Aula 07 processos de separação

Processos de Refino - Processos de separação

1. Processos de Refino Processos de Separação

2. Destilação A destilação é um processo físico de separação, baseado na diferença de temperaturas de ebulição entre compostos coexistentes numa mistura líquida. As temperaturas de ebulição de hidrocarbonetos aumentam com o crescimento de suas massas molares. Variando-se as condições de aquecimento de um petróleo, é possível vaporizar os compostos leves, intermediários e pesados, que, ao se condensarem, podem ser fracionados.

3. Destilação Paralelamente, ocorre a formação de um resíduo bastante pesado, constituído principalmente de hidrocarbonetos de elevadas massas molares, que, às condições de temperatura e pressão em que a destilação é realizada, não se vaporizam.

4. Tipos de Destilação Os principais tipos de destilação que existem são: Destilação Integral Destilação Diferencial Destilação Fracionada

5. Destilação Integral A mistura líquida é separad em dois produtos: vapor e líquido. É também conhecida como destilação de equilíbrio, auto vaporização ou “flash”.

6. Destilação Diferencial A destilação é interminente. A temperatura do líquido no destilador sobe continuamente durante a destilação, pois o líquido vai tornando-se mais pesado. O destilado é coletado em porções separados chamadas de cortes. É, normalmente utilizada em laboratórios, para controle da qualidade dos produtos de petróleo.

7. Destilação Fracionada É a separação dos componentes por sucessivas vaporizações e condensações proporcionando produtos com grau de pureza elevado. A destilação fracionada é uma evolução da destilação integral. O incremento da destilação fracionada é a utilização de múltiplos estágios de condensção e vaporização para obtenção de produtos intermediários.

8. Destilação Fracionada Na destilação fracionada, quanto maior o número de estágios empregados, maior será o grau de pureza dos produtos. Quanto mais condensado retorna maior será o grau de enriquecimento do vapor no componente mais volátil.

9. Unidade de Destilação É o 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 uma ou mais unidades, sob diferentes intensidades de pressão, conforme o objetivo desejado.

10. Unidade de Destilação Uma unidade de destilação é formada basicamente por 3 sessões: Seção de Pré-aquecimento e Dessalinização; Destilação Atmosférica; Destilação a Vácuo;

11. Unidade de Destilação A unidade podem conter um, dois ou três estágios de operação, segundo as configurações seguintes: Unidade de um estágio com torre de destilação única; Unidade de dois estágios, com torres de pré-Flash e destilação atmosférica; Unidade de dois estágios, com torres de destilação atmosférica e destilação a vácuo; Unidade de três estágios, com torres de pré-Flash, destilação atmosférica e destilação a vácuo.

12. Pré-Aquecimento Consiste na passagem da matéria-prima fria por uma bateria de trocadores de calor. O óleo é progressivamente aquecido em função do resfriamento de produtos acabados que deixam a unidade. Dessa forma, promove-se grande economia operacional ao se evitar o uso de excesso de combustível para o aquecimento total da carga e possibilitar o projeto de fornos de menor porte.

13. Dessalga Antes da seção de fracionamento, ocorre a operação de dessalinização do óleo, para remoção de sais, água e suspensões de partículas sólidas. Tais impurezas prejudicam sensivelmente o funcionamento da unidade de destilação. Causam corrosão nos equipamentos e nas linhas de transmissão. Deposição de sólidos em trocadores de calor, tubulações e fornos, causando obstrução e perda na eficiência de troca térmica, e super aquecimento.

14. Dessalga Formação de coque no interior das tubulações de fornos e linhas de transferência, catalisada pelos sais e sedimentos depositados. O processo consiste na extração das impurezas através da adição de uma corrente de água de processo que se mistura com os sais, sólidos e água residual contidos no petróleo. A mistura, após contato íntimo, é levada ao vaso de dessalgação, onde se dá a separação da fase aquosa contendo sais e sedimentos, através de coalescência e decantação d gotículas de água, promovidas pela ação de um campo elétrico de alta voltagem.

15. Destilação Atmosférica A destilação fracionada é uma operação de separação de misturas por intermédio de vaporizações e condensações sucessivas, que, aproveitando as diferentes volatilidades das substâncias, torna possível o enriquecimento da parte vaporizada, com as substâncias mais voláteis. Estas vaporizações e condensações sucessivas são efetuadas em equipamentos específicos, denominados de torres ou colunas de destilação.

16. Destilação Atmosférica A carga deverá ser aquecida até o valor estipulado, porém não deve ser ultrapassada uma temperatura limite, a partir da qual tem início a decomposição das frações pesadas presentes no óleo bruto. A máxima temperatura a que se pode aquecer o petróleo, em que se inicia a decomposição térmica, corresponde 400 ° C

17. Destilação Atmosférica O ponto de entrada é conhecido como zona de vaporização ou “zona de flash”, e é o local onde ocorre a separação do petróleo em duas correntes: uma constituída de frações vaporizadas que sobem em direção ao topo da torre, e outra, líquida, que desce em direção ao fundo.

18. Destilação Atmosférica As torres possuem em seu interior bandejas e/ou pratos e recheios, que permitem a separação do cru em cortes pelos seus pontos de ebulição, porque, à medida que os pratos estão mais próximos ao topo, suas temperaturas vão decrescendo. Assim, o vapor ascendente, ao entrar em contato com cada bandeja, tem uma parte de seus componentes condensada.

19. Destilação Atmosférica À proporção que as frações condensam-se, o nível em cada bandeja vai aumentando, e o excesso é derramado ao prato inferior. Ao atingir este prato, que se encontra a uma temperatura mais alta, as frações leves, pertencentes ao prato superior são revaporizadas. Esse processo é chamado de refluxo interno.

20. Destilação Atmosférica Em determinados pontos da coluna, os produtos são retirados da torre, segundo as temperaturas limites de destilação das frações desejadas.

21. Destilação Atmosférica Em condições de pressão próxima à atmosférica, obtêm-se óleo diesel, diesel querosene e nafta pesada como produtos laterais de uma torre de destilação. Nafta leve e GLP são produtos de topo , condensados e separados fora da torre. Como produto de fundo , obtém-se o resíduo atmosférico, do qual ainda se podem extrair frações importantes.

22. Destilação Atmosférica Parte dos produtos de topo condensados pode ser retornada à torre como corrente de refluxo, com o objetivo de controlar a temperatura de saída de vapor e gerar refluxo interno nos pratos. Pode haver ainda o refluxo de produto lateral circulante, com o objetivo de retirar calor da torre, sem interferência direta no fracionamento.

23. Destilação a Vácuo O resíduo atmosférico, subproduto da destilação atmosférica do petróleo, é um corte de alta massa molar e de baixo valor comercial. Para se aproveitar todo o potencial energético e econômico dessa carga, faz-se um processo de destilação a vácuo.

24. Destilação a Vácuo A destilação a vácuo é empregada usualmente em dois casos: produção de óleos lubrificantes ou produção de gasóleos para carga da unidade de craqueamento catalítico. A carga aquecida é levada à zona de vácuo, em que a pressão é de cerca de 100 mmHg, provocando vaporização de boa parte da carga. As torres de vácuo possue grande diâmetro para acomodar o maior volume de vapor gerado a pressões reduzidas.

25. Destilação a Vácuo O produto de fundo da destilação a vácuo é composto por hidrocarbonetos de elevado peso molecular e impurezas, podendo ser comercializado como óleo combustível ou asfalto.

26. Exercícios Uma mistura de água e etanol deve ser separada em uma coluna de destilação fracionada, a mistura que alimenta a coluna é de 20% de álcool. O destilado obtido foi de 95% de etanol e o produto de fundo foi de 3% de álcool. A coluna recebe uma alimentação de 2000mol/h . a) Calcule o valor do destilado em álcool, (Destilado somente em álcool) b) Se a coluna operar durante 20 horas, qual será a produção de etanol? em kg

27. Exercícios Uma mistura de água e etanol deve ser separada em uma coluna de destilação fracionada. A mistura que alimenta a coluna é de 30% de álcool. O destilado obtido foi de 95% de etanol e o produto de fundo foi de 4% de álcool. A coluna recebe uma alimentação de 88000 mol/h. a) Qual a vazão mássica de entrada na coluna? b) Qual a massa obtida de etanol no destilado?

28. Outros procesos de separação

29. Desasfaltação a Propano O resíduo da destilação a vácuo pode conter um gasóleo de alta viscosidade. Nesse caso, pode-se tratá-lo em segundo um processo de separação que consiste no uso de propano líquido a alta pressão como agente de extração. O principal produto é o óleo desasfaltado, que pode ser incorporado ao gasóleo de vácuo na produção de combustíveis, sendo para isso enviado à unidade de craqueamento catalítico.

30. Desasfaltação a Propano Trata-se de um processo relativamente simples, formado por três seções principais: extração, recuperação de extrato e recuperação de rafinado.

31. Desaromatização a Furfural A desaromatização a furfural é uma operação tipicamente realizada no processo de produção de lubrificantes, em que se emprega o furfural como solvente de extração de compostos aromáticos polinucleados de alto peso molecular.

32. Desaromatização a Furfural 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.

33. Desaromatização a Furfural O objetivo, portanto, é o aumento do índice de viscosidade dos óleos lubrificantes, pois quanto maior esse valor, menor será a variação da viscosidade do produto com a temperatura. O produto principal é o óleo desaromatizado, que é armazenado para processamento posterior. Como subproduto, tem-se um extrato aromático na forma de um óleo pesado e viscoso

34. Desparafinação a MIBIC Processo utilizado na obtenção de lubrificantes. Consiste na utilização de um solvente para extração de parafinas da carga. Estes compostos acarretariam dificuldades no escoamento do óleo lubrificante, quando de seu uso a baixas temperaturas, durante a partida de um equipamento em climas frios. A ausência de escoamento provoca uma lubrificação deficiente, e a máquina pode sofrer sérios danos.

35. Desparafinação a MIBIC A remoção atualmente é feita empregando-se metil-isobutil-cetona (MIBC) como solvente. Os produtos obtidos são o óleo desparafinado, que é armazenado e submetido a hidroprocessamento posterior, e a parafina oleosa, que pode ser adicionada ao gasóleo como carga de craqueamento catalítico ou sofrer desoleificação para produção de parafinas comerciais.

36. Desoleificação a MIBIC A desoleificação a MIBC é um processo idêntico à desparafinação, apenas realizada em condições mais severas, visando à remoção do óleo contido na parafina, de forma a enquadrá-la como produto comercial.

37. Desoleificação a MIBIC São obtidos dois produtos: a parafina dura, que é processada em hidrotratamento e vendida comercialmente e a parafina mole que é utilizada na produção de geléias, óleos, vaselinas e outros produtos farmacêuticos, bem como ser reprocessada através de craqueamento.

38. Extração de Aromáticos Na unidade de extração ou recuperação de aromáticos (URA), procuram-se extrair compostos aromáticos da carga por meio de solventes. Os aromáticos leves, como benzeno, toluenos e xilenos (BTX’s), presentes na gasolina atmosférica ou na corrente proveniente da unidade de reforma catalítica possuem um alto valor de mercado na indústria petroquímica, e são comercializados a preços duas ou três vezes superiores ao da nafta.

39. Extração de Aromáticos Em função das condições do processo escolhido, a extração é realizada com tetra-etileno-glicol (TEG), ou N-metil-pirrolidona (NMP) associada ao mono-etileno-glicol (MEG). Após destilação dos aromáticos para remoção do solvente, o produto é estocado e destinado a comercialização. Os não-aromáticos são utilizados como componentes da gasolina.

40. Adsorção de n-parafinas A unidade de adsorção de n-parafinas tem como objetivo a remoção de cadeias parafínicas lineares existentes no corte de querosene obtido na destilação. Embora as n-parafinas confiram excelentes qualidades ao querosene de iluminação, são extremamente prejudiciais ao querosene de aviação, pois elevam seu ponto de congelamento.

41. Adsorção de n-parafinas As parafinas removidas são valiosas, por constituírem matéria-prima para a indústria petroquímica, na produção de detergentes sintéticos biodegradáveis. O processo, de alto investimento, consiste na adsorção das n-parafinas através d passagem da mistura em fase gasosa num leito de peneiras moleculares. O leito adsorve as parafinas e permite a passagem de outros componentes. O material adsorvido é em seguida removido com o auxílio de outro solvente, fracionado e estocado.