Refino de Petróleo Visão Geral

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Visão geral
• Lei nº 9.478 de 6 de agosto de 1997
– Petróleo:
Todo e qualquer hidrocarboneto líquido em 
seu estado natural, a exemplo do óleo cru e 
condensado
– Refino:
Conjunto de processos destinados a 
transformar o petróleo em derivados de 
petróleo
O petróleo
• Não existe apenas um tipo de petróleo
• Suas características, juntamente com as necessidades do 
mercado, que vão determinar quais derivados podem ser 
melhor obtidos 
• A refinaria irá operar de acordo com essas características
O petróleo
PETRÓLEO
HIDROCARBONETOS CONTAMINANTES
CARACTERÍSTICAS
NECESSÁRIAS
EFEITOS
INDESEJÁVEIS
O petróleo
O petróleo - Composição
O petróleo, no estado em que é extraído do solo, tem 
pouquíssimas aplicações. É uma mistura complexa de 
moléculas, compostas principalmente de carbono e 
hidrogênio – hidrocarbonetos – , além de algumas impurezas.
Aromáticos
HIDROCARBONETOS
Parafínicos
Naftênicos
O petróleo - Composição
IMPUREZAS
• Enxofre
• Oxigênio
• Nitrogenados
• Metálicos
• Impurezas inorgânicas
• Compostos sulfurados
– estabilizam as emulsões (dificultam a 
separação da água) 
– provocam corrosão 
– contaminam catalisadores 
– conferem cor e odor aos produtos finais 
– geram poluentes (formação de SO2 e SO3 
altamente tóxicos)
IMPUREZASIMPUREZAS
• Classificações de acordo com o teor de 
enxofre:
– ATE (alto teor de enxofre): >1,0%
– BTE (baixo teor de enxofre): <1,0%
– Azedos: >2,5%
– Doces: <0,5%
(faixas intermediárias poderão ser classificadas como semi-doces ou semi-azedos)
IMPUREZASIMPUREZAS
• Compostos nitrogenados
– são termicamente estáveis
– estabilizam as emulsões (dificultam a 
separação da água) 
– contaminam catalisadores 
– tornam instáveis os produtos finais 
– geram poluentes (formação de NO2 e NO3)
IMPUREZASIMPUREZAS
• Compostos oxigenados: afetam a acidez, a 
corrosividade e o odor destas frações
• Metais: podem envenenar os catalisadores
• Resinas e Asfaltenos: além da elevada relação 
carbono/hidrogênio, trazem em suas 
composições os enxofre, nitrogênio e oxigênio
• Impurezas Inorgânicas (oleofóbicas): águas, 
sais, argilas, areias e sedimentos
IMPUREZASIMPUREZAS
O que faz a refinaria?
• Gera produtos finais a partir do petróleo recebido de campos 
de produção
• Esses produtos comercializáveis são chamados de 
DERIVADOS DE PETRÓLEO
• Eles são obtidos a partir de um conjunto de processamentos 
chamados de PROCESSOS DE REFINO
• Uma refinaria de petróleo pode destinar-se a dois 
objetivos básicos:
Produção de combustíveis e matérias-primas 
petroquímicas (constitui a maioria dos casos);
Produção de lubrificantes básicos e parafinas 
(não há refinarias deste tipo no Brasil, a produção de 
lubrificantes fica a cargo de conjuntos presentes nos 
parques de refino atuais) .
Objetivos de uma refinaria
Esquemas de refino
A arte de compatibilizar as características dos 
vários petróleos que devam ser processados numa dada 
refinaria afim de suprir-se de derivados em quantidade e 
qualidade desejada.
Desta forma são montados arranjos de várias 
unidades de processamento, para que tal objetivo seja 
alcançado da forma mais racional e econômica possível.
O encadeamento das várias unidades de 
processo dentro de uma refinaria é o que se denomina 
Esquema de Refino.
Alocação de 
Petróleos
Esquemas
de Refino
Mercado
Consumidor
Matéria-Prima
disponível
Unidades
de Processo
Suprimento
de Derivados
Como funciona
• Classificação quanto:
– à finalidade: 
• energéticos 
• não-energéticos
– ao ponto de ebulição: 
• leves 
• médios 
• pesados
Produtos da refinaria
• Combustíveis
• Alguns exemplos de utilização: 
– Motores de combustão interna
– Turbinas geradoras de energia elétrica
– Caldeiras
– Iluminação
Derivados energéticos
• Nafta e gasóleos petroquímicos
• Solventes
• Parafinas
• Lubrificantes básicos
• Asfalto
• Coque
Derivados não energéticos
• Gás Combustível: C1 - C2
• GLP: C3 - C4
• Nafta/Gasolina: C5 - C12
Derivados leves
• Difícil classificação pela faixa de 
comprimentos das cadeias carbônicas
• Corte pela temperatura de ebulição
– Médios: querosene e óleo diesel
– Pesados: óleo combustível, asfalto e coque
Derivados médios e pesados
Característica Parafinas Isoparafinas Naftênicos Aromáticos
Densidade Baixa Baixa Média Alta
Octanagem (gasolina) Ruim Boa Média Muito alta
Nº de cetano (diesel) Bom Médio Médio Ruim
Lubricidade (lubrificantes) Ótimo Bom Médio Ruim
Resistência à oxidação Boa Boa Boa Ruim
Características dos hidrocarbonetos
PETRÓLEO
ENERGÉTICOS
NÃO ENERGÉTICOS
GÁS COMBUSTÍVEL
GÁS LIQUEFEITO
GASOLINA DE AVIAÇÃO
GASOLINA AUTOMOTIVA
QUEROSENE DE AVIAÇÃO
QUEROSENE DE ILUMINAÇÃO
ÓLEOS DIESEL
ÓLEOS COMBUSTÍVEIS
COQUE VERDE
OUTROS
GÁS RESIDUAL
SOLVENTES
NAFTAS PETROQUÍMICAS
GASÓLEO PETROQUÍMICO
ÓLEOS LUBRIFICANTES
ÓLEOS ISOLANTES
GRAXAS
PARAFINAS
RESÍDUO AROMÁTICO
RESÍDUO ASFÁLTICO
ASFALTO
OUTROS
Derivados de petróleo
A destilação é um 
processo físico de 
separação, baseado na 
diferença de 
temperaturas de 
ebulição entre os 
compostos existentes 
em uma mistura 
líquida. 
Fonte: Elie Abadie
Destilação
B
C
A
TEB (ºC)
570
400
%vaporiz.10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Curva de destilação
Fração TEB (ºC) Composição 
(aprox.)
Gás residual
< 40
C1 – C2
GLP C3 – C4
Gasolina 40 – 175 C5 – C11
Querosene 175 – 235 C11 – C13
Gasóleo Leve 235 – 305 C13 – C17
Gasóleo Pesado 305 – 400 C18 – C25
Lubrificantes 400 – 510 C26 – C38
Resíduos > 510 C38+
Fonte: Alexandre S. Szklo, 2005
Faixas típicas de corte
API Petróleo
<15 Asfáltico
15-19 Extra-Pesado
19-27 Pesado
27-33 Médio
33-40 Leve
40-45 Extra-Leve
>45 Condensado
ººAPI = 141,5 API = 141,5 -- 131,5131,5
d d 20/4 20/4 ººCC
Maior Valor Agregado
(US$/barril)
Grau API
P E V
Ponto de Ebulição Verdadeiro
• Destilação PEV
• Curva PEV
PONTO DE EBULIÇÃO
• O ponto de ebulição ou temperatura de 
ebulição é a temperatura em que uma 
substância passa do estado líquido ao 
estado gasoso.
• O ponto de ebulição varia com a altitude e 
a pressão. Quanto mais baixa for a 
pressão menor será o ponto de ebulição e 
vice-versa 
Destilação PEV
Curva PEV
TIPOS E QUALIDADE DE PETRÓLEOS RENDIMENTO DE PETRÓLEOS
PETRÓLEO API %S ACIDEZ GLP NAFTA DIESEL GASÓLEO RV
ALAGOANO 36 0,2 0,08 1,0 16 43 37 14
BAIANO 36 0,1 0,06 0,5 14 36 31 19
CABIÚNAS 30 0,6 1,00 1,6 12 37 24 25
CURIMÃ/XARÉU 33 0,3 0,30 0,5 20 41 23 16
SERGIPE/PLAT 28 0,1 0,33 2,0 15 46 20 15
UBARANA 33 0,2 0,28 0,5 14 37 30 19
GUARICEMA 39 0,2 0,18 2,6 14 47 21 14
URUCU 41,8 0,07 0,18 1,3 20 49,6 14,9 14,2
CORAL 41,8 0,08 0,12 4,8 26,3 48,0 14,6 7,3
ALBACORA 28,8 0,5 0,24 2,8 10,1 43 20 24,1
MARLIN 24,2 0,7 0,59 1,7 9,3 47 16,1 24,1
BOSCAN 10 5,5 1,15 0,0 1 21 14 64
LEONA 25 1,5 0,60 1,3 14 38 23 24
MAYA 22 2,8 0,14 2,0 16 33 19 30
EL ORIENTE 29 1,0 0,06 1,4 18 43 20 17
ÁRABE LEVE 35 0,7 0,01 1,6 24 40 21 13
BASRAH LEVE 35 1,9 0,02 2,5 24 37 21 16
KUWAIT 31 2,0 0,02 2,7 21 35 20 21
CABINDA 32 0,2 0,14 2,0 15 38 20 25
Características de alguns petróleos
• Destilação
• Desasfaltação a propano
• Desaromatização a furfural
• Desparafinação a MIBC
• Desoleificação a MIBC
• Extração de aromáticos (Recuperação de aromáticos - URA)
• Adsorção de n-parafinas
Processos de Separação
Tipos de processos realizados nas refinarias
Processos de Conversão
Tipos de processos realizados nas refinarias
•Craqueamento Catalítico
•Hidrocraqueamento Catalítico
•Alcoilação Catalítica
•Reformação Catalítica
•Craqueamento Térmico
•Viscorredução•Coqueamento Retardado
Processos de 
Tratamento
Tipos de processos realizados nas refinarias
•Dessalgação do petróleo
•Tratamento Cáustico
•Tratamento Merox de GLP
•Tratamento Merox de naftas e querosene
•Tratamento Bender
•Tratamentos DEA e MEA
•Hidrotratamento
Processos Auxiliares
Tipos de processos realizados nas refinarias
• Geração de hidrogênio
• Recuperação de enxofre
• Utilidades
Vapor
Água
Energia elétrica
Ar comprimido
Distribuição de gás e óleo combustível
UP1
UP4
UP3
UP2
Tanques
UP1
UP3
UP2
Tanques
• Cada refinaria é construída de acordo com o tipo de petróleo e 
necessidades do mercado
• Um esquema de refino define o tipo e a quantidade de 
derivados. Por isso, alguns derivados só podem ser produzidos 
em determinadas refinarias
ESQUEMAS DE REFINO
• Durante a vida de uma refinaria podem ocorrer mudanças como 
o tipo de petróleo processado, especificações ou demanda dos 
derivados por ela produzidos.
• A refinaria deverá, portanto, ser passível de um certo grau de 
flexibilização, de forma a reajustar o funcionamento das 
Unidades e, assim, adequar-se às mudanças ocorridas.
ESQUEMAS DE REFINO
• A Destilação é o PRIMEIRO processo de refino e é o único que tem como entrada o 
petróleo.
• Dificilmente adotada como configuração única em um esquema de refino
ESQUEMA 1
DESTILAÇÃO
ATMOSFÉRICAPETRÓLEO
Gás Combustível
GLP
Naftas
Querosene + Diesel
Óleo Combustível
RAT
• A destilação não pretende obter produtos puros e diferentes entre si. Os produtos da 
Unidade de Destilação são frações, misturas ainda complexas de hidrocarbonetos e 
contaminantes, as quais são diferenciadas por suas faixas de ebulição.
DESTILAÇÃO
FLASH
Vapor
V
Líquido
L
Líquido L + V
P1 > P2
P1 T1 P2 T2
adiabático não adiabático
Vapor
V
Líquido
L
Líquido L + V
T2 > T1
P1 T1 P2 T2
Destilação Multi-estágios
Líquido L + V 1
2’
2V1 , y1 L + V
L1 , x1
L + V
3V2 , y2 L + V
3’
L2’ , x2’
L + V
L2 , x2
L3 , x3
V3 , y3
V2’ , y2’
V3’ , y3’
L3’ , x3’
Destilação Multi-estágios
Líquido L + V 1
2
2’
3’
3
3
Refluxo
Destilado
Resíduo
V1 , y1
L1 , x1
V2 , y2
V3 , y3
L2 , x2
L2’ , x2’
L3’ , x3’
L3 , x3
V2’ , y2’
V3’ , y3’
V4’
Com refluxo
DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA
• torres de fracionamento
• retificadores
• fornos
• trocadores de calor
• tambores de acúmulo e refluxo
• bombas
• tubulações
• instrumentos de medição e controle
EQUIPAMENTOS
• Efeitos dos contaminantes:
– geram HCl que pode causar corrosão acentuada nas 
torres de fracionamento e linhas
– depositam-se em trocadores de calor e tubos de fornos
– atuam como catalisadores para a formação de coque 
no interior dos tubos de fornos e linhas de 
transferências
– afetam o desempenho dos catalisadores nas unidades 
de conversão da refinaria
DESSALGAÇÃO
DESSALGAÇÃO
Petróleo
Água de Processo
Torre de Pré-Flash
ou Torre Atmosférica
Salmoura
LdC LdC
• Estará sempre presente em uma refinaria de petróleo, uma vez que todos os 
outros processos, lá existentes, dependem, direta ou indiretamente, de alguma 
saída da Destilação.
DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA
RENDIMENTOS
TÍPICOS:
OBJETIVO:
CARGA:
TIPO DE 
PROCESSO:
PRODUTOS:
INVESTIMENTO:
Desmembrar o petróleo em suas frações básicas atmosféricas
Petróleo bruto
Separação física
Gás combustível, GLP, Nafta DD, Querosene, Óleo diesel e 
Resíduo Atmosférico (RAT)
Função do tipo de petróleo a ser processado
US$ 30 – 200 milhões
DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA
PetrPetróóleoleo
30 30 ººCC CGCG
ÁÁgua gua ÁÁcidacida
ResResííduo Atmosfduo Atmosféérico (RAT)rico (RAT)
400 400 ººCC
Nafta Leve, CG e GLPNafta Leve, CG e GLP
110 110 ººCC
Nafta PesadaNafta Pesada
QueroseneQuerosene
DieselDiesel
Vapor DVapor D’Á’Águagua
RETIFICADORES
Nafta Nafta InstabilizadaInstabilizada
Sem Pré-Flash
DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA
PetrPetróóleoleo
PrPréé--VaporizadoVaporizado
CGCG
ÁÁgua gua ÁÁcidacida
ResResííduo Atmosfduo Atmosféérico (RAT)rico (RAT)
QueroseneQuerosene
DieselDiesel
Vapor DVapor D’Á’Águagua
RETIFICADORES
Nafta PesadaNafta Pesada
Com Pré-Flash
DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA
PetrPetróóleoleo
30 30 ººCC CGCG 60 60 ººCC
200 200 ººCC
GLPGLP
Nafta LeveNafta Leve
ÁÁgua gua ÁÁcidacida
ResResííduo Atmosfduo Atmosféérico (RAT)rico (RAT)
400 400 ººCC
Nafta Leve, CG e GLPNafta Leve, CG e GLP
110 110 ººCC
Nafta PesadaNafta Pesada
QueroseneQuerosene
DieselDiesel
Vapor DVapor D’Á’Águagua
RETIFICADORES
CGCG
ÁÁgua gua ÁÁcidacida
DESTILAÇÃO A VACUO
RENDIMENTOS
TÍPICOS:
OBJETIVO:
CARGA:
TIPO DE 
PROCESSO:
PRODUTOS:
INVESTIMENTO:
Desmembrar o resíduo atmosférico em suas frações básicas 
sub-atmosféricas
RAT
Separação física
Gasóleo Leve de Vácuo (GOL), Gasóleo Pesado de Vácuo 
(GOP) e Resíduo de Vácuo (RV)
Função do tipo de petróleo a ser processado
US$ 30 – 150 milhões
DESTILAÇÃO A VÁCUO
RATRAT
AsfaltoAsfalto
GasGasóóleo Leveleo Leve
GasGasóóleo Pesadoleo Pesado
GasGasóóleo Residualleo Residual
““slopslop cutcut””
ÓÓleo Combustleo Combustíívelvel
RVRV
Vapor DVapor D’Á’Águagua
GGáás Residual, s Residual, ÁÁgua gua ÁÁcida e Gascida e Gasóóleo Residualleo Residual
• Unidades de um estágio: 
– Destilação Atmosférica
• Unidades de dois estágios:
– Torre de Pré-Flash e Destilação Atmosférica
– Destilação Atmosférica e Destilação a Vácuo
• Unidades de três estágios:
– Torre de Pré-Flash, Destilação Atmosférica e a Vácuo
TIPOS DE UNIDADES
DIAGRAMA DE BLOCOS
GOPGOPFORNO FORNO 
A VA VÁÁCUOCUO
DESTILADESTILAÇÇÃOÃO
A VA VÁÁCUOCUO
GOLGOL
RVRV
PETRPETRÓÓLEOLEO DESSALINADESSALINAÇÇÃO E ÃO E 
PRPRÉÉ--AQUECIMENTOAQUECIMENTO PRPRÉÉ--FLASHFLASH
ESTABILIZAESTABILIZAÇÇÃOÃO
FRACIONAMENTOFRACIONAMENTO
DE NAFTADE NAFTA
GLPGLP
Nafta LeveNafta Leve
(Petroqu(Petroquíímica)mica)
Nafta MNafta Méédiadia
Nafta PesadaNafta Pesada
DESTILADESTILAÇÇÃOÃO
ATMOSFATMOSFÉÉRICARICA
RETIFICARETIFICAÇÇÃOÃO
FORNO FORNO 
ATMOSFATMOSFÉÉRICORICO
RETIFICARETIFICAÇÇÃOÃO
RETIFICARETIFICAÇÇÃOÃO
QueroseneQuerosene
DieselDiesel
GCGC
Unidade de Destilação 
com 3 estágios
DESASFALTAÇÃO A 
PROPANO
RENDIMENTOS
TÍPICOS:
OBJETIVO:
CARGA:
TIPO DE 
PROCESSO:
PRODUTOS:
INVESTIMENTO:
Extrair do Resíduo de Vácuo, por meio do Propano líquido, um
Gasóleo extra-pesado
RV
Separação física (extração)
Óleo Desasfaltado (ODES) e Resíduo Asfáltico (RASF)
Função do Resíduo 
ODES: 60% - RASF: 40% vol
US$ 20 – 60 milhões
RH/UP/ECTAB 
Objetivo do Processo de Desasfaltação
produzir carga para a produção dos óleos básicos lubrificantes Bright 
Stock Cilindro I e Cilindro II – unidades de lubrificantes;
preparar carga para craqueamento catalítico;
preparar carga para o processo de hidrocraqueamento de 
lubrificantes ou de combustíveis;
produzir resíduo asfáltico, que pode ser usado como componente do 
CAP (cimento asfáltico de petróleo), como do óleo combustível, 
como matéria-prima para uma unidade de coqueamento retardado 
ou de gasificação por oxidação parcial.
A desasfaltação pode ser usada para melhoria da qualidade de um cru 
pesado.
DESASFALTAÇÃO
A PROPANO
Óleo Desasfaltado
Resíduo Asfáltico (RASF)
DEST.
ATM
DEST.
VÁCUO
Esquema:
PETRÓLEO
Gás Combustível
GLP
Nafta DD
Querosene
Diesel
RAT
RV
Gasóleo Leve
Gasóleo Pesado
DESASFALTAÇÃO A PROPANO
Definição
– Processo de extração líquido-líquido 
usando um solvente selecionado para 
solubilizar preferencialmente os 
hidrocarbonetos mais levese menos 
polares;
– Separação de HC´s por massa molar 
(densidade) ao invés de ponto de 
ebulição.
– No refino do petróleo, a desasfaltação é
utilizada para extrair do cru frações 
pesadas que não podem ser separadas 
por destilação.
Aplicações
• Unidade de Combustíveis
– A desasfaltação é importante para separar 
asfaltenos e resinas do Resíduo de Vácuo (RV) 
gerando carga para as unidades de FCC com 
menor propensão à formação de coque (rica 
em compostos parafínicos) e ao 
envenenamento de catalisadores (baixos 
teores de metais – Ni e V)
• Unidade de Lubrificantes
– Extrair do resíduo de vácuo um óleo de 
elevada viscosidade, o qual não poderia ser 
obtido por destilação à vácuo – baixo % de 
asfaltenos, baixo teor de poliaromáticos, 
índice de viscosidade adequado
• Processo tem alta flexibilidade na produção de 
ODES com diferentes níveis de qualidade
FRAÇÕES RESIDUAIS
14 14 14
37 31 21
36
18
11
13
3
0
0
20
40
60
80
100
Saturados
Aromáticos
Resinas
Asfaltenos
RAT RV RASF
Polaridade
Peso molecular
aumento de:
Observa-se que a Destil. Vácuo praticamente não altera a quantidade de 
asfaltenos e Resinas do RAT. A desasfaltação remove saturados, 
aromáticos e resinas do RV.
Destilação 
a vácuo
Desasfaltação
Desasfaltação
Rendimento de asfaltenos
em processos de extração
(em função do número de átomos de 
carbono do hidrocarboneto precipitante)
3 4 5 6 7
DIAGRAMA DE BLOCOS
RVRV
RECUPERAÇÃO
DE SOLVENTE
DO RAFINADO
RETIFICAÇÃO
DO RAFINADO
TORRE
EXTRATORA
RECUPERAÇÃO
DE SOLVENTE
DO EXTRATO
PURIFICAÇÃO
DO SOLVENTE
Vapor
RETIFICAÇÃO
DO EXTRATO
ÁÁguagua
RASF:RASF:
ASFALTO, ASFALTO, 
CAP ou CAP ou 
ÓÓleo leo 
Comb.Comb.
Vapor
ODES ODES 
(FCC ou (FCC ou 
HCC)HCC)
PropanoPropano
Efeitos da desasfaltação sobre as propriedades do óleo 
desasfaltado – Árabe Leve
~6,0 (castanho)8,0+ 
(preta)
Cor ASTM
0,9391,003Densidade
0,120,29Nitrogênio, %m
2,554,05Enxofre, %m
1,461Vanádio, ppm
119Niquel, ppm
<0,054,2Teor de asfaltenos, %m
1,6516,4Resíduo de carbono 
Conradson, %m
35345Viscosidade a 100°C, cSt
Desafaltado
(Propano)
Carga 
(RV)
Propriedade
DESASFALTAÇÃO A 
PROPANO
VaporVapor
Forno de 
Rafinado
VaporVapor
Torre de Flash 
(média pressão)
Torre de 
Retificação
RASF:AsfaltoRASF:Asfalto
Forno de 
Extrato
Compressor de Propano
ResResííduo duo 
de Vde Váácuocuo
VaporVapor
VaporVapor
VaporVapor
Torre de Flash 
(alta pressão)
Torre de Flash 
(média pressão)
Torre de Flash 
(baixa pressão)
Torre de 
Retificação
ODESODES
ÁÁguagua
T
o
r
r
e
s
 
E
x
t
r
a
t
o
r
a
s
Tambor de 
Média Pressão
Tambor de 
Alta Pressão
RENDIMENTOS
TÍPICOS:
OBJETIVO:
CARGA:
TIPO DE 
PROCESSO:
PRODUTOS:
INVESTIMENTO:
Quebrar catalíticamente moléculas de gasóleos e resíduos para
Obtenção de gasolina e GLP
Gasóleo Pesado e RAT (principalmente)
Conversão Química
Gás Ácido, Gás Comubstível, GLP, Nafta Craqueada, Óleo 
Leve de Reciclo (LCO), Óleo Decantado (OD) e Coque
GC: 4% GLP: 20% Nafta: 55% LCO: 10% OD: 5%, 
Coque: 6%
US$ 150 – 450 milhões
CRAQUEAMENTO 
CATALÍTICO
CRAQUEAMENTOCRAQUEAMENTO
CATALCATALÍÍTICOTICO
FLUIDOFLUIDO
(FCC)(FCC)
CARGACARGA
ARAR
GGáás de s de 
CombustãoCombustão
GGáás s ÁÁcidocido
GGáás Combusts Combustíívelvel
GGáás Liquefeitos Liquefeito
Nafta FCCNafta FCC
ÓÓleo Leveleo Leve
(Diesel FCC)(Diesel FCC)
ÓÓleo Clarificadoleo Clarificado
CRAQUEAMENTO 
CATALÍTICO
CRAQUEAMENTO 
CATALÍTICO
......
Unidades de 
Destilação
Atmosférica e 
a Vácuo
RATRAT
GasGasóóleo de vleo de váácuocuo
RASFRASF
ODESODES
GasGasóóleo Pesado de Coqueleo Pesado de Coque
Unidade de
Coqueamento
Retardado
Craqueamento
CatalíticoResResííduo duo 
de Vde Váácuocuo
Unidade de
Desasfaltação
a solvente
......
LIMITAÇÕES À CARGA
• Faixa de Destilação
– 370 a 650 ºC
• Resíduo de Carbono
– deve ser inferior a 1,5% em peso
• Fator de Caracterização (KUOP)
– maior de 11,5 (condições de operação menos severas)
• Teor de Metais 
– afetam a atividade e seletividade do catalisador
– Fe + V + 10 (Ni + Cu) deve ser menor que 5 ppm
CARACTERIZAÇÃO DA 
CARGA
• Conhecendo-se o teor de HC parafínicos, 
naftênicos e aromáticos é possível estimar 
a Conversão potencial da carga.
• Os percentuais de produtos nobres 
gerados, de acordo com o tipo de carga 
são:
– Parafínicos: gera 100%;
– Naftênicos: gera de 80 - 100%;
– Aromáticos: 0 - 30% (o restante gera coque).
C1 Cn
Tcraq.
CRAQUEAMENTO 
CATALÍTICO
CATALISADOR
• Finalidade:
– Promover as reações de craqueamento em 
temperaturas inferiores às necessárias no 
craqueamento térmico
– Transferir o coque e o calor gerado
– Acelerar as reações em condições favoráveis de P e T
• P ligeiramente acima da atmosférica
• T = 490-550ºC
FORMAÇÃO DE PRODUTOS
– C – C – C – C – C – C –
– C – C – C – – C – C – C
+ Calor =+
H H H H H H
H H H H H H
H H H
H H H H H H
H H
+
H H
H H H
CATALISADOR
• Propriedades Catalíticas:
– Atividade: Capacidade de converter a carga em 
produtos
– Seletividade: Capacidade de orientar as reações para 
obtenção de determinado produto, pode ser alterada 
pela ação de contaminantes (metais pesados).
O catalisador de FCC é um sólido formado de partículas de 
pequenas dimensões com tamanho médio de 70 µm cujos 
constituintes básicos são a alumina (Al2O3) e a sílica(SiO2). Dentro 
do conversor de FCC, o catalisador se comporta como um fluido e 
percorre os equipamentos de forma a cumprir sua função de 
acelerar, ou seja, catalisar as reações químicas de interesse e de 
transportar a energia necessária para as reações.
CATALISADOR
matriz ativa
componente ativo
Fonte: FCC - Fábrica Carioca de Catalisadores 
• A Zeólita é o componente ativo do catalisador, onde se 
encontram os sitios ativos, que são os principais 
responsáveis pelas reações. 
CATALISADOR
• Propriedades Físicas:
– Estabilidade
– Área Específica (virgem: 300-350 m2/g; equilíbrio: 170-200 m2/g) 
– Diâmetro dos poros
– Resistividade (0 hm/cm2)
– Volume dos poros
– Índice de atrito
– Densidade aparente
– Granulometria
REAÇÕES
• Ocorrem no riser e classificam-se em:
– Primárias: são endotérmicas, rápidas e se favorecem 
das elevadas temperaturas do catalisador
– Secundárias: são exotérmicas e se favorecem com a 
queda de temperatura do catalisador ao longo do riser
propeno
coque
Parafínica
PRODUTOS PRIMÁRIOS
PRODUTOS SECUNDÁRIOS
gasolina C4 e C5butenobutano
propano iso-butanoetanometano eteno
REAÇÕES
• Reações Primárias (endotérmicas)
– Quebra de parafinas e olefinas
• ex: C32H66� C16H34 + C16H32
Parafina Parafina Olefina
• ex: C30H60� C10H20 + C20H40
Olefina Olefina Olefina
– Desalquilação de aromáticos (alquil aromático
ou alquil naftênico: Aromático ou Naftênico + olefina
– Quebra de Naftênicos
• ex: C26H52� C15H30 + C11H22
Naftênico Olefina Olefina
• Reações Secundárias (exotérmicas)
– Transferência de Hidrogênio
• Naftênicos + Olefinas� Aromáticos + Parafinas
– Condensação de Aromáticos e Olefinas
– Isomerização de Olefinas
• Olefinas� Iso-Olefinas
– Ciclização de Olefinas
REAÇÕES
PRINCIPAIS REAÇÕES
Parafinas normais
Parafinas ramificadas
Olefinas
Anéis Naftênicos
(ramificados ou não)
Naftênicos Aromáticos
Aromáticos Polinucleados
com cadeias laterais
Aromáticos Polinucleados
com cadeias laterais
Parafinas e Olefinas
normais e ramificadas
Parafinas e Olefinas
normais e ramificadas
Parafinase Olefinas
normais e ramificadas
Parafinas e Olefinas
ramificadas; Anel 
Benzênico eventual
Parafinas, Olefinas e 
Aromáticos
Parafinas, Olefinas e 
Aromáticos
Coque e Hidrogênio
TIPO DE 
HIDROCARBONETO
ESTruptura
QUÍMICA 
ESQUEMÁTICA
REAÇÕES 
PREDOMINANTES
PRODUTOS 
OBTIDOS
ruptura em diversos 
pontos da cadeia e 
isomerização
ruptura em diversos 
pontos das cadeias e 
isomerização
ruptura em diversos 
pontos das cadeias e 
isomerização
ruptura e aromatização 
do anel naftênico
ruptura das cadeias 
próximo ao núcleo 
aromático
abertura do anel e 
ruptura das cadeias 
próximo ao núcleo
refratário a quebra, 
mas passíveis de 
hidrogenação
SEÇÕES DO PROCESSO FCC
• Seção de Pré-Aquecimento
• Seção de Reação ou Conversão
• Seção de Fracionamento
• Seção de Recuperação de Gases
• Seção de Tratamento
DIAGRAMA DE BLOCOS
C3
2
Soprador
de Ar 
Soprador
de Ar Regenerador 
Regenerador 
Pré-
Aquecimento 
Pré-
Aquecimento Reator Reator 
Caldeira
de CO 
Caldeira
de CO 
Trat. Cáustico
ou Merox
Trat. Cáustico
ou Merox
Estocagem Estocagem 
Desbuta
nizadora
Desbuta
nizadoraFracionadora
Fracionadora
Trat. 
Cáustico
ou Merox
Trat. 
Cáustico
ou Merox
Trat. com 
DEA
ou MEA 
Trat. com 
DEA
ou MEA 
Butano 
Butano 
Propano 
Propano 
Despropa
nizadora
Despropa
nizadora
Recuperação
de Gases 
Recuperação
de Gases 
Estocagem Estocagem 
1
1- Catalisador regenerado
2- Catalisador gasto
CARGA
GASOLINA
ÓLEO DECANTADO - OCL
ÓLEO LEVE-LCO
GASOLINA
+ GLP
GASOLINA
GLP
GC
GC
GLP
GLP
GC + GLP
H2S PARA URE
C4
VAPORÁGUA
GASOLINA
GASES DE COMBUSTÃO
ÁREA QUENTE ÁREA FRIA
CONVERSOR
3
3- Catalisador virgem
HCs
Fonte: FCC - Fábrica Carioca de Catalisadores Módulo de Operações Unitárias de Processo. 1999 (com adaptações)
CONVERSOR - RISER
Gases para Gases para 
FracionadoraFracionadora
RETIFICADOR
REATOR
CALDEIRA
CÂMARA DE
EXPANSÃO
AQUECEDOR
DE AR
SOPRADOR
Gases deGases de
CombustãoCombustão
REGENERADOR
RISERArAr
CargaCarga ReciclosReciclos
700 700 ººCC
Vapor deVapor de
RetificaRetificaççãoão
FORNOBateria de Pr
Bateria de Préé--AquecimentoAquecimento
Reciclo de BorraReciclo de Borra
Reciclo de Reciclo de ÓÓleo Pesadoleo Pesado
Vapor dVapor d’Á’Águagua
Vapor dVapor d’Á’Águagua
GasesGases
Nafta instNafta instáávelvel
Decantador
de Borra
ÓÓleo Leve de Recicloleo Leve de Reciclo
ÓÓleo Pesado de Recicloleo Pesado de Reciclo
ÓÓleo Decantado (Clarificado)leo Decantado (Clarificado)Fracionadora
SEÇÃO DE FRACIONAMENTO
CargaCarga
CombinadaCombinada
Gases deGases de
QueimaQueima
ArAr
Carga FrescaCarga Fresca
Regeneração
Reator
RECUPERAÇÃO DE GASES
GasesGases
NaftaNafta
InstabilizadaInstabilizada
GGáás s 
CombustCombustíívelvel
Compressor
de Gás
LCO para a Fracionadora
LCO da Fracionadora
VaporVapor
ÁÁguagua
CC33
CC44GasolinaGasolina
Tratamentos
DEA-MEROX 
Cáultico
Tratamentos
MEROX ou
Cáultico
HCO para a Fracionadora
HCO da Fracionadora D
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C
3
-
C
4
D
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Tambor de
Alta Pressão
GLP+Nafta
Líquida Oleosa
Rica em GC
Remover 
C3+: Objetivo nas 
Absorvedoras
C1+C2+C2=+H2S
GLP
FCC descrição sumária do Processo
• Descrição Sumária do Processo
•
• O processo consiste na quebra (cracking) de moléculas pesadas 
presentes nos gasóleos e resíduos, por ação de um catalisador, à base de 
sílica-alumina, em altas temperaturas. A ruptura das ligações possibilita o 
aparecimento de moléculas leves - principalmente compostos de 3 a 12 
átomos de carbono (GLP e gasolina), devido à seletividade do catalisador 
usado. As reações também provocam a formação, em menor escala, de 
gases leves (C1 e C2), gasóleos leve e pesado e coque, este último 
depositando-se na superfície do catalisador.
•
A deposição de coque provoca a desativação do catalisador, devido à
considerável redução de área disponível aos reagentes (hidrocarbonetos). 
Com o objetivo de se restaurar a atividade, o catalisador inativo pelo coque 
é continuamente retirado do vaso de reação e enviado a um vaso de 
regeneração, onde, por intermédio de uma injeção de ar e por ação de alta 
temperatura, o coque é queimado, restabelecendo a atividade catalítica. O 
conjunto reator-regenerador é denominado conversor. 
• Os gases de craqueamento, efluentes do reator, são encaminhados à
seção de fracionamento, onde, por intermédio de uma torre de destilação, 
obtemos uma separação primária dos cortes produzidos. Pelo fundo da 
torre produz-se um óleo pesado, bastante denso, denominado Resíduo de 
Craqueamento. Esta corrente também é conhecida como Óleo Decantado 
ou Óleo Clarificado. 
FCC descrição sumária do Processo
• Descrição Sumária do Processo(Continuação)
• A fracionadora produz, como corte lateral, um óleo leve de faixa de ebulição semelhante ao 
diesel, conhecido como Óleo Leve de Reciclo (Light Cycle Oil - LCO) ou Diesel de 
Craqueamento.
Pelo topo da torre sai uma corrente gasosa composta de nafta (gasolina) de craqueamento
e hidrocarbonetos mais leves, que, uma vez resfriada e condensada parcialmente, gera no 
tambor de acúmulo duas correntes. A corrente gasosa é composta de hidrocarbonetos leves (C1, 
C2, C3 e C4), enquanto a fração líquida é constituída de nafta instabilizada (grande quantidade 
de gases leves dissolvidos). Ambas as correntes são enviadas à seção de recuperação de gases.
•
A finalidade da seção de recuperação de gases é, através de operações de compressão, 
absorção, retificação e destilação em várias etapas, processar as correntes de gases e de nafta 
instabilizada, e dela separar três frações distintas: o Gás Combustível (C1 e C2), o Gás Liquefeito 
(C3 e C4) e a Nafta de Craqueamento (C5 a C12).
•
As correntes supracitadas são enviadas em seguida à seção de tratamentos onde, por 
intermédio de produtos químicos, tais frações têm seus respectivos teores de enxofre 
consideravelmente reduzidos. Os processos utilizados são: Tratamento com Di-Etanol-Amina
(DEA) para remoção de H2S (gás sulfídrico) do Gás Combustível e do Gás Liquefeito, e o 
Tratamento Merox, que remove mercaptans do GLP e da Nafta de Craqueamento (gasolina) (na 
Reduc, a UFCC não utiliza Tratamento Merox para o Gás Liquefeito, mas sim, um Tratamento 
Cáustico comum para ele). Após essas operações, as frações são destinadas à estocagem.
•
A corrente de gás ácido, proveniente do Tratamento DEA, rico em H2S, é normalmente 
enviada à Unidade de Recuperação de Enxofre (URE), onde, através de uma queima controlada 
da corrente gasosa, tem-se, então, a produção de Enxofre elementar.
Os gases de combustão provenientes da queima do coque durante a regeneração do 
catalisador saem dessa etapa em elevadas temperaturas, superiores mesmo a 700°C. De modo 
a aproveitar todo o potencial energético dessa corrente, ela é encaminhada à caldeira 
recuperadora de calor (caldeira de CO), onde produz vapor d'água de alta pressão, resfriando os 
gases de combustão antes dos mesmos serem lançados na atmosfera.
•
PRODUTOS
• Gás Combustível
– Composto de H2, C1, C2= e C2
– O FCC é o principal gerador de GC
– Gás rico em H2S (necessita tratamentos)
– Eventualmente pode-se recuperar etileno
– Vai para a unidade de Tratamento DEA
– Queimado em fornos e caldeiras na própria
refinariaPRODUTOS
• Gás Liquefeito - GLP
– Composto de C3=, C3, C4= e C4
– Vai para a unidade de Tratamento DEA 
(remoção de H2S)
– Em seguida para a unidade de Tratamento
Cáustico (remoção de mercaptans)
– Utilizações petroquímicas:
• C3= obtenção de fibras acrílicas e polipropileno
• C4= obtenção de butadieno p/ resinas SBR e ABS
PRODUTOS
• Nafta de Craqueamento (Gasolina)
– Rica em aromáticos, isoparafinas e olefinas
– Alto Índice de Octanagem (81-83 MON)
– Alto teor de enxofre (H2S e Mercaptans)
– Requer Tratamento Cáustico
– Alto teor de olefinas (formação de gomas)
PRODUTOS
• Óleo Leve de Reciclo (Diesel FCC)
– Produto de faixa de ebulição semelhante ao diesel
– Rico em aromáticos, bi e trinucleados e olefinas
– Baixo Índice Diesel (21-31) 
– Alto teor de olefinas, enxofre e nitrogênio
– Alta instabilidade química
– Não pode ser incorporado integralmente ao “Poll”
de diesel da refinaria, caso não seja hidrotratado
– Utilizado para acerto de viscosidade de OCs
PRODUTOS
• Óleo Pesado de Reciclo (HCO)
– Semelhante ao OC de baixa viscosidade
– Rico em anéis aromáticos polinucleados (3 a 
5)
– Hoje é usado apenas como refluxo circulante
PRODUTOS
• Óleo Decantado (Clarificado): é o produto 
líquido mais pesado do FCC.
– Riquíssimo em aromáticos polinucleados
– Alta relação carbono/hidrogênio
– Utilizado como diluente do resíduo de vácuo
– Matéria-Prima para Negro de Fumo (carga
para borracha)
– Matéria-Prima para Coque de Petróleo
– Pode conter teores razoáveis de catalisador
PRODUTOS
• Coque (não é um produto comercial)
– Cadeias polímeras de altos pesos 
moleculares
– Polianéis aromáticos condensados
– Altíssimo teor de carbono (>90%)
– Totalmente queimado no regenerador
RENDIMENTOS
TÍPICOS:
OBJETIVO:
CARGA:
TIPO DE 
PROCESSO:
PRODUTOS:
INVESTIMENTO:
Craquear termicamente RV para a obtenção de frações mais 
leves e coque
RV, RASF, OD
Conversão Química
Gás Comubstível, GLP, Nafta de Coque, GOL de Coque, GOP
de Coque e Coque de Petróleo
GC: 6% GLP: 4% Nafta: 10% GOLK: 30% GOPK: 17%, 
Coque: 33%
US$ 100 – 200 milhões
COQUEAMENTO RETARDADO
COQUEAMENTOCOQUEAMENTO
RETARDADORETARDADO
CARGACARGA
GGáás s ÁÁcidocido
GGáás Combusts Combustíívelvel
GLPGLP
Nafta KNafta K
Diesel KDiesel K
GasGasóóleo Kleo K
Coque VerdeCoque Verde
COQUEAMENTO RETARDADO
CARGAS E PRODUTOS
GC
GLP
Nafta Leve
Nafta Pesada
GOL
GOM
GOP
Coque
FCC
Destilação
a Vácuo
Coqueamento
Retardado
Desasfaltação
a Propano
Fonte: II Congresso Brasileiro de P&D em Petróleo e Gás
Óleo
Decantado
RASF
RV
• Aumento da conversão dos petróleos pesados 
brasileiros. Marlim gera 60% de RAT;
• Consome o resíduo que geraria OC, cuja 
demanda tem decaído;
• Aumento da margem de refino – elevadíssima 
rentabilidade
• Aumento da produção de diesel
• Menor investimento inicial comparado a outros 
processos concorrentes
• Tecnologia consolidada
IMPORTÂNCIA DO PROCESSO
UNIDADE DE 
COQUEAMENTO
Tempo: 
1,2 a 3s
T~490ºC
T~438-466ºC
FORNO DE COQUEAMENTO
• Fornece a energia necessária para promover as reações 
de craqueamento térmico (endotérmicas);
• É um forno-reator com parte das reações ocorrendo em 
seu interior:
– conversão na saída do forno de ~25-30%
– efluente do forno parcialmente vaporizado
• Acima de 400 ºC a taxa de craqueamento dobra para 
cada aumento de 10 ºC. 
• Acima de 427 ºC o tempo de residência deve ser de no 
máximo 1s, para minimizar a o coqueamento do forno
As condições operacionais de P e T variam:
• Temperatura no topo do tambor é resultante:
→ da temperatura de saída do forno
→ do calor consumido pelas reações de craqueamento térmico
→ do isolamento térmico da linha de transferência e do tambor
• Pressão no topo do tambor é resultante:
→ da pressão no vaso de topo da fracionadora
→ da perda de carga na fracionadora e no seu circuito de topo
→ da perda de carga na linha de transferência tambor-
fracionadora
TAMBORES DE COQUEAMENTO
Características importantes:
� Presença de 3 fases no interior do tambor:
→ líquida: precursora do coque
→ vapor: produtos do craqueamento
→ espuma: resultante da aeração da fase líquida
� Necessidade de adição de antiespumante para 
minimizar o arraste de finos de coque.
� Medição do nível de coque no tambor por sensores 
radioativos (Co 60 – emissor de raios gama)
TAMBORES DE COQUEAMENTO
Em função da formação de um produto 
sólido (coque), surge a necessidade de 
tirar de operação o tambor que está
recebendo a carga:
• os tambores de coque operam em batelada;
• são necessárias diversas etapas para a 
remoção do coque de dentro do tambor;
• o tempo requerido para o seu enchimento é
usualmente denominado “ciclo do tambor de 
coque”.
CICLO DO TAMBOR DE COQUE
Coque
L.T.
Vapor
Coque
Espuma
Vapor
L.T.
Vapor
L.T.
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Carga
Efluente
Vapor
Espuma
Carga
Coque
Fonte: Petrobras – VII Encontro Técnico de Coqueamento Retardado 2005.
TAMBOR DE COQUE
80% do 
Tambor
Fonte: Petrobras – VII Encontro Técnico de Coqueamento Retardado 2005.
DESCOQUEIFICAÇÃO
TIPOS DE COQUE VERDE
• Classificados pela natureza química das cargas de 
origem:
– Shot coke: cargas ricas em asfaltenos (>13%m/m). Formadas por RV 
ou RASF que apresentam altos teores de enxofre e metais. A olho nu, o 
material apresenta forma esférica de várias dimensões.
– Coque esponja: formado por RV que ainda contém resinas e médios 
teores de enxofre, asfaltenos e metais. A olho nu, o material apresenta 
pequenos poros e paredes espessas.
– Coque esponja grau anodo: formado a partir de RV que apresente 
menor grau de impurezas do asfaltenos, enxofre, resinas e 
heteroátomos. Camadas mais alinhadas e poros em forma de elipse.
– Coque agulha: produzido a partir de cargas formadas por óleos 
decantados ricos em HCs aromáticos. Baixa presença de asfaltenos, 
resinas e metais.
UTILIZAÇÃO DO COQUE 
VERDE
TIPO DE COQUE USOS MAIS 
REPRESENTATICOS
Shot Coke Combustível
Esponja 
Combustível
Combustível e Produção de TiO2
Esponja Grau 
Anodo
Produção de anodos para a indústria de Al
2Al2O3 + C + energia = 4Al + 3CO2 + calor
Consumo = 450 kgcoque/tAl
Agulha Eletrodos para a produção de Aços 
Especiais e Aços Ligas
COQUE
Coque verde
Anodos de coque
Coque siderúrgico
Coque calcinado
COQUES ESPECIAIS
• Seleção de Carga
– cargas com caráter fortemente aromático
– baixo teor de enxofre e metais
– baixo teor de asfaltenos
– baixa viscosidade
• Condições operacionais
– alta razão de reciclo (60% a 100%)
– alta pressão (3,4 a 6 atm) e temperatura
– alto tempo de residência e longos ciclos
• Projeto
– tambor de maior espessura
– forno para condições severas
– coque mais duro, requer sistema de descoqueamento mais potente
– tambor de menor diâmetro (<24 ft)
– manuseio elaborado e cuidadoso para minimizar o finos
Por que, então, não 
produzimos 
somente coques 
especiais?