REFINO DO PETRÓLEOCRAQUEAMENTO CATALÍTICO
Alunos:Alison CazarinAline de Pauli
Camila Vargas NevesHélida Monique Fagnani
Maryana GongoleskiPatricia Yassue
UNIOESTE – Universidade Estadual do Oeste do Paraná
CECE – Centro de Engenharia e Ciências Exatas
Engenharia Química – 5º ano – Combustíveis
Docente: Leila Fiorentin
OBJETIVO:Quebrar cataliticamente moléculas de gasóleos e resíduos para obtenção de gasolina e GLP
Gasóleo Pesado e Resíduo Atmosférico.
Gás Ácido, Gás Combustível, GLP, Nafta Craqueada, Óleo Leve de Reciclo, Óleo Decantado e Coque.PRODUTOS:
TIPO DE PROCESSO:
Conversão Química
CARGAS PRINCIPAIS:
RENDIMENTOS TÍPICOS:
GC: 4 %; GLP: 20 %; Nafta: 55 %; LCO: 10 %; OD.: 5 %; Coque: 6 %
INVESTIMENTO: Superior a US$ 320.000.000,00
Craqueamento Catalítico
Craqueamento Catalítico
MUNDO: Existem atualmente aproximadamente 370 unidades de Craqueamento Catalítico Fluido produzindo quase 9 milhões de barris de gasolina diariamente.
NACIONAL: Petrobrás com 15 unidades
Processo de quebra das moléculas
Craqueamento Catalítico
A Figura abaixo mostra de que forma o craqueamento está inserido no processo de refino de petróleo.
REGENERADOR
Regeneração do catalisador
Controle de maior importância na Unidade FCC.
Quantidade de coque retida no catalisador após regeneração - (0,2 a 0,3% massa).
Conversor em Balanço de carbono: Taxa de queima do coque é igual à
produzidano reator. A % em massa de carbono, torna-se
constante.
Regeneração do Catalisador
Reações de combustão do coque:
Durante o processo de queima do coque, dois problemas importantes podem acontecer:
• After-Burning (Avanço de queima)
• Behind (Atraso)
After-Burning (Avanço de queima)
Ocorre quando a taxa de queima do coque é superior ao coque formado durante as reações de craqueamento.
A reação: Região de fase diluída – Acima do Leito
regenerador. Catalisador absorve o calor e limita a
elevação de temperatura.
After-Burning (Avanço de queima)
Excesso de ar: A combustão prossegue no
segundo estágio dos ciclones e na linha de gás de combustão.
A mesma quantidade de catalisador não está presente para absorver o calor.
Aumento acentuado na temperatura pode ser observado.
After-Burning (Avanço de queima)
Elevadas temperaturas acarretam:1.Maior erosão do material do regenerador;2. Redução da vida útil dos equipamentos;3. Sinterização do catalisador;4.Turbilhonamento dos gases e conseqüente arraste
demasiado de catalisador pela chaminé.
Temperatura máxima permissível no regenerador é de 730 °C.
Esta temperatura é determinada pela construção dos equipamentos.
A redução da vazão de ar resolve este problema.
Behind (Atraso)
Quando a taxa de formação do coque é superior ao coque queimado no regenerador, há um aumento progressivo da porcentagem de carbono no catalisador;
Diminui a atividade do catalisador; Toda queima realiza-se no leito do
catalisador; Conversão de carga em gás combustível
e coque; Acúmulo de Coque;
Behind (Atraso)
A temperatura da fase densa é maior do que a da fase diluída.
Maior extensão da reação de combustão do coque que ocorre na fase densa em relação a combustão do monóxido de carbono que ocorre na fase diluída.
A elevação da vazão de ar é uma das soluções para este problema.
Behind (Atraso)
Seção de fracionamento
Objetivo: Remover calor e recuperar produtos líquidos dos gases craqueados oriundos do reator;
Semelhante à destilação;
Os gases não devem ser aquecidos para entrar no equipamento;
Produtos
Topo: nafta de craqueamento, GLP e gás combustível;
Após resfriamentos são coletados em tambores de acúmulo:Hidrocarbonetos
C<4 + Impurezas
Água
Nafta + GLP
Produtos Os óleos de reciclo (leve e pesado) são os produtos laterais
da fracionadora; São moléculas médias e pesadas que foram parcialmente
craqueadas;
Produtos
Fundo: São frações pesadas residuais de craqueamento e de partículas de catalisador (arrastadas pelo gás);
A mistura de gasóleo de vácuo (carga fresca) e reciclos (LCO, HCO e Borra) é conhecida por carga combinada.
Seção de recuperação de gases
Objetivo: é dar condições para que haja uma eficiente separação entre a nafta de craqueamento, o GLP e o gás combustível, buscando a maior recuperação possível de GLP.
Pode ser dividida em três sistemas: Compressão de gases; Absorção e retificação; Fracionamento (desbutanizadora).
Compressor com dois estágios
• Succiona os gases provenientes do tambor de topo da fracionadora;
• Do primeiro estágio de compressão sai uma corrente de reciclo para o vaso de topo da fracionadora (controla a pressão);
• Depois do segundo os gases passam por um resfriador e seguem para o vaso de alta pressão.
Tambor de alta pressão:• 1ª corrente:hidrocarbonetos
mais leves (em estado gasoso);• 2º corrente: hidrocarbonetos
mais pesados e no estado líquido são bombeada para a torre retificadora, onde são tiradas as frações leves (etano e eteno) presentes na nafta não estabilizada.
Absorvedora Primária• Objetivo: remover
hidrocarbonetos de peso molecular igual ou menor que o propano;
• A nafta não estabilizada que, em fluxo contracorrente com os gases, absorve uma quantidade dos compostos de 3-4 C
Absorvedora Secundária• O óleo leve de reciclo é usado
como fluido de absorção. O gás combustível efluente dessa torre segue para o tratamento DEA.
Retificadora:• Na retificadora a nafta (do vaso de
pressão) é submetida a um aquecimento moderado e libera apenas os gases leves que saem pelo topo e retornam para o vaso de alta pressão.
• O líquido de fundo (nafta contendo GLP) é enviado para a torre desbutanizadora
Debutanizadora• Objetivo: promover a máxima
separação entre a nafta craqueada (gasolina) e o GLP.
• A Gasolina é retirada pelo fundo da torre e enviada para tratamento MEROX.
• O GLP, produto de topo da torre desbutanizadora, segue para os tratamentos DEA e MEROX.
Tratamentos• Objetivo: reduzir a concentração de
enxofre e a corrosividade da Nafta, GLP e Gás Combustível;
• DEA (Di-Etanol-Amina): Promover a remoção de H2S do GLP e do gás combustível;
• MEROX -Tratamento Cáustico• Regenerativo: Promover a remoção de
mercaptans do GLP e da Nafta.
Carga para Craqueamento
• Se transformam integralmente em coque na UCCAsfaltenos
• Níquel e VanádioMetais pesados
• Desativam o catalisadorMetais alcalinos e alcalino-terrosos
• Envenena o catalisadorNitrogênio• Sulfeta os metais pesados
depositados no catalisador ativando-os como elementos desidrogenantes
Enxofre• Reativa os metais pesados
passivados naturalmente, depositados na superfície do catalisador.
Cloretos
Características da Carga para Craqueamento
Faixa de destilação: 340°C e 570°C Resíduo de carbono: Deve ser baixo,
geralmente inferior a 1,5% em peso, a fim de minimizar a formação de coque.
Fator de caracterização (KUOP): Determina o teor de parafinas da carga. Recomenda-se que KUOP>11,5
Teor de metais: Afetam a atividade e a seletividade do catalisador.
Fe + V + 10(Ni + Cu) < 5ppm
Produtos de Craqueamento Catalítico
UCCGasóleos de vácuo
Gás combustível
GLP
Nafta
Gasóleo
Coque
Produtos de Craqueamento Catalítico Gás combustível: hidrogênio, metano,
etano e eteno. consumido em fornos e caldeiras das
diversas unidades.
GLP: O gás liquefeito pode ser decomposto em duas correntes (C3 e C4).
Nafta: Possui um alto teor de olefinas, isoparafinas e aromáticos.
Produtos de Craqueamento Catalítico
Gasóleos: Moléculas não convertidas. Óleo leve de reciclo: utilizado para o acerto da
viscosidade de óleos combustíveis Óleo pesado de reciclo: É reciclado ao conversor Óleo clarificado ou óleo decantado: matéria-
prima para obtenção de negro de fumo (carga para borracha) ou coque de petróleo (produção de eletrodos de grafite).
Coque: São cadeias poliméricas de altas massas molares e elevadas percentagens de carbono, que se depositam na superfície do catalisador, reduzindo sua eficiência.
Para onde vão as saídas UCC?
UCC
Gás combustível
GLP
Nafta
Óleo leve
Óleo decantado
U-DEA
U-DEA
Tratamento cáustico
HDT
Não é tratado
Característica do catalisador de craqueamento
O catalisador empregado nas reações de “cracking” é: Um pó granular; Finíssimo Alta área superficial; À base de sílica (SiO2) e alumina (Al2O3).
Característica do catalisador de craqueamento
Existem três formas diferentes de catalisador: Baixa alumina (11-13% Al2O3);
Alta alumina (25% Al2O3);
Tipo zeolítico (cristalino);
Característica do catalisador de craqueamento Funções:
Promover as reações do craqueamento em condições de pressão e temperatura muito mais baixas do que as requeridas no craqueamento térmico;
Transportar o coque depositado na sua superfície para o regenerador, onde será queimado, gerando calor;
Atuar como agente de transferência de calor, retirando-o da zona de combustão e utilizando-o para aquecer e vaporizar a carga, elevando sua temperatura para possibilitar e manter as reações de craqueamento.
Característica do catalisador de craqueamento
A preferência que o processo de craqueamento apresenta pela produção de nafta e GLP, em relação à formação de coque, é traduzida em termos de seletividade, decorrente basicamente das propriedades de catalisador.
Característica do catalisador de craqueamento
Esse seletividade por ser observada a seguir:
Característica do catalisador de craqueamento
A seletividade, no entanto, para um mesmo tipo de catalisador, pode ser alterada pela ocorrência de reações secundárias de craqueamento, como conseqüência dos contaminantes metálicos depositados na superfície das partículas do catalisador.
Atividade do Catalisador
Mede a capacidade de promover a reação de craqueamento
Caracterizada por um maior rendimento em produtos comerciais em relação a quantidade utilizada
Uso prolongado diminui a atividade do catalisador
Atividade do Catalisador
Causas do decaimento IRREVERSÍVEL: Envenenamento por metais nos sítios
catalíticos (Vanádio) – destrói a estrutura da zeólita REVERSÍVEL: Deposição de coque na superfície,
dependendo das condições de pressão e temperatura Correções
Adição de catalisador virgem Queima do coque a 700°C em regenerador Descarte e reposição de 5% do catalisador para
manutenção catalítica Identificação:
Aumento anormal de hidrogênio e metano nas chaminés
Atividade do Catalisador
Classificação quanto ao uso: Catalisador virgem: ainda não foi
adicionado ao reator. Coloração branca e com atividade máxima;
Catalisador gasto: já tomou parte nas reações, impregnado de coque. Teor de 1 a 1,2% de coque e coloração preta;
Catalisador regenerado: tomou parte nas reações, porém parte do coque agregado já foi queimado. Teor de 0,1 a 0,5% de coque e coloração cinza;
Atividade do Catalisador
Avaliação do teor de coque Termogravimetria
medida das mudanças de determinadas grandezas de um sistema com a variação da temperatura.
Descarte do catalisador: metais pesados, compostos cancerígenos
corrosivos, podem liberar gases tóxicos e estão sujeitos à combustão espontânea
Remediação eletrocinética Corrente direta baixa de baixa intensidade remove
metais pesados
Conversão
Porcentagem de carga fresca que é convertida em produtos mais leves é dada:
Gás combustível, GLP, nafta e coque formado
Unidades operando normalmente tem 70-85% de conversão.
Bibliografia
Rosa, D. G. Sistema de suporte à decisão aplicado ao processo de fracionamento do craqueamento catalítico fluidizado. Dissertação de mestrado em engenharia elétrica, da universidade federal de minas gerais - 2007.
Processamento primário de petróleo/Noções de processo de refino. Disponível em: http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/engenheiro_do_petroleo/processamento_primario.pdf. Acessado em abril de 2011.
Núcleo de Pesquisa de Petróleo e Gás. Disponível em: www.nupeg.ufrn.br/downloads/deq0370/Curso_de_Refino_de_Petroleo_e_Petroquimica.pdf. Acesso em Abril 2011
SILVA, A. J. do N.; Estudo da regeneração de aditivos para catalisadores de craqueamento aluminofosfatos e silicoaluminofosfatos, Dissertação de Mestrado – Programa de Pós Graduação em Química, UFRN, 2007.
CREPLIVE, M. R.; Remoção de Vanádio a partir de catalisadores termodinamicamente estáveis, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Paraná, UFPR, 2008.
MOTA, D. A. P.; TEIXEIRA, A. M. R. F.; GONÇALVES, M. L. A.; CERQUEIRA, W. V.; TEIXEIRA, M. A. G.; Avaliação por análise térmica de resíduo de destilação de petróleo e catalisador usados na unidade de craqueamento catalítico em leito fluidizado, Publicação em 3° Congresso Brasileiro de P&D em Petróleo e Gás, 2005.
Top Related