Trabalho complementar para: Curso de Inspeção de Equipamentos. PROCESSO QUÍMICOS - Estudante Do Curso Inspetor De Equipamentos

2. SUMÁRIO
1.CONCEITOS FUNDAMENTAIS .................................................................................... 1
1.1.O QUE É UM PROCESSO?.................................................................................... 1
1.2.PROCESSOS QUÍMICOS.................................................................................... 1
1.3.PROCESSOS DESCONTÍNUOS....................................................................... 1
1.4.PROCESSOS CONTÍNUOS................................................................................ 2
1.5.PRINCIPAIS VARIÁVEIS DE PROCESSO............................................................ 3
1.6.OPERAÇÕES E PROCESSOS UNITÁRIOS................................................... 4
1.7.PROCESSOS QUÍMICOS REAIS - O REFINO DE PETRÓLEO.............. 5
1.8.PETRÓLEO E GÁS NATURAL- PRODUÇÃO, REFINO E
PETROQUÍMICA ..................................................................................................... 5
1.9.PROCESSOS DE REFINAÇÃO E AUXILIARES.......................................... 6
2.PROCESSOS DE SEPARAÇÃO.............................................................................. 6
2.1.DESTILAÇÕES ATMOSFÉR ICA E A VÁCUO .......................................... 6
2.2.SEÇÃO DE PRÉ-AQUECIMENTO E DESSALGAÇÃO ............................. 7
2.3. DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA ................................................................... 7
2.4. DESTILAÇÃO A VÁCUO ................................................................................... 9
2.5. DESASFALTAÇÃO A PROPANO................................................................... 9
2.6. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL ................................................... 10
3. PROCESSOS DE CONVERSÃO ............................................................................ 11
3.1. PROCESSOS TÉRMICOS............................................................................... 11
3.4. COQUEAMENTO RETARDADO.................................................................. 11
3.5 PROCESSOS CATALÍTICOS........................................................................... 12
3.5.1CRAQUEAMENTO CATALITICO............................................................... 12
3.5.2. DESCRIÇÃO DO PROCESSO..................................................................... 12
3.5.3. REFORMA CATALÍTICA........................................................................... 15
4. PROCESSOS DE ACABAMENTO......................................................................... 15
4.1.HIDROPROCESSAMENTO.................................................................................. 15
4.2.HIDROTRATAMENTO (HDT)....................................................................... 15
4.3.HIDROCRAQUEARNENTO (HCC)................................................................ 16
4.4 GERAÇÃO DE HIDROGÊNIO ....................................................................... 16
4.5.TRATAMENTO DE ÁGUAS ACRES ............................................................... 16
4.6.TRATAMENTO COM AMINAS (MEA, DEA)............................................ 17
BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 18
RESPONSABILIDADE TÉCNICA ................................................................................... 19

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1.CONCEITOS FUNDAMENTAIS
1.1.O QUE É UM PROCESSO?
Um processo é uma sequência de transformações que um ou mais
materiais sofrem a fim de se obter produtos. Há processos mais ou menos
simples, como as manufaturas ou linhas de montagem, onde um
equipamento ou substância é montado a partir da união de componentes
pré-fabricados. Nesse grupo se encaixam as indústrias de eletrônicos,
automóveis, gráficas e outras. Os processos extrativos removem da natureza
substâncias em estado bruto para posterior beneficiamento e utilização.
Como exemplos, temos a extração de minérios e de água do solo. Os
processos químicos envolvem alterações na composição química e/ou em
propriedades físicas do substrato. Essas transformações podem ser
reversíveis ou não. Aí se encontra toda a indústria do petróleo, petroquímica,
farmacêutica, siderúrgica, cimenteira e muitas outras.
1.2.PROCESSOS QUÍMICOS
As indústrias de processamento químico têm como principal finalidade
transformar uma ou mais matérias-primas em substâncias de maior valor
agregado, incluindo o tratamento de resíduos dessa atividade. Neste caso, a
agregação de valor se dá indiretamente, pela eliminação de uma condição
indesejável.
1.3.PROCESSOS DESCONTÍNUOS
Os primeiros processos químicos eram descontínuos, ou em
"batelada". Neste tipo de operação, a matéria-prima (carga) é
geralmente inserida num reator, onde são acrescentados todos os
reagentes necessários. São feitos então os necessários ajustes de
pressão e temperatura e, após determinado período, é obtido o
produto acabado. Este pode a seguir ser retirado do reator e ainda
passar por algum beneficiamento, como filtração ou secagem.
Uma característica desses processos é que, a cada momento,
estamos numa condição diferente da anterior. Outra maneira de dizer
isso é que os processos descontínuos operam em regime transiente.
Uma "batelada" ou "partida" é o lote de produto obtido após cada
processamento descontinuo.
Hoje, este tipo de processo é comum em produções de pequena
escala. Nominalmente de substâncias de alto valor agregado, como na
indústria chamada de química fina (fármacos, catalisadores,
corantes, etc.). Esses produtos muitas vezes têm diferenças sutis
que permitem sua produção num mesmo equipamento, mas a
demanda por cada determinado tipo é pequena, não justificando a
maior escala.
Assim, percebemos que "Processos Físico-Químicos" seria um termo
mais apropriado. Manteremos o "Físico-" omitido por simplicidade e
tradição.

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1.4.PROCESSOS CONTÍNUOS
Para a maior parte das operações de processamento, a operação
contínua ou em regime permanente é mais - ou a única opção -
viável. Um exemplo simples é a produção de vapor d'água com a
finalidade de acionar máquinas. Esse vapor precisa ser fornecido
continua e uniformemente, caso contrário o movimento das máquinas
será instável. Outra e fundamental vantagem desse sistema é que,
operando d a e noite, com paradas apenas para manutenção, a unidade
industrial alcança maior produtividade e retorno mais rápido do capital
investido.
Caso pudéssemos observar através dos equipamentos, uma
fábrica operando em regime permanente apareceria aos nossos olhos
sempre iguais, como se o tempo não passasse. Ao mesmo tempo em
que a matéria-prima chega na unidade, temos produto saindo para o
armazenamento. Importante ressaltar que esta condição vale para
quando a unidade se encontra estabilizada, ou "em reta". Nas
condições de partida, parada ou emergência, a operação se dá em
regime transiente. Para minimiza r estas situações, é feito um
investimento pesado em controle de processo, a fim de manter
constantes as variáveis operacionais.
As indústrias químicas pesadas, como o refino de petróleo e a petroquímica,
utilizam processos contínuos. Podem existir combinações de processos
contínuos e descontínuos, como na indústria siderúrgica, onde a redução no
alto-fomo é contínua, mas a aciaria opera por bateladas.

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1.5.PRINCIPAIS VARIÁVEIS DE PROCESSO
Um operador de processo, principalmente numa operação
continua, necessita manter sob controle uma enorme quantidade
de variáveis. Essas variáveis quase são do tipo:
VAZÃO: Quantidade de fluido escoa· ao longo de uma tubulação na
unidade de tempo.
Essa quantidade pode ser medida em massa, volume ou quantidade da matéria
(mol). Quase sempre os instrumentos medem vazão volumétrica. Em geral, o
que mede é diferencial de pressão entre dois pontos, que fornece indiretamente a
vazão.
PRESSÃO: Força exercida per um fluido sobre determinada área. Pode ser
interna ao equipamento ou externa. Quando a pressão interna é superior à
atmosférica, independente do peso da coluna hidrostática, é chamada
positiva. Se for menor, negativa ou vácuo. Os instrumentos de medição de
pressão são chamados de manômetros. Quando inclui pressões negativas,
chama-se, também manovacuômetro. A pressões manométricas é aquela
obtida pela comparação da pressão do equipamento está despressurizado. A
pressão total, incluído a atmosfera, é chamada absoluta e, em nosso caso,
não possui valor prático.
NÍVEL: Altura do fluido contido num determinado vaso. Determinado
diretamente por um sistema de vasos comunicantes ou pela propagação
de ondas (sonoras, eletromagnéticas) ou de maneira indireta através da
pressão hidrostática resultante.
TEMPERATURA: Medida indireta da energia cinética média das
partículas de uma substância, é obtida diretamente por termômetros.
OUTRAS: Grandezas como densidade, pH, viscosidade e
condutividade elétrica podem também ser variáveis de controle, embora
muito menos empregadas que as quatro anteriores.
A evolução da instrumentação permite que se automatize cada vez
mais o controle de processos, mas o operador é fundamental no
gerenciamento dessas informações, e deve ser capaz de assumir
manualmente o controle em situações emergenciais.
Basicamente, os instrumentos têm as funções de indicar, registrar
e controlar uma variável de processo. Outro grupo de instrumentos são
os de alarme e corte, existentes para atuar em situações anormais.
Ao conjunto de instrumentos que compõem o controle de determinada
operação chamamos malha de controle.
O estudo da instrumentação e controle de processos foge ao
objetivo deste texto. O leitor pode encontrar maiores informações na
bibliografia.

6. 4
1.6.OPERAÇÕES E PROCESSOS UNITÁRIOS
Um processo químico pode sempre ser decomposto em uma
sequência de eventos, os quais podem ser estudados separadamente.
Esses eventos são as etapas físicas ou operações unitárias e as
reações químicas ou processos unitários.
As operações unitárias envolvem todas as transformações físicas
que os reagentes, intermediários e produtos devem sofrer antes e após
passarem pelos reatores químicos. Em geral, compreendem os
fenômenos de escoamento de fluidos, transferência de calor, mistura,
separação e manuseio de sólidos.
O escoamento de gases, liquides e sólidos fluidizados é estudado
pela Mecânica dos Fluidos (MecFlu), incluindo o dimensionamento das
tubulações, acessórios, equipamentos de compressão (bombas,
compressores, etc.) e expansão (turbinas, válvulas, etc.).
A Transferência de Calor (TransCal) é fundamental porque a
maioria dos processos químicos não ocorre à temperatura ambiente,
sendo comum a necessidade tanto do aquecimento quanto do
resfriamento. Os equipamentos mais usados para tal são os
trocadores ou permutadores de calor, que promovem a transferência
de calor entre duas correntes fluidas, sem contato entre elas,
aproveitando sua diferença de temperatura. Outros equipamentos
importantes são os fornos e caldeiras, que utilizam uma fonte própria
de energia, por exemplo, através da queima de um combustível.

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Agitação e mistura são operações comuns a vários processos.
Reatores "batelada", como aquele mostrado anteriormente, possuem
misturadores.
Os processos de separação compreendem a maior parte das
operações unitárias. Por razões diversas, as matérias-primas,
intermediários e produtos (inclusive resíduos) muitas vezes
necessitam passar por processos de fracionamento e purificação. Na
tabela abaixo listamos os principais (sim, há outros) processos de
separação.
Finalmente, as operações de manuseio de sólidos envolvem
processos tais como peneiramento, moagem e a fluidização.
Os processos unitários envolvem os diferentes tipos de reações
químicas que acontecem nos reatores químicos. Assim, os
engenheiros químicos estudam processos tais como hidrogenação,
craqueamento, aquilação, nitração, etc.
*Um dos mais importantes processos de refinação, o craqueamento
catalítico, baseia-se nesta operação.
1.7.PROCESSOS QUÍMICOS REAIS - O REFINO DE PETRÓLEO
Substâncias encontradas na natureza ou produzidas pelo homem
sempre são obtidas com determinado teor de impurezas. Para sua
utilização geral, torna-se necessário sua purificação e ajuste a
determinadas especificações padronizadas. Sabemos que o petróleo
bruto se enquadra nesse conjunto. Chamamos refinação ou refino ao
conjunto de processos e operações unitárias aos quais o petróleo, o
gás natural e seus derivados são submetidos a fim de obter os
produtos dentro das especificações desejadas. O estudo da refinação
do petróleo é um prato cheio para o aprendizado de processos
químicos.
1.8.PETRÓLEO E GÁS NATURAL- PRODUÇÃO, REFINO
E PETROQUÍMICA
O petróleo e o gás natural oriundos dos poços são enviados
através de dutos e navios para as refinarias, onde serão processados.
Nestas, serão obtidos os principais derivados - os combustíveis e os

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lubrificantes. Chama-se petroquímica à indústria química que recebe
correntes obtidas no refino para obter novos produtos, com finalidades
diferentes daquelas duas. Na verdade, quase toda refinaria de petróleo
de porte apresenta processos petroquímicas no seu esquema de
refino.
1.9.PROCESSOS DE REFINAÇÃO E AUXILIARES
Os principais processos de refinação podem ser divididos nos
seguintes grupos principais:
SEPARAÇÃO: onde ocorre apenas a separação física dos seus
constituintes, não havendo reações químicas. Os principais processos
desta classe são a d e s ti l a ç ã o (atmosférica e a vácuo) de petróleo cru
e praticamente todos os progressos envolvendo gás natural.
CONVERSÃO: empregados quando a separação física é inviável
ou ineficaz, estes processos se baseiam em reações químicas de
quebra, rearranjo ou união de cadeias carbônicas.
Podem ser térmicos, dentre os quais se destaca o coqueamento
retardado, ou catalíticos, como o craqueamento e a reforma.
ACABAMENTO: Concebidos com a finalidade de tratamento, são
os processos que promovem a remoção, por meios físicos ou
químicos, de impurezas de um dado produto, ou o acerto de
propriedades, de modo a conferir-lhe as características necessárias à
comercialização, reaproveitamento ou descarte.
São processos auxiliares e essenciais numa refinaria de petróleo
a geração de vapor, o tratamento d'água e a operação do sistema de
tocha, dentre outros.
2.PROCESSOS DE SEPARAÇÃO
2.1.DESTILAÇÕES ATMOSFÉR ICA E A VÁCUO
A destilação é baseada na diferença dos pontos de ebulição entre
compostos presentes numa mistura líquida. O petróleo é constituído
por hidrocarbonetos, cujos pontos de ebulição aumentam com suas
massas moleculares. Desta forma, variando-se as condições de
aquecimento de um petróleo, é possível vaporizar e depois condensar
separadamente compostos leves, intermediários e pesados. Forma-se
também um resíduo pesado, contendo hidrocarbonetos
*Os termos "refinação" e correlatos não são exclusivos da indústria do
petróleo. Açúcar e Álcool,dentre outros setores, também utilizam essa
nomenclatura para seus processos e instalações.
*Alguns processos de tratamento não removem as impurezas, mas
as convertem em substâncias cuja presença é tolerável no produto.
São chamados processos de "adoçamento" de e l e vados pesos
moleculares que, nas condições de temperatura e pressão na qual a
destilação é realizada, não se vaporizam.
Outro fator importante no processo de destilação, além da
temperatura, é a pressão a que o sistema está submetido. Sabe-se que
o ponto de ebulição de um determinado líquido é função da pressão

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que sobre ele está exercendo o meio ambiente. Quanto maior for a
pressão, maior será a temperatura de ebulição do liquido. A
conjugação destes dois parâmetros, temperatura e pressão, permite
que o petróleo seja separado em suas diversas frações.
2.2.SEÇÃO DE PRÉ-AQUECIMENTO E DESSALGAÇÃO
O processo de destilação inicia-se com o bombeamento contínuo de
petróleo do tanque de carga através da primeira bateria de pré-
aquecimento, que é uma sequência de trocadores de calor dispostos
em série ou em paralelo, onde o óleo é progressivamente aquecido com
os refluxos circulantes e produtos provenientes das torres atmosférica e
de vácuo. Ao final desta bateria, o petróleo atinge a temperatura
necessária à etapa de dessalgação, na faixa de 120 a 160ºC.
A água que chega à refinaria junto com o petróleo, contendo sais
dissolvidos, sedimentos e impurezas, está emulsionada, dispersa na
forma de milhões de gotículas finamente divididas e envolvidas por
uma película de compostos emulsificantes que oferece grande
resistência a coalescência, estabilizando-as. Estes contaminantes, se
não forem removidos, podem causar sérios danos aos equipamentos.
Os cloretos, principalmente os de cálcio e de magnésio, à medida
em que o óleo é aquecido, se hidrolisam liberando cloreto de
hidrogênio (HCI) que, ao se dissolver na água proveniente da
condensação do vapor usado no processo, forma o ácido clorídrico,
que causa corrosão acentuada na região de topo da torre. Os sais
e sólidos podem depositar-se nos trocadores de calor causando
entupimento e redução da eficiência de troca térmica, além de
atuarem como catalisadores da reação de formação de coque no
interior dos tubos dos fornos, o que reduz a transferência de calor e
possibilita o superaquecimento localizado.
A dessalgadora tem como objetivo a remoção da água, sais e
sedimentos nela presentes através da coalescência e posterior
separação por diferença de densidade, das gotículas de água
presentes no óleo. A ação de um forte campo elétrico promove a
desestabilização da emulsão pelo enfraquecimento da película de
agentes emulsificantes. Para se conseguir a dessalgação é
necessária, além da temperatura adequada, a injeção de água antes
da dessalgadora. Quando necessário, desemulsificante também pode
ser injetado antes da válvula misturadora, principalmente durante o
reprocessamento de resíduo.
O petróleo que deixa a dessalgadora passa pela segunda bateria
de pré-aquecimento, onde sua temperatura é elevada ao máximo valor
possível por troca térmica, graças a produtos tais como o gasóleo
pesado e o resíduo de vácuo.
2.3. DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA
Ao final da bateria de pré-aquecimento o petróleo é enviado ao
forno atmosférico para que atinja a temperatura necessária a

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vaporização dos produtos que serão retirados na torre de destilação
atmosférica. Na verdade, a pressão de operação nesta torre é
ligeiramente superior à atmosférica, controlada em tomo de 1kgf/cm2.
Normalmente, a temperatura limite, além da qual tem-se o início da
decomposição t érmica das frações pesadas presentes no óleo
bruto (craqueamento térmico), é em tomo de 370ºC. Esta ocorrência
é indesejável, pois provoca a deposição de coque nos tubos do forno
reduzindo a vida dos tubos e a transferência de calor, aumentando o
consumo de combustível. A saída dos fornos, boa parte do petróleo
encontra-se vaporizado e é introduzido na torre atmosférica.
A carga entra na torre parcialmente vaporizada no local
conhecido como zona de vaporização ou "flash". A parte liquida,
contendo as frações mais pesadas, desce para o fundo e a parte
vaporizada ascende. A parte da torre abaixo da zona de "flash"
chama-se seção de retificação ou esgotamento, e a parte acima
seção de enriquecimento ou absorção.
A seção de esgotamento possui, normalmente, 4 a 5 bandejas
que tem por finalidade remover compostos leves do resíduo
atmosférico que descem nesta seção devido ao equilíbrio líquido-
vapor. Esta remoção é feita por retificação com vapor d'água
superaquecido. A seção de enriquecimento possui, em geral, 30 a 46
bandejas contando com aquelas existentes nas torres retificadoras
laterais.
Bandejas ou pratos são dispositivos de contato líquido-vapor que
permitem a separação dos componentes em cortes ou frações de
acordo com seus pontos de ebulição. Isto ocorre através de um
processo de transferência de calor e massa entre as correntes de
líquido e de vapor que chegam até um determinado prato. Como o
líquido existente em cada prato está no seu ponto de bolha e existe
sempre uma diferença de temperatura entre dois pratos adjacentes,
podemos concluir que a composição do líquido varia de prato a prato,
tornando-se mais pesado à medida que se aproxima do fundo e a do
vapor mais leve à medida que se aproxima do topo. À proporção que os
vapores vão se condensando, o nível de cada bandeja vai
aumentando e o excesso é derramado ao prato inferior. Ao atingir este
prato, que possui temperatura mais alta, as frações mais leves
pertencentes ao prato superior, porventura arrastadas, são
revaporizadas. Este sistema permite fazer a destilação fracionada, ou
seja, não se retira apenas um produto de fundo e um de topo. Os
cortes laterais fornecerão os principais produtos da destilação
atmosférica, a gasolina, o querosene e o diesel.
O líquido que transborda de prato a prato é conhecido como refluxo
interno, sendo essencial ao bom fracionamento. Sem ele não haveria
gradiente térmico ao longo da torre, longo não haveria separação. Em
determinados pratos da coluna, os produtos são retirados segundo as
temperaturas limites de destilação das frações desejadas. Os
componentes mais l e v e s da carga, que não se condensaram em
nenhum prato, saem pelo topo e são condensados em trocadores de calor
fora da torre. O líquido é recolhido em um vaso acumulador. Parte

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retorna à torre como refluxo de tapo e a outra parte é enviada para
alimentação de outro sistema ou para armazenamento.
A gasolina de destilação ainda possui um teor elevado de
hidrocarbonetos leves, sendo levada à seção de estabilização, onde é
destilada a pressões mais altas (cerca de 1Ckgf/cm2), sendo obtido
como produto de topo o GLP (mistura principalmente de propano e
butano) e de fundo a nafta estabilizada. Por esse motivo, a torre
estabilizadora é também conhecida como debutanizadora.
2.4. DESTILAÇÃO A VÁCUO
O r e s í d u o atmosférico, subproduto da destilação atmosférica
do petróleo, possui elevado peso molecular e baixo valor comercial.
Sua única aplicação prática é como óleo combustível. Contudo, acham-
se nele contidas frações de elevado potencial econômico, como os
gasóleos, que não podem ser separados por meio da destilação
atmosférica face aos elevados pontos de ebulição dos seus
componentes. Porém, se trabalharmos com pressões sub-atmosféricas
será possível a vaporização dos g a s ó l e o s presentes no
res ídu o, sem o inconveniente d a decomposição térmica dos seus
componentes. A destilação a vácuo é empregada, usualmente.
*Temperatura na qual a primeira bolha de gás se forma a partir de um
líquido. O ponto de bolha é normalmente menor que o ponto de orvalho
para uma determinada mistura a uma determinada pressão. Na
produção de óleos lubrificantes e à geração de carga para as unidades
de craqueamento catalítico e coqueamento retardado.
O resíduo atmosférico é bombeado para outro forno onde é
aquecido até a temperatura necessária para que se tenha, a pressão
de operação da torre, a vaporização de todo o gasóleo contido na carga.
A carga parcialmente vaporizada, ao deixar o forno, vai ter à zona de
"flash" da torre de vácuo cuja pressão se situa na faixa de 50 mmHg.
Os hidrocarbonetos vaporizados atravessam bandejas de
fracionamento e são coletados em duas retiradas laterais: gasóleo leve
(GOL) e gasóleo pesado (GOP). O primeiro é um produto ligeiramente
mais pesado que o óleo diesel e, dependendo o seu ponto final de
ebulição, pode ser incorporado ao "pool" de diesel da refinaria. O
gasóleo pesado compõe a carga para a unidade de craqueamento
catalítico.
Não existe retirada de produto de topo, saindo neste local vapor
d'água, gases leves e uma pequena quantidade de ar proveniente de
ligeiros vazamentos nos equipamentos. Esses gases são continuamente
extraídos da torre pelo sistema de vácuo.
O abaixamento da pressão é feito por intermédio de uma série de
ejetares e condensadores, que geram o vácuo necessário. Após o
último estágio de ejetares e condensadores, os incondensáveis são
descartados para a atmosfera ou alimentam queimadores de gás residual
nos fornos.
2.5. DESASFALTAÇÃO A PROPANO
O produto de fundo da torre de vácuo é o resíduo de vácuo.
Ele é constituído de hidrocarbonetos de elevados pesos moleculares,

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além de contar com uma razoável concentração de impurezas. Pode
ser utilizado como óleo combustível ou na produção de lubrificantes
ultra viscosos e asfalto. Estes dois últimos são obtidos numa unidade
de separação por extração, chamada de desasfaltação, onde o
propano é usado como solvente.
Numa extração líquida-liquido, o solvente empregado é seletivo,
retirando somente o componente desejado da carga. O solvente entra em
contato com a carga em contracorrente. A fase rica em solvente que sai
da torre (normalmente pelo fundo), contendo o soluto, é chamada de
extrato (neste caso, a mistura de propano e óleo desasfaltado). A
outra fase, com o que restou da carga e algum solvente (aqui,
asfalto e propano) é chamada de rafinado.
Processo semelhante à desasfaltação a propano é a
desaromatização a furfural, onde se busca remover hidrocarbonetos
aromáticos de óleos lubrificantes básicos.
Embora os processos de extração por solventes sejam
relativamente simples, sua maior complexidade reside nas seções de
recuperação do solvente, que respondem por cerca de 70% dos
equipamentos de uma unidade desse tipo.
2.6. PROCESSAMENTO DE GÁS NATURAL
O gás natural é o equivalente gasoso do petróleo, podendo ser
encontrado na natureza associado ou não a este. É comprimido e
encaminhado a estações de processamento avulsas ou refinarias, onde
é processado em unidades conhecidas como UPGNs. É muito menos
poluente que qualquer derivado do petróleo, porque sua combustão é
praticamente ideal (todo o carbono é oxidado a CO2) e, ao menos no
Brasil, apresenta baixíssimo teor de enxofre.
A compressão permite liquefazer os gases mais pesados que o
etano (CO2), que constituirão o Liquido de Gás Natural (LGN). Este é
fracionado para se obter GLP e nafta leve. A corrente C1-C2 constitui o
gás natural processado, que será utilizado como combustível nas
indústrias, automóveis e residências.
As UPGNs podem ser dos tipos, em ordem crescente de severidade:
Refrigeração Simples, Expansão Joule-Thomson, Absorção Refrigerada ou
Turbo-Expansão.
Na Absorção Refrigerada vemos algo semelhante à seção de
Recuperação de Gases de um FCC, onde é usada nafta como óleo de
absorção em contracorrente com o gás. As correntes absorvidas são
posteriormente separadas do óleo de absorção por aquecimento e o gás
residual efluente da absorvedora sai como produto acabado. A refrigeração
do óleo de absorção é obtida por troca de calor com propano em expansão.
No processo por Turbo-Expansão o gás é refrigerado, seco e sofre
expansão no TE, onde as frações mais pesadas são condensadas e
posteriormente separadas em torres de fracionamento.

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3. PROCESSOS DE CONVERSÃO
3.1. PROCESSOS TÉRMICOS
Os processos térmicos de conversão são aqueles em que frações
pesadas do petróleo são convertidas em produtos mais leves por ação
conjugada de temperatura e de pressão. Paralelamente, parte da carga
é convertida em coque. Nestes processos enquadram-se o
craqueamento térmico, a viscorredução e o coqueamento retardado.
Estes processos diferem fundamentalmente no interesse do produto final.
O craqueamento térmico foi o primeiro processo a ser
desenvolvido (1912) e a sua principal finalidade é a produção de
gasolina e gases a partir de uma carga de gasóleos ou cru reduzido. A
viscorredução foi desenvolvida um pouco mais tarde e a finalidade é,
como o nome sugere, a redução da viscosidade de óleos residuais, de
modo que sejam aproveitados como óleo combustível. A carga para
esta unidade pode ser resídua de vácuo ou atmosférico. Ambos
atualmente são considerados processos obsoletos, suplantados, que
foram, pelo craqueamento. Catalítico, que é, sem sombra de dúvidas,
um processo mais econômico e de mais fácil operação.
3.4. COQUEAMENTO RETARDADO
O coqueamento retardado (CR) é um processo mais moderno que
gera, além de coque de alta qualidade, nafta, diesel e carga para FCC. A
recuperação do coque formado nas reações de decomposição é o
principal fator que torna o processo econômico. Existe um quarto
processo, conhecido como coqueamento fluido, desenvolvido pela
EXXON, que compete com o coqueamento retartado. Ambos podem ser
mais competitivos que o FCC quando são processados petróleos ultra
pesados.
O processo tem início com o aquecimento e introdução da carga diretamente
no fundo da fracionadora, onde o material mais leve sofre um "flash". Os
pesados se misturam com o reciclo e seguem do fundo da torre para a
fornalha, onde recebem uma injeção de vapor d'água de alta pressão e são
rapidamente aquecidos até cerca de 490ºC. Daí passam ao tambor de
coque, onde este se forma. A temperatura no tambor oscila, normalmente,
entre 460 e 490ºC. Quando o tambor fica cheio, o efluente da fornalha é
desviado para um outro tambor, para que o primeiro possa ser descarregado
e condicionado para um novo ciclo.
O equipamento crítico da unidade é a fornalha, pois a carga vai ser aquecida
acima ·da temperatura de craqueamento incipiente e tem-se de evitar a
deposição de coque nas paredes da serpentina. Se a temperatura do óleo
ultrapassar está temperatura, estiver no estado líquido e com uma
velocidade linear relativamente baixa, então, sob a influência da temperatura,
a camada em escoamento laminar tenderá a se polimerizar e a depositar
coque na serpentina. Para que isto não ocorra, injeta-se vapor d'água, o que
provoca aumento da turbulência do escoamento no interior da serpentina
evitando a deposição do coque. O coqueamento não se dá na fornalha, mas
é "retardado" para que ocorra no tambor. Esta é a origem do nome do
processo.

14. 12
3.5 PROCESSOS CATALÍTICOS
3.5.1 CRAQUEAMENTO CATALITICO
Conhecido pela sigla FO: (Fluid Catalytic Cracking), o craqueamento
catalítico é um processo de refino que visa aumentar a produção de GLP,
gasolina e petroquímicos, através da conversão de cortes pesados
provenientes da destilação, desasfaltação e coqueamento, além de resíduos
de outros processos e produtos fora de especificação ("slop"). Paralelamente
são produzidos, além do gás combustível, produtos mais pesados que a
gasolina e um resíduo de alto teor de carbono que se deposita na superfície
do catalisador. Os rendimentos de gasolina e GLP de um FCC são muito
maiores que os de qualquer outro processo.
Originalmente os processos de craqueamento surgiram da necessidade de
produção de gasolina com qualidade e em quantidade suficiente para
atender à crescente demanda deste combustível, em face do crescimento da
indústria automobilística e da demanda provocada pela II Guerra Mundial.
Iniciado com o craqueamento térmico, o processo, mais adiante, evoluiu para
a versão catalítica, em leito fixo, móvel e fluidizado, desenvolvendo-se de
maneira notável esta última concepção até atingir o estágio atual, onde o
craqueamento catalítico fluido é um processo de alta rentabilidade, por
transformar frações residuais de baixo valor comercial em derivados com alto
valor agregado.
Uma unidade de FCC é composta das seguintes seções:
PRÉ AQUECIMENTO: a semelhança de outras unidades, utiliza permutadores de
calor e um forno para levar a temperatura da carga a um patamar adequado
para ingressar na seção de Conversão.
REAÇÃO OU CONVERSÃO: onde se passa as reações do processo,
sendo composta de equipamentos de reação e de regeneração do catalisador,
além do sistema de gás de combustão.
FRACIONAMENTO: recebe o efluente do reator e o destila em diversos
produtos, a semelhança da destilação atmosférica. Permite o reciclo de
frações recuperadas para o Conversor.
RECUPERAÇÃO DE GASES: processa as frações convertidas
(produtos leves da seção de Fracionamento) e as fraciona em nafta de
craqueamento, GLP e gás combustível. O GLP pode ainda ser
desdobrado em propeno (matéria-prima para processos petroquímicos),
propano e butanos.
TRATAMENTOS: trata o gás combustível, GLP e nafta de modo
a torná-los produtos comercializáveis ou aptos para posterior
transformação em outros produtos. Nela, o teor de enxofre dos
produtos acima citados é sensivelmente reduzido.
3.5.2. DESCRIÇÃO DO PROCESSO
A carga é pré-aquecida com correntes quentes que deixam o
processo e, opcionalmente, num forno e é encaminhada ao Reator,
que consiste num tubular vertical, conhecido como "Riser". Neste
ponto, recebe uma grande quantidade de vapor d'água e catalisador
a alta temperatura (-730ºC), o que provoca a instantânea vaporização
do óleo e mantém fluidizado o catalisador. Aqui ocorrem praticamente

15. 13
todas as reações de craqueamento.
No Vaso Separador, também conhecido impropriamente como
Reator, podem ocorrer reações complementares de craqueamento e é
onde são separados o catalisador dos gases provenientes do
craqueamento. Esta separação é feita por centrifugação em
equipamentos internos chamados de ciclones. A temperatura dos gases
é aproximadamente a mesma da saída do "Riser", cerca de 540ºC,
conforme o tipo de carga, catalisador e o interesse na maximização de um
determinado produto. O catalisador acumula-se na seção inferior do
Vaso Separador, conhecida como Retificador ou "Stripper", onde
recebe nova injeção de vapor d'água para retirar hidrocarbonetos leves
que possam estar retidos nos seus poros e escoa para o Regenerador.
O efluente g a s o s o do V a s o Separador, constituído de
hidrocarbonetos craqueados e não, *esse resíduo também é conhecido
como "coque", mas é muito diferente do coque produzido no
Coqueamento Retardado. Craqueados, vapor d'água, contaminantes e
gases inertes é enviado, após sair dos ciclones, à seção de
fracionamento.
No Regenerador, o coque depositado na superfície do
catalisador é queimado com ar injetado por um Soprador
("Blower") através de um Distribuidor ("Pipe-Gricf) localizado na
base do mesmo, gerando uma grande quantidade de calor que,
devido à circulação do catalisador, é a principal fonte de energia
necessária para aquecimento, vaporização e conversão da carga. O
catalisador é fluidizado pela corrente de ar e de gases de combustão
formando a fase densa. Na fase diluída, acima da anterior, ocorre a
separação sólido-gás.
Partículas finas de catalisador arrastadas pela corrente gasosa
são recuperadas pelo conjunto de ciclones de dois estágios
localizados no topo do Regenerador. Os gases de combustão, inertes
e finos de catalisador não recuperados deixam o segundo estágio dos
ciclones e alcançam a câmara plena do topo do regenerador que
também serve como ponto de sustentação dos ciclones. Esses gases
ainda serão submetidos a novos processos de separação (estágios
extras de ciclones ou separação eletrostática) e servirão como fonte
de energia para geração de vapor (Caldeira ou Recuperador) e energia
elétrica (Turbo-Expansor).
Um Aquecedor de Ar ("fominho"), que é parte integrante do
alinhamento de injeção de ar para o Distribuidor, é usado durante a
partida para aquecer o Conversor e fornecer o calor necessário para
se elevar a temperatura do leito do regenerador ao ponto em que possa
se iniciar a combustão do coque.
Na seção de Fracionamento os produtos formados são separados
pelas suas faixas de ebulição em uma torre de destilação atmosférica,
chamada de Fracionadora Principal. O produto de topo contém as
frações mais leves, Gás Combustível, GLP e Nafta de Craqueamento
que, após serem resfriadas, são coletadas no Vaso Acumulador,
onde coexistem três fases: uma gasosa, constituída de
hidrocarbonetos de até quatro átomos de carbono e impurezas; uma
líquida e orgânica, composta de nafta contendo razoável quantidade de

16. 14
GLP dissolvido, a nafta instabilizada; uma aquosa, proveniente das
injeções de vapor que são feitas no Reator e na Fracionadora. As
duas correntes de hidrocarbonetos são encaminhadas à seção de
Recuperação de Gases para posterior separação. Alguns FCCs
produzem uma Nafta Pesada, oriunda dos pratos superiores da torre,
que atualmente é aproveitada para compor o "pool" de diesel.
Como produtos laterais da fracionadora temos os óleos de refluxo
leve (LCO) e pesado (HCO). Esses dois cortes são constituídos de
moléculas médias e pesadas que foram parcialmente craqueadas.
Parte dessas correntes era retirada da unidade e o restante reciclado à
carga, para que houvesse uma nova oportunidade de as moléculas
serem craqueadas. Atualmente, por razões econômicas, todo o HCO é
recirculado para diluição do produto de fundo, enquanto que para o
LCO é retirado e pode ser usado como diluente de óleo combustível ou
hidrotratado para servir como diesel. O produto de fundo da
fracionadora é constituído de frações pesadas residuais e de partículas
de catalisador que foram arrastadas pela corrente gasosa que deixou o
Separador. Este resíduo pode ser decantado ou clarificado, para
produção de um óleo conhecido como resíduo aromático (Raro),
matéria-prima para produção de negro de fumo, ou reciclado para o
Reator.
A seção de Recuperação de Gases tem por objetivo separar a
nafta de craqueamento, o GLP e o gás combustível entre si e de seus
contaminantes. Os leves da seção de fracionamento são comprimidos e
resfriados, de modo que os hidrocarbonetos da faixa C3-C4 se
liquefazem e os mais leves, C1-C2, permanecem na corrente
gasosa. Esta corrente vai ter ao fundo da Absorvedora Primária,
onde pelo topo é injetada nafta para a absorção de algum C3 ou C4
remanescente.
Com o intuito de se recuperar frações de nafta de absorção
arrastadas pelo gás combustível, esta corrente passa por uma
Absorvedora Secundária, onde o fluido de absorção é o refluxo
circulante frio de LCO, que após a absorção retorna à torre
fracionadora. O gás combustível é enviado a seção de tratamento
com DEA para a remoção do gás ácido (H 2S e CO2).
A nafta instabilizada proveniente do fundo da absorvedora
primária se junta com a descarga do compressor, passa pelos
Resfriadores de Alta Pressão e vai ao Tambor de Alta Pressão. É
possível que, no contato com os gases do compressor, algum
composto leve seja também absorvido. Para que estes compostos
sejam removidos, a nafta que deixa o fundo do tambor de alta pressão
passa por uma torre Retificadora, onde recebe um ligeiro
aquecimento. Os leves são vaporizados e pelo fundo desta torre sai a
nafta em condições de ser enviada à torre Debutanizadora. A operação
da debutanização é semelhante à de estabilização, porém em
condições mais severas. Pelo fundo desta torre obtém-se a Nafta
Estabilizada, pronta para ser submetida aos tratamentos para redução
do teor de enxofre. Pelo topo saem vapores de GLP, que apôs
resfriados, são liquefeitos. O GLP contém uma razoável concentração
de compostos de enxofre, sendo enviado à seção de tratamento para

17. 15
a eliminação destes contaminantes. Dependendo do mercado local e
do interesse da refinaria, o GLP pode ser fracionado para a obtenção
de uma corrente rica em C3s e outra rica em C4s. Normalmente, esta
operação é feita quando existem indústrias petroquímicas interessadas
em uma das duas correntes.
3.5.3. REFORMA CATALÍTICA
A reforma catalítica é um processo que consiste no rearranjo da
estrutura molecular dos hidrocarbonetos contidos em certas frações de
petróleo, com a finalidade de obter um produto com maior qualidade e
valor agregado. Pode ser orientado para se alcançar,
fundamentalmente, um dos dois objetivos: obter um produto de elevado
índice de octanagem, próprio para motores de alta taxa de compressão,
ou um produto rico em hidrocarbonetos aromáticos nobres (benzeno,
tolueno e xilenos), que são posteriormente recuperados e fracionados,
obtendo-se isoladamente cada componente com elevado grau de
pureza. Tais sentidos de orientação dependem, de forma primordial, das
frações de nafta selecionadas, sendo a faixa de destilação a
característica principal. Além desta, a origem do petróleo e o processo
anterior a que a nafta foi submetida são outras características
importantes.
O processo de reforma consiste em passar sobre um catalisador,
geralmente de platina e mais modernamente de platina com outro metal
(rênio ou germânio), uma mistura de hidrocarbonetos e hidrogênio
mantidos a uma temperatura próxima de 500ºC e uma pressão entre 10 e
40kgf/cm2. Produz-se, então, uma série de reações que conduzem a
formação de um reformado rico em hidrocarbonetos aromáticos e
isoparafinicos, produtos leves (GLP) e hidrogênio. Como na maioria dos
processos catalíticos, diferentemente do FCC, neste caso o leito é fixo.
Sua regeneração é feita periodicamente e necessita de interrupção do
processo.
4. PROCESSOS DE ACABAMENTO
4.1.HIDROPROCESSAMENTO
As unidades de Hidrorrefino ou Hidroprocessamento vêm se
tornando cada vez mais importantes, pelo cada vez maior rigor da
legislação ambiental e pela necessidade de conferir a certos derivados
propriedades não alcançadas pelas rotas de Separação e
Conversão. O esquema básico consiste em reagir hidrocarbonetos com
H2 na presença de um catalisador a alta temperatura e pressão. Após o
reator, a mistura passa por etapas de fracionamento e recuperação,
inclusive do hidrogênio.
4.2.HIDROTRATAMENTO (HDT)
O hidrotratamento é um processo de refino com hidrogênio cuja
finalidade é estabilizar um determinado corte de petróleo ou eliminar
compostos indesejáveis dos mesmos. A estabilização de frações de
petróleo é conseguida por meio da hidrogenação de compostos reativos
presentes, como por exemplo alquenos e dienos (hidroacabamento,
HDA). Os elementos indesejáveis removidos por hidrogenação

18. 16
incluem: enxofre (HDS), nitrogênio (HDN), oxigênio, halogênios e
metais. O hidrotratamento pode ser empregado em todos os cortes de
petróleo, tais como gases, nafta, querosene, diesel, gasóleos para
craqueamento, lubrificantes, parafinas, resíduos atmosféricos e de
vácuo, etc.
4.3.HIDROCRAQUEARNENTO (HCC)
Processo ainda em fase de implantação no Brasil, também
conhecido como Hidroconversão, promove craqueamento catalítico da
carga ao mesmo tempo em que estabiliza determinados componentes
e remove contaminantes, unindo características de HDT e FCC. Opera
em leito fixo e utiliza altíssimas pressões e temperaturas, exigindo
equipamentos de porte gigantesco. O primeiro HCC brasileiro está com
sua partida prevista para 2012, na REDUC.
4.4 GERAÇÃO DE HIDROGÊNIO
O desenvolvimento da indústria de refino e da petroquímica
trouxe consigo novos processos, onde o hidrogênio é largamente
utilizado. A indústria petroquímica lança mão de hidrogênio em vários
processos, dentre os quais, os mais importantes são a síntese do
metanol e da amorna. As modernas refinarias precisam de
hidrogênio para processos de hidroprocessa mento. Muitas refinarias
produzem uma quantidade de hidrogênio suficiente para pequenas
unidades de hidrotratamento, utilizando o gás residual oriundo da
operação de reforma catalítica de nafta. Ocorre, entretanto, que nem
todas as refinarias dispõem de reforma catalítica ou, se dispõem, nem
sempre o gás produzido é suficiente ou adequado para o consumo,
mormente se as unidades de hidroprocessamento são de grande porte.
Esta quantidade suplementar de hidrogênio pode ser obtida através
de dois processos: oxidação parcial de frações pesadas, como óleo
combustível, ou reforma com vapor de frações leves como gás natural,
gás combustível, gás liquefeito e nafta. O processo de oxidação parcial
consiste na queima de h i d r o c arbonetos pesados por uma corrente de
oxigênio de alta pureza, porém, numa vazão cerca de 30 a 40% da
relação estequiométrica ideal.
A reforma com vapor consiste na reestruturação de moléculas de
hidrocarbonetos em presença de vapor d'água e catalisadores,
produzindo o gás de síntese. Posteriormente, os gases formados reagem
com o excesso de vapor d'água, em presença de outros catalisadores,
gerando uma quantidade adicional de hidrogênio. Uma característica
muito interessante dessas unidades, que as distinguem de outros
processos em leito fixo, é que o Forno e o Reator são o mesmo
equipamento. O catalisador fica contido nos tubos da fornalha,
conhecidos como colunas, por serem verticais e de passo único. Como
última etapa, o CO2 é absorvido em uma solução de MEA
(monoetanolamina), gerando-se uma corrente de hidrogênio de alta
pureza.
4.5.TRATAMENTO DE ÁGUAS ACRES
Chamadas equivocadamente de águas ácidas, águas acres são as

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correntes aquosas que tiveram contato íntimo com as correntes de
processo. Não podendo ser descartadas no ambiente, devem ser
tratadas para remoção de seus principais contaminantes, dentre os
quais se destacam os gases sulfídrico (H2S) e amoníaco (NH3).
Também são encontrados, dentre outros, o CO2, fenóis, cloretos,
metais e outras substâncias nocivas. Não devem ser confundidas com
as águas oleosas,que sofrem tratamento à parte.
Basicamente, o processo consiste na retificação dessas águas
com vapor d'água, em uma ou duas torres. O H2S separado é enviado
para uma Unidade de Recuperação de Enxofre (URE) e o NH3 para
conversão a N2 ou queima em incineradores. A água retificada é
reaproveitada nos processos como água de lavagem.
4.6.TRATAMENTO COM AMINAS (MEA, DEA)
As aminas são compostas orgânicos de característica básica,
sendo úteis para absorção de gases ácidos contaminantes de algum
produto. O gás de síntese efluente da reforma com vapor já foi
mencionado acima e é separado do CO2 pela absorção com uma
solução aquosa de monoetanolamina (MEA). Gases ácidos oriundos de
FCC, CR e HDT são normalmente tratados com dietanolamina (DEA).
Nestes processos, a solução de amina passa em contracorrente
com o produto a ser tratado (numa torre extratora ou absorvedora,
dependendo da fase deste), abaixas temperaturas e pressões
relativamente altas. A seguir, a amina rica é retificada em condições
opostas (temperatura mais alta e pressão baixa), liberando o gás ácido
e regenerando a amina, que passa a se chamar amina pobre e reinicia
outro ciclo de tratamento.
*Isso se deve a uma tradução equivocada do termo inglês sour, que
pode significar ácido, mas também tem o sentido de cáustico,
irritante, acre. Ácido, no sentido químico, em inglês é acid.

20. 18
BIBLIOGRAFIA
1.BRASIL, Nilo Índio do. Introdução à Engenharia Química, 2ª ed.,
lnterciência, Rio de Janeiro, 2004.
2.FOUST, Alan S.; WENZEL, Leonard A.; CLUMP, Curtis W.;
MAUS, Louis; ANSERSEN, L Bryce. Princípios das Operações
Unitárias, tradução Horácio Macedo,2ª ed.; Guanabara Dois, Rio de
Janeiro, 1982.
3.SHREVE, R. Norris;AUSTIN,George T. Shreve's Chemical Process
Industries, 5•hed., McGraw-Hill Book Company, Singapore, 1984.
4.PERRY, Robert H.; GREEN,Don W.; MALONEY, James O.
(editores).Perry's Chemical Engineering Handbook,7th ed., McGraw-
Hill, New York,1999.
5.CAMPOS FILHO, Mauricio Prates de. Introdução à Metalurgia
Extrativa e à Siden1rgia,
LTC/FUNCAMP, Rio de Janeiro, 1981.
6. ABADIE, Eli. Processos de Refinação, Apostila,
Petrobras,1994.
7.Esquemas de Refino, Apostila, Petrobras, 2000.
8.JORDÃO, Mario. Deterioração de Equipamentos, Apostila,
Petrobras,2006.
9.FERREIRA, Joberto. Hidroprocessamento de Combustíveis,
Apostila, Petrobras,1997.
10. FILHO, Daniel H.M. Introdução ao Processamento e
Tratamento de Gás Natural, Apostila, Petrobras,2005.
Obs.: os livros do Shreve e do Perry possuem traduções brasileiras,
porém ambas de edições antigas e algo defasadas.

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RESPONSABILIDADE TÉCNICA
TODAS AS NORMAS DEVEM SER SEMPRE VERIFICADOS POR MOTIVO
DE ADEQUAÇÃO OU ATUALIZAÇÃO VIGENTES.
Curso: Inspetor de Equipamentos
Disciplina: Módulo 1-PROCESSO QUÍMICO
Inspetor Mário Sérgio de Oliveira Mello
Estudante - Usuário: 201411005 - CETEPIS