Introdução aos Processos de Refino Bruno Pires brunopires@outlook.com 24 de Outubro de 2016 Agenda Apresentação Pessoal Processos de Refino Separação Reação/Conversão Tratamento e Mistura Equipamentos de processo Engenheiro de Produção e o Refino Planejamento de Produção Logística Fluxograma Geral Processos de Refino O refino do petróleo bruto é realizado para a obtenção de combustíveis e matérias-primas petroquímicas e ou para a produção de lubrificantes básicos e parafinas. Os processos, para estas finalidades, podem ser divididos em três macro grupos: Separação Reação/Conversão Tratamento e Mistura Processos de Refino Processos de Separação Processos baseados em propriedades físicas. Ponto de Ebulição – Exemplo: Destilação Ponto de Fusão – Exemplo: Cristalização Solubilidade – Exemplo: Extração líquido-líquido Configuração Molecular – Exemplo: Processos de Adsorção Destilação Processo físico de separação baseado na diferença de pontos de ebulição entre os componentes coexistentes numa mistura líquida. É um processo extremamente versátil e muito usado no refino. Destilação do Petróleo: A unidade de destilação de petróleo existe sempre em toda refinaria – Atmosférica e Vácuo Principal processo, a partir do qual os outros são alimentados. Apresenta rendimentos variados Processos de Destilação Cortes da Destilação Processos de Reação/Conversão Causam mudanças de composição e podem ser divididas em: Craqueamento (quebra) Reforma Combinação Utilizadas para tratar produtos Podem afetar processos de separação Dependem das taxas e calor de reação Reações Endotérmicas – Consomem Calor Reações Exotérmicas – Liberam Calor Muitas são reversíveis – afetadas pelas condições operacionais e pelas concentrações de carga e produto Muitas precisam ser assistidas por catalisadores Catalisadores Promovem a taxa de reação desejada (velocidade) Não afetam o equilíbrio da reação Não são afetados pela reação Podem ser homogêneos ou heterogêneos São fundamentais em processos de reação/conversão e tratamento Processos de Craqueamento Quebram moléculas de hidrocarbonetos grandes e longas em frações menores e mais curtas. Moléculas menores são mais apropriadas para processamento futuro ou mistura com outros cortes. Os principais tipos de craqueamento são: Hidrocraqueamento Craqueamento Catalítico em Leito Fluidizado (FCC) Craqueamento Térmico Processos de Craqueamento Hidrocraqueamento Ação conjunta de: Catalisador Altas temperaturas e pressões Grandes volumes de hidrogênio. Reações de hidrogenação ocorrem em paralelo as de quebra Vantagens: Versatilidade – carga e produtos Qualidade dos produtos em relação a contaminantes Desvantagens: Drásticas condições operacionais Necessidade de uma grande unidade de geração de hidrogênio FCC - Craqueamento Catalítico em Leito Fluidizado Processos de Reforma Rearranja moléculas de cadeia longa em estruturas ramificadas ou cíclicas Na gasolina, este processo aumenta a octanagem do produto Gasolina de octanagem elevada é mais eficiente para o motor Os principais tipos de reforma são: Reforma Catalítica – usa de altas temperaturas e baixa pressão na presença de catalisador para a produção de anéis insaturados (aromáticos) Isomerização – utiliza temperatura baixa na presença de catalisador para moléculas parafínicas em isômeros ramificados Reforma à Vapor – usa altas temperaturas na presença de catalisador para converter hidrocarbonetos leves e vapor em hidrogênio e gás carbônico Processos de Reforma Processos de Combinação Oposto ao craqueamento, combina moléculas pequenas para formar moléculas ramificadas e maiores Produz um líquido de alta octanagem que pode ser misturado a gasolina Pode utilizar propileno e butileno oriundo de processos de craqueamento como carga Os principais tipos de combinação são: Unidade de Alquilação – combina pequenas olefinas ao isobutano Unidade de Polimerização – combina duas ou mais moléculas de olefinas Processos de Combinação Processos de Tratamento Melhora certas características do produto através de remoção de impurezas como: Enxofre Nitrogênio Água Necessário para atingir metas regulatórias Os principais tipos de tratamento são: Hidrotratamento – utiliza catalisador e hidrogênio para converter impurezas de enxofre e nitrogênio em gases separáveis Recuperação de Enxofre – utiliza aminas para absorver H2S (ácido sulfídrico) de várias correntes gasosas Tratamento de Mercaptanas – transforma as mercaptanas em compostos de enxofre menos prejudiciais Processos de Tratamento Processos de Mistura (Blending) Blending da Alimentação de Unidades de Processo Limitações da unidade Limitações do processo Blending dos Produtos Última etapa do processo de refino Enquadramento de especificações de qualidade Enquadramento de especificações ambientais Adição de aditivos Processos de Mistura (Blending) Equipamentos de Processo Deslocamento de Fluidos Transferência de Calor Reação Separação Controle de Processo Segurança Equipamentos de Processo Deslocamento de Fluidos Transferência de Calor Reação Separação Controle de Processo Segurança Equipamentos de Processo Deslocamento de Fluidos Transferência de Calor Reação Separação Controle de Processo Segurança Equipamentos de Processo Deslocamento de Fluidos Transferência de Calor Reação Separação Controle de Processo Segurança Equipamentos de Processo Deslocamento de Fluidos Transferência de Calor Reação Separação Controle de Processo Segurança Engenheiro de Produção e o Refino Principais áreas de atuação do engenheiro de produção em uma refinaria Logística Planejamento de Produção Ciclo de Planejamento e Operação Planejamento de Produção Logística Logística Logística Logística Planejamento das operações logísticas Matérias-primas Quantidades Qualidades Prazos de fornecimento Programação das operações diárias das refinarias Cargas a serem processadas em cada uma das suas unidades Quantidades e qualidades dos produtos finais Distribuição Outras dos produtos Refinarias Mercado Logística Planejamento de Produção Planejamento de Produção As informações necessárias para o planejamento operacional são: Quantidades de matérias-primas e derivados a serem compradas por tipo Custos de importação Distribuição das matérias primas entre as refinarias Quantidades de derivados e petróleos a serem exportados por tipo Receita de exportação Utilização das unidades de processo por refinaria; Distribuição dos mercados de derivados entre as refinarias; Metas de entrega de cada um dos produtos Planejamento de Produção Qual recurso utilizar para atender a todas essas demandas? Modelos Complexos de Programação Linear Técnica auxilia no estabelecimento das atividades físicas da refinaria Utiliza um algoritmo que calcula continuamente valores marginais: de todos os fluxos da refinaria de custos para atingir a especificação de vários produtos de lucro de matérias primas e produtos dos adicionais de capacidade de processamento das unidades Planejamento de Produção A aplicação do modelo fornece as seguintes informações: custos e receitas totais e o lucro (função-objetivo); quantidade, composição e qualidade de todos os produtos fornecidos; quantidade e composição da matéria prima processada por cada unidade de processo; utilização das unidades de processo; déficits e excedentes de produtos finais e intermediários; valores marginais das diversas restrições O principal papel dos planos de produção das refinarias é fornecer a quantidade e a qualidade dos produtos a serem produzidos e estocados nas refinarias Obrigado pela atenção
