PROCESSO QUÍMICOS

Trabalho complementar para: Curso de Inspeção de Equipamentos.
PROCESSO QUÍMICOS - Estudante Do Curso Inspetor De Equipamentos

2. SUMÁRIO
1.CONCEITOS FUNDAMENTAIS .................................................................................... 1

1.1.O QUE É UM PROCESSO? .................................................................................... 1
1.2.PROCESSOS QUÍMICOS .................................................................................... 1
1.3.PROCESSOS DESCONTÍNUOS ....................................................................... 1
1.4.PROCESSOS CONTÍNUOS ................................................................................ 2
1.5.PRINCIPAIS VARIÁVEIS DE PROCESSO ............................................................ 3
1.6.OPERAÇÕES E PROCESSOS UNITÁRIOS ................................................... 4
1.7.PROCESSOS QUÍMICOS REAIS - O REFINO DE PETRÓLEO .............. 5
1.8.PETRÓLEO E GÁS NATURAL- PRODUÇÃO, REFINO E
PETROQUÍMICA
..................................................................................................... 5
1.9.PROCESSOS DE REFINAÇÃO E AUXILIARES .......................................... 6
2.PROCESSOS DE SEPARAÇÃO .............................................................................. 6
2.1.DESTILAÇÕES ATMOSFÉR ICA E A VÁCUO .......................................... 6
2.2.SEÇÃO DE PRÉ-AQUECIMENTO E DESSALGAÇÃO ............................. 7
2.3. DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA ................................................................... 7
2.4. DESTILAÇÃO A VÁCUO ................................................................................... 9
2.5. DESASFALTAÇÃO A PROPANO ................................................................... 9
2.6. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL ................................................... 10
3. PROCESSOS DE CONVERSÃO ............................................................................ 11
3.1. PROCESSOS TÉRMICOS ............................................................................... 11

3.4. COQUEAMENTO RETARDADO .................................................................. 11
3.5 PROCESSOS CATALÍTICOS ........................................................................... 12
3.5.1 CRAQUEAMENTO CATALITICO ............................................................... 12
3.5.2. DESCRIÇÃO DO PROCESSO ..................................................................... 12
3.5.3. REFORMA CATALÍTICA ........................................................................... 15
4. PROCESSOS DE ACABAMENTO ......................................................................... 15
4.1.HIDROPROCESSAMENTO.................................................................................. 15
4.2.HIDROTRATAMENTO (HDT) ....................................................................... 15
4.3.HIDROCRAQUEARNENTO (HCC) ................................................................ 16
4.4 GERAÇÃO DE HIDROGÊNIO ....................................................................... 16
4.5.TRATAMENTO DE ÁGUAS ACRES ............................................................... 16
4.6.TRATAMENTO COM AMINAS (MEA, DEA) ............................................ 17
BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 18
RESPONSABILIDADE TÉCNICA ................................................................................... 19

3. 1

.

1.CONCEITOS FUNDAMENTAIS
1.1.O QUE É UM PROCESSO?
Um processo é uma sequência de transformações que um ou mais
materiais sofrem a fim de se obter produtos. Há processos mais ou menos
simples, como as manufaturas ou linhas de montagem, onde um
equipamento ou substância é montado a partir da união de componentes
pré-fabricados. Nesse grupo se encaixam as indústrias de eletrônicos,
automóveis, gráficas e outras. Os processos extrativos removem da natureza
substâncias em estado bruto para posterior beneficiamento e utilização.
Como exemplos, temos a extração de minérios e de água do solo. Os
processos químicos envolvem alterações na composição química e/ou em
propriedades físicas do substrato. Essas transformações podem ser
reversíveis ou não. Aí se encontra toda a indústria do petróleo, petroquímica,
farmacêutica, siderúrgica, cimenteira e muitas outras.

1.2.PROCESSOS QUÍMICOS
As indústrias de processamento químico têm como principal finalidade
transformar uma ou mais matérias-primas em substâncias de maior valor
agregado, incluindo o tratamento de resíduos dessa atividade. Neste caso, a
agregação de valor se dá indiretamente, pela eliminação de uma condição
indesejável.

1.3.PROCESSOS DESCONTÍNUOS
Os primeiros processos químicos eram descontínuos, ou em
"batelada". Neste tipo de
operação, a matéria-prima (carga) é
geralmente inserida num reator, onde são acrescentados
todos os
reagentes necessários. São feitos então os necessá rios ajustes de
pressão e temperatura e, após determinado período, é obtido o
produto acabado. Este pode a seguir ser
retirado do reator e ainda
passar por algum beneficiamento, como filtração ou secagem.

Uma carac terística desses processos é que, a cada momento,
estamos numa condição
diferent e da anterior. Outra maneira de dizer
isso é que os processos descontínuos operam em
regime transiente.
Uma "batelada" ou "partida" é o lote de produto obtido após cada

processamento descontinuo.
Hoje, este tipo de processo é comum em produções de pequen a
escala. Nominalmente de
substâncias de alto valor agregado, como na
indústria chamada de química fina (fármacos,
catalisadores ,
corantes, etc.). Esses produtos muitas vezes têm diferenças sutis
que permitem sua produção num mesmo equipamento, mas a
demanda por cada determinado tipo é pequena,
não justificando a
maior escala.


Assim, percebemos que "Processos Físico-Químicos" seria um termo
mais apropriado.
Manteremos o "Físico-" omitido por simplicidade e
tradição.

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1.4.PROCESSOS CONTÍNUOS
Para a maior parte das operações de processamento, a operação
contínua ou em regime
permanente é mais - ou a única opção -
viável. Um exemplo simples é a produção de vapor d'água com a
finalidade de acionar máquinas. Esse vapor precisa ser fornecido
continua e uniformemente, caso contrário o movimento das máquinas
será instável. Outra e fundamental
vantagem desse sistema é que,
operando d a e noite, com paradas apenas para manutenção, a unidade
industrial alcança maior produtividade e retorno mais rápido do capital
investido.

Caso pudéssemos observar através dos equipamentos, uma
fábrica operando em regime permanente apareceria aos nossos olhos
sempre iguais, como se o tempo não passasse . Ao
mesmo tempo em
que a matéria-prima chega na unidade, temos produto saindo para o

armazenamento. Importante ressaltar que esta condição vale para
quando a unidade se encontra estabilizada, ou "em reta". Nas
condições de partida, parada ou emergência, a operação se dá em

regime transiente. Para minimiza r estas situações, é feito um
investimento pesado em control e de
processo, a fim de manter
consta
ntes as variáveis operacionais.

As indústrias químicas pesadas, como o refino de petróleo e a petroquímica,
utilizam processos contínuos. Podem existir combinações de processos
contínuos e descontínuos, como na indústria siderúrgica, onde a redução no
alto-fomo é contínua, mas a aciaria opera por bateladas.

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1.5.PRINCIPAIS VARIÁVEIS DE PROCESSO
Um operador de processo, principalmente numa operação
continua, necessita manter sob controle uma enorme quantidade
de variáveis. Essas variáveis quase são do tipo
:

VAZÃO: Quant idade de fluido escoa· ao longo de uma tubulação na
unidade de tempo.

Essa quantidade pode ser medida em massa, volume ou quantidade da matéria
(mol). Quase sempre os instrumentos medem vazão volumétrica. Em geral, o
que mede é diferencial de pressão entre dois pontos, que fornece indiretamente a
vazão.

PRESSÃO: Força exercida per um fluido sobre determinada área. Pode ser
interna ao equipamento ou externa. Quando a pressão interna é superior à
atmosférica, independente do peso da coluna hidrostática, é chamada
positiva. Se for menor, negativa ou vácuo. Os instrumentos de medição de
pressão são chamados de manômetros. Quando inclui pressões negativas,
chama- se, também manovacuômetro. A pressões manométricas é aquela
obtida pela comparação da pressão do equipamento está despressurizado. A
pressão total, incluído a atmosfera, é chamada absoluta e, em nosso caso,
não possui valor prático.


NÍVEL: Altura do fluido contido num determinado vaso. Determinado
diretamente por um
sistema de vasos comunicantes ou pela propagação
de ondas (sonoras, eletromagnéticas) ou de
maneira indireta através da
pressão hidrostática resultante.

TEMPERATU RA: Medida indireta da energia cinética média das
partícul as de uma
substância, é obtida diretamente por termômetros.
OUTRAS: Grandezas como densidade, pH, viscosidade e
condutividade elétrica podem também ser variáveis de controle, embora
muito menos empregadas que as quatro anteriores.

A evolução da instrumentação permite que se automatize cada vez
mais o controle de processos, mas o operado r é fundamental no
gerenciamento dessas informações , e deve ser
capaz de assumir
manualmente o controle em situações emergenciais.

Basicamente, os instrumentos têm as funções de indicar, registrar
e controlar uma
variável de processo. Outro grupo de instrumentos são
os de alarme e corte, existentes para
atuar em situações anormais.
Ao conjunto de instrumentos que compõem o controle de
determinada
operação chamamos malha de controle.

O estudo da instrumentação e controle de processos foge ao
objetivo deste texto. O leitor
pode encontrar maiores informações na
bibliografia.

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1.6.OPERAÇÕES E PROCESSOS UNITÁRIOS
Um processo químico pode sempre ser decomposto em uma
sequência de eventos, os
quais podem ser estudados separadame nte.
Esses eventos são as etapas físicas ou operações unitárias e as
reações químicas ou processos unitários.


As operações unitárias envolvem todas as transformações físicas
que os reagentes,
intermediários e produtos devem sofrer antes e após
passarem pelos reatores químicos. Em geral,
compreendem os
fenômenos de escoamento de fluidos , transferência de calor, mistura,

separação e manuseio de sólidos.
O escoamento de gases , liquides e sólidos fluidizados é estudado
pela Mecânica dos
Fluidos (MecFlu), incluindo o dimensionamento das
tubulações, acessórios, equipamentos de
compressão (bombas,
compressores, etc.) e expansão (turbinas, válvulas, etc.).




A Transferência de Calor (TransCal) é fundamental porque a
maioria dos processos
químicos não ocorre à temperatura ambiente,
sendo comum a necessidade tanto do aquecimento
quanto do
resfriamento. Os equipamentos mais usados para tal são os
trocadores ou permutadores de calor, que promovem a transferência
de calor entre duas correntes fluidas, sem
contato entre elas,
aproveitando sua diferença de temperatura. Outros equipamentos
importantes
são os fornos e caldeiras, que utilizam uma fonte própria
de energia, por exemplo, através da
queima de um combustível.

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Agitação e mistura são operações comuns a vários processos.
Reatores "batelada", como
aquele mostrado anteriormente, possuem
misturadores.

Os processos de separação compreendem a maior parte das
operações unitárias. Por
razões diversas, as matérias-primas,
intermediários e produtos (inclusive resíduos) muitas vezes

necessitam passar por processos de fracionamento e purificação. Na
tabela abaixo listamos os
principais (sim, há outros) processos de
separação.



Finalmente, as operações de manuseio de sólidos envolvem
processos tais como
peneiramento, moagem e a fluidização.
Os processos unitários envolvem os diferentes tipos de reações
químicas que acontecem
nos reatores químicos. Assim, os
engenheiros químicos estudam processos tais como hidrogenação,
craqueamento, aquilação, nitração, etc.


*Um dos mais importantes proces sos de refinação, o craqueamento
catalítico, baseia-se nesta operação.


1.7.PROCESSOS QUÍMICOS REAIS - O REFINO DE PETRÓLEO
Substâncias encontradas na natureza ou produzidas pelo homem
sempre são obtidas com determinado teor de impurezas. Para sua
utilização geral, torna-se necessário sua purificação e ajuste a
determinadas especificações padronizadas. Sabemos que o petróleo
bruto se enquadra
nesse conjunto. Chamamos refinação ou refino ao
conjunto de processos e operações unitárias
aos quais o petróleo, o
gás natural e seus derivados

são submetidos a fim de obter os
produtos
dentro das especificações desejadas. O estudo da refinação
do petróleo é um prato cheio para o
aprendizado de processos
químicos.


1.8.PETRÓLEO E GÁS NATURAL- PRODUÇÃO, REFINO
E PETROQUÍMICA

O petróleo e o gás natural oriundos dos poços são enviados
através de dutos e navios
para as refinarias, onde serão processados.
Nestas, serão obtidos os principais derivados
- os combustíveis e os

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lubrificantes . Chama-se petroqu ímica à indústria química que recebe
correntes obtidas no refino para obter novos produtos, com finalidades
diferentes daquelas duas.
Na verdade, quase toda refinaria de petróleo
de porte apresenta processos petroquímicas no seu esquema de
refino.


1.9.PROCESSOS DE REFINAÇÃO E AUXILIARES
Os principais processos de refinação podem ser divididos nos
seguintes grupos principais:

SEPARAÇÃO: onde ocorre apenas a separação física dos seus
constituintes, não havendo reações químicas. Os principais processos
desta classe são a destilação (atmosférica e
a vácuo) de petróleo cru
e praticamente todos os progressos envolvendo gás natural.

CONVERSÃ O: e mpregados quando a separação física é inviável
ou ineficaz, estes processos se baseiam em reações químicas de
quebra, rearranjo ou união de cadeias carbônicas.

Podem ser térmicos, dentre os quais se destaca o coqueamento
retardado, ou catalíticos,
como o craqueamento e a reforma.

ACABAM ENTO: Concebidos com a finalidade de tratamento, são
os processos que
promovem a remoção, por meios físicos ou
químicos, de impurezas de um dado produto, ou o
acerto de
propriedades, de modo a conferir-lhe as características necessárias à
comercialização,
reaproveitamen to ou descarte.
São processos auxiliares e essenciais numa refinaria de petróleo
a geração de vapor, o
tratamento d'água e a operação do sistema de
tocha, dentre outros.


2.PROCESSOS DE SEPARAÇÃO
2.1.DESTILAÇÕES ATMOSFÉR ICA E A VÁCUO
A destilação é baseada na diferença dos pontos de ebulição entre
compostos presentes
numa mistura líquida. O petróleo é constituído
por hidrocarbonetos, cujos pontos de ebulição aumentam com suas
massas moleculares. Desta forma, variando-se as condições de

aquecimento de um petróleo, é possível vaporizar e depois condensar
separadamente compostos
leves, intermedi ários e pesados. Forma-se
também um resíduo pesado, contendo hidrocarbonetos


*Os termos "refinação" e correlatos não são exclusivos da indústria do
petróleo. Açúcar e Álcool, dentre outros setores, também utilizam essa
nomenclatura para seus processos e
instalações.
*Alguns processos de tratamento não removem as impurezas, mas
as convertem em
substâncias cuja presença é tolerável no produto.

São chamados processos de "adoçamento"
de elevados pesos
moleculares que, nas condições de temperatura e pressão na qual a
destilação
é realizada, não se vaporizam.
Outro fator importante no processo de destilação, além da
temperatura, é a pressão a que
o sistema está submetido. Sabe-se que
o ponto de ebulição de um determinado líquido é função
da pressão

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que sobre ele está exercen do o meio ambien te. Quanto maior for a
pressão, maior
será a temperatura de ebulição do liquido. A
conjugação destes dois parâmetros, temperatura e pressão, permite
que o petróleo seja separado em suas diversas frações.


2.2.SEÇÃO DE PRÉ-AQUECIMENTO E DESSALGAÇÃO
O processo de destilação inicia-se com o bombeamento contínuo de
petróleo do tanque de carga através da primeira
bateria de pré-
aquecimento
, que é uma sequência de trocadores de calor dispostos
em série ou em paralelo, onde o óleo é progressivamente aquecido com
os refluxos circulantes e produtos provenientes das torres atmosférica e
de vácuo. Ao final desta
bateria, o petróleo atinge a temperatura
necessária à etapa de
dessalgação, na faixa de 120 a 160ºC.
A água que chega à refinaria junto com o petróleo, contendo sais
dissolvidos, sedimentos e impurezas, está emulsionada, dispersa na
forma de milhões de gotículas finamente divididas e envolvidas por
uma película de compostos emulsificantes que oferece grande
resistência a coalescência, estabilizando-as. Estes contaminantes, se
não forem removidos, podem causar
sérios danos aos equipamentos.
Os cloretos, principalmente os de cálcio e de magnésio, à medida
em que o óleo é aquecido, se hidrolisam liberando cloreto de
hidrogên io (HCI) que, ao se dissolver na água
proveniente da
condensação do vapor usado no processo, forma o ácido clorídrico,
que causa corrosão acentuada na região de topo da torre. Os sais
e sólidos podem depositar-se nos trocadores de calor causando
entupimento e redução da eficiência de troca térmica, além de
atuarem como catalisadores da reação de formação de coque no
interior dos tubos dos fornos, o
que reduz a transferência de calor e
possibilita o superaquecimento localizado.

A dessalgadora tem como objetivo a remoção da água, sais e
sedimentos nela presentes
através da coalescênc ia e posterior
separação por diferença de densidade, das gotículas de água

presentes no óleo. A ação de um forte campo elétrico promove a
deses tabilização da emulsão
pelo enfraquecimento da película de
agentes emulsificantes . Para se conseguir a dessalgação é
necessária, além da temperatura adequ ada, a injeção de água antes
da dessalgadora. Quando
necessá rio, desemulsificante também pode
ser injetado antes da válvula misturadora,
principalmente durante o
reprocessamento de resíduo.

O petróleo que deixa a dessalgadora passa pela segunda bateria
de pré-aquec imento,
onde sua temperatura é elevada ao máximo valor
possível por troca térmica, graças a produtos
tais como o gasóleo
pesado e o resíduo de vácuo.




2.3. DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA
Ao final da bateria de pré-aquecimento o petróleo é enviado ao
forno atmosférico para que
atinja a temperatura necessária a

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vapor ização dos produtos que serão retirados na torre de destilação
atmosférica. Na verdade , a pressão de operação nesta torre é
ligeiramente superior à
atmosférica, controlada em tomo de 1kgf/cm2.
Normal mente, a temperatura limite, além da qual
tem-se o início da
decomposição térmica das frações pesadas presentes no óleo
bruto (craqueamen to térmico), é em tomo de 370ºC. Esta ocorrência
é indesejável, pois provoca a deposição de coque nos tubos do forno
reduzindo a vida dos tubos e a transferência de calor,
aumentando o
consumo de combustível. A saída dos fornos, boa parte do petróleo
encontra-se
vaporizado e é introduzido na torre atmosférica.
A carga entra na torre parcialmente vaporizada no local
conhecido como zona de
vapor ização ou "flash". A parte liquida,
contendo as frações mais pesadas, desce para o fundo e
a parte
vapor izada ascende. A parte da torre abaixo da zona de "flash"
chama-se seção de
retificação ou esgotamento, e a parte acima
seção de enriquecimento ou absorção .

A seção de esgotamento possui, normalmente, 4 a 5 bande jas
que tem por finalidade remover compostos leves do resíduo
atmosférico que descem nesta seção devido ao equilíbrio
líquido-
vapor. Esta remoção é feita por retificação com vapor d'água
superaquecido. A seção de enriquecimento possui, em geral, 30 a 46
bandejas contando com aquelas existentes nas torres
retificadoras
laterais.

Bandejas ou pratos são dispositivos de contato líquido-vapor que
permitem a separação
dos componentes em cortes ou frações de
acordo com seus pontos de ebulição. Isto ocorre
através de um
processo de transferência de calor e massa entre as correntes de
líquido e de
vapor que chega m até um determinado prato. Como o
líquido existente em cada prato está no seu
ponto de bolha

e existe
sempre uma diferença de temperatura entre dois pratos adjacentes,

podemos concluir que a composição do líquido varia de prato a prato,
tornando-se mais pesado à medida que se aproxima do fundo e a do
vapor mais leve à medida que se aproxima
do topo. À proporção que os
vapores vão se condensando, o nível de cada bandeja vai
aumentando e o
excesso é derramado ao prato inferior. Ao atingir este
prato, que possui temperatura mais alta, as
frações mais leves
pertencentes ao prato superior, porventura arrastadas, são
revapor izadas. Este
sistema permite fazer a destilação fracionada, ou
seja, não se retira apenas um produto de
fundo e um de topo. Os
cortes laterais fornecerão os principais produtos da destilação

atmosférica, a gasolina, o querosene e o diesel.

O líquido que transborda de prato a prato é conhecido como refluxo
interno , sendo
essencial ao bom fracionamento. Sem ele não haveria
gradiente térmico ao longo da torre, longo não haveria separação. Em
determinados pratos da coluna, os produtos são retirados segundo as
temperaturas limites de des tilação das frações desejadas. Os
componentes mais leves da carga, que não se co ndensaram em
nenhum prato, saem pelo topo e são condensados em trocado res de
calor
fora da torre. O líquido é recolhido em um vaso acumulador. Parte

11. 9

retorna à torre como refluxo de tapo e a outra parte é enviada para
alimentação de outro sistema ou para armazenamento.

A
gasolina de destilação ainda possui um teor elevado de
hidrocarbonetos leves, sendo levada à seção de estabilização, onde é
destilada a pressões mais altas (cerca de 1Ckgf/cm2),
sendo obtido
como produto de topo o
GLP (mistura principalmente de propan o e
butano) e de fundo a nafta estabilizada.
Por esse motivo, a torre
estabilizadora é também conhecida como
debutanizadora.

2.4. DESTILAÇÃO A VÁCUO
O resíduo atmosférico, subproduto da destilação atmosférica
do petróleo, possu i elevado peso molecular e baixo valor comercial.
Sua única aplicação prática é como óleo combustível.
Contudo, acham-
se nele contidas frações de elevado potencial econômico, como os
gasóleos,
que não podem ser separados por meio da destilação
atmosférica face aos elevados pontos de ebulição dos seus
componentes. Porém, se trabalharmos com pressões sub-atmosféricas
será
possível a vaporização dos gasóleos presentes no
resíduo, sem o inconven iente da decomposição térmica dos seus
componentes. A destilação a vácuo é empregada , usualmente.
*Temperatura na qual a primeira bolha de gás se forma a partir de um
lí
quido. O ponto de bolha é normalmente menor que o ponto de orvalho
para uma determinada mistura a uma
determinada pressão. Na
produção de óleos lubrificantes e à geração de carga para as unidades
de craqueamen to catalítico e coqueament o retardado.

O resíduo atmosférico é bombeado para outro forno onde é
aquecido até a temperatura
necessária para que se tenha, a pressão
de operação da torre, a vaporização de todo o gasóleo
contido na carga.
A carga parcial mente vaporizada, ao deixar o forno, vai ter à zona de
"flash" da
torre de vácuo cuja pressão se situa na faixa de 50 mmHg.
Os hidrocarbonetos vaporizados
atravessam bande jas de
fracionamento e são coletados em duas retiradas laterais: gasóleo leve

(GOL) e gasóleo pesado (GOP). O primeiro é um produ to ligeiramente
mais pesado que o óleo diesel e, dependen do o seu ponto final de
ebulição, pode ser incorporado ao "pool" de diesel da
refinaria. O
gasóleo pesado compõe a carga para a unidade de craqueamento

catalítico.
Não existe retirada de produ to de top o, saindo neste local vapor
d'água, gases leves e uma
pequena quantidade de ar proveniente de
ligeiros vazamentos nos equipamen tos. Esses gases
são continuamente
extraídos da torre pelo sistema de vácuo.

O abaixamento da pressão é feito por intermédio de uma série de
ejetares e condensadores, que geram o vácuo necessário. Após o
último estágio de ejetares e condensadores, os incondensáveis são
descartados para a atmosfera ou alimentam queimadores
de gás residual
nos fornos.

2.5. DESASFALTAÇÃO A PROPANO
O produto de fundo da torre de vácuo é o resíduo de vácuo.
Ele é constituído de hidrocarbonetos de elevados pesos molecul ares,

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além de contar com uma razoável concentração de impurezas. Pode
ser utilizado como óleo combustível ou na produção de lubrificantes
ultra
viscosos e asfalto. Estes dois últimos são obtidos numa unidade
de separação por extração,
chamada de desasfaltação, onde o
propano é usado como solvente.

Numa extração líquida- liquido, o solvente empregado é seletivo,
retirando somente o
componente desejado da carga. O solvente entra em
contato com a carga em contracorrente. A fase rica em solvente que sai
da torre (normalmente pelo fundo), contendo o soluto, é chamada de
extrato (neste caso, a mistura de propan o e óleo desasfaltado ). A
outra fase, com o que restou
da carga e algum solvente (aqui,
asfalto e propano) é chamada de rafinado .
Processo semelhante à desasfaltação a propano é a
desaromatização a furfural , onde se busca remover hidrocarbonetos
aromáticos de óleos lubrificantes básicos.

Embora os processos de extração por solventes sejam
relativamente simples, sua maior
complexidade reside nas seções de
recuperação do solvente, que respondem por cerca de 70%
dos
equipamentos de uma unidade desse tipo.


2.6. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL
O gás natural é o equivalente gasoso do petróleo, podendo ser
encontrado na natureza
associado ou não a este. É comprimido e
encaminhado a estações de processamento avulsas ou refinarias, onde
é processado em unidad es conhecidas como UPGNs. É muito menos
poluente
que qualque r derivado do petróleo, porque sua combustão é
praticamente ideal (todo o carbono é oxidado a
CO2) e, ao menos no
Brasil, apresenta baixíssimo teor de enxofre.

A compressão permite liquefazer os gases mais pesados que o
etano (CO2
), que constituirão o Liquido de Gás Natural (LGN). Este é
fracionado para se obter GLP e nafta leve. A
corrente C1-C2 constitui o
gás natural processado , que será utilizado como combustível nas

indústrias, automóveis e residências.
As UPGNs podem ser dos tipos, em ordem crescente de severidade:
Refrigeração
Simples, Expansão Joule-Thomson, Absorção Refrigerada ou
Turbo-Expansão .
Na Absorção Refrigerada vemos algo semelhante à seção de
Recuperação de Gases de um FCC, onde é usada nafta como óleo de
absorção em contracorrente com o gás. As correntes
absorvidas são
posteriormente separadas do óleo de absorção por aquecimen to e o gás
residual
efluente da absorvedora sai como produto acabado. A refrigeração
do óleo de absorção é obtida
por troca de calor com propano em expansão .
No processo por Turbo-Expansão o gás é refrigerado, seco e sofre
expansão no TE, onde
as frações mais pesadas são condensadas e
poster iormente separadas em torres de fracionamento.

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3. PROCESSOS DE CONVERSÃO
3.1. PROCESSOS TÉRMICOS
Os processos térmicos de conversão são aqueles em que frações
pesadas do petróleo são convertidas em produtos mais leves por ação
conjugada de temperatura e de pressão .
Paralelamente, parte da carga
é convertida em coque. Nestes processos enquadram-se o

craqueamen to térmico, a viscorredução e o coqueamento retardado.
Estes processos diferem
fundamental mente no interesse do produto final.
O craqueamento térmico foi o primeiro processo a ser
desenvolvido (1912) e a sua
principal finalidade é a produção de
gasolina e gases a partir de uma carga de gasóleos ou cru
reduzido. A
viscorredução foi desenvol vida um pouco mais tarde e a finalidade é,
como o nome
sugere, a redução da viscosidade de óleos residuais, de
modo que sejam aproveitados como óleo combustível. A carga para
esta unidade pode ser resídua de vácuo ou atmosférico. Ambos

atualmente são considerados processos obsoletos, suplantados, que
foram, pelo craqueamento. Catalítico, que é, sem sombra de dúvidas,
um processo mais econômico e de mais fácil operação.


3.4. COQUEAMENTO RETARDADO
O coqueamento retardado (CR) é um processo mais moderno que
gera, além de coque de alta qualidade, nafta, diesel e carga para FCC. A
recuperação do coque formado nas reações de decompos ição é o
principal fator que torna o processo econômico. Existe um quarto
processo,
conhecido como coqueamento fluido, desenvolvido pela
EXXON, que compete com o
coqueamento retartado. Ambos podem ser
mais competitivos que o FCC quando são processados
petróleos ultra
pesados.

O processo tem início com o aquecimento e introdução da carga diretamente
no fundo da fracionadora, onde o material mais leve sofre um "flash". Os
pesados se misturam com o reciclo e seguem do fundo da torre para a
fornalha, onde recebem uma injeção de vapor d'água de alta pressão e são
rapidamente aquecidos até cerca de 490ºC. Daí passam ao tambor de
coque, onde este se forma. A temperatura no tambor oscila, normalmente,
entre 460 e 490ºC. Quando o tambor fica cheio, o efluente da fornalha é
desviado para um outro tambor, para que o primeiro possa ser descarregado
e condicionado para um novo ciclo.
O equipamento crítico da unidade é a fornalha, pois a carga vai ser aquecida
acima ·da temperatura de craqueamento incipiente e tem-se de evitar a
deposição de coque nas paredes da serpentina. Se a temperatura do óleo
ultrapassar está temperatura, estiver no estado líquido e com uma
velocidade linear relativamente baixa, então, sob a influência da temperatura,
a camada em escoamento laminar tenderá a se polimerizar e a depositar
coque na serpentina. Para que isto não ocorra, injeta- se vapor d'água, o que
provoca aumento da turbulência do escoamento no interior da serpentina
evitando a deposição do coque. O coqueamento não se dá na fornalha, mas
é "retardado" para que ocorra no tambor. Esta é a origem do nome do
processo.

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3.5 PROCESSOS CATALÍTICOS
3.5.1 CRAQUEAMENTO CATALITICO
Conhecido pela sigla FO: (Fluid Catalytic Cracking), o craqueamento
catalítico é um processo de refino que visa aumentar a produção de GLP,
gasolina e petroquímicos, através da conversão de cortes pesados
provenientes da destilação, desasfaltação e coqueamento, além de resíduos
de outros processos e produtos fora de especificação ("slop"). Paralelamente
são produzidos, além do gás combustível, produtos mais pesados que a
gasolina e um resíduo de alto teor de carbono que se deposita na superfície
do catalisador. Os rendimentos de gasolina e GLP de um FCC são muito
maiores que os de qualquer outro processo.
Originalmente os processos de craqueamento surgiram da necessidad e de
produção de gasolina com qualidade e em quantidade suficiente para
atender à crescente demanda deste combustível, em face do crescimento da
indústria automobilística e da demanda provocada pela II Guerra Mundial.
Iniciado com o craqueamento térmico, o processo, mais adiante, evoluiu para
a versão catalítica, em leito fixo, móvel e fluidizado, desenvolvendo-se de
maneira notável esta última concepção at é atingir o estágio atual, onde o
craqueamento catalítico fluido é um processo de alta rentabilidade, por
transformar frações residuais de baixo valor comercial em derivados com alto
valor agregado.
Uma unidade de FCC é composta das seguintes seções:
PRÉ AQUECIMENTO: a semelhança de outras unidades, utiliza permutadores de
calor e um
forno para levar a temperatura da carga a um patamar adequado
para ingressar na seção de Conversão.
REAÇÃO OU CONVERSÃO: onde se passa as reações do processo,
sendo composta de equ ipamentos de reação e de regeneração do catalisador,
além do sistema de gás de combustão.

FRACIONAMENTO: recebe o efluente do reator e o destila em diversos
produtos, a semelhança da destilação atmosférica. Permite o reciclo de
frações recupe radas para o
Conversor.
RECUPERAÇÃO DE GASES: processa as frações convertidas
(produt os leves da seção de
Fracionamento) e as fraciona em nafta de
craqueamento, GLP e gás combustível. O GLP pode ainda ser
desdob rado em propeno (matéria-prima para processos petroqu ímicos),
propano e
butanos.
TRATAMENTOS: trata o gás combustível , GLP e nafta de modo
a torná-los produtos
comercializáveis ou aptos para posterior
transformação em outros produtos. Nela, o teor de
enxofre dos
produtos acima citados é sensivelmente reduzido.


3.5.2. DESCRIÇÃO DO PROCESSO
A carga é pré-aquecida com correntes quentes que deixam o
processo e, opcionalmente,
num forno e é encaminhada ao Reator ,
que consiste num tubular vertical, conhecido como
"Riser" . Neste
ponto, recebe uma grande quantidade de vapor d'água e catalisador
a alta
temperatura (-730ºC), o que provoca a instantânea vaporização
do óleo e mantém fluidizado o
catalisador. Aqui ocorrem praticamente

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todas as reações de craqueamento. No Vaso Separador, também conhecido impropriamente como
Reator, podem ocorrer
reações complementares de craquea mento e é
onde são separados o catalisador dos gases
provenientes do
craqueamento. Esta separação é feita por centrifugação em
equipamentos internos chamados de ciclones. A temperatura dos gases
é aproximadamente a mesma da saída
do "Riser" , cerca de 540ºC,
conforme o tipo de carga, catalisador e o interesse na maximização de um
determinado produto. O catalisador acumula-se na seção inferior do
Vaso Separador,
conhecida como Retificador ou "Stripper" , onde
recebe nova injeção de vapor d'água para retirar
hidrocarbonetos leves
que possam estar retidos nos seus poros e escoa para o
Regenerador.
O
efluent e gasoso do Vaso Separador, constituído de
hidrocarbonet os craqueados e não, *e
sse
resíduo também é conhecido
como "coque", mas é muito diferente do coque produzido
no
Coqueamento Retardado. C
raqueados, vapor d'água, contaminantes e
gases inertes é enviado, após sair dos ciclones, à seção de
fracionament o.

No Regenerador, o coque depos itado na superfície do
catalisador é queimado com ar
injetado por um Soprador
("Blower")
através de um Distribuidor ("Pipe-Gricf) localizado na
base
do mesmo, gerando uma grande quantidade de calor que,
devido à circulação do catalisador, é a
principal fonte de energia
necessária para aquec imento, vaporização e conversão da carga . O
catalisador é fluidizado pela corrente de ar e de gases de combu stão
formando a fase densa
. Na fase diluída, acima da anterior, ocorre a
separação sólido-gás.

Partículas finas de catalisador arrastadas pela corrente gasosa
são recuperadas pelo
conjunto de ciclones de dois estágios
localizados no topo do Regenerador. Os gases de
combustão, inertes
e finos de catalisador não recupe rados deixam o segundo estági o dos
ciclones
e alcançam a câmara plena do topo do regenerador que
também serve como ponto de
sustentação dos ciclones. Esses gases
ainda serão submetidos a novos processos de separação
(estági os
extras de ciclones ou separação eletrostát ica) e servirão como fonte
de energia para
geração de vapor (Caldeira ou Recuperador) e energia
elétrica
(Turbo-Expansor) .
Um Aquecedor de Ar ("fominho"), que é parte integrante do
alinhamento de injeção de ar
para o Distribuidor, é usado durante a
partida para aquecer o Conversor e fornecer o calor
necessár io para
se elevar a temperatura do leito do regenerador ao ponto em que possa
se iniciar
a combustão do coque.
Na seção de Fracionamento os produtos formados são separados
pelas suas faixas de
ebulição em uma torre de destilação atmosférica,
chamada de Fraciona dora Principal. O produto
de topo contém as
frações mais leves, Gás Combustível, GLP e Nafta de Craqueamento
que,
após serem resfriadas, são coletadas no Vaso Acumulador,
onde coexistem três fases: uma
gasosa, constituída de
hidrocarbonetos de até quatro átomos de carbono e impurezas; uma
líquida e orgânica, composta de nafta contendo razoável quantidade de

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GLP dissolvido, a nafta instabilizada; uma aquosa, proveniente das
injeções de vapor que são feitas no Reator e na Frac ionadora. As
duas correntes de hidrocarbonetos são encaminhadas à seção de
Recupe ração
de Gases para posterior separação. Alguns FCCs
produzem uma Nafta Pesada , oriunda dos
pratos superiores da torre,
que atualmente é aproveitada para compor o "pool" de diesel.

Como produtos laterais da fracionadora temos os óleos de refluxo
leve
(LCO) e pesado (HCO) . Esses dois cortes são constituíd os de
moléculas médias e pesadas que foram parcialmente craqueadas.
Parte dessas correntes era retirada da unidade e o restante reciclado à

carga, para que houvesse uma nova oportunidade de as moléculas
serem craqueadas. Atualmente,
por razões econômicas, todo o HCO é
recirculado para diluição do produto de fundo, enquanto
que para o
LCO é retirado e pode ser usado como diluente de óleo combustível ou
hidrotratado
para servir como diesel. O produto de fundo da
fracionado ra é constituído de frações
pesadas residuais e de partículas
de catalisador que foram arrastadas pela corrente gasosa que deixou o

Separador. Este resíduo pode ser decantado ou clarificado, para
produção de um óleo conhecido
como resíduo aromático (Raro),
matéria-prima para produção de negro de fumo, ou reciclado para o
Reator.

A seção de Recuperação de Gases tem por objetivo separar a
nafta de craqueamento, o
GLP e o gás combustível entre si e de seus
contaminantes. Os leves da seção de fracionamento são comprimidos e
resfriados, de modo que os hidrocarbonetos da faixa C
3-C4 se
liquefazem e os
mais leves, C1-C2, permanecem na cor rente
gasosa. Esta corrente vai ter ao fundo da
Absorvedora Primária ,
onde pelo topo é injetada nafta para a absorção de algum
C
3 ou C4
remanescente.
Com o intuito de se recupe rar frações de nafta de absorção
arrastadas pelo gás
combustível, esta corrente passa por uma
Absorvedora Secundária, onde o fluido de absorção é o refluxo
circulante frio de LCO, que após a absorção retorna à torre
fracionadora. O gás
combustíve l é enviado a seção de tratamento
com DEA para a remoção do gás ácido (H 2S e
CO2).
A nafta instabilizada proveniente do fundo da absorvedora
primária se junta com a descarga do compressor, passa pelos
Resfriadores de Alta Pressão e vai ao Tambor de Alta Pressão . É
possível que, no contato com os gases do compressor, algum
composto leve seja
também absorvido. Para que estes compostos
sejam removidos, a nafta que deixa o fundo do
tambor de alta pressão
passa por uma torre
Retificadora , onde recebe um ligeiro
aquecimento.
Os leves são vaporizados e pelo fundo desta torre sai a
nafta em condições de ser enviada à torre Debutanizadora. A operação
da debutanização é semelhante
à de estabilização, porém em
condições mais severas. Pelo fundo desta torre obtém-se a
Nafta
Estabilizada
, pronta para ser submetida aos tratamentos para redução
do teor de enxofre. Pelo topo saem vapores de GLP,
que apôs
resfriados, são liquefeitos. O GLP contém uma razoável concentração
de compostos de enxofre, sendo enviado à seção de tratamento para

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a eliminação destes contaminantes. Dependendo do mercado local e
do interesse da refinaria, o GLP pode ser fracionado para a obtenção
de uma corrente rica em C3s e outra rica em C4s. Normalmente, esta
operação é feita
quando existem indústrias petroqu ímicas interessadas
em uma das duas correntes.

3.5.3. REFORMA CATALÍTICA
A reforma catalítica é um processo que consiste no rearranjo da
estrutura molecular dos
hidrocar bonetos contidos em certas frações de
petróleo, com a finalidade de obter um produto
com maior qualidade e
valor agregado. Pode ser orientado para se alcançar,
fundamentalmente,
um dos dois objetivos: obter um produto de elevado
índice de octanagem, próprio para motores de
alta taxa de compressão,
ou um produto rico em hidrocarbonetos aromáticos nobres (benzeno,
tolueno e xilenos), que são posteriormente recuperados e fracionados ,
obtendo-se isoladamente
cada componente com elevado grau de

pureza. Tais sentidos de orientação dependem, de forma
primordial, das
frações de nafta selecionadas, sendo a faixa de destilação a
característica principal. Além desta, a origem do petróleo e o processo
anterior a que a nafta foi submetida são outras características
importantes.

O processo de reforma consiste em passar sobre um catalisador,
geralmente de platina e mais modernamente de platina com outro metal
(rênio ou germânio), uma mistura de hidrocarbonetos e hidrogênio
mantidos a uma temperatura próxima de 500ºC e uma pressão entre 10 e
40kgf/cm
2
. Produz-se, então, uma série de reações que conduzem a
formação de um
reformado rico em hidrocarbonetos aromát icos e
isoparafinicos, produt os leves (GLP) e hidrogêni o. Como na maioria dos
processos catalíticos, diferentemente do FCC, neste caso o leito é fixo.
Sua regeneração é feita periodicamente e necessita de interrupção do
processo.


4. PROCESSOS DE ACABAMENTO
4.1.HIDROPROCESSAMENTO
As unidades de Hidrorrefino ou Hidroprocessamento vêm se
tornando cada vez mais
importantes, pelo cada vez maior rigor da
legislação ambiental e pela necessidade de conferir a
certos derivados
propriedades não alcançadas pelas rotas de Separação e
Conversão. O esque ma básico consiste em reagir hidrocarbonetos com
H2 na presença de um catalisador a alta
temperatura e pressão. Após o
reator, a mistura passa por etapas de fracionamento e
recuperação,
inclusive do hidrogênio.


4.2.HIDROTRATAMENTO (HDT)
O hidrotratamento é um processo de refino com hidrogênio cuja
finalidade é estabilizar um
determinado corte de petróleo ou eliminar
compostos indesejáveis dos mesmos. A estabilização
de frações de
petróleo é conseguida por meio da hidrogenação de compostos reativos
presentes,
como por exemplo alquenos e dienos (hidroacabam ento,
HDA). Os elementos indesejáveis
removidos por hidrogenação

18. 16

incluem: enxofre (HDS), nitrogên io (HDN), oxigên io, halogênios e
metais. O hidrotratamento pode ser empregado em todos os cortes de
petróleo, tais como gases,
nafta, que rosene, diesel, gasóleos para
craquea mento, lubrificantes, pa rafinas, resíduos
atmosféricos e de
vácuo, etc.


4.3.HIDROCRAQUEARNENTO (HCC)
Processo ainda em fase de implantação no Brasil, também
conhecido como
Hidroconversão, promove craqueamento catalítico da
carga ao mesmo tempo em que estabiliza
determinados componentes
e remove contaminantes, unindo características de HDT e FCC.
Opera
em leito fixo e utiliza altíssimas pressões e temperaturas, exigindo
equipamentos de porte
gigantesco. O primeiro HCC brasileiro está com
sua partida prevista para 2012, na REDUC.

4.4 GERAÇÃO DE HIDROGÊNIO
O desenvolvimento da indústria de refino e da petroquímica
trouxe consigo novos
processos, onde o hidrogêni o é largamente
utilizado. A indústria petroquímica lança mão de
hidrogênio em vários
processos, dentre os quais, os mais importantes são a síntese do
metanol e
da amorna. As modernas refinarias precisam de
hidrogênio para processos de
hidroprocessa mento. Muitas refinarias
produzem uma quantidade de hidrogênio suficiente para
pequenas
unidades de hidrotratamento, utilizando o gás residual oriundo da
operação de reforma
catalítica de nafta. Ocorre, entretanto, que nem
todas as refinarias dispõem de reforma catalítica
ou, se dispõem , nem
sempre o gás produzido é suficiente
ou adequado para o consumo,
mormente se as unidades de hidroprocessament o são de grande porte.
Esta quantidade suplementar de hidrogênio pode ser obtida através
de dois processos:
oxidação parcial de frações pesad as, como óleo
combustível, ou reforma com vapor de frações leves como gás natural,
gás combustível, gás liquefeito e nafta. O processo de oxidação parcial

consiste na queima de hidrocarbonetos pesados por uma corrente de
oxigênio de alta pureza,
porém, numa vazão cerca de 30 a 40% da
relação estequiométrica ideal.

A reforma com vapor consiste na reestruturação de moléculas de
hidrocarbonetos em
presença de vapor d'água e catalisadores,
produzindo o gás de síntese. Posteriormente, os gases
formados reagem
com o excesso de vapor d'água, em presença de outros catalisado res,
gerando
uma quantidade adicional de hidrogênio. Uma característica
muito interessante dessas unidades,
que as distinguem de outros
processos em leito fixo, é que o Forno e o Reator são o mesmo

equipamento. O catalisador fica contido nos tubos da fornalha,
conhecidos como colunas, por serem verticais e de passo único. Como
última etapa, o CO2 é absorvido em uma solução de
MEA
(monoetanolamina), gerando-se uma corrente de hidrogênio de alta
pureza.

4.5.TRATAMENTO DE ÁGUAS ACRES
Chamadas equivocadamente de águas ácidas, águas acres são as

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correntes aquosas que tiveram contato íntimo com as correntes de
processo. Não poden do ser descartadas no
ambiente, devem ser
tratadas para remoção de seus principais contaminantes, dentre os
quais se
destacam os gases sulfídrico (H2S) e amoníaco (NH3).
Também são encontrados, dentre outros, o
CO2, fenóis, cloretos,
metais e outras substâncias nocivas. Não devem ser confundidas com
as
águas oleosas, que sofrem tratamento à parte.
Basicamente, o processo consiste na retificação dessas águas
com vapor d'água, em uma
ou duas torres. O H2S separado é enviado
para uma Unidade de Recuperação de Enxofre (URE)
e o NH3 para
conversão a N2 ou queima em incineradores. A água retificada é
reaproveitada nos
processos como água de lavagem.

4.6.TRATAMENTO COM AMINAS (MEA, DEA)
As aminas são compostas orgânicos de caracter ística básica,
sendo úteis para absorção de gases ácidos contaminantes de algum
produto. O gás de síntese efluente da reforma com
vapor já foi
mencionado acima e é separado do CO
2 pela absorção com uma
solução aquosa de monoetano lamina (MEA). Gases ácidos oriundos de
FCC, CR e HDT são normalmente tratados
com dietanolamina (DEA).
Nestes processos, a solução de amina passa em contracorrente
com o produto a ser
tratado (numa torre extratora ou absorvedora,
dependendo da fase deste), abaixas temperaturas e pressões
relativamente altas. A seguir, a amina rica é retificada em condições
opostas (temperatura mais alta e pressão baixa), liberando o gás ácido
e regene rando a amina, que passa
a se chamar amina pobre e reinicia
outro ciclo de tratamento.


*Isso se deve a uma tradução equivocada do termo inglês sour, que
pode significar ácido, mas
também tem o sentido de cáustico,
irritante, acre. Ácido, no sentido químico, em inglês é acid.

20. 18


BIBLIOGRAFIA

1. BRASIL, Nilo Índio do. Introdução à Engenharia Química, 2ª ed.,
lnterciência, Rio de
Janeiro, 2004.

2. FOUST, Alan S.; WENZEL, Leonard A.; CLUMP, Curtis W.;
MAUS, Louis; ANSERSEN,
L Bryce. Princípios das Operações
Unitárias , tradução Horácio Macedo,2ª ed.; Guanabara
Dois, Rio de
Janeiro, 1982.

3. SHREVE, R. Norris; AUSTIN, George T. Shreve 's Chemical Process
Industries, 5•h ed.,
McGraw-Hill Book Company, Singapo re, 1984.

4. PERRY, Robert H.; GREEN, Don W.; MALONEY, James O.
(editores). Perry's Chemical
Engineering Handbook, 7th ed., McGraw-
Hill, New York,1999.

5. CAMPOS FILHO, Mauricio Prates de. Introdução à Metalurgia
Extrativa e à Siden1rgia,

LTC/FUNCAMP, Rio de Janeiro, 1981.
6. ABADIE, Eli. Processos de Refinação , Apostila,
Petrobras,1994.

7. Esquemas de Refino, Apostila, Petrobras, 2000.

8. JORDÃO, Mario. Deterioração de Equipa mentos, Apostila,
Petrobras,2006.


9. FERREIRA, Joberto. Hidroprocessamento de Combustíveis,
Apostila, Petrobras,1997.


10. FILHO, Daniel H.M. Introdução ao Processamento e
Tratamento de Gás Natural, Apostila,
Petrobras,2005.

Obs.: os livros do Shreve e do Perry possuem traduções brasileiras,
porém ambas de
edições antigas e algo defasadas.

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RESPONSABILIDADE TÉCNICA
TODAS AS NORMAS DEVEM SER SEMPRE VERIFICADOS POR MOTIVO
DE ADEQUAÇÃO OU ATUALIZAÇÃO VIGENTES.


Curso: Inspetor de Equipamentos
Disciplina: Módulo 1- PROCESSO QUÍMICO
Inspetor Mário Sérgio de Oliveira Mello
Estudante - Usuário: 201411005 - CETEPIS