Aula 07 processos de separação

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Processos de Refino - Processos de separação

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Aula 07 processos de separação

  1. 1. Processos de Refino Processos de Separação
  2. 2. Destilação ● A destilação é um processo físico de separação, baseado na diferença de temperaturas de ebulição entre compostos coexistentes numa mistura líquida. ● As temperaturas de ebulição de hidrocarbonetos aumentam com o crescimento de suas massas molares. ● Variando-se as condições de aquecimento de um petróleo, é possível vaporizar os compostos leves, intermediários e pesados, que, ao se condensarem, podem ser fracionados.
  3. 3. Destilação ● Paralelamente, ocorre a formação de um resíduo bastante pesado, constituído principalmente de hidrocarbonetos de elevadas massas molares, que, às condições de temperatura e pressão em que a destilação é realizada, não se vaporizam.
  4. 4. Tipos de Destilação ● Os principais tipos de destilação que existem são: – Destilação Integral – Destilação Diferencial – Destilação Fracionada
  5. 5. Destilação Integral ● A mistura líquida é separad em dois produtos: vapor e líquido. É também conhecida como destilação de equilíbrio, auto vaporização ou “flash”.
  6. 6. Destilação Diferencial ● A destilação é interminente. A temperatura do líquido no destilador sobe continuamente durante a destilação, pois o líquido vai tornando-se mais pesado. O destilado é coletado em porções separados chamadas de cortes. É, normalmente utilizada em laboratórios, para controle da qualidade dos produtos de petróleo.
  7. 7. Destilação Fracionada ● É a separação dos componentes por sucessivas vaporizações e condensações proporcionando produtos com grau de pureza elevado. ● A destilação fracionada é uma evolução da destilação integral. O incremento da destilação fracionada é a utilização de múltiplos estágios de condensção e vaporização para obtenção de produtos intermediários.
  8. 8. Destilação Fracionada ● Na destilação fracionada, quanto maior o número de estágios empregados, maior será o grau de pureza dos produtos. ● Quanto mais condensado retorna maior será o grau de enriquecimento do vapor no componente mais volátil.
  9. 9. Unidade de Destilação ● É o processo principal, a partir do qual os demais são alimentados, sendo o único que tem o petróleo bruto como corrente de alimentação. ● A destilação pode ser feita em uma ou mais unidades, sob diferentes intensidades de pressão, conforme o objetivo desejado.
  10. 10. Unidade de Destilação ● Uma unidade de destilação é formada basicamente por 3 sessões: – Seção de Pré-aquecimento e Dessalinização; – Destilação Atmosférica; – Destilação a Vácuo;
  11. 11. Unidade de Destilação ● A unidade podem conter um, dois ou três estágios de operação, segundo as configurações seguintes: – Unidade de um estágio com torre de destilação única; – Unidade de dois estágios, com torres de pré-Flash e destilação atmosférica; – Unidade de dois estágios, com torres de destilação atmosférica e destilação a vácuo; – Unidade de três estágios, com torres de pré-Flash, destilação atmosférica e destilação a vácuo.
  12. 12. Pré-Aquecimento ● Consiste na passagem da matéria-prima fria por uma bateria de trocadores de calor. O óleo é progressivamente aquecido em função do resfriamento de produtos acabados que deixam a unidade. Dessa forma, promove-se grande economia operacional ao se evitar o uso de excesso de combustível para o aquecimento total da carga e possibilitar o projeto de fornos de menor porte.
  13. 13. Dessalga ● Antes da seção de fracionamento, ocorre a operação de dessalinização do óleo, para remoção de sais, água e suspensões de partículas sólidas. Tais impurezas prejudicam sensivelmente o funcionamento da unidade de destilação. – Causam corrosão nos equipamentos e nas linhas de transmissão. – Deposição de sólidos em trocadores de calor, tubulações e fornos, causando obstrução e perda na eficiência de troca térmica, e super aquecimento.
  14. 14. Dessalga – Formação de coque no interior das tubulações de fornos e linhas de transferência, catalisada pelos sais e sedimentos depositados. ● O processo consiste na extração das impurezas através da adição de uma corrente de água de processo que se mistura com os sais, sólidos e água residual contidos no petróleo. A mistura, após contato íntimo, é levada ao vaso de dessalgação, onde se dá a separação da fase aquosa contendo sais e sedimentos, através de coalescência e decantação d gotículas de água, promovidas pela ação de um campo elétrico de alta voltagem.
  15. 15. Destilação Atmosférica ● A destilação fracionada é uma operação de separação de misturas por intermédio de vaporizações e condensações sucessivas, que, aproveitando as diferentes volatilidades das substâncias, torna possível o enriquecimento da parte vaporizada, com as substâncias mais voláteis. Estas vaporizações e condensações sucessivas são efetuadas em equipamentos específicos, denominados de torres ou colunas de destilação.
  16. 16. Destilação Atmosférica ● A carga deverá ser aquecida até o valor estipulado, porém não deve ser ultrapassada uma temperatura limite, a partir da qual tem início a decomposição das frações pesadas presentes no óleo bruto. ● A máxima temperatura a que se pode aquecer o petróleo, em que se inicia a decomposição térmica, corresponde 400 °C
  17. 17. Destilação Atmosférica ● O ponto de entrada é conhecido como zona de vaporização ou “zona de flash”, e é o local onde ocorre a separação do petróleo em duas correntes: uma constituída de frações vaporizadas que sobem em direção ao topo da torre, e outra, líquida, que desce em direção ao fundo.
  18. 18. Destilação Atmosférica ● As torres possuem em seu interior bandejas e/ou pratos e recheios, que permitem a separação do cru em cortes pelos seus pontos de ebulição, porque, à medida que os pratos estão mais próximos ao topo, suas temperaturas vão decrescendo. ● Assim, o vapor ascendente, ao entrar em contato com cada bandeja, tem uma parte de seus componentes condensada.
  19. 19. Destilação Atmosférica ● À proporção que as frações condensam-se, o nível em cada bandeja vai aumentando, e o excesso é derramado ao prato inferior. Ao atingir este prato, que se encontra a uma temperatura mais alta, as frações leves, pertencentes ao prato superior são revaporizadas. Esse processo é chamado de refluxo interno.
  20. 20. Destilação Atmosférica ● Em determinados pontos da coluna, os produtos são retirados da torre, segundo as temperaturas limites de destilação das frações desejadas.
  21. 21. Destilação Atmosférica ● Em condições de pressão próxima à atmosférica, obtêm-se óleo diesel, diesel querosene e nafta pesada como produtos laterais de uma torre de destilação. Nafta leve e GLP são produtos de topo, condensados e separados fora da torre. Como produto de fundo, obtém-se o resíduo atmosférico, do qual ainda se podem extrair frações importantes.
  22. 22. Destilação Atmosférica ● Parte dos produtos de topo condensados pode ser retornada à torre como corrente de refluxo, com o objetivo de controlar a temperatura de saída de vapor e gerar refluxo interno nos pratos. Pode haver ainda o refluxo de produto lateral circulante, com o objetivo de retirar calor da torre, sem interferência direta no fracionamento.
  23. 23. Destilação a Vácuo ● O resíduo atmosférico, subproduto da destilação atmosférica do petróleo, é um corte de alta massa molar e de baixo valor comercial. Para se aproveitar todo o potencial energético e econômico dessa carga, faz-se um processo de destilação a vácuo.
  24. 24. Destilação a Vácuo ● A destilação a vácuo é empregada usualmente em dois casos: produção de óleos lubrificantes ou produção de gasóleos para carga da unidade de craqueamento catalítico. ● A carga aquecida é levada à zona de vácuo, em que a pressão é de cerca de 100 mmHg, provocando vaporização de boa parte da carga. As torres de vácuo possue grande diâmetro para acomodar o maior volume de vapor gerado a pressões reduzidas.
  25. 25. Destilação a Vácuo ● O produto de fundo da destilação a vácuo é composto por hidrocarbonetos de elevado peso molecular e impurezas, podendo ser comercializado como óleo combustível ou asfalto.
  26. 26. Exercícios ● Uma mistura de água e etanol deve ser separada em uma coluna de destilação fracionada, a mistura que alimenta a coluna é de 20% de álcool. O destilado obtido foi de 95% de etanol e o produto de fundo foi de 3% de álcool. A coluna recebe uma alimentação de 2000mol/h . ● a) Calcule o valor do destilado em álcool, (Destilado somente em álcool) ● b) Se a coluna operar durante 20 horas, qual será a produção de etanol? em kg
  27. 27. Exercícios ● Uma mistura de água e etanol deve ser separada em uma coluna de destilação fracionada. A mistura que alimenta a coluna é de 30% de álcool. O destilado obtido foi de 95% de etanol e o produto de fundo foi de 4% de álcool. A coluna recebe uma alimentação de 88000 mol/h. ● a) Qual a vazão mássica de entrada na coluna? ● b) Qual a massa obtida de etanol no destilado?
  28. 28. Outros procesos de separação
  29. 29. Desasfaltação a Propano ● O resíduo da destilação a vácuo pode conter um gasóleo de alta viscosidade. Nesse caso, pode-se tratá-lo em segundo um processo de separação que consiste no uso de propano líquido a alta pressão como agente de extração. ● O principal produto é o óleo desasfaltado, que pode ser incorporado ao gasóleo de vácuo na produção de combustíveis, sendo para isso enviado à unidade de craqueamento catalítico.
  30. 30. Desasfaltação a Propano ● Trata-se de um processo relativamente simples, formado por três seções principais: extração, recuperação de extrato e recuperação de rafinado.
  31. 31. Desaromatização a Furfural ● A desaromatização a furfural é uma operação tipicamente realizada no processo de produção de lubrificantes, em que se emprega o furfural como solvente de extração de compostos aromáticos polinucleados de alto peso molecular.
  32. 32. Desaromatização a Furfural ● Como os lubrificantes são utilizados sob condições variáveis de temperatura, procuram- se desenvolver formulações que apresentem comportamento uniforme frente as variações de viscosidade, a qual sofre maiores flutuações devido à presença de compostos aromáticos.
  33. 33. Desaromatização a Furfural ● O objetivo, portanto, é o aumento do índice de viscosidade dos óleos lubrificantes, pois quanto maior esse valor, menor será a variação da viscosidade do produto com a temperatura. O produto principal é o óleo desaromatizado, que é armazenado para processamento posterior. ● Como subproduto, tem-se um extrato aromático na forma de um óleo pesado e viscoso
  34. 34. Desparafinação a MIBIC ● Processo utilizado na obtenção de lubrificantes. ● Consiste na utilização de um solvente para extração de parafinas da carga. ● Estes compostos acarretariam dificuldades no escoamento do óleo lubrificante, quando de seu uso a baixas temperaturas, durante a partida de um equipamento em climas frios. A ausência de escoamento provoca uma lubrificação deficiente, e a máquina pode sofrer sérios danos.
  35. 35. Desparafinação a MIBIC ● A remoção atualmente é feita empregando-se metil-isobutil-cetona (MIBC) como solvente. ● Os produtos obtidos são o óleo desparafinado, que é armazenado e submetido a hidroprocessamento posterior, e a parafina oleosa, que pode ser adicionada ao gasóleo como carga de craqueamento catalítico ou sofrer desoleificação para produção de parafinas comerciais.
  36. 36. Desoleificação a MIBIC ● A desoleificação a MIBC é um processo idêntico à desparafinação, apenas realizada em condições mais severas, visando à remoção do óleo contido na parafina, de forma a enquadrá- la como produto comercial.
  37. 37. Desoleificação a MIBIC ● São obtidos dois produtos: a parafina dura, que é processada em hidrotratamento e vendida comercialmente e a parafina mole que é utilizada na produção de geléias, óleos, vaselinas e outros produtos farmacêuticos, bem como ser reprocessada através de craqueamento.
  38. 38. Extração de Aromáticos ● Na unidade de extração ou recuperação de aromáticos (URA), procuram-se extrair compostos aromáticos da carga por meio de solventes. ● Os aromáticos leves, como benzeno, toluenos e xilenos (BTX’s), presentes na gasolina atmosférica ou na corrente proveniente da unidade de reforma catalítica possuem um alto valor de mercado na indústria petroquímica, e são comercializados a preços duas ou três vezes superiores ao da nafta.
  39. 39. Extração de Aromáticos ● Em função das condições do processo escolhido, a extração é realizada com tetra- etileno-glicol (TEG), ou N-metil-pirrolidona (NMP) associada ao mono-etileno-glicol (MEG). ● Após destilação dos aromáticos para remoção do solvente, o produto é estocado e destinado a comercialização. Os não-aromáticos são utilizados como componentes da gasolina.
  40. 40. Adsorção de n-parafinas ● A unidade de adsorção de n-parafinas tem como objetivo a remoção de cadeias parafínicas lineares existentes no corte de querosene obtido na destilação. Embora as n- parafinas confiram excelentes qualidades ao querosene de iluminação, são extremamente prejudiciais ao querosene de aviação, pois elevam seu ponto de congelamento.
  41. 41. Adsorção de n-parafinas ● As parafinas removidas são valiosas, por constituírem matéria-prima para a indústria petroquímica, na produção de detergentes sintéticos biodegradáveis. ● O processo, de alto investimento, consiste na adsorção das n-parafinas através d passagem da mistura em fase gasosa num leito de peneiras moleculares. O leito adsorve as parafinas e permite a passagem de outros componentes. O material adsorvido é em seguida removido com o auxílio de outro solvente, fracionado e estocado.

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