oleo cru refinamento parte1 e 2

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Óleo cru
Refinamento -
Parte 1 e Parte 2
Sumário
1
1.4
1.2
1.5
1.3
1.6Fracionamento de óleo(destilação)
Exemplo ilustrativo
Projeto de refinaria como planta
quimica
Aspectos de projetos
Pressão de operação
Visão Geral1.1
Diferentes tipos de métodos de 
destilação
1.6.1
1.7
2.2
2
2.1
Modelos de destilação
Tipos de refinaria e análise
econômica
Saldo econômico para esquemas
de destilação
Equilíbrio econômico
Equilíbrio econômico no 
projeto
Sumário
3
5
4
5.1
5.2
Estudo de caso 1
Estudo de caso 2
Destilação flash
Introdução
Condições necessárias para
piscar
5.4
6
6.1
5.3 Coluna pré-flash
Estudo de caso 4
 CONVERSÃO DE PETRÓLEO BRUTO EM
PRODUTOS COMBUSTÍVEIS E OUTROS
PRODUTOS DE VALOR ADICIONADO
Introdução
6.3
6.2 Processo de cracking ou conversão
6.3.1
Principais Processos de Conversão
 Química
Processamento de Óleo Leve
Sumário
6.3.2
7.1
6.3.3
7.2
7
8.3
Processamento de Destilado Pesado
 Processamento de Óleo Residual
Produtos finais de refinaria
Introdução
Produtos Finais Primários
 Metodologia 
7.3.2
7.3.2
 Ganho de Processo
Estudo de caso 5
 FRACIONAMENTO
DE ÓLEO
(DESTILAÇÃO) 
Visão Geral
O petróleo é de pouca utilidade quando vem
do solo. É uma matéria-prima, assim como as
árvores recém-caídas são matérias-primas para
móveis, construção, etc. Assim, o petróleo
bruto deve passar por uma série de processos
para ser convertido nas centenas de produtos
derivados de petróleo acabados dele. Esses
processos, coletivamente, são conhecidos
como refino.
O objetivo dos processos de refino de petróleo
é transformar petróleo bruto em produtos
úteis, como gás liquefeito de petróleo (GLP),
gasolina ou gasolina, querosene, querosene de
aviação, óleo diesel e óleos combustíveis
Exemplo Ilustrativo 
Figura 1- Exemplo ilustrativo de uma
operação de destilação de refino.
Transferência de momento (fluxo de
fluido), usando uma bomba
Transferência de calor de óleo, usando
trocadores de calor e um forno.
. Transferência de massa pela coluna de
destilação que leva à separação do
petróleo bruto em diferentes cortes (a
transferência se dá pela difusão
molecular dos componentes que
separam o leve do pesado).
Questões básicas
Qual é o(s) mecanismo(s)
subjacente(s) a este processo?
 Como e onde ocorre? 
A resposta à primeira pergunta trata da
teoria da transferência ou transporte,
conforme explicado, dentro dos limites
do nosso sistema. Para a segunda
pergunta, é o efeito combinado de
Momentum, Heat and Mass (MHM) que
é responsável pelas mudanças físicas
que ocorreram na coluna de destilação
para produzir os produtos acabados.
Balanço
Projeto de
Refinaria
 como Planta 
Química
Figura 2- O projeto de uma
refinaria segue os mesmos
aspectos do projeto da planta
O projeto de uma planta química (que é uma refinaria
para o nosso caso) normalmente passaria pelas
seguintes etapas:
Criação de uma ideia (por exemplo, para produzir um produto)
Descobrir se é viável construir uma usina (viabilidade técnica e econômica).
Realizar o “Design de Processo” que envolve três etapas básicas:
 Fazer estimativa de custo para o investimento de capital da planta.
 Realizar análise de rentabilidade do projeto.
Quando se trata de aplicativos de computador, o software de planilhas tornou-se
uma ferramenta indispensável no projeto de plantas, devido à disponibilidade de
computadores pessoais, facilidade de uso e adaptabilidade a diversos tipos de
problemas
figura 3- As operações de petróleo de superfície para petróleo bruto saem do
poço. 
 Diferentes Tipos de Métodos de Destilação 
1. Flash—Os vapores são
mantidos em contato íntimo
com o líquido. 
2. Simples – Os vapores são
retirados tão rapidamente
quanto são formados para
serem condensados por um
condensador.
Figura 4- Classificação do método de destilação. 
Aspectos de Projeto
Distribuição de equilíbrio termodinâmico dos componentes entre
A taxa de movimento, taxa de difusão, de uma fase para a outra.
Existem dois fatores principais que governam o projeto de equipamentos em difusão
operações:
as fases.
 
Pressão de Operação
O processo de separação física primária, que é usado em quase todas as etapas enquanto
processamento do petróleo bruto, é a destilação fracionada, conforme explicado acima. A
operação de destilação pode ocorrer à pressão atmosférica, sob vácuo ou sob alta pressão
de operação. O fracionamento do petróleo bruto é sempre realizado à pressão
atmosférica (ligeiramente superior), o petróleo bruto (resíduo de óleo combustível) é
destilado sob vácuo, enquanto o a estabilização da gasolina de corrida direta utiliza
fracionadores ou estabilizadores de alta pressão.
 Modelos de
Destilação
Leis de conservação de massa e energia
O conceito de palco ideal
A lei de Rault e a lei de Henery usadas (para
o caso ideal) para descrever a tendência de
escape para vapor/líquido em equilíbrio
Os modelos de destilação são baseados em
três pilares:
 
 
BalançoTipos de Refinarias e Análise
Econômica
Dependendo do tipo de petróleo bruto utilizado, dos processos selecionados e dos
produtos necessários, bem como das considerações econômicas envollvidas, as
refinarias podem ter classificações diferentes.
A análise econômica é usada no refino para determinar as operações de refino mais
econômicas, para determinar se usar equipamentos novos ou existentes, etc. A análise
econômica, incluindo a análise de custos, é complicada em uma refinaria porque uma
operação em uma refinaria com custos operacionais mais baixos não é
necessariamente o procedimento mais desejável e, da mesma forma, uma operação
que dá maiores rendimentos, ou taxas de produção, não é necessariamente mais
econômica. O maior rendimento com o menor custo é o que o refinador gostaria de
alcançar.
 
Os produtos que ditam o design de um
refinarias de combustível ou refinarias
convencionais são relativamente poucas
em número, mas são produzidas em
grandes quantidades, como gasolina,
combustíveis para aviação e diesel.
Uma refinaria química, por outro lado, é
um caso especial do petróleo
convencional refinaria em que a ênfase é
na fabricação de olefinas e aromáticos a
partir de petróleo
óleo. Uma refinaria química pode ser
definida como aquela que inclui um
complexo de olefinas para a pirólise de
frações de petróleo (por exemplo, C2H6 a
C2H4).
 
Figura 5-Ilustra tipos de refinaria.
 SALDO ECONÔMICO
PARA ESQUEMAS DE
DESTILAÇÃO 
 Equilíbrio
Econômico
Equilíbrio econômico nas operações
de refino significa que os custos são
equilibrados com receitas, insumos
com saídas e petróleos com produtos
refinados. O objetivo é encontrar a
combinação do menor custo com a
“'maior” contribuição. 
BalançoEquilíbrio Econômico no Projeto 
O projeto de equipamentos para operações de processo é um problema complexo
devido às muitas variáveis envolvidas e ao fato de que amplas generalizações sobre
essas variáveis não podem ser feitas. Serão discutidos:
 
O equilíbrio econômico na
evaporação é um problema de
determinar o número mais
econômico de efeitos a serem
usados em uma operação de
evaporação de múltiplos efeitos.
 O equilíbrio econômico no projeto
de vasos pode envolver problemas
específicos de projeto, como
aquecimento e resfriamento,
distribuição de catalisadores, projeto
de vasos de pressão com custo
mínimo, etc. 
 
Equilíbrio econômico no fluxo
de fluido envolve o estudo de
custos em que custos diretos
como custos de energia para
queda de pressão e reparos,
bem como custos fixos de
tubulação, conexões e
instalação, estão relacionados
ao tamanho da tubulação.
 O equilíbrio econômico na
transferência de calor requer
uma compreensão de como os
custos fixos variam, com uma
variável comum selecionada
usada como base para análise.
 
Estudo de caso 1
O teor de sal de um petróleo bruto do
Oriente Médio (gravidade API 24,2) foi
encontrado ser 60 PTB. Para expedir e
comercializar este óleo, é necessário instalar
uma unidade de dessalinização em campo,
o que reduzirá o teor de sal para 15 PTB.
esta melhoria da qualidadedo petróleo em
termos de um PTB aceitável poderia realizar
uma possível economia de 0,1 $/bbl no
custo de envio do óleo.
Suponha o seguinte:
 
O dessalinizador de petróleo bruto tem
uma capacidade projetada de 120.000
bbl/dia.
O investimento de capital atual da unidade
de dessalinização é estimado em $ 3,0
milhões mais outros US$ 2,0 milhões para
tanques de armazenamento e outras
instalações.
A vida útil do equipamento é de 10 anos
com valor residual insignificante, enquanto
o fator de operação = 0,95.
As despesas operacionais totais do
dessalinizador são estimadas em US$
10/1.000 bbl.
 
As despesas anuais de manutenção
são 10% do investimento total de
capital.
Avalie os méritos econômicos do
dessalinizador calculando, o ROI e
período de pagamento (P.P.).
Figura 6- Um gráfico dos custos totais
anuais versus a razão de refluxo.
Solução
O custo anual total é a soma das despesas operacionais anuais mais os custos anuais de
depreciação. Assumindo a depreciação linear: 
d, o custo de depreciação anual = 5x106/10 = × 0,5 x 106 $/ano 
As despesas operacionais anuais = (10/1.000)(120.000)(365)(0,95) =0,416 x106 $/ano
 A manutenção anual = (0,1)(5 x106) = 0,5 x106 $/ano
 Custos anuais totais = ( 1) + (2) ( + 3)
 Economia anual = (0,1)(120.000)(365)(0,95) = 4.161 x 10 ^6 $/ano
Poupança Líquida = (4.161 - 1.4161) x 10^6 = 2.7449 10 ^6 $/ano
R.O.I = 54.9%
Estudo de caso 2
Objetivo:
Este estudo de caso foi apresentado como
um projeto sênior para estudantes de
química engenharia da KFUPM.
Estudo de caso;
O gás natural associado passa por uma
unidade de absorção para recuperar
hidrocarbonetos mais pesados (butano plus),
que podem ser vendidos pelo valor de $
7,5/gal. Os cálculos mostram que o custo
total mínimo para a recuperação e extração
dos butanos na planta é estimado em $
1,2/gal de butano recuperado.
Outros custos adicionais para o
processamento do óleo absorvente usado
na recuperação são estimado em US$
27/milhão de galões de óleo magro
circulado. O grupo de engenharia da planta
desenvolveu a seguinte relação empírica
para a taxa (R) do óleo absorvedor usado
em função da taxa de butano produzido (P):
R, milhões de gal/h = 0,004 P , onde P^1.3
está em gal/h.
1. Calcule a recuperação ótima de butano
Po, e a taxa ótima de óleo circulante, Ro
aplicável a esta planta.
2. Qual é o valor de P no qual o processo de
recuperação se equilibra?
Solução
Lucro = Receita - Despesas
Renda = 7,5 $/gal * P gal/h = 7,5 P $/h
Despesas = 1,2 $/m gal * P gal/h + 27 $/m gal * R = 1,2 P + 27 (0,004 P ^ 1.3) 
 = 1,2 P + 0,108 P $/h
Lucro = 7,5 P -1,2 P -0,108 P ^1.3= 6,3 P - 0,108 P^1.3
d/dp(lucro) = 6,3 – 1,3(0,108) P^0,3; igualando esta derivada a zero:
Po = [6,3/1,3(0,108)] ^(1/0.3) = 320.647 gal butano/h
Ro = 0,004(320.647) ^ 1.3 = 57.530 milhões de galões de óleo/hora
No ponto de equilíbrio, lucro = 0
6.3 P - 0.108 P ^1.3 = 0; portanto, P^0.3= 6.3/0.108
 Pb = (6.3/0.108) ^(1/0.3) = 768,777 gal butano/h
DESTILAÇÃO
FLASH 
 Introdução
A destilação flash (às vezes chamada
de “destilação de equilíbrio”) é uma
técnica de separação de estágio
único. Uma alimentação de mistura
líquida é bombeada através de um
aquecedor para aumentar a
temperatura e a entalpia da mistura.
Em seguida, flui através de uma
válvula e a pressão é reduzida,
fazendo com que o líquido vaporize
parcialmente. 
O problema de separar o gás do
petróleo bruto para fluidos de
poços (misturas de petróleo
bruto) se reduz ao conhecido
problema de fazer uma mistura
de alimentação parcialmente
vaporizada em duas correntes:
vapor e líquido. No primeiro
caso, usamos um separador gás-
óleo. No segundo caso, usamos o
que chamamos de coluna
intermitente,
Figura 7 - Coluna Flash.
 Condições Necessárias para Piscar
Para que ocorra o flashing, a alimentação tem que ser uma mistura bifásica,
ou seja, satisfaz o seguinte: TBP < Tf < TDP , ou a soma de ziKi para todos os
componentes é maior que 1 e o a soma de zi/Ki para todos os componentes
é menor que 1, onde TBP, Tf e TDP são o ponto de bolha da mistura de
alimentação, temperatura de flash e ponto de orvalho da mistura de
alimentação, respectivamente; Zi e Ki são a composição da alimentação e a
constante de equilíbrio, respectivamente, para o componente i.
Figura 8 - Condições de
piscar
Estudo de caso 4
Considere um gás com a seguinte
composição. Esta mistura é aquecida a 1.000
psi. Determine a fração da alimentação
vaporizada e a composição das correntes de
gás e líquido que saem do separador se a
temperatura do separador for 150°F. 
Solução
Em seguida, assuma a fração de vapor f = 0,5. O cálculo foi realizado. A fração de
vapor foi de 0,78 após três iterações.
 
Neste caso, devemos determinar a razão de equilíbrio de cada componente em T = 150°F
e P = 1.000 psi conforme relatado na tabela a seguir.
Coluna Pré-flash
A coluna pré-flash é uma das partes
principais de uma unidade de destilação
de petróleo bruto (CDU). O objetivo
principal é fazer flash ou vaporizar a
porção mais leve (volátil) do petróleo bruto
antes de entrar no forno. Isso reduzirá a
taxa de alimentação e a carga de energia
para a CDU.
O princípio básico desta vaporização é a
diminuição repentina da pressão de cerca de
12 bar para cerca de 3 bar. Isso fará com
que uma porção apreciável do petróleo seja
vaporizada e seja direcionada para a coluna
de destilação principal contornando o forno. 
A vantagem de ter o tambor pré-flash é
reduzir a carga no forno resultando em
economia de combustível. Caso contrário,
teríamos que aquecer todo o petróleo bruto
antes de introduzi-lo na coluna de destilação
de petróleo bruto. Desta forma é possível
reduzir a carga térmica da unidade de
destilação e ter também uma melhoria do
desempenho hidráulico da rede
permutadora de calor. 
Aplicação 
O custo do tambor pré-flash é considerado $ 100.000, com uma vida útil de 5
anos. 
Isso resulta em um TAC de $ 20.000 por ano, incluindo uma manutenção anual. 
Para determinar a renda ou economia anual instalando o flash drum,
contornando o aquecimento, cerca de 50% do vapor é injetado no tambor. Este
vapor é introduzido diretamente na coluna principal para posterior retificação.
Isso faz uma economia na energia, caso contrário, dá para fracionar o vapor que
é = (q1 – q2).
Figura 9 - Esquema de procedimento para estudo de viabilidade. 
Supondo que o custo de refino de petróleo
seja de 4 $/bbl, o custo de refino de uma
entrada de alimentação de 100.000 bbl/ano
× 4 $/bbl = 400.000 $/ano.
Custo de energia elétrica (energia)
economizado é cerca de 0,8% do total de
operação da refinaria
custo. Já que estamos processando apenas
50%.
Portanto, economizando= 400.000 × 0,5 ×
0,8 = $ 160.000.
A poupança líquida = renda -TAC
 = 160,000 -20,000
 = 140,000 $/ano
Isso faz com que um ARR = economia/TAC =
(140.000/100.000) × 100 = 140%
Este é um retorno muito atraente para
incentivar a instalação de flash drum no
CDU, o que o torna um projeto viável.
Como na maioria das perguntas, a resposta
depende do tipo de petróleo bruto, da
configuração da refinaria, do tamanho da
refinaria e dos produtos produzidos. Em um
enorme refinaria do Texas como a Exxon
Baytown, o custo é de US$ 3 a 4 bbl. Em uma
pequena refinaria na Califórnia como
Torrance, o custo é de US$ 10 a US$ 12 por
barril.
 CONVERSÃO DE
PETRÓLEO BRUTO EM
PRODUTOS
COMBUSTÍVEIS E
OUTROS PRODUTOS
DE VALOR
ADICIONADO
 Introdução
O principal objetivo da conversão
química no refino de petróleo é
converter óleos brutos de diversas
origens em produtos valiosos com as
qualidades e quantidades exigidas pelo
mercado. Vários processos de refino
baseados em conversão química, como
processos térmicos e catalíticos, bem
como propriedades gerais de produtos
refinados são brevemente revistos. 
As operações reais da refinaria são
muito complicadas, mas as funções
básicas da refinaria pode ser dividida
em três categorias de processos
químicos:
A destilação envolve a separação de
materiais com base em diferenças em
suavolatilidade. Este é o primeiro e mais
básico passo no processo de refino e é o
precursor do craqueamento e reforma
 O craqueamento envolve a quebra de
moléculas pesadas em
hidrocarbonetos mais leves (e mais
valiosos).
A reforma envolve a mudança da
natureza química dos hidrocarbonetos
para atingir as propriedades físicas
desejadas (e também para aumentar o
valor de mercado desses produtos
químicos).
 
Principais Processos de Conversão
Química
 O processamento de óleo leve prepara destilados leves por meio do rearranjo de
moléculas usando isomerização e reforma catalítica ou processos combinados,
como alquilação e polimerização.
O processamento de óleo pesado altera o tamanho e/ou estrutura do
hidrocarboneto moléculas através de processos de craqueamento térmico ou
catalítico.
Os processos de tratamento envolvem uma variedade e combinação de processos,
incluindo hidrotratamento, secagem, refinação com solvente e adoçamento.
As opções de processamento em uma refinaria podem ser classificadas em:
Processamento
de Óleo Leve
Hidrotratamento catalítico
Reforma Catalítica de Nafta 
Isomerização
Alquilação
Polimerização e Dimerização
Processamento
de Destilado
Pesado
Craqueamento Catalítico Fluido (FCC) 
Hidrocraqueamento Catalítico 
Processamento de Óleo
Residual
Coqueificação;
 Visquebra ;
Hidrotratamento de Resíduos e RFCC ;
Gaseificação de Resíduos;
Extração de Aromáticos ;
Recuperação de Enxofre ;
 
PRODUTOS FINAIS
DE REFINARIA 
Introdução 
separação;
conversão;
tratamento;
O craqueamento não é a única forma de
conversão de petróleo bruto. Outros
processos de refinaria reorganizam as
moléculas para agregar valor, em vez de
dividir as moléculas. Normalmente, todas
as refinarias têm três estruturas básicas:
O refino de petróleo implica transformar o
petróleo bruto em derivados de petróleo
para uso como combustível para
transporte, aquecimento e geração de
energia. O refino decompõe o petróleo
bruto em seus diversos componentes, que
são então reconfigurados seletivamente em
novos produtos, como será demonstrado
Produtos Finais
Primários
Componentes C1 e C2
GLP 
Nafta leve
 Gasolina (gasolina)
Nafta pesada
Quatro categorias são produzidas no refino
de petróleo: destilados leves, destilados
médios, destilados pesados e outros. 
Destilados leves:
Querosene
Combustíveis diesel automotivo e
ferroviário
Combustível para aquecimento
residencial
Outros óleos combustíveis leves
 Óleos combustíveis pesados
 Cera 
Óleos lubrificantes
Asfalto
Destilados médios:
Destilados pesados:
Propano
Butano
GLP
Nafta leve
Gasolina
Gasolina de aviação
Combustível para jatos
Óleo combustível querosene
Diesel
Gasóleo industrial 
Óleo combustível residual
Alguns dos principais produtos de uma
refinaria típica são:
Asfalto
Óleos básicos
Propileno
Aromáticos
Cera
 Graxa
Óleo branco
White spirit
Enxofre
Coque de estimação
Muitas refinarias também produzem
produtos especiais ou não combustíveis,
como:
Metodologia
As refinarias de petróleo processam petróleo bruto em muitos produtos petrolíferos
diferentes. 
As características físicas do petróleo bruto determinam como as refinarias o
transformam em produtos de maior valor. Os produtos petrolíferos são geralmente
agrupados em quatro categorias: destilados leves, destilados médios, destilados
pesados e resíduos. Esta classificação é baseada na forma como o petróleo bruto é
destilado e separado em frações. 
O GLP constitui o produto de ponto de ebulição mais baixo (mais volátil) de uma
refinaria e frações de ebulição mais altas levam aos líquidos destilados mais desejáveis,
como gasolina, querosene de aviação, óleo diesel e óleo combustível na ordem
crescente de pontos de ebulição, enquanto o asfalto é feito a partir do resíduo.
Ganho de Processo
O volume total de produtos que as refinarias
produzem (saída) é maior do que o volume de
petróleo bruto que as refinarias processam
(entrada) porque a maioria dos produtos que
produzem tem uma densidade menor do que
o petróleo bruto que processam. Esse
aumento de volume é chamado de ganho de
processamento:
Ganho de processo = saída-entrada
Figura 10 - Produtos de refinaria. 
Estudo de caso 5:
CUSTO E
RENTABILIDADE DA
REFINARIA
A lucratividade bruta da refinaria
(margem) é uma medida da economia
de uma refinaria específica. É medido
como a diferença ($/b) entre o produto
da refinaria
receita (total de barris de cada produto
multiplicado pelo preço de cada
produto) e o custo das matérias-primas
(petróleo bruto e outros produtos
químicos/catalisadores).
 
Por exemplo, se uma refinaria recebe $ 120 da venda dos produtos refinados de um barril
de petróleo bruto que custa $ 100/bbl, então a margem bruta da refinaria é de $ 20/bbl. A
margem líquida (caixa) é igual à margem bruta menos os custos operacionais. Portanto,
para esta refinaria específica que tem um custo operacional de $ 6/b, sua margem líquida
é de $ 14/b. Em muitas ocasiões, a medida da lucratividade da refinaria é complicada pelo
fato de que a refinaria produz várias centenas de produtos diferentes a partir de uma
mistura de diferentes petróleos brutos que possuem várias características e diferentes
preços de venda.
A lucratividade do refino varia de acordo com a demanda competitiva do mercado por
produtos refinados. Pode variar entre -US$ 2/b, até US$ 20/b ou mais em mercados de
refinaria que têm capacidade ociosa muito limitada. Em mercados competitivos as
margens da refinaria mudam diariamente à medida que os preços de mercado do
petróleo bruto e dos produtos mudam. Nessas condições, as receitas da refinaria
(margem média ×rendimento) ao longo de um ano deve ser igual ou superior ao seu
custos, depreciação e impostos, além de um retorno justo sobre o investimento.
Obrigada!