Processos de Refino de Petróleo

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Processos Orgânicos I
Prof. Filipe Nery
Refino
• Destilação atmosférica:
— Etapa inicial de transformação realizada em uma refinaria de petróleo, após 
a dessalinização e o pré-aquecimento.
Refino
• Quanto maior o valor de °API, mais leve é o composto. 
Fração Grau API
Asfalto 11
Óleo bruto pesado 18
Óleo bruto leve 36
Nafta 50
Gasolina 60
Refino
• Principais derivados
Refino
• Uma refinaria é constituída de diversos arranjos de unidades de processamento
em que são compatibilizadas as características dos vários tipos de petróleo que
nela são processados, com o objetivo de suprir derivados em quantidade e
qualidade especificadas
Refino
• A sequência de processos é estabelecida de tal forma que um ou mais fluidos, 
que constituem as entradas do processo, são transformados em outros fluidos, 
que formam as saídas do processo
Correntes
de entrada
Correntes
de saída
Refino
• A sequência de processos é estabelecida de tal forma que um ou mais fluidos, 
que constituem as entradas do processo, são transformados em outros fluidos, 
que formam as saídas do processo
Correntes
de entrada
Correntes
de saídaProdutos intermediários
ou não-acabados
(sem valor comercial)
Produtos químicos
(tratamento)
Refinaria
• Objetivos:
— Produção de combustíveis e matérias-primas petroquímicas
— Produção de lubrificantes básicos e parafinas
• Processos:
—Processos de separação;
—Processos de conversão;
—Processos de tratamento;
—Processos auxiliares.
Refino 
-
Fluxograma
Refino
• Frações ou cortes iniciais
Refinaria
1. Processos de separação
— Processos de natureza física
—Objetivo: Desmembrar o petróleo em suas frações básicas
‐ processar uma fração previamente produzida a fim de retirar desta um grupo 
específico de componentes
—Agente: Energia (Pressão e Temperatura)
Massa (Solubilidade com solventes)
Refinaria
1. Processos de separação
— As características dos processos de separação são tais que seus produtos,
quando misturados, reconstituem a carga original, uma vez que a natureza
das moléculas não é alterada.
— O investimento do processo é alto e o tempo de retorno sobre o capital
investido é relativamente longo, em muitos casos superior a cinco anos.
—Ex.: Destilação atmosférica
Destilação a vácuo
Extração de aromáticos
Refinaria
2. Processos de conversão
— Processos de natureza química
— Objetivo: modificar a composição molecular de uma fração
‐ Aumento do valor comercial (valorização econômica) 
— Meio: reações de quebra, reagrupamento ou reestruturação molecular
+
Temperatura e Pressão 
(Catalisadores)
—Ex.: Catalítico: Craqueamento catalítico e hidrocraqueamento;
Não-catalítico: Craqueamento térmico e coqueamento
Refinaria
2. Processos de conversão
— As características dos processos de conversão são tais que seus produtos,
quando misturados, não reconstituem de forma alguma a carga original, uma
vez que a natureza das moléculas é profundamente alterada.
— Rentabilidade é elevada, principalmente devido ao fato que frações de baixo
valor comercial (gasóleos e resíduos) são transformadas em outras de maior
valor (GLP, naftas, querosene e diesel).
— Investimento elevado, mas se trabalha com um curto tempo de retorno do
capital investido.
Refinaria
3. Processos de tratamento
— Processos de natureza química
—Objetivo: melhorar a qualidade dos produtos através da redução dessas
impurezas, sem causar profundas modificações nas frações
‐ Muitas vezes as frações obtidas nos processos de separação e conversão contêm
impurezas presentes em sua composição na forma de compostos de enxofre e
nitrogênio que lhes conferem propriedades indesejáveis como corrosividade,
acidez, odor desagradável, alteração de cor e formação de substâncias poluentes
Refinaria
3. Processos de tratamento
— Investimento elevado, mas abaixo daquele necessário às unidades de
separação e conversão.
—Ex.: Ex.: Tratamento cáustico - hidróxidos de metais alcalinos
Hidrotratamento – hidrogênio + catalisador
Refinaria
3. Processos auxiliares
— objetivo: fornecer insumos para possibilitar a operação ou efetuar o
tratamento de rejeitos dos outros tipos de processo estudados.
—Unidades:
‐ Geração de hidrogênio: matéria-prima para as unidades de
hidroprocessamento;
‐ Recuperação de enxofre: produzido a partir da combustão de gases ricos
em H2S.
—Ex.: vapor, água, energia elétrica, ar comprimido, distribuição de gás e óleo
combustível, tratamento de efluentes, etc.
Refinarias
Refino - Destilação
•
Refino - Destilação
• Processo:
—Vaporização 
—Condensação 
• Unidade extremamente versátil e sempre existente, independentemente de qual 
seja o esquema de refino. 
• Processo principal, a partir do qual os demais são alimentados, sendo o único que 
tem o petróleo bruto como corrente de alimentação.
• A destilação pode ser feita em várias etapas, e sob diferentes intensidades de 
pressão, conforme o objetivo desejado.
Refino - Destilação
• O rendimento do processo é variável
—função do óleo processado
• Equipamento principal: 
Torre de fracionamento 
ou coluna de destilação
• Investimento: 
US$ 150 e 250 milhões
600 °C
Refino - Destilação
• Equipamento: Torre de destilação
— O seu interior é composto por uma série de bandejas ou pratos perfurados
Refino - Destilação
Refino - Destilação
• Equipamentos gerais:
—Torres de fracionamento;
—Retificadores (strippers);
—Fornos;
—Trocadores de calor;
—Tambores de acúmulo e refluxo;
—Bombas, tubulações e intrumentos de medição e controle.
Refino - Destilação
•
Pressão (atm) = 4,73×10-4
Refino - Destilação
Refino – Desasfaltação a propano
• A destilação a vácuo retira do petróleo boa parte das frações lubrificantes (de
baixa e média viscosidade), porém não consegue recuperar os cortes mais
pesados.
• Frações de lubrificantes (cadeias parafínicas e isoparafínicas) encontram-se
presentes no resíduo da destilação a vácuo, em conjunto com resinas e betume
asfáltico.
• As condições necessárias para a recuperação dos lubrificantes deste resíduo por
meio da destilação tornam o processo antieconômico.
— Pressões extremamente baixas, bem próximas do vácuo absoluto
— Temperatura superior a 400 °C, o que provocaria craqueamento nos
destilados (baixo rendimento)
Refino - Desasfaltação a propano
• Processo: Extração + Recuperação + Recuperação do extrato + Recuperação do 
rafinado. 
Refino – Desasfaltação a propano
• No contato entre os dois líquidos, formamse duas fases distintas, de densidades
diferentes.
—Primeira fase, rica em solvente, de baixa densidade, composta de propano e
óleo desasfaltado, sai pelo topo da extratora (Fase Extrato)
—Segunda fase, pobre em solvente e de alta densidade, composta de asfalto e
uma pequena quantidade de propano (Rafinado).
• Ao contrário dos solventes convencionais, cuja solubilidade aumenta com a
temperatura, um aumento desta propriedade diminui o rendimento do óleo
desasfaltado.
— 65 a 90 °C
Refino – Desasfaltação a propano
• Carga: 8 a 11 ° API
Relação propano/óleo - Volume
Refino - Desasfaltação a propano
• O resíduo da destilação a vácuo pode conter um gasóleo de alta viscosidade.
• Tratamento: uso de propano líquido a alta pressão como agente de extração.
—bom poder solvente e seletividade
• Produto: óleo desfaltado
—pode ser incorporado ao gasóleo de vácuo na produção de combustíveis,
sendo para isso enviado à unidade de craqueamento catalítico.
Refino - Desaromatização a furfural
• Processo utilizado na produção de lubrificantes. 
• Extração com furfural (solvente de extração de compostosaromáticos 
polinucleares de alto peso molecular)
• Como os lubrificantes são utilizados sob condições variáveis de temperatura,
procuram-se desenvolver formulações que apresentem comportamento
uniforme frente as variações de viscosidade, a qual sofre maiores flutuações
devido à presença de compostos aromáticos.
Refino - Desaromatização a furfural
• Objetivo: Aumentar o índice de viscosidade dos óleos lubrificantes
— Quanto maior esse valor, menor será a variação da viscosidade do produto 
com a temperatura
• Produto: óleo desaromatizado
• Subproduto: extrato aromático, na forma de um óleo pesado e viscoso
• Processo: Extração + Recuperação do solvente do extrato + recuperação do 
solvente do rafinado. 
Refino - Desaromatização a furfural
• Pré-tratamento: remover o oxigênio (desaeração)
— Oxigênio + Furfural: formação de compostos ácidos de elevado poder
corrosivo, sendo necessária sua remoção.
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo de craqueamento catalítico - FCC (“Fluid catalytic cracking”), 
—Carga: gasóleo proveniente da destilação a vácuo 
‐ O gasóleo seria utilizado como óleo combustível
‐ Carga alternativa: óleo desasfaltado
— Catalisador + Pressão + Temperatura elevada (Etapa Química)
—Processo: Ruptura (“cracking”) das cadeias moleculares
—Produto: Mistura de hidrocarbonetos mais leves (fracionamento)
‐ 3 a 12 átomos de carbono
Refino – Craqueamento Catalítico
• Produtos:
—Gas combustível – 5%
—GLP – 20 %
—Nafta (Gasolina) – 50 %
—Gasóleo leve (diesel de craqueamento) – 12%
—Gasóleo pesado (óleo combustível) – 8 %
—Coque (resíduo de alto teor de carbono) – 5%
Refino – Craqueamento Catalítico
• Objetivo: 
—Contribuir eficazmente com a refinaria no ajuste de sua produção às
necessidades do mercado consumidor local e devido à sua grande
flexibilidade operacional;
• Alta rentabilidade, na transformação de frações residuais, de baixo valor
comercial, em derivados nobres de alto valor, tais como gasolina e GLP, o
craqueamento catalítico aumenta significativamente os lucros da refinaria.
• Produção de nafta de alta octanagem, o derivado que aparece em maior
quantidade, de 50 a 65% do volume em relação à carga processada.
Refino – Craqueamento Catalítico
• Coque: 
— Coque se deposita no catalisador
—Etapa de regeneração do catalisador: queima integral do coque
‐ Formação de um gás de combustão de alto valor energético usado na geração de
vapor d’água de alta pressão.
Refino – Craqueamento Catalítico
• Catalisador:
—Permitir que as reações químicas ocorram sob condições de pressão e
temperatura bem mais baixas que aquelas do craqueamento térmico;
—Servir como agente de transporte do coque depositado em sua superfície
para o regenerador, onde ocorre geração de calor através da queimado
coque.
• Quando o catalisador é atravessado por uma corrente gasosa, como a carga
vaporizada, seu comportamento se assemelha ao de um fluido (fluidização).
Refino – Craqueamento Catalítico
• Catalisador
https://www.youtube.com/watch?v=nTse5_wXup4
7,5 Å
150 a 360 °C
Refino – Craqueamento Catalítico
• Catalisador de FCC
—Composto 
‐ estrutura 
—Reação
—Condições de processo 
‐ rendimento
‐ seletividade
—Regeneração
‐ ciclos
Refino – Craqueamento Catalítico
• Fluxograma do processo
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo
—Seção de Reação ou Conversão
‐ Composta por equipamentos de reação e regeneração de catalisador para
promoção das reações químicas do processo.
— Seção de Fracionamento
‐ Promove a separação do efluente do reator em vários produtos, bem como
recupera e recicla parte dos gasóleos não-convertidos.
https://www.youtube.com/watch?v=-3bcCC82KS8
https://www.youtube.com/watch?v=ErZ7F0BKN2s
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo: 
—Seção de Recuperação de Gases:
‐ Promove a separação de frações leves convertidas segundo cortes de gasolina,
GLP e gás combustível.
—Seções de Tratamentos: 
‐ Promove o tratamento da gasolina, GLP e gás combustível para possibilitar sua
comercialização ou transformação posterior em outros produtos, com uma
sensível redução em seu teor de enxofre.
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo: 
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo: 
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Conversão e Fracionamento:
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Conversão e Fracionamento:
Alta temperatura (≈ 700ºC) 
↓
Instantânea vaporização da 
carga, fluidizando o 
catalisador. 
https://www.youtube.com/watch?v=-3bcCC82KS8
https://www.youtube.com/watch?v=ErZ7F0BKN2s
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Conversão e Fracionamento:
O REATOR propicia a 
separação inicial do 
catalisador. 
https://www.youtube.com/watch?v=-3bcCC82KS8
https://www.youtube.com/watch?v=ErZ7F0BKN2s
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Conversão e Fracionamento:
Os vapores de óleo 
tendem a saturar os 
poros do catalisador e, 
portanto, ele deve ser 
retificado com vapor 
d’água antes de ir ao 
regenerador. Esta 
operação ocorre no 
“STRIPPER” ou 
“RETIFICADOR
https://www.youtube.com/watch?v=-3bcCC82KS8
https://www.youtube.com/watch?v=ErZ7F0BKN2s
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Conversão e Fracionamento:
O coque que se 
depositou na 
superfície do 
catalisador é 
queimado com ar.
+
Calor necessário para 
o aquecimento e 
vaporização da carga 
https://www.youtube.com/watch?v=-3bcCC82KS8
https://www.youtube.com/watch?v=ErZ7F0BKN2s
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Conversão e Fracionamento:
80% de N2; 10% de 
CO2 e 10% de CO
↓
Caldeiras de CO
CO em CO2
↓
+++ energia
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Conversão e Fracionamento:
Frações mais leves (nafta 
de craqueamento, GLP e 
gás combustível), que 
após serem resfriadas, são 
coletadas no tambor de 
acúmulo.
--------------------
GÁS
+
HIDROCARBONETOS
+
ÁGUA
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Conversão e Fracionamento:
frações pesadas residuais 
de craqueamento e de 
partículas de catalisador.
------
Óleo decantado (ou 
clarificado) isento de 
partículas sólidas
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Recuperação de Gases: 
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Recuperação de Gases: 
Compressão e resfriamento:
C3 e C4 (Hidroc. mais pesados) fração líquida
C1 e C2 fração gasosa
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Recuperação de Gases: 
Torre absorvedora primária:
C1 e C2 fração gasosa + Nafta Instabilizada
Caso haja na corrente gasosa algum C3 ou 
C4, estes serão absorvidos pela nafta.
Topo: Gás + nafta de absorção
Fundo: nafta
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Recuperação de Gases: 
Torre absorvedora secundária:
Gás + Óleo leve
Óleo leve de reciclo após a absorção retoma 
à torre fracionadora.
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Recuperação de Gases: 
Seção de tratamento (DEA)
Remoção do H2S da mistura
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Recuperação de Gases: 
Torre desetanizadora: 
Separa o gás que sai no topo
(gás residual)
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Recuperação de Gases: 
Torre debutanizadora: 
Topo: Vapores de GLP
Fundo: Estabilização da nafta
Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Recuperação de Gases: 
Tratamento cáustico: 
Utilização de solução aquosa de NaOH ou 
KOH para lavar uma determinada fração de 
petróleo (Mercaptanas)Refino – Craqueamento Catalítico
• Processo – Seção de Recuperação de Gases: 
Tratamento cáustico: 
catalisador organometálico
(ftalocianina de cobalto) 
Refino – Craqueamento Catalítico
• Conversão:
—Porcentagem de carga fresca que é convertida em produtos mais leves
—Os níveis de conversão variam de 70 a 85%.
Refino – Craqueamento Catalítico
• Carga – Limitações:
—Faixa de destilação: cargas com faixa de destilação entre340 °C e 570 °C.
—Resíduo de carbono: deve ser baixo, geralmente inferior a 1,5% em peso, a 
fim de minimizar a formação de coque.
—Fator de Caracterização (KUOP): Teor de parafinas > 11,5 
‐ Determina o teor de parafinas na carga;
‐ Quanto mais parafínica for a carga, mais facilmente ela será craqueada (maior 
KUOP);
‐ Condições de operação menos severas
Refino – Craqueamento Catalítico
• Carga – Limitações:
—Teor de metais: Para que a atividade e a seletividade do catalisador não
sejam afetadas, o teor de metais da carga deve obedecer à seguinte
recomendação
Refino – Craqueamento Catalítico
• Proutos:
—Gás combustível (GC)
‐ Combustível utilizado nos fornos e caldeiras da refinaria;
‐ Vendido para outras industrias.
—Gás líquido de petróleo (GLP) – C3 e C4
‐ Combustível doméstico
‐ Carga para outras unidades da refinaria e petroquímica 
—Nafta de craqueamento
‐ Hidrocarbonetos olefínicos, parafínicos ramificados e aromáticos
‐ Unidade de hidrodessulfurização (HDs)
‐ Gasolina 
Refino – Craqueamento Catalítico
• Proutos:
—Óleo leve 
‐ Faixa de destilação próxima ao óleo diesel
‐ Diluente de óleo combustível industrial 
—Óleo pesado 
‐ Alto teor de aromáticos policondensados
‐ Diluente de óleo combustível
‐ Carga para unidade de coqueamento retardado