Craqueamento Catalitico Fluidizado

CRAQUEAMENTO CATALÍTICO EM LEITO FLUIDIZADO (FCC)

 INTRODUÇÃO:

Excetuando-se a produção primária de alimentos e vestuário, nenhuma indústria orgânica é mais importante para a civilização técnica moderna que a indústria do petróleo.

A refinação dos produtos do petróleo e dos produtos petroquímicos envolve dois ramos principais, as modificações físicas, ou operações de separação, e as modificações químicas, ou conversões. As operações de conversão têm rentabilidade elevada, principalmente devido ao fato que as frações de baixo valor comercial (gasóleos e resíduos) são transformadas em outras de maior valor (GLP, naftas, querosene e diesel).

A princípio, a refinação do petróleo envolvia o simples fracionamento dos constituintes presentes no óleo cru, envolvia a separação por destilação que compreende as operações unitárias de escoamento de fluidos, de transferência de calor e de destilação. O grande estímulo ao emprego das modificações químicas na fabricação dos produtos petrolíferos veio do crescente consumo de gasolina, que superou a oferta proveniente da destilação separativa. Esta situação tornou-se obrigatória a pirolisação dos produtos do petróleo, na qual, no processo conhecimento como craqueamento, as moléculas longas são quebradas em moléculas mais curtas, convenientes para a gasolina.

Neste trabalho o enfoque será no processo de craqueamento catalítico em leito fluidizado (FCC), que tem a vantagem de produzir gasolina de alta qualidade a partir de quase qualquer óleo cru, num equipamento sujeito a controle cuidadoso e operado a pressão baixa, e por isso a um custo comparativamente menor. De acordo com a revisão do Petroleum Refiner, “o craqueamento catalítico foi o maior passo, no desenvolvimento dos processos de refinação.

O Processo de Craqueamento Catalítico Termofor (TCC) foi desenvolvido a partir do processo Houndry, e com o aprimoramento, chegou-se ao Craqueamento Catalítico Fracionado (FCC).

Unidades de FCC processam frações intermediárias e pesadas de petróleo, gerando produtos mais leves (gasolina e outros intermediários) de maior valor agregado, mediante as reações químicas de quebra de moléculas através de catalisadores zeolíticos. Normalmente esses catalisadores possuem diferentes teores de zeólita Y, um aluminossilicato sintético.

Nesse processo, há um grande número de compostos formados. Para que o processo ocorra de maneira satisfatória deve-se fornecer calor suficiente para que a quebra das moléculas ocorra — as reações são endotérmicas — de maneira eficiente a regenerar os catalisadores envolvidos no processo.

 DESCRIÇÃO DO PROCESSO:

O craqueamento catalítico é um processo químico de transformação de frações de petróleo pesadas em outras mais leves, através da quebra (cracking) das moléculas dos constituintes com a utilização de catalisadores.

Sua carga é composta de uma mistura de gasóleos de vácuo produzidos na unidade de destilação. Quando submetido a condições bastantes severas de pressão e temperatura na presença do catalisador, o gasóleo de vácuo é decomposto em várias frações mais leves, produzindo gás combustível, gás liquefeito, gasolina (nafta), gasóleo leve (óleo leve ou diesel de craqueamento) e gasóleo pesado de craqueamento (óleo decantado ou óleo combustível).

O processo em leito catalítico fluidizado (FCC-Fluid Catalytic Cracking) tem um papel importante na indústria do refino de petróleo, principalmente em países, como o Brasil, que têm que craquear petróleos pesados de cadeia longa. Os equipamentos básicos que compõem esse tipo de unidade são o reator, o riser, os ciclones e o regenerador.

O FCC pode ser dividido em três estágios: reação, separação e regeneração. No primeiro estágio, o gasóleo é injetado no riser, onde o calor e o contato com catalisador fluidizado fazem com que as moléculas grandes dos hidrocarbonetos sejam craqueadas em moléculas menores. Nesta etapa, o tempo de contato do catalisador com a carga é bastante curto, 3-5 segundos no riser e alguns minutos no leito fluidizado, onde o catalisador é desativado por coque e metais do gasóleo. No segundo estágio, na etapa de separação, o catalisador é separado dos produtos do craqueamento por ciclones instalados à saída do riser. Finalmente, no terceiro estágio, o catalisador contendo entre 1 e 2 % de coque é enviado para o stripper, onde este catalisador é retificado com vapor e encaminhado de forma contínua para o regenerador que opera com temperaturas da ordem de 700 ºC (BARTH et al., 2004; PINTO et al., 2005).

No regenerador, o coque do catalisador é queimado e enxofre e nitrogênio do coque, originados de compostos de enxofre e nitrogênio da carga, são transformados em SOx e NOx . O catalisador regenerado é transferido de volta para o reator, para iniciar novo ciclo de reação-retificação e depois ser novamente regenerado, passando por este ciclo centenas de vezes (RONCOLATTO et al., 2005).

Sobre o primeiro estágio é importante destacar que o craqueamento inicial, ocorrido no primeiro instante da fluidização da mistura reacional, acontece na primeira metade do riser. A zeólita Y é o catalisador responsável por este primeiro craqueamento que logo é envenenado pela deposição do coque pelo fato de ter realizado a maioria do trabalho catalítico. Na segunda metade do riser, ocorre o segundo craqueamento pelos aditivos zeolíticos de médios poros. Estes aditivos são incapazes de realizar o primeiro craqueamento por apresentarem poros demasiadamente pequenos, mas são capazes de craquear as moléculas resultantes. A entrada dos aditivos zeolíticos à distribuição do produto será maior na segunda metade do reator (CORMA; MARTÍNEZ-TRIGUERO, 1997).

 FLUXOGRAMA COM BALANÇO GLOBAL

1. Fluxograma

Ver anexo.

2. Balanço Global

Admitindo 82,3% de conversão do gasóleo alimentado, pela fórmula:

Conversão (%) = (Carga fresca – (LCO+CLO) / Carga fresca)x100

Para produzir o máximo de gasolina:

Dado experimental Dado calculado

Para conversão de 82,3% Para