Coqueamento Retardado

O processo de coqueamento retardado é um processo de conversão térmica. Possui o mesmo objetivo básico dos demais processos de conversão, o qual consiste basicamente na quebra das moléculas de hidrocarbonetos mais longas, em moléculas menores, gerando assim derivados mais leves. O objetivo do processo é ampliar a rentabilidade do petróleo processado, de modo a obter derivados mais leves e mais valorizados a partir principalmente dos resíduos das unidades de destilação. O resíduo pesado de outras unidades também pode ser utilizado na conversão (Abadie, 2010).

Tendo em vista que o objetivo desse processo é a obtenção de derivados leves a partir da conversão de frações formadas por cadeias longas e pesadas, e não a obtenção do coque que, apesar de possuir várias aplicações, consiste na realidade no resíduo do processo. Spencer (1971) classifica o termo coqueamento como um termo inadequado para ser utilizado como denominação do processo. A obtenção do coque é, na realidade, apenas uma consequência, e historicamente os processos foram sendo elaborados e aprimorados no sentido de minimizar sua produção.

Existem três processos que são mais difundidos e utilizados para ampliar a rentabilidade das refinarias, na conversão de resíduos pesados em derivados leves e coque. Os mais difundidos são os processos de Coqueamento Retardado, Coqueamento em Leito Fluidizado e Coqueamento em Leito fluido com Gaseificação. A PETROBRAS utiliza e possui apenas unidades para o processo de Coqueamento retardado em suas refinarias, processo mais antigo e mais utilizado pelas indústrias em geral, tendo mudado muito pouco ao longo das últimas décadas (Speight, 1999).

Na denominação desse processo o termo “retardado” é aplicado em referência ao fato de o processo de formação de coque pela decomposição térmica das moléculas de hidrocarboneto ocorrer posteriormente ao aquecimento e à passagem pela torre de fracionamento da unidade. A reação ocorre tardiamente em tambores que fazem parte da unidade, mas que se localizam após o equipamento de fracionamento, diferentemente do que

ocorre nas demais unidades onde a reação ocorre na própria torre da unidade, no ponto que recebe calor (Spencer, 1971).

Apesar de a indústria do petróleo haver se desenvolvido sempre no sentido maximizar a produção de derivados leves e diminuir a produção principalmente do coque durante seus processos de refino, em virtude do baixo valor agregado que possui, a produção de coque vem aumentando crescentemente ao longo dos anos. A principal razão é o processamento cada vez maior de reservas de petróleo com densidade mais elevada (Santos, 2004).

No processo, a carga de óleo advinda de outra unidade, geralmente a destilação a vácuo, é aquecida em um forno até a temperaturas que variam de 485º C a 505º C, depois é depositada em um dos tambores que compõem a unidade e que funcionam como reatores no processo. Geralmente a unidade é composta por dois tambores que se alternam no recebimento da carga aquecida para reação (Ellis & Paul, 1998). A figura 3.8 mostra um esquema pictórico da unidade de coqueamento retardado, contendo o fluxo do processo ao longo do equipamento e os derivados produzidos.

Figura 3.8: Esquema da unidade de coqueamento retardado. Fonte: O Autor (2010).

O resíduo das unidades de destilação segue diretamente para a zona de flash da torre de destilação da unidade de coqueamento retardado. A zona de flash localiza-se perto da base. Quando o resíduo de vácuo entra na unidade, parte desse resíduo evapora se fracionando ao longo da torre, enquanto a maior parte do resíduo segue descendo pelo fundo da torre, sendo direcionado para os fornos tubulares onde é aquecida. Após ser aquecido segue sendo depositado para reagir nos tambores da unidade através de sua base (Abadie, 2010; Speight, 1999).

Nesse processo, a carga é enviada aos tambores antes de propriamente passar pela torre de fracionamento. Após ser depositada, a energia térmica faz com que as moléculas de hidrocarboneto se quebrem em unidades menores que são captadas pela saída superior dos tambores. Essa parcela de hidrocarbonetos mais leves segue retornando como um refluxo para a torre de destilação da própria unidade de coque, que ajuda a fracionar o resíduo de vácuo que alimenta a unidade. Aos poucos, as frações leves vão sendo captadas pelas saídas laterais da torre onde se convertem principalmente em gás combustível, GLP, nafta e até mesmo em uma pequena parcela de querosene (Speight, 1999).

Após a reação de quebra das moléculas, a parcela de moléculas de hidrocarbonetos leves é retirada pela parte superior dos tambores e da torre de fracionamento. As frações pesadas acumulam-se formando um resíduo sólido que permanece depositado nos tambores. Essa formação sólida é retirada dos tambores mediante uma raspagem com a utilização de um equipamento de jato de água de alta pressão (Speight, 1999; Ellis & Paul, 1998).

A figura 3.9, mostra uma imagem de como ocorre o coqueamento da carga de hidrocarboneto nos tambores da unidade de coqueamento retardado, ilustrando a separação entre a fração mais leve em estado gasoso, formada pela quebra das moléculas pesadas. A parte negra ilustra a formação do coque a partir da condensação das frações mais pesadas que se solidificam nos tambores. Depois de completada a campanha de refino da unidade quando o tambor está completamente preenchido, a unidade passa a preencher um segundo tambor, enquanto o primeiro é resfriado para, em seguida, passar pelo processo de raspagem com o jato de água já descrito.

Figura 3.9. Processo de coqueamento retardado. Fonte: Adaptado de Rodriguez-Reinoso et al. (1997).

A unidade de coqueamento retardado ajuda a ampliar tanto a produção de gasolina como de diesel de uma refinaria (Abadie, 2010; Speight, 1999). Para o incremento da produção de gasolina, além do volume de gasolina e da nafta produzida, o gasóleo produzido pode ser processado pela unidade de Craqueamento Catalítico Fluído (FCC). Caso o objetivo seja ampliar a produção de diesel, é necessário que a refinaria possua outra unidade de conversão associada em seu arranjo físico de refino, que é a unidade de hidrotratamento (HDT). Essa unidade é capaz de processar a carga de gasóleo gerado pela unidade de coque, o que amplia o rendimento do diesel no portfólio de derivados da refinaria (Abadie, 2010).

Com a inclusão da unidade de coque a refinaria passa a possuir um novo esquema de refino que permite a obtenção de derivados com maior rendimento na produção de frações leves e médias. O esquema de produção pode ser definido conforme o diagrama apresentado na figura 3.10. Verifica-se, em comparação com as figuras 3.2 e 3.6, que essa unidade confere ainda mais dinamismo à produtividade, ampliando a produção de frações leves e médias, como o GLP, o óleo diesel e a gasolina.

Figura 3.10: Esquema de refino com a inserção de unidade de coqueamento retardado. Fonte: Agência Nacional do Petróleo (2010).