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Processo de Coqueamento Retardado

UCR - REGAP
by

Adalberto Teodoro

on 15 June 2015

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Transcript of Processo de Coqueamento Retardado

1. No primeiro mecanismo, compostos de altíssimo peso molecular, com uma estrutura complexa contendo enxofre, nitrogênio, oxigênio e metais, tais como os asfaltenos e resinas presentes nas frações pesadas do petróleo, sofrem reações de desalquilação das cadeias laterais e carbonizam-se. Devido à grande instabilidade térmica destes compostos, a carbonização é muito rápida. Em conseqüência disso, o resíduo de carbono isotrópico formado irá possuir um alto grau de desorganização e uma estrutura irregular amorfa. O coque formado é muito desordenado e possui um grande número de ligações cruzadas que fazem com que a grafitização seja difícil de ocorrer, até mesmo em altíssimas temperaturas.
2. No segundo mecanismo, diferentemente do mecanismo de precipitação de resinas e asfaltenos, ocorre basicamente a desidrogenação e desalquilação de estruturas aromáticas com subseqüente polimerização dos radicais livres formados (crescimento por polimerização de anéis aromáticos), originando moléculas polinucleadas que guiam a formação dos precursores do coque.
G6 - Processo de Coqueamento Retardado
MUNDO E O
PETRÓLEO

combinação complexa de hidrocarbonetos, composta na sua maioria de hidrocarbonetos alifáticos, alicíclicos e aromáticos, podendo conter também quantidades pequenas de nitrogênio, oxigênio, compostos de enxofre e íons metálicos, principalmente de níquel e vanádio.
A seguir será apresentado um pequeno prospecto a cerca da cadeia produtiva em torno do petróleo e logo mais o foco sobre o processo de conversão conhecido como coqueamento. Sejam todos bem vindos.
Características
Componentes:

Adalberto Teodoro; Igor Mazzeto; Paula Metzker; Lucas Takahashi; Junior Alves

O que é?
Antiguidade
Registros históricos da utilização do petróleo remontam a 4 000 a.C. devido a exsudações
e afloramentos frequentes no Oriente Médio. Os povos da Mesopotâmia, do Egito, da Pérsia e
da Judeia já utilizavam o betume para pavimentação de estradas, calafetação de grandes
construções, aquecimento e iluminação de casas, bem como lubrificantes e até laxativo.
Os chineses já perfuravam poços, usando hastes de bambu, no mínimo em 347 a.C.. Heródoto
citou em "Hitória", processos de obtenção do petróleo e do betume no Oriente Médio (Século V AC) .
Amiano Marcelino, historiador do período final do Império Romano, menciona o óleo da Media, usado em flechas incendiárias, e que não era apagado com água, apenas com areia; um outro óleo, mais viscoso,
era produzido na Pérsia, e chamado na língua persa de nafta.
No início da era cristã, os árabes davam ao petróleo fins bélicos e de iluminação.
O petróleo de Bacu, no Azerbaijão, já era produzido em escala comercial, para os padrões da época,
quando Marco Polo viajou pelo norte da Pérsia, em 1271.

Origens
A moderna indústria petrolífera data de meados do século XIX. Em 1850, James Young, na Escócia, descobriu que o petróleo podia ser extraído do carvão e xisto betuminoso, e criou processos de refinação. O primeiro poço nas Américas foi perfurado no Canadá, em 1858. Em agosto de 1859 o norte-americano Edwin Laurentine Drake perfurou o primeiro poço nos Estados Unidos.

Petróleo no Brasil
No Brasil, a primeira sondagem foi realizada no município de Bofete no estado deSão Paulo, entre 1892 e 1896, por iniciativa Eugênio Ferreira de Camargo. Foi responsável pela primeira perfuração, até à profundidade de 488 metros, que teve como resultado apenas água sulfurosa. Em 1932 foi instalada a primeira refinaria de petróleo do país, a Refinaria Rio-grandense de Petróleo, em Uruguaiana, a qual utilizava petróleo importado doChile, entre outros países. Foi somente no ano de 1939 que foi descoberto óleo no bairro do Lobato, emSalvador.
Em 2007 a Petrobrás anunciou a descoberta de petróleo na camada denominada pré-sal, que posteriormente verificou-se ser um grande campo petrolífero, estendendo-se ao longo de 800 km na costa brasileira, do estado do Espírito Santo ao de Santa Catarina, abaixo de espessa camada de sal (rocha salina) e englobando as bacias sedimentares do Espírito Santo, de Campos e de Santos.

UpStream
MidStream
DownStream
Unidade de Coque - Petrobras Regap
O coqueamento é um processo de conversão térmica utilizado para converter resíduo de petróleo em gás, destilados e coque. Em uma refinaria quanto mais resíduo o petróleo produzir, menos rentável será o processo, portanto uma unidade de coqueamento retardado converte resíduos em coque de petróleo sólido e hidrocarbonetos mais leves que são adequados para a produção de combustíveis. Por isto, além de dar destino ao resíduo de vácuo a unidade possui uma altíssima rentabilidade.
O processo de coqueamento retardado é considerado como semicontínuo, devido aos ciclos de coqueamento e descoqueamento dos tambores de coque. Conforme a etapa do ciclo do tambor, o seu efluente sofre alterações significativas de vazão, composição e temperatura.
Mecanismo Reação:
Diagrama do Processo:
Tipos de Coque e Aplicações:
Em função da natureza da carga empregada, são obtidos quatro principais tipos de coques classificados pelos produtores e consumidores como coques tipo esponja, esponja aluminium grade (favo de mel), agulha e finalmente o shot coke.
Torre de Fracionamento
A torre fracionadora proporciona a separação dos materiais, ou melhor, os materiais residuais mais leves são removidos enquanto que os mais pesados são condensados. Logo, objetiva o fracionamento o efluente proveniente do tambor de coque cujos produtos são: gasóleo pesado, gasóleo leve, nafta, GLP e gás combustível.
· Filtro de coque: Evita a passagem de finos de coque para a sucção da bomba de carga combinada e para o forno;
· Heat shield: Divisor das duas partes distintas da torre; Anel de restrição de passagem dos vapores do reator à regiões que permitam o contato destes com a carga fresca;
· Chicanas: Despressuriza os vapores efluentes do reator e inicia o processo de lavagem dos vapores ao remover alguns finos de coque;
· Prato de lavagem: Garante o fluxo uniforme pela seção reta da torre. Lava dos vapores ao reter os finos de coque;
· Pumpdown: Garante a recirculação do gasóleo pesado e resfriamento da corrente de efluentes;
· Sprays: atuam como os pratos e a chicanas em um projeto modificado;

Fornos
Operar de forma estável, atender a carga térmica do serviço e atender ao tempo de campanha das unidades – atualmente na faixa de 4 a 6 anos, com o menor dano possível ao equipamento. Atendendo requisito de eficiência térmica – manter indicador de energia da unidade. Fornos são em geral grandes consumidores de energia. A instrumentação é adequada e confiável evitando trips expúrios, permitindo o acendimento seguro e a operação segura que leve ao trip em condições controladas e segura.

>> Caixa de Cabeçotes:  Caixa externa a seção de radiação ou convecção onde se encontram as curvas de retorno ou cabeçotes;
>> Curvas de retorno:  Curvas de igual dimensões que os tubos com centro a centro de 2 ou 3 Dn;
>> Cabeçotes:  peças fundidas que fazem o mesmo papel que as curvas mas que possuem plugs que permitem a limpeza dos tubos tipicamente por turbinagem;
>> Coifa ou Breeching  Transição entre o topo da seção de convecção e os dutos de gases quentes ou a chaminé;
>> Chaminé –> dispositivo no qual os gases de combustão são lançados na atmosfera, deve ser calculado para atender a necessidade de tiragem (pressão negativa) do forno e assegurar a dispersão dos gases de combustão em função da topologia e do teor dos poluentes.


Tambor de Reação
O Tambor é constituído de anéis circulares com espessuras diversas, considerando a pressão de operação mais a carga hidrostática devida ao produto.
Os danos mais comuns no Tambor de Coque são:
- Distorção e trincas na ligação soldada do casco com a saia;
- Distorção e trincas no casco (bulge), próximo das soldas circunferenciais, nos anéis inferiores;
>> Localizada (bulge): podem ser produzidas por hot spots ou pelas tensões geradas durante a contração (shrinkage) do costado, provocando uma forte interação com o coque, devido ao atrito (Boswell e Farraro – 1997).

>> Na junção casco e saia:
- Gradiente térmico elevado gerando tensões elevadas e provocando a falha por fadiga;
- Material não homogêneo;
- Estrutura muito rígida (geometria)
Legislação
A legislação mais atual acerca da produção, fiscalização e regulamentação da venda do petróleo em solo brasileiro é datada de 1997, na Lei Nº9478, a qual dispõe sobre a política de energética nacional, as atividades relativas ao monopólio do petróleo e institui o Conselho Nacional de Política Energética e a Agência Nacional do Petróleo e dá outras providências. Essa lei foi estabelecia nove anos após a promulgação da Constituição da República Federativa do Brasil, que no Artigo 177 explicita sobre algumas regulações do petróleo.
Outras leis incidem sobre refinarias que produzem petróleo e seus derivados, existem legislações referentes ao meio ambiente. Especificamente sobre o coque, não há legislações que definem a composição do subproduto, há apenas leis sobre o armazenamento e transporte. Vale ressaltar que há diversas leis de âmbito municipal e estadual que definem algumas regras sobre as instalações de plantas de refinarias.

Balanço de Massa
Para o balanço de massa a seguir foram utilizadas as vazões médias coletadas durante um ciclo de tambor (22 horas). As vazões adotadas são vazões volumétricas médias desse intervalo de tempo e normalizadas de processo (através do cálculo das placas de orifício usadas na medição de vazão) para D20/4°C. As densidades utilizadas seguem a normalização das vazões e são baseadas nas analises realizadas pelos laboratórios da REGAP.
Shot coke
cargas ricas em asfaltenos (> 13% m/m),formadas por resíduos de vácuo ou resíduos asfálticos que apresentam altos teores de enxofre e metais - a olho nu, o material apresenta forma esférica de várias dimensões.

Coque esponja
formado por resíduo de vácuo que ainda contém resinas e médios teores de enxofre, asfaltenos e metais – a olho nu, o material apresenta pequenos poros e paredes espessas.

Coque esponja aluminum grade
formado a partir do resíduo de vácuo, apresenta menores teores de impurezas do tipo asfaltenos, enxofre, resinas e heteroátomos. Camadas mais alinhadas e poros em forma de elipse.

Coque agulha
classificado como material anisotrópico. Cargas são formadas por óleos decantados ricos em hidrocarbonetos aromáticos, que contém baixa presença de asfaltenos, resinas e metais.
ATUAÇÃO DA ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
>> Aperfeiçoamento da integração do processo entre todas as unidades da refinaria, otimizando o processamento em termos de produtividade, qualidade e tempo;
>> Redução dos custos operacionais e elevação da produtividade, lucratividade e qualidade em relação aos produtos finais;
>> Integração das unidades do processo em outras unidades ou outros sistemas que aperfeiçoem ou otimizem a produção como um todo;
>> Analisar os postos de trabalho e pensar em redefinições de tarefas de maneiras mais ergonômicas;
>> Aperfeiçoar a logística de entrega das matérias-primas e produto final para os clientes internos e externos;
>> Melhoria no processo de tomada de decisão em termos operacionais;
>> Delineio da planta industrial e distribuição dos processos na mesma;
>> Reflexão sobre o fluxo de informações e a melhoria no desenvolvimento de competências operatórias nos trabalhadores.


>> Garantir continuidade operacional;
>> Controle e monitoramento a distância;
>> Aumentar eficiência do processo;
>> Tornar mais seguro ao homem e ao meio ambiente;
>> Eficiência máxima de recursos.
ATUAÇÃO DA ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Pela realização do trabalho, conseguimos compreender a importância do processo de coqueamento dentro de conjunto de processos ligados à obtenção de produtos do petróleo. Também foi possível aprender que os principais interesses das áreas das engenharias estudadas (Controle e Automação e Produção) se voltam para a otimização e constante adaptação dos processos, enquadrando os mesmos para atender as demandas do mercado e do setor no qual se inserem.
REFERENCIAS
>> BARKER, C. Composition and Properties of Petroleum. In: Enhanced Oil Recovery, I Fundamentals and Analyses, Amsterdam, 1985.
>> BRASIL, N. I. Destilação de Petróleo, Petrobrás, 2000
>> DVORSAK, P., GOMES, G., HEIL, T. Indústria petroquímica brasileira: situação atual e perspectivas. BNDES, 2005.
>> FARAH, M.A. Caracterização do Petróleo e seus Produtos. Parte 1 Combustível. PETROBRAS/RH/UC/DTA, 2002.
>> LÁZARO, W. Processos de Coqueamento. Petrobrás, 2000.
>> Pieper,C.J. and Shockley L and Steward,C.;Coke drum design – longer life through innovation, AIChE 2000 Spring National Meeting, March/2000
>> Boswell,P.E. and Farraro,T.; Determination of Coke Drum Fitness for Service & Remaining Life, Stress Engineering Services, Houston,TX, EUA
>> Vanessa Barbosa. Os 15 países com as maiores reservas de petróleo do mundo exame.com.br.
Visitado em 01 de outubro de 2012.

Obrigado!
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