Unidade 5 PP

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EGO 001 – Processamento de Petróleo 
Curso de Engenharia Química 
 
 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FRANCISCANO 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
Disciplina: EGO 001- PROCESSAMENTO DE PETRÓLEO 
Professor: William Leonardo da Silva 
 
 
Unidade 5 – Craqueamento catalítico e reforma catalítica 
 
 
Nesta Unidade serão apresentados os processos de conversão catalíticos 
presentes no refino do petróleo, que são: craqueamento catalítico e a reforma 
catalítica. 
 
 
1. Craqueamento Catalítico 
 
 
Mesmo com vários ajustes possíveis na Unidade de Destilação, cada tipo 
de petróleo tem seus limites quanto à quantidade e qualidade de frações leves, 
médias e pesadas que dele podem ser obtidas. Por isso existem os processos 
de conversão, todos de natureza química. Cada um deles é realizado numa 
unidade própria e o craqueamento catalítico é um exemplo importante desses 
processos. 
 
O termo “Craqueamento” vem do inglês cracking, significando quebra, 
enquanto que “catalítico” se deve ao uso de catalisadores nessa quebra, com o 
objetivo de facilitá-la. No craqueamento catalítico, a carga (óleo) entra em 
contato com um catalisador em uma temperatura elevada, resultando na ruptura 
das cadeias moleculares. Assim, o craqueamento catalítico pode ser definido 
como: 
 
 
 
 
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E as suas condições operacionais geralmente são: 
 
 
 
A unidade onde ocorre este processo de craqueamento catalítico é 
realizado é chamada de Unidade de Craqueamento Catalítico (U-CC). 
 
 
1.1 Unidade de Craqueamento Catalítico (U-CC) 
 
 
O craqueamento catalítico é considerado um processo de alta 
rentabilidade econômica por utilizar como carga um produto de baixo valor 
comercial (Gasóleos de Vácuo), oriundo a Unidade de Destilação, que, se 
não usado na U-CC, seria simplesmente adicionado ao Óleo Combustível. 
Assim, os produtos gerados pela U-CC são: 
 
 
 
 
 
 
A Figura 1 ilustra uma unidade de craqueamento catalítico, representando 
sua carga e os respectivos produtos. 
 
 
 
Figura 1. Unidade de craqueamento catalítico (Carga e Produtos). 
(Fonte: BRASIL et al., 2012) 
 
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Devido à carga da U-CC possuir, em geral, alto teor de enxofre, os 
produtos por ela gerados possuem teores de enxofre acima do permitido pelas 
especificações de cada um deles. Por isso, com exceção do óleo decantado, 
todos os demais produtos da U-CC precisam passar por processos específicos 
de tratamentos, a fim de reduzir o teor de contaminantes (em especial, de 
enxofre). Entre os processos de tratamento temos: 
 
- Gás Combustível: 
 
 
 
- GLP: 
 
 
 
- Nafta: 
 
 
 
- Óleo Leve: 
 
 
 
- Óleo Decantado: 
 
 
 
A Figura 2 apresenta a unidade de craqueamento catalítico com os 
respectivos processos de tratamento dos produtos gerados. 
 
Figura 2. Esquema geral da Unidade de craqueamento catalítico. 
(Fonte: BRASIL et al., 2012) 
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OBSERVAÇÃO: 
 
1. O catalisador utilizado no craqueamento catalítico é o Fluid Catalytic 
Cracking (FCC), composto basicamente de zeólita (poros pequenos e definidos) 
e matriz. Além disso, os principais produtos advindos do craqueamento catalítico 
são: o gás liquefeito de petróleo (GLP) e a gasolina (nafta). 
 
2. Durante o craqueamento catalítico ocorrem reações químicas de quebra da 
ligação C-C, como craqueamento das n-parafinas, olefinas, naftênicos; 
desalquilação de aromáticos, caracterizando por serem endotérmicas, de alta 
velocidade, favorecidas pela elevada temperatura do catalisador. Estas reações 
podem ser representadas como: 
 
 
Figura 3. Esquema geral das reações presentes no craqueamento catalítico. 
(Fonte: BRASIL et al., 2012) 
 
3. O craqueamento catalítico destina-se à produção de gasolina de alta 
octanagem (50 a 65% volume em relação à carga processada), seguido do GLP, 
com carga de 25 a 40% volume em relação à carga. 
 
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4. O craqueamento catalítico é um processo de grande versatilidade e de 
elevada rentabilidade para o refino de petróleo, embora seja também uma 
unidade que requeira alto investimento para sua implantação. Dependendo do 
porte, um FCC pode necessitar de recursos entre US$ 150.000.000,00 a US$ 
280.000.000,00. Apesar do elevado valor do investimento, este se torna 
extremamente atrativo, por que, em face da alta rentabilidade do processo, o 
tempo de retorno do empreendimento é razoavelmente rápido. 
 
5. O FCC é um processo bastante utilizado em países onde a demanda de 
gasolina é ou foi forte. Nesta situação podemos situar os Estados Unidos, o 
Canadá, o Japão, o México e o Brasil. Países europeus não tem uma expressiva 
capacidade instalada em craqueamento catalítico, em virtude da utilização do 
automóvel não ter um uso tão forte quanto o transporte de massa (ônibus, metrô, 
etc.). 
 
 
1.1.1 Processo de FCC (Fluid Catalytic Cracking) 
 
 
Atualmente o processo em leito é imprescindível às modernas refinarias, 
visto que: 
 
 
 
 
O craqueamento catalítico não atinge o equilíbrio, sobre o ponto de vista 
termodinâmico. Isso se deve devido ser uma reação extremamente rápida, 
necessitando de um tempo de contato entre o catalisador e a carga muito curto. 
A presença do catalisador é decisiva, pois modifica o mecanismo de ruptura das 
ligações C-C, ao mesmo tempo em que acelera a velocidade das reações 
envolvidas, diminuindo a energia de ativação. Entretanto, a medida que o 
catalisador é utilizado é gerado como produto de um material carbonáceo 
(conhecido como coque) que: 
 
 
 
 
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1.1.2 Descrição do processo de craqueamento catalítico 
 
 
A mistura carga-catalisador é aquecida a altas temperaturas, sendo 
vaporizada e craqueada. Os produtos do craqueamento são separados do 
catalisador na retificadora e enviados para uma fracionadora, onde são 
separados de acordo com a faixa de destilação. O catalisador é enviado 
para o regenerador, para que possa retornar ao processo. Entre as partes 
do processo de craqueamento catalítico temos: 
 
a) Entrada de Carga: 
 
 
 
 
b) Pré-aquecimento: 
 
 
 
 
 
c) Craqueamento: 
 
 
 
 
 
No topo do reator a temperatura é medida e controlada automaticamente 
pelo acionamento de uma válvula que dosa a vazão de catalisador para 
craqueamento. O catalisador, rico em coque, é separado dos gases craqueados 
e enviado para o regenerador onde o coque é queimado fornecendo calor 
suficiente para o processo. Esta etapa deixa o catalisador novamente ativo para 
o craqueamento. 
 
 O gasóleo aquecido é enviado ao reator onde entra em contato com o 
catalisador (FCC), onde será aquecido o suficiente para total evaporação e craqueamento.
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A Figura 4 apresenta as partes de entrada da carga, pré-aquecimento e 
craqueamento da unidade de craqueamento catalítico. 
 
Figura 4. Entrada de carga, pré-aquecimento e craqueamento da unidadede craqueamento 
catalítico. 
(Fonte: BRASIL et al., 2012) 
 
d) Separação dos produtos: 
 
 
 
 
 
 
Figura 5. Etapa de fracionamento (separação dos produtos) do craqueamento catalítico. 
(Fonte: BRASIL et al., 2012) 
 Após a separação dos gases craqueados e o catalisador,
os primeiros são enviados para uma coluna de fracionamento, onde a diferença de temperatura
de ebulição são separados a nafta (gasolina) e GLP.
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e) Tratamento dos produtos: 
 
 
 
Assim, promove o tratamento da gasolina, GLP e gás combustível, 
possibilitando a comercialização e a transformação posterior em outros produtos, 
com sensível redução de enxofre. 
 
Figura 6. Tratamento de produtos do craqueamento catalítico. 
(Fonte: BRASIL et al., 2012) 
 
f) Envio para a tancagem: 
 
 
 
1.1.3 Variáveis do processo de craqueamento catalítico 
 
 
O estudo das variáveis do processo do FCC não é tarefa simples, em 
virtude que existe uma grande dependência entre elas. As variáveis do processo 
podem ser independentes e dependentes. As independentes são aquelas que o 
operador tem atuação, modificando seu valor, como: temperatura de reação, 
temperatura da carga, qualidade do catalisador e qualidade e vazão de carga. 
As dependentes são aquelas que não podem ser alteradas diretamente na 
unidade, mas sua variação é decorrente das alterações realizadas nas variáveis 
independentes, como circulação de catalisador, e rendimentos. 
 
 Após a separação, o GLP e a nafta, passam pela seção de 
tratamento para que alguns compostos de enxofre sejam reovidos, visto que estes compostos são
excessivamente tóxicos e corrosivos.
 Após a seção de tratamento, os produtos são amostrados, 
analisados e enviados para o seus respectivos tanques.
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Entre as variáveis independentes temos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Reforma Catalítica 
 
 
A reforma catalítica é um processo químico, muito utilizado na indústria 
de petróleo, mais especificamente no segmento do refino do petróleo. Ela tem 
como objetivo: 
 
 
 
 
 
 
 
Normalmente a carga consumida neste processo é a nafta de destilação 
direta (nafta DD) e a nafta de coqueamento hidrotratada (NKH), e como produtos 
obtém-se gás combustível (GC), gás liquefeito de petróleo (GLP), nafta 
reformada e hidrogênio, conforme a Figura 7. 
 
Figura 7. Unidade da reforma catalítica (Carga e Produtos). 
(Fonte: BRASIL et al., 2012) 
 Temperatura de reação (TRX): representa a temperatura medida no topo do
reator, controlada facilmente. Assim, quanto maior for seu valor, maior será a 
conversão e o rendimento em produtos (GLP e nafta). Porém, o aumento da TRX
leva a um aumento da geração de coque e, assim poblemas na desativação do
catalisador.
 Temperatura de carga: em torno de 150 - 300ºC. a conversão de nafsta (cuja característica é a alta presença de compostos 
parafínicos e naftênicos) em nafta reformado, com alto teor de isoparainas e aromáticos, com
um índice de octanagem consideravelmente alto. Além disso, utilizado na produção de aromáticos 
com alto valor agregado (BTX), como benzeno, tolueno e xileno.
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E as suas condições operacionais geralmente são: 
 
 
 
 
Dependendo do catalisador utilizado e das condições de operação as 
seguintes reações químicas podem ocorrer durante o processo de reforma 
catalítica, conforme a Figura 8. 
 
 
Figura 8. Reações desejadas durante o processo de reforma catalítica. 
(Fonte: BRASIL et al., 2012) 
 
OBSERVAÇÃO: 
 
 
1. O gás hidrogênio obtido como produto da reforma catalítica de nafta pode ser 
comercializado, ou destinado ao tratamento da carga do processo, ou seja, pode 
ser reintegrado ao processo de refino com a finalidade de retirar impurezas 
que possam deteriorar a estrutura do catalisador de maneira reversível ou 
irreversível, afetando assim o andamento da operação. 
 
 Alta temperatura (510ºC) Pressão média (10 - 25 bar) Catalisadores tivos e resistentes ao coque.
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2. As reações de desidrociclização de parafínicos a naftênicos e a 
desidrogenação de naftênicos a aromáticos são demasiadamente endotérmicas, 
além de serem as principais fontes de hidrogênio. Além disso, a isomerização de 
naftênicos também é uma reação endótermica, porém, de menor entalpia, 
diretamente favorecida pela função ácida de um catalisador. 
 
3. O investimento necessário para a implantação de uma reforma pode oscilar, 
em função do porte da unidade e da tecnologia empregada, entre US$ 
40.000.000,00 e US$ 80.000.000,00. 
 
 
2.1 Descrição do processo de reforma catalítica 
 
 
A reforma catalítica de nafta é um processo importante para a produção 
de gasolina de alta octanagem e de cargas aromáticas para indústrias 
petroquímicas, envolvendo reações de desidrogenação, dehidrociclização, 
hidrocraqueamento e isomerização. Além disso, a produção de hidrogênio é 
importante, uma vez que, para muitas refinarias, as reformas catalíticas são a 
principal e, algumas vezes, a única fonte do hidrogênio necessário para 
processos de hidrotratamento. A Figura 9 apresenta um diagrama de blocos com 
as etapas do processo de reforma catalítica. 
 
 
Figura 9. Diagrama de blocos do processo de reforma catalítica. 
(Fonte: PETROBRÁS, 2012) 
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A nafta misturada com o gás de reciclo entra na seção de reação que é 
composta por fornos e reatores. No primeiro reator, a principal reação é a 
desidrogenação de naftênicos em aromáticos. Como a taxa desta reação é alta 
e muito endotérmica, a temperatura neste reator reduz rapidamente, por isso ele 
é o menor dos reatores interligados. Após ser reaquecida em um forno, ela entra 
no segundo reator, onde ocorrem principalmente reações de isomerização, 
também importantes para o aumento da octanagem, e a queda de temperatura 
é menos acentuada. Finalmente, no terceiro reator, a queda de temperatura é 
ainda menor, já que nele ocorrem algumas reações exotérmicas como o 
hidrocraqueamento, além das reações mais lentas do processo como a 
dehidrociclização das parafinas a naftênicos, consequentemente, este é o maior 
reator. 
 
À medida que a carga passa através dos reatores, as reações tornam-se 
menos endotérmicas e a diferença de temperatura através deles diminui. 
Algumas unidades, normalmente para produção de aromáticos, possuem 4 
reatores. Esta escolha é feita na etapa de projeto, de acordo com o tipo de carga 
e as variações de temperaturas esperadas. A Figura 10 ilustra o fluxograma do 
processo de reforma catalítica com 4 reatores. 
 
 
Figura 10. Fluxograma da reforma catalítica. 
(Fonte: BRASIL et al., 2012) 
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A corrente que sai do último reator de reforma, contendo os produtosde 
reação, segue para uma separação entre uma corrente gasosa rica em 
hidrogênio e uma corrente líquida rica em compostos aromáticos. Uma 
parte deste hidrogênio é comprimida e misturada à carga, e é chamado de gás 
de reciclo. A outra parte é novamente colocada em contato com o reformado, 
sob condições de maior pressão e menor temperatura, na chamada seção de 
recontato que tem o objetivo aumentar a pureza do hidrogênio e incorporar 
os hidrocarbonetos leves na carga da estabilizadora. O hidrogênio que sai 
da seção de recontato pode ser utilizado no hidrotratamento da carga da reforma 
ou purificado em peneiras moleculares – PSA (Pressure Swing Adsorption) para 
utilização em outros processos. Os hidrocarbonetos seguem para a seção de 
estabilização, na qual o GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) e o gás combustível 
são separados do reformado. 
 
 
OBSERVAÇÃO: 
 
 
1. As reações de reforma são catalisadas por um catalisador bifuncional 
(metal + ácido). A função metal é geralmente representada por platina finamente 
dispersa ou uma liga de platina com um segundo metal (principalmente Sn, Re, 
Ge, Ir), enquanto a função ácida é fornecida pela cloração do suporte de alumina. 
A função metálica controla as reações de hidrogenação e desidrogenação e a 
função ácida atua nasreações de hidrocraqueamento, isomerização e 
dehidrociclização 
 
2. Ao final do processo, é possível comparar as porcentagens de cada composto 
presente na nafta não-reformada (carga) e no reformado (produto). 
 
Tabela 1. Exemplo de composição da carga e do produto da reforma catalítica 
 
 
 
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2.2 Principais produtos 
 
 
Após a carga passar por todos os reatores do sistema, obtém-se o produto 
da reação, que por sua vez segue para a seção de separação. Esta etapa tem 
como finalidade processar e separar os produtos finai, como: 
 
 
 Gás Rico em Hidrogênio: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Gás Combustível e GLP: 
 
 
 
 
 
 
 
 Nafta Reformada 
 
 
 
 
 
 
 
 
 muito utilizado como gás de reciclo, este é proveniente
das reações de hidrocraqueamento que ocorre no processo de reforma catalítica, porém 
caracterizado por conter hidrocarbonetos mais leves (C¹ a C³). O índice de H2 depende 
diretamente da natureza do nafta utilizado, como carga do processo. 
Por exemplo: uma carga com alto teor de compostos naftênicos produzirá maior quantidade 
de H2, do que uma carga com maior teor de parafínicos.
 Após a seção de separação, o nafta reformado é 
encaminhado para um estabilizadora, onde ocorre o processo de separação dos 
hidrocarbonetos mais leves (C¹ a C4). Estes são direcionados para um vaso de topo 
onde na corrente gasosa se obtém gás combustível (CH4) e o GLP.
 Principal produto (65 - 90% dependendo da carga), podendo
ser aplicado na fabricação de gasolina com alto índice de octanagem ou comercializado
como produtos aromáticos (benzeno, tolueno e xileno).
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2.3 Variáveis do processo de reforma catalítica 
 
 
São quatro as principais variáveis de processo que afetam a qualidade 
dos produtos, os rendimentos e a taxa de deposição de coque, que são: 
 
 
 
 
 
 Pressão: uma redução da pressão do reator, aumenta o rendimento do reformado 
e H2, porém aumenta a taxa de deposição do coque.
 Temperatura: é a principal variável do processo, pois a qualidade dos produtos
depende fortemente dela, visto que esta aumenta a medida que aumenta a temperatura.
 Razão molar do reciclo: é a relação entre a vazão de H2 e a vazão da carga.
É a variável que tem maior influência na estabilidade do catalisador, pelo fato de alterar
a taxa de deposição do coque. Um aumento na razão, aumenta a pressão de hidrogênio,
ajudando na remoção dos precursores do coque nos sítios ativos, reduzindo a deposição
do mesmo no catalisador.