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CURSO DE PROCESSOS DE REFINO — Universidade Petrobras Instrutora: Cristina Neves Passos INP/PRI/Academia RGN Gestor: INP/PRI/ACAD-RGN Versão: 2020 — TÓPICOS 1.VISÃO GERAL DE ESQUEMAS DE REFINO 2.DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA E A VÁCUO 3.CRAQUEAMENTO CATALÍTICO 4.COQUEAMENTO RETARDADO 5.HIDRORREFINO 6.GERAÇÃO DE HIDROGÊNIO 7.REFORMA CATALÍTICA 8.ALQUILAÇÃO CATALÍTICA 9.TRATAMENTOS CONVENCIONAIS 10.RECUPERAÇÃO DE ENXOFRE 11.UNIDADE DE TRATAMENTO DE ÁGUAS ÁCIDAS 12.PROCESSOS DE PRODUÇÃO DE ÓLEOS BÁSICOS LUBRIFICANTES E PARAFINAS — Informes: O material de apoio está no Teams. Escrevam as perguntas durante as aulas de forma mais objetiva possível. Elas serão respondidas ao final da aula ou nas aulas de dúvidas. Ao longo do curso, serão enviados (durante a aula e via Teams) 5 links com questionários, que não valem nota, e serão usados para acompanhamento do aprendizado. Atenção: as questões não são a prova. A disciplina será dividida em duas partes (I – Cristina e II – Debora) e duas provas. A prova da primeira parte serão 20 questões objetivas com consulta. Conteúdo da primeira prova: Esquemas de Refino, Destilação, Craqueamento (FCC) e Coqueamento (UCR). — Para saber mais: Livro: Processamento de Petróleo e Gás Autor: Nilo Índio do Brasil e al 2ª Edição (2014) Editora: LTC ISBN-13: 9788521626060 — O que faz uma refinaria ? Petróleos Importação Derivados Importação Petróleos Exportação Derivados Exportação — 5% 45% 7% 22% 11% 10% 2015 Perfil da demanda de derivados O Brasil de 1950 a 2015 38% 19% 6% 34% 3% Anos 50 33% 22% 5% 32% 7% Anos 60 31% 25% 5% 28% 4% 7% Anos 70 21% 36% 4% 15% 11% 12% Anos 80 16% 37% 4% 17% 12% 13% Anos 90 37% 5% 44% 6% 21% 13% 11% 2010 GLP Óleo Combustível Diesel QAV Gasolina Nafta Petroq. — GÁS PETRÓLEO PRODUTOS INTERMEDIÁRIOS PRODUTOS QUÍMICOS Entrada ou Carga Saída PRODUTOS FINAIS ou ACABADOS PRODUTOS INTERMEDIÁRIOS SUBPRODUTOS Unidade de Processo Unidades de Processo A refinaria compatibiliza o petróleo que recebe com o que o mercado precisa. Alguns derivados são produzidos na saída da primeira unidade enquanto outros só após o processamento de várias unidades — Esquema de Refino Cada refinaria é construída de acordo com o tipo de petróleo e necessidades do mercado. Um esquema de refino define e limita o tipo e a quantidade de derivados. Por isso, alguns derivados só podem ser produzidos em determinadas refinarias Cada refinaria é constituída de um conjunto (arranjo) próprio das unidades de modo a compatibilizar o petróleo e a necessidade dos derivados. Esse arranjo é chamado de Esquema de Refino R7V1 Nota de processo — Durante a vida de uma refinaria, pode mudar o tipo de petróleo que ela recebe, como também podem mudar as especificações (qualidade) ou a demanda (quantidade) dos derivados por ela produzidos Assim toda refinaria possui um certo grau de FLEXIBILIDADE FLEXIBILIDADE é a capacidade de uma refinaria reprogramar dinamicamente a operação do seu Esquema de Refino, que permite reajustar as Unidades para se adequar às mudanças no tipo de óleo e nas necessidades do mercado e ambientais Esquema de Refino — Processos de Refinação FÍSICOS CONVERSÃO TRATAMENTOS AUXILIARES Destilação de petróleo Extração de Aromáticos Fracionamento de Aromáticos Desasfaltação Desaromatização Desparafinação Desoleificação Craqueamento Térmico Viscorredução Coqueamento Retardado Craqueamento Catalítico Hidrocraqueamento Reforma Catalítica Alquilação Catalítica Dessalgação* Tratamento Cáustico Tratamento Cáustico Regenerativo Bender Tratamento com aminas Hidrotratamento Geração de Hidrogênio Tratamento d’água Geração de Vapor e Energia Tratamento de Efluentes Recuperação de Enxofre R7V1 Nota Não há transformação grande nas moléculas; separação em partes da carga. R7V1 Nota separar nas frações básicas; depende muito da qualidade do petróleo R7V1 Nota os 4 Processos de uma Planta de lubrificantes: R7V1 Nota NaOH R7V1 Nota NaOH R7V1 Nota e reaproveita boa parte — Processos de Separação Física Destilação de petróleo Extração de Aromático Fracionamento de Aromático Desasfaltação Desaromatização Desparafinação Desoleificação São sempre de natureza física. A natureza química das moléculas não é alterada. A força motriz para a separação pode ser: • energia com variação de pressão e temperatura sobre o petróleo e suas frações • diferença de afinidade química (relação de solubilidades) entre correntes. — Desasfaltação — São sempre de natureza química e visam transformar uma fração em outra ou alterar profundamente a constituição molecular de uma dada fração sempre visando obter frações de maior valor. São processos de elevada rentabilidade. Os processos de conversão com presença de catalisador são chamados de Processos Catalíticos. Processos de Conversão Craqueamento Térmico Viscorredução Coqueamento Retardado Craqueamento Catalítico Hidrocraqueamento Reforma Catalítica Alquilação Catalítica Conversão Térmica Conversão Catalítica Rearranjo Molecular Junção Molecular R7V1 Nota aumentar a velocidade das reações; interferir na seletividade. — São de natureza química e visam eliminar impurezas presentes nas frações que possam comprometer suas qualidades finais, estabilizando quimicamente o produto acabado. Dentre as impurezas, compostos de enxofre e nitrogênio conferem às frações propriedades corrosivas, ácidas e poluentes. Quanto mais pesada é a fração mais difícil é a remoção de contaminantes. Nestes casos utilizam-se processos chamados de hidrotratamentos. Processos de Tratamento Dessalgação* Tratamento Cáustico Tratamento Cáustico Regenerativo Bender Tratamento com aminas Hidrotratamento — Fornecem água, energia, vapor, hidrogênio para as diversas unidades de processo da refinaria. Recebem correntes como: água de processo, gás ácido das diversas unidades de processo e adequam ao descarte. São unidades críticas pois sua parada ou mal funcionamento, impactam simultaneamente todas as unidades. Processos Auxiliares Geração de Hidrogênio Tratamento d’água Geração de Vapor e Energia Tratamento de Efluentes Recuperação de Enxofre — Conexão entre os Processos de Refino e Entrega do Produto A área responsável pela conexão entre os processos e a tancagem chama-se Transferência e Estocagem (TE). Na TE são realizadas as formulações e misturas finais dos produtos, além das operações de conexão entre as unidades de processo. — Destilação Atmosférica Hidrotratamento e/ou Tratamento Cáustico Regenerativo (QAV) Petróleo Resíduo Atmosférico Óleo Combustível Nafta Gás Combustível, GLP Hidrocarbonetos Leves Querosene/ Óleo Diesel Destilados Médios Petroquímica e SolventeTratamento Configuração Destilação R7V1 Nota exemplo esquemático da RPCC - refinaria simples; só a separação e tratamento; não há conversão R7V1 Nota querosene e gasóleos atrmosféricos (diesel leve/ diesel pesado) R7V1 Nota R7V1 Nota separação R7V1 Nota não pode mexer muito na unidade quanto os produtos; depedente da qualidade do petroleo — Destilação Atmosférica Objetivo: Separar fisicamente o petróleo em suas frações básicas. NAFTA GLP QUEROSENE Gasóleo Atmosférico GÁS COMBUSTÍVEL RESÍDUO ATMOSFÉRICO (RAT) PETRÓLEO Leve (NL) Pesada (NP) Leve (GOL) Pesado (GOP) DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA R7V1 Nota antes de entrar passa pela dessalgação R7V1 Nota R7V1 Nota do mais leve para os mais pesados R7V1 Nota tratado na unidade de aminas para remoção de gás sulfídrico e outros contaminantes de caráter ácido (CO2) e depois vai para o anel de gás da refinaria R7V1 Nota mistura predominantemente com hidrocarboneto de 3 a 4 atomos de carbono R7V1 Nota na Petrobras só se produz querosene na destilação atm; outro processo seria o HCC, mas não tem na petrobras ainda R7V1 Nota esses termos GOL/GOP são mais utilizadospara destilaçao atmosférica a vácuo; nese caso aqui é diesel leve ou pesado R7V1 Nota corrente liquida mais pesada — UNIDADE DE DESTILAÇÃO Destilação Atmosférica — GLP NL/NP QAV DL DP GOL GOP RV 1,5 14,5 11,5 16,5 6,0 2,5 23,0 24,5 Rendimentos Volumétricos – Petróleo Cabiúnas Produtos da Destilação Atmosférica e a Vácuo RV NAFTA QUER. DL GOP DP — OBJETIVO : Tratar cataliticamente com hidrogênio, frações leves, médias e pesadas, visando melhorar suas respectivas qualidades. CARGAS : Naftas, querosene, óleo diesel, gasóleos, lubrificantes PRODUTOS : O produto hidrotratado e frações mais leves que a carga. TIPO DE PROCESSO : Tratamento via Conversão Química. RENDIMENTOS TÍPICOS : Variável com severidade Hidrotratamento R7V1 Nota óleos lubrificantes e parafinas R7V1 Nota nafta R7V1 Nota querosenes e gasóleos R7V1 Nota tirar S e N; estabilizar R7V1 Nota pressão, temperatura e tempo de residência — Hidrodessulfurização de Nafta Craqueada UNIDADE DE HIDRODESSULFURIZAÇÃO (HDS) DE NAFTA CRAQUEADA – RPBC/2011 — Reator do HDT de diesel da RNEST Diâm. Int.: 4,9 m; Comp. entre tg: 21,5 m Espessura costado: 157 mm (8 revest.) Material básico: Aço Liga 21/2 Cr–1 Mo-1 V P proj = 134 kgf/cm2 ; T proj = 430º C Peso estimado = 480 ton sem internos — Hidrotratamento - Antes e Depois Diesel carga (não tratado) Diesel produto (tratado) — HIDROGÊNIO GÁS CARBON. GERAÇÃO DE HIDROGÊNIO GÁS NATURAL NAFTA LEVE OU Geração de Hidrogênio CxHy + x H2O x CO + (x + y/2) H2 (Reação de reforma) x CO + x H2O x CO2 + x H2 (Reação de deslocamento – “Shift”) Somando-se as duas reações, tem-se: CxHy + 2x H2O x CO2 + (2x + y/2) H2 R7V1 Nota a vapor R7V1 Nota pmm metano R7V1 Nota endotérmica — — PRÉ-TRATAMENTO DA CARGA FORNO REFORMADOR Geração de Hidrogênio — Enxofre URE - Unidade de Recuperação de Enxofre OBJETIVO: Abater emissões atmosféricas Recupera o enxofre contido nas correntes de gases ácidos, com vista a minimização das emissões de SOx em atendimento às normas governamentais. Gás Ácido URE Ar R7V1 Nota etapa termica e catalítica — URE - Unidade de Recuperação de Enxofre — Destilação Atmosférica Reforma Catalítica Hidrotratamento e TCR (QAV) Petróleo Resíduo Atmosférico Óleo Combustível Nafta Leve Nafta Pesada Reformado Gasolina Gás Combustível, GLP Hidrocarbonetos Leves Querosene/ Diesel Destilados Médios Petroquímica e Solvente Tratamento Configuração Destilação e Reforma — Reações da Reforma Catalítica — GÁS COMBUSTÍVEL GÁS COMB. GLP NAFTA REFORMADA NAFTA DD. HIDROGÊNIO REFORMA CATALÍTICA Reforma Catalítica NK Hidrotatada R7V1 Nota exitem na: REDUC, RPBC, REVAP, REPLAN, REPAR R7V1 Nota DD: destilação direta; vem da destilação atmosférica; nafta de baixa octanagem (olefinas e baixo teor de aromáticos) R7V1 Nota alto teor de aromáticos - aumenta a octanagem R7V1 Nota nafta de coqueamento R7V1 Nota "pool" de gasolina- mistura de naftas de vários processos da refinaria — Reforma Catalítica - Fornos da U-1220 - Reduc R7V1 Nota semi-regenerativo — Reforma Catalítica – Reatores da U-1220 - Reduc — Outras Unidades para Aumento de Número de Octano de Naftas. Alquilação (junção molecular) • buteno 2 ou isobuteno + isobutano → 2, 2, 4 trimetil pentano Isomerização (rearranjo molecular) • C5 e C6 (lineares) → C5 e C6 (ramificados) • RON 60 a 80 RON 83 a 90 • Carga: nafta leve de destilação MTBE (junção molecular) – em desuso. • Metanol + isobuteno → metil tercbutil eter FCC (próximo item) R7V1 Nota isoctano= N.o=100 R7V1 Nota catalítica. Só tem na RPBC. R7V1 Nota catalítica. Não temos na Petrobras. — Destilação Atmosférica Reforma Hidrotratamento e TCR (QAV) Petróleo Resíduo Atmosférico Óleo Combustível Nafta Leve Nafta Pesada Reformado Gasolina Gás Combustível GLP Hidrocarbonetos Leves Querosene/ Óleo Diesel Destilados Médios Destilação a vácuo Resíduo de vácuo FCC Óleo Decantado Óleo Leve (LCO) Hs Leves Gasóleo Nafta Craqueada HDS NC Configuração Craqueamento R7V1 Nota de vácuo: GOL e GOP R7V1 Nota Unidade craqueamento fluídico R7V1 Nota carga: é o RAT R7V1 Nota maior numero de octano, mas ainda tem contaminantes (diolefinas e S) R7V1 Nota hidrotatametno na nafta craqueada R7V1 Nota produz GLP tb; n esta marcado R7V1 Nota utilizado para ajustar a viscosidade do resíduo do vácuo e produzir o óleo combustível — GÁSÓLEO LEVE RESÍDUO DE VÁCUO RES. ATMOSF. DESTILAÇÃO A VÁCUO GASÓLEO PESADO Destilação a Vácuo R7V1 Nota carga mais pesada R7V1 Nota Vaporiza com pressão baixa sem precisar aumentar muito a temperatura R7V1 Nota GOL ou GLV R7V1 Nota GOP ou GPV — Reduc – U-1210 Destilação Atmosférica e a Vácuo — GLP GÁS COMB. GÁS ÁCIDO NAFTA CRAQ. ÓLEO LEVE DE RECICLO GÁS DE COMBUSTÃO ÓLEO DECANTADO AR GASÓLEO RES. ATM. (K) CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO (FCC) Saídas do Craqueamento Catalítico R7V1 Nota 50% de nafta e 20% GLP; não se encontra na refinária outro processo que produza um porcentagem maior R7V1 Nota LCO: light cicl oleo; faixa de destilação semelhante ao do diesel. É enviando para um unidade de hidrotatamento (HDT) para hidrogenar os aromáticos e produzir diesel S500 ou S10 R7V1 Nota utilizado para diluir resíduo de vácuo e produzir óleo combustível; ou se tiver teor alto (adequado de aromáticos) produz o resíduo aromático R7V1 Nota O ar entra pra queimar o Coque. A queima do coque gera energia suficiente para alimentar o processo de craquemento (reações endotérmicas) - e gera CO2, e H20 — Processos de “Fundo de Barril” Função do catalisador: - Baixar a energia de ativação - Direcionar as reações Craqueamento Catalítico da Carga R7V1 Nota aumenta a velocidade R7V1 Nota pela seletividade dos produtos — Craqueamento Catalítico CONVERSOR PETROBRAS CONVERSOR KBR R7V1 Nota muda de cor quando tem a queda do refratário R7V1 Nota regenerador do FCC R7V1 Nota Vaso separador — Craqueamento Catalítico Fluido - FCC U-1250 - Reduc Carga típica: 7 500 m3/d Conjunto Conversor: Reator (Riser: 535 ºC) Regenerador (680 ºC a 710 ºC) R7V1 Nota queimar o coque depositado no catalizador — Configuração Craqueamento Possui uma torre de destilação a vácuo e um processo que vai converter o gasóleo de vácuo em destilados de maior valor agregado. Sensível expansão volumétrica. Maior flexibilidade para compor os derivados finais. — Reforma Hidrotratamento e TCR (QAV) Petróleo Resíduo Atmosférico Óleo Combustível Nafta Leve Nafta Pesada Reformado Gasolina Gás Combustível GLPHidrocarbonetos Leves Querosene/ Óleo Diesel Destilados Médios Destilação a vácuo Resíduo de vácuo Óleo Decantado Óleo Leve (LCO) Hs Leves Gasóleo Nafta Craqueada HDS NC Destilação Atmosférica FCC Coque Gasóleo Pesado Gasóleo Leve Hs Leves Nafta de Coque HDT NK HDT Instáveis Coqueamento Retardado Configuração Coqueamento R7V1 Nota quebra térmica; carga pesada (com muitos contaminantes); necessidade de hidrotatamento R7V1 Nota hidrocarbonetos — O Processo de Coqueamento Retardado Unidade de Coqueamento Retardado (UCR) ou Unidade de Coque de Petróleo (UCP) Resíduo de Vácuo Gás Combustível (5%p) GLP (4%p) Nafta Pesada (6%p) Gasóleo Leve (14%p) Gasóleo Médio (14%p) Gasóleo Pesado (16,5%p) Coque Verde de Petróleo (30%p) H2S (0,5%p) Nafta Leve (10%p) OBS: Rendimentos Médios Típicos Processo de conversão térmica, transformando frações residuais em produtos de maior valor agregado: R7V1 Nota verde pq não sofre mais nenhum tratamento na refinaria R7V1 Nota vai para unidade de HDT instáveis R7V1 Nota vai para unidade de HDT instáveis R7V1 Nota vai para unidade de FCC — Coqueamento Retardado REVAP TAMBORES DE COQUE, FORNOS E FRACIONADORA R7V1 Nota forno de coqueamento R7V1 Nota forno de coqueamento R7V1 Nota torre fracionadora: separa todos osprodutos: GC; GLP. NKL, NKP, GOPK, GOLK; ccccccccc R7V1 Nota tabores de coqueamento - quebra de RV; os leves serão mandados para a torre de caqueamento — Coqueamento Retardado ESTOCAGEM E EXPEDIÇÃO DO COQUE R7V1 Nota o objetivo é produizr correntes de diesel tem como subproduto o coque que é vendido devido seu alto poder calorífico — Tambor de Coque da RNEST Diâm. Int.: 8,9 m; Comp. total: 30 m - Peso: 260 ton — Configuração Coqueamento e HCC Destilação Atmosférica Reforma Hidrotratamento Petróleo Resíduo Atmosférico Óleo Combustível Nafta Leve Nafta Pesada Reformado Gasolina GC e GLPHidrocarbonetos Leves Querosene/ Diesel Destilados Médios Destilação a vácuo Resíduo de vácuo Gasóleo de vácuo Coqueamento Retardado Coque Gasóleo Pesado Gasóleo Leve Hs Leves NK HDT NK HDT Instáveis HCC Hs Leves Lubrifican tes — Configuração Coqueamento sem FCC ou HCC Destilação Atmosférica Reforma Hidrotratamento Petróleo Resíduo Atmosférico Óleo Combustível Nafta Leve Nafta Pesada Reformado Gasolina GC e GLPHidrocarbonetos Leves Querosene/ Diesel Destilados Médios Coqueamento Retardado Coque Gasóleo Pesado Gasóleo Leve Hs Leves NK HDT NK HDT Instáveis R7V1 Nota O objetivo da RNEST é produzir muito óleo diesel — Esquema de Refino — Comparando os diferentes esquemas — 0 10 20 30 40 50 60 GLP NPTQ OC 1 0 11 28 59 8 17 11 38 19 OFERTA DEMANDA 100% GLP NAFTA QUEROSENE DIESEL ÓLEO COMBUSTÍVEL DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA 1,0% 11,0% 59,0% 29,0% Petróleo R7V1 Nota Destilados médios — 100% GLP NAFTA QUEROSENE DIESEL ÓLEO COMBUSTÍVEL 7,5% 11,0% 37,4% GÁS 1,9% GASOLINA 28,6% 17,1% Petróleo DESTILAÇÃO À VÁCUO FCC 1,0% 6,5% 29,0% 59,0% 25,5% 33,5% 5,6% 5,9% 31,1% 37,0% 0,4% DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA — 0 5 10 15 20 25 30 35 40 GLP GASOL NPTQ Q&D OC 8 17 11 29 34 8 17 11 38 19 OFERTA DEMANDA R7V1 Nota nafta petroquímica — 2,8% 39,3% 100% GLP NAFTA QUEROSENE DIESEL ÓLEO COMBUSTÍVEL 8,9% 11,0% 19,4% GÁS GASOLINA 19,4% Petróleo DESTILAÇÃO À VÁCUO 1,0% 29,0% 59,0% 25,5% 33,5% 5,8% 6,1% 13,2% 12,3% COQUE 0,8% 1,1% FCC 2,0% 6,8% 4,7%1,5% 4,6% 1,1% 6,8% COQUEAMENTO 1,5% 17,9% 4,7% 35,0% HDT de Instáveis 10,3% 0,4% 5,7% DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA — 0 5 10 15 20 25 30 35 40 GLP GASOL NPTQ Q&D OC 9 19 11 39 19 8 17 11 38 19 OFERTA DEMANDA — 34% 5% 60% 1% DEST. ATM. 35% 36% 20% 9% 9% 8% 41% 30% 12% 8% 70% 18% 4% COQUE OC MÉDIOS GASOLINA NAFTA GLP 13% 3% DEST. ATM & COQUE 10% 4% 70% DEST. ATM + VÁCUO & FCC DEST. ATM + VÁCUO & FCC & COQUE DEST. ATM + VÁCUO & HCC & COQUE Perfil de Rendimento (Petróleo Marlim) R7V1 Nota Exemplo da Renest — Característica da Produção de Lubrificantes Os processos tradicionais (rota solvente) para produção de lubrificantes são de separação física. O petróleo já tem que ter frações próprias para produção de lubrificantes. Por este motivo a Petrobras tem que importar petróleos específicos como o Árabe Leve e Basrah Leve para a REDUC. A RLAM utiliza o petróleo Baiano. A Lubnor, Fazenda Alegre e Jubarte. R7V1 Nota produção de lubrificantes via hidrotratamento — REDUC CARGA PETRÓLEO GLP GASOLINA SOLVENTES NAFTAS QAV / QI ÓLEO DIESEL GÁS NATURAL H2 SPINDLE CILINDRO I NEUTRO LEVE NEUTRO MÉDIO NEUTRO PESADO EXTRATO AROM. ASFALTO ÓLEO COMBUSTÍVEL ULTRA VISCOSO CO2 PARAF. SP PARAFINA MOLE PARAF. NL PARAF. NM PARAF. NP PARAF. CS-I GÁS ÁCIDO D E S T IL A Ç Ã O A T M O S F É R IC A D E S T IL A Ç Ã O À V Á C U O GERAÇÃO DE HIDROGÊNIO BRIGHT STOCK DESASFALTAÇÃO A PROPANO CILINDRO IID E S A R O M A T IZ A Ç Ã O A F U R F U R A L D E S P A R A F IN A Ç Ã O A M IB C PARAF. BS PARAF. CS-II H ID R O T R A T A M E N T O D E L U B R IF IC A N T E S H ID R O T R A T A M E N T O D E P A R A F IN A S D E S O L E IF IC A Ç Ã O A M IB C Esquema de Refino para Produção de Lubrificantes e Parafinas — REMAN LUBNOR RLAM REGAP REDUC REPAR REFAP IPIRANGA REPLAN RECAP REVAP RPBC SIX RNEST Gaslub* Refinarias no Brasil * Em construção — Questionário FIM!
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