CONVERSÃO TERMICA E VISCOREDUÇÃO

Prévia do material em texto

Departamento de 
Engenharia
Engenharia de Petróleo e Gás
Refino do Petróleo e do Gás 
Natural 
Processos de Conversão
Professor: Raul Santos
Salvador/BA
MAIO/ 2020
Processos de Conversão
Tipos de processos realizados nas refinarias
•Craqueamento Catalítico
•Hidrocraqueamento Catalítico
•Alcoilação Catalítica
•Reformação Catalítica
•Craqueamento Térmico
•Viscorredução
•Coqueamento Retardado
4
6 PROCESSOS DE CONVERSÃO
5
PROCESSOS DE CONVERSÃO:
Os processos de conversão são sempre de natureza 
química e visam transformar uma fração em 
outra(s), ou alterar profundamente a constituição 
molecular de uma dada fração, de forma a melhorar 
sua qualidade, valorizando-a. Isto pode ser 
conseguido através de reações de quebra, 
reagrupamento ou reestruturação molecular.
6
PROCESSOS DE CONVERSÃO:
As reações específicas de cada processo são 
conseguidas por ação conjugada de temperatura e 
pressão sobre os cortes, sendo bastante freqüente 
também a presença de um agente promotor
de reação, denominado catalisador. Conforme a 
presença ou ausência deste agente, pode-se 
classificar os processos de conversão em dois 
subgrupos: catalíticos ou não catalíticos.
7
PROCESSOS DE CONVERSÃO:
É importante ressaltar que, devido às alterações 
químicas processadas, os produtos que saem 
desses processos, se misturados, não reconstituem 
a carga original. Processos de conversão são, em 
geral, de elevada rentabilidade, principalmente 
quando transformam frações de baixo valor 
comercial (gasóleos, resíduos) em outras de 
maiores valores (GLP, naftas, querosenes e diesel).
PROCESSOS DE CONVERSÃO:
De forma similar aos processos de separação, os de 
conversão apresentam, também como 
característica, elevado investimento para suas 
implantações, no entanto principalmente os 
processos de craqueamento térmico ou catalítico 
apresentam curto tempo de retorno do capital 
investido. Em alguns casos, o retorno do capital 
pode ocorrer em cerca de um ano apenas.
9
5 – Relação de Equipamentos e Quantidades
PROCESSOS DE CONVERSÃO NÃO CATALÍTICO:
-6.1 Craqueamento Térmico;
-6.2 Viscorredução;
-6.3 Coqueamento Retardo;
PROCESSOS DE CONVERSÃO CATALÍTICO:
-6.4 Craqueamento Catalítico;
- 6.5 Hidrocraqueamento;
-6.6 Alcoilação; 
-6.7 Reformação;
CRAQUEAMENTO
• Derivado do verbo em inglês to crack: quebrar, dividir.
• O objetivo é aumentar a produção de Gasolina e GLP
• As reações de craqueamento envolvem a ruptura apenas
da ligação C-C das moléculas dos hidrocarbonetos.
• As reações são endotérmicas, ou seja, necessitam de calor
para que ocorram.
• Em ambos os tipos de craqueamento a utilização de
temperaturas relativamente altas é essencial.
6.0.1 Introdução
Craqueamento - Trata-se de Pirólise de hidrocarboneto, de massa 
molecular alta,em ausência de ar, originando hidrocarbonetos de 
menor massa molecular. 
CRAQUEAMENTO
• Craqueamento pode ser:
• Térmico
• Catalítico
Craqueamento térmico- exige pressões e temperaturas altíssimas para a quebra da
molécula.
Craqueamento catalítico- é realizado com um catalisador.
6.1 Craqueamento Térmico
6.1.1 PROCESSOS TÉRMICOS
Frações pesadas do petróleo são 
convertidas em produtos mais 
leves, por ação conjugada de T e P
São Processos de Conversão
Operações usuais:
• Craqueamento Térmico
• Viscorredução
• Coqueamento Retardado
• Craqueamento térmico, onde a temperatura atinge cerca de 500 oC a 
uma pressão de 9,5 atm. 
NOÇÕES
• A velocidade de reação corresponde à freqüência com que 
se sucedem os choques, ao número de coques e à energia 
necessária para que a reação ocorra.
• A freqüência de colisão depende de:
• proximidade das moléculas: concentração e pressão;
• tamanho das moléculas;
• como se movimentam: peso e temperatura.
• Outros fatores:
• geometria da molécula;
• energia fornecida ao meio reacional;
• a orientação dos choques.
6.1.2 Craqueamento Térmico
• O craqueamento térmico é o mais antigo dos 
processos de conversão, surgindo logo após o 
advento da destilação. Seu aparecimento data do 
início do século XX, tendo uma importância relevante 
até o início dos anos cinqüenta, quando entrou em 
obsolescência, deslocado pelo craqueamento 
catalítico.
Craqueamento Térmico
• Tem por finalidade quebrar moléculas presentes no 
gasóleo de vácuo ou no resíduo atmosférico, por meio 
de elevadas temperaturas e pressões, visando obter-se 
principalmente gasolina e GLP. Gera também, como 
subprodutos, gás combustível, óleo leve (diesel de 
craqueamento) e óleo residual, além da formação de 
coque. 
Craqueamento Térmico
UNIDADE DE
CRAQUEAMENTO 
TÉRMICO
•gasóleo 
de vácuo 
.RAT
Gasolina
GLP
gás combustível
óleo leve 
(diesel de
craqueamento) 
óleo residual
Craqueamento Térmico
• Este é o principal problema do processo, porque, como o 
coque não é removido continuamente dos 
equipamentos, acaba sendo acumulado, o que provoca 
entupimentos obrigando assim a freqüentes paradas para 
descoqueificação, reduzindo em muito o fator 
operacional.
Craqueamento Térmico
• O primeiro processo comercial de craqueamento
térmico começou a operar em 1915.
• A PETROBRAS teve uma unidade de craqueamento 
térmico instalada na RPBC, que craqueava, 
simultaneamente, resíduo atmosférico e nafta. Sua 
operação iniciou-se em 1955, sendo paralisada em 
1971, quando entrou em operação o craqueamento 
catalítico. Suas instalações foram aproveitadas, sendo 
ela transformada em unidade de destilação 
atmosférica, constituindo-se hoje na U-N.
Craqueamento Térmico
• Grandes cadeias de hidrocarbonetos são aquecidas a altas temperaturas
(e algumas vezes a altas pressões também) até que elas se quebrem
(craqueiem).
• Opera com pressões na faixa de 2.000 Kpa a 6.000 Kpa.
• E temperaturas de 500º a 600ºC
Craqueamento Térmico
• A carga para o craqueamento térmico é normalmente 
resíduo atmosférico ou gasóleo. Não é comum utilizar-se 
resíduo de vácuo como carga, devido à baixa taxa de 
conversão em produtos comerciais.
O processo inicia com a entrada da carga aquecida na coluna 
de fracionamento. No interior desta, o resíduo atmosférico 
(ou gasóleo) é diluído pelo refluxo interior, e a corrente 
resultante sai pelo fundo da torre, em direção aos fornos de 
craqueamento.
Craqueamento Térmico
• Dentro dos fornos, a carga é aquecida rapidamente, 
podendo a temperatura de saída ser superior a 550ºC, 
conforme a carga.
À saída dos fornos, os produtos craqueados entram 
em um vaso de grande capacidade, conhecido como 
câmara de reação, onde permanecem de um a dois 
minutos, para que as reações se completem. Caso 
algum coque tenha se formado, ficará retido no 
interior deste vaso.
Craqueamento Térmico
• Os produtos efluentes da câmara de reação vão em seguida 
para um tambor de flash conhecido como câmara de expansão, 
onde os gases do craqueamento separam-se dos óleos 
residuais.
Esses gases retornam à torre de fracionamento, para serem 
separados conforme suas temperaturas de ebulição.
Pelo topo, saem vapores de nafta e gases leves, que, após 
serem resfriados, são separados em um tambor de acúmulo. 
Como retiradas laterais, pode-se ter os gasóleos leve e pesado, 
reciclados ou não aos fornos.
Devido ao acúmulo de coque na câmara de reação, 
periodicamente a operação é suspensa para a descoqueificação 
de vaso e tubulações dos fornos.
Relembrando :
CRAQUEAMENTO TÉRMICO
Gases
Gasolina
VA
Óleo Leve
Carga
Óleo 
Combustível 
Residual
FORNO
CÂMARA
DE REAÇÃO
CÂMARA DE
EXPANSÃO
T~550ºC
RAT
Gasóleos
1942 - Pioneirismo
O Início 
das Pesquisas...
1942
CRAQUEAMENTO CATALÍTICO – Conceito: 
ÓLEOS VEGETAIS
+
Catalisador
AQUECIMENTO
HIDROCARBONETOS
Craqueamento 
• REALIZA-SE CRAQUEAMENTO TÉRMICO OU PIRÓLISE, E DE MANEIRA ANÁLOGA AO
CRAQUEAMENTO DE FRAÇÕES DESTILADAS DE PETRÓLEO, O PROCESSO PROVOCA A QUEBRA
DE MOLÉCULAS DERIVADAS (ÉSTERES DE ETILA E METILA) DOS ÁCIDOS GRAXOS OU DOS
PRÓPRIOS ÓLEOS VEGETAIS E ANIMAIS BRUTOS (NUMA ALTERNATIVA À ROTA DE
TRANSESTERIFICAÇÃO, POR AQUECIMENTOA ALTAS TEMPERATURAS (SUPERIORES A 450°C)
NA AUSÊNCIA DE AR OU OXIGÊNIO, FORMANDO UMA MISTURA DE COMPOSTOS QUÍMICOS
COM PROPRIEDADES MUITO SEMELHANTES ÀS DO DIESEL DE PETRÓLEO, E POR ISSO, SENDO
CHAMADO BIO-ÓLEO, UM COMBUSTÍVEL QUE POSSA SER UTILIZADO EM QUALQUER MOTOR
DIESEL. O BIODIESEL DERIVADO DE ÓLEOS VEGETAIS APRESENTA ALGUMAS PROPRIEDADES,
COMO A VISCOSIDADE, FORA DOS PADRÕES ESTABELECIDOS PELAS AGÊNCIAS REGULADORAS
DE COMBUSTÍVEIS, E NECESSITA SER TRATADO PARA ATENDER AOS PADRÕES DA ANP.
Craqueamento 
• POR EXEMPLO, A VISCOSIDADE DO BIODIESEL DERIVADO POR TRANSESTERIFICAÇÃO DE ÓLEO
DE MAMONA É SUPERIOR À VISCOSIDADE DO ÓLEO DE SOJA. PORTANTO, COMO TEM SIDO
FEITO EM DIVERSOS PAÍSES, O BIODIESEL SÓ PODE SER USADO EM MOTORES DE CICLO DIESEL
QUANDO ADICIONADO AO DIESEL DE PETRÓLEO ATÉ UM LIMITE DE 20% EM VOLUME, A
CHAMADA MISTURA B20. DIFERENTEMENTE DO CRAQUEAMENTO DE FRAÇÕES DE PETRÓLEO,
O CRAQUEAMENTO DE ÁCIDOS GRAXOS LEVA À FORMAÇÃO DE MOLÉCULAS DE
HIDROCARBONETOS DE DIFERENTES TAMANHOS E DE GÁS CARBÔNICO (CO2) E ÁGUA (H2O),
DEVIDO A PRESENÇA DO GRUPO CARBOXILA NOS ÁCIDOS GRAXOS. EM ALGUMAS SITUAÇÕES
ESSE PROCESSO TAMBÉM É AUXILIADO POR CATALISADORES ( CRAQUEAMENTO CATALÍTICO)
PARA A QUEBRA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS, DE MODO A GERAR MOLÉCULAS AINDA MENORES.
Craqueamento 
• O ÓLEO VEGETAL OU SEBOS SÃO COLOCADOS EM UM CRAQUEADOR DE AÇO INOXIDÁVEL, 
SENDO SUBMETIDOS A ALTA TEMPERATURA, NA PRESENÇA OU NÃO DE CATALISADORES. NESTE
CRAQUEADOR, ADEQUADO A PRODUÇÕES DE PEQUENA ESCALA, CONTRARIAMENTE À
TRNSESTERIFICAÇÃO DIRETA, OCORRE ROMPIMENTO DAS MOÉCULAS DE ÁCIDOS GRAXOS E A
LIBERAÇÃO DA GLICERINA (GLICEROL, QUE ANTERIORMENTE, FORMAVA COM OS ÁCIDOS
GRAXOS ÍNTEGROS OS TRIGLICERÍDEOS, OS LIPÍDEOS. O CUSTO DE REFINO DO GLICEROL NESTE
PROCESSO É, PROPORCIONALMENTE, MAIOR QUE NAS PLANTAS DE GRANDE DIMENSÃO, 
APRESENTANDO IRREGULARIDADE DA PRODUÇÃO PELA PRÓPRIA DIFICULDADE DE SE OBTER
REGULARIDADE DE COMPOSIÇÃO DAS MATÉRIS PRIMAS, E CONSEQUENTEMENTE, DIFICULDADE
DE CONTROLE DO PROCESSO QUÍMICO. APÓS O CRAQUEAMENTO, A MISTURA DE
HIDROCARBONETOS E ALGUNS SUBPRODUTOS E RESÍDUOS É ENTÃO SEPARADA POR PROCESSO
DE DESTILAÇÃO À PRESSÃO ATMOSFÉRICA.
Craqueamento 
• AS TEMPERATURAS DE CRAQUEAMENTO E RENDIMENTO (%) POR FAIXA DE TEMPERATURA DE
CORTE ( OC) NA DESTILAÇÃO DA MISTURA DE HIDROCARBONETOS OBTIDOS DURANTE O
CRAQUEAMENTO DE ÓLEOS VEGETAIS SÃO AS SEGUINTES:
ÓLEO
TEMPERATURA 
DE 
CRAQUEAMENT
O (°C)
<80 80 A 140 140 A 200 >200
SOJA 350 A 400 10 15 15 60
SAIS SOJA 300 A 320 15 10 15 60
DENDÊ 330 A 380 7 9 9 75
MAMONA 350 A 400 10 10 20 60
Craqueamento 
• A FRAÇÃO (MISTURA DE HIDROCARBONETOS) QUE DESTILA EM TEMPERATURAS SUPERIORES A
200 OC APRESENTA PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS SEMELHANTES ÀS DO DIESEL DE
PETRÓLEO, INDICANDO QUE O COMBUSTÍVEL OBTIDO ATRAVÉS DE CRAQUEAMENTO TÉRMICO
DE ÓLEOS VEGETAIS PODE SER UMA ALTERNATIVA VIÁVEL EM SUBSTITUIÇÃO AO PETRÓLEO.
Craqueamento 
• DETERMINADOS PROCESSOS EM DESENVOLVIMENTO E IMPLEMENTAÇÃO DE CRAQUEAMENTO DE ÓLEOS DE ORIGEM BIOLÓGICA
COMPREENDEM PROCESSO DE CRAQUEAMENTO TERMOCATALÍTICO, INCLUINDO O USO DE DOIS OU MAIS REATORES DE
CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO, FCC, OCUPANDO UM COM GASÓLEO PESADO OU RESÍDUO EM CONDIÇÕES CONVENCIONAIS, 
COMO NA INDUSTRIA DE PETRÓLEO, ENQUANTO QUE PELO MENOS UM DOS OUTROS REATORES PROCESSAM ÓLEOS VEGETAIS EM
CONDIÇÕES ADEQUADAS À PRODUÇÃO DE ÓLEO DIESEL BIO-ÓLEO. DENTRE ESTES PROCESSO UTILIZA-SE EM ALGUNS O MESMO
CATALISADOR UTILIZADO NO PROCESSO DE FCC. TAIS PROCESSOS TRANSFORMAM MATÉRIAS-PRIMAS COM ALTO VALOR CALÓRICO EM
HIDROCARBONETOS COMBUSTÍVEIS E APRESENTAM EXCELENTE EFICIÊNCIA PARA A OBTENÇÃO DE PRODUTOS COM ALTA PUREZA E NÃO
APRESENTAM A FORMAÇÃO DE GLICERINA COMO SUBPRODUTO TÍPICO DO PROCESSO DE TRANSESTERIFICAÇÂO. O ÓLEO DIESEL
PRODUZIDO ATRAVÉS DESTES PROCESSOS TEM QUALIDADE SUPERIOR, APRESENTA NÚMERO DE CETANO MAIOR DO QUE 40, POIS AS
REAÇÕES DE CRAQUEAMENTO OCORREM A TEMPERATURAS BAIXAS E OS PRODUTOS OBTIDOS SÃO MENOS OXIDADOS, E PORTANTO SÃO
MAIS PUROS, DO QUE AQUELES OBTIDOS ATRAVÉS DA TECNOLOGIA CONVENCIONAL NÃO CATALÍTICA.
• A Viscorredução é uma operação semelhante ao 
craqueamento térmico, porém realizada sob 
condições mais brandas. A finalidade principal não 
é produzir frações leves, mas sim diminuir a 
viscosidade do óleo residual e, dessa maneira, 
evitar que frações intermediárias sejam a ele 
adicionadas para o acerto desta propriedade.
6.2 VISCORREDUÇÃO
VISCORREDUÇÃO
• Dependendo da natureza da carga (cru reduzido ou resíduo de 
vácuo), tem-se a formação de gases leves, nafta e gasóleos. O 
produto residual da viscorredução, com uma alta porcentagem 
de hidrocarbonetos aromáticos polinucleados, é conhecido como 
alcatrão de petróleo.
Devido às condições de operação não serem por demais severas, 
a formação de coque não é tão substancial quanto no 
craqueamento térmico.
• O processo tem início com o aquecimento gradual da carga, 
aproveitando as correntes quentes que deixam a unidade. A 
seguir, o fluxo penetra no forno de viscorredução, onde sua 
temperatura pode atingir 480ºC. A pressão de trabalho oscila 
entre 13 e 35 kg/cm2. A passagem na fornalha é rápida, em 
escoamento turbulento, de modo a reduzir a formação de coque.
• O produto efluente, após deixar os fornos, recebe uma 
corrente de gasóleo pesado, para que sua temperatura seja 
reduzida (“quench”). A mistura resultante, com uma 
temperatura mais baixa, penetra na torre de fracionamento.
• Na região de entrada de carga, ocorre um “flash”, e as 
frações leves e intermediárias são vaporizadas. O produto 
residual, com sua viscosidade diminuída, acumula-se no 
fundo da torre e é continuamente retirado (alcatrão de 
viscorredução).
Essa corrente é incorporada à produção de óleo combustível 
da refinaria.
• Gasóleos pesados e leves são retirados lateralmente 
na fracionadora e, conforme o esquema de refino, 
podem ter duas finalidades: carga para craqueamento 
térmico ou catalítico, se estas unidades existirem, ou 
incorporação ao “pool” de óleo combustível. Pelo 
topo da fracionadora, saem as frações mais leves, 
gases e nafta não estabilizada, que são separadas no 
tambor de acúmulo de topo.
Gases
Gasolina
VA
Gasóleo 
p/FCC
FORNO
T~480ºC
Resíduo de
Viscorredução
(quench)
V
Tanque
Decantador
• A viscorredução teve sua fase de importância entre os anos trinta e 
cinqüenta,quando também foi atingida pelo advento do craqueamento 
catalítico e da destilação a vácuo
• Atualmente, é um processo considerado totalmente obsoleto, em face 
do seu alto custo operacional e de sua baixa rentabilidade
Não há, no país, nenhuma unidade em 
operação,embora uma tenha sido instalada nos 
primórdios da RPBC , sendo transformada e 
adaptada para operar como destilação 
atmosférica.