Ecoeficiência na indústria de petróleo: o estudo do craqueamento catalítico na Petrobrás

The concern with the environment is not a recent phenomenon, however, during some time the quarrel over ambient elements did not succeed to reach similar importance as subjects like productivity and quality. The diagnosis of ambient problems with serious consequences in the whole world contributed to renew the concern with the environment and the ambient element acquired high importance in daily activities and in the activities of manufacture and commerce. During many years the ambient politics and regulations were seen as limits to the production or expansion of the productive activities. In the present work we developed a study which demonstrates, in fact this picture is not real. Therefore it is possible to act in efficient considering ambient and economics. A concept that searchs to add efficiency in operations, productiveness and economics to the respect with the environment is the ecoefficiency. In the present work a study of case in the area of ecoefficiency was developed and presents some innovations developed and adopted in the oil industry that had contributed for the company to reach greater efficiency using natural resources, with lesser losses and greater production of demanded derivatives of oil and thus contributing for higher productive, economic and ambient efficiency.

Estudo da regeneração de aditivos para catalisadores de craqueamento aluminofosfatos (ALPO s)e silicoaluminofosfatos (SAPO s)

Heterogeneous catalysts such as aluminophosphate and silicoaluminophosphate, molecular sieves with AEL of ALPO-11 and SAPO-11, were synthesized by the hydrothermal method with the following molar composition: 2.9 Al +3.2 P + 3.5 DIPA +32.5 H20 (ALPO-11); 2.9 Al +3.2 P + 0.5 Si + 3.5 DIPA +32.5 H20 (SAPO-11) starting from silica (only in the SAPO-11), pseudoboehmite, orthophosphoric acid (85%) and water, in the presence of a di-isopropylamine organic template. The crystallization process occurred when the reactive hydrogel was charged into a vessel and autoclaved at 170ºC for a period of 48 hours under autogeneous pressure. The obtained materials were washed, dried and calcined to remove the molecular sieves of DIPA. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (FT-IR), thermo gravimetric differential thermal analysis (TG/DTA) and nitrogen adsorption (BET). The acidic properties were determined using adsorption of n-butylamine followed by programmed thermodessorption. This method revealed that ALPO-11 has weaker acid sites due to structural defects, while SAPO-11 shows an acidity that ranges from weak to moderate. However, a small quantity of strong acid sites could be detected there. The deactivation of the catalysts was conducted by the cracking of the n-hexane in a fixed bed continuous flow microrreator coupled on line to a gas chromatograph. The main products obtained were: ethane, propane, isobutene, n-butane, n-pentane and isopentane. The Vyazovkin (model-free) kinetics method was used to determine the regeneration and removal of the organic template

Craqueamento termocatalítico de óleo de girassol na presença da peneira molecular SAPO-5

The catalytic cracking of triglycerides presents itself as a possible alternative to the production of biofuels with low emission of pollutants. In this work were synthesized the SAPO-5, the catalysts for the cracking reaction of soybean oil is presented. The solids were powder X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TG/DTG) and infrared spectroscopy (FTIR). The analyses indicated that the synthesis method has employed to obtain materials with high surface area and high acid. The soybean oil thermal and thermal catalytic cracking, realized from the room temperature to 450 ºC in a simple distillation system, has allowed obtaining two liquid fractions, each consisting of two phases, one aqueous and another organic, organic liquid (OL). The OL obtained from first fractions has shown high acid index, even in the thermal catalytic process. The products obtained in the cracking of soybean oil were analyzed by distillation, acid number, infra-red spectroscopy, density, viscosity, carbon residue, cetane number determination and characterization. The analysis of the products obtained in the presence and in the absence of the SAPO-5 permitted to conclude that all the solids tested presented catalytic activity in the deoxygenation of final products only at the second step of the cracking process

Obtenção de diesel verde por craqueamento termocatalítico de óleo de buriti (Mauritia flexuosa L.) sobre materiais nanoestruturados do tipo LaSBA-15

In order to obtain a biofuel similar to mineral diesel, lanthanum-incorporated SBA- 15 nanostructured materials, LaSBA-15(pH), with different Si/La molar ratios (75, 50, 25), were synthesized in a two-steps hydrothermal procedure, with pH-adjusting of the synthesis gel at 6, and were used like catalytic solids in the buriti oil thermal catalytic cracking. These solids were characterized by X-ray fluorescence (XRF), powder X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TG/DTG), infrared spectroscopy (FTIR), nitrogen porosimetry and ethanol dehydration, aiming to active sites identify. Taken together, the analyses indicated that the synthesis method has employed to obtain materials highly ordered mesostructures with large average pore sizes and high surface area, besides suggested that the lanthanum was incorporated in the SBA-15 both into the framework as well as within the mesopores. Catalytic dehydration of ethanol over the LaSBA-15(pH) products has shown that they have weak Lewis acid and basic functionalities, indicative of the presence of lanthanum oxide in these samples, especially on the La75SBA-15(pH) sample, which has presented the highest selectivity to ethylene. The buriti oil thermal and thermal catalytic cracking, realized from the room temperature to 450 ºC in a simple distillation system, has allowed obtaining two liquid fractions, each consisting of two phases, one aqueous and another organic, organic liquid (OL). The OL obtained from first fractions has shown high acid index, even in the thermal catalytic process. One the other hand, OL coming from second ones, called green diesel (GD), have presented low acid index, particularly that one obtained from the thermal catalytic process realized over LaSBA-15(pH) samples. The acid sites presence in these samples, associated to their large average pore sizes and high surface areas, have allowed them, especially the La75SBA-15(pH), to present deoxygenating activity in the buriti oil thermal catalytic cracking, providing an oxygenates content reduction, particularly carboxylic acids, in the GD. Furthermore, the GD comes from the second liquid fraction obtained in the buriti oil thermal catalytic cracking over this latest solid sample has shown hydrocarbons composition and physic-chemical properties similar to that mineral diesel, beyond sulfur content low

Craqueamento térmico e termocatalítico do óleo de girassol (Hellianthus annus L.) sobre materiais micro e mesoporosos

Microporous materials zeolite type Beta and mesoporous type MCM-41 and AlMCM-41 were synthesized hydrothermally and characterized by methods of X-ray diffraction, Fourier transform infrared, scanning electron microscopy, surface acidity, nitrogen adsorption, thermal analysis TG / DTG. Also we performed a kinetic study of sunflower oil on micro and mesoporous catalysts. The microporous material zeolite beta showed a lower crystallinity due to the existence of smaller crystals and a larger number of structural defects. As for the mesoporous materials MCM-41 and AlMCM-41 samples showed formation of hexagonal one-dimensional structure. The study of kinetic behavior of sunflower oil with zeolite beta catalysts, AlMCM-41 and MCM-41 showed a lower activation energy in front of the energy of pure sunflower oil, mainly zeolite beta. In the thermal cracking and thermocatalytic of sunflower oil were obtained two liquid fractions containing an aqueous phase and another organic - organic liquid fraction (FLO). The FLO first collected in both the thermal cracking as the thermocatalytic, showed very high level of acidity, performed characterizations of physicochemical properties of the second fraction in accordance with the specifications of the ANP. The second FLO thermocatalytic collected in cracking of sunflower oil presented results in the range of diesel oil, introducing himself as a promising alternative for use as biofuel liquid similar to diesel, either instead or mixed with it

Síntese e caracterização de zeólita beta hierarquizada e materiais híbridos micro-mesoporosos aplicados no craqueamento de PEAD

A catalyst of great interest to the scientific community tries to unite the structure of ordered pore diameter from mesoporous materials with the properties of stability and acid activity to microporous zeolites. Thus a large number of materials was developed in the past decades, which although being reported as zeolites intrinsically they fail to comply with some relevant characteristics to zeolites, and recently were named zeolitic materials of high accessibility. Among the various synthesis strategies employed, the present research approaches the synthesis methods of crystallization of silanized protozeolitic units and the method of protozeolitic units molded around surfactant micelles, in order for get materials defined as hierarchical zeolites and micro-mesoporous hybrid materials, respectively. As goal BEA/MCM-41 hybrid catalysts with bimodal pore structure formed by nuclei of zeolite Beta and cationic surfactant cetyltrimethylammonium were developed. As also was successfully synthesized the hierarchical Beta zeolite having a secondary porosity, in addition to the typical and uniform zeolite micropores. Both catalysts were applied in reactions of catalytic cracking of high density polyethylene (HDPE), to evaluate its properties in catalytic activity, aiming at the recycling of waste plastics to obtain high value-added raw materials and fuels. The BEA/MCM-41 hybrid materials with 0 days of pre-crystallization did not show enough properties for use in catalytic cracking reactions, but they showed superior catalytic properties compared to those ordered mesoporous materials of Al-MCM-41 type. The structure of Beta zeolite with hierarchical porosity leads the accessibility of HDPE bulky molecules to active centers, due to high external area. And provides higher conversion to hydrocarbons in the gasoline range, especially olefins which have great interest in the petrochemical industry

Craqueamento termocatalítico da borra de neutralização do óleo de palma (Elaeis guineensis) em escala piloto

Os subprodutos das indústrias de refino de óleo e de biodiesel, como a borra de neutralização, são bastante extensivos e devido a sua baixa pureza e valor econômico constituem uma problemática para essas indústrias no descarte e destinação, sendo de fundamental interesse pesquisas para a utilização desse rejeito. Portanto, este trabalho visa investigar uma alternativa viável, econômica e ambiental para o destino deste subproduto usando o Processo de Craqueamento Termocatalítico da Borra de Neutralização do Óleo de Palma (Elaeis guineensis, Jaqc) em escala piloto utilizando-se 5, 10 e 15% de Carbonato de Sódio (Na²CO³) como catalisador e temperaturas finais de 440ºC e 420ºC. A borra foi obtida pelo processo de neutralização e submetida a uma desidratação e caracterizada assim como o catalisador foi desidratado em estufa e caracterizado em relação à Difração de Raio-X, Análise Térmica Gravimétrica (ATG) e à Análise Térmica Diferencial (TDA). Foram realizados cinco testes de craqueamento termocatalítico na Usina Piloto de Craqueamento (THERMTEK/FEQ/UFPA) o qual é constituído em um reator com agitação mecânica e capacidade de 125 litros, além da dinâmica do processo e destilação dos produtos do craqueamento. O produto líquido orgânico (PLO), amostras da dinâmica do processo e frações da destilação foram caracterizados de acordo com cada norma exigida pela ANP N°65 e analisadas por IV e RMN. Após as análises dos resultados verificou-se que a eficiência do processo aumenta com catalisador e temperatura e que a matéria-prima fornece produtos de baixa acidez e com boas características para uso como combustível. Pela análise da termodinâmica do processo percebeu que alguns parâmetros como viscosidade, densidade e ponto de fulgor diminuem com o tempo e aumento da temperatura, formando hidrocarbonetos mais leves. Com relação à destilação, as frações nas faixas mais pesadas se assemelham ao óleo diesel do petróleo na maioria dos parâmetros exigidos pela ANP N°65.

Craqueamento termocatalítico do óleo de buriti (Mauritia flexuosa L.), óleo de palma (Elaeis guineensis) e sabões do óleo de buriti (Mauritia flexuosa L)

O presente trabalho visa investigar o Processo de Craqueamento Termocatalítico do Óleo de Buriti (Mauritia flexuosa L.), óleo de palma (Elaeis guineensis) e sabão de óleo de buriti, considerando a transformação dos óleos vegetais e sabões via craqueamento termocatalítico em biocombustíveis, utilizando-se Na₂CO₃ (Carbonato de Sódio), CaCO₃ (Carbonato de Cálcio),CaO (óxido de cálcio) e Zeólitas Ácidas (HZSM-5) como catalisadores,as temperaturas de 420, 450 e 480 °C.O fruto de Buriti (Mauritia flexuosa L.) foi coletado e extraído óleo da polpa, em seguida este óleo foi caracterizado em relação Índice de Acidez, Índice de saponificação, Viscosidade Cinemática, Densidade , Índice de Refração e análise de CHN.Para testes preliminares foi utilizado o óleo de palma refinado e neutralizado portanto eles não foram caracterizados.O sabão de buriti foi preparado em laboratório com hidróxido de potássio e hidróxido de sódio e armazenados para pirólise térmica.Os catalisadores também foram caracterizados com relação ao infravermelho,Ressonância Magnética Nuclear de ²⁹Si e ²⁷Al, difração de raio X ,análise térmica, análise química e TPD de Amônia .No processo de craqueamento termocatalítico os produtos líquidos produzidos foram analisados quanto aos parâmetros: rendimento, índice de acidez, espectro de infravermelho, espectro de RMN e análise de CHN em seguida foram caracterizados com relação à densidade e viscosidade cinemática. No entanto, com relação ao índice de acidez dos produtos líquidos, somente os catalisadores básicos produziram craqueados com valores aceitáveis para utilização como combustível. A partir dos resultados verificou-se a eficiência dos catalisadores no qual o catalisador carbonato de sódio forneceu produtos de baixa acidez e com boas características para uso como combustível.

Craqueamento termocatalítico do óleo de fritura residual

Neste trabalho foi estudado o processo de craqueamento termocatalítico do óleo de fritura nas escalas de bancada e piloto, variando-se o percentual do catalisador carbonato de sódio de 5 e 10% m/m em relação a matéria prima utilizada e temperatura de 440 ºC. O objetivo foi obter misturas de hidrocarbonetos ricas na fração diesel. O óleo de fritura neutralizado e seco foi caracterizado em relação ao Índice de Acidez, Índice de saponificação, Viscosidade Cinemática, Densidade e Índice de Refração. Após o craqueamento, o produto líquido obtido foi purificado por decantação da fase aquosa e filtração simples em escala de bancada. Esse produto foi fracionado por destilação fracionada e os condensados foram coletados em um funil de decantação de acordo a faixa de destilação da gasolina (40ºC-175ºC), querosene (175ºC-235ºC), diesel leve (235°C-305ºC) e diesel pesado (305ºC-400 ºC). Foi realizada a caracterização tanto físico química quanto da composição dos produtos líquidos e suas respectivas frações. Também foi realizada a evolução do processo de craqueamento em escala piloto, acompanhando o comportamento das características físico químicas e de composição do produto formado no decorrer do processo de craqueamento. Os resultados mostraram que o catalisador carbonato de sódio forneceu produtos de baixa acidez e com boas características para uso como combustível. A variação do percentual de catalisador influencia significamente as propriedades físico químicas e composição tanto do produto quanto de suas frações. Verificou-se, ainda, que o craqueamento termocatalítico do óleo de fritura propicia a formação de hidrocarbonetos ricos na fração do diesel (19,16% diesel leve e 41,18% diesel pesado para o teste com 10% de Na₂CO₃ e de 13,53% leve e 52,73% diesel pesado para o teste com 5% de Na₂CO₃ ). Os intervalos de tempos finais do craqueamento geram um combustível com baixo teor de acidez e com propriedades físico químicas em conformidade a norma especificada para o diesel mineral.

Estudo da obtenção de biocombustíveis a partir da rota tecnológica de craqueamento utilizando carbonato de sódio e lama vermelha como catalisadores

Neste trabalho foi estudado o processo de destilação do produto líquido orgânico, obtido no craqueamento catalítico do óleo de palma (Elaeis guineensis, Jacq) bruto em escala piloto, empregando os catalisadores carbonato de sódio (Na₂CO₃) e a lama vermelha, variando o percentual de catalisador em 10% m/m e 15% m/m em relação à matéria prima utilizada, sendo fixada uma temperatura operacional de 450ºC, visando obter frações de biocombustíveis (bio-gasolina, bio-querosene e bio-óleo) semelhantes aos combustíveis derivados do petróleo. Os catalisadores foram submetidos a um pré-tratamento de desidratação durante 2 horas em uma estufa à 300ºC, posteriormente foram realizadas as análises de DRX, IR e TG. Quanto à matéria prima, foram realizadas análises físico-químicas, visando à caracterização do óleo de palma. Os produtos líquidos orgânicos (PLOs) obtidos foram submetidos a operações unitárias de separação, decantação e filtração simples em escala de bancada, para posteriormente serem realizadas análises físico-químicas e composicionais. Os PLOs foram destilados em uma coluna Vigreux de seis (06) estágios, e as frações condensadas foram coletadas de acordo com as faixas de destilação da gasolina (60ºC - 190ºC), querosene (190ºC - 235ºC) e diesel (235°C - 370ºC), para posteriormente serem caracterizadas. Verificou-se uma melhor eficiência para o catalisador carbonato de sódio a 15% m/m quanto a redução do índice de acidez, cerca de 1,7 mgKOH/g, assim como uma conversão mássica de 97% do óleo em PLO, notou-se também que, ao aumentar a quantidade de catalisador, isto favoreceu a obtenção de um produto final com uma melhor qualidade. A lama vermelha por outro lado, apresentou rendimentos de até 64% m/m e produtos com baixa acidez cerca de 62,90 mgKOH/g, comparando este resultado com dados encontrados na literatura. A partir dos resultados finais, verificou-se a eficiência dos catalisadores, no qual o catalisador carbonato de sódio forneceu produtos com baixa acidez e com boas características para uso como combustível.

Análise da viabilidade de motorização elétrica do soprador no ciclo regenerativo da unidade de craqueamento catalítico fluidizado em uma refinaria

One of the biggest environmental problems of today is the climate change. Experts affirm that this global warming is related to the greenhouse effect. Its causes are directly related to human activity, especially the use of fossil fuels. In this context, companies around the world are challenged to improve energy efficiency in order to reduce the environmental impact and work toward the so-called tripod of sustainable development that focuses on the social, economic and environmental aspects of a business strategy. The first step a company can make in this regard is to conduct an inventory of emissions of greenhouse gases (GHGs). The reduction of GHG emissions in a refinery can be achieved by replacing steam turbines with electric motors to drive big machines, this reduction is achieved by relieving the steam consumption for electric power available or purchased. An important aspect associated with the reduction of GHG emissions is the best performance of the Energy Intensity Index (ERI). The objective of this study was to analyze the feasibility of the blower motorization in the regenerative cycle of a fluidized catalytic cracking unit at a specific refinery. For development work, two methods were used, the initial screening and optimization scenarios with the help of software Butyl. The results indicate that after a certain cost of natural gas this substitution becomes favorable. In addition, there is a large reduction of CO2 emissions avoided by burning fuel

Modelagem do Equilíbrio de Fases entre Hidrocarbonetos Leves e Pesados

O comportamento de fases para sistemas binários com um hidrocarboneto leve e um pesado é muito importante tanto para o projeto real de um processo quanto para o desenvolvimento de modelos teóricos. Para atender a crescente demanda por informação experimental de equilíbrio de fases a altas pressões, o objetivo deste estudo é obter uma metodologia que substitua parcialmente ou maximize a pouca informação experimental disponível. Para isto propõe-se a modelagem do equilíbrio de fases em misturas de hidrocarboneto leve com um pesado, sem o conhecimento da estrutura molecular do pesado, inferindo-se os parâmetros do modelo a partir da modelagem de dados de ponto de bolha obtidos na literatura. Esta metodologia implica não só na descrição do equilíbrio de fases de um sistema como na estimação das propriedades críticas do pesado, de difícil obtenção devido ao craqueamento destes a altas temperaturas. Neste contexto, este estudo apresenta uma estratégia que estima indiretamente as propriedades críticas dos compostos pesados. Para isto, foram correlacionados dados experimentais de ponto de bolha de misturas binárias contendo um hidrocarboneto leve e um pesado, usando-se dois modelos: o de Peng-Robinson e o TPT1M (Teoria da Polimerização Termodinâmica de primeira ordem de Wertheim modificada). Os parâmetros ajustados com o modelo de Peng-Robinson correspondem diretamente às propriedades críticas do composto pesado, enquanto os ajustados com o modelo TPT1M foram usados para obtê-las. Esta estratégia fornece parâmetros dependentes do modelo, porém permite o cálculo de outras propriedades termodinâmicas, como a extrapolação da temperatura dos dados estudados. Além disso, acredita-se que a correlação dos parâmetros obtidos com as propriedades críticas disponíveis ajudará na caracterização de frações pesadas de composição desconhecida

Estudo dos compostos reduzidos de enxofre na formação do ozônio troposférico na cidade do Rio de Janeiro

O petróleo é uma complexa mistura de compostos orgânicos e inorgânicos em que predominam os hidrocarbonetos e que apresentam contaminações variadas, entre essas os compostos de enxofre. Esses além de gerarem inconvenientes durante os processos de refino do petróleo, como corrosão nos equipamentos e envenenamento de catalisadores dos processos de craqueamento, também representam um grande problema para o meio ambiente e para a saúde da população, principalmente em relação à poluição atmosférica. Além das emissões de compostos de enxofre oriundas da própria refinaria, com destaque para os óxidos de enxofre e o sulfeto de hidrogênio, os compostos de enxofre, que não são retirados durante o refino e estão presentes nos derivados do petróleo, provocam a emissão de uma grande quantidade de poluentes na atmosfera durante o processo de queima dos combustíveis. Os efeitos dos CRE na atmosfera urbana ainda não são muito conhecidos, o que justifica um estudo mais profundo desses compostos, que além de causarem danos a saúde da população, podem influenciar na formação do ozônio troposferico

Estudo de pirólise catalítica de biomassa em escala piloto para melhoramento da qualidade do bio-óleo

A pirólise rápida é um processo para conversão térmica de uma biomassa sólida em altos rendimentos de um produto líquido chamado de bio-óleo. Uma das alternativas para geração de um bio-óleo com menor teor de oxigênio é uso de catalisadores nos reatores de pirólise, ao invés de um inerte, num processo chamado de pirólise catalítica. O objetivo deste trabalho foi testar catalisadores comerciais, um ácido e outro básico, em uma unidade piloto de leito fluidizado circulante. O catalisador ácido utilizado foi o Ecat, proveniente de uma unidade industrial de craqueamento catalítico fluido (FCC), e como catalisador básico foi utilizado uma hidrotalcita. Os resultados foram comparados com testes utilizando um material inerte, no caso uma sílica. Uma unidade piloto de FCC do CENPES foi adaptada para realizar os testes de pirólise catalítica. Após fase de modificação e testes de condicionamento, foi comprovada a viabilidade na utilização da unidade piloto adaptada. Contudo, devido a limitações operacionais, maiores tempos de residência tiveram que ser aplicados no reator, configurando o processo como pirólise intermediária. Foram então realizados testes com os três materiais nas temperaturas de 450C e 550C. Os resultados mostraram que o aumento do tempo de residência dos vapores de pirólise teve um impacto significativo nos rendimentos dos produtos quando comparada com o perfil encontrado na literatura para pirólise rápida, pois devido ao incremento das reações secundárias, produziu maiores rendimentos de coque e água, e menores rendimentos de bio-óleo. O Ecat e a hidrotalcita se apresentaram mais efetivos em termos de desoxigenação. O primeiro apresentou maiores taxas de desoxigenação via desidratação e a hidrotalcita apresentou maior capacidade para descarboxilação. Contudo, o uso de Ecat e hidrotalcita não se mostrou adequado para uso em reatores de pirólise intermediária, pois acentuou ainda mais as reações secundárias, gerando um produto com alto teor de água e baixo teor de compostos orgânicos no bio-óleo, além de produzirem mais coque. À temperatura de 450C estes efeitos foram mais pronunciados. Em termos de caracterização química, a condição de pirólise intermediária apontou para a produção de bio-óleos com perfil fenólico, sendo a sílica o que proporcionou os melhores rendimentos, principalmente a temperatura de 550C, sendo superiores aos encontrados na literatura. Analisando as composições dos bio-óleos sob a ótica da produção de biocombustíveis, nenhum dos materiais testados apresentou rendimentos consideráveis em hidrocarbonetos. De maneira geral, a sílica foi o que proporcionou os melhores resultados em termos de rendimento e qualidade do bio-óleo. Sua menor área superficial e sua característica de inerte se mostraram mais adequados para o processo de pirólise intermediária, onde a contribuição das reações secundárias em fase gasosa é elevada em função do tempo de residência no reator