Processos de Refinação do Petróleo

81 ANEXO I Os Processos de Refinação do Petróleo A descrição dos processos abaixo citados é um resumo das diversas apostilas internas da Petrobras fornecidas no curso de formação dos engenheiros de processamento de petróleo I1 Processos de Separação I11 Destilação Segundo BRASIL 2003 a destilação é o processo básico de separação do petróleo Consiste na vaporização e posterior condensação devido à ação de temperatura e pressão sobre os componentes do óleo cru petróleo baseado na diferença de seus pontos de ebulição Extremamente versátil ela é usada em larga escala no refino A destilação pode ser feita em várias etapas e em diferentes níveis de pressões conforme o objetivo que se deseje Assim podemos ter a destilação atmosférica e a destilação a vácuo quando se trata de uma unidade de destilação de petróleo bruto A figura I1 mostra uma torre de destilação atmosférica e outra de destilação a vácuo de uma refinaria da Petrobras Torre de Destilação Atmosférica Torre de Destilação a Vácuo Torre de Destilação Atmosférica Torre de Destilação a Vácuo Figura I1 Unidade de Destilação de Petróleo Petrobras PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 82 A unidade de destilação de petróleo existe independente de qual seja o esquema de refino existente É o principal processo a partir do qual os demais são alimentados De uma forma geral tem como produtos principais o gás combustível o GLP a naftagasolina o querosene o diesel o gasóleo e o resíduo de vácuo Figura I2 QUEROSENE NAFTAGASOLINA GLP ÓLEO DIESEL GASÓLEOS PROCESSO DE DESTILAÇÃO GÁS COMBUSTÍVEL RESÍDUO DE VÁCUO PETRÓLEO CRU QUEROSENE QUEROSENE NAFTAGASOLINA NAFTAGASOLINA GLP GLP ÓLEO DIESEL ÓLEO DIESEL GASÓLEOS GASÓLEOS PROCESSO DE DESTILAÇÃO PROCESSO DE DESTILAÇÃO GÁS COMBUSTÍVEL GÁS COMBUSTÍVEL RESÍDUO DE VÁCUO RESÍDUO DE VÁCUO PETRÓLEO CRU PETRÓLEO CRU Figura I2 Carga e Produtos da uma Unidade de Destilação de Petróleo Os investimentos para a implantação de uma unidade de destilação completa seções de préfracionamento atmosférica vácuo e estabilização são vultosos situandose na faixa entre US 15000000000 e US 25000000000 conforme sua capacidade I12 Desasfaltação a Propano Segundo ABADIE 2003 B este processo tem por objetivo extrair por ação de um solvente geralmente propano líquido em alta pressão um gasóleo de alta viscosidade conhecido como óleo desasfaltado contido no resíduo de vácuo proveniente da destilação A produção desse gasóleo que é impossível por meio da destilação tornase viável através da utilização de um solvente apropriado no caso o propano Como subproduto da extração obtémse o resíduo asfáltico que conforme o tipo de resíduo de vácuo processado e a severidade operacional pode ser PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 83 enquadrado como asfalto ou como óleo combustível ultraviscoso A figura I3 apresenta os produtos de uma unidade de Desasfaltação a Propano RESÍDUO ASFÁLTICO DESASFALTAÇÃO A PROPANO ÓLEO DESASFALTADO RESÍDUO DE VÁCUO RESÍDUO ASFÁLTICO DESASFALTAÇÃO A PROPANO ÓLEO DESASFALTADO RESÍDUO DE VÁCUO Figura I3 Carga e Produtos da uma Unidade de Desasfaltação a Propano A desasfaltação a propano é um processo cujo investimento oscila numa faixa entre US 5000000000 e US 7000000000 conforme sua capacidade I13 Desaromatização Processo típico da produção de lubrificantes a desaromatização como o próprio nome sugere consiste na extração de compostos aromáticos polinucleados de alto peso molecular por um solvente específico no caso o furfural Segundo ABADIE 2003 B o investimento inicial para a construção de uma unidade de desaromatização é bastante próximo ao valor estimado para a desasfaltação sendo ligeiramente superior devido ao sistema de purificação do solvente Este valor oscila entre US 6000000000 e US 8000000000 conforme a capacidade I14 Desparafinação Outro processo típico da produção de lubrificantes Este processo trata da remoção das parafinas do óleo desaromatizado produto do processo anterior PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 84 De acordo com FREITAS 2002 a desparafinação é feita com o auxílio de um solvente MetilIsobutilCetona que em baixas temperaturas solubiliza toda a fração oleosa exceto as parafinas que permanecem fase sólida podendo ser filtradas viabilizando desta forma a separação A desaparafinação é certamente a mais cara das unidades de um conjunto de lubrificantes em função principalmente do grande número de equipamento existentes no processo Em função da escala seu investimento inicial gira em tomo de US 15000000000 e US 20000000000 I15 Desoleificação Processo típico da produção de lubrificantes a desoleificação é um processo idêntico à desparafinação apenas realizada em condições mais severas visando remover óleo contido na parafina de forma a enquadrála como produto comercial o que seria impossível sem essa unidade Tem como carga a parafina proveniente da filtração do processo de desparafinação ABADIE 2003 B e FREITAS 2002 Em face do processo de desoleificação ser quase sempre integrado com o de desparafinação e também por ter um porte menor o capital investido nessa unidade é bem menor situandose na faixa de US 6000000000 e US 9000000000 conforme sua vazão de carga processada I2 Processos de Conversão I21 Craqueamento Térmico O Craqueamento Térmico é o mais antigo dos processos de conversão surgindo logo após o advento da destilação Seu aparecimento data do início do século vinte tendo uma importância relevante até o início dos anos cinqüenta quando entrou em obsolescência deslocado pelo craqueamento catalítico De acordo com ABADIE 2003 A o craqueamento térmico tem por finalidade quebrar moléculas presentes no gasóleo produto da destilação por meio de elevadas temperaturas e pressões visando obterse principalmente gasolina e GLP Produz também como subproduto gás combustível óleo leve diesel de PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 85 craqueamento que precisa de tratamento posterior além de uma formação de coque I22 Coqueamento Retardado Segundo ABADIE 2003 B e LÁZARO 2003 o Coqueamento Retardado é da mesma forma que o anteriormente descrito um processo de craqueamento térmico Sua carga é resíduo de vácuo proveniente da destilação que submetido a condições bastante severas quebra as moléculas de cadeia aberta e coqueia as moléculas aromáticas polinucleadas resinas e asfaltenos produzindo gás ácido gás combustível GLP nafta diesel gasóleos e principalmente coque de petróleo Figura I4 GÁS GÁS COMB GLP NAFTA DIESEL GASÓLEOS COQUE COQUEAMENTO RETARDADO GÁS ÁCIDO RESÍDUO DE VÁCUO GÁS GÁS COMB GLP NAFTA DIESEL GASÓLEOS COQUE COQUEAMENTO RETARDADO GÁS ÁCIDO RESÍDUO DE VÁCUO Figura I4 Carga e Produtos da uma Unidade de Coqueamento Retardado É um processo que surgiu logo após a segunda guerra mundial e tinha inicialmente por objetivo quebrar resíduos no intuito de produzir uma quantidade maior de gasóleo para o processo de craqueamento térmico ou catalítico O coque gerado era considerado como subproduto e era vendido a preço de carvão mineral A crise do petróleo trouxe consigo uma crescente importância para o coqueamento uma vez que é um processo que transforma uma fração bastante PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 86 depreciada como é o resíduo de vácuo em outras de muito maior valor comercial como o são o GLP a nafta e o diesel O investimento necessário à implantação de uma unidade de coqueamento não é dos mais altos quando comparação com outras unidades de conversão térmica ou catalítica Conforme o porte da unidade podemos ter uma aplicação de capital na faixa entre US 5000000000 e US 10000000000 que em virtude da alta rentabilidade pode ser amortizado em pouquíssimo tempo A figura I5 ilustra a construção da unidade de Coqueamento Retardado da Refinaria Duque de Caxias Figura I5 Unidade de Coqueamento Retardado da REDUC Petrobras I23 Craqueamento Catalítico De acordo com ABADIE 2003 A o craqueamento catalítico é como os anteriormente descritos um processo de quebra molecular Sua carga é o gasóleo proveniente do processo de destilação que submetido a condições bastante severas em presença de um catalisador é decomposto em várias outras frações mais leves produzindo gás combustível gás liquefeito de petróleo GLP e gasolina entre outros Figura I6 PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 87 GASOLINA GLP ÓLEO LEVE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO GÁS COMBUSTÍVEL ÓLEO DECANTADO GASÓLEOS GASOLINA GASOLINA GLP GLP ÓLEO LEVE ÓLEO LEVE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO GÁS COMBUSTÍVEL GÁS COMBUSTÍVEL ÓLEO DECANTADO ÓLEO DECANTADO GASÓLEOS GASÓLEOS Figura I6 Carga e Produtos da uma Unidade de Craqueamento Catalítico Fluido O processo surgiu um pouco antes da segunda guerra mundial tomando um notável impulso com este conflito face da grande necessidade dos aliados em suprir de gasolina e material petroquímico suas tropas Com o fim da guerra o craqueamento catalítico se firmou devido principalmente a proporcionar a produção de uma gasolina de ótima qualidade e com custos de produção bem inferiores aos outros processos existentes à época É um processo destinado à produção de gasolina de alta octanagem sendo este o derivado que aparece em maior quantidade da ordem de 50 a 65 volume em relação à carga processada O segundo derivado que aparece em maior proporção é o GLP com carga de 25 a 40 volume em relação à carga O craqueamento catalítico também conhecido como FCC Fluid Catalytic Cracking é um processo de grande versatilidade e de elevada rentabilidade para o refino de petróleo embora seja também uma unidade que requeira alto investimento para sua implantação Dependendo do porte um FCC pode necessitar de recursos entre US 15000000000 a US 28000000000 Apesar do elevado valor do investimento este se torna extremamente atrativo por que em face da alta rentabilidade do processo o tempo de retorno do empreendimento é razoavelmente rápido PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 88 O FCC é um processo bastante utilizado em países onde a demanda de gasolina é ou foi forte Nesta situação podemos situar os Estados Unidos o Canadá o Japão o México e o Brasil Países europeus não tem uma expressiva capacidade instalada em craqueamento catalítico em virtude da utilização do automóvel não ter um uso tão forte quanto o transporte de massa ônibus metrô etc A figura I7 ilustra a unidade de craqueamento catalítico da Refinaria Duque de Caxias Figura I7 Unidade de Craqueamento Catalítico Fluido da REDUC Petrobras I24 Hidrocraqueamento Catalítico De acordo com SILVA 1997 o Hidrocraqueamento Catalítico também conhecido como HCC Hydrocatalytic Cracking é um processo que consiste na quebra de moléculas existentes na carga de gasóleo por ação conjugada de um catalisador altas temperaturas e pressões na presença de grandes volumes de hidrogênio Ao mesmo tempo em que ocorrem as quebras acontecem também reações de hidrogenação do material produzido É um processo que concorre com o Craqueamento Catalítico Fluido PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 89 O HCC surgiu na década de cinqüenta cresceu nos anos sessenta atingindo seu apogeu no início dos anos setenta pouco antes da crise do petróleo Com o aumento do petróleo de seus derivados e do preço do gás natural principal matériaprima para obtenção do hidrogênio este também teve seu preço extremamente elevado afetando bastante a rentabilidade do processo Isto fez com que houvesse certa retração na implantação de novas unidades tanto nos Estados Unidos quanto nos demais países A grande vantagem do Hidrocraqueamento é sua extrema versatilidade Ele pode operar com cargas que podem variar desde uma nafta até gasóleos pesados ou mesmo resíduos leves maximizando a fração que o refinador desejar desde gasolina até gasóleo para craqueamento A grande desvantagem do processo consiste nas drásticas condições operacionais do processo Elevadíssimas pressões e temperaturas são usadas o que obriga a terse equipamentos caríssimos e de grande porte Assim sendo o investimento necessário à implantação da unidade é elevadíssimo não só pelo exposto mas também pela necessidade de implantarse em paralelo uma grande unidade de geração de hidrogênio uma vez que seu consumo no processo é extremamente alto O investimento necessário à uma unidade de HCC fica na faixa entre US 30000000000 e US 50000000000 em função de sua capacidade Se levarmos em conta o capital destinado à construção de uma Unidade de Geração de Hidrogênio e de uma Unidade de Recuperação de Enxofre que completam o HCC o investimento pode ser acrescido de mais US 10000000000 a US 18000000000 I25 Hidrocraqueamento Catalítico Brando Segundo ABADIE 2003 B o Hidrocraqueamento Catalítico Brando também conhecido como MHC Mild Hydrocraking é uma variante do HCC porém como o próprio nome deixa transparecer opera em condições mais brandas que o anterior principalmente em termos de pressão É um processo que foi desenvolvido durante a década de oitenta na França e nos Estados Unidos PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 90 Sua grande vantagem é que a partir de uma carga de gasóleo convencional podemos produzir grandes volumes de óleo diesel de excelente qualidade sem gerar paralelamente grandes quantidades de gasolina Embora seja um processo pouco mais barato que o HCC convencional ainda assim sua construção requer vultosos investimentos da ordem de US 30000000000 a US 4000000000 o que torna sua implantação pouco viável economicamente I26 Alcoilação Catalítica De acordo com ABADIE 2003 B a Alcoilação Catalítica ou alquilação consiste na junção de duas moléculas leves para a formação de uma terceira de maior peso molecular reação esta catalisada por um agente de forte caráter ácido Na indústria do petróleo esta rota é usada para produção de gasolina de alta octanagem a partir de componentes do gás liquefeito de petróleo GLP utilizandose como catalisador o HF ácido fluorídrico ou o H2S04 ácido sulfúrico No que se refere à produção de gasolina de alta octanagem podemos dizer que este é um processo largamente utilizado em países onde a demanda por gasolina é elevada e é claro haja disponibilidade do GLP matériaprima essencial ao processo Nessa situação podemos destacar os Estados Unidos o Canadá e o México Há também várias unidades dessas construídas na Europa Ocidental e no Japão embora em muito menor proporção O investimento que deve ser alocado para a implantação de unidades desse tipo situase entre US 3000000000 e US 6000000000 em função do porte e da tecnologia utilizada Não é portanto um processo que requeira grandes aportes de capital I27 Reformação Catalítica Segundo ABADIE 2003 B a reformação catalítica ou reforma como é mais conhecida tem por objetivo principal transformar uma nafta de destilação direta rica em hidrocarbonetos parafínicos em outra rica em hidrocarbonetos aromáticos É portanto um processo de aromatização de compostos parafínicos e naftênicos visando um de dois objetivos a produção de gasolina de alta PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 91 octanagem ou produção de aromáticos leves Benzeno Tolueno e Xileno para posterior geração de compostos petroquímicos A reforma surgiu no início da 2a Guerra Mundial tendo se desenvolvido muito nos anos cinqüenta quando ao lado do craqueamento catalítico era a principal geradora de gasolina de alta octanagem Entretanto o crescimento da indústria petroquímica tendo a nafta como sua principal matériaprima fez com que o preço dessa fração aumentasse bastante se aproximando muito do preço final da gasolina afetando a rentabilidade do processo Este processo é largamente empregado nos Estados Unidos Canadá e Europa Ocidental sendo que nesta última constituiuse durante muito tempo como a principal rota para a produção de gasolina de alta octanagem superando mesmo o Craqueamento Catalítico O investimento necessário para a implantação de uma reforma pode oscilar em função do porte da unidade e da tecnologia empregada entre US 4000000000 e US 8000000000 A figura I8 ilustra a unidade de reforma catalítica da REDUC Figura I8 Unidade de Reforma Catalítica da REDUC Petrobras PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 92 I3 Processos de Tratamento I31 Tratamento Cáustico O Tratamento Cáustico consiste numa lavagem de uma fração de petróleo por uma solução aquosa de NaOH Soda Caústica ou de KOH Potassa Cáustica O objetivo deste tratamento é a eliminação de compostos ácidos de enxofre tais como o H2S e mercaptans de baixos pesos moleculares RSH Em função das limitações do Tratamento Cáustico ele só é utilizado para frações muito leves tais como o Gás Combustível GLP e naftas Em casos excepcionais ele pode ser usado para o tratamento de querosene mas com baixa eficiência de remoção de impurezas O Tratamento Cáustico pode ser encontrado em seções de tratamento em unidades de Destilação Craqueamento e Alquilação e o investimento necessário à sua implantação normalmente é inferior a US 25000000 I32 Tratamento Merox O Tratamento Merox também conhecido como tratamento cáustico regenerativo consiste numa lavagem cáustica semelhante à anteriormente citada mas que tem como vantagem a regeneração da soda cáustica consumida no processo reduzindo substancialmente o seu custo operacional As suas limitações e aplicações são idênticas àquelas vistas no Tratamento Cáustico e da mesma maneira trabalha também em baixas condições de temperatura e pressões O Processo Merox é utilizado em larga escala em quase todas as refinarias O investimento necessário à sua implantação é um pouco superior ao Tratamento Cáustico situandose em torno de US 30000000 a US 50000000 I33 Tratamento Bender O Tratamento Bender é um processo de adoçamento redução de corrosividade desenvolvido com o objetivo de melhorarse a qualidade do querosene de aviação Ele não tem por objetivo a redução do teor de enxofre e PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 93 sim transformar compostos sulfurados corrosivos mercaptans em outras formas pouco agressivas dissulfetos Não é um processo eficiente quando o problema é proveniente dos compostos nitrogenados como é o que acontece no caso com as frações da faixa do querosene provenientes dos petróleos da Bacia de Campos Nessa situação o Tratamento Bender mostrase ineficiente devendose optar por outro tipo de processo geralmente o Hidrotratamento O Tratamento Bender é um processo pouco usado e tendendo para a obsolescência uma vez que os modernos rumos no refino é caminhar cada vez mais no sentido dos processos de hidrogenação O investimento necessário ao Bender é semelhante ao do Tratamento Merox I34 Hidrotratamento HDT Segundo ABADIE 2003 B e SILVA 1997 o Hidrotratamento tem como finalidade melhorar as propriedades da carga a ser hidrogenada e proteger os catalisadores dos processos subseqüentes O produto deste processo tem essencialmente a mesma faixa de destilação da carga embora possa existir a produção secundaria de produtos mais leves devido a reações de hidrocraqueamento que podem ocorrer em pequena escala O Hidrotratamento pode ser realizado em frações de petróleo desde a faixa da nafta até gasóleos pesados Tratase de um processo catalítico de hidrogenação em condições severas de operação temperaturas e pressões elevadas que consome um insumo de alto custo de produção hidrogênio As vantagens ligadas a este processo são o melhor aproveitamento de cargas pesadas a melhoria da qualidade do produto e a proteção ambiental proporcionada devido à remoção de poluentes como o enxofre e o nitrogênio As condições operacionais das unidades de hidrotratamento variam dentro de uma ampla faixa dependendo do tipo de carga e do grau de hidrotratamento desejado A temperatura do reator principal pode variar desde 250C até 400C e os níveis de pressão podem variar de 15 a até 100 vezes a pressão atmosférica PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 94 Apesar de todos os custos envolvidos insumos e energia o processo de hidrotratamento vem cada vez mais ganhado força sobretudo em função das novas exigências ambientais O investimento necessário à sua implantação é função da severidade requerida no processo e pode variar de US 20000000 a US 55000000 A figura I9 ilustra a unidade de hidrotratamento de diesel da REDUC Figura I9 Unidade de Hidrotratamento de diesel da REDUC Petrobras PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 95 ANEXO II Os Derivados de Petróleo De modo análogo ao anexo I a descrição das principais características dos derivados de petróleo abaixo citados é um resumo das diversas apostilas internas da Petrobras fornecidas no curso de formação dos engenheiros de processamento de petróleo II1 Gás Natural O gás combustível gás natural ou ainda gás de refinaria é uma mistura formada de hidrocarbonetos de um ou dois átomos de carbono O metano CH4 é o componente presente em maior proporção aproximadamente 80 em peso Devido à alta dificuldade para ser estocado este derivado era anteriormente queimado nas plataformas produtoras de petróleo ou nas refinarias No Brasil atualmente com as novas tecnologias para a produção armazenamento transporte e utilização o gás combustível é utilizado principalmente como combustível industrial cerca de 70 do total combustível doméstico 8 e automotivo 8 ocasião em que toma o nome de gás natural veicular GNV Tem aplicação ainda como matéria prima na indústria petroquímica para a produção de plásticos resinas fibras elastômeros e fertilizantes em um percentual de cerca de 10 Segundo FARAH 2004 a sua utilização como combustível automotivo tem apresentado tendência crescente principalmente para veículos de transporte coletivo que possuem o sistema dual que permite o consumo de dois tipos de combustíveis Ao contrário do gás liquefeito de petróleo GLP o gás natural não se liquefaz a temperatura ambiente pois seu principal constituinte o metano possui temperatura de ebulição de 82C Devido à dificuldade para o armazenamento para a utilização em larga escala do gás natural é necessária a construção de rede de gasodutos conectando o sistema produtor aos pontos de consumo Alternativamente pode até ser distribuído de forma líquida mas os custos envolvidos para isso são muito altos Devido a grande demanda o Brasil por intermédio da Petrobras importa quantidades significativas de gás natural da Bolívia via um gasoduto gigante construído em parceria pelos dois paises PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 96 Segundo FARAH 1989 o gás natural deve atender aos seguintes requisitos de qualidade Possuir composição uniforme para apresentar constância na relação arcombustível permitindo combustão completa limpa e sem resíduo Apresentar alto poder calorífico Possuir reduzido teor de enxofre e Garantir segurança na sua utilização II2 Gás Liquefeito de Petróleo GLP Definese como gás liquefeito do petróleo GLP a mistura formada em sua quase totalidade por hidrocarbonetos de três a quatro átomos de carbono que embora gasosos nas condições normais de temperatura e pressão CNTP pode ser liquefeita por pressurização O GLP é incolor e desde que tenha baixo teor de enxofre é inodoro além de ser mais pesado que o ar Por se tratar de um derivado de alto risco de inflamabilidade para que um vazamento de GLP seja facilmente identificado compostos odorizantes a base de enxofre por vezes lhe são adicionados para lhe conferir um odor característico facilmente identificável Segundo FARAH 1989 a principal aplicação do GLP é na cocção de alimentos estimada em torno de 90 da demanda brasileira Pode ser utilizado também como matériaprima na petroquímica na fabricação de borracha polímeros álcoois e éteres como combustível industrial principalmente para segmentos especiais como a indústria de vidros cerâmica e a alimentícia Ocorre ainda o uso em tratamento térmico galvanização e geração de vapor Até meados de 2006 quando a autosuficiência do não tinha sido atingida o Brasil era forte importador de GLP Atualmente a produção está compatível com a demanda nacional Também contribuiu para esta alteração no cenário nacional o deslocamento de mercado provocado pela utilização do gás natural como combustível doméstico nas regiões onde existe distribuição deste gás via rede encanada PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 97 De acordo com FARAH 1989 quando utilizado como combustível doméstico o GLP deve apresentar as seguintes características Facilidade de liquefação sob pressão de forma a ser transportado no estado líquido Facilidade de vaporização no estado gasoso nas condições ambientais para maior facilidade de queima Composição uniforme para apresentar constância na relação arcombustível necessária à queima Não poluir residências nem corroer equipamentos Alto poder calorífico e combustão completa para atender necessidades energéticas do equipamento II3 Gasolina A gasolina é o derivado de petróleo formado pela mistura de hidrocarbonetos cuja faixa de ebulição varia de 30 a 220C A gasolina é utilizada como combustível em máquinas de combustão interna por centelha Estes tipos de motores são chamados motores do ciclo Otto na qual a função é transformar energia térmica proveniente da combustão em energia mecânica para movimentar o pistão provocando o movimento O motor é chamado de combustão interna por centelha pois a combustão explosão apenas deve ocorrer após a ignição do combustível gasolina devido à presença de uma centelha provocada pelo próprio sistema do motor Deste fato denota se a importância da característica antidetonante da gasolina que submetida a condições extremas de temperatura e pressão no interior da câmara de combustão apenas deve entrar em combustão após o surgimento da centelha Esta característica é medida pela octanagem onde quanto maior o valor da mesma maior é a característica antidetonante da gasolina A demanda da gasolina automotiva pode atingir em alguns países como os Estados Unidos patamares de até 60 de todo o petróleo refinado No Brasil PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 98 sobretudo em função do uso alternativo do álcool hidratado e do GNV a demanda de gasolina é de cerda de 18 de todo o petróleo refinado Apesar disso ela ainda é o derivado de petróleo de maior influência no mercado nacional Isso se deve ao fato da gasolina alcançar diretamente o maior mercado consumidor de alto nível e formador de opinião Em termos mundiais os refinadores vêm desenvolvendo rotas alternativas e unidades de tratamento para a produção de gasolina uma vez que é cada vez maior a pressão dos órgãos ambientais para restringir o teor de contaminantes neste combustível Em 2002 a Petrobras lançou no mercado a Gasolina Podium que é um tipo de gasolina de última geração melhor ainda que as gasolinas produzidas em países da Europa e Estados Unidos Dentre as suas qualidades podemos destacar altíssima octanagem baixíssimo teor de enxofre baixíssima possibilidade de formação de goma e alta estabilidade De acordo com FARAH 2004 a gasolina adequada para o uso em motores do ciclo Otto deve possuir os seguintes requisitos de qualidade Entrar em combustão sem detonar espontaneamente Vaporizarse adequadamente para garantir as necessidades de fornecimento de acordo com a temperatura e região do motor desde a partida até o funcionamento a plena carga Não produzir resíduos por combustão nem por oxidação evitando a formação de depósitos e entupimentos no motor Não ser corrosivo Produzir queima limpa com baixa emissão de partículas e Apresentar manuseio seguro II4 Nafta Petroquímica PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 99 A nafta petroquímica de forma similar a gasolina é o derivado de petróleo formado pela mistura de hidrocarbonetos cuja faixa de ebulição varia de 30 a 220C A nafta petroquímica é utilizada como insumo na indústria petroquímica para a fabricação de plásticos borrachas garrafas tipo PET e outros fins No Brasil com o grande desenvolvimento da indústria petroquímica a demanda por este produto aumentou consideravelmente na últimas décadas No pais existem atualmente três centrais petroquímicas a COPESUL localizada no sul do pais a Central Petroquímica União PQU localizada em São Paulo e o Pólo Petroquímico de Camaçari localizado na Bahia Nos próximos anos a Petrobras em conjunto com a iniciativa privada construirá o Complexo Petroquímico do Estado do Rio de Janeiro COMPERJ localizado em Itaboraí A nafta petroquímica compete com a gasolina uma vez que são produtos de mesma faixa de destilação Uma refinaria pode otimizar o seu esquema de refino para maximizar a produção de gasolina ou a de nafta petroquímica De uma forma geral a seleção do esquema de refino é realizada em função do preço da gasolina e da nafta petroquímica no mercado nacional A nafta petroquímica deve possuir os seguintes requisitos de qualidade para ser utilizada como insumo em centrais petroquímicas Possuir níveis baixíssimos de contaminantes Deve possuir grande quantidade de cadeias lineares de hidrocarbonetos Não ser corrosiva e Ser estabilidade quimicamente não se degradar com facilidade II5 Querosene de Aviação QAv O querosene de aviação é o derivado de petróleo de faixa de ebulição compreendida entre 150 e 270C com predominância de hidrocarbonetos de 9 a 13 átomos de carbono utilizado em turbinas aeronáuticas O principio da propulsão a jato data desde tempos históricos sendo de Hero na Alexandria no PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 100 século primeiro depois de Cristo a primeira referência da máquina a vapor Industrialmente ela tornouse viável com Frank Whitlle que patenteou o projeto do primeiro motor para propulsão a jato Inicialmente restrito ao uso em aviões a máquina a propulsão atualmente tem utilização diversificada entre as quais para propulsão de navios e em instalações industriais produzindose maior potência como máquinas de menor tamanho e menor peso O advento das turbinas aeronáuticas e em paralelo o crescimento da aviação civil provocaram forte impacto na indústria do petróleo devido ao crescimento da demanda de combustíveis intermediários entre a gasolina e o diesel acarretando alteração nos esquemas de refino das refinarias Diferentemente das máquinas à pistão as turbinas aeronáuticas utilizam combustão contínua obtendose movimento através da força associada a energia cinética dos gases gerados na queima de querosene Inicialmente usavase o querosene iluminante como combustível para aviação dispondose de um produto de características semelhantes à gasolina porém com menor risco de incêndio e de maior disponibilidade Porém o desenvolvimento tecnológico das turbinas de aviação exigiu combustíveis com maiores itens de requisitos de qualidade do que o querosene iluminante apresentando diversas características de desempenho como facilidade de bombeamento a baixas temperaturas reacendimento em elevadas altitudes combustão limpa baixa energia radiante estabilidade e baixo potencial de formação de depósitos Estas características elegeram um derivado do petróleo intermediário entre a gasolina e o diesel como o combustível ideal para jatos o qual se denominou querosene de aviação QAv De acordo com FARAH 2002 o QAv para ser utilizado em turbinas aeronáuticas deve atender as seguintes exigências de qualidade Deve proporcionar máxima autonomia de vôo Produzir uma chama cujos efeitos de radiação e de fuligem não sejam danosos a câmara de combustão Ser facilmente atomizável Deve ser quimicamente estável e proporcionar queima limpa PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 101 Deve ter a capacidade de escoar facilmente em baixas temperaturas Proporcionar partidas rápidas e seguras Ter a mínima tendência para produzir gomas resíduos e depósitos em geral Não ser corrosivo aos metais constituintes da turbina Ter a mínima tendência a solubilizar a água e Apresentar manuseio seguro II6 Diesel O óleo diesel é o derivado do petróleo de faixa de ebulição comumente entre 150 e 380C Este derivado apresenta um conjunto de propriedades que permite a sua utilização em máquinas movidas por motores que funcionam segundo o ciclo Diesel Segundo LÁZARO 2003 este combustível é utilizado principalmente em motores automotivos de combustão interna por compressão ICO Pode também ser utilizado como combustível para motores marítimos e aquecimento doméstico As primeiras máquinas diesel devido ao seu peso tamanho exagerado e a sua baixa velocidade eram utilizadas apenas em embarcações marítimas e unidade fixas geradoras de energia consumindo óleos residuais O interesse da indústria automotiva a partir da década de 1920 por tais tipos de máquinas provocou o seu aperfeiçoamento reduzindo seu peso tamanho e aumentando a sua velocidade o que passou a exigir combustíveis de maior grau de refino Nos dias de hoje o campo de aplicação das máquinas diesel é bastante amplo Elas podem ser usadas para movimentar embarcações marítimas automóveis tratores e em unidades geradoras de energia Apesar do óleo diesel ser o combustível da maioria destas máquinas elas podem operar com uma larga faixa de combustíveis do GLP aos óleos pesados Atualmente outros PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 102 combustíveis não derivados do petróleo tais como etanol e ésteres também podem ser utilizados nessas máquinas Por diversas razões entre as quais listam a sua eficiência e flexibilidade há uma tendência mundial de utilização crescente destes motores na indústria automotiva o que se refletirá em um aumento na demanda do diesel em relação aos outros derivados A máquina diesel é aquela à combustão interna que permite alcançar os maiores rendimentos cerca de 45 No Brasil há um desequilíbrio no perfil de consumo de derivados face à predominância de transporte rodoviário e a presença do álcool como combustível automotivo tipo ciclo Otto Assim o consumo percentual de diesel em relação ao total de derivados de petróleo consumidos no Brasil é muito elevado quando comparado ao quadro mundial Sua demanda é de cerca de 35 do petróleo processado podendo alcançar até 45 em meses de pico de consumo FARAH 2004 Este fato faz com que apesar de autosuficiente em relação a produção total de petróleo o pais ainda seja forte importador de diesel O óleo diesel para ser utilizado como combustível em motores ciclos diesel deve apresentar os seguintes requisitos de qualidade Apresentar ótima qualidade de ignição de maneira que a combustão se inicie com o menor retardo de ignição contrário da gasolina Proporcionar queima limpa e completa produzindo o mínimo de resíduos depósitos e cinzas Não ser corrosivo e não produzir gases tóxicos e corrosivos durante a sua combustão Ser facilmente atomizável Escoar perfeitamente em baixas temperaturas Não conter água e sedimentos os quais ocasionariam a interrupção do fluxo de combustível para os cilindros e PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 103 Proporcionar segurança e facilidade de manuseio e estocagem II7 Óleos Combustíveis As frações mais pesadas do petróleo oriundas dos processos de refinação são utilizadas em sua maioria em aquecimento industrial em termoelétricas ou na indústria em geral Estas frações de petróleo são denominadas óleos combustíveis O óleo combustível industrial é um produto utilizado em fornalhas é composto basicamente por uma mistura de óleos residuais cujo principal componente é o resíduo de vácuo proveniente da destilação o qual é adicionado um diluente para acerto de viscosidade Devido a sua alta viscosidade para ser utilizado na geração de calor em fornos ou caldeiras o óleo combustível é mantido aquecido em tanque seguindo através de um sistema de filtração para a remoção de sedimentos orgânicos e inorgânicos sendo então novamente aquecido para se reduzir sua viscosidade para favorecer a sua atomização Em seguida através de um sistema auxiliar ele é atomizado ou seja reduzido a pequenas gotículas de modo a propiciar a adequada mistura com o ar e a sua vaporização Chegando ao bico do maçarico ele é vaporizado através da transferência de calor da câmara e aí então misturase com o ar iniciando a combustão Os óleos combustíveis industriais são classificados pela viscosidade pelo teor de enxofre e pelo ponto de fluidez A seguir descrevemos a influência de cada uma desta propriedades Viscosidade definida pelos requerimentos dos queimadores e da temperatura do óleo no instante da utilização Os óleos são classificados pela viscosidade através de um grupamento de números em ordem crescente de viscosidade ou seja quanto maior o número maior viscosidade No Brasil são comercializados óleos combustíveis desde o número 1 ao número 9 estes últimos chamados óleos ultraviscosos Teor de Enxofre definido de acordo com o controle de poluição ambiental e do tipo de indústria cerâmica azulejos etc No Brasil são PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 104 comercializados óleos chamados BTE baixo teor de enxofre menor que 1 e ATE alto teor de enxofre maior que 1 Ponto de Fluidez definido em função da temperatura do local onde o óleo será utilizado ou transportado No Brasil são comercializados óleos com baixo ponto de fluidez menor que a temperatura ambiente e alto ponto de fluidez maior que a temperatura ambiente estes últimos são utilizados apenas em instalações que dispõe de condições de aquecimento para mantêlo sempre no estado líquido Segundo FARAH 2004 um óleo combustível para ser comercializado deve apresentar os seguintes requisitos de qualidade Ser facilmente atomizável para proporcionar a adequada pulverização e dispersão na câmara de combustão Escoar adequadamente a baixas temperaturas Ser facilmente separado da água e não conter sedimentos que possam obstruir filtros e bicos injetores Não conter contaminantes que possam acarretar em corrosão e danos às peças metálicas do motor Não formar depósitos que possam causar erosão corrosão ou obstrução dos equipamentos e Apresentar características de segurança em seu manuseio e estocagem sem risco de inflamabilidade II8 Bunker Bunker é o nome atribuído aos óleos combustíveis para movimentar navios Mais conhecido internacionalmente este derivado está destinado à produção de energia através da sua combustão para deslocar o pistão dos motores dos navios proporcionando a sua movimentação O bunker apesar de ter o mesmo tipo de matéria prima para sua produção que os óleos combustíveis industriais PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 105 resíduo de vácuo da destilação do petróleo difere destes conceitualmente Seu emprego apresenta requisitos de qualidade bem diversos daqueles necessários ao óleo combustível Para a utilização do bunker os navios dispõem de um sistema de aquecimento e purificação do óleo que conta com vasos de sedimentação e centrifugadoras para remoção de sedimentos e contaminantes Também existe um sistema de aquecimento para correção da viscosidade no intuito de atingir a viscosidade requerida para a adequada atomização do óleo Após este processo de preparação o bunker é injetado no cilindro através de bicos injetores que fazem sua atomização O ar comprimido no cilindro provoca a vaporização do óleo e sua combustão gerando gases a altas temperaturas e pressões que serão utilizados para a produção de energia mecânica seja através do motor Também denominados óleos do tipo MF Marine Fuel os bunkers são comercializados em diversos tipos classificados de acordo com a viscosidade variando entre os tipos MF 80 até MF 420 onde o número é o limite máximo de viscosidade a uma dada temperatura A diferença entre os diversos tipos de bunker é basicamente a viscosidade porém também ocorrem diferenças no teor de contaminantes como água vanádio enxofre cinzas e resíduo de carbono Conforme dito anteriormente a matéria prima básica para este derivado é a mesma dos óleos combustíveis A única diferença é que o bunker recebe uma considerável quantidade de diesel na sua formulação para atender aos requisitos mínimos de qualidade Um bunker para ser comercializado deve apresentar os seguintes requisitos de qualidade Ser facilmente atomizáveis para proporcionar a adequada pulverização e dispersão na câmara permitindo a combustão correta Apresentar a correta qualidade de ignição para proporcionar combustão adequada sem perda de eficiência nem danos ao motor Apresentar o adequado poder calorífico proporcionando eficiente produção de energia PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 106 Escoar adequadamente a baixas temperaturas e não formar depósitos nos tanques de armazenamento Ser facilmente separado da água e não conter sedimentos que possam obstruir filtros e bicos injetores Não conter contaminantes que possam acarretar corrosão e danos às peças metálicas do motor Não formar depósitos que possam causar erosão corrosão ou obstrução dos equipamentos Ser estável não produzindo depósitos por incompatibilidade com outros constituintes do óleo Não formar resíduos pela combustão que venham a se depositar no sistema de combustão e Apresentar características de segurança em seu manuseio e estocagem sem risco de inflamabilidade II9 Asfaltos Os asfaltos compreendem a fração mais pesada do petróleo composta de resinas e asfaltenos Quanto maior a porcentagem de asfaltenos betumem nesta fração maior é e possibilidade do petróleo produzir um asfalto de boa qualidade Esta fração mais pesada do petróleo é denominada cimento asfáltico de petróleo que acrescia de alguns aditivos e sedimentos forma o asfalto que conhecemos As refinarias de petróleo normalmente comercializam o cimento asfáltico de petróleo As indústrias subseqüentes na cadeia produzem o asfalto através de um processo chamado usinagem O cimento asfáltico é obtido nas refinarias segundo dois esquemas principais de produção 1 o cimento asfáltico é produzido diretamente com a corrente de resíduo de vácuo proveniente do processo de destilação ou 2 o cimento PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 107 asfáltico é produzido com a corrente de óleo desasfaltado produto da unidade de desasfaltação Segundo o Instituto de Asfalto 1989 o asfalto é usado para muitas finalidades O consumo anual mundial de asfalto é superior a 90 milhões de toneladas Este consumo aumenta proporcionalmente a construção de estradas que atualmente mais de 505 está concentrada nos Estados Unidos No Brasil a demanda de asfalto é bastante inferior a dos Estados Unidos e possui uma sazonalidade característica com períodos de pico sobretudo nas datas próximas as eleições De acordo com o Instituto de Asfalto 1989 Para ser comercializado o asfalto deve possuir as seguintes propriedades Consistência Os asfaltos são materiais termoplásticos porque se liquefazem gradualmente quando aquecidos A consistência é o termo empregado para descrever a viscosidade ou o grau de fluidez do asfalto a uma determinada temperatura Pureza O cimento asfáltico quando deixa a refinaria está praticamente isento de água Em função dos processos pelo qual o derivado é submetido e principalmente das condições de transporte e armazenamento do mesmo pode vir a ocorrer algum tipo de contaminação com água Esta contaminação é extremamente perigosa uma vez que durante a aplicação do produto nas rodovias o asfalto poderá espumar caso a temperatura ultrapasse 100C Segurança no manuseio O asfalto ainda que isento de água se aquecido a altas temperaturas desprenderá vapores que irão chamejar por ação de uma centelha ou chama exposta A temperatura em que tal fato ocorre é o ponto de fulgor do asfalto Obrigatoriamente esta temperatura deve ser bastante superior as temperaturas normalmente aplicadas na pavimentação de rodovias Contudo para garantir uma margem de segurança adequada o ponto de fulgor do asfalto é sempre medido para a sua comercialização PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 108 II10 Óleos Lubrificantes Os óleos lubrificantes os únicos derivados pesados do petróleo que possuem altíssimo valor comercial Por este motivo são muitos os prérequisitos para que um óleo tenha boas características de lubrificação No Brasil apenas alguns petróleos Baianos possuem a capacidade de produzirem cortes adequados a produção de óleos lubrificantes A REDUC responsável por oitenta por cento da produção nacional de óleos lubrificantes processa o petróleo Árabe Leve proveniente da Arábia Saudita ou o petróleo Basrah Leve proveniente do Iraque para viabilizar a produção de óleos lubrificantes Para serem comercializados os óleos lubrificantes devem possuir as seguintes propriedades Não inflamar a altas temperaturas Alta resistência à oxidação Devem apresentar características similares de lubrificação em partidas a frio ou quente e Devem apresentar pouca variação de viscosidade em função da temperatura PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 109 ANEXO III Determinação do Ponto Central do MLD pelo Método Fibonaci De modo análogo ao método da derivada o cálculo segundo o método Fibonaci também é realizado separadamente para os eixos X e Y Por se tratar de um algoritmo mais complexo que o aplicado no método da derivada para a solução do problema foi elaborada uma planilha no Excel Em ambos os casos eixo X e Y foram realizadas 17 iterações As figuras abaixo ilustram a convergência para os valores das coordenadas X e Y que minimizam a função objetivo Convergência Método Fibonaci Eixo X 31997 2700 3000 3300 3600 3900 4200 4500 4800 150 350 550 750 950 1150 1350 1550 Milhares Coordena da X m Custo US Figura III1 Convergência pelo Método Fibonaci Eixo X PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 110 Convergência Método Fibonaci Eixo Y 49013 1000 1150 1300 1450 1600 1750 1900 180 280 380 480 580 680 Milhares Coordena da Y m Custo US Figura III2 Convergência pelo Método Fibonaci Eixo Y Portanto pelo método da Fibonaci o ponto ótimo está localizado nas coordenadas Xm 31997 Ym 49013 Substituindo este ponto na equação 5 temos o custo em tubulações para a instalação do MLD na refinaria Duque de Caxias USS 413082200 PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 111 ANEXO IV Prova do Método da Derivada Temse um conjunto de pontos com coordenadas xi yi e pesos Pi Desejase encontrar os valores da coordenada de um ponto central que minimiza a função N i i i i y y x x P x y F 1 Equação 20 Tratase de calcular a derivada da função em cada intervalo e descobrir o ponto limite entre dois intervalos onde a derivada passa de valor negativo em um intervalo a não negativo no intervalo seguinte Como a função é separável podese encontrar o mínimo de cada parcela da função ou seja encontrar o valor de x e depois o valor de y que minimizam cada parcela da função objetivo O raciocínio aqui exposto para a variável x vale também para a variável y A função é contínua por partes com descontinuidade em cada ponto entre dois intervalos Seja uma função para quatro pontos Eles são ordenados em ordem crescente da coordenada No intervalo à esquerda dos pontos a função assume o valor 4 4 3 3 2 2 1 1 1 x x P x x P x x P x x P F Equação 21 A derivada com relação à x neste intervalo é 4 1 4 3 2 1 1 1 i iP P P P P x F DIF Equação 22 No intervalo seguinte entre x1 e x2 a função assume o valor 4 4 3 3 2 2 1 1 2 x x P x x P x x P x x P F Equação 23 A derivada neste intervalo é PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA 112 1 4 1 4 3 2 1 2 2 2 P P P P P P x F DIF i i Equação 24 Em geral entre um intervalo e o seguinte a derivada sofre uma variação igual a duas vezes o valor do peso no ponto Logo em algum ponto a derivada no intervalo seguinte ao ponto terá passado de um valor negativo para um valor não negativo Se a derivada passou para um valor positivo o ponto de mínimo da função é único e o valor da variável correspondente a este mínimo coincide com o valor da coordenada neste ponto Se a derivada passou para o valor zero o mínimo da função terá o mesmo valor em todo o intervalo entre o ponto que torna a variável zero e o ponto seguinte a onde a derivada se torna positiva Portanto o método da derivada apresentado nesta dissertação é um método exato que dá o valor da coordenada que torna mínimo o valor da função PUCRio Certificação Digital Nº 0612522CA