REF 002 - Destilação atmosférica do petróleo

Depois de passar pela unidade sessalgadora, o petróleo bruto é levado para uma fornalha onde deve ser parcialmente vaporizado. Esta vaporização deve ser realizada na maior temperatura possível sem haja craqueamento térmico. Isso significa algo em torno de 400°C. No caso de um petróleo leve, o resultado é a vaporização de cerca de 50% do petróleo.  A ocorrência de craqueamento vai conferir um leve tom amarelado ás frações usadas na formulação dos chamados combustíveis brancos.

Se o petróleo não for bem dessalgado, os cloretos vão se transformar em gás clorídrico. O gás clorídrico em si não é muito ruim, mas ele vai percorrer toda a coluna até o topo e formar ácido clorídrico ao se misturar com vapor d’água condensado. O ácido clorídrico é um agente corrosivo forte e vai rapidamente corroer o tambor de separação da coluna atmosférica.

O petróleo parcialmente vaporizado é levado para a coluna de destilação atmosférica. A parte líquida desce a coluna para formar o cru reduzido. Para vaporizar mais petróleo, vapor vivo é injetado na base da coluna. Com isso se consegue acrescentar, por arraste, mais uns 20% de vapor ascendente.

No topo sai os gases até C5. Descendo a coluna são retiradas lateralmente as seguintes frações: nafta leve, nafta pesada, destilado leve, destilado pesado e gasóleo atmosférico. As naftas podem ter outros usos, mas são, na verdade, precursoras da gasolina. Os destilados são precursores do diesel.

As frações não são simplesmente retiradas lateralmente, elas passam por uma pequena coluna esgotadora com 4 ou 5 pratos, conforme mostra o desenho a seguir. No lugar do vapor vivo pode ser usado um refervedor.

O gas que sai no topo da coluna atmosférica é conhecido com gás de petróleo, o mesmo nome dado ao gás que sai do poço junto com o petróleo. Ele é constituido por etano, propano, butanos e pentanos.

As naftas são muitas vezes denominadas gasolinas,  sendo precursoras destas. A nafta leve pode ser usada para fins petroquimicos. A curva de destilação ASTM da nafta vai do pentano até cerca de 200°C.

O destilado leve pode ser querosene ou combustível de jatos tudo vai depender da curva de destilação ASTM.

O ponto final da curva de destilação ASTM do destilado pesado se situa em torno de 370°C. O diesel é o resultado da mistura dos destilados leve e pesado.

O que sobrou, subtraido o cru reduzido, é o gasóleo atmosférico, cujo ASTM EP pode atingir 600°C.

Reator tubular

É o reator mais simples.  Consiste de um tubo de raio R e comprimento L onde os reagentes  entram por uma das extremidades e os produtos saem pela outra extremidade. A reação, que transforma os reagentes nos produtos, ocorre ao longo do comprimento do tubo.

Os reatores tubulares processam reações em misturas reagentes líquidas e gasosas. Os reatores do tipo tanque só processam reações em fase líquida. Pode ser um tubo único, mas o mais comum é que seja um feixe de tubos. Ele não precisa ser necessariamente um tubo reto, podendo ser uma serpentina imersa no fluido térmico.

Potência de agitação

Para calcular a potência do motor que aciona um agitador é necessário um gráfico dilog relacionando o número de potência com o número de Reynolds. Este não é qualquer gráfico, mas um especifico para o tipo de tanque e agitador que usará o motor. É mais fácil escolher o tanque e o agitador que atenda a um dos gráficos disponíveis na literatura. Os números de Reynolds e de potência são, respectivamente,

As unidades devem ser tais que estes números resultem adimensionais.

Para construir uma curva experimentos precisam ser realizados relacionando o torque com a velocidade de rotação do agitador. Para medir o torque usa-se um dinamômetro de torque.

A Figura abaixo contém um esboço de uma das possíveis formas da curva. A partir do torque a potência correspondente pode ser facilmente calculada. Nela é possível perceber a existência de três regiões. Na região laminar a relação entre o número de potência e o número de Reynolds é linear. Quando esta relação se torna não linear temos a região de transição. Na região turbulenta o número de potência é constante e independe do número de Reynolds. Isso,porém, não significa que a potência seja constante. Ela cresce na região turbulenta com o número de Reynolds. Por isso não convém exagerar o valor do número de Reynolds.

Para usar este gráfico é necessário que as dimensões do agitador e do tqnque sejam proporcionais ao tanque piloto que gerou a curva de potência. Isso não é rigorosamente necessário, basta uma similaridade geométrica, mas uma correção deverá ser feita.

Para calcular a potencia são necessários a densidade e a viscosidade do fluido a ser agitado e o diâmetro do agitador. O número de Reynolds é calculado em função do número de rotação de forma a se situar no princípio da região turbulenta. A turbulência é fundamental para uma boa performance do agitador. Pelo gráfico obtém-se o número de potência. A partir do número de potência, a potência do motor é calculada. Os motores são especificados pela potencia, expressa em HP, e pela rotação, expressa em rpm. Escolhe-se o motor com potencia  e rotação acima da calculada. Um redutor colocado entre o motor e o eixo do agitador reduz a rotação a velocidade desejada.

PET 013 – Propriedades das rochas: Permeabilidade

A permeabilidade indica a facilidade com que os fluidos escoam através da rocha. Obviamente, para uma rocha ser permeável ela precisa ser porosa, mas uma rocha porosa pode ser impermeável. A permeabilidade é definida pela lei de Darcy. Esta lei estabelece que a vazão é diretamente proporcional à área transversal ao fluxo e à perda de carga e inversamente proporcional à viscosidade do fluido e à espessura do leito poroso. Assim

Para transformar numa igualdade basta inserir um coeficiente de proporcionalidade k tal que

Esta constante de proporcionalidade é conhecida como permeabilidade do meio poroso. A equação acima é a lei de Darcy para escoamento em meios porosos. Dividindo os dois membros por A resulta

onde v é a velocidade do fluido no meio poroso. Uma terceira forma diferencial é possível

Esta equação vale tanto para líquidos como para gases. Para calcular o valor da permeabilidade uma amostra de geometria conhecida, geralmente cilíndrica, de área transversal e comprimento conhecidos é submetida a uma perda de carga e a vazão é medida. Estes valores são inseridos na fórmula

O equipamento usado para medir a permeabilidade é conhecido como permeâmetro. A unidade da permeabilidade será o Darcy se as unidades usadas forem as do SI. Como o Darcy é uma unidade muito grande a permeabilidade é normalmente expressa em miliDarcy (mDa).

Existem três diferentes permeabilidades: a absoluta, a efetiva e a relativa.

A permeabilidade absoluta é a obtida usando um fluido monofásico e a efetiva usando fluidos multifásicos. No caso de petróleo as fases envolvidas são petróleo, gás e água. A permeabilidade relativa é a razão entre a permeabilidade efetiva e absoluta.

Considerando um reservatório a permeabilidade será considerada ruim se a permeabilidade estiver entre 0 mDa e 10 mDa, boa se estiver entre 10 e 100 mDa e excelente se o valor for acima de 1000 mDa.

Reatores do tipo tanque em série

Os reatores do tipo tanque podem ser colocados em série como mostra a Figura a seguir. Neste caso, temos uma bateria de tres reatores, mas podem ser mais.

Comparando os reatores do tipo tanque simples com as baterias de reatores para uma mesma reação e o mesmo rendimento final, a soma dos volumes dos tanques da bateria resulta menor do que o volume do tanque único. Várias estratégias de alimentação podem ser adotadas. Se o número de reatores tende ao infinito a bateria de reatores tende ao reator tubular com escoamento bastonado.

Os reatores pode ser colocados de forma a formar um equipamento único como mostra a Figura a seguir. Nesta Figura temos uma bateria de quatro reatores separados por placas perfuradas.

  

Outras configurações podem ser imaginadas de forma a compactar a bateria de reatores do tipo tanque contínuos num único equipamento.

REF 001 – Dessalgação do petróleo (petroleum desalting)

O petróleo recebido, seja transportado por oleodutos, ou por navio petroleiros, ou por combinação destas formas de transporte, é recebido nos tanques de armazenamento da refinaria. Neste ponto, o petróleo contém água, sais inorgânicos, traços de metais solúveis e particulas sólidas. A primeira operação consiste, portanto, na retirada ddestas impurezas para evitar a ocorrência de corrosão e/ou envenenamento de catalisadores durante o refino.

Para isso, o petróleo, aquecido entre 60°C e 170°C para reduzir a viscosidade e a tensão superficial, é misturado com entre 3% e 10% de água mais emulsificantes numa válvula misturadora (mixing valve). A emulsão resultante é levada a um decantador onde a água se separa do petróleo. O fluxograma acima ilustra o processo. Neste fluxograma a água é injetada depois do aquecedor. Esta injeção pode ser antes do aquecedor.

A dessalgação pode ser realizada em dois ou mais estágios, cada estágio associado a um sedimentador. O petróleo parcialmente dessalgado no primeiro estágio é levado para o segundo estágio para uma segunda dessalgação. O arranjo pode envolver reciclo interno e externo.

A coalescência e a sedimentação das gotículas de água é facilitada pelo aquecimento. Para facilitar mais ainda, podem ser adicionados agentes químicos desemulsificantes.

A coalescencia das goticulas de salmoura pode ser acelerada por um campo elétrico muito intenso, acima de 10 mil volts. A corrente não atravessa a mistura porque o petróleo é um isolante. A coalescência é provocada pela polarização das gotas como mostra a Figura a seguir.

Observe que a polarização faz com as gotículas se atraiam formando gotas maiores por coalescencia. Elas são também atraidas pelos eletrodos. Desta forma é possivel reduzir o tempo de residencia de 1 ou 2 horas para até cerca de 20 minutos.

Flotação

Nasceu hoje, em 1867, Alexander Stanley Elmore. Juntamente com seu pai e seu irmão, Francis, ele estava envolvido no refinamento eletrolítico do cobre  e na produção de tubos deste metal.  O primeiro processo de flotação usado em escala comercial foi desenvolvido por Francis, patenteado em 1898, e levado a escala industrial por Alexander. 

O processo consistia em moer o material recebido das minas, suspender em água e misturar com o óleo. O óleo capturava seletivamente o mineral metálico separando-o da ganga. O óleo flutuava, digo, flotava e a ganga ficava na fase aquosa mais densa. Os irmãos desenvolveram depois aquele que é conhecido como processo Elmore a vácuo que consumia uma quantidade menor de óleo.