Visbreaker - Visbreaker
Um visbreaker é uma unidade de processamento em uma refinaria de petróleo cujo objetivo é reduzir a quantidade de óleo residual produzida na destilação de petróleo bruto e aumentar o rendimento de destilados médios mais valiosos ( óleo de aquecimento e diesel ) pela refinaria. Um visbreaker quebra termicamente grandes moléculas de hidrocarbonetos no óleo por aquecimento em um forno para reduzir sua viscosidade e para produzir pequenas quantidades de hidrocarbonetos leves. ( GLP e gasolina ). O nome do processo de "visbreaker" se refere ao fato de que o processo reduz (ou seja, quebra) a viscosidade do óleo residual. O processo não é catalítico .
Objetivos do processo
Os objetivos do visbreaking são:
- Reduza a viscosidade da corrente de alimentação: Normalmente, este é o resíduo da destilação a vácuo do petróleo bruto, mas também pode ser o resíduo de operações de hidrossecação , betume natural de infiltrações no solo ou areias betuminosas e até mesmo certos óleos crus de alta viscosidade.
- Reduza a quantidade de óleo combustível residual produzido por uma refinaria: O óleo combustível residual é geralmente considerado um produto de baixo valor. A demanda por combustível residual continua diminuindo à medida que ele é substituído em seus mercados tradicionais, como o combustível necessário para gerar vapor em usinas de energia , por combustíveis alternativos de queima mais limpa, como o gás natural .
- Aumentar a proporção de destilados médios na produção da refinaria: O destilado médio é usado como um diluente com óleos residuais para reduzir sua viscosidade a um nível comercial. Ao reduzir a viscosidade do fluxo residual em um visbreaker, um óleo combustível pode ser feito usando menos diluente e o destilado intermediário economizado pode ser desviado para a fabricação de diesel de alto valor ou óleo de aquecimento.
Tecnologia
Visbreaking da bobina
O termo viscorredução da bobina (ou forno ) é aplicado a unidades onde o processo de craqueamento ocorre nos tubos do forno (ou "bobinas"). O material que sai do forno é resfriado para interromper as reações de craqueamento: frequentemente, isso é conseguido por troca de calor com o material virgem sendo alimentado ao forno, o que por sua vez é uma boa etapa de eficiência energética, mas às vezes um fluxo de óleo frio (geralmente gasóleo ) é usado para o mesmo efeito. O gasóleo é recuperado e reutilizado. A extensão da reação de craqueamento é controlada pela regulação da velocidade do fluxo do óleo através dos tubos do forno. O óleo temperado passa então para um fracionador onde os produtos do craqueamento (gás, GLP, gasolina, gasóleo e alcatrão) são separados e recuperados.
Soaker visbreaking
Na viscorredução do soaker, a maior parte da reação de craqueamento ocorre não no forno, mas em um tambor localizado após o forno chamado soaker. Aqui, o óleo é mantido a uma temperatura elevada por um período de tempo pré-determinado para permitir que ocorram rachaduras antes de ser temperado. O óleo então passa para um fracionador . No viscorredutor de soaker, temperaturas mais baixas são usadas do que no viscorredutor de bobina. A duração comparativamente longa da reação de craqueamento é usada em seu lugar.
Opções de processo
O alcatrão Visbreaker pode ser posteriormente refinado alimentando-o com um fracionador a vácuo . Aqui, gasóleo pesado adicional pode ser recuperado e encaminhado para unidades de craqueamento catalítico , hidrocraqueamento ou craqueamento térmico na refinaria. O alcatrão purificado a vácuo (às vezes referido como piche ) é então encaminhado para a mistura de óleo combustível. Em alguns locais de refinaria, o alcatrão visbreaker é encaminhado para um coque retardado para a produção de certos coques especializados, como coque anódico ou coque agulha .
Visbreaking Soaker versus Visbreaking bobina
Do ponto de vista do rendimento, há pouco ou nada a escolher entre as duas abordagens. No entanto, cada um oferece vantagens significativas em situações particulares:
- Descoque : A reação de craqueamento forma coque de petróleo como subproduto. Na viscorredução da bobina, isso se deposita nos tubos do forno e acabará levando à incrustação ou bloqueio dos tubos. O mesmo ocorrerá no tambor de um visbreaker soaker, embora as temperaturas mais baixas usadas no tambor soaker levem à incrustação em uma taxa muito mais lenta. Os visbreakers da bobina, portanto, requerem descoqueamento frequente. Isso é bastante trabalhoso, mas pode ser desenvolvido em uma rotina em que os tubos são descocados sequencialmente, sem a necessidade de desligar a operação de viscorredução. Os tambores soaker requerem uma atenção muito menos frequente, mas para serem retirados de serviço normalmente requerem uma parada completa da operação. Qual é a atividade mais perturbadora vai variar de refinaria para refinaria.
- Economia de combustível : As temperaturas mais baixas usadas na abordagem do soaker significam que essas unidades usam menos combustível. Nos casos em que uma refinaria compra combustível para apoiar as operações do processo, qualquer economia no consumo de combustível pode ser extremamente valiosa. Em tais casos, a viscorredução por imersão pode ser vantajosa.
Qualidade e rendimentos
Qualidade da alimentação e qualidade do produto
A qualidade da alimentação que vai para um visbreaker variará consideravelmente com o tipo de óleo cru que a refinaria está processando. O seguinte é uma qualidade típica para o resíduo da destilação a vácuo da Arabian light (um petróleo bruto da Arábia Saudita e amplamente refinado em todo o mundo):
|
Densidade (kg / l) |
Viscosidade a 100 ° C ( centistokes ) |
Enxofre Conteúdo (% em peso) |
|---|---|---|
| 1.020 | 930 | 4,0 |
Uma vez que este material foi executado através de um visbreaker (e, novamente, haverá uma variação considerável de visbreaker para visbreaker, já que dois não irão operar exatamente nas mesmas condições), a redução na viscosidade é dramática:
|
Densidade (kg / l) |
Viscosidade a 100 ° C ( centistokes ) |
Enxofre Conteúdo (% em peso) |
|---|---|---|
| 1.048 | 115 | 4,7 |
Rendimentos
Os rendimentos dos vários produtos de hidrocarbonetos dependerão da "severidade" da operação de craqueamento, conforme determinado pela temperatura a que o óleo é aquecido no forno visbreaker. Na extremidade inferior da escala, um forno aquecido a 425 ° C quebraria apenas levemente, enquanto as operações a 500 ° C seriam consideradas muito severas. O resíduo bruto leve árabe quando viscorrigido a 450 ° C renderia cerca de 76% (em peso) de alcatrão, 15% de destilados médios, 6% de gasolinas e 3% de gás e GLP.
Estabilidade do óleo combustível
A gravidade da operação do visbreaker é normalmente limitada pela necessidade de produzir um alcatrão do visbreaker que pode ser misturado para formar um óleo combustível estável.
Por estabilidade, neste caso, entende-se a tendência de um óleo combustível de produzir sedimentos quando armazenado. Esses sedimentos são indesejáveis, pois podem sujar rapidamente os filtros das bombas usadas para mover o óleo, necessitando de manutenção demorada.
O resíduo de vácuo alimentado a um visbreaker pode ser considerado composto do seguinte:
- Asfaltenos : grandes moléculas policíclicas que estão suspensas no óleo em uma forma coloidal
- Resinas : também policíclicas, mas de menor peso molecular do que asfaltenos
- Hidrocarbonetos aromáticos : derivados de benzeno , tolueno e xilenos
- Hidrocarbonetos parafínicos : alcanos
A viscorredução trinca preferencialmente compostos alifáticos que possuem um teor de enxofre relativamente baixo, baixa densidade e alta viscosidade e o efeito de sua remoção pode ser visto claramente na mudança de qualidade entre a alimentação e o produto. Uma rachadura muito severa em um visbreaker fará com que o colóide de asfalteno se torne metaestável. A adição subsequente de um diluente para fabricar um óleo combustível acabado pode fazer com que o colóide se quebre, precipitando asfaltenos como uma lama. Foi observado que um diluente parafínico tem maior probabilidade de causar precipitação do que um diluente aromático. A estabilidade do óleo combustível é avaliada usando uma série de testes proprietários (por exemplo, valor "P" e testes SHF).
Economia
Mistura de viscosidade
A mistura de viscosidade de dois ou mais líquidos com viscosidades diferentes é um procedimento de três etapas. A primeira etapa é calcular o Índice de Mistura de Viscosidade (VBI) de cada componente da mistura usando a seguinte equação (conhecida como equação Refutas):
- (1) VBN = 14,534 × ln [ln ( v + 0,8)] + 10,975
onde v é a viscosidade em milímetros quadrados por segundo (mm² / s) ou centistokes (cSt) e ln é o logaritmo natural (log e ). É importante que a viscosidade de cada componente da mistura seja obtida na mesma temperatura.
A próxima etapa é calcular o VBN da mistura, usando esta equação:
- (2) Mistura VBN = [ w A × VBN A ] + [ w B × VBN B ] + ... + [ w X × VBN X ]
onde w é a fração em peso (ou seja,% ÷ 100) de cada componente da mistura.
Uma vez que o número de mistura de viscosidade de uma mistura foi calculado usando a equação (2), a etapa final é determinar a viscosidade da mistura usando o inverso da equação (1):
- (3) v = e e (VBN - 10,975) ÷ 14,534 - 0,8
onde VBN é o número de mistura de viscosidade da mistura e e é o número transcendental 2.71828, também conhecido como número de Euler .
Economia de exemplo para uma mistura de dois componentes
Um óleo combustível comercializável, como para abastecer uma estação de energia, pode ser obrigado a ter uma viscosidade de 40 centistokes a 100 ° C. Ele pode ser preparado usando o resíduo virgem ou visbroken descrito acima combinado com um diluente de destilado ("estoque de corte"). Esse material de corte poderia tipicamente ter uma viscosidade a 100 ° C de 1,3 centistokes . Reorganizando a equação (2) acima para uma mistura simples de dois componentes mostra que a porcentagem de corte necessário na mistura é encontrada por:
(4) % estoque do cortador = [VBN 40 - resíduo VBN ] ÷ [ estoque do cortador VBN - resíduo VBN ]
Usando as viscosidades citadas nas tabelas acima para os resíduos do petróleo bruto Arab Light e calculando VBNs de acordo com a equação (1), obtém-se:
Para resíduo virgem (ou seja, a alimentação não convertida para o visbreaker): 27,5% de estoque de corte na mistura
Para resíduo visrompido : 13,3% de estoque de corte na mistura.
Como os destilados médios têm um valor muito mais alto no mercado do que os óleos combustíveis, pode-se ver que o uso de um visbreaker melhorará consideravelmente a economia da fabricação de óleo combustível. Por exemplo, se o estoque do cortador tiver um valor de $ 300 por tonelada e o óleo combustível $ 150 por tonelada (os preços do petróleo mudam naturalmente rapidamente, mas esses preços, e mais importante as diferenças entre eles, não são irrealistas), é um questão simples de calcular o valor dos diferentes resíduos neste exemplo como sendo:
Resíduo virgem: US $ 93,1 por tonelada
Resíduo Visbroken: $ 127,0 por tonelada