Aula 09 processos de conversão

Tecnologia do Petróleo e Gás 2
PROCESSOS DE
CONVERSÃO

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.
• Classificados em catalíticos e não-catalíticos

PROCESSOS DE CONVERSÃO
• 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).

CRAQUEAMENTO
• Originado do termo em inglês cracking .
• É como se denominam vários processos
químicos na indústria pelos quais moléculas
orgânicas complexas como hidrocarbonetos
são quebradas em moléculas mais simples
(por exemplo, hidrocarbonetos leves) por
quebra de ligações carbono-carbono nos
precursores pela ação de calor e/ou
catalisador.

EXEMPLO
• Obtenção de gasolina a partir do gasóleo
parafínico:
• C36H74 (gasóleo parafínico) → C8H18 (iso-
octano) + C3H8 (propano) + C4H10 (butano)

CRAQUEAMENTO TÉRMICO
• Consiste na quebra de moléculas presentes
na carga, sob elevada pressão e
temperatura, visando a obtenção de GLP,
gasolina, gás combustível, óleos leve e
residual e coque como subprodutos, com
rendimento maior em coque e gás
combustível.
• O coque deve ser retirado para evitar
entupimentos.

Aula 09 processos de conversão

CRAQUEAMENTO CATALÍTICO
• No processo de craqueamento catalítico,
conhecido também como FCC (“Fluid
catalytic cracking”), a carga, entra em contato
com um catalisador a uma temperatura
elevada, ocorrendo a ruptura das cadeias
moleculares, dando origem a uma mistura de
hidrocarbonetos que são posteriormente
fracionados

• O processo é feito para a produção de GLP e
de principalmente nafta petroquímica.
• Há ainda a formação de coque dentro do
reator, que precisa ser removido para não
atrapalhar o processo de catálise.
• O coque é removido pela queima, e o
catalisador para não perder seu poder
catalítico, é recirculado entre o reator e o
regenerador.

• Uma unidade de FCC é composta por:
• Seção de reação ou conversão
• Seção de fracionamento
• Seção de recuperação de gases
• Seção de tratamento

LIMITAÇÕES DA CARGA
• Faixa de destilação:
• Geralmente se tratam cargas com faixas
de destilação entre 340º e 570º.
• Resíduo de Carbono:
• Inferior a 1,5%
• Fator Kuop;
• Deverá ser acima de 11.5, de forma que a
carga tenha uma maior concentração de
parafinas.

LIMITAÇÕES DA CARGA
• Teor de metais
• O teor de metais deve obedecer a seguinte
recomendação:
Fe + V + 10(Ni +Cu) < 5 ppm.

O CATALISADOR
• O catalisador empregado nesse processo é
constituído por um pó muito fino de alta área
superficial, à base de sílica (SiO2) e alumina
(Al2O3). Ele tem as seguintes funções
primordiais:
• 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 queima
do coque.

O CATALISADOR
• Com o uso, o catalisador vai perdendo sua
atividade (mais fortemente no início,
regredindo progressivamente com o tempo)
devido às contaminações que vai sofrendo
com o processo (coque e metais), portanto,
periodicamente, é feita a adição de
catalisador virgem para manter a sua
atividade, bem como repor o inventário, para
compensar as perdas pela chaminé.

O CATALISADOR
• Um catalisador de craqueamento pode
apresentar-se de três formas distintas quanto
ao uso:
• Catalisador virgem
• Catalisador gasto
• Catalisador regenerado

REAÇÕES DE CATÁLISE
• Craqueamento de parafinas:
• CnH2n+2 → CmH2m + CpH2p+2
• Craqueamento de olefinas:
• CnH2n → CmH2m + CpH2p
• Craqueamento de naftênicos:
• CnH2n → CmH2m + CpH2p
• Craqueamento de aromáticos:
• Ar-CnH2n+1 → Ar-H + CpH2p
• Ar-CnH2n+1 → Ar-CmH2m+1 + CpH2p+2
• (Com n = m + p)

HIDROCRAQUEAMENTO CATALÍTICO
• O HCC (HYDROCATALYTIC CRACKING) é
um processo de craqueamento catalítico
realizado sob pressões parciais de
hidrogênio elevadas, que consiste na
quebra de moléculas existentes na carga de
gasóleo por ação complementar de
catalisadores e altas temperaturas e
pressões.

• Em função da presença de grandes volumes
de hidrogênio, acontecem reações de
hidrogenação do material produzido
simultaneamente às reações de
decomposição
• É um processo de grande versatilidade, pois
pode operar com cargas contendo cortes
que variam da nafta ao gasóleo pesado, ou
mesmo resíduos leves, maximizando assim
as frações desejadas na refinaria.

• A presença de hidrogênio tem como
finalidade:
• – reduzir a deposição de coque sobre o
catalisador;
• – hidrogenar os compostos aromáticos
polinucleados, facilitando sua decomposição;
• – hidrogenar olefinas e diolefinas formadas
no processo de craqueamento, aumentando
a estabilidade química dos produtos finais.

• A aplicação das severas condições de
temperatura e pressão ainda possibilita a
hidrogenação dos compostos de enxofre
e nitrogênio, eliminando-os dos produtos
finais.

• Algumas vantagens do HCC ao FCC são:
• Altos rendimentos em gasolina de boa octanagem
e óleo diesel;
• Produção de uma quantidade volumosa da fração
GLP;
• Melhor balanceamento na produção de gasolina e
frações intermediárias destiladas;
• Complementação ao FCC, com a conversão de
cargas que não podem ser tratadas neste
processo (resíduos de vácuo, gasóleos de reciclo,
extratos aromáticos, dentre outras).

• Sua principal desvantagem reside na necessidade
de implantar equipamentos caros e de grande
porte, devido as condições drásticas do processo.
Unidades de geração de hidrogênio e de
recuperação de enxofre devem também estar
presentes, de forma que elevado investimento deve
ser feito na construção do sistema completo.

• Os catalisadores empregados em HCC devem
apresentar características de craqueamento e
hidrogenação. Na prática, utilizam-se catalisadores
de óxido de níquel-molibdênio (NiOMoO) ou
óxidos de níquel-tungstênio (NiO-WO3), sobre um
suporte de sílica-alumina (SiO2-Al2O3), que são
passíveis de envenenamento por compostos
heterocíclicos nitrogenados e metais.

VISCOREDUÇÃO
• Este processo tem como objetivo reduzir,
através de ação térmica, a viscosidade de
um resíduo que será usado como óleo
combustível, por meio da quebra de suas
moléculas mais pesadas, tornando
desnecessária a adição de frações
intermediárias para acerto da viscosidade

VISCOREDUÇÃO
• As condições operacionais são brandas
em relação às do craquamento térmico
convencional, para evitar a formação
excessiva de coque
• Ocorre formação de uma quantidade de
hidrocarbonetos na faixa do diesel e do
gasóleo que, não sendo removidos, entram
como diluentes no resíduo processado,
reduzindo sua viscosidade. Gás combustível,
GLP e nafta também são produzidos, porém
em menor escala.

REFORMA CATALITICA
• A reformação catalítica é um processo que
consiste no rearranjo da estrutura molecular dos
hidrocarbonetos contidos em certas frações de
petróleo, com a finalidade de valorizá-las. Pode
ser orientado para que um dos objetivos
seguintes seja alcançado:
• obter um produto de elevado índice de
octanagem, próprio para motores de alta taxa de
compressão;
• formar um produto rico em hidrocarbonetos
aromáticos nobres (Benzeno, Tolueno e Xilenos),
que serão posteriormente recuperados e
fracionados, obtendo-se, isoladamente, cada
componente com elevado grau de pureza.

REFORMA CATALITICA
• O catalisador empregado utiliza platina associada a
um metal de transição nobre (rênio, ródio ou
germânio), suportada em alumina.
• O reformado produzido é rico em hidrocarbonetos
aromáticos e isoparafínicos, mas GLP, gás
combustível, hidrogênio e coque também são
gerados como subprodutos.

REFORMA CATALITICA
• Três sessões principais compõe uma unidade de
reforma catalítica:
• Sessão de Pré-Tratamento
• Sessão de Reformação
• Sessão de Estabillização

ALQUILAÇÃO
• A alquilação ou alcoilação catalítica
consiste na reação de adição de duas
moléculas leves para a síntese de uma
terceira de maior peso molecular, catalisada
por um agente de forte caráter ácido.
• Com a obtenção de cadeias ramificadas a
partir de olefinas leves, caracteriza-se por
constituir a rota utilizada na produção de
gasolina de alta octanagem a partir de
componentes do GLP, utilizando como
catalisador o HF ou o H2SO4

ALQUILAÇÃO
• O processo envolve a utilização de uma
isoparafina, geralmente o isobutano,
presente no GLP, combinada a olefinas, tais
como o propeno, os butenos e pentenos.
Obtém-se, assim, uma gasolina sintética
especialmente empregada como combustível
de aviação ou gasolina automotiva de alta
octanagem.
• Também são gerados nafta pesada, propano
e n-butano de alta pureza como produção
secundária

ALQUILAÇÃO
• Permite a síntese de compostos
intermediários de grande importância na
indústria petroquímica, como o etil-benzeno
(para produção de poliestireno), o isopropril-
benzeno (para produzir fenol e acetona) e o
dodecil-benzeno (matéria-prima de
detergentes).

ALQUILAÇÃO
• Duas sessões principais constituem uma
unidade de Alquilação
• Sessão de reação
• Sessão de Recuperação e purificação de
catalisador.

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