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Petróleo
e seus derivados
O processo de
fracionamento do petróleo
objetiva o máximo aproveitamento de seu potencial
energético.
Partindo-se do princípio que os pontos de ebulição
dos hidrocarbonetos aumentam conforme os pesos moleculares, a
variação
das condições de aquecimento do petróleo
possibilita
a vaporização de compostos leves, intermediários e
pesados, que são separados quando condensam. O que resta
é
uma borra constituída basicamente de hidrocarbonetos de pesos
moleculares
elevados. Outrossim, como o ponto de ebulição de um
líquido
é função da pressão que lhe é
aplicada,
são dois os estalões que permitem a completa
destilação
do petróleo: temperatura e pressão.
Fundamentalmente,
são três
as seções que compõem uma unidade de refino de
petróleo:
pré-vaporização, destilação
atmosférica
e destilação a vácuo.
Inicialmente o
petróleo é
bombeado a uma bateria de trocadores de calor por onde estão
passando
os produtos acabados a serem resfriados. Uma vez aquecido, o
petróleo
passa pela dessalinizadora, onde é removida a água, os
sais
e as partículas sólidas em suspensão. Após
a dessalinização, o petróleo passa por um segundo
pré-aquecimento, onde a troca térmica realizada com os
produtos
que deixam a unidade tem por fito otimizar o sistema, diminuindo o
lapso
entre as temperaturas inicial e ideal ao fracionamento do
petróleo,
que será alcançada através de fornos tubulares. A
temperatura máxima de aquecimento do petróleo é de
7000F (3710C). A partir daí, ocorre o
craqueamento
térmico e conseqüente deposição do coque nos
tubos dos fornos e regiões inferiores das torres, prejudicando a
operacionalidade do sistema.
Na saída dos
fornos, grande
parte do petróleo já está vaporizada e a carga
é
introduzida na torre. Na zona de vaporização ou "zona de
flash", o petróleo que já se encontra vaporizado sobe ao
topo da torre e sua parte líquida, desce ao fundo. As torres
possuem
em seu interior bandejas que permitem a separação do cru
pelos seus pontos de ebulição, uma vez que quanto mais
próximos
do topo, menores as temperaturas. Ou seja, ao contato de cada bandeja,
o vapor ascendente condensa parte de seus componentes. As
frações
mais leves saem pelo topo da torre e são condensadas em
trocadores
externos.
Uma torre de
destilação
que trabalhe próximo às CNTPs, tem como produtos laterais
o óleo diesel, o querosene e a nafta pesada; pelo topo, o GLP e
a nafta leve. O resíduo da destilação
atmosférica,
obtido no fundo da coluna, é conhecido como cru reduzido e
caracteriza-se
por seu alto peso molecular; assim, só poderia ser utilizado
como
óleo combustível. Entretanto, o cru reduzido
contém
frações de significativos potenciais econômicos,
que
não podem ser fracionados através da
destilação
atmosférica em função de seus elevados pontos de
ebulição.
Portanto, aplica-se o segundo estalão do refino de
petróleo;
a pressão.
À saída da
torre de
destilação atmosférica, o cru reduzido é
bombeado
aos fornos da seção de vácuo, onde será
aquecido
à temperatura máxima de 7000F (3710C).
À seguir, a carga é enviada à zona de flash da
torre
de vácuo, onde a pressão gira em torno de 100mmHg e boa
parte
da carga é vaporizada. Da mesma forma que na
destilação
atmosférica, os hidrocarbonetos passam por bandejas de
fracionamento,
originado o gasóleo leve (GOL) e o gasóleo pesado (GOP).
O resíduo do processo é uma borra de elevadíssimo
peso molecular, com razoável concentração de
impurezas
que pode, conforme sua composição, ser utilizado como
óleo
combustível ou asfalto.
Quando, ao gasóleo
proveniente
da destilação a vácuo que seria utilizado como
óleo
combustível, é adicionado um catalisador FCC (Fluid
Catalytic
Cracking) a alta temperatura, ocorre uma ruptura das cadeias
moleculares,
originando uma nova mistura de hidrocarbonetos a ser fracionada. Este
processo,
conhecido como craqueamento catalítico, tem por finalidade a
produção
de gasolina e/ou GLP.
São produtos do
craqueamento
catalítico:
Gás
de
refinaria
é composto de H1, C1, C2
e C2=.
Antes de sair da unidade, esta mistura gasosa é tratada com DEA
(Di-Etanol-Amina), que remove o H2S, que é utilizado
como matéria-prima no processamento do enxofre. O FCC é o
principal produtor desse gás.
GLP e
correntes
C3 e C4
A unidade de craqueamento catalítico é a
principal fonte
de obtenção do GLP. Este gás, pode ser decompostos
em correntes C3 e C4 para
utilização
das indústrias petroquímicas. O C4 é a
base do butadieno que é a matéria-prima para a
produção
da borracha sintética SBR. O propeno (C3=),
da corrente C3, é utilizado para
produção
de fibras acrílicas e poipropileno. Nos EUA, a corrente de GLP
é
utilizada no processo de alcoilação, para
produção
de gasolina de alta octanagem (I.O.~100).
GLP - Gás Liqüefeito de Petróleo -
PCS=11.900kcal/kg
No processo de refino de
petróleo,
o GLP não é condensado em nenhum dos pratos da torre de
destilação,
sai pelo topo da coluna e é condensado em trocadores de calor
externos.
É um produto que pode ser separado das frações
mais
leves do petróleo ou das mais pesadas do gás natural,
Como
todos os derivados de petróleo, compõe-se basicamente de
hidrocarbonetos com três e quatro átomos de carbono. Nas
CNTPs,
é um produto gasoso e inodoro. Para facilitar sua armazenagem e
transporte, é liqüidificado. Para segurança dos
usuários,
são-lhe adicionados odorantes a base de enxofre, o que permite a
identificação de vazamentos.
Gasolina
-
PCS=8.200kcal/m3
Possui alto teor de
olefinas, isoparafinas
e aromáticos que lhes conferem um alto índice de octana
(~80),
o que permite uma redução no uso de CTE
(Chumbo-Tetra-Etila).
No mundo inteiro, o
estalão
para caracterização das gasolinas são as suas
octanagens.
A octanagem mede a
resistência
da gasolina à detonação que, além da perda
de potência, pode causar sérios danos ao motor.
As octanagens das
gasolinas comercializadas
no Brasil estão dentro dos padrões internacionais. A
gasolina
Comum brasileira é equivalente às gasolinas "regular"
americana
e européia, da mesma forma que as gasolinas 'premium"
brasileiras,
norte-americanas e européias têm o mesmo nível de
octanagem.
A gasolina Premium possui
maior octanagem
que a gasolina Comum e deve ser utilizada em veículos cujos
motores
foram desenvolvidos para uma gasolina de alta octanagem, cujas
principais
características são: alto desempenho, elevada taxa de
compressão,
sensor de detonação, etc. Apesar de servir para qualquer
tipo de veículo, o desempenho só será superior nos
motores que exigirem este tipo de combustível.
Gasóleos
São oriundos das
moléculas
não convertidas da carga original da unidade. Possuem
razoável
teor de cadeias aromáticas de alto peso molecular, devido
à
dificuldade do catalisador em romper os anéis benzênicos.
São separados em três frações, conforme suas
faixas de destilação. A fração mais leve
é
conhecida como Óleo Leve de Reciclo ou "Light Cycle Oil" (LCO).
Sua faixa de destilação é compatível com a
do óleo diesel e a ele é adicionado, desde que seu teor
de
enxofre o permita. Quando isso não ocorre, o LCO é
utilizado
para acerto das viscosidades de óleos combustíveis.
A fração
intermediária
é conhecida como Óleo Pesado de Reciclo ou "Heavy Cycle
Oil"
(HCO). Sua faixa de destilação enquadra-se com um
óleo
combustível de baixa viscosidade, entretanto, não
é
a ele adicionado, sendo toda sua vazão reciclada ao conversor,
objetivando
uma nova oportunidade das moléculas craquearem.
A fração
mais pesada,
residual, é conhecida como Óleo Clarificado, Óleo
Decantado ou "Clarified Oil" (ClO). Devido à sua alta
concentração
de núcleos aromáticos policondensados, o ClO pode ser
utilizado
como matéria-prima para obtenção de negro de fumo
(carga para borracha) ou coque de petróleo
(produção
de eletrodos de grafite). Quando não, o ClO é adicionado
aos óleos combustíveis.
Coque
São cadeias polímeras de altos pesos moleculares
e elevadas
concentrações de carbono que depositam-se na
superfície
do catalisador, diminuindo sua eficiência. Para que a atividade
do
mesmo seja restabelecida, o coque é queimado no regenerador,
originado
todo o calor necessário ao processo.
Dentro do processo de refino de petróleo,
obtém-se também
lubrificantes básicos, parafinas e a geração de
hidrogênio.
Querosene
Iluminante
- PCS=8.633kcal/m3
No processo de
refinação
do petróleo, o querosene iluminante é obtido
através
da destilação atmosférica. Como o óleo
diesel
e a nafta pesada, é um hidrocarboneto intermediário.
QAV-1
- Querosene
de aviação - PCS=18.000kcal/m3
No processo de refino do
petróleo,
o QAV-1 é obtido na faixa da coluna de destilação
que opera entre 150ºC e 300ºC. Por ter elevado poder
calorífico,
resistência física e química a
variações
de temperatura e pressão e ter boas características
lubrificantes,
é adequado à geração de energia, por
combustão,
em motores turbinados de aeronaves.
É fundamental que
ele permanecer
líquido e homogêneo até a zona de combustão
das aeronaves. O QAV-1 é produzido por fracionamento do
petróleo
através de destilação à pressão
atmosférica.
Passa também por tratamentos e acabamentos afim de eliminar os
problemas
advindos de compostos sulfurados, nitrogenados e oxigenados.
Nafta
- PCS=11.050kcal/kg
No processo de refino o
petróleo,
a nafta pesada é obtida lateralmente na torre de fracionamento
atmosférico.
A nafta leve, bem como o GLP, saem pelo topo da coluna e são
condensadas
em trocadores de calor externos. Usada na indústria
petroquímica
como matéria-prima, a nafta tem diversas
aplicações.
Propano
- PCS=11.950kcal/kg
No processo de refino do
petróleo,
o propano pode ser obtido na unidade de alquilação
catalítica
e através do hidrocraqueamento da nafta(30% da carga), do
gasóleo
leve FCC (3,4% da carga) e do gasóleo de vácuo (4,5% da
carga).
Na presença de hidrogênio há redução
dos depósitos de coque sobre o catalisador, os compostos
polinucleados
hidrogenados são facilmente decompostos e os olefinas e
diolefinas
hidrogenadas formadas, aumentam a estabilidade química dos
produtos
finais. É do hidrocraqueamento que obtém-se o propano
especial,
que é uma mistura de hidrocarbonetos contendo no mínimo
90%
de propano e no máximo 5% de propeno por volume.
Butano
- PCS=11.000kcal/kg
No processo de refino do
petróleo,
o butano pode ser obtido na unidade de alquilação
catalítica
e através do hidrocraqueamento da nafta(15,3% da carga), do
gasóleo
leve FCC (4,5% da carga) e do gasóleo de vácuo (3,9% da
carga).
Na presença de hidrogênio há redução
dos depósitos de coque sobre o catalisador, os compostos
polinucleados
hidrogenados são facilmente decompostos e os olefinas e
diolefinas
hidrogenadas formadas, aumentam a estabilidade química dos
produtos
finais. O isobutano é obtido do hidrocraqueamento da nafta
(46,1%
da carga), do gasóleo leve FCC (9,1% da carga), do
gasóleo
de vácuo (8,4% da carga) e do resíduo de
vácuo(4,5%
da carga).
Gás
de
nafta - PCS=4.300kcal/m3
No processo de refino do
petróleo,
a nafta petroquímica é obtida tanto na
destilação
atmosférica como no craqueamento catalítico. O gás
de nafta é produzido através de termocraqueamento. O
gás
de nafta, também conhecido como gás de rua, tem peso
molecular=16;
poder calorífico superior=4300kcal/kg; densidade relativa=0,55;
compõe-se basicamente de hidrogênio, metano,
nitrogênio,
monóxido de carbono, dióxido de carbono e é
utilizado,
principalmente, para abastecimento residencial e comercial.
Gás
de
refinaria - PCS=12.500kcal/m3
No processo de refino de
petróleo,
o gás de refinaria pode ser obtido no craqueamento
catalítico,
nas destilações atmosférica e vácuo,
através
de reformação e no coqueamento retardado. tem peso
molecular=24;
poder calorífico superior=10.000kcal/kg; densidade
relativa=0,82;
compõe-se basicamente de hidrogênio, metano, etano,nitrogênio
e é utilizado como combustível industrial.
Coque
verde
de petróleo - PCS=8.500kcal/kg
O coque é produto
do craqueamento
catalítico do petróleo, formado por cadeias
polímeras
de altos pesos moleculares e teores de carbono. No Brasil não
existem
especificações oficiais para o coque. As propriedades que
caracterizam o coque dependem do tipo de aplicação a que
se destina. Como qualquer outro combustível são
importantes
o poder calorífico, o teor de enxofre, o teor de cinzas, teor de
voláteis e umidade. Quando utilizado para geração
de vapor em termelétricas, o teor de metais também
é
importante.
Existem dois tipos de
coque cuja
obtenção depende da matéria-prima: coque esponja
ou
coque agulha.
O Coque Esponja responde
por cerca
de 96% da produção mundial .O Coque Anodo ou Coque
Regular
grau anodo é a denominação dada ao coque esponja
calcinado
de melhor qualidade. No Brasil, a Petrobrás hoje produz o tipo
esponja,
classificado como "anode grade". Isto se deve à excelente
qualidade
de nossas matérias-primas, destacando-se os baixos teores de
enxofre
( menores que 1%) .
Óleo
Diesel
No processo de
refinação
do petróleo, o óleo diesel é obtido através
de destilação atmosférica. É um
hidrocarboneto
de série parafínica, intermediário, de
fórmula
geral C12H16. Utilizado em motores de
combustão
interna, o óleo diesel possui as seguintes
características:
No Brasil, as
especificações
para o óleo diesel, reguladas pela ANP, são as seguintes:
Derivados
de
Petróleo comercializados sazonalmente pela Petrobrás:
T.O.-202 - PCS=7.965kcal/kg
T.A.R. - Óleo
residual
de asfalto - PCS=9.000kcal/kg
Resíduo
aromático
de pirólise - PCS=10.700kcal/kg
Borra Neutra - PCS=8.200kcal/kg
Frações
leves de
Rerrefino - PCS=10.750kcal/kg
BAN MC-2 - PCS=9.500kcal/kg
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