Uma refinaria de petróleo é uma planta industrial, a partir da matéria-prima do petróleo por purificação e destilação sob pressão normal e sob vácuo em frações com uma faixa de ebulição definida transferida. O refinamento adicional dos cortes de ebulição é feito por métodos como extração ou métodos de limpeza química. Para aumentar a qualidade dos produtos, como o índice de octanas, são utilizados processos de conversão como isomerização ou reforma catalítica. Além disso, aditivos são adicionados aos produtos que melhoram ou suprimem certas propriedades.
São obtidos produtos de maior valor, como gasolina, diesel, gasóleo ou querosene. Para a indústria química, são produzidas matérias-primas como gás liquefeito de petróleo, nafta e destilado médio. As refinarias de petróleo são muitas vezes grandes complexos industriais cuja imagem é composta por extensas fazendas de tanques, colunas de retificação, sistemas de tubulação e sistemas de queima. As refinarias de petróleo são consideradas negócios intensivos em energia. O alto aporte energético necessário (até 50% dos custos) para a produção é obtido em parte dos próprios transportadores de energia primária, e é fornecido como energia elétrica e energia térmica.
Qual é a matéria-prima de uma refinaria?
A matéria-prima das refinarias é o petróleo. O petróleo consiste em uma mistura de hidrocarbonetos. Os mais frequentemente representados são alcanos lineares ou ramificados (parafinas), cicloalcanos (naftenos) e aromáticos. Cada óleo possui uma composição química específica, dependendo da localização, que também determina propriedades físicas como cor e viscosidade.
O petróleo contém, em menor grau, compostos de carbono contendo nitrogênio, oxigênio ou enxofre, como aminas, porfirinas, mercaptanos, tioéteres, álcoois e quinonas. Além disso, existem compostos metálicos como ferro, cobre, vanádio e níquel., A proporção de hidrocarbonetos puros varia consideravelmente. A proporção varia de 97% a apenas 50% para óleos pesados e betume. O teor de carbono está entre 83 e 87%, o teor de hidrogênio entre 10 e 14%. Outros elementos do grupo principal estão entre 0,1-1,5%, o conteúdo de compostos metálicos é inferior a 1000ppm.
Os óleos brutos típicos diferem dependendo do depósito. West Texas Intermediate (WTI) é um petróleo leve de alta qualidade, leve e com baixo teor de enxofre de Cushing, Oklahoma. Um representante europeu é o Brent Blend, um petróleo bruto dos 15 campos petrolíferos Brentsystem existentes no Mar do Norte. O Dubai e Omã no Oriente Médio é promovido principalmente para o mercado da Ásia-Pacífico. Tapis da Malásia é leve, Minas da Indonésia é um petróleo pesado do Extremo Oriente.
Quais produtos são obtidos em uma refinaria?
Os produtos acabados podem ser gasosos, líquidos ou sólidos. Porcentagem, o rendimento de uma refinaria moderna é de cerca de 3% de gases liquefeitos, como propano e butano. Cerca de 9% são derivados do petróleo (nafta) e 24% da gasolina (gasolina). Combustíveis de ponto de ebulição mais alto, como combustível de aviação (querosene), respondem por 4%, óleo diesel e combustível leve até 21%, combustível pesado 11%.
Componentes sólidos e de alta viscosidade, como betume ou óleo combustível, são pesados em 3,5%, lubrificantes em 1,5%. Cerca de 2% é contabilizado por outros produtos ou perdas. Dependendo do grau de processamento posterior, o consumo próprio da refinaria situa-se entre 5 e 10% do petróleo bruto utilizado. O MiRO, por exemplo, tem capacidade para 16 milhões de toneladas de petróleo bruto, que é processado em 14,9 milhões de toneladas de produtos finais, o que significa que o autoconsumo gira em torno de 7%.
As quantidades de produtos acabados dependem, por um lado, dos tipos de petróleo bruto utilizados e, por outro, das unidades de processamento disponíveis na refinaria. Portanto, os óleos brutos "leves" contêm níveis relativamente altos de produtos leves, ou seja, de baixa densidade, como GLP, querosene, gasolina, diesel. Os óleos brutos pesados contêm grandes quantidades de produtos pesados, como óleo combustível pesado e betume.
Nas refinarias modernas, alguns desses componentes pesados podem ser convertidos em mais leves, como o craqueamento, para que essa refinaria possa processar petróleo mais pesado.
Como funciona uma refinaria de petróleo?
O óleo extraído dos tanques é tratado no local antes do transporte para a refinaria, essencialmente por separação grosseira de componentes indesejáveis, como sedimentos e água. Após essas etapas iniciais de processamento, o petróleo bruto que é produzido agora é entregue à refinaria por navio ou oleoduto. Aqui, a mistura líquida é separada em etapas adicionais com um processo especial de destilação em diferentes frações e processada em produtos vendáveis. A tecnologia está tão avançada hoje que nenhuma substância no petróleo bruto permanece sem uso. Até mesmo o gás de refinaria produzido é usado como subproduto indesejável. É usado diretamente em fornos de processo como transportador de energia ou usado em processamento químico como gás de síntese.
Purificação / dessalinização de óleo
O óleo/petróleo bruto já é lançado no reservatório de areia e água. Para evitar a corrosão no equipamento, o petróleo bruto é dessalinizado (para <10 ppm de salinidade), adicionando água, é produzida uma emulsão de petróleo bruto e água. O sal dissolve-se na fase aquosa desta emulsão. A emulsão é então re-separada em um dessalinizador eletrostático, a água salina se deposita no fundo e é fornecida às estações de tratamento apropriadas, e o petróleo bruto dessalinizado é bombeado para destilação.
A refração da emulsão ocorre a temperaturas elevadas de aproximadamente 130°C para diminuir a viscosidade do petróleo bruto e tensões de aproximadamente 20 kV. Trabalhar em alta pressão evita que os voláteis evaporem durante esta etapa do processo. A emulsão de óleo e água também pode ser quebrada pela adição de produtos químicos adequados, chamados desemulsificantes.
Processamento primário (destilação de petróleo bruto)
Após a dessalinização, o petróleo bruto é aquecido em duas etapas. O pré-aquecimento é feito em trocadores de calor recuperando o calor do produto vencido. O pré-aquecimento máximo é feito por fornos de até cerca de 400°C. O óleo aquecido é purificado por retificação em coluna de até 50 m de altura. Separado em seus componentes. O petróleo bruto entra na coluna em um fluxo bifásico (gás/líquido).
O perfil de temperatura desce em direção ao topo. Como a temperatura no fundo, ou seja, no fundo da coluna, é mais alta e os componentes leves não podem condensar, eles continuam a subir na forma gasosa.
No topo da coluna, gás e gasolina leve, denominada nafta, incluindo o querosene, intermediário para aeronaves a turbina (não confundir com o chamado "jet fuel", o AVGAS para aeronaves ottmotorenen), óleo diesel e combustível leve (aquecimento a óleo e diesel. -Estoque) e na parte inferior - o fundo da coluna - o resíduo atmosférico (em inglês: Long resíduo). Esta primeira retificação ocorre à pressão atmosférica e, portanto, é chamada de retificação atmosférica.
O resíduo é redestilado em outra coluna de retificação a baixa pressão (geralmente ~20 mbar) para decompô-lo em outros produtos (ver destilação a vácuo). A retificação a vácuo é necessária porque o comprimento da cadeia de hidrocarbonetos de alto ponto de ebulição é maior e, em altas temperaturas, acima de 400 °C, eles tendem a se decompor termicamente em vez de destilar. Os produtos da destilação a vácuo são o gasóleo a vácuo e o chamado "resíduo curto".
Método de conversão e mixagem
Após o processamento primário, vários processos de acabamento são usados para remover contaminantes (enxofre, nitrogênio) e melhorar a qualidade dos intermediários. Posteriormente, os produtos finais, como gasolina de motor, Jet A-1, óleo diesel ou combustíveis de diversos compostos/componentes intermediários misturados (reticulados), que são produzidos nos processos de fabricação mencionados abaixo.
Hidrotratamento
Os componentes da destilação fracionada (nafta, destilados médios, gasóleos de vácuo) ainda são ricos em compostos de enxofre. Estes podem envenenar os catalisadores durante o processamento a jusante (reforma catalítica, veja abaixo). A queima direta de produtos não tratados (óleo de aquecimento) produziria SO 2 prejudicial ao meio ambiente. No hidrotratamento, os componentes a serem dessulfurizados são misturados com hidrogênio e aquecidos a cerca de 350°C. A mistura quente entra em um reator cheio de níquel, molibdênio ou cobalto em catalisadores de alumina que reagem hidrogênio com compostos de enxofre, nitrogênio e oxigênio para produzir sulfeto de hidrogênio, amônia e água.
reforma catalítica
A reforma catalítica visa aumentar a octanagem da nafta (faixa de ebulição ~ 70-180 °C) e produzir hidrocarbonetos aromáticos. Além disso, o hidrogênio é obtido como um produto que é utilizado em processos de hidrotratamento e hidrocraqueamento. A reforma ocorre a aproximadamente 500 °C e, dependendo do tipo de processo, de 3,5 a 40 bar. Catalisadores bifuncionais (platina-estanho ou platina-rênio, em óxido de alumínio clorado ou zeólitos) são usados.
Nos centros metálicos do catalisador, as reações de hidrogenação/desidrogenação são preferencialmente realizadas, enquanto os sítios ácidos catalisam reações de isomerização e fechamento do anel. Uma reação secundária indesejável é a coqueificação do catalisador através de reações de polimerização e desidrogenação. O coque é removido pela queima do coque e depois pela oxicloração do catalisador.
isomerização
Na isomerização, os n-alcanos são convertidos em iso-alcanos com o objetivo de aumentar a octanagem ou alterar o padrão de substituição no aromático. Portanto, meta-xileno em o- e p-xileno isomeriza, uma vez que estes são usados para a preparação de anidrido ftálico ou dimetil tereftalato. Existem catalisadores semelhantes aos da reforma catalítica em uso. A reação é realizada a temperaturas mais baixas, em torno de 250 °C e, para evitar a desativação do catalisador por coque, a uma pressão parcial de hidrogênio moderada de cerca de 15 bar. Devido às condições suaves em comparação com o processo de reforma catalítica, as reações de craqueamento e fechamento do anel são amplamente suprimidas.
Outros processos de isomerização referem-se à conversão de n-pentano em isopentano ou n-hexano em iso-hexano (aumento do índice de octano, por exemplo, processo Hysomer, processo PENEX).
alquilação
Na alquilação são implementados iso-alcanos (isobutano) e alcenos (n- e iso-) sob catálise ácida para formar iso-alcanos de alto peso molecular (C7-C12). É assim que o isobuteno e o isobutano reagem. para. a 2,2,4-trimetilpentano (isooctano). Os reagentes são reagidos na fase líquida em um excesso de alcano com ácido sulfúrico concentrado ou ácido fluorídrico anidro.
O tempo de residência típico é de cerca de 10 a 15 minutos. Em seguida, as fases líquidas são separadas por sedimentação das fases. No chamado iso-stripper, o iso-Alcano é separado e devolvido ao processo (reciclado). O produto final acabado é conhecido como alquilato. O processo é adequado se a refinaria tiver vapor ou catcracker e, portanto, puder fornecer os materiais de partida para a alquilação.
quebrando
Existem três grupos principais de crackers: térmico, catalítico e hidrocraqueamento.
No craqueamento térmico não há catalisadores. Como resultado, podem ser fornecidos resíduos da destilação de óleo, o que danificaria o catalisador durante o craqueamento catalítico devido ao seu teor de metais pesados e enxofre.
Ao visbreaking z. B. é o craqueamento de óleos residuais pesados em tempos de residência moderados e temperaturas em torno de 500°C com o objetivo de produzir gasóleo. O rendimento do diesel (e mais leve) é de cerca de 30% para o quebra-gelo. A destilação subsequente separa as frações voláteis.
No coqueamento retardado, o coque de petróleo é recuperado por craqueamento térmico dos resíduos da destilação a vácuo. Para tanto, o óleo residual é aquecido a aproximadamente 500°C e pulverizado em câmaras de coqueamento, onde é convertido em coque de petróleo, hidrocarbonetos líquidos e gasosos. Após a coqueificação, o coque é separado mecanicamente e, se necessário, liberado de compostos voláteis em fornos de calcinação a temperaturas de 1200°C.
No entanto, nafta, gasóleo ou mesmo gasóleos hidrogenados a vácuo (Hydrowax, Hydrocracker BOttoms) também podem ser craqueados termicamente pelo chamado craqueamento a vapor de eteno, propeno e aromáticos. para produzir
Durante o craqueamento catalítico são silicatos ácidos como catalisadores, os materiais de partida são gás de petróleo atmosférico pesado ou gás de vácuo. Os produtos são predominantemente olefinas e alcanos de cadeia curta.
Quando eu hidrocraqueio alcanos de cadeia longa, eles são convertidos na alimentação de hidrogênio em alcanos de cadeia curta. Em pressões parciais mais altas de hidrogênio, mesmo os aromáticos são hidrogenados e, assim, os cicloalcanos são gerados. O eduto utilizado é predominantemente gasóleo a vácuo. A maioria dos compostos de enxofre e nitrogênio no reagente irá hidrogenar, então volumes substanciais de H2S e NH3 são incorridos.
método de cláusula
Os processos de hidrotratamento, hidrocraqueamento e a necessária produção de gás de síntese a partir de óleo pesado produzem quantidades consideráveis de H 2 S, que não podem ser simplesmente "queimadas". No processo Claus, o sulfeto de hidrogênio resultante é queimado subestequiometricamente com oxigênio atmosférico em um reator. O SO 2 resultante se decompõe com H 2 S residual em enxofre elementar e água.
A reação inicialmente incompleta é conduzida através de várias etapas catalíticas em temperaturas mais baixas para completar a conversão.
Em outro processo (processo WSA, ácido sulfúrico úmido), o ácido sulfúrico é produzido diretamente a partir de sulfeto de hidrogênio.
Proteção ambiental, segurança do trabalho e segurança da fábrica
Equipamentos de processo, tanques e sistemas de tubulação estão sujeitos a extensas medidas de segurança. O objetivo da segurança da planta e da prevenção de acidentes é prevenir distúrbios e limitar os efeitos de distúrbios que ainda ocorrem nas pessoas e no meio ambiente.
As instalações para a produção, armazenamento e extração de petróleo bruto e seus derivados requerem uma licença na Alemanha de acordo com a Lei Federal de Controle de Imissões. Isso exige que as usinas sejam construídas e operadas de acordo com o estado da arte. Além disso, as normas técnicas aplicáveis devem ser seguidas. Os requisitos para a gestão de substâncias poluentes na água decorrem da Lei de Recursos Hídricos.
história das refinarias
As primeiras refinarias de petróleo já foram construídas no início da era do óleo mineral, ou seja, em meados do século XIX. A primeira refinaria foi fundada em 1856 por Ignacy Łukasiewicz, o inventor da lâmpada de querosene, em Ulaszowice, Polônia. Depois de ter sido destruída pelo fogo, outra refinaria mais moderna foi construída em Chorkówka. Muito rapidamente, os óleos luminescentes derivados do petróleo começaram a substituir os combustíveis das lâmpadas que até então eram obtidas a partir de gorduras animais, particularmente o Waltran, para o qual era necessário primeiro um tratamento do petróleo bruto por destilação.
A destilação do óleo recuperado foi realizada de forma muito simples. Para isso, uma chaleira de cobre foi enchida com aproximadamente 750 litros de óleo e o conteúdo da chaleira foi fervido. Os vapores resultantes foram passados através de um sistema de tubos de resfriamento onde se condensaram. Desta forma, o óleo, que era usado para acender lampiões de querosene, ganhou. O resíduo de alcatrão remanescente na caldeira foi descartado como resíduo.
A exploração de outros produtos petrolíferos e, em particular, a rápida disseminação de motores de combustão interna após a Primeira Guerra Mundial, não apenas exigiu a construção de muitas novas refinarias, mas também levou a um rápido desenvolvimento do processo de refinaria.
Como em muitas outras indústrias, os requisitos para uma refinaria e, em particular, para os produtos, mudaram ao longo dos anos. Basicamente, trata-se da adaptação da especificação do produto ao chamado, que sofreu alterações devido às leis (meio ambiente e saúde). Por exemplo, o teor de enxofre permitido na maioria dos combustíveis e também no óleo de aquecimento diminuiu.
