NOÇÕES DE PROCESSAMENTO DE ÓLEO E ESTOCAGEM, MOVIMENTAÇÃO E TRANSFERÊNCIA DE PRODUTOS ACABADOS
Autor: Mário Souza das Virgens
NOÇÕES DE PROCESSAMENTO DE ÓLEO E ESTOCAGEM, MOVIMENTAÇÃO E TRANSFERÊNCIA DE PRODUTOS ACABADOS
Este é um material de uso restrito aos empregados da PETROBRAS que atuam no E&P. É terminantemente proibida a utilização do mesmo por prestadores de serviço ou fora do ambiente PETROBRAS. Este material foi classificado como INFORMAÇÃO RESERVADA e deve possuir o tratamento especial descrito na norma corporativa PB-PO-0V4-00005“TRATAMENTO DE INFORMAÇÕES RESERVADAS". Órgão gestor: E&P-CORP/RH
NOÇÕES DE PROCESSAMENTO DE ÓLEO E ESTOCAGEM, MOVIMENTAÇÃO E TRANSFERÊNCIA DE PRODUTOS ACABADOS Autor: Mário Souza das Virgens
Ao final desse estudo, o treinando poderá: • Reconhecer os principais processos de transformação pelos quais passa o petróleo em uma unidade de renaria até chegar ao processo de tancagem de produto acabado.
Para o alcance destes objetivos são indicados como prérequisitos os conhecimentos de: • Amostragem e análise laboratorial; • Propriedades de óleo, gás e água.
Programa Alta Competência
Este material é o resultado do trabalho conjunto de muitos técnicos da área de Exploração & Produção da Petrobras. Ele se estende para além dessas páginas, uma vez que traduz, de forma estruturada, a experiência de anos de dedicação e aprendizado no exercício das atividades prossionais na Companhia. É com tal experiência, reetida nas competências do seu corpo de empregados, que a Petrobras conta para enfrentar os crescentes desaos com os quais ela se depara no Brasil e no mundo. Nesse contexto, a E&P criou o Programa Alta Competência, visando prover os meios para adequar quantitativa e qualitativamente a força de trabalho às estratégias do negócio E&P. Realizado em diferentes fases, o Alta Competência tem como premissa a participação ativa dos técnicos na estruturação e detalhamento das competências necessárias para explorar e produzir energia. O objetivo deste material é contribuir para a disseminação das competências, de modo a facilitar a formação de novos empregados e a reciclagem de antigos. Trabalhar com o bem mais precioso que temos – as pessoas – é algo que exige sabedoria e dedicação. Este material é um suporte para esse rico processo, que se concretiza no envolvimento de todos os que têm contribuído para tornar a Petrobras a empresa mundial de sucesso que ela é. Programa Alta Competência
Agradecimentos Agradeço a Severino e Aline pelo suporte no decorrer deste trabalho; a Ednaldo pela ajuda em meus primeiros momentos na cidade de Natal. Agradeço também a minha esposa Valmúsia pela dedicação e a minhas lhas que são a minha razão de viver. Meus sinceros agradecimentos ao Corpo Técnico da UN-RNCE pela oportunidade.
Como utilizar esta apostila
Esta seção tem o objetivo de apresentar como esta apostila está organizada e assim facilitar seu uso. No início deste material é apresentado o objetivo geral, o qual representa as metas de aprendizagem a serem atingidas.
ATERRAMENTO DE SEGURANÇA
Autor
Ao final desse estudo, o treinando poderá: • Identicar procedimentos adequados ao aterramento e à manutenção da segurança nas instalações elétricas; • Reconhecer os riscos de acidentes relacionados ao aterramento de segurança; • Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas.
Objetivo Geral
O material está dividido em capítulos. No início de cada capítulo são apresentados os objetivos específicos de aprendizagem, que devem ser utilizados como orientadores ao longo do estudo.
1 o l u t í p a C
Riscos elétricos e o aterramento de segurança
Ao final desse capítulo, o treinando poderá:
Objetivo Específico
• Estabelecer a relação entre aterramento de segurança e riscos elétricos; • Reconhecer os tipos de riscos elétricos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos; • Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas.
No nal de cada capítulo encontram-se os exercícios, que visam avaliar o alcance dos objetivos de aprendizagem. Os gabaritos dos exercícios estão nas últimas páginas do capítulo em questão.
Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança
Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança
1.4. Exercícios
1.7. Gabarito
1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança?
1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança?
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________ 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso:
O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos. 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incêndio e explosão (B)
B) Risco de contato
“Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.”
Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas
Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas denições estão disponíveis no glossário. Ao longo dos textos do capítulo, esses termos podem ser facilmente identicados, pois estão em destaque. Nesse processo, o operador tem importante papel, pois, ao interagir diariamente com os equipamentos elétricos, pode detectar imediatamente alguns tipos de anormalidades, antecipando problemas e, principalmente, diminuindo os riscos de choque elétrico por contato indireto e de incêndio e explosão.
3.1. Problemas operacionais Os principais problemas operacionais vericados em qualquer tipo de aterramento são: • Falta de continuidade; e • Elevada resistência elétrica de contato. É importante lembrar que Norma Petrobras N-2222 dene o valor de 1Ohm, medido com multímetro DC (ohmímetro), como o máximo admissível para resistência de contato.
Alta Competência
3.4. Glossário Choque elétrico – conjunto de perturbações de natureza e efeitos diversos, que se manifesta no organismo humano ou animal, quando este é percorrido por uma corrente elétrica. Ohm – unidade de medida padronizada pelo SI para medir a resistência elétrica. Ohmímetro – instrumento que mede a resistência elétrica em Ohm.
49
Caso sinta necessidade de saber de onde foram retirados os insumos para o desenvolvimento do conteúdo desta apostila, ou tenha interesse em se aprofundar em determinados temas, basta consultar a Bibliografia ao nal de cada capítulo.
Alta Competência
1.6. Bibliografia CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007. COELHO FILHO, Roberto Ferreira.Riscos em instalações e serviços com eletricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005. Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410.Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.
Ao longo de todo o material, caixas de destaque estão presentes. Cada uma delas tem objetivos distintos. A caixa “Você Sabia” traz curiosidades a respeito do conteúdo abordado de um determinado item do capítulo.
É atribuído a Tales de Mileto (624 - 556 a.C.) a primeira observação de um fenômeno relacionado com a eletricidade estática. Ele teria esfregado um fragmento de âmbar com um tecido seco e obtido um comportamento inusitado – o âmbar era capaz de atrair pequenos pedaços de palha. O âmbar é o nome dado à resina produzida por pinheiros que protege a árvore de agressões externas. Após sofrer um processo semelhante à fossilização, ela se torna um material duro e resistente.
“Importante” é um lembrete das questões essenciais do conteúdo tratado no capítulo.
IMPORTANTE! É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela!
Já a caixa de destaque “Resumindo” é uma versão compacta dos principais pontos abordados no capítulo. RESUMINDO...
Recomendações gerais • Antes do carregamento do pig , inspecione o interior do lançador; • Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas
Em “Atenção” estão destacadas as informações que não devem ser esquecidas.
ATENÇÃO É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles.
Todos os recursos didáticos presentes nesta apostila têm como objetivo facilitar o aprendizado de seu conteúdo. Aproveite este material para o seu desenvolvimento prossional!
Sumário Introdução
17
Capítulo 1 - Noções de processamento de óleo Objetivos 1. Noções de processamento de óleo 1.1. O petróleo e suas características 1.1.1. Formas de classicação do petróleo
1.2. Processamento de óleo 1.2.1. Processos de separação 1.2.2. Processos de conversão 1.2.3. Processos de tratamento de derivados
1.3. Exercícios 1.4. Glossário 1.5. Bibliograa 1.6. Gabarito
19 21 23 25
30 33 40 51
58 60 63 64
Capítulo 2 - Tancagem: estocagem, movimentação e transferência de produtos acabados Objetivos 2. Tancagem: estocagem, movimentação e transferência de produtos acabados 2.1. Estocagem 2.2. Movimentação 2.3. Transferência de produtos acabados 2.4. Exercícios 2.5. Glossário 2.6. Bibliograa 2.7. Gabarito
65 67 69 69 72 75 76 77 78
Introdução m um contexto geral, o processamento é um processo de transformação. Na indústria de petróleo o processamento tem um signicado mais abrangente, pois, além da transformação, constitui-se também da separação de seus diversos componentes em frações, de acordo com o interesse para o qual a unidade foi concebida.
E
O tratamento do petróleo tem grande influência na campanha de uma unidade de refino que é o local onde ocorre todo o processo, tendo que ser visto como parte integrante de uma unidade de processamento.
17 Além das considerações acerca do processamento de petróleo, devemos dar importância também ao aspecto ambiental, que é de vital importância para a sobrevivência de uma empresa nos dias atuais. Uma empresa que polui de forma descontrolada está condenada a perder não apenas clientes, como a própria licença operacional. Existem unidades constituídas pela Petrobras com a nalidade de reduzir o índice de poluição ambiental. Muitas vezes, longe de se tornar uma elevação de custo, essas unidades abrem uma janela de oportunidades, pois esse processo acaba transformando o contaminante em um produto de venda economicamente viável, como o H2S (ácido sulfídrico) que, ao passar por um determinado processo, é convertido em enxofre. Assim, a partir do petróleo, podemos obter desde gás combustível até resíduos sólidos que serão utilizados como combustíveis em siderúrgicas. Para chegarmos a este estágio, é necessária a atuação eciente de diversos prossionais, desde o corpo de engenharia até o corpo técnico de operação, imbuídos de um objetivo comum: a maximização da produção com segurança e qualidade do produto nal. A etapa nal deste processo é o sistema de tancagem de produto acabado, onde temos os resultados dos esforços empreendidos durante as etapas anteriores.
Ao final desse capítulo, o treinando poderá: • Relacionar as substâncias que compõem o petróleo, classicando-o de acordo com suas características; • Listar as etapas de processamento de óleo.
20
1. Noções de processamento de óleo
A
teoria do processo é uma ferramenta de grande importância na obtenção do domínio de uma unidade. Constitui-se de um conjunto de informações que servirão de suporte teórico para a operacionalidade de uma planta de processo (unidade de processo), descrevendo o sistema desde a entrada de carga, passando pelos equipamentos e particularidades do processo (reações químicas, utilização de produtos químicos, remoção de contaminantes, entre outras), até a retirada do produto acabado para tanque. A leitura das informações contidas na teoria de processo facilita a compreensão dos sistemas existentes, fornecendo embasamento para uma interpretação segura das ocorrências, tornando mais ecaz a atuação do prossional. O conhecimento do uxograma da planta de processo (unidade de processo) também é imprescindível na atuação do técnico, seja em condição normal de operação ou em situações de emergência, uma vez que a simples abertura ou fechamento indevido de uma válvula de bloqueio pode causar danos irreparáveis ao processo, ao ser humano e ao meio ambiente.
A coleta de amostra, ou amostragem, é normalmente um procedimento simples e rotineiro, porém ao fazê-la o prossional deve ter em mente que o seu resultado será utilizado como parâmetro para a necessidade, ou não, de correção de resultados analíticos do produto nal. É importante enfatizar que durante a coleta devese fazer uso dos EPIs recomendados e seguir, passo a passo, os procedimentos especícos de amostragem, para que o seu resultado expresse representativamente as características do produto que passa no interior da tubulação.
21
Ao se obter um resultado fora dos parâmetros de especicação, deve-se inicialmente analisar o perl da planta de processo (unidade de processo) no momento da coleta, comparando com o atual, e cogitar a possibilidade de erro no momento da amostragem ou na execução da análise pelo técnico de laboratório, para então, fazer as correções necessárias.
22
A condição de operação de uma unidade de processamento é obtida através do conhecimento da faixa normal de operação de algumas variáveis importantes (vazão de refluxo, temperatura de topo, temperatura de um prato sensível, entre outros), dependendo do grau de complexidade da unidade. O conjunto dessas variáveis forma o perfil de uma unidade de processo ou de um determinando equipamento. As variáveis citadas são típicas de uma torre de fracionamento, embora haja outras, não relacionadas. É através da mudança do perl que se obtêm os primeiros indícios de que algo está fugindo à normalidade. Cabe ao técnico identicar o que está causando essa tendência e efetuar a devida correção.
23 Esquema simplicado de uma renaria de petróleo
1.1. O petróleo e suas características O petróleo é uma fonte de energia não renovável composta de hidrocarbonetos provenientes de resíduos orgânicos (decomposição de fósseis animais e vegetais) que se encontram em bacias sedimentares. Além dos hidrocarbonetos, constam em sua composição substâncias indesejadas denominadas contaminantes. Dentre os principais contaminantes podemos citar: água, enxofre, oxigênio, nitrogênio, sais e metais. Há contaminantes eminentemente prejudiciais ao processo, como é o caso da água e outros que, além de prejudiciais ao processo, também são prejudiciais ao ser humano. Dentre estes, um dos que oferece grande risco é o H 2S (ácido sulfídrico) em função de sua elevada concentração em muitos campos, principalmente nos campos maduros, e elevado grau de letalidade a baixíssimas concentrações no ambiente. A injeção de seqüestrante de H 2S visa reduzir sua concentração na carga e é feita nas estações de bombeio com o objetivo de reduzir a corrosividade do petróleo e o risco de contaminação do ser humano e do meio ambiente.
A tabela a seguir, descreve as ações de alguns contaminantes do petróleo: Ácidos naftênicos Ácidos alifáticos H2S
Básicos nitrogenados
RSH (mercaptans)
24
Formação de depósitos por aquecimento, formação de sais insolúveis e corrosão. Formação de sais insolúveis. Elevada toxidez, odor desagradável, contaminação de catalisadores metálicos, corrosividade à lâmina de cobre e prata. Contaminação de catalisadores ácidos, formação de depósitos por aquecimento, odor desagradável e alteração de cor. Dissolução de elastômeros, odor desagradável, contaminação de catalisadores metálicos.
É em função da presença de contaminantes e de sua densidade que o valor do petróleo é denido. A unidade de medida utilizada para a densidade é o grau API . Quanto mais próximo de 50º API , menos viscoso é o óleo e maior o seu valor comercial, pois dele se extrai uma quantidade maior de produtos nobres como nafta, GLP (Gás Liquefeito de Petróleo), QAV (Querosene de Aviação) e diesel. As renarias brasileiras foram projetadas para o processamento de óleo leve. A produção de petróleo no Brasil é, em sua maioria, de óleo pesado, tornando necessária a importação de óleo leve para suprir a demanda das renarias. Algumas delas estão sofrendo alterações no projeto de modo a possibilitar o processamento de óleo pesado. Uma forma de reduzir a dependência da importação é a mistura de óleo leve com óleo pesado, processando-se um óleo de viscosidade intermediária.
Para elevar o grau de processamento do petróleo de origem nacional, houve a necessidade de desenvolvimento de novas técnicas para as unidades de processamento já existentes, com a nalidade de adaptá-las e deixá-las em condições de operar com maior concentração de petróleo nacional. Dentre essas adaptações podemos citar as unidades de craqueamento, que já são realidade em algumas renarias no Brasil. Exemplos: Replan - Renaria de Paulínea, em São Paulo e Regap Renaria Gabriel Passos, em Minas Gerais.
1.1.1. Formas de classificação do petróleo Como foi visto, o petróleo é classicado a partir de dois aspectos fundamentais: • Sua composição; • Sua densidade.
25
A tabela a seguir apresenta essas classicações. Classificação quanto à composição
Classe parafínica (75% ou mais de parafinas)
26
A maior parte dos petróleos produzidos no nordeste brasileiro é classificada como parafínica. Com exceção dos casos de elevado teor de n-parafinas (hidrocarbonetos de cadeia aberta) com alto peso molecular, os óleos leves, fluidos ou de alto ponto de fluidez, com densidade inferior a 0.85, teor de resinas e asfaltenos menor que 10% e viscosidade baixa, fazem parte dessa classificação. Os aromáticos presentes são de anéis simples ou duplos e o teor de enxofre é baixo.
Classe parafínico-naftênica (50 – 70% parafinas, >20% de naftênios)
A maioria dos petróleos produzidos na Bacia de Campos - RJ é deste tipo. Os óleos desta classe são os que apresentam um teor de resinas e asfaltenos entre 5 e 15%, baixo teor de enxofre (menos de 1%), teor de naftênicos (hidrocarbonetos de cadeia fechada e sem dupla ligação) entre 25 e 40%. A densidade e viscosidade apresentam valores maiores do que os parafínicos, mas ainda são moderados.
Classe naftênica (>70% de naftênicos)
Alguns óleos da América do Sul, da Rússia e do Mar do Norte pertencem a esta classe. Essa classe é composta por um número muito pequeno de óleos. Apresentam baixo teor de enxofre e se originam da alteração bioquímica de óleos parafínicos e parafínico-naftênicos.
27
Classe aromática intermediária (>50% de hidrocarbonetos a aromáticos)
Oriente Médio (Arábia Saudita, Catar, Kuwait, Iraque, Síria e Turquia), África Ocidental, Venezuela, Califórnia e Mediterrâneo (Sicília, Espanha e Grécia) possuem alguns óleos desta classe. Engloba óleos freqüentemente pesados, contendo de 10 a 30% de asfaltenos e resinas e teor de enxofre acima de 1%. O teor de monoaromáticos é baixo e em contrapartida o teor de tiofenos e de dibenzotiofenos é elevado. A densidade usualmente é maior que 0,85.
Classe aromático-naftênica (>35% de naftênicos)
Alguns óleos da África Ocidental são deste tipo. Os óleos desta classe sofreram processo inicial de biodegradação e no qual são removidas as parafinas. São derivados dos óleos parafínicos e parafíniconaftênicos, podendo conter mais de 25% de resinas e asfaltenos e teor de enxofre entre 0,4 e 1%.
28
Classe aromático-asfáltica (>35% de asfaltenos e resinas)
Os óleos encontrados no Canadá Ocidental, Venezuela e sul da França pertencem a essa classe. São oriundos de um processo de biodegradação avançada em que ocorreria a reunião de monocicloalcenos e oxidação. Podem se enquadrar ainda nesta classe, alguns poucos óleos verdadeiramente aromáticos não degradados da Venezuela e África Ocidental. Compreende principalmente óleos pesados e viscosos, resultantes da alteração dos óleos aromáticos intermediários. Os asfaltenos são compostos que constituem a fração mais pesada do petróleo e resinas são componentes que fazem parte da fração não volátil do petróleo, assim como os asfaltenos, porém de menor peso molecular que estes. O teor de asfaltenos e resinas é elevado, havendo equilíbrio entre ambos. O teor de enxofre varia de 1 a 9% em casos extremos.
Classificação quanto à densidade Leves
Médios Pesados Extrapesados
Possui grau API igual ou superior a 33. São óleos de excelente qualidade e alto valor de mercado. Normalmente presentes em óleos com grau API entre 27 e 33. Normalmente presentes em óleos com grau API de 27 a 15. Presentes em óleos com grau API abaixo de 15.
29
30
1.2. Processamento de óleo Processamento, nesse contexto, é sinônimo de reno. A unidade de reno é uma das unidades de processamento. Por possuir nalidades distintas, o processamento é desmembrado. As unidades de reno possuem diversos equipamentos. Dentre eles podemos citar:
Permutadores de calor
Bombas
31
Instrumentos de medição de uxo, pressão e temperatura
Tubulações
32 Fornos
Vasos
Torres
A integração energética atualmente vem sendo muito utilizada em uma unidade de processo e consiste no aproveitamento da energia contida no processo, de modo a reduzir o consumo de combustível e custos de produção. Um dos equipamentos mais utilizados para este m é o permutador de calor. Um exemplo típico nesta integração são as baterias de permutadores normalmente existentes em uma unidade de reno. Antes de entrar no forno, a carga fria passa por uma bateria de permutadores trocando calor com o uido de saída do fundo da torre atmosférica, que está aquecido. O aquecimento do uido de entrada do forno reduz a necessidade de combustível para o aquecimento do mesmo e, além disso, gera economia também em função do projeto de dimensionamento de um forno menor.
!
ATENÇÃO
Os processos encontrados nas renarias normalmente estão divididos em processos de separação, processos de conversão e processos de tratamento.
O processo de separação em uma unidade de reno de petróleo consiste no processamento deste com a nalidade de obter derivados de maior valor agregado (diesel, nafta, gasolina, querosene de aviação, GLP, solventes alifáticos, paranas, lubricantes, óleos combustíveis, entre outros). Já no processo de conversão há a transformação de determinadas frações de petróleo em outras de maior interesse econômico. 1.2.1. Processos de separação Como podemos observar, os processos de separação são de natureza física. As frações do petróleo são separadas através de modicações de temperatura e/ou pressão ou utilização de solventes diversos para
33
obtenção da separação desejada. Dentre os processos de separação podemos citar: • Destilação a vácuo; • Destilação atmosférica; • Dessalgação do petróleo. a) Dessalgação (dessalinização) É o processo utilizado para remoção de sais corrosivos, alguns metais e sólidos em suspensão.
34
catalisadores; permutadores de Principais danos causados pelos calor em função de depósitos nas paredes sais corrosivos dos tubos deste equipamento; destilação; coque nas tubulações.
Durante o processo de dessalgação mistura-se um determinado percentual de água à carga, entre 3 e 10% do volume desta, com a nalidade de dissolver os sais indesejáveis. A água é separada da fração petróleo pela adição de desemulsicantes (opcional em algumas unidades de reno), compostos que ajudam na quebra da estabilidade da emulsão, e pela aplicação de um alto potencial elétrico no interior de um vaso, onde as moléculas de água salgada vão coalescer em função de sua polaridade. A manutenção da temperatura ideal também auxilia no processo de decantação da água. É gerada uma lama no interior do vaso que, em dessalgadoras modernas, pode ser removida parcialmente através de uma injeção de água no fundo do vaso periodicamente. A água resultante do processo (salmoura) é reutilizada ou drenada continuamente para uma unidade de tratamento pelo fundo do vaso
(dessalgadora), ao passo que o petróleo segue seu uxo pela parte superior do mesmo. O controle de nível de água na dessalgadora é de vital importância, uma vez que a presença de água nas serpentinas provoca fortes oscilações no forno e danos às bandejas da torre atmosférica.
35
b) Destilação atmosférica O petróleo, após dessalgação, passa por um forno para aquecimento. Este forno opera normalmente entre 370 e 390ºC, com a nalidade de vaporizar grande parte da fração de petróleo. Em seguida, o petróleo segue para uma torre de fracionamento à pressão atmosférica. A porção vaporizada ascende à torre prato a prato em direção ao topo. Nesse trajeto há uma troca de calor e massa com o líquido presente em cada prato. À medida que vai perdendo temperatura, parte de seus componentes vão se depositando em bandejas. As frações mais pesadas se acumulam nas bandejas inferiores e as mais leves, nas superiores.
Parte das frações líquidas desce através dos vertedores das bandejas e se acumulam em “panelas” de onde são feitas as retiradas laterais ao longo da torre. A condensação dos vapores ocorre aos hidrocarbonetos com temperatura de ebulição igual ou superior ao prato correspondente. Os que possuem pontos de ebulição inferiores, e não condensarem em nenhum dos pratos, vão subindo até atingirem o topo, onde a fração líquida condensa formando a nafta (fração líquida e incolor de composição próxima à da gasolina) e GLP (Gás Liquefeito de Petróleo), após passarem por um condensador de topo da torre. A composição do líquido prato a prato é diferenciada. Quanto mais localizado no fundo da torre, mais pesada é a sua composição. Os produtos laterais deste processo são nafta pesada, óleo diesel e querosene.
36
As frações mais pesadas saem pelo fundo da torre sob a forma de asfaltos ou cru reduzido. Essa fração possui ainda substâncias que serão vaporizadas na torre de destilação a vácuo. O gás de renaria sai no topo do vaso condensador da torre atmosférica, porém é rico em contaminantes como o gás sulfídrico (H2S) e vapores de amônia. Após sofrer um processo de tratamento e puricação, esses gases são usados no sistema de gás combustível para aquecimento dos fornos.
37
Fracionamento atmosférico
c) Destilação a vácuo A fração oriunda do fundo da torre atmosférica que não sofreu destilação será o produto de fracionamento da torre de destilação a vácuo. Esse processo é utilizado porque seria necessária a elevação da temperatura do forno de modo a possibilitar um maior fracionamento na torre atmosférica. Porém, a elevação a temperaturas superiores a 400ºC poderia causar decomposição térmica. Visando à redução do tempo de residência do óleo cru no forno e elevar o grau de turbulência no interior das serpentinas, é comum se fazer uso da injeção de uma pequena quantidade de vapor nos fornos de vácuo.
A redução da pressão em uma torre torna possível o fracionamento de resíduos atmosféricos (gasóleos) a temperaturas mais baixas, evitando-se a ocorrência da decomposição. O vácuo é conseguido através de utilização de ejetores ou bombas de vácuo. Nesse processo, há uma nova passagem por um forno e subseqüente vaporização de boa parte da carga ao entrar na torre. Ocorre o mesmo processo de destilação relatado para a torre atmosférica, sendo que haverá duas saídas laterais, principais: gasóleo leve e gasóleo pesado. Existem processos em que há a retirada também do gasóleo médio.
38
Parte do gasóleo leve pode ser adicionado ao diesel, embora seja ligeiramente mais pesado que este, desde que o seu ponto nal não esteja elevado em demasia. Parte (ou sua totalidade) do gasóleo leve será acrescentada ao gasóleo pesado na composição da carga das unidades de craqueamento catalítico ou pirólise. A retirada de topo é inexistente e os gases que ascendem à torre são succionados pelo sistema de vácuo. O resíduo de vácuo, oriundo do fundo da destiladora a vácuo, pode ser vendido com óleo combustível ou asfalto. Esses compostos possuem hidrocarbonetos com um elevado peso molecular.
39
d) Desasfaltação a propano Esse processo tem o objetivo de extrair frações lubricantes de alta viscosidade contidas no resíduo de vácuo por ação do propano líquido a alta pressão. O propano em temperaturas de 38 a 60ºC solubiliza a parana. Ao se elevar a temperatura para cerca de 93ºC, os hidrocarbonetos cam praticamente insolúveis nele. O propano é injetado na base da torre a um volume de quatro a oito vezes o volume da carga adicionada no topo. Por ser menos denso, o
propano sobe entrando em contato com a carga em contracorrente e carreia o óleo presente na carga para o topo da torre. Os asfaltenos e as resinas uem para a base da torre. O propeno dissolvido nos asfaltenos e resinas são recuperados através do sistema de flash (vaporização brusca) em dois estágios. Em seguida é usado o processo de reticação a vapor - processo em que componentes mais leves são retirados de um produto com uso de vapor.
40
Diagrama esquemático da desasfaltação a propano
1.2.2. Processos de conversão Os processos de conversão são de natureza química. Neles são utilizados catalisadores e elevadas temperaturas para obtenção de outros produtos. Nesses processos, o grau de complexidade é maior, podendo envolver diversos processos a exemplo do hidrotratamento, craqueamento térmico, reforma catalítica, entre outros. Os processos de conversão são eminentemente químicos onde há a transformação de determinadas frações em outras de maior
valor econômico, através da utilização de temperaturas e pressões elevadas. Nestes são utilizadas reações de quebra e reagrupamento de moléculas. São geralmente processos de alta complexidade. Os principais processos de conversão são: • Craqueamento térmico; • Craqueamento catalítico; • Hidrocraqueamento; • Viscorredução; • Coqueamento;
41 • Alquilação; • Reforma catalítica. A seguir serão detalhados os principais processos de conversão utilizados no reno: a) Craqueamento térmico É o processo que utiliza altas temperaturas e altas pressões para converter moléculas grandes de hidrocarbonetos em moléculas menores com o objetivo de agregar valor ao produto. Esse processo é alimentado por gasóleos pesados e pelo resíduo de destilação a vácuo. A carga é aquecida em um forno a uma temperatura superior a 500ºC e à pressão de 9,5atm. Após a saída dos reatores, a reação de craqueamento térmico é interrompida pela mistura da carga a uma corrente de reciclo mais fria. O produto segue para uma câmara de vaporização onde a pressão é reduzida propiciando vaporização dos produtos mais leves.
As frações mais leves servirão de alimentação para uma torre na qual serão fracionados, ao passo que as frações mais pesadas servirão, em parte, de reciclo para resfriamento da saída do reator e o restante é usualmente misturado a outros combustíveis. Esse processo está sendo amplamente substituído pelo craqueamento catalítico e hidrocraqueamento em função da geração de seus produtos menos nobres, baixo rendimento e severidade de operação.
42
b) Craqueamento catalítico Neste processo são utilizados catalisadores, responsáveis por induzir as reações de craqueamento. As moléculas de tamanho grande são quebradas a moléculas menores por ação catalítica, produzindo gasolina de alta octanagem e menores quanti dades de óleos combustíveis pesados e em condições mais brandas, quando comparadas com o craqueamento térmico. Esse processo tem a desvantagem de gerar coqueamento no catalisador, reduzindo a sua eficiência.
Fazendo uma comparação com o craqueamento térmico, se observa que a pressão de trabalho no processo de craqueamento térmico (25 a 70kg/cm²) é bem mais severa que neste processo (1 a 3kg/cm²). c) Hidrocraqueamento É um processo de quebra de moléculas grandes na presença de pressão parcial de hidrogênio elevada. O hidrogênio, nesse processo, tem as seguintes funções: • Reduzir a deposição de coque sobre o catalisador; • Hidrogenar os compostos aromáticos polinucleados; • Hidrogenar as mono e di-olenas que são formadas durante o processo de craqueamento. Utiliza-se normalmente um reator de leito xo e o craqueamento das moléculas ocorre sob alta pressão (80 a 140atm). Esse processo é utilizado para quebrar moléculas difíceis de craquear em unidades de craqueamento catalítico, como óleos combustíveis, combustíveis residuais, cru reduzido, destilados médios e óleos cíclicos. Os catalisadores são normalmente à base de cobalto e molibdênio. A carga deve ser tratada previamente com hidrogênio a m de remover o H2S (gás sulfídrico) e a amônia, que são venenos para o catalisador. Este processo exige baixa freqüência de regeneração do catalisador, ao contrário do craqueamento catalítico convencional.
43
44
Hidrocraqueamento em dois estágios
d) Viscorredução É um tipo de craqueamento que tem a nalidade de reduzir a viscosidade de um determinado produto e obtenção de um maior rendimento em gasóleo. As condições exigidas são de muito baixa severidade quando comparadas aos processos anteriores. A carga utilizada nesse processo são os óleos residuais que normalmente iriam compor o óleo combustível. A carga passa por um forno, juntamente com uma corrente de reciclo de baixa vazão, e sofre craqueamento térmico.
Desse processo, após fracionamento em uma torre, são originados gás, gasolina e destilados leves, além do próprio óleo residual com viscosidade bem mais baixa.
45
Viscorredução
e) Coqueamento É um processo usado em renarias para a produção do coque que é usado como combustível. Dentre os diferentes processos, o mais amplamente utilizado é o coqueamento retardado. retardado. A diferença do coqueamento retardado para os demais é que neste não se utiliza uido de resfriamento na saída do forno, seguindo a reação por um tempo mais prolongado. A corrente de alimentação são óleos residuais. Inicialmente são separados os residuais mais leves e os mais pesados em uma torre. Os mais pesados passam por um forno com serpentinas horizontais, entrando na parte superior, para reduzir o tempo de residência. Inicia-se o processo de formação do coque com a exposição a altas
temperaturas e seguem em direção a um vaso onde o coque continua a ser formado. Ao encher, o vaso é substituído por outro que está pronto para operar.
46
Coqueamento retardado
f) Alquilação Trata-se de um processo proveniente das etapas de reforma catalítica, destilação ou processamento do gás natural, utilizado para produzir gasolina de alta octanagem a partir do iso-butano formado principalmente durante o craqueamento catalítico ou durante as operações de coqueamento. Tem como objetivo a reunião de duas moléculas: olena e isoparana, com intuito de originar uma terceira, de peso molecular mais elevado e mais ramicada. Esta síntese é feita através do uso de energia térmica ou de catalisadores, normalmente ácido sulfúrico ou ácido uorídrico. Uma unidade de alquilação é constituída por duas seções principais: uma seção de reação e uma seção de recuperação dos reagentes e puricação do catalisador.
Observe como é uma unidade típica de alquilação com o uso de ácido uorídrico como catalisador: A corrente de alimentação composta de olena e isobutano é principalmente dessecada com o uso de sílica-gel ou alumina ativada. Esse procedimento se faz necessário na medida em que o ácido uorídrico precisa estar totalmente anidro, pois soluções água-HF são extremamente corrosivas. Em seqüência, a composição da corrente é ajustada, seguindo então para o reator, penetrando próximo ao fundo do mesmo. Pela parte inferior é introduzido o HF (ácido uorídrico), que imediatamente entra em contato com a carga promovendo as reações de alquilação desejadas. O reator dispõe de um sistema de agitação que promove o contato entre reagentes e catalisador, produzindo uma emulsão. As reações são exotérmicas e o controle de temperatura da emulsão é feito através da agitação e de resfriamento utilizando a água. Pelo topo do reator sai a emulsão hidrocarbonetos/catalisador que segue até um tambor de decantação, onde o ácido é sepa rado dos hidrocarbonetos. A fase ácida é recirculada para o reator. A fase orgânica é enviada à seção de recuperação dos reagentes. Parte do catalisador segue para a seção de puricação onde os resíduos ácidos formados durante as reações, uoretos de alquila, são removidos do HF. A concentração do ácido no reator varia de 80-90%, quando se deseja produzir um produto nal de alta octanagem. Os hidrocarbonetos que deixaram o tambor são aquecidos e enviados a uma torre deisobutanizadora, onde o isobutano e outros hidrocarbonetos leves são removidos daqueles hidrocarbonetos já alquilados na seção de recuperação dos reagentes e purificação do catalisador. Esta corrente sai pelo fundo da torre, pronta para estocagem.
47
Depois de condensado, o isobutano é dividido em duas correntes. Uma delas vai ao encontro da carga fresca, sendo incorporada como reciclo e a outra vai a uma torre depropanizadora, onde o propano restante é removido. O produto de fundo dessa torre junta-se à corrente de reciclo, já o propano que sai pelo topo é enviado para estocagem para posterior venda como GLP (Gás Liquefeito de Petróleo). A concentração de HF (ácido uorídrico) no reator precisa ser mantida alta. Para isso, parte do ácido é enviada a uma torre de puricação, onde os uoretos de alquila formados, que são solúveis no HF, são removidos por destilação. Os vapores do ácido puro saem pelo topo dessa torre que, após serem condensados, juntam-se à corrente de catalisador que alimenta o reator. Os uoretos ácidos, que possuem pontos de ebulição mais elevados, são eliminados pelo fundo da torre de puricação, neutralizados e queimados em fornos.
48
As unidades de alquilação demandam projetos de engenharia especiais, treinamento adequado para os operadores e precauções de segurança nos equipamentos, a m de proteger os operadores de contatos acidentais com o ácido uorídrico, que é uma substância extremamente perigosa. Ainda assim, unidades usando HF como catalisador estão condenadas. O HF está sendo substituído por H 2SO4 (ácido sulfúrico) e, em um futuro próximo, fala-se no uso de catalisadores ácidos sólidos.
49
Unidade de alquilação catalítica com HF
g) Reforma catalítica Trata-se de um processo que tem como objetivo o rearranjo da estrutura molecular dos hidrocarbonetos contidos em determinadas frações do petróleo, visando valorizá-las. A reforma pode ser orientada para a obtenção de um produto de alto índice de octanagem, próprio para queima em motores de altas taxas de compressão, ou para a formação de um produto rico em hidrocarbonetos aromáticos nobres, tais como o benzeno, tolueno e xilenos, que, posteriormente, são fracionados e recuperados, a m de se obter cada um deles com elevado grau de pureza. A escolha irá depender fundamentalmente da natureza da carga e dos processos aos quais ela tenha sido anteriormente submetida.
O processo em si consiste em se fazer passar sobre um catalisador, geralmente de platina e mais recentemente de platina associada a outro metal nobre, uma mistura de hidrocarbonetos e hidrogênios a uma temperatura entre 470 a 530ºC e uma pressão de 10 a 40 kg/cm 2. Ocorre então um conjunto complexo de reações que levam à formação de um reformado rico em hidrocarbonetos aromáticos e isoparafínicos, produtos leves (GLP), hidrogênio e coque. São utilizados processos de leito xo e leito uidizado, com séries de três a seis reatores. As cargas de alimentação são usualmente hidrotratadas antes de entrarem no reator, a m de que sejam removidas eventuais impurezas de enxofre, reduzindo a sua atividade e conseqüentemente diminuindo o rendimento do reformado nal.
50
Nos processos contínuos, o catalisador pode ser regenerado no reator, um de cada vez, uma vez ou duas vezes por dia, sem que seja necessária a interrupção da operação da unidade. Nos processos denominados semi-regenerativos, a regeneração do catalisador de todos os reatores pode ser feita simultaneamente após tempos que variam entre três e vinte e quatro meses, com a interrupção das operações da unidade.
51
Diagrama esquemático da reforma catalítica
1.2.3. Processos de tratamento de derivados Os tratamentos químicos são utilizados para eliminar ou modicar as propriedades indesejáveis associadas à presença das diversas contaminações do óleo bruto no reno de petróleo. Apresenta contaminações oriundas de compostos que contêm enxofre, nitrogênio ou oxigênio em suas moléculas.
!
ATENÇÃO
Os processos de tratamento são os que vão agregar qualidade ao produto acabado, através da remoção ou redução da concentração de componentes que impactariam na qualidade ou de componentes que viriam a causar danos ao processo, em função de sua agressividade a um determinado processo ou equipamento.
Esses processos de tratamento são necessários, pois os derivados de petróleo, tais como são produzidos, nem sempre se encaixam nas especicações requeridas, especialmente no que diz respeito ao teor de enxofre.
52
Descreveremos a seguir, os principais tratamentos efetuados nas renarias: a) Tratamento Bender Esse processo tem por nalidade transformar compostos agressivos de enxofre (H2S - ácido sulfídrico e RSH - mercaptans) em outros menos prejudiciais (RSSR - dissulfetos), sem retirá-los dos produtos. O teor total de enxofre não é alterado. Por isso, é caracterizado como “de adoçamento”. É aplicável às frações intermediárias do petróleo, como: nafta, querosene e óleo diesel. Ocorre na oxidação catalítica, em um reator de leito xo, nos mercaptans, dissulfetos, em meio alcalino, utilizando ar e enxofre elementar como agentes oxidantes. O catalisador é à base de óxido de chumbo. Inicia-se quando a carga é aquecida e misturada com soda cáustica, formando uma emulsão com a mesma, após a passagem por uma válvula misturadora que promove um contato íntimo entre a carga e a soda. Essa emulsão segue então para um precipitador eletrostático onde é submetida a um campo elétrico. Esse campo elétrico promove a quebra da emulsão e, em seguida, a separação das fases cáustica e orgânica. A solução cáustica acumula-se no fundo do vaso e pelo topo sai a carga (fase orgânica).
A etapa descrita denomina-se lavagem cáustica e tem por objetivo remover da carga e os compostos ácidos (fenóis, ácidos naftênicos e H2S) que poderiam interferir no tratamento. A carga é dividida em duas correntes após a etapa de lavagem. A corrente de menor vazão é enviada para uma torre absorvedora de enxofre, preenchida com esse mesmo elemento químico. Absorve o enxofre necessário às reações, conforme atravessa a torre, e reúne-se à corrente principal. A carga recebe uma injeção de ar comprimido e penetra no fundo do reator Bender, após regulado o teor do enxofre absorvido. Existe um leito xo de catalisador no interior do reator que promove as reações de adoçamento desejadas. É injetada soda cáustica próximo ao topo do reator que mantém alcalino o meio reacional. As reações que ocorrem na superfície do catalisador são:
53 2 RSH + ½ O2 —› RSSR+ H2O 2 RSH + S + NaOH —› RSSR + Na 2S+ H2O Sendo que: RSH O2
RSSR H2O S NaOH Na2S
Mercaptans Oxigênio Dissulfeto Água Enxofre Soda cáustica Sulfeto de sódio
O euente deixa o reator pelo topo e recebe uma injeção de água de processo que remove a soda cáustica do produto, assim como impurezas que tenham sido eventualmente arrastadas. A mistura resultante é submetida a um turbilhonamento e segue até um vaso de lavagem com água. Este vaso também é um precipitador eletrostático e promove a separação entre a fase aquosa e o produto.
Diagrama esquemático do tratamento Bender
b) Lavagem cáustica Usado para a remoção de mercaptans e H 2S dos produtos, o tratamento de lavagem cáustica elimina outros compostos ácidos que possam eventualmente estar presentes no derivado que será tratado.
54 Tem grande utilidade no tratamento de GLP e gasolina com baixos teores de enxofre. A soda cáustica utilizada possui concentração em torno de 15% e entra em contato com a carga a ser tratada. Uma válvula misturadora propicia um contato entre a carga e a soda, fazendo com que ocorram as reações de neutralização. Essa mistura segue para um vaso decantador, onde serão separadas as fases cáustica e orgânica. A fase orgânica sai do vaso decantador pelo topo, seguindo para uma fase seguinte, e a fase de solução cáustica decanta e é bombeada novamente como reciclo para se misturar à carga. À medida que a soda é utilizada, uma vez que ele circula do vaso para a entrada de carga, a sua concentração vai reduzindo e deve ser substituída quando esta atinge níveis de concentração em torno de 1%. Dependendo da procedência da carga (teor de enxofre), a lavagem pode ser repetida mais vezes, podendo, deste modo, se utilizar de mais de um estágio.
As reações do processo são as seguintes: 2 NaOH + H2S —› Na2S + 2 H2O NaOH + RSH —› NaSR + H2O NaOH + R – COOH —› R – COONa + H 2O Sendo que: NaOH Na2S RSH NaSR RCOOH RCOONa
Soda cáustica Sulfeto de sódio Mercaptans Mercaptídio de sódio Ácidos orgânicos Sais orgânicos de sódio
Poderá haver, caso necessário, um estágio de lavagem aquosa para que a carga não arraste soda. Isso pode ocorrer nos casos em que a vazão de produto a ser tratada é muito alta.
Diagrama esquemático da lavagem cáustica
55
c) Tratamento Merox Aplicável a frações leves, tais como GLP, nafta e intermediárias, como por exemplo, querosene e diesel. É um processo de tratamento mais moderno. Está baseado na extração cáustica dos mercaptans presentes nos derivados, que posteriormente são oxidados a dissulfetos. As reações são promovidas por um catalisador organo– metálico (ftalocioanina de cobalto). A princípio, o derivado a ser tratado passa por uma etapa de lavagem cáustica com o objetivo de eliminar o gás sulfídrico e outros compostos ácidos indesejáveis. Se não forem retirados, tais compostos podem formar compostos estáveis com a soda no reator, prejudicando a reação de conversão das mercaptans.
56
O tempo de contato entre a carga e o leito de soda é baixo, logo a remoção de mercaptans praticamente não é realizada neste estágio. A carga passa em seguida por um leito de areia onde serão retidos compostos oriundos da neutralização que sejam arrastados pela carga da etapa anterior. A carga segue para um reator onde ocorre a remoção dos mercaptans. A ocorrência das reações desejadas é garantida pela presença do catalisador alcalinizado, injeção de ar e o maior tempo de contato. O leito catalítico, que tem como princípio ativo a ftalocianina de cobalto, é alcalinizado através de uma injeção de solução cáustica que ca adsorvida ao catalisador. No contato entre o catalisador alcalinizado com soda, o oxigênio do ar injetado na entrada do reator e a carga, os mercaptans são removidos ao sofrerem as seguintes reações:
RSH + NaOH —› RSNa + H2O 4 NaSR + 2 H2O + O2 —› 4 NaOH + 2 RSSR
Sendo que: NaOH RSH NaSR RCOONa
Soda cáustica Mercaptans Mercaptídio de sódio Sais orgânicos de sódio
O produto tratado sai pelo fundo do reator e segue para um vaso decantador onde é retida a soda que, porventura, tenha sido arrastada do mesmo. Seguidamente a carga ui para um vaso de água, onde ocorrerá a remoção de soda por acaso arrastada do vaso decantador. Posteriormente a carga segue para um vaso contendo sal para remover a umidade por acaso arrastada pela carga ao passar pelo vaso de água. Finalmente a carga passa por um vaso contendo uma argila especial que dará o acabamento ao produto, melhorando algumas de suas propriedades, a exemplo da cor. O derivado está agora pronto para estocagem e comercialização.
57
1.3. Exercícios 1) Indique as alternativas que apresentam características do petróleo: ( ( ( ( ( ( (
) ) ) ) ) ) )
Composto de hidrocarbonetos Composto por apenas contaminantes Fonte de energia Não renovável Proveniente de resíduos orgânicos Encontrado no mar Encontrado em bacias sedimentares
2) Identique o tipo de classicação a partir da descrição: 1. Classicação quanto à composição
58
2. Classicação quanto à densidade ( )
Aromática intermediária (>50% de hidrocarbonetos a aromáticos): o teor de monoaromáticos é baixo e, em contrapartida, o teor de tiofenos e de dibenzotiofenos é elevado. A densidade usualmente é maior que 0,85.
( ) Leves: possui grau API igual ou superior a 33. São óleos de excelente qualidade e alto valor de mercado. ( ) Médios: normalmente presentes em óleos com grau API de 27 a 15. ( ) Classe naftênica (>70% de naftênicos): apresentam baixo teor de enxofre e se originam da alteração bioquímica de óleos parafínicos e parafínico-naftênicos. ( )
Extrapesados: presentes em óleos com grau API abaixo de 15.
3) Correlacione os principais tipos de processos utilizados para a renaria de petróleo: 1. Processos de separação 2. Processos de conversão 3. Processos de tratamento de derivados ( ( ( ( ( ( (
) Destilação atmosférica ) Tratamento Bender ) Destilação a vácuo ) Desasfaltação a propano ) Hidrocraqueamento ) Coqueamento ) Reforma catalítica
( ( ( ( ( (
) Craqueamento térmico ) Viscorredução ) Craqueamento catalítico ) Lavagem cáustica ) Tratamento Merox ) Alquilação
59
1.4. Glossário Amostragem - seleção de amostra para ser examinada como representante de um todo. Carrear - carregar, transportar. Catalisador - composto responsável pela indução de reações químicas. Coalescer - união de gotículas de água formando uma gota maior favorecendo a decantação da mesma. Coleta de amostra (ou amostragem) - processo pelo qual se obtém informação sobre um todo, examinando-se apenas uma parte do mesmo (amostra). Coque - resíduo sólido gerado na Unidade de Coqueamento usado como combustível em siderúrgicas. Craqueamento - processo de quebra de moléculas.
60
Cru reduzido - produto de fundo da torre atmosférica. Decantação - processo de separação das impurezas que se contenham em um líquido. Desemulsificante - produto utilizado para separar a água do petróleo. Dessecar - tornar seca, remoção da umidade. Dissulfetos - produto gerado pela reação de adoçamento das mercaptans. Elastômero - junta de borracha com aplicações diversas. EPI - Equipamentos de Proteção Individual. Exotérmica - reações que liberam energia. Gasóleo leve - produto de retirada lateral superior da torre de destilação a vácuo. Gasóleo pesado - produto de retirada lateral inferior da torre de destilação a vácuo. GLP - Gás Liquefeito de Petróleo. Grau API - unidade de medida da densidade do petróleo estabelecida pelo American Petrolium Institute ( API ). Hidrotatamento - processo de reno que consiste na inserção de gás hidrogênio nas correntes derivadas dos cortes da destilação do petróleo com o objetivo de remover contaminantes (enxofre, nitrogênio, oxigênio). Mercaptans - hidrocarbonetos de cadeia aberta associados a uma molécula de enxofre e hidrogênio.
Nafta - é um líquido incolor, com faixa de destilação próxima à da gasolina. Este derivado é utilizado como matéria-prima pelas três Centrais Petroquímicas existentes no País - Braskem (Bahia), Copesul (Rio Grande do Sul) e Petroquímica União (São Paulo), que o processam obtendo como produtos principais, eteno, propeno, butadieno e correntes aromáticas. A Petrobras é a única produtora de nafta petroquímica no Brasil, atendendo parcialmente à demanda nacional com produção própria e com importações. As Centrais Petroquímicas realizam importações por conta própria, para complementar suas necessidades. Octanagem - representa a capacidade do combustível resistir à compressão sem entrar em auto-ignição. Permutador de calor - equipamento usado para a troca de calor entre dois produtos. Pirólise - quebra de moléculas pela ação da temperatura. Planta de processo - unidade de processo. Prato a prato - é sinônimo de bandeja em uma torre de fracionamento. Ou seja, o líquido sobe de um prato inferior para o superior até atingir o topo da torre. Precipitador eletrostático - vaso que propicia o coalescimento da água emulsionada no óleo pela ação de um campo elétrico. QAV - Querosene de Aviação. Reciclo - ato, processo ou efeito de reciclar; representa o retorno de um produto à uma das fases do processo. Reformado - produto oriundo de uma unidade de reforma. Reforma catalítica - unidade responsável pela conversão de conversão de hidrocarbonetos alifáticos e cíclicos em aromáticos. Seqüestrante - substância que interage com um contaminante, eliminando ou minimizando a sua ação. Serpentinas - tubulações com curvaturas presentes no interior do forno. Solubilizar - tornar solúvel. Soluções água–HF - solução água-ácido uorídrico. Solvente alifático - solvente constituído por hidrocarbonetos de cadeia molecular aberta. Temperatura de topo - é a temperatura de topo de uma torre de destilação. Temperatura de um prato sensível - é o prato que melhor representa a condição de operação de uma torre de destilação. Válvula de bloqueio - dispositivo que permite a passagem ou interrompe o uxo de produto em uma tubulação.
61
Vaso condensador - vaso de topo de uma torre que acumula condensados. Vazão de refluxo - vazão de um uido que retorna à torre de destilação. Vertedor - espaço por onde desce o excesso de líquido acumulado nos pratos de uma torre de destilação.
62
1.5. Bibliografia MATTOS, Carlos Alberto Luna Freire de. Análise crítica dos fatores que influenciam nos resultados econômicos de uma refinaria de petróleo. Apresentação no Rio Oil & Gas Expo and Conference 2006. Rio de Janeiro. 2006. Disponível em: . Acesso em: 10 mai 2008. PETROBRAS, Processos de Refino – Craqueamento Catalítico. Rio de Janeiro: Petrobras, 2003. 114 p. il. – Série Programa de Formação de Operadores de Produção e Reno de Petróleo e Gás. PETROBRAS, Processos de Refino – Destilação. Rio de Janeiro: Petrobras, 2003. 114 p. il. – Série Programa de Formação de Operadores de Produção e Reno de Petróleo e Gás. PETROBRAS, Processos de Refino – Tratamento de Derivados. Rio de Janeiro: Petrobras, 2003. 114 p. il. – Série Programa de Formação de Operadores de Produção e Reno de Petróleo e Gás. PETROBRAS, QAV (U-270) Pólo Industrial de Guamaré Setal Construções – Manual de Treinamento da Unidade de Destilação Atmosférica. Guamaré-RN, 29 out 2004. RAMOS, A. E. M.; ARRUDA, L. V. R.; NEVES JUNIOR, F. Programação de operações de transferência e estocagem em refinarias. Apresentação no 2º Congresso Brasileiro de Petróleo e Gás. Curitiba, s.d. Disponível em: . Acesso em: 19 jun 2008. SILVA, João. Engenharia de tubulações offshore. Instituição de Ensino. Rio de Janeiro, 2006. Disponível em: . Acesso em: 10 mai 2008. THOMAS, José Eduardo. Fundamentos de Engenharia de Petróleo. 2 a Edição. São Paulo: Interciência, 2004.
63
1.6. Gabarito 1) Indique as alternativas que apresentam características do petróleo: ( X ) Composto de hidrocarbonetos ( ) Composto por contaminantes ( X ) Fonte de energia ( X ) Não renovável ( X ) Proveniente de resíduos orgânicos ( ) Encontrado no mar ( X ) Encontrado em bacias sedimentares
64
2) Identique o tipo de classicação a partir da descrição: 1. Classicação quanto à composição 2. Classicação quanto à densidade ( 1 ) Aromática intermediária (>50% de hidrocarbonetos a aromáticos): o teor de monoaromáticos é baixo e, em contrapartida, o teor de tiofenos e de dibenzotiofenos é elevado. A densidade usualmente é maior que 0,85. ( 2 ) Leves: possui grau API igual ou superior a 33. São óleos de excelente qualidade e alto valor de mercado. ( 2 ) Médios: normalmente presentes em óleos com grau API de 27 a 15. ( 1 ) Classe naftênica (>70% de naftênicos): apresentam baixo teor de enxofre e se originam da alteração bioquímica de óleos parafínicos e parafíniconaftênicos. ( 2 ) Extrapesados: presentes em óleos com grau API abaixo de 15. 3) Correlacione os principais tipos de processos utilizados para a renaria de petróleo: 1. Processos de separação 2. Processos de conversão 3. Processos de tratamento de derivados ( 1 ) Destilação atmosférica ( 3 ) Tratamento Bender ( 1 ) Destilação a vácuo ( 1 ) Desasfaltação a propano ( 2 ) Hidrocraqueamento ( 2 ) Coqueamento ( 2 ) Reforma catalítica
( 2 ) Craqueamento térmico ( 2 ) Viscorredução ( 2 ) Craqueamento catalítico ( 3 ) Lavagem cáustica ( 3 ) Tratamento Merox ( 2 ) Alquilação
Ao final desse capítulo, o treinando poderá: • Relacionar as etapas do sistema de tancagem; • Identicar as características dos processos de estocagem, movimentação e transferência de produtos acabados.
66
2. Tancagem: estocagem, movimentação e transferência de produtos acabados
O
sistema de tancagem (sistema de armazenamento de líquidos) representa a fase nal do processo de produção. É nela que ocorre o coroamento de todo esforço realizado durante as etapas anteriores. Por isso deve ser encarada com a mesma seriedade ou até maior que nas unidades de processamento. Durante o processamento de petróleo, se o produto sai de especicação por um curto espaço de tempo, há chances de recuperação, ao passo que na tancagem o reenquadramento de qualquer parâmetro analítico fora de especicação é mais trabalhoso, principalmente se o nível do tanque estiver elevado. Uma falha no sistema de tancagem pode causar grande impacto no mercado consumidor, representar prejuízo nanceiro e à imagem da empresa, impacto ambiental, além de grande desconforto ao corpo técnico. Normalmente o sistema de tancagem é simples e as operações são de baixa complexidade, mas as poucas ocorrências são de grande repercussão. Por esse motivo, a tancagem merece grande atenção por parte dos técnicos do processo e dos técnicos da própria tancagem. Devemos frisar que é indispensável o conhecimento do alinhamento neste processo, pois a quase totalidade das manobras a serem executadas exigem esse pré-requisito em função do baixo nível de automação. Grande parte das manobras realizadas são manuais e esse sistema possui uma complexa malha de dutos. O grande desao é fazer com que o uido escoe apenas pelos dutos desejados. O líquido é um uido praticamente incompressível. A presença deste nas tubulações representa grande risco quando connado em longos trechos, pois pequenas elevações da temperatura ambiente podem gerar grandes elevações de pressão, causando rompimento de juntas nas tubulações e podendo ocasionar grandes diculdades para a contenção do vazamento, além de problemas ambientais.
67
Para evitar essas ocorrências, faz-se uso de válvulas de alívio no sistema de dutos. Estas têm a função de reduzir a pressão do sistema quando atingem o valor pré-ajustado. Geralmente o alívio ocorre para tanques compatíveis com o produto da tubulação. Quando não existe um sistema de alívio, deve-se deixar a tubulação em expansão com um tanque, ou seja, abrir uma válvula que permita o uxo do líquido para o seu interior em caso de dilatação térmica, eliminando o risco de elevação de pressão.
68
Em uma unidade de tancagem de uma renaria, existem quilômetros de linha, milhares de válvulas de bloqueio, centenas de bombas e dezenas de tanques. Muitas das vezes utiliza-se a mesma linha para passagem de diversos produtos. Um ponto importante é a limpeza quando se bombeia um uido diferente do que está na linha, pois o produto contido na linha pode ser um contaminante. Esta limpeza é feita com o próprio produto que se deseja bombear e deve ser enviado durante esse período para um tanque ou sistema compatível a ambos os uidos: o que está presente na linha e o que se deseja bombear. Esse momento exige grande atenção do técnico, pois envolve fechamento e abertura de diversos bloqueios, checagem das interligações, alinhamento de tanques e checagem de volume. O volume para limpeza é calculado de acordo com o volume da linha e o grau de contaminação aceitável pelo produto que se deseja bombear. As manobras efetuadas do sistema de tancagem podem ser dividas em três etapas: • Estocagem; • Movimentação; • Transferência.
2.1. Estocagem A estocagem é a fase em que há maior interação entre os técnicos do processo e técnicos de tancagem. Ambos dividem a responsabilidade pelo produto, sendo o técnico do processo o maior responsável pela especicação, uma vez que este tem atuação diretamente na unidade. A responsabilidade do técnico de operação da tancagem é referente ao alinhamento correto das válvulas de bloqueio, acompanhamento do nível do tanque, amostragem do produto, dentre outras responsabilidades.. Nesta etapa há uma amostragem responsabilidades amostragem periódica periódica para acompanhamento dos principais parâmetros analíticos (ponto de fulgor,, destilação, RSH (mercaptans). Normalmente são realizadas as fulgor análises mais sensíveis, pois, quando enquadradas, sugerem que as demais também estarão. É recomendável que o técnico acompanhe e conheça os parâmetros analíticos. Ao ter acesso aos resultados das análises, ele deverá alertar ao técnico do processo para que faça as devidas correções antes que o tanque atinja um volume que torne mais difícil o enquadramento do mesmo.
2.2. Movimentação Caracterizada pelo bombeio do produto entre tanques de uma mesma unidade, a movimentação de tanques é uma manobra efetuada freqüentemente em uma renaria. Acontece sempre que há a necessidade de correção de parâmetros em um determinado tanque com um produto oriundo de outro tanque. Podemos citar como exemplo de movimentação a produção de gasolina, pois esta é originada através da mistura de diversas correntes geradas na unidade de reno (reformado, nafta leve, nafta pesada). Veja o exemplo da ilustração a seguir.
69
Sistema de mistura de gasolina
70
A movimentação entre tanques envolve o alinhamento de mais de um tanque, portanto deve ser feito com muito critério objetivando a checagem periódica de níveis em intervalos menores que o habitual. Deve-se ter em mãos o volume a ser bombeado e a vazão de produto para o tanque recebedor. Dessa forma é possível ter uma estimativa de duração da operação a ser executada. A homogeneização do tanque é uma etapa importante no processo de qualidade do produto, pois possibilita uma uniformidade na composição, garantindo que uma amostra coletada em qualquer parte do tanque terá praticamente o mesmo perl analítico. A análise utilizada para checar sua ecácia é a comparação das densidades de amostras feitas no topo, meio e fundo do tanque. A homogeneidade pode ser realizada através da circulação por bomba ou da operação de um misturador tipo hélice acoplada a um motor, entre outros métodos. O tempo estipulado para este procedimento varia de acordo com o produto. Concluído o enchimento de um tanque de produto nal, devese obedecer aos procedimentos recomendados quanto ao tempo de decantação, drenagem, checagem de nível e amostragem para certicação. O tanque tem um período máximo de estocagem.
Normalmente após período de 30 dias no tanque faz-se uma nova certicação do produto. O tanque, se possuir agitador, deve ser homogeneizado durante todo período de enchimento. Após deve-se deixar decantar durante um período determinado em procedimento especíco, para então ser drenado para remoção de água e partículas sólidas e coletado amostra para certicação. Quando não houver agitador no tanque, deve-se circular o produto, utilizando uma bomba para o próprio tanque de modo a proporcionar uma boa homogeneização.
Alguns tanques têm particularidades que devem ser conhecidas pelo técnico, para que este possa desempenhar bem suas atividades. Um exemplo típico são os tanques de QAV (Querosene de Aviação). O querosene de aviação é um dos produtos que sofrem um processo de tratamento mais extenso em uma renaria. O controle de sua qualidade é muito rigoroso. É também um produto que pode sofrer oxidação causando-lhe alteração de cor. Os projetos modernos de tanque para armazenamento de QAV exigem que as suas tubulações sejam em inox ou revestidas internamente com pintura epóxi para proteger o produto de possíveis resíduos de oxidação. Nos tanques atuais, as tomadas de amostra normalmente são em inox para evitar contaminação com a ferrugem, pois se houver sinal de algum sedimento na amostra, a mesma será reprovada. O próprio tanque é revestido internamente com pintura epóxi. A linha de sucção das bombas dos tanques de QAV é utuante para garantir que o produto succionado esteja sendo sempre bombeado da parte superior do nível que consta no tanque, evitando desta forma que impurezas existentes no tanque sejam arrastadas. A tomada de amostra é também utuante, suportada pela mesma bóia que sustente a linha de sucção (a tubulação da amostra se estende por vários metros ao interior do tanque, limitando-se ao diâmetro do mesmo, e utua de acordo com a variação do nível).
71
A porção da tomada de amostra que se estende ao interior do tanque possui furos calculados por todo o seu comprimento. Isso permite que em uma única coleta esteja representado o tanque em diversos pontos de sua altura. O teto deste tanque também é utuante e para evitar choque com as paredes do tanque, além de evitar a contaminação, existe um selo especial separando-os.
72
Tanque de QAV da UN-RNCE Unidade da Petrobras localizada no Pólo Industrial de Guamaré
De posse das informações anteriores, como se pode observar, ca mais fácil e segura a atuação do técnico na execução de manobras, pois ele sabe o que fazer e se ainda assim tiver que ser feito algo não recomendado, saberá quais as conseqüências daquele ato.
2.3. Transferência de produtos acabados Nesse processo, o técnico da unidade de tancagem irá interagir com a área externa de forma direta. Uma falha nesse processo envolverá ativos fora da unidade. Nesse caso seria penalizado aquele que é o motivo da existência de uma empresa, o cliente. Implica dizer que, nesse momento, o que está em jogo é o nome da empresa.
Uma das falhas mais freqüentes é a ocorrência de gravitação. Ocorre quando da transferência indevida de um tanque para outro em função da interligação entre dois tanques. O tanque com maior altura irá uir para o de menor altura por gravidade. Nesse caso, mesmo com os tanques envolvidos estando certicados e se tratando de um mesmo produto, se faz necessária a realização de um novo certicado. Para um tanque de QAV, signicaria aguardar aproximadamente 24 horas, pois este é o tempo demandado para a realização de seu certicado, sem contar o novo período para agitação e decantação do produto. As manobras de transferência de tanques são de baixa diculdade, porém exigem muita atenção. Durante a sua execução, o técnico deve atentar para os procedimentos existentes e segui-los rigorosamente. Citaremos a seguir, os principais itens a serem checados durante uma transferência:
Programação
Certificação Drenagem
Comunicação
Nível do tanque
Injeção de aditivos
É o primeiro item que o técnico deve checar, pois nela consta o volume a ser transferido, data e horário que deve ser enviado um determinado produto. Dessa forma o técnico terá conhecimento com antecedência da necessidade do cliente. O técnico deve estar com o certificado em mãos antes de iniciar a transferência, uma vez que este é a garantia de qualidade de seu produto. O tanque deve ser drenado e verificado quanto à presença de partículas em seu interior. O técnico deve entrar em contato com o cliente para confirmarem o volume desejado, o espaço existente no tanque recebedor, numeração dos tanques do fornecedor e do cliente, data, hora, condições do alinhamento e previsão de interrupção. Todo esse contato será colocado em um documento e assinado pelo técnico e pelo cliente. Os níveis dos tanques do fornecedor e do cliente devem ser anotados em planilha específica, onde consta o cálculo de correção do nível à temperatura de 20ºC e levam em consideração a densidade e temperatura dos tanques no momento da transferência. Dessa forma teremos o volume do tanque corrigido. Checar a necessidade de injeção de aditivos ou, em alguns casos, coloração do produto.
73
Cumpridas essas etapas, pode-se fazer novo contato e dar início à transferência. Deve-se conrmar se os tanques informados são realmente os que estão envolvidos no processo, pois é comum haver falhas nesse momento. Após conclusão do bombeio, deve-se fazer a comparação dos volumes transferidos e recebidos e enviar uma nota com a informação ocial. Essa aferição também pode ser feita através de medidores de alta precisão, quando existentes. Normalmente, em caso de divergência, prevalece o volume informado pelo fornecedor. Há um documento informando as ações a serem tomadas em caso de valores divergentes acima de um determinado percentual.
74
Durante a transferência de produto, é recomendável que não se faça qualquer outra operação envolvendo a tancagem do produto em questão que não seja a estocagem do produto acabado oriundo do processo, sob pena de haver interligações indevidas. Caso o bloqueio de circulação esteja aberto, poderemos enviar produto não certicado no momento de transferência para o cliente, como ilustrado na ilustração a seguir.
Bloqueio de circulação Cliente
Esboço de um tancagem de diesel
2.4. Exercícios 1) Sobre a denição de sistema de tancagem, complete as lacunas: O sistema de tancagem representa a fase _______________do processo de ____________. É nessa fase que ocorre o ____________ de todo esforço realizado durante as etapas anteriores, por isso deve ser encarada com a mesma seriedade ou até maior que nas ____________ de _______________. 2) As manobras efetuadas no sistema de tancagem podem ser dividas em três etapas: estocagem, movimentação e transferência. Relacione as etapas às suas respectivas descrições: 1. Estocagem
( )
Caracterizada pelo bombeio do produto entre tanques de uma mesma unidade, é uma manobra efetuada freqüentemente em uma renaria. Acontece sempre que há a necessidade de correção de parâmetros em um determinado tanque com um produto oriundo de outro tanque.
2. Movimentação
( )
Nessa etapa o técnico da unidade de tancagem irá interagir com a área externa de forma direta. Uma falha nesse processo envolverá ativos fora da unidade. Nesse caso seria penalizado aquele que é o motivo da existência de uma empresa, o cliente.
3. Transferência
( )
Etapa em que há maior interação entre os técnicos do processo e técnicos de tancagem. Ambos dividem a responsabilidade pelo produto, sendo o técnico do processo o maior responsável pela especicação, uma vez que este tem atuação diretamente na unidade.
75
2.5. Glossário Amostragem - seleção de amostra para ser examinada como representante de um todo. Certificação - documento em que se certica algo. Checagem de nível - observação do nível. Decantação - processo de separação das impurezas que se contenham em um líquido. Drenagem - escoamento total ou em parte de um uido contido em um equipamento. Malha de dutos - conjunto de tubulações reunidas em um determinado espaço. Mercaptans - hidrocarbonetos de cadeia aberta associados a uma molécula de enxofre e hidrogênio.
76
Nafta - é um líquido incolor, com faixa de destilação próxima à da gasolina. Este derivado é utilizado como matéria-prima pelas três Centrais Petroquímicas existentes no País - Braskem (Bahia), Copesul (Rio Grande do Sul) e Petroquímica União (São Paulo), que o processam obtendo como produtos principais, eteno, propeno, butadieno e correntes aromáticas. A Petrobras é a única produtora de nafta petroquímica no Brasil, atendendo parcialmente à demanda nacional com produção própria e com importações. As Centrais Petroquímicas realizam importações por conta própria, para complementar suas necessidades. Pintura epóxi - pintura que utiliza tinta epóxi, com o objetivo de evitar corrosão. QAV - Querosene de Aviação. Reformado - produto oriundo de uma unidade de reforma. Tancagem - armazenamento de líquidos em tanques.
2.6. Bibliografia PETROBRAS, Processos de Refino – Tratamento de Derivados. Rio de Janeiro: Petrobras, 2003. 114 p. il. – Série Programa de Formação de Operadores de Produção e Refino de Petróleo e Gás. PETROBRAS, QAV (U-270) Pólo Industrial de Guamaré Setal Construções - Manual de Treinamento da Unidade de Destilação Atmosférica. Guamaré-RN, 29 out 2004. THOMAS, José Eduardo. Fundamentos de Engenharia de Petróleo. 2a Edição Editora Interciência.
77
2.7. Gabarito 1) Sobre a denição de sistema de tancagem, complete as lacunas: O sistema de tancagem representa a fase final do processo de produção. É nessa fase que ocorre o coroamento de todo esforço realizado durante as etapas anteriores, por isso deve ser encarada com a mesma seriedade ou até maior que nas unidades de processamento. 2) As manobras efetuadas no sistema de tancagem podem ser dividas em três etapas: estocagem, movimentação e transferência. Relacione as etapas às suas respectivas descrições: 1. Estocagem
(2)
Caracterizada pelo bombeio do produto entre tanques de uma mesma unidade, é uma manobra efetuada freqüentemente em uma renaria. Acontece sempre que há a necessidade de correção de parâmetros em um determinado tanque com um produto oriundo de outro tanque.
2. Movimentação
(3)
Nessa etapa o técnico da unidade de tancagem irá interagir com a área externa de forma direta. Uma falha nesse processo envolverá ativos fora da unidade. Nesse caso seria penalizado aquele que é o motivo da existência de uma empresa, o cliente.
3. Transferência
(1)
Etapa em que há maior interação entre os técnicos do processo e técnicos de tancagem. Ambos dividem a responsabilidade pelo produto, sendo o técnico do processo o maior responsável pela especicação, uma vez que este tem atuação diretamente na unidade.
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
