INTRODUÇÃO E OBJETIVOS

1.1 - Motivação

Um dos grandes desafios das companhias petrolíferas no momento é garantir a viabilidade comercial dos reservatórios já descobertos no país. Sendo assim, é importante não apenas explorar e encontrar novos reservatórios de petróleo, mas também explorar aqueles que já foram descobertos e não foram desenvolvidos, devido à falta de tecnologias para produzi-los economicamente (MOTHÉ e JUNIOR, 2007).

Diante desta realidade, este trabalho tem como motivação a valoração (upgrade) do petróleo, a partir da geração de uma corrente de hidrocarbonetos leves (diluentes) que possa ser injetada dentro do poço, inclusive em ambientes de mar (off-shore). A injeção desta corrente de hidrocarbonetos mais leves dentro do poço irá diminuir a viscosidade do óleo cru, favorecendo as propriedades de transporte e escoamento, viabilizando tecnicamente e economicamente a produção destes óleos, aumentando seu valor de comercialização.

1.1.1 - Justificativa : Opção Tecnológica

Os processos para transformar o petróleo envolvem, basicamente, craqueamento térmico ou catalítico, que implicam na quebra de moléculas grandes gerando moléculas menores; ou são simplesmente físicos como: extração dos cortes pesados com fluidos em estado quase ou supercrítico, ou diluição do petróleo com cortes do próprio petróleo, gerando o petróleo sintético.

Apesar de já existirem tecnologias patenteadas por empresas estrangeiras no mercado para este objetivo, estas podem apresentar algumas incompatibilidades específicas com a situação nacional, a saber:

- Hidrotratamento: além de ser um processo de alto custo, é realizado sob condições operacionais muito agressivas, como por exemplo, altas pressões, que dificultam as condições de segurança, podendo mesmo obstruir um licenciamento ambiental, para instalações off-shore.

- Craqueamento Catalítico: de forma geral, existe o fato dos processos catalíticos convencionais terem sido desenvolvidos para condições diferentes das do Brasil, já que, em sua maioria, têm origem no Canadá, onde o petróleo é de origem betuminosa e possuem características muito diferentes das dos petróleos nacionais.

- Craqueamento Térmico: assemelha-se ao craqueamento catalítico, porém sem utilizar catalisador, substituído por injeção de areia fina, que potencializa a troca térmica, o que, em um primeiro momento, poderia ser considerado uma vantagem, mas também necessita da adição de hidróxido de cálcio Ca(OH)2 que se transforma em sulfato de cálcio (CaSO4), levando à manipulação de produtos, ponto crítico e indesejável em instalações off-shore.

Este projeto propõe, então, o desenvolvimento do processo de DESTILAÇÃO MOLECULAR REATIVA, no qual acontece o acoplamento da destilação molecular (alto vácuo) e conversão reativa simultaneamente, podendo ser caracterizado como um processo híbrido e intensificado. As características particulares da configuração do equipamento de destilação molecular levam à: viabilizar a implementação de alto vácuo, permitindo submeter o material a temperaturas adequadas, ter um curto tempo de residência (operacional) e ter um contato muito intenso da amostra com a superfície catalítica. Estes fatores devem proporcionar alta taxa de evaporação e alta cinética de reação e, conseqüentemente, elevadas taxas de destilação/conversão, permitindo altas taxas de processamento.

Tem-se, com isso, um modelo intensificado de processo, favorecendo sua instalação em plataformas marítimas, onde os espaços são reduzidos. Assim, o potencial de aplicação desta nova técnica é muito promissor, indicando a possibilidade de sucesso.

A idealização de aplicar o processo de destilação molecular reativa e o desenvolvimento de um equipamento para viabilizar a nova tecnologia proposta foi do grupo de pesquisa do Laboratório de Otimização, Projeto e Controle Avançado (LOPCA) / Laboratório de Desenvolvimento de Processos de Separação (LDPS) em parceria com o Centro de Pesquisas e

Desenvolvimento Leopoldo A. Miguez de Mello (CENPES) / PETROBRAS. O projeto e a construção do destilador molecular reativo contaram com o financiamento da Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) e da PETROBRAS por meio do projeto intitulado:

DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA ALTERNATIVA: DESTILAÇÃO

MOLECULAR REATIVA PARA TRANSFORMAR (UPGRADING) PETRÓLEOS

EXTRAPESADOS VISANDO MELHORAR SEU ESCOAMENTO.

Esta tese de doutorado, juntamente com a tese que vem sendo desenvolvida por Tovar (2011), fazem parte deste projeto e abrangem diferentes objetivos. Este trabalho abrange exclusivamente a parte experimental do projeto, desde o desenvolvimento e construção da unidade até os experimentos com petróleos e validação da tecnologia por meio de caracterizações físico-químicas. Já o trabalho de Tovar (2011) tem como objetivo desenvolver a modelagem matemática e simulação do processo de destilação molecular centrífuga reativa e aborda a modelagem matemática, que compreende equações de

transferência de massa, energia e momento.

1.2 – Objetivo

A seguir, são apresentados o objetivo geral e os objetivos específicos desta tese de doutorado.

1.2.1 – Objetivo Geral

Este projeto tem como objetivo estudar e desenvolver um processo intensificado híbrido que transforme o petróleo extrapesado, ou parte deste, em petróleo mais leve que possa ser injetado dentro do poço, de forma a gerar uma mistura de menor densidade e viscosidade, facilitando a extração.

O processo a ser estudado é a DESTILAÇÃO MOLECULAR REATIVA que permitirá promover o craqueamento - conversão de pesados em leves - do material processado contemplando o manuseio e remoção de leves.

1.2.2 - Objetivos Específicos

Os objetivos específicos deste trabalho são:

• Montagem e desenvolvimento da unidade de destilação molecular reativa. • Comissionamento da unidade utilizando óleos lubrificantes.

• Validação da tecnologia de destilação molecular reativa com petróleos. • Definição das melhores condições de processamento.

• Caracterização e avaliação das cargas e dos produtos obtidos no processo.

1.3 - Escopo e Organização desta Tese

A motivação para execução deste trabalho bem como os objetivos da tese são apresentados no Capítulo 1. A revisão da literatura, envolvendo conceitos teóricos empregados neste estudo, encontra-se no Capítulo 2.

No Capítulo 3, são descritos com detalhes os equipamentos e as metodologias utilizadas para a execução deste trabalho. Neste capítulo, também é apresentado o estudo do sistema catalítico.

O desenvolvimento do projeto, a construção e a automação do destilador molecular reativo abrange o Capítulo 4. A descrição de cada parte que o compõe e a metodologia de processamento também são apresentadas. Os testes de todos os componentes que compõem o equipamento finalizam o capítulo.

Os primeiros testes com material no equipamento são apresentados no Capítulo 5. Estes testes foram realizados com óleos lubrificantes.

A partir do desenvolvimento das habilidades com o equipamento, iniciaram-se os experimentos utilizando como matéria prima um corte de petróleo nacional. Estes experimentos são apresentados no Capítulo 6.

O Capítulo 7 descreve os experimentos com um resíduo de petróleo a diferentes temperaturas do evaporador e diferentes porcentagens de catalisador.

No Capítulo 8 são apresentados os experimentos com diferentes tipos de catalisadores.

Por sua vez, as conclusões gerais do trabalho assim como as sugestões para futuros trabalhos são apresentados no Capítulo 9.