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Prof. Dr. William Leonardo da Silva Página 1 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 6 – Óleos básicos, lubrificantes e parafinas 1. Introdução Os óleos básicos lubrificantes são os compostos de maior importância de qualquer fluido lubrificante, representando cerca de 90% do seu volume. Além disso, são hidrocarbonetos de 15 ou mais átomos de carbono, produzidos a partir de gasóleo destilados a vácuo ou óleos desasfaltados. Assim, os óleos básicos podem ser classificados em: Desse modo, os óleos parafínicos caracterizam-se pelo elevado ponto de fluidez e índice de viscosidade, grande resistência à oxidação e oleosidade e emulsibilidade pequenos. Enquanto, os óleos naftênicos apresentam baixos pontos de fluidez e índice de viscosidade, pequena resistência à oxidação e oleosidade e emulsibilidade grandes. Óleos básicos prafínicos: são preferencialmente utilizados na formação da maioria dos lubrificantes automotivos e industriais, devido ao elevado índice de viscosidade chamado de (IV), boa estabilidade a oxidação e baixa volatilidade. Óleos básicos naftênicos: são produzidos a partir de petróleo com ponto de fluidez muito baixos. Assim, são óleos com baixo índice de viscosidade (IV) e elevado poder de solvência. Prof. Dr. William Leonardo da Silva Página 2 EGO 001 – Processamento de Petróleo Curso de Engenharia Química Além disso, os óleos básicos podem também ser classificados de acordo com sua composição, em termos dos teores de saturados, enxofre e índice de viscosidade, de acordo com API (American Petroleum Institute) em: 1.1 Tipos de óleos lubrificantes O óleo lubrificante acabado é composto por óleo lubrificante básico (mineral, sintético ou semi-sinteticos), geralmente com a adição de aditivos que melhoram ou conferem características especificas ao produto. O óleo lubrificante acabado é composto por 92% de óleo básico e 8% de aditivos. Os óleos básicos podem ser divididos em três categorias: Os óleos sintéticos possuem algumas vantagens sobre os óleos minerais como, maior estabilidade térmica e a oxidação, melhores propriedades em baixas temperaturas e menor volatilidade. Por outro lado os minerais são mais baratos, mais versáteis e mais facilmente recicláveis. - Óleos básicos do grupo 1: IV (80 - 120), teor de enxofre > 0,03% e saturados < 90%; - Óleos básicos do grupo 2: IV (80 - 120), teor de enxofre <(igual) 0,03% e saturados > (igual) 90%; Óleos básicos do grupo 3: IV > (120), teor de enxofre <(igual) 0,03% e saturados >(igual) 90%. -Minerais: representam cerca de 2% dos derivados do petróleo e são constituídos por uma mistura de hidrocarbonetos. -Sintéticos: Não são derivados do petróleo, mas são sintetizados pelo processo de polimerização. -Semi-sintéticos: mistura em proporções de óleos minerais e sintéticos a fim de reunir propriedades de cada tipo. Prof. Dr. William Leonardo da Silva Página 3 EGO 001 – Processamento de Petróleo Curso de Engenharia Química 2. Processos de produção de óleos básicos lubrificantes e parafinas Os processos empregados na produção de óleos básicos lubrificantes dependem de fatores, como: Qualquer que seja o óleo básico produzido, a primeira etapa empregada na sua produção é o preparo de carga, através da destilação (atmosférica e a vácuo) ou da desasfaltação. Em seguida, a rota de processamento das cargas geradas pode ser classificada como: Rota convencional ou rota solvente: Rota hidrorrefino ou hidroprocessamento: a) tipo de petróleo (parafínico ou naftênico); b) qualidade das frações do destilado á vácuo (RAV), ou seja, do teor de compostos saturados; c) qualidade dos produtos desejados, ou seja, produtos isentos de impurezas e composição uniforme. São realizadas etapas que visam á remoção de compostos indesejáveis, pelos processo de separação com solvente, desaromatização e desparafinação, seguidos de uma etapa de hidrotratamento. Etapas de remoção de compostos indesejáveis são substítuidas por etapas de transformação pela ação com hidrogênio, como hidrodesaromatização e hidroacabamento. Prof. Dr. William Leonardo da Silva Página 4 EGO 001 – Processamento de Petróleo Curso de Engenharia Química 2.1 Preparo de carga para a produção de óleos básicos O esquema de produção de óleos básicos lubrificantes e parafinas contempla a seguinte sequência de processos: Os óleos destilados e desasfaltados são produzidos continuamente e armazenados para posterior processamento, de acordo com a rota de processo selecionada. A Figura 1 ilustra estas etapas do processo de produção de óleos básicos lubrificantes. Figura 1. Etapas do processo de produção de óleos básicos lubrificantes. (Fonte: BRASIL, 2011) 3. Processamento dos óleos básicos pela rota solvente A rota solvente ou convencional tornou-se comercial na década de 1930 e é ainda muito utilizada para a produção de óleos básicos parafínicos do grupo I. Suas etapas estão ilustradas na Figura 2 e são: 1) Destilação atmosférica do petróleo gerando destilados combustíveis e o resíduo atmosférico (RAV); 2) O RAV serve de carga para destilação, onde são separadas as frações que serão utilizados nos processos dos óleos; 3) As frações são processadas na unidade de desasfaltação, gerando o óleo desasfaltado, que também é destinado para produção dos óleos. Prof. Dr. William Leonardo da Silva Página 5 EGO 001 – Processamento de Petróleo Curso de Engenharia Química Figura 2. Esquema de processamento de óleos básicos – rota solvente. (Fonte: BRASIL, 2011) Nas plantas de lubrificantes e parafinas são gerados os seguintes subprodutos: a) Desaromatização a solvente: remoção parcial dos compostos aromáticos presentes nos óleos; b) Desparafinação a solvente: remoção de parafinas lineares ou pouco ramificado; c) Hidroacabamento: redução dos compostos sulfurados. -Resíduo asfáltico (RASF); - Extratos aromáticos; - Parafínas de massa molar menor. GRUPO 1 Prof. Dr. William Leonardo da Silva Página 6 EGO 001 – Processamento de Petróleo Curso de Engenharia Química A rota solvente é composta principalmente por processos de separação física, o que a torna bastante restritiva em termos do tipo de petróleo processado, visto que é necessário que este contenha as frações destiladas a vácuo, em quantidades e qualidades que permitam alcançar um rendimento global do processo que assegure a rentabilidade da produção. Além disso, outra característica é que suas unidades são dimensionadas para um dado petróleo, considerando os rendimentos de extrato aromático e de parafina oleosa nas etapas de desaromatização e desparifinação, não sendo possível a substituição por outro cru. Por exemplo, uma unidade dimensionada para um petróleo com baixo teor de parafinas não seria adequada para o processamento de um petróleo altamente parafínico, pois a unidade de desparafinação estaria subdimensionada para esse novo cru. 4. Processamento dos óleos básicos pela rota hidrorrefino O hidroprocessamento ou hidrorrefino (HDR) aplicado à produçãode óleos básicos lubrificantes teve sua grande expansão na década de 1990, e é a mais importante rota de produção de óleos básicos classificados nos grupos II e III. Diferentes configurações de processo envolvem a substituição das etapas convencionais por processos catalíticos de hidrogenação. Dentre os diversos esquemas possíveis podem ser destacadas as seguintes combinações: Rota HDT: * Grupo II e III * Processos catalíticos de H2 Etapa de desaromatização é substituida pelo hidrotratamento (HDT), em que ocorre a transformação dos compostos aromáticos em parafínicos / naftênicos, além da remoção de impurezas. Prof. Dr. William Leonardo da Silva Página 7 EGO 001 – Processamento de Petróleo Curso de Engenharia Química O reator de hidrotratamento opera com uma pressão parcial de hidrogênio de aproximadamente 11 MPa, temperaturas de 320 ºC a 380 ºC, e utiliza catalisadores à base de níquel-molibdênio ou de metal nobre. A carga deste processo são as mesmas da rota de solvente (gasóleos de vácuo ou óleos desaromatizados) com faixas de destilação já definidas na entrada do HDT. Desta forma, o HDT de lubrificantes: Rota HCC: Diferentemente da rota HDT, as cargas destes processos, embora obtidas também por destilação a vácuo e /ou desasfaltação, não possuem inicialmente as faixas de destilação compatíveis com os óleos básicos lubrificantes requeridos pelo mercado. Assim, estas sofrem craqueamento no HCC e precisam passar por um novo fracionamento atmosférico, onde se obtêm combustíveis (nafta, querosene e diesel, principalmente), e pela destilação à vácuo, para a obtenção dos cortes lubrificantes de interesse do mercado. Após o fracionamento, cada um dos óleos básicos obtidos passa pela unidade de hidrodesparafinação, para ajuste do seu ponto de fluidez, e pelo hidroacabamento (HIDW) para melhoria da estabilidade, conforme Figura 3. - Promove a hidrogenação de poliaromáticos com maior seletividade e flexibilidade que a extração com solvente; - É ambientalmente mais favorável pois gera rejeitos durante o processo. Nesta rota, os gasóleos da destilação passam inicialmente pela etapa de HDT, antes de hidrocraqueamento (HCC). No HCC ocorrerão reações de desciclização dos hidrocarbonetos naftênicos e o craqueamento catalítico. Prof. Dr. William Leonardo da Silva Página 8 EGO 001 – Processamento de Petróleo Curso de Engenharia Química Figura 3. Representação esquemática de um processo de HCC para lubrificantes. (Fonte: BRASIL, 2011) Esta rota permite o processamento de cargas de baixíssimo índice de viscosidade, obtendo-se maior flexibilidade em termos de petróleo. Além disso, os óleos básicos produzidos possuem: - Excelente qualidade e subprodutos com alto valor comercial (nafta petroquímico, querosene de aviãção e óleo diesel), com baixo teor de enxofre, baixa densidade e baixa quantidade de aromáticos.
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