Produção de Olefinas na Indústria Petroquímica

Prévia do material em texto

26/03/2018
1
PETROQUÍMICA – CCE 0283
Daniela Sayão Vieira – danisayao@hotmail.com
PLANO DE AULA
❖ Matérias primas básicas da indústria petroquímica
❖ Produção de olefinas leves – utilizando a nafta como matéria prima
▪ Pirólise a vapor
✓ Principais reações
✓ Principais produtos
✓ Descrição do processo
▪ FCC Petroquímico
✓ Principal produto
❖ Produção de olefinas leves – a partir do gás de refinaria
❖ Produção de olefinas leves – a partir da desidratação do etanol para a produção de 
eteno
✓ PE verde
26/03/2018
2
MATÉRIAS PRIMAS BASE
➢ Nafta
✓ Olefinas leves – processo de pirólise
✓ Compostos aromáticos – processo de reforma catalítica
➢ Gás Natural (metano/etano e GLP)
✓ Hidrogênio, Amônia e Metanol
✓ Eteno
➢ Gás de Refinaria
✓ Eteno
✓ Propeno
➢ GLP
✓ Propeno
MATÉRIAS PRIMAS BASE
➢ Nafta
✓ Maior parte da nafta utilizada como matéria prima petroquímica
é produzida na unidade de destilação atmosférica
✓ Para a produção de olefinas leves – processo de pirólise
✓ Para a produção de compostos aromáticos – processo de
reforma catalítica
✓ Quanto mais PARAFÍNICA for a nafta, melhor será para a
PIRÓLISE
✓ Quanto mais NAFTÊNICA for a nafta, melhor será para a
REFORMA CATALÍTICA
*composto naftênicos = cicloalcanos
26/03/2018
3
MATÉRIAS PRIMAS BASE
➢ Nafta
➢ Pirólise a vapor
✓ Também chamado de craqueamento térmico ou reforma com
vapor
✓ Craqueamento térmico de cargas líquidas ou gasosas na
presença de vapor d’água a altas temperaturas (>700ºC) e em
pressões relativamente baixas (< 200kPa)
✓ gera: Hidrogênio, metano, eteno, propeno, butenos,
butadienos e hidrocarbonetos mais pesados (C5+)
✓ O rendimento de eteno a partir do craqueamento a vapor é em
torno de 30% enquanto que o de propeno é próximo a 15%.
✓ Eteno é o principal produto
MATÉRIAS PRIMAS BASE
➢ Nafta
➢ Reforma catalítica
✓ Tem como objetivo principal transformar uma nafta de destilação
direta (parafínica) em uma outra rica em hidrocarbonetos
aromáticos
✓ É um processo de aromatização de compostos parafínicos e
naftênicos - As parafinas são transformadas em naftenos e estes,
por sua vez em aromáticos.
✓ Gera: gasolina de alta octanagem* e aromáticos leves (B, T, X),
além da produção de Hidrogênio
✓ Os aromáticos leves são os principais produtos
* Devido a restrições ambientais que limitam o teor máximo de aromáticos presentes
na gasolina, a nafta reformada deverá ser banida deste processo – ficando sua
produção destinada, quase que exclusivamente, para a produção de aromáticos para
posterior geração de compostos petroquímicos.
26/03/2018
4
OLEFINAS
Produção de Olefinas - Introdução
Olefinas leves, tais como propeno e eteno, utilizadas para produzir uma
ampla gama de produtos, e são tradicionalmente produzidas no país
através do processo de pirólise ou steam cracker (craqueamento a vapor)
em centrais petroquímicas, que utilizam nafta petroquímica como matéria-
prima
Devido à limitações técnicas causadas pela natureza do óleo brasileiro,
muito pesado e pobre em derivados leves, há uma redução na
disponibilidade de matérias-primas, mais especificamente da nafta
petroquímica.
OLEFINAS
Produção de Olefinas - Introdução
Nos últimos dez anos, os projetos petroquímicos priorizaram o uso de gás
natural como matéria-prima, sobretudo por conta dos baixos preços, em
comparação à nafta.
O gás seco (metano) é usado principalmente na produção de amônia e
metanol e as outras frações – LGN (líquido gás natural) - etano, GLP e
gasolina natural- são usadas na produção de olefinas, particularmente
eteno
A Rio Polímeros é o primeiro polo petroquímico do Brasil a utilizar o gás
natural em vez de nafta como matéria-prima essencial.
26/03/2018
5
OLEFINAS
Processos de Produção - Pirólise a Vapor
➢ Craqueamento térmico de cargas líquidas ou gasosas, na presença de
vapor d’água, a altas temperaturas (>700°C) e, em pressões
relativamente baixas (<200kPa)
Etano
Propano
Butano
Nafta
Gasóleo
Hidrogênio
Metano
Eteno
Propeno
Fração C4
Nafta de 
Pirólise: C5 
a 200°C
Óleo 
Combustível
Unidade de 
Pirólise a 
vapor
➢ Produtos gerados: Hidrogênio, Metano, Eteno, Propeno, Butenos,
Butadienos e hidrocarbonetos mais pesados
OLEFINAS
➢ Principais Reações da Pirólise a Vapor
✓ Desidrogenação
Retirada de H2 da molécula
C4H10  C4H8 +H2
Quebra da molécula em outras menores
C4H10  CH4 + C3H6
Geração de olefinas,
diolefinas, alcinos e
compostos aromáticos (além
de Hidrogênio)
Geração de compostos com
menores tamanho de cadeia
do que a carga
✓ Craqueamento
➢ O número de produtos formados e a proporção relativa entre eles
dependem principalmente da carga utilizada
26/03/2018
6
OLEFINAS
Para a produção de eteno – carga ideal é o etano (máxima produção de
eteno)
Quando a carga é o propano, as reações principais dão origem a moléculas
de 1 a 3 átomos de carbono (gera apenas 40% de eteno)
Para o butano - as reações principais dão origem a moléculas de 1 a 4
átomos de carbono (gera menos ainda de eteno)
➢ Principais Produtos da Pirólise a Vapor
C3H8  C2H4 +CH4
C3H8  C3H6 +H2
2C3H8  C3H6 + C2H4 + CH4 + H2
2C3H8  C2H6 + C3H6 + CH4
Os hidrocarbonetos aromáticos não sofrem craqueamento e são os
principais responsáveis pela formação do coque.
OLEFINAS
Ordem de facilidade de craqueamento dos hidrocarbonetos:
naftênicos > isoparafínicos > normal parafínico
➢ Principais Produtos da Pirólise a Vapor
➢ Geração de co-produtos da pirólise (base de projeto 1000t de eteno)
Etano Propano Butano Nafta Gasóleo
161 633 663 521 416 GC
1000 1000 1000 1000 1000 Eteno
54 785 900 668 1072 C3-C4
43 102 326 741 868 Nafta
- - - 195 1006 Óleo comb.
- 691 410 501 203 C3-C4 (olefínicos)
1258 2542 2889 3125 4362 Total
26/03/2018
7
➢ Pirólise de Cargas Gasosas
➢ Pirólise de Cargas Líquidas
26/03/2018
8
OLEFINAS
Descrição do Processo
Designação de 3 áreas
✓ Área quente - É a seção de pirólise em si
✓ Área de compressão – engloba os compressores e a desidratação do gás
✓ Área Fria – formada por um grande números de sistemas de separação
cujo objetivo é a obtenção de produtos de elevada pureza
OLEFINAS
Descrição do Processo – cargas gasosas
✓ Área quente - É a seção de pirólise em si
O processo se inicia com o craqueamento térmico da carga, em presença
de vapor d’água no forno de pirólise em alta temperatura (700°C)
Segue para a caldeira recuperadora de calor (Trocador da linha de
transferência - TLE), onde a temperatura será reduzida para 280° - 330°C
O efluente do TLE sofre um resfriamento rápido (quench) em linha.
- Para cargas gasosas é feito com água
- Para nafta é feito com óleo combustível
Gás resfriado vai para o sistema de compressão
26/03/2018
9
OLEFINAS
Descrição do Processo
✓ Área de compressão – engloba os compressores e a desidratação do gás
Após o resfriamento, a corrente vapor é comprimida e tratada para
remoção de gás ácido (H2S, RSH e CO2, principalmente)
Faz-se uso de processos de tratamentos com aminas e cáustico
Realiza-se a remoção da água presente, através da desidratação com
peneira molecular
A corrente vai para a área fria
OLEFINAS
Descrição do Processo
✓ Área Fria – formada por um grande números de sistemas de separação
cujo objetivo é a obtenção de produtos de elevada pureza
Os vapores contendo as olefinas desejadas são separadas em seus
produtos de interesses
1ª etapa – separação criogênica do Hidrogênio
Hidrogênio será utilizado nos processos de hidrogenação de propadieno e
de compostos acetilênicos
A corrente segue então para o seu fracionamento...26/03/2018
10
OLEFINAS
Descrição do Processo
- Para cargas gasosas (etano e propano)- front-end demethanizer
Os hidrocarbonetos mais leves serão sucessivamente separados em uma
série de torres fracionadoras
R
e
to
rn
a
 p
a
ra
 a
 p
ir
ó
li
s
e
OLEFINAS
- Para cargas de nafta petroquímica - front-end depropanizer
Existe a produção de grande quantidade de produtos mais pesados
(corrente C3
+)
A separação é iniciada pela divisão da corrente de produtos em uma
corrente C3
- e outra C4
+.
Os componentes individuais dessas correntes serão separados,
posteriormente, por destilação.
- Desmetanizadora
- Desetanizadora
- Despropanizadora
- Desbutanizadora
- Fracionamento de Nafta
R
e
to
rn
a
 p
a
ra
 a
 p
ir
ó
li
s
e
26/03/2018
11
OLEFINAS
- Para cargas de nafta petroquímica - front-end depropanizer
- Desmetanizadora
A corrente de topo, rica em CH4, poderá ser utilizada como combustível em fornos ou para a
produção de gás de síntese e metanol
- Desetanizadora
A corrente C2 é separada no topo e, após hidrogenação controlada do acetileno, sofre um
novo fracionamento para separação entre eteno (produto) e etano (que é reciclado ao forno
de pirólise de cargas gasosas)
- Despropanizadora
A corrente C3, separada no topo, é hidrotratada para saturação do propadieno e do propino,
sendo depois fracionada em propeno (produto) e propano (que também vai para o forno de
pirólise de cargas gasosas)
OLEFINAS
- Para cargas de nafta petroquímica - front-end depropanizer
- Desbutanizadora
A corrente C4, contem butenos e butadienos , é retirada no topo, e passa por uma torres
extratora onde são usados solventes nitrogenados para a remoção de butadieno. Os
butenos e isobutenos (rafinados da extração) podem ser utilizados como matéria prima para
a produção de outros produtos como: MTBE, ETBE (éter metil (ou etil) terc butílico -
melhoram o nº de octanagem da gasolina)
- Fracionamento de Nafta
A corrente C5, corrente de fundo da desbutanizadora, passa por um processo de
hidrogenação dos compostos acetilênicos remanescentes (devido a sua alta reatividade) Em
seguida, a fração C5 é separada em compostos mais pesados na seção de fracionamento de
nafta, podendo ser enviada para a extração de isopreno, por exemplo. E, o restante da
fração C5 pode ser empregado na formulação da gasolina.
26/03/2018
12
OLEFINAS
As variáveis importantes do processo são temperatura do reator, tempo de
residência, e relação vapor/hidrocarboneto.
Temperatura do reator
Hidrocarbonetos de pesos moleculares maiores geralmente craqueam a
temperaturas mais baixas do que compostos de pesos moleculares mais
baixos. Por exemplo, a temperatura de craqueamento do etano é
aproximadamente 800ºC enquanto da nafta está em torno de 675- 700ºC
Tempo de Residência
Para um alto rendimento de olefinas - tempos de residência pequeno
Quando etano e gases mais leves são usados como cargas, tempos de
residência mais curtos são usados para maximizar a produção de olefinas
e minimizar BTX (Benzeno, Tolueno, Xileno) e rendimento de líquidos
OLEFINAS
Relação vapor/hidrocarboneto
Uma elevada relação vapor/hidrocarboneto favorece a formação de
olefinas. O vapor reduz a pressão parcial da mistura de hidrocarboneto e
aumenta o rendimento de olefinas.
Cargas pesadas de hidrocarbonetos requerem mais vapor do que cargas
gasosas. A proporção entre vapor e etano é aproximadamente 0.2:1 e 1:1.2
para cargas líquidas
26/03/2018
13
OLEFINAS
Produção de Olefinas
As olefinas leves são tradicionalmente produzidas através do
processo de pirólise, porém devido ao aumento de mercado de
produtos petroquímicos e a baixa disponibilidade de nafta
petroquímica e gás natural levaram diversas empresas a pesquisar
e desenvolver processos para a conversão de cargas mais pesadas
em produtos petroquímicos básicos.
➢ Processos de Produção - FCC Petroquímico - Processo de
Craqueamento Catalítico Fluido
OLEFINAS
Processos de Produção - FCC Petroquímico - Processo de
Craqueamento Catalítico Fluido
É um processo de refino que visa aumentar a produção de gasolina, GLP
e olefinas de uma refinaria, através da conversão de cortes pesados
provenientes da destilação do petróleo (gasóleo e resíduos), em frações
mais leves.
O craqueamento catalítico corrige a produção de gasolina, GLP e
olefinas, suplementando a diferença entre a quantidade obtida
diretamente do petróleo e a requerida pela refinaria, atendendo ao
mercado de sua área de influência.
Baseado nos processos básicos de FCC – No REFINO de petróleo...
26/03/2018
14
OLEFINAS
Na Petroquímica:
Aumento de mercado de produtos petroquímicos e a baixa
disponibilidade de nafta petroquímica e gás natural
FCC Petroquímico – gerar o aumento do rendimento das olefinas
leves com foco na maximização do propeno (que é a olefina que mais
cresce no mercado nos últimos anos)
FCC tradicional (do refino) com modificações dos catalisadores e das
principais variáveis de processo (temperatura, tempo de residência,
razão catalisador/óleo e razão vapor/carga)
Processos de Produção - FCC Petroquímico - Processo de
Craqueamento Catalítico Fluido
OLEFINAS
Processos de Produção - Olefinas a partir de Gás de Refinaria
O gás proveniente dos diversos processos de uma refinaria pode conter
teores significativos de hidrocarbonetos com 2 átomos de carbono (etano
e eteno).
Tratamento do gás para a retirada de contaminantes (compostos
sulfurados, CO, etc)
Separação dos gases através de processos criogênicos
Eteno pode ser utilizado diretamente como petroquímico básico
Etano pode ser enviado para o processo de pirólise a vapor (aumentando
a produção de eteno)
Tratamentos SeparaçãoGás de 
Refinaria Etano
Eteno
contaminantes
Metano + Hidrogênio
C3
+
26/03/2018
15
OLEFINAS
Permite a produção de eteno a partir de uma matéria prima renovável
Processos de Produção – Desidratação do Etanol para a produção de 
eteno
C2H5OH  C2H4O + H2O
Etanol Seção de pré 
aquecimento
Seção de 
reação
Resfriamento e 
lavagem com 
água e soda
Secagem e 
Separação
Eteno
OLEFINAS
26/03/2018
16
OLEFINAS