Processos de refino de petróleo - Petroleum refining processes

Refinaria de petróleo em Anacortes, Washington , Estados Unidos

Processos de refino de petróleo são os processos de engenharia química e outras instalações usadas em refinarias de petróleo (também chamadas de refinarias de petróleo) para transformar petróleo bruto em produtos úteis, como gás liquefeito de petróleo (GLP), gasolina ou petróleo , querosene , combustível de aviação , óleo diesel e óleos combustíveis .

As refinarias são complexos industriais muito grandes que envolvem muitas unidades de processamento diferentes e instalações auxiliares, como unidades de utilidades e tanques de armazenamento. Cada refinaria tem seu próprio arranjo e combinação de processos de refino, em grande parte determinados pela localização da refinaria, produtos desejados e considerações econômicas.

Algumas refinarias de petróleo modernas processam até 800.000 a 900.000 barris (127.000 a 143.000 metros cúbicos) por dia de petróleo bruto.

História

O petróleo bruto foi destilado por químicos islâmicos , com descrições claras fornecidas em manuais como os de Muhammad ibn Zakarīya Rāzi ( c.  865–925 ). As ruas de Bagdá foram pavimentadas com alcatrão , derivado do petróleo que se tornou acessível a partir de campos naturais da região. No século 9, os campos de petróleo foram explorados na área ao redor da moderna Baku , no Azerbaijão . Esses campos foram descritos pelo geógrafo islâmico Abu al-Hasan 'Alī al-Mas'ūdī no século 10 e por Marco Polo no século 13, que descreveu a produção desses poços como centenas de carregamentos de navios. Os químicos islâmicos também destilaram petróleo bruto para produzir produtos inflamáveis para fins militares.

Antes do século XIX, o petróleo era conhecido e utilizado em várias modas na Babilônia , Egito , China , Filipinas , Roma e ao longo do Mar Cáspio. Diz-se que a história moderna da indústria do petróleo começou em 1846, quando Abraham Gessner, da Nova Escócia , Canadá , desenvolveu um processo para produzir querosene a partir do carvão. Pouco depois, em 1854, Ignacy Lukasiewicz começou a produzir querosene em poços de petróleo cavados à mão perto da cidade de Krosno , na Polônia . A primeira grande refinaria de petróleo foi construída em Ploesti , Romênia , em 1856, usando o óleo abundante disponível na Romênia.

Na América do Norte, o primeiro poço de petróleo foi perfurado em 1858 por James Miller Williams em Ontário, Canadá. Nos Estados Unidos, a indústria do petróleo começou em 1859, quando Edwin Drake encontrou petróleo perto de Titusville, Pensilvânia. A indústria cresceu lentamente nos anos 1800, produzindo principalmente querosene para lâmpadas a óleo. No início do século XX, a introdução do motor de combustão interna e seu uso em automóveis criaram um mercado para a gasolina que impulsionou o crescimento bastante rápido da indústria do petróleo. As primeiras descobertas de petróleo como as de Ontário e Pensilvânia logo foram superadas por grandes "booms" de petróleo em Oklahoma , Texas e Califórnia .

Antes da Segunda Guerra Mundial, no início da década de 1940, a maioria das refinarias de petróleo nos Estados Unidos consistia simplesmente em unidades de destilação de óleo cru (freqüentemente chamadas de unidades de destilação de óleo cru atmosférico). Algumas refinarias também tinham unidades de destilação a vácuo , bem como unidades de craqueamento térmico , como visbreakers (disjuntores de viscosidade, unidades para diminuir a viscosidade do óleo). Todos os muitos outros processos de refino discutidos abaixo foram desenvolvidos durante a guerra ou poucos anos após a guerra. Eles se tornaram disponíveis comercialmente em 5 a 10 anos após o fim da guerra e a indústria de petróleo em todo o mundo experimentou um crescimento muito rápido. A força motriz para esse crescimento em tecnologia e no número e tamanho das refinarias em todo o mundo foi a crescente demanda por gasolina automotiva e combustível de aviação.

Nos Estados Unidos, por várias razões econômicas e políticas complexas, a construção de novas refinarias praticamente parou por volta da década de 1980. No entanto, muitas das refinarias existentes nos Estados Unidos renovaram muitas de suas unidades e / ou unidades adicionais construídas a fim de: aumentar sua capacidade de processamento de petróleo bruto, aumentar a octanagem de sua gasolina de produto, reduzir o teor de enxofre de o combustível diesel e os combustíveis para aquecimento doméstico devem cumprir os regulamentos ambientais e os requisitos de poluição do ar e da água ambientais.

Unidades de processamento usadas em refinarias

  • Unidade de destilação de óleo cru : destila o óleo cru em várias frações para processamento posterior em outras unidades.
  • Unidade de destilação a vácuo : destila posteriormente o óleo residual do fundo da unidade de destilação de óleo cru. A destilação a vácuo é realizada a uma pressão bem abaixo da pressão atmosférica.
  • Unidade de hidrotratamento da nafta : usa hidrogênio para dessulfurar a fração da nafta da destilação do petróleo bruto ou de outras unidades da refinaria.
  • Unidade de reforma catalítica : converte as moléculas de nafta dessulfurada em moléculas de octanagem mais elevada para produzir reformado , que é um componente do produto final gasolina ou petróleo.
  • Unidade de alquilação : Converte isobutano e butilenos em alquilato , que é um componente de alta octanagem do produto final gasolina ou petróleo.
  • Unidade de isomerização : converte moléculas lineares, como o pentano normal, em moléculas ramificadas de alta octanagem para se misturarem à gasolina do produto final. Também usado para converter butano normal linear em isobutano para uso na unidade de alquilação.
  • Unidade de hidrotratamento de destilado : Usa hidrogênio para dessulfurar algumas das outras frações destiladas da unidade de destilação de óleo cru (como óleo diesel).
  • Merox (oxidante de mercaptano) ou unidades semelhantes: Desulfurize GLP, querosene ou combustível de aviação oxidando mercaptanos indesejáveis em dissulfetos orgânicos .
  • Tratador de amina , unidade de Claus e tratamento de gás residual para converter gás sulfureto de hidrogênio dos hidrotratadores em enxofre elementar de produto final. A grande maioria das 64 milhões de toneladas métricas de enxofre produzidas em todo o mundo em 2005 foi o enxofre do subproduto de refino de petróleo e plantas de processamento de gás natural .
  • Unidade de craqueamento catalítico de fluidos (FCC): Atualiza as frações mais pesadas e de ponto de ebulição mais alto da destilação do petróleo bruto, convertendo-as em produtos mais valiosos, com ponto de ebulição mais baixo e mais leve.
  • Unidade Hydrocracker : Usa hidrogênio para atualizar as frações mais pesadas da destilação de óleo cru e as unidades de destilação a vácuo em produtos mais leves e valiosos.
  • A unidade Visbreaker atualiza óleos residuais pesados ​​da unidade de destilação a vácuo, quebrando-os termicamente em produtos de viscosidade reduzida mais leves e valiosos.
  • Coque retardado e unidades de coqueamento de fluido : Converta óleos residuais muito pesados ​​em coque de petróleo de produto final, bem como nafta e derivados de petróleo.

Instalações auxiliares necessárias nas refinarias

  • Unidade de reforma de vapor : Converte gás natural em hidrogênio para os hidrotratadores e / ou hidrocraqueador.
  • Unidade de remoção de água ácida : Usa vapor para remover gás sulfureto de hidrogênio de vários fluxos de águas residuais para subsequente conversão em enxofre de produto final na unidade Claus .
  • Unidades utilitárias como torres de resfriamento para fornecer água de resfriamento circulante, geradores de vapor , sistemas de ar de instrumento para válvulas de controle operadas pneumaticamente e uma subestação elétrica .
  • Sistemas de coleta e tratamento de águas residuais consistindo de separadores API , unidades de flotação por ar dissolvido (DAF) e algum tipo de tratamento adicional (como um biotratador de lodo ativado ) para tornar as águas residuais adequadas para reutilização ou descarte.
  • Recipientes de armazenamento de gás liquefeito (GLP) para propano e combustíveis gasosos semelhantes a uma pressão suficiente para mantê-los na forma líquida. Geralmente são vasos esféricos ou balas (vasos horizontais com extremidades arredondadas).
  • Tanques de armazenamento de petróleo bruto e produtos acabados, geralmente vasos cilíndricos verticais com algum tipo de controle de emissão de vapor e cercados por uma berma de terra para conter derramamentos de líquidos.

A unidade de destilação de petróleo bruto

A unidade de destilação de petróleo bruto (CDU) é a primeira unidade de processamento em praticamente todas as refinarias de petróleo. A CDU destila o petróleo bruto que entra em várias frações de diferentes faixas de ebulição, cada uma das quais sendo posteriormente processada nas outras unidades de processamento da refinaria. A CDU é freqüentemente chamada de unidade de destilação atmosférica porque opera ligeiramente acima da pressão atmosférica.

Abaixo está um diagrama de fluxo esquemático de uma unidade de destilação de petróleo bruto típica. O petróleo bruto que entra é pré-aquecido pela troca de calor com algumas das frações destiladas quentes e outras correntes. Ele é então dessalinizado para remover sais inorgânicos (principalmente cloreto de sódio).

Após a dessalinização, o petróleo bruto é ainda mais aquecido por troca de calor com algumas das frações destiladas quentes e outras correntes. Em seguida, é aquecido em um forno a combustível (aquecedor de aquecimento) a uma temperatura de cerca de 398 ° C e encaminhado para o fundo da unidade de destilação.

O resfriamento e a condensação da torre de destilação aérea são fornecidos parcialmente pela troca de calor com o petróleo bruto que entra e parcialmente por um condensador resfriado a ar ou água. O calor adicional é removido da coluna de destilação por um sistema pumparound, conforme mostrado no diagrama abaixo.

Conforme mostrado no diagrama de fluxo, a fração de destilação aérea da coluna de destilação é nafta. As frações removidas da lateral da coluna de destilação em vários pontos entre o topo e a base da coluna são chamadas de cortes laterais . Cada um dos cortes laterais (ou seja, o querosene, o gasóleo leve e o gasóleo pesado) é arrefecido pela troca de calor com o petróleo bruto que entra. Todas as frações (ou seja, a nafta de cabeça, os cortes laterais e o resíduo de fundo) são enviadas para tanques de armazenamento intermediários antes de serem processadas.

Diagrama de fluxo esquemático de uma unidade de destilação de petróleo bruto típica usada em refinarias de petróleo bruto.

Diagrama de fluxo de uma refinaria de petróleo típica

A imagem abaixo é um diagrama de fluxo esquemático de uma refinaria de petróleo típica que descreve os vários processos de refino e o fluxo de fluxos de produto intermediário que ocorre entre a matéria-prima de petróleo bruto de entrada e os produtos finais finais.

O diagrama representa apenas uma das literalmente centenas de configurações diferentes de refinaria de petróleo. O diagrama também não inclui nenhuma das instalações de refinaria usuais que fornecem utilidades como vapor, água de resfriamento e energia elétrica, bem como tanques de armazenamento para matéria-prima de petróleo bruto e para produtos intermediários e produtos finais.

Um diagrama de fluxo esquemático de uma refinaria de petróleo típica

Refinando produtos finais

Os produtos finais primários produzidos no refino de petróleo podem ser agrupados em quatro categorias: destilados leves, destilados médios, destilados pesados ​​e outros.

Destilados leves

  • Componentes C1 e C2
  • Gás de petróleo liquefeito (GLP)
  • Nafta leve
  • Gasolina (gasolina)
  • Nafta pesada

Destilados médios

  • Querosene
  • Combustíveis diesel automotivos e ferroviários
  • Combustível para aquecimento residencial
  • Outros óleos combustíveis leves

Destilados pesados

  • Óleos combustíveis pesados
  • Cera
  • Óleos lubrificantes
  • Asfalto

Outros

  • Coque (semelhante ao carvão)
  • Enxofre elementar

Referências

Este artigo incorpora material do artigo da Citizendium " Processos de refino de petróleo ", que é licenciado pela Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License, mas não pela GFDL .