de modo que sejam aproveitados como óleo combustível. A carga para esta unidade pode ser resíduo de vácuo ou atmosférico. Ambos atualmente são considerados processos obsoletos, suplantados, que foram, pelo craqueamento catalítico, que é, sem sombra de dúvidas, um processo mais econômico e de mais fácil operação.
3.4 Coqueamento Retardado
O coqueamento retardado (CR) é um processo mais moderno que gera, além de coque de alta qualidade, nafta , dísel e carga para FCC. A recuperação do coque formado nas reações de decomposição é o principal fator que torna o processo econômico. Existe um quarto processo, conhecido como coqueamento fluido, desenvolvido pela EXXON, que compete com o coqueamento retartado. Ambos podem ser mais competitivos que o FCC quando são processados petróleos ultrapesados.
O processo tem início com o aquecimento e introdução da carga diretamente no fundo da fracionadora, onde o material mais leve sofre um “flash”. Os pesados se misturam com o reciclo e seguem do fundo da torre para a fornalha, onde recebem uma injeção de vapor d’água de alta pressão e são rapidamente aquecidos até cerca de 490°C. Daí passam ao tambor de coque, onde este se forma. A temperatura no tambor oscila, normalmente, entre 460 e 490°C. Quando o tambor fica cheio, o efluente da fornalha é desviado para um outro tambor, para que o primeiro possa ser descarregado e condicionado para um novo ciclo.
O equipamento crítico da unidade é a fornalha, pois a carga vai ser aquecida acima da temperatura de craqueamento incipiente e tem-se de evitar a deposição de coque nas paredes da serpentina. Se a temperatura do óleo ultrapassar esta temperatura, estiver no estado líquido e com uma velocidade linear relativamente baixa, então, sob a influência da temperatura, a camada em escoamento laminar tenderá a se polimerizar e a depositar coque na serpentina. Para que isto não ocorra, injeta-se vapor d’água, o que provoca aumento da turbulência do escoamento no interior da serpentina evitando a deposição do coque. O coqueamento não se dá na fornallha, mas é “retardado” para que ocorra no tambor. Esta é a origem do nome do processo.
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internos chamados de ciclones. A temperatura dos gases é aproximadamente a mesma da saída do “Riser”, cerca de 540°C, conforme o tipo de carga, catalisador e o interesse na maximização de um determinado produto. O catalisador acumula-se na seção inferior do Vaso Separador, conhecida como Retificador ou “ Stripper ”, onde recebe nova injeção de vapor d’água para retirar hidrocarbonetos leves que possam estar retidos nos seus poros e escoa para o Regenerador. O efluente gasoso do Vaso Separador, constituído de hidrocarbonetos craqueados e não craqueados, vapor d’água, contaminantes e gases inertes é enviado, após sair dos ciclones, à seção de Fracionamento.
No Regenerador, o coque depositado na superfície do catalisador é queimado com ar injetado por um Soprador (“ Blower ”) através de um Distribuidor (“ Pipe-Grid ”) localizado na base do mesmo, gerando uma grande quantidade de calor que, devido à circulação do catalisador, é a principal fonte de energia necessária para aquecimento, vaporização e conversão da carga. O catalisador é fluidizado pela corrente de ar e de gases de combustão formando a fase densa. Na fase diluída, acima da anterior, ocorre a separação sólido-gás.
Partículas finas de catalisador arrastadas pela corrente gasosa são recuperadas pelo conjunto de ciclones de dois estágios localizados no topo do Regenerador. Os gases de combustão, inertes e finos de catalisador não recuperados deixam o segundo estágio dos ciclones e alcançam a câmara plena do topo do regenerador que também serve como ponto de sustentação dos ciclones. Esses gases ainda serão submetidos a novos processos de separação (estágios extras de ciclones ou separação eletrostática) e servirão como fonte de energia para geração de vapor ( Caldeira ou Recuperador) e energia elétrica ( Turbo-Expansor ).
Um Aquecedor de Ar (“forninho”), que é parte integrante do alinhamento de injeção de ar para o Distribuidor, é usado durante a partida para aquecer o Conversor e fornecer o calor necessário para se elevar a temperatura do leito do regenerador ao ponto em que possa se iniciar a combustão do coque.
Na seção de Fracionamento os produtos formados são separados pelas suas faixas de ebulição em uma torre de destilação atmosférica, chamada de Fracionadora Principal. O produto de topo contém as frações mais leves, Gás Combustível, GLP e Nafta de Craqueamento que, após serem resfriadas, são coletadas no Vaso Acumulador, onde coexistem três fases: uma gasosa, constituída de hidrocarbonetos de até quatro átomos de carbono e impurezas; uma líquida e orgânica, composta de nafta contendo razoável quantidade de GLP dissolvido, a nafta instabilizada; uma aquosa, proveniente das injeções de vapor que são feitas no Reator e na Fracionadora. As duas correntes de hidrocarbonetos são encaminhadas à seção de Recuperação de Gases para posterior separação. Alguns FCCs produzem uma Nafta Pesada, oriunda dos pratos superiores da torre, que atualmente é aproveitada para compor o “pool” de dísel.
Como produtos laterais da fracionadora temos os óleos de refluxo leve ( LCO ) e pesado ( HCO ). Esses dois cortes são constituídos de moléculas médias e pesadas que foram parcialmente craqueadas. Parte dessas correntes era retirada da unidade e o restante reciclado à carga, para que houvesse uma nova oportunidade das moléculas serem craqueadas. Atualmente, por razões econômicas, todo o HCO é recirculado para diluição do produto de fundo, enquanto que para o LCO é retirado e pode ser usado como diluente de óleo combustível ou hidrotratado para servir como dísel. O produto de fundo da fracionadora é constituído de frações pesadas residuais e de partículas de catalisador que foram arrastadas pela corrente gasosa que deixou o Separador. Este resíduo pode ser decantado ou clarificado, para produção de um óleo conhecido como resíduo aromático (Raro), matéria-prima para produção de negro de fumo, ou reciclado para o Reator.
A seção de Recuperação de Gases tem por objetivo separar a nafta de craqueamento, o GLP e o gás combustível entre si e de seus contaminantes. Os leves da seção de Fracionamento são comprimidos e resfriados, de modo que os hidrocarbonetos da faixa C 3 -C 4 se liquefazem e os mais leves, C 1 -C 2 , permanecem na corrente gasosa. Esta corrente vai ter ao fundo da
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Absorvedora Primária , onde pelo topo é injetada nafta para a absorção de algum C 3 ou C 4 remanescente.
Com o intuito de se recuperar frações de nafta de absorção arrastadas pelo gás combustível, esta corrente passa por uma Absorvedora Secundária , onde o fluido de absorção é o refluxo circulante frio de LCO, que após a absorção retorna à torre fracionadora. O gás combustível é enviado a seção de tratamento com DEA para a remoção do gás ácido (H 2 S e CO 2 ).
A nafta instabilizada proveniente do fundo da absorvedora primária se junta com a descarga do compressor, passa pelos Resfriadores de Alta Pressão e vai ao Tambor de Alta Pressão. É possível que, no contato com os gases do compressor, algum composto leve seja também absorvido. Para que estes compostos sejam removidos, a nafta que deixa o fundo do tambor de alta pressão passa por uma torre Retificadora , onde recebe um ligeiro aquecimento. Os leves são vaporizados e pelo fundo desta torre sai a nafta em condições de ser enviada à torre Debutanizadora. A operação da debutanização é semelhante à de estabilização, porém em condições mais severas. Pelo fundo desta torre obtém-se a Nafta Estabilizada , pronta para ser submetida aos tratamentos para redução do teor de enxofre. Pelo topo saem vapores de GLP, que após resfriados, são liquefeitos. O GLP contém uma razoável concentração de compostos de enxofre, sendo enviado à seção de tratamento para a eliminação destes contaminantes. Dependendo do mercado local e do interesse da refinaria, o GLP pode ser fracionado para a obtenção de uma corrente rica em C 3 s e outra rica em C 4 s. Normalmente, esta operação é feita quando existem indústrias petroquímicas interessadas em uma das duas correntes.
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3.5.3 Reforma Catalítica
A reforma catalítica é um processo que consiste no rearranjo da estrutura molecular dos hidrocarbonetos contidos em certas frações de petróleo, com a finalidade de obter um produto com maior qualidade e valor agregado. Pode ser orientado para se alcançar, fundamentalmente, um dos dois objetivos: obter um produto de elevado índice de octanagem, próprio para motores de alta taxa de compressão, ou um produto rico em hidrocarbonetos aromáticos nobres (benzeno, tolueno e xilenos), que são posteriormente recuperados e fracionados, obtendo-se isoladamente cada componente com elevado grau de pureza. Tais sentidos de orientação dependem, de forma primordial, das frações de nafta selecionadas, sendo a faixa de destilação a característica principal. Além desta, a origem do petróleo e o processo anterior a que a nafta foi submetida são outras características importantes.
O processo de reforma consiste em passar sobre um catalisador, geralmente de platina e mais modernamente de platina com outro metal (rênio ou germânio), uma mistura de hidrocarbonetos e hidrogênio mantidos a uma temperatura próxima de 500°C e uma pressão entre 10 e 40kgf/cm^2. Produz-se, então, uma série de reações que conduzem a formação de um reformado rico em hidrocarbonetos aromáticos e isoparafínicos, produtos leves (GLP) e hidrogênio. Como na maioria dos processos catalíticos, diferentemente do FCC, neste caso o leito é fixo. Sua regeneração é feita periodicamente e necessita de interrupção do processo.
4. PROCESSOS DE ACABAMENTO
4.1 Hidroprocessamento
As unidades de Hidrorrefino ou Hidroprocessamento vêm se tornando cada vez mais importantes, pelo cada vez maior rigor da legislação ambiental e pela necessidade de conferir a certos derivados propriedades não alcançadas pelas rotas de Separação e Conversão. O esquema básico consiste em reagir hidrocarbonetos com H 2 na presença de um catalisador a alta temperatura e pressão. Após o reator, a mistura passa por etapas de fracionamento e recuperação, inclusive do hidrogênio.
4.2 Hidrotratamento (HDT)
O hidrotratamento é um processo de refino com hidrogênio cuja finalidade é estabilizar um determinado corte de petróleo ou eliminar compostos indesejáveis dos mesmos. A estabilização de frações de petróleo é conseguida por meio da hidrogenação de compostos reativos presentes, como por exemplo alquenos e dienos (hidroacabamento, HDA). Os elementos indesejáveis removidos por hidrogenação incluem: enxofre (HDS), nitrogênio (HDN), oxigênio, halogênios e metais. O hidrotratamento pode ser empregado em todos os cortes de petróleo, tais como gases, nafta, querosene, dísel, gasóleos para craqueamento, lubrificantes, parafinas, resíduos atmosféricos e de vácuo, etc.
4.3 Hidrocraqueamento (HCC)
Processo ainda em fase de implantação no Brasil, também conhecido como Hidroconversão, promove craqueamento catalítico da carga ao mesmo tempo em que estabiliza determinados componentes e remove contaminantes, unindo características de HDT e FCC. Opera em leito fixo e utiliza altíssimas pressões e temperaturas, exigindo equipamentos de porte gigantesco. O primeiro HCC brasileiro está com sua partida prevista para 2012, na REDUC.
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4.4 Geração de Hidrogênio
O desenvolvimento da indústria de refino e da petroquímica trouxe consigo novos processos, onde o hidrogênio é largamente utilizado. A indústria petroquímica lança mão de hidrogênio em vários processos, dentre os quais, os mais importantes são a síntese do metanol e da amônia. As modernas refinarias precisam de hidrogênio para processos de hidroprocessamento. Muitas refinarias produzem uma quantidade de hidrogênio suficiente para pequenas unidades de hidrotratamento, utilizando o gás residual oriundo da operação de reforma catalítica de nafta. Ocorre, entretanto, que nem todas as refinarias dispõem de reforma catalítica ou, se dispõem , nem sempre o gás produzido é suficiente ou adequado para o consumo, mormente se as unidades de hidroprocessamento são de grande porte.
Esta quantidade suplementar de hidrogênio pode ser obtida através de dois processos: oxidação parcial de frações pesadas, como óleo combustível, ou reforma com vapor de frações leves como gás natural, gás combustível, gás liquefeito e nafta. O processo de oxidação parcial consiste na queima de hidrocarbonetos pesados por uma corrente de oxigênio de alta pureza, porém, numa vazão cerca de 30 a 40% da relação estequiométrica ideal.
A reforma com vapor consiste na reestruturação de moléculas de hidrocarbonetos em presença de vapor d’água e catalisadores, produzindo o gás de síntese. Posteriormente, os gases formados reagem com o excesso de vapor d’água, em presença de outros catalisadores, gerando uma quantidade adicional de hidrogênio. Uma característica muito interessante dessas unidades, que as distinguem de outros processos em leito fixo, é que o Forno e o Reator são o mesmo equipamento. O catalisador fica contido nos tubos da fornalha, conhecidos como colunas, por serem verticais e de passo único. Como última etapa, o CO 2 é absorvido em uma solução de MEA (monoetanolamina), gerando-se uma corrente de hidrogênio de alta pureza.