Coqueamento Fluido

O coqueamento fluido é um processo contínuo de craqueamento térmico realizado num leito fluidizado com partículas de coque. Esse processo é bastante flexível quanto à qualidade da carga, pois seu tempo de campanha é bem maior do que os outros processos de craqueamento. A temperatura e o tempo de residência da carga de alimentação no leito fluidizado determinam o rendimento dos produtos no processo. Em geral, o rendimento de coque é menor devido à redução do tempo de residência dos vapores no reator (GRAY, 1994; SPEIGHT, 2004).

2.3.1.1 Descrição do Processo

No coqueamento fluido (Figura 2.9), a carga de alimentação é misturada com o reciclo da borra e enviada para o reator de leito fluidizado, que opera entre 510 – 566ºC, para que as reações de craqueamento ocorram com a produção de vapor e gases leves (FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI, 2010).

Figura 2.9 – Processo de coqueamento fluido. Fonte adaptada: FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI (2010).

Os gases produzidos pela decomposição térmica são lavados com gasóleo para remoção de finos de coque, que podem ter sido arrastados, e posteriormente os mesmos são enviados a coluna fracionadora para a separação das frações desejadas dos hidrocarbonetos (SUGAYA, 1994).

O coque produzido é acumulado na parte inferior do reator em sucessivas camadas, e são removidos com injeção de vapor na parte inferior do equipamento. No entanto, uma parcela dessa produção (15 – 30% do coque) é enviada ao queimador, que opera entre 593 – 677ºC, e sofre combustão ao entrar em contato com a injeção de ar. O residual do coque aquecido é recirculado para o reator, visando fornecer o calor necessário ao processo (FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI, 2010).

O rendimento típico de um processo de coqueamento fluido é apresentado na Tabela 2.4.

Tabela 2.4 – Rendimento do coqueamento fluido.

Produtos Rendimento (%) Gases 11 Nafta 15 - 20 Gasóleo Leve 12 - 14 Gasóleo Pesado 35 - 36 Coque 21

Fonte: FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI (2010).

2.3.2 Flexicoking

O flexicoking é uma abordagem alternativa do coqueamento fluido, que utiliza um gaseificador para converter o excesso de coque em uma mistura gasosa, constituída por monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) e hidrogênio (H2). A grande

vantagem desse processo está relacionada à redução dos compostos sulfurados, presentes no gás efluente do queimador, que pode ocasionar problemas ambientais (GRAY, 1994; SPEIGHT, 2004).

As reações de conversão do coque são realizadas na zona de oxidação, Equações (2.1) e (2.2) e na zona de redução, Equações (2.3) e (2.4), presentes no equipamento gaseificador (FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI, 2010).

CO O C0,5 ₂  (2.1) 2 2 5 , 0 O CO CO  (2.2) 2 2O CO H H C   (2.3) 2 2 2O CO CO H H    (2.4) 2.3.2.1 Descrição do Processo

No processo de flexicoking, a carga de alimentação é enviada ao reator de leito fluidizado para ser craqueada, e os produtos obtidos são gases e destilados que devem ser lavados para remoção do coque arrastado, e fracionados de modo semelhante ao coqueamento fluido, como mostra a Figura 2.10 (GRAY, 1994; SUGAYA 1994).

Figura 2.10 – Esquema simplificado do processo de flexicoking. Fonte adaptada: FURIMSKY, 2000.

O ar é fornecido ao gaseificador para manter a temperatura, sendo insuficiente para combustão completa coque. Assim, o resíduo de coque aquecido é então direcionado ao aquecedor, para suprir certa carga térmica e o excesso é purgado do equipamento. Em geral, vapor a alta pressão é produzido pela corrente que sai pelo topo do aquecedor, enquanto que os finos de coque são removidos em um lavador (FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI, 2010; GRAY; 1994).

2.3.3 Hidrocraqueamento

O hidrocraqueamento é um processo de hidrogenação bastante flexível, podendo processar diferentes tipos de cargas, em produtos mais estáveis, com menor massa molecular e redução de contaminantes. Dependendo da qualidade da carga e da finalidade do hidroprocessamento, as condições operacionais variam bastante, desde pressões de 3,5 – 22 MPa e temperaturas entre 280 – 475ºC. Na prática, esse processo pode ser executado em um ou dois estágios, sendo este último o mais empregado na indústria, devido à flexibilidade da carga e ao bom rendimento de nafta ou de destilados na faixa do querosene e do diesel (BRASIL; ARAÚJO; DE SOUSA, 2011; FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI, 2010).

A viabilidade do processo está associada ao uso de catalisadores de alta atividade para produção de hidrogênio. Os primeiros catalisadores usados no processo eram suportados em sílica-alumina, recentemente os mais comumente utilizados possuem um suporte zeolítico, que apresenta simultaneamente características de craqueamento e de hidrogenação (BRASIL; ARAÚJO; DE SOUSA, 2011; SPEIGHT, 2004).

Atualmente, o hidrocraqueamento vem desempenhando um papel importante na indústria de refino, sendo implementado em plantas de óleo lubrificante em substituição a desasfaltação catalítica e remoção de aromáticos via solvente (FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI, 2010).

2.3.3.1 Descrição do Processo

O hidrocraqueamento com único estágio pode acontecer com ou sem reciclo do produto de fundo da coluna fracionadora, como mostra a Figura 2.11. No entanto, para

aumentar a conversão de diesel, adota-se o reciclo na unidade de processo e emprega-se um catalisador amorfo (FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI, 2010).

Figura 2.11 – Esquema do hidrocraqueamento em único estágio. Fonte adaptada: FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI (2010).

O processo em único estágio ocorre pela adição de hidrogênio à carga de alimentação, que passa por uma série de trocadores de calor para ser aquecida. Após este aquecimento a corrente entra no reator, que é constituído por múltiplas camadas de catalisador. Para controlar o aumento de temperatura das reações de hidrogenação são usadas correntes de hidrogênio frio para assegurar a conversão desejada no processo. Por último, os produtos obtidos em único estágio são enviados a coluna fracionadora para obtenção de destilados com redução de contaminantes (FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI, 2010; RASEEV, 2003).

O hidrocraqueamento em dois estágios apresenta dois reatores na unidade para controlar a atividade de craqueamento no nível desejado, e assim maximizar o rendimento do processo. Geralmente, no primeiro reator o catalisador usado possui uma elevada razão de hidrogenação/acidez para remoção de nitrogênio, hidrogênio e enxofre. Entretanto, no segundo reator essa razão hidrogenação/acidez é menor, para assegurar o aumento da produção de nafta. Um reator de hidrotratamento também pode ser usado nessa

configuração para auxiliar a remoção dos compostos de enxofre da carga de alimentação da unidade (FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI, 2010; SILVA, 2011).

2.3.4 Viscorredução

A viscorredução é um processo de craqueamento térmico moderado, que tem como objetivo principal a redução da viscosidade do resíduo que será usado como óleo combustível, através da quebra de suas moléculas mais pesadas pela ação térmica, tornando desnecessária a adição de frações intermediárias para acerto da viscosidade. As condições operacionais são sensivelmente mais brandas que aquelas existentes no craqueamento térmico convencional, mas sem conversão significativa de destiláveis (SPEIGHT, 2004).

Normalmente, esse processo de craqueamento possui um baixo custo e menor tempo de residência na fornalha, para evitar as reações de polimerização e coqueamento, e tem como produtos principais quatro cortes: gases (até C4), nafta (C5 -165°C), gasóleo (166

- 350°C) e resíduo (350+°C) (FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI, 2010). O rendimento típico obtido pelo processo de viscorredução é apresentado na Tabela 2.5.

Tabela 2.5 – Rendimento típico obtido pela viscorredução.

Produtos Rendimento (%)

Gases 2 -4

Nafta 5 - 7

Gasóleo 10 - 15

Resíduo 75 - 85

Fonte: FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI (2010).

O processo de viscorredução pode ser realizado através de duas tecnologias, coil

visbreaker e soaker visbreaker, que são diferenciadas quanto às condições operacionais

empregadas e o local onde ocorrem as reações de craqueamento térmico. Na primeira tecnologia, o craqueamento térmico ocorre nas serpentinas do forno de forma severa, enquanto que na segunda tecnologia esse craqueamento ocorre em condições mais brandas num tambor colocado entre o forno e a coluna fracionadora (FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI, 2010; SPEIGHT, 2006).

2.3.4.1 Descrição do Coil Visbreaker

Neste processo, a carga de alimentação (resíduo de vácuo ou atmosférico) é submetida às reações de craqueamento térmico apenas no forno, em condições operacionais: temperatura de craqueamento entre 455 – 510ºC, pressão de 50 – 300 psi e tempo de residência entre 2 – 5 minutos (JOSHI et al., 2008; SPEIGHT, 2006). A Figura 2.12 mostra um esquema típico do processo de coil soaker.

Figura 2.12 – Esquema do processo coil visbreaker. Fonte adaptada: FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI (2010).

Nessa tecnologia de processamento, após as reações de craqueamento no forno deve-se imediatamente resfriar a corrente de produtos antes do seu fracionamento na coluna. O processo de resfriamento é importante para evitar a propagação das reações de craqueamento nos produtos, e ocasionar a deposição de coque na coluna fracionadora. Em geral, utilizam-se gasóleos e resíduos da viscorredução na corrente de resfriamento da unidade (FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI, 2010; SPEIGHT, 2006).

Após o resfriamento, a corrente de produtos é direcionada ao fundo da coluna fracionadora para separação das frações de gás, gasolina, gasóleo e resíduo de viscorredução. A fração de gasóleo obtida é empobrecida por vapor para remoção dos componentes voláteis, e misturada com o resíduo, para posterior processamento em unidades de hidrotratamento, craqueamento catalítico ou hidrocraqueamento. Enquanto

que as frações não estabilizadas de nafta e gasóleo são tratadas e utilizadas como carga de alimentação na reforma catalítica, servindo como blend para os produtos já acabados ou sendo enviadas para o sistema de combustíveis (FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI, 2010).

2.3.4.2 Descrição do Soaker Visbreaker

O processo Soaker Visbreaker é caracterizado por apresentar em sua configuração um tambor, onde ocorrem as reações de craqueamento térmico em temperaturas mais baixas e tempos de residência maiores (FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI, 2010; SPEIGHT, 2006). Um esquema típico desse processo é apresentado na Figura 2.13.

Figura 2.13 – Esquema do processo soaker visbreaker. Fonte adaptada: FAHIM; AL-SAHHAF; ELKILANI (2010).

A carga de alimentação (resíduo de vácuo ou atmosférico) entra no forno, sendo aquecida até o início das condições de craqueamento, temperatura em torno de 450ºC por um período de 2 – 3 minutos. O efluente do reator é enviado ao tambor de soaker, reator de coluna borbulhante que possui um tempo de residência 15 – 25 minutos, para o término das reações de craqueamento com redução da viscosidade em condições controladas (JOSHI et

Segundo Joshi et al. (2008) as principais vantagens do processo soaker visbreaker:

1. Seletividade do craqueamento térmico da carga, pois permite apenas o craqueamento das moléculas maiores;

2. Redução de 70% no consumo de combustível devido à presença do tambor de

soaker, que permite operações mais brandas no forno. O baixo consumo também

permite a redução de grandes quantidades de vapor geradas; 3. Baixa conversão de coque no forno;

4. Menor investimento de capital para implantação dessa unidade de processo, pois o consumo de energia é mais baixo, além de ter um um tempo de campanha mais elevado (até 18 meses).