AULA 10 - Processos de Tratamento_20181121-2101

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Mario Sergio da Rocha Gomes, M. Sc.
1
Engenharia do Petróleo - 90 Período
Processos de Tratamento
➢ Os processos de tratamento tem por finalidade
principal eliminar impurezas presentes nas frações que
possam comprometer suas qualidades finais,
estabilizando quimicamente o produto acabado.
➢Dentre as impurezas, compostos de enxofre e
nitrogênio confere às frações propriedades indesejáveis
tais como, corrosividade, acidez, odor desagradável,
formação de compostos poluentes, alteração de cor, etc.
➢Daí a necessidade de proceder-se suas remoções.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
➢ As quantidades e os tipos de impurezas presentes nos
produtos são extremamente variadas, diferindo também
conforme o tipo de petróleo processado que gerou as
frações.
➢ A medida porém que os cortes vão ficando mais
pesados, a quantidade de impurezas cresce
proporcionalmente, o que dificulta bastante a remoção.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
Os processos de tratamento podem ser
enquadrados em duas categorias:
Processos convencionais: aplicados as frações
leves;
Hidroprocessamento: aplicado as frações médias e
pesadas.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
➢ Classificam-se também quanto ao grau de remoção do
teor de enxofre da carga, os processos de tratamento são
divididos em duas classes:
Processos de adoçamento: usados para transformar
compostos agressivos de enxofre (S, H2S, R-SH) em
outros menos nocivos (RSSR – dissulfetos), sem
retirá-los do produto; Os processos mais conhecidos
são “Tratamento Doctor” para gasolina (já obsoleto) e
o “Tratamento Bender”, utilizado principalmente para
querosene de jato (QAV-1).
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
Processos de dessulfurização: usados na remoção
efetiva dos compostos de enxofre. Entre eles
encontramos os seguintes: Lavagem Cáustica (para a
remoção de H2S e mercaptanas), Tratamento com DEA
(remoção de H2S e CO2) e a Dessulfurização Catalítica
(destrói e remove todos os compostos de enxofre).
O processo de Tratamento Merox, bastante utilizado
ultimamente, pode ser aplicado como processo de
dessulfurização (removendo mercaptanas) ou como
“adoçamento” (transformando mercaptanas em
dissulfetos).
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
São exemplos de processos de tratamento, portanto:
➢ Tratamento Cáustico;
➢Tratamento Merox;
➢Tratamento Bender;
➢Tratamento DEA(Dietanolamina);
➢Hidrotratamento (HDT).
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
Processos de Tratamento
Tratamento Caústico
TRATAMENTO CÁUSTICO
➢ Consiste na utilização de solução aquosa de NaOH ou
KOH para lavar uma determinada fração de petróleo.
➢Dessa forma, é possível eliminar compostos ácidos de
enxofre, tais como H2S e mercaptanas (R-SH) de baixos
pesos moleculares.
➢ Substâncias sulfuradas diferentes das acima mencionadas
não podem ser removidas por este processo. Porém o
processo consegue remover em menor escala, cianetos e
fenóis, presentes normalmente na nafta de craqueamento.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO CÁUSTICO
➢ Como carga, trabalha-se apenas com frações leves: gás
combustível, GLP e naftas. Pode ser usado no tratamento de
querosene, mas com baixa eficiência de remoção de
impurezas.
➢ Por razões econômicas (consumo de soda), o tratamento
cáustico só é empregado quando o teor de enxofre no
derivado a ser tratado não é muito elevado.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO CÁUSTICO
➢Sua grande desvantagem é o elevado consumo de soda
cáustica, embora seja um insumo de baixo custo,
dependendo da concentração de impurezas e das vazões
processadas, podem se constituir num fator de elevado custo
operacional, mas o sistema de tratamento pode ser
implantado a um investimento inferior a US$ 1.000.000,00.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO CÁUSTICO
As reações do processo, apresentadas abaixo, geram sais
solúveis na solução de soda, que são retirados da fase
hidrocarboneto em vasos decantadores.
2 NaOH + H2S → Na2S +2 H2O
NaOH + R-SH → NaSR + H2O
NaOH + R-COOH → R-COONa + H2O
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO CÁUSTICO
➢ Conforme o teor de enxofre no derivado, podem ser
usados um, dois ou três estágios de lavagem cáustica. Pode
ser também utilizado um estágio final de lavagem aquosa, de
modo a evitar-se um possível arraste de soda pelo produto.
➢ Os sais formados são solúveis na solução de soda, sendo
retirados da fase hidrocarbônica.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO CÁUSTICO
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO CÁUSTICO
DESCRIÇÃO DO PROCESSO:
✓ A carga inicialmente recebe uma injeção de soda
cáustica, e passa numa válvula misturadora, onde a perda de
carga provoca um turbilhonamento, favorecendo o íntimo
contato da soda com os compostos de enxofre.
✓ Utiliza-se uma solução aquosa, contendo de 15 a 20% de
NaOH, que circula continuamente, até que uma concentração
mínima (1 a 2%) seja atingida, ocasião esta em que a solução
exausta é descartada e substituída.
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TRATAMENTO CÁUSTICO
DESCRIÇÃO DO PROCESSO:
✓ Carga e solução cáustica, após misturadas, separam-se
em um vaso decantador, devido à diferença de densidade
entre fases. A fração de petróleo sai pelo topo do vaso
enquanto a solução cáustica sai pelo fundo.
✓ Dependendo da procedência da carga, a lavagem cáustica
pode ser repetida outras vezes.
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Processos de Tratamento
Tratamento Merox
TRATAMENTO MEROX
➢É um processo de tratamento bastante moderno, desenvolvido
pela UOP, podendo ser aplicado a frações leves (GLP e nafta) e
intermediárias (querosene e diesel).
➢Também conhecido como tratamento cáustico regenerativo,
consiste numa lavagem caústica semelhante à do processo
anterior, porém com a vantagem de possibilitar a regeneração da
soda cáustica consumida no processo, reduzindo
consideravelmente seu custo operacional.
➢Permite a produção de dissulfetos, podendo ser operado como
processo de dessulfurização ou adoçamento.
➢Utiliza um catalisador organometálico (ftalocianina de cobalto) em
leito fixo ou dissolvido na solução cáustica, de forma a extrair as
mercaptanas dos derivados e oxidá-las a dissulfetos.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO MEROX
➢ O processo de leito fixo é aplicado quando a carga é mais
pesada e a oxidação ocorre simultaneamente com a extração. Já o
processo do catalisador em solução, é aplicavel as frações leves,
onde a extração e a oxidação ocorrem em etapas diferentes.
➢ Várias unidades que operavam com o Tratamento Caústico
sofreram pequenas adaptações e operam hoje como unidades
Merox, principalmente aquelas localizadas dentro de unidades de
Craqueamento Catalítico.
➢ O Processo Merox, é utilizado em larga escala em quase todas
as refinarias. O investimento necessário à sua implantação é pouco
superior ao tratamento caústico, situando-se em torno de US$ 3 a
5.000.000,00.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO MEROX
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO MEROX
DESCRIÇÃO DO PROCESSO
✓ O produto a ser tratado sofre em principio uma lavagem
cáustica, para a eliminação de H2S e compostos ácidos, que
poderiam formar com a soda compostos estáveis na seção de
extração.
✓ Nesta primeira etapa o produto atravessa um vaso no qual
existe uma solução cáustica. Devido ao tempo de contato ser
relativamente curto, as mercaptanas não chegam a ser
absorvidas nesta pré-lavagem.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO MEROX
DESCRIÇÃO DO PROCESSO
✓ Em seguida a carga vai à torre extratora, onde ocorre a
remoção das mercaptanas. Isto é feito devido à presença do
catalisador em solução e ao maior tempo de contato.
✓A carga penetra pelo fundo da torre,em escoamento
contracorrente com a solução cáustica com catalisador.
As mercaptanas são retiradas de acordo a reação:
RSH + NaOH  RSNa + H2O
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO MEROX
DESCRIÇÃO DO PROCESSO
✓ Pelo topo sai o produto tratado, que passa por um
vaso decantador, onde se dá a retenção de alguma
quantidade de soda porventura arrastada. O derivado
é então enviado à estocagem.
✓ A solução de soda cáustica com catalisador, que sai
pelo fundo da torre extratora, reune-se com a corrente
recuperadora no tambor de decantação, é aquecida e
bombeada para a torre de oxidação, onde ocorre a
regeneração da soda.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO MEROX
DESCRIÇÃO DO PROCESSO
✓ Na torre de regeneração ocorre a oxidação dos
mercaptanídeos de sódio, conforme a reação:
4 NaSH + 2 H2O + O2  4 NaOH + 2 RSSR
✓ A torre possui como recheio anéis de Rasching, que
promovem um bom contato entre as mistura ar-soda-
catalisador.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO MEROX
DESCRIÇÃO DO PROCESSO
✓ Em seguida a regeneração, a mistura de soda, ar e
dissulfetos passa à um vaso, onde a soda e os
dissulfetos são separados por decantação.
✓ O excesso de ar sai pelo topo deste vaso separador
e pelo fundo do vaso a solução cáustica regenerada é
recolhida e novamente bombeada para torre extratora.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO MEROX
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
Processos de Tratamento
Tratamento Bender
TRATAMENTO BENDER
➢ O tratamento Bender é essencialmente um processo de
adoçamento para redução de corrosividade, patenteado pela
Petreco, desenvolvido com o objetivo de melhorar a qualidade do
querosene de aviação e aplicável a frações intermediárias do
petróleo (nafta, querosene e óleo diesel).
➢ Não tem por objetivo a redução de enxofre, e sim transformar
mercaptanas corrosivas em dissulfetos menos agressivos, através
de oxidação catalítica em leito fixo e em meio alcalino, com
catalisador à base de óxido de chumbo que é convertido a sulfeto
(PbS) na própria unidade e com agentes oxidantes, ar e enxofre
elementar.
➢ É um processo onde conjugam-se lavagens cáusticas e reações
com enxofre com ações de campos elétricos de alta voltagem.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO BENDER
➢ Não é eficiente quando o problema é proveniente de
compostos nitrogenados, como acontece, no caso de frações
da faixa do querosene, e atualmente é pouco utilizado
devendo se torna obsoleto, uma vez que os processos
tendem a encaminhar para a utilização de hidrogênio.
As reações do processo, catalisadas por PbS, são as
seguintes;
2 R-SH + ½ O2 → RSSR + H2O
2 R-SH + S + 2 NaOH → RSSR + Na2S + 2 H2O
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO BENDER
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO BENDER
Descrição do Processo –
✓ Inicialmente a carga é aquecida e misturada com soda
cáustica. A corrente resultante passa por uma válvula
misturadora, onde o turbilhonamento provoca o intimo
contato entre a carga e a soda, formando uma emulsão.
✓Para facilitar a quebra da emulsão, esta é introduzida
num precipitador eletrostático, onde um campo elétrico
da ordem de 20.000 volts favorece a separação entre a
fase cáustica e a fase hidrocarbônica. A solução cáustica
acumula-se no fundo do vaso, enquanto que, pelo topo,
sai a carga.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO BENDER
Descrição do Processo –
✓ A lavagem cáustica inicial é feita para que sejam
removidos compostos ácidos, tais como fenóis, ácidos
naftênicos e H2S, que poderiam interferir no processo de
adoçamento.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO BENDER
Descrição do Processo –
✓ Após a lavagem cáustica, a carga é dividida em duas
correntes. A de menor vazão é introduzida na parte
superior de um vaso conhecido como torre absorvedora
de enxofre, onde existe internamente um recheio deste
elemento.
✓ Ao atravessar o vaso, a carga absorve o enxofre
necessário às reações, reunindo-se em seguida à
corrente principal.
✓ Regulado o teor de enxofre absorvido, a carga recebe
uma injeção de ar comprimido, penetrando no fundo do
reator Bender.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO BENDER
Descrição do Processo –
✓ No seu interior existe um leito fixo de catalisador (PbS),
que promove as reações. Próximo ao topo do reator é
injetada soda cáustica, de modo a alcalinizar o meio
reacional.
✓ O efluente do reator sai pelo topo e recebe uma injeção
de água, para que seja removido do produto a soda
cáustica e alguma impureza arrastada.
✓ A mistura resultante, depois de submetida à um
turbilhonamento, vai ao vaso de lavagem cáustica, e aí se
processa a separação entre a fase aquosa e o produto.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
Processos de Tratamento
Tratamento DEA 
(DiEtanolAmina)
TRATAMENTO DEA (DiEtanolAmina)
➢ O tratamento DEA é um processo específico para remoção de
H2S de frações gasosas do petróleo, especialmente aquelas
provenientes de unidades de craqueamento. Ele também remove
CO2 eventualmente encontrado na corrente gasosa.
➢O processo é baseado na capacidade de soluções de
etanolaminas, como a dietanolamina (DEA), combinarem-se
seletivamente ao H2S e ao CO2 á temperaturas próximas da
ambiente.
➢O tratamento é obrigatório em unidades de craqueamento
catalítico em função do alto teor de H2S presente no gás
combustível gerado.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO DEA (DiEtanolAmina)
➢A operação é realizada sob condições suaves de temperatura e
pressão.
➢A DEA apresenta grande capacidade de regeneração, e pode ser
substituída por MEA (Monoetanolamina) em unidades cujas
correntes não contenham sulfeto de carbonila (SCO) e dissulfeto de
carbono (CS2), que não é o caso de correntes provenientes do
craqueamento.
➢ A grande vantagem deste processo consiste na capacidade de
regenerar a DEA, produzindo paralelamente uma corrente de
enxofre poderá ser encaminhado para uma unidade denominada
URE (Unidade Recuperadora de Enxofre).
➢ Investimento necessário pode oscilar entre US$ 5 a
10.000.000,00 conforme o porte da unidade.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO DEA (DiEtanolAmina)
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO DEA (DiEtanolAmina)
DESCRIÇÃO DO PROCESSO
✓ O GLP ácido, proveniente do fracionamento, penetra próximo ao
fundo da torre de extração, enquanto que, pelo topo, é injetada a
solução de DEA.
✓ Devido a diferença de densidades, estabelece-se um
escoamento contracorrente dentro da torre. Para facilitar o contato
entre os dois líquidos, a torre possui recheios, possibilitando a
adsorção do H2S presente no GLP pela DEA.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO DEA (DiEtanolAmina)
DESCRIÇÃO DO PROCESSO
✓ O GLP tratado sai pelo topo da torre, seguindo para o tratamento
Merox, enquanto a solução de DEA rica (em H2S) deixa o fundo da
extratora e é bombeada para a torre de regeneração.
✓ A DEA rica, vinda das torres de absorção/extração, é submetida a
um aquecimento, indo por fim à torre regeneradora, onde o H2S é
liberado.
✓ O calor necessário para essa reação (135o C) é cedido por um
refervedor localizado próximo ao fundo da regeneradora.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
TRATAMENTO DEA (DiEtanolAmina)
DESCRIÇÃO DO PROCESSO
✓ Pelo fundo da torre sai a DEA regenerada, que, depois de
resfriada, retorna ao processo.
✓ Pelo topo, sai o gás ácido com um elevado teor de H2S. Depois
de removido alguma quantidade de DEA eventualmente arrasta, o
gás ácido é endereçado à URE, ou poderá ser queimado.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
Processos de Tratamento
Hidrotratamento (HDT)
HIDROTRATAMENTO (HDT)
➢ O hidrotratamento (HDT) consiste naeliminação de
contaminantes de cortes diversos de petróleo através de reações
de hidrogenação na presença de um catalisador. Dentre as reações
características do processo, citam-se as seguintes:
✓ Hidrodessulfurização (HDS): Tratamento de mercaptanas,
sulfetos, dissulfetos, tiofenos e benzotiofenos;
✓ Hidrodesnitrogenação (HDN): Tratamento de piridinas,
quinoleínas, isoquinoleínas, pirróis, indóis e carbazóis, com
liberação de NH3;
✓ Hidrodesoxigenação (HDO): Tratamento de fenóis e ácidos
carboxílicos, para inibir reações de oxidação posteriores;
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
HIDROTRATAMENTO (HDT)
✓ Hidrodesmetalização (HDM): Tratamento de organometálicos,
que causam desativação de catalisadores;
✓ Hidrodesaromatização: Saturação de compostos aromáticos,
sob condições suaves de operação;
✓ Hidrodesalogenação: Remoção de cloretos;
✓ Remoção de Olefinas: Tratamento de naftas provenientes de
processos de pirólise.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
HIDROTRATAMENTO (HDT)
➢ Os catalisadores empregados no processo HDT possuem alta
atividade e vida útil, sendo baseados principalmente em óxidos ou
sulfetos de Ni, Co, Mo, W ou Fe. O suporte do catalisador,
geralmente a alumina, não deve apresentar característica ácida,
afim de se evitarem, nesse caso, as indesejáveis reações de
craqueamento.
➢ O processo HDT é descrito para óleos lubrificantes básicos, mas
pode ser aplicado aos demais derivados após pequenas variações
nas condições operacionais. As taxas de reação são afetadas
especialmente pela pressão parcial de hidrogênio.
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
HIDROTRATAMENTO (HDT)
REFINO DE PETRÓLEO PROCESSOS DE TRATAMENTO
50
FIM