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Índice

I – Introdução

II – Histórico

III – Noções básicas de Extração Líquido x Líquido

IV – Descrição do Processo na U-1790 / Principais Equipamentos

V - Principais Variáveis de Processo

VI – Características dos Produtos

I-INTRODUÇÃO

Este trabalho tem como objetivo principal fazer uma abordagem sobre temas considerados importantes para o conhecimento e utilização dos operadores das Unidades de Desasfaltação a Propano.

O material aqui exposto é resultado de uma coletânea de diversos trabalhos técnicos, que fazem parte do acervo da PL-II, Us-1710/90.

II -HISTÓRICO

As tentativas iniciais de utilizar petróleo cru como lubrificante esbarravam na dificuldade causada por sua inadequada viscosidade, forte odor e os riscos causados por sua elevada volatilidade. A destilação permitiu, então, que a viscosidade pretendida fosse obtida, mas a presença de aromáticos. resinas ou materiais asfálticos conferiam ao óleo um elevado índice de formação de gomas, ácidos e coque. A filtração através de leito de carvão ativado, um processo historicamente usado na purificação de todos os tipos de óleo, foi largamente aplicado a partir de 1870.

O primeiro processo efetivo de tratamento em fase líquida empregou o ácido sulfúrico, seguindo o sucesso das aplicações no refino do alcatrão de carvão. Este processo que envolve a remoção seletiva dos componentes instáveis através de uma reação química, não é exatamente um processo de extração por solvente, mas aumentava efetivamente a qualidade do óleo e foi amplamente utilizado pelas refinarias. Os problemas causados pelo descarte da lama ácida contribuíram para a rápida obsolência deste método, apesar de ser usado ainda hoje em situações específicas.

Para que novos progressos fossem obtidos, foi necessário que se conhecesse melhor a natureza dos constituintes do lubrificante, no mínimo para saber quais deveriam ser removidos. No início deste século, o romeno Lazar Edeleanu desenvolveu o processo de extração de aromáticos com SO2 líquido para o querosene, que rapidamente foi também aplicado em lubrificantes.

Com o sucessivos desenvolvimentos nos motores automotivos; surgiu a necessidade de óleos com qualidade superior aos produzidos com SO2. A primeira planta de extração com propano liquido de óleos residuais, para a remoção de asfalto, foi construída em 1935 e demonstrou ser muito eficiente. Foi surpreendente, naquela época, que de um resíduo de vácuo, que deveria ser utilizado como asfalto na rua, fosse obtido um óleo razoavelmente claro. Devido a esta característica esse óleo foi chamado de "Bright-Stock" (Óleo brilhante), nome pelo qual é conhecido até os dias de hoje. Posteriormente, o processo começou a ser empregado em larga escala para aumentar-se a disponibilidade de carga para a Unidade de Craqueamento Catalítico. Hoje, as unidades de fundo de barril, como a desasfaltação a solvente, o coqueamento retardado, etc., conjugadas com uma unidade de FCC, tem um papel muito importante na viabilização comercial de uma refinaria de petróleo.

A desasfaltação a propano é uma extração com características bem particulares dentre as usuais de refinaria. Primeiro, o produto desejado, isto é, o óleo, é um extrato e não um rafinado como na desaromatização. O óleo está dissolvido no propano e a fase extrato possuí 15 a 20 % em peso molecular e 80 a 85 % de propano. Esta relação demonstra que uma quantidade relativamente grande de propano tem que circular.

Segundo, a fase rafinado não é uma solução homogênea de solvente no asfalto mas sim uma solução coloidal ou uma emulsão de material asfáltico precipitado no propano. Terceiro, o rendimento de óleo desasfaltado é incrementado pelo aumento na temperatura de extração e vice-versa. Este efeito, que pode parecer contraditório, se explica pelo fato do propano não dissolver em altas temperaturas, o composto asfáltico nem os hidrocarbonetos que constituem o óleo.

Processos de Extração

a) Processo Edeleanu

Proposto no congresso internacional do petróleo em 1907, teve sua primeira instalação comercial contínua em 1924. em 1930, a Union Oil Co. of Califórnia colocou em operação outra unidade com carga máxima de 7.000 barris por dia de querosene. O SO2

líquido, foi o primeiro de todos os solventes aplicados a processos de extração comercial. Neste ponto, parece interessante lembrar brevemente a história da extração líquido x líquido na indústria do petróleo.

Cerca de 60 a 70 anos atrás, o querosene era provavelmente o mais valioso produto simples do petróleo e, conseqüentemente, a sua quantidade de queima era um assunto de grande importância. Lazar Edeleanu descobriu que se o querosene fosse colocado em contato com dióxido de enxofre líquido, duas camadas seriam formadas e que depois de algum tempo, certos constituintes do querosene estariam dissolvidos na camada em que o SO2 Líquido estava originalmente. Depois da separação das duas camadas e posterior remoção do SO2 de cada uma, descobriu-se que a porção não dissolvida queimava muito mais satisfatoriamente que o querosene original teria queimado. Esta representa a primeira aplicação real da extração líquido x líquido na indústria do petróleo.

Esquema do processo convencional de extração com SO2 para o tratamento de querosene

Subseqüentemente, outros solventes foram aplicados a indústria do petróleo, com o propósito de remover constituintes que apareciam em menor concentração.O processo Edeleanu, estendeu sua aplicação ao refino de outros destilados leves tendo sucesso também na sua aplicação em óleos lubrificantes.

As primeira plantas comerciais foram projetadas para operar em batelada e consistiam de refrigeradores para hidrocarbonetos e solvente, um vaso de mistura que também servia para a separação e evaporadores para remover o SO2 destas fases

b) Processo de Nitrobenzeno

Objetiva a extração de aromáticos e foi desenvolvido pela Atlantic Refining Co. A principal característica do nitrobenzeno, é operar satisfatoriamente em óleos com sólidos em suspensão. Sempre que um sistema de extração opera a temperaturas abaixo das de cristalização das parafinas pesadas, a presença destes cristais sólidos não parecem Ter efeitos deletérios na ação do nitrobenzeno.

Este solvente apresenta também, uma alta seletividade e boa solubilidade para frações de óleos lubrificantes e é usado, consequentemente, a temperaturas relativamente baixas (500F) e em pequenas quantidades (relação solvente x óleo = 0,5 a 2,0). O solvente é muito venenoso e isto é provavelmente, a principal razão de sua pouca popularidade. Acredita-se que exista somente uma planta industrial que o use como solvente.

c) Processo Clorex ( Dicloro Etil Éter )

O processo clorex, desenvolvido pela Standard Oil (indiana), foi patenteado em 1934. A primeira planta comercial a ser colocada em operação, foi a de Casper Wyo, em junho de 1932. Em agosto de 1936, havia sete plantas comerciais em operação, com um total de 1.150 barris diários de produção.

Por causa do seu alto poder de solvência, a extração com clorex tem lugar entre 750F e 1500F.

O processo clorex utiliza um sistema misturador separador em contracorrente (1 e 7 estágios) ou torres verticais. Baixas temperaturas são requeridas para minimizar a decomposição e formação de ácido clorídrico. Somente poucas plantas foram construídas

Outros processos se seguiram, tais como :

d) Processo Fenol ( Anidro e Aquoso ) e) Processo Furfural f) Desasfaltação a Propano

III) Noções Básicas de Extração Líquido – Líquido

1) Equilíbrio Líquido x Líquido

Para variações não muito grandes, o efeito da pressão no equilíbrio líquido x líquido é relativamente insignificante. Deste modo, considera-se desprezível os efeitos da fase vapor no presente caso. Importante é ater-se às variáveis TEMPERATURA e CONCENTRAÇÃO.

Só há interesse, para desenvolvimento de processos extrativos, de sistemas com imiscibilidade parcial.

Sistemas de extração podem ser caracterizados pelo número de pares miscíveis que eles contém. Desde que estamos tratando com sistemas ternários, as únicas possibilidades são sistemas que contém um, dois ou três pares de líquidos parcialmente miscíveis. Estes sistemas conhecidos como do Tipo I, Tipo II e Tipo III, respectivamente. Muitos sistemas mudarão de um tipo para outro conforme a temperatura suba ou desça em relação a Temperatura Crítica de Solubilidade.

A Temperatura Crítica de Solubilidade - consiste em um limite ou faixa em que existe ou não, o aparecimento de fases líquidas na extração, com características distintas, após o contato do solvente com a carga. A operação acima ou abaixo dessa faixa de temperatura, resultará em miscibilidade total das fases.( extrato e rafinado)

Idealmente, a temperatura de extração deve ser tão alta ou tão baixa que o solvente seja totalmente imiscível com o co-solvente (no caso da desasfaltação, o rafinado) e totalmente miscível com o soluto (para a desasfaltação, o extrato), mas isso pode ser antieconômico. Por exemplo, essa temperatura pode ser tão baixa que exija a utilização de materiais especiais, ou tão alta que exija a operação em uma pressão muito alta para manter os componentes líquidos.

Sistemas do Tipo I são mais freqüentemente usados, pois é usualmente desejável que o solvente B seja completamente miscível com um componente C (ou classe de

componentes) e o mais imiscível possível com o outro, A (o co-solvente). Deste modo, uma separação completa pode ser obtida nestes sistemas com apenas alguns estágios, pois o solvente tem uma alta seletividade para um componente e uma baixa seletividade para o outro.

2) Escolha do Solvente

Na escolha de um solvente para um processo de extração líquido x líquido, existem vários princípios que podem ser usados como guia. Eles são geralmente conflitantes e certamente, em nenhuma substância simples encontramos todas as características desejáveis. Devem ser estabelecidos compromissos e seguindo critérios quanto a importância relativa dos vários fatores considerados, estabelecer o solvente indicado para o caso.

Os fatores normalmente considerados para a escolha do solvente, são divididos em três grupos :

a)Fatores que caracterizam a separação b)Fatores importantes para o funcionamento do equipamento de extração

c)Fatores econômicos e outros não classificados

a)Fatores que caracterizam a separação :

Seletividade

É a tradução da facilidade que o solvente tem em dissolver um componente em detrimento do outro. O melhor solvente neste ponto de vista, é aquele que dissolve o máximo de um componente e o mínimo do outro.

Solubilidade

Um solvente precisa Ter a capacidade de dissolver grandes quantidades de um soluto, para ser viável. Caso contrário, ele será provavelmente anti-econômico, mesmo que tenha alta seletividade, pois uma baixa capacidade de solubilização acarretará uma alta circulação de solvente no sistema extrator.

Nas separações da indústria de refino de petróleo, onde A e C são hidrocarbonetos, é difícil achar um solvente que mostre uma alta solubilidade para C sem simultaneamente mostrar alta solubilidade para A e neste caso, alta solubilidade pode significar pobre seletividade. De fato, isto é incomum nestes processos onde, para aumentar a seletividade, diminuímos a capacidade de solubilização. Por exemplo, na preferência de dietileno glicol aquoso ou anidro para separar hidrocarbonetos aromáticos de parafínicos . Neste caso, deve-se estabelecer um compromisso entre alta seletividade e alto poder de solvência.

Em sistemas do Tipo I, alto grau de insolubilidade do solvente B com A é requerida.

b) Fatores importantes para o funcionamento do equipamento :

Densidade

A diferença nas densidades das fases contactadas é essencial e deve ser a maior possível. Não é apenas a taxa de coalescência das camadas que é aumentada, mas também a capacidade de promover o contato entre as fases.

Viscosidade

Deve-se escolher um solvente de viscosidade baixa a fim de se evitar o arraste das gotículas de fase dispersa e aumentar a capacidade dos extratores. Menores potências para bombeamento e agitação, rápida extração, rápida separação e altas taxas de transferências de massa são corolários de baixa viscosidade.

Tensão Interfacial

A tensão interfacial entre fases imiscíveis que devem ser separadas deve ser alta para a rápida coalescência. Uma tensão interfacial muito alta exige um maior gasto de energia para dispersão de uma fase na outra, mas isto normalmente é disponível. Por outro lado, uma tensão interfacial muito baixa pode levar a formação de uma emulsão estável e normalmente, muito pouco pode ser feito para modificar isto.

c) Fatores econômicos e outros não classificados :

Recuperação

Em todos os processos de extração líquida, é necessário remover o solvente extrator dos produtos. Isto é tão importante não só para evitar a contaminação dos produtos com o solvente, mas também para permitir a reutilização do solvente. Se destilação é o método a ser usado, propriedades do solvente, tais como VOLATILIDADE e CALOR LATENTE DE VAPORIZAÇÃO se tornam importantes. Existem outros métodos de recuperação de solvente que devem ser considerados no entanto. Todo o problema de recuperação de solvente é de importância capital no sucesso econômico do empreendimento.

Corrosividade

De modo a reduzir os custos de equipamento, o solvente não deve causar severas dificuldades de corrosão com os materiais comuns de construção ou com aqueles comumente usados para alimentar o sistema com solvente. A atual viabilidade de materiais não usuais a custos baixos, entretanto, têm aberto possibilidades que estariam fora de questão anos atrás. Plantas comerciais de extração vêm sendo construídas de plásticos ou metal coberto de plástico e tais materiais devem ser lembrados caso o valor do produto justificar o investimento.

Pressão de Vapor

Comumente se deseja pressão de vapor baixa de modo que o armazenamento e operações de extração sejam possíveis à pressão atmosférica, ou no máximo moderadamente alta e deste modo, as perdas de solvente são mantidas no mínimo.

Exceções a esta condição são freqüentemente feitas com o objetivo de facilitar a recuperação de solvente. Por exemplo, propano líquido e dióxido de enxofre são comumente usados no refino de produtos de petróleo, tirando proveito de suas elevadas seletividades, aproveitando-se também de suas altas volatilidades na operação de recuperação de solvente.

Ponto de Fulgor

Alto ponto de fulgor é naturalmente, desejável por razões de segurança.

3) Seleção do Solvente para a Desasfaltação

O solvente da desasfaltação deve ser capaz não só de extrair a fração oleosa na qual se está interessado, mas também de controlar o rendimento e a qualidade do ODES dentro de limites econômicos para o processo.

Todos os hidrocarbonetos parafínicos de baixo peso molecular em princípio, poderiam ser utilizados no tratamento de resíduos de vácuo. O poder de solvência e a seletividade destes hidrocarbonetos para a desasfaltação variam da seguinte maneira :

A utilização do etano puro como solvente faz com que o rendimento de óleo livre de asfalto e conseqüentemente, livre de metal, seja muito baixo.O propano puro como solvente apresenta as seguintes características : Em temperaturas baixas, de -400C a +200C, ele não dissolve hidrocarbonetos parafínicos. Em temperaturas na faixa de +380C a +700C, as parafinas são completamente solúveis mas, ao mesmo tempo, compostos asfálticos e resinas de elevado peso molecular são precipitados.

Na sua temperatura crítica (+96,80C), o propano não dissolve hidrocarbonetos de nenhum tipo. A rejeição dos componentes citados, entre +380C e +660C, reduz drasticamente o conteúdo de metais e nitrogênio no ODES. Além disso, consistente com sua alta parafinicidade, a baixa relação carbono x hidrogênio no ODES, indica a rejeição de anéis aromáticos condensados que são indesejáveis ao gasóleo de craqueamento e ao óleo lubrificante. Por estes motivos o propano deve ser usado puro, como solvente seletivo para a separação de hidrocarbonetos de resíduo de vácuo. No entanto, o rendimento é bem menor do que quando usamos um solvente mais pesado, apesar do ODES produzido neste caso, possuir comparativamente, a melhor qualidade.

Para que o propano possa ser usado puro como solvente, será necessário empregar relações solvente x carga na faixa de 6,0 : 1 a 10,0 : 1 em volume, para tornar o processo economicamente interessante, podendo atingir em alguns casos, a relação 13,0 : 1.Outro problema que surge com a utilização do propano puro está relacionado com a viscosidade da carga, tendo em vista que cargas viscosas necessitam de temperaturas mais elevadas de extração. A temperatura máxima de operação para o propano, é de cerca de 820C, por causa da sua temperatura crítica, 96,80C.Concluindo, podemos verificar que o processo puro não é adequado quando :

1 – Rendimentos elevados de ODES são requeridos 2 - A viscosidade da carga é elevada

A utilização do isobutano e n-butano são mais adequadas para a desasfaltação de cargas mais pesadas, pois as suas temperaturas críticas são mais elevadas, 1340C e 1250C, respectivamente, possuindo consequentemente, temperaturas máximas operacionais mais elevadas. Contudo, os butanos perdem sua seletividade quando usados para tratar as cargas leves.

O n-pentano é menos seletivo para a remoção de metais e asfaltenos, embora o rendimento de ODES de cargas mais pesadas possa ser aumentado bastante.

Muitas vezes o conteúdo de metais e asfaltenos no ODES da desasfaltação com pentano, é muito alto para ser usado diretamente como carga para FCC. Porém, após uma hidrodessulfurização e posterior mistura com gasóleo de vácuo, tem-se excelente carga para FCC. Processos desenvolvidos na década de 60, tais como o ROSE (Residum Oil Supercritical Extraction), desenvolvido pela Kerr-McGee e o DEMEX , desenvolvido pela PEMEX/OUP, utilizam solvente como pentano ou mais pesados. Nestes casos, após a extração convencional, a temperatura crítica do solvente, para em dois estágios supercríticos decantar as resinas e as frações asfaltênicas, produzindo um óleo de-metalizado com altíssimo rendimento.

Evidentemente, o uso de um solvente puro limita o perfil de cargas que poderiam ser processadas. Quando se antevê a possibilidade de uma unidade vir a operar com uma grande variedade de cargas e variar consideravelmente o rendimento de ODES, uma mistura de solventes deve ser considerada para o projeto de modo a tornar a unidade flexível.

Uma mistura de butano e propano será adequada para tratar tanto um óleo leve como um pesado.

Pelo ajuste da composição de solvente, a desejada quantidade e qualidade de ODES poderá ser obtida mantendo-se a temperatura da extratora dentro da faixa de controle.A seleção do solvente para a desasfaltação pode ser então resumida :

Conclusão

1 – O propano é a melhor escolha para a produção de óleos lubrificantes devido a sua propriedade de extrair somente as frações parafínicas e rejeitar as frações asfaltênicas e as resinas. 2 – Uma mistura de propano e butano é a solução mais adequada para a preparação de cargas para o processo de craqueamento catalítico. Nesse caso, a principal característica desejada é a capacidade de se reduzir o teor de metais e asfaltenos no ODES.

Quando o desasfaltado for para a produção de carga para FCC ou para a produção de óleo combustível de baixo teor de enxofre, a Kellog recomenda usar-se uma mistura com 60 a 90 % de butano.

3 – Desasfaltação a pentano seguida de hidrodessulfurização pode produzir mais carga para FCC.

IV - Descrição do Processo na U-1790

A desasfaltação a propano é um processo de extração líquido – líquido utilizado para produzir óleo desasfaltado a partir de resíduo de vácuo, utilizando um solvente rico em propano.

O processo de desasfaltação a propano é largamente utilizado na indústria do petróleo com duas finalidades principais:

- produção de óleos lubrificantes- produção de gasóleo para carga de FCC

O processo de desasfaltação por extração com propano é o mais utilizado para esta fim, por ser o mais econômico e simples que o processo de destilação e outros. Ou seja, sendo o resíduo de vácuo a fração mais pesada do petróleo destilado, torna-se impraticável tentar retirar suas frações mais leves por destilação, visto serem necessárias elevadas temperaturas, vácuo elevado, alta taxa de injeção de vapor, que provocariam o craqueamento dos destilados, inviabilizando este processo em relação à desasfaltação.

Os hidrocarbonetos parafínicos leves tais como o propano e o butano apresentam uma ação solubilizadora seletiva para frações pesadas do petróleo. A seleção é, principalmente, em termos do peso molecular.

Numa unidade de convencional, o solvente entra em contato continuamente com o resíduo de vácuo em uma torre RDC, em contra-corrente, a alta pressão ( 38 a 40 kgf/cm2)

O óleo desasfaltado extraído sai pelo topo das extratoras juntamente com a maior parte do solvente utilizado no processo. Segue, então, para seções de recuperação de óleo desasfaltado e de solvente.

Pelo fundo das extratoras sai o resíduo asfáltico, que serão encaminhados para as seções de recuperação de RASF e de solvente.

A unidade é composta basicamente por 4 seções: Seção de extração Seção de recuperação de ODES Seção de recuperação de RASF Seção de recuperação de Solvente

Seção de extração

O resíduo de vácuo é bombeado dos tanques de carga e enviado à unidade. Antes de passar pelos resfriadores de carga, recebe uma injeção de solvente, chamada pré-diluição. A pré-diluição tem como objetivo reduzir a viscosidade da carga, resultando numa melhor transferência de calor nos resfriadores de carga e numa melhor distribuição da carga nas torres extratoras.

A carga pré-diluida é dividida em correntes iguais que seguem para as torres extratoras (região superior).

O solvente oriundo da seção de recuperação divide-se em duas correntes, sob controle de vazão, e entra na região inferior das torres extratoras.

Para permitir flexibilidade operacional, as torres dispõem de três entradas de carga e duas de solvente. A extração contra-corrente produz pelo topo a fase extrato e pelo fundo, a fase rafinado.

. fase extrato é a fase rica em solventeO gradiente de temperatura adequado em cada coluna é mantido por meio de

serpentinas a vapor, localizadas junto ao topo da torre, pelo controle de temperatura da carga pré-diluida, e pala temperatura do solvente.

A variação da temperatura de topo é conseguida pela variação da vazão de vapor.A pressão de operação é mantida por controlador de pressão que atua na vazão de

retirada do produto de topo das extratoras.Esta pressão deve ser maior que a pressão de vapor do solvente na temperatura de

operação da torre, a fim de evitar a vaporização do solvente.

Seção de recuperação de óleo desasfaltado

A mistura óleo desasfaltado/solvente, (extrato), proveniente das torres extratoras, é aquecida, sendo o solvente parcialmente vaporizado. Segue para o vaso de flash de alta pressão.

A mistura óleo/propano líquida que sai do fundo deste vaso, é parcialmente vaporizada por troca térmica com os vapores de propano do topo do vaso, é o chamado sistema de duplo efeito. Esse sistema é baseado na aplicação do calor de condensação de vapores de propano a alta pressão (alta temperatura) para gerar vapores de média pressão no líquido remanescente. Para se obter a diferença de temperatura necessária para que haja troca de calor, a diferença de pressão entre a seção de condensação e a seção de vaporização deve ser suficientemente grande

Ao vapores de propano não condensados, são novamente resfriados e seguem para o vaso acumulador de solvente de alta pressão.

A mistura propano/óleo desasfaltado, parcialmente vaporizada, sofre novos aquecimentos e é encaminhada para o tambor de flash de média pressão (D-7902 A).

O líquido do fundo do vaso é bombeado sob controle de vazão para o forno de óleo desasfaltado, onde ocorre a vaporização do propano remanescente. A mistura segue, então, para o D-7902 B (tambor de flash de média pressão).

Os vapores de propano dos topos dos vasos D’s-7902 A/B são misturados e condensados, e enviados para os vasos de solvente de média pressão.

O produto de fundo do D-7902 B, sob controle de nível, escoa para a retificadora de óleo desasfaltado, onde o propano remanescente é removido por vapor de baixa pressão superaquecido. O óleo desasfaltado (produto) é bombeado, resfriado e enviado para tanque.

Seção de recuperação de resíduo asfáltico

A mistura propano/resíduo asfáltico (rafinado) efluente do fundo das torres extratoras, sob controle de vazão, é aquecida e vai ao forno de rasf, a fim de vaporizar praticamente todo o propano.

Existe um sistema de recuperação de calor dos gases de combustão dos fornos que aproveita a energia existente nesta corrente para aquecer aproximadamente 20% da mistura rasf/propano do fundo das extratoras ( funciona em paralelo com o forno de rasf).

A mistura líquido/vapor efluente do forno vai para a torre de flash de asfalto. O solvente recuperado é condensado e posteriormente acumulado no tambor de solvente de alta pressão (D-7905).

O rasf do fundo da torre, sob controle de nível, vai a torre retificadora de rasf, onde o solvente residual é removido com vapor de baixa pressão superaquecido.

O resíduo asfáltico proveniente do fundo da retificadora é bombeado, misturado com extrato aromático ou LCO, para a produção de óleo combustível ou cimento asfáltico. A mistura é resfriada e enviada para o tanque.

Seção de recuperação de solvente

Os vapores de propano e água, provenientes dos topos das retificadoras de ODES e RASF, são resfriadas e enviadas para um vaso separador de água e óleo. A água drenada é bombeada para tratamento na torre de águas ácidas da U-1710. Os vapores de propano são, então, enviados aos compressores. O propano comprimido é combinado com o solvente recuperado nos vasos de flash de média pressão.

O solvente líquido nos vasos de solvente de média pressão é resfriado e bombeado, sob controle de nível, de volta às extratoras.

O solvente líquido armazenado no tambor de alta pressão é resfriado e bombeado de volta às extratoras, juntamente com o recuperado nos vasos de solvente de média pressão.

Parte do propano armazenado no tambor de alta pressão é injetado no resíduo de vácuo, sob controle de vazão, e constitui a pré-diluição.

Contator de discos rotativos (RDC)

É um dos mais usados contatores com agitadores rotativos para extração líquido-líquido. Ele usa a ação da força de atrito de um disco rotativo para interdispersar os líquidos.

O RDC consiste de uma coluna cilíndrica separada em compartimentos por meio de anéis estacionários. Um eixo rotativo montado centralmente gira a velocidades variáveis e possui um número de discos igualmente espaçados tais que cada disco opera no meio do compartimento formado pelos anéis estacionários.

Usualmente, as torres com discos rotativos parecem ser a melhor escolha para a faixa de consumo de potência média, especialmente para os grandes equipamentos. Essa

afirmação é baseada na prática usual da indústria, pois esses equipamentos oferecem uma boa relação eficiência-capacidade, excelente flexibilidade e controle.

No caso das colunas com agitadores rotativos existe a possibilidade de haver o chamado “axial mixing” que equivale ao “Back mixing”. Este aumenta com o aumento da potência fornecida ao sistema de agitação. Outro fator que causa um excessivo “axial mixing” é uma razão entre as fases muito grande.

Uma RDC típica é mostrada abaixo:

Existem três tipos de movimentação de líquido no contator RDC.O primeiro é o fluxo axial das duas fases líquidas motivado pela diferença nas

densidades, o segundo é o fluxo radial de líquidos causado pelo campo centrífugo próximo ao eixo do rotor, e o terceiro é o fluxo centrípeto de líquidos na vizinhança da parede da torre.

A intensidade da turbulência é governada principalmente pela velocidade do rotor, que também controla o tamanho das gotas da fase dispersa. O disco rotativo também oferece uma ação cizalante nas gotas maiores e acima de certa velocidade as quebra em pequenas gotas. Nas altas velocidades, apesar de se atingir um elevado contato íntimo das fases, uma forte mistura retroativa (back mixing) das mesmas pode causar uma drástica redução na diferença de concentração motriz da transferência de massa, reduzindo assim a eficiência da torre.

V – Principais Variáveis de Processo

1)Poder de Solvência

Poder de Solvência é a propriedade de dissolver frações da carga (RV) em maior ou menor quantidade

2)Seletividade

Seletividade é a propriedade de dissolver frações características da carga (RV)

Ambas as propriedades acima foram devidamente detalhadas no item III.

3) Temperatura

A principal consideração na seleção de uma temperatura adequada de operação, é seu efeito no rendimento do ODES. Sabe-se que uma redução na temperatura aumenta a solubilidade do óleo e conseqüentemente, o rendimento. Porém, ao mesmo tempo, a seletividade do solvente é reduzida, fato que leva a solubilização de compostos indesejáveis. Simultaneamente, a viscosidade das fases cresce, acarretando uma redução na taxa de transferência de massa. Haverá deste modo, uma temperatura ótima na qual a resultante destas influências será máxima para a eficiência do processo.

Empiricamente, considera-se que a mínima temperatura operacional deve ser fixada pela viscosidade da fase rica em óleo.

Temperaturas elevadas acarretam uma maior seletividade e menor solubilidade, conseqüentemente, menores rendimentos com maior qualidade.

A temperatura máxima operacional deve ser estabelecida de forma que esteja suficientemente afastada da temperatura crítica do solvente, pois quando a temperatura está muito próxima, o controle da extratora torna-se muito difícil. Esta instabilidade ocorre porque a variação da solubilidade com a temperatura é muito grande, próximo ao ponto crítico do solvente. Essa grande variação provoca elevadas taxas de transferência de óleo entre as fases, fato que pode causar a inundação da torre ou incontroláveis alterações na qualidade do produto. Quando uma mistura de propano está sendo usada, a temperatura de extração pode variar de 600C a 1100C. Cabe ressaltar, que existem três parâmetros de temperatura levados em consideração no projeto e na operação de unidades de desasfaltação e serão descritos abaixo :

Temperatura Crítica de Solubilidade - Já citado acima – Item III.

Temperatura Crítica do Solvente – É a temperatura na qual o solvente torna-se gasoso, independentemente da pressão e por isso,não dissolve hidrocarbonetos de nenhum tipo. Como já foi dito, a temperatura crítica para o propano é de 96,80C.

Temperatura Crítica de Tratamento - É a temperatura acima da qual, ocorre um aumento de rendimento de ODES para um aumento de R.P.O . Abaixo desta porém, há uma inversão na tendência, com o rendimento de ODES diminuindo em função do aumento da R.P.O . Acredita-se que a temperatura crítica de tratamento, varie com a característica da carga, sendo mais elevada na medida que o resíduo de vácuo seja mais longo (menos denso).

Normalmente, nas operações comerciais de desasfaltação de resíduos curtos (mais densos), a temperatura crítica de tratamento é baixa e na faixa usual de temperaturas de operação, não se observa o efeito reverso da R.P.O no rendimento.

Teor Asfáltico Maior = Temperatura Crítica Menor

Temperatura de topo maior = rendimento menor = melhor qualidade

A temperatura é a variável de maior refino na solubilidade

4) Gradiente de Temperatura

A região de introdução do solvente em todas as extratoras em arranjo contracorrente, é também o local de saída do rafinado, no caso da desasfaltação, de saída do RASF. Caso algum óleo esteja saindo da torre com o RASF, como não há refluxo, este óleo estará irremediavelmente perdido. Para que isto não ocorra, ou seja pelo menos minimizado, a temperatura nesta região deve ser correspondente a máxima solubilidade, no caso da desasfaltação, esta região deve ser mais fria.

A região de saída do extrato, corresponde nestes casos, ao outro extremo da torre. Do mesmo modo, se não houver refluxo de extrato, toda a contaminação presente no extrato ficará definitivamente no mesmo. Analogamente ao caso do rafinado, para que a contaminação seja rejeitada nesta altura da torre, é necessário que o solvente assuma características mais seletivas. Isto é obtido no caso da desasfaltação, através da elevação da temperatura.

O resultado desta diferença de temperatura entre o topo e o fundo da extratora, durante sua operação, é a geração de um Gradiente de Temperatura e um Refluxo Interno.

O refluxo surge com a diminuição da solubilidade ao longo da torre, isto é, o propano quando entra na torre, está com sua solubilidade máxima, mais frio, levando para o topo todo o ODES e RASF que conseguiu solubilizar. Como a temperatura está subindo gradativamente, a solubilidade dos diversos compostos começa a diminuir, porém, como a seletividade está aumentando, os constituintes do RASF são preferencialmente insolubilizados.

Gradientes elevados de temperatura melhoram a qualidade do ODES, porém, um refluxo interno muito elevado, pode ocasionar a inundação da torre e comprometer o processo de extração.

Normalmente, um gradiente de 100C a 150C deve ser mantido para operação de produção de carga para FCC e gradientes mais elevadas da ordem de 150C a 250C, normalmente são empregados para produção de óleos básicos lubrificantes.

5) Razão Solvente Óleo (RSO)

A razão solvente x carga, é uma variável extremamente importante em todos os processos de extração. A RPO pode variar consideravelmente, devendo ser definida em função das características da carga, do solvente, dos produtos pretendidos e também da temperatura e pressão da extração. Todas estas variáveis descritas definem o diagrama de equilíbrio que, em última análise, é quem define a RPO. Para cada tipo de carga, haverá uma RPO mínima para uma operação eficiente. Essa relação é menor para resíduos curtos e maior para resíduos longos. Esta relação deve ser mais baixa para resíduos curtos de crus de base naftênica ou asfáltica, pois apresentam densidade maior e maior para RVs curtos de crus parafínicos ou, qualquer outro RV que apresente maior teor de ODES, isto é, densidade menor.

A relação da RPO normalmente melhora a qualidade do ODES para um dado rendimento. Entretanto, o custo da planta, investimento e custo operacional, é proporcional a RPO e portanto, deve-se procurar selecionar a relação ótima para o projeto da planta.

Segundo Kellog, uma RPO de 4,0 : 1, seria adequada para a produção de carga para FCC e para lubrificantes, uma RPO de 8,0 : 1. Porém, para se Ter flexibilidade operacional na produção de gasóleo de FCC, deve-se fixar a RPO em 5,0 : 1 para rendimentos abaixo de 40 % de ODES e em 6,0 : 1 para rendimentos acima de 40 % de ODES. Analogamente,

em unidades de lubrificantes, deve-se fixar a RPO em 9,0 : 1 para rendimentos abaixo de 40 % e em 11,0 : 1 para rendimentos acima de 40 %.

A experiência das unidades da REDUC, tem demonstrado ser possível produzir óleo lubrificante “Bright Stock” especificado a partir de RV Árabe Leve, usando RPO bem baixa, na ordem de 6,0 : 1 até 5,5 : 1, com solvente composto por cerca de 20 % de butano e 80 % de propano.

A REPAR obteve ODES com elevado rendimento e qualidade para FCC, com RPO na ordem de 3 a 3,5 : 1, com solvente composto por cerca de 50 % de butanos, 45 % de propanos e 5 % de leves.

O efeito da RPO no rendimento de ODES, foi extremamente estudado pela Standard Oil Co. Um fenômeno curioso reportado por eles, é a existência de uma temperatura crítica de tratamento, fenômeno este, que será visto mais a frente, no próximo item.

Acima da temperatura crítica de tratamento – RPO Maior = Rendimento Maior

Abaixo da temperatura crítica de tratamento – RPO Maior = Rendimento Menor

Para um mesmo rendimento - Relação Maior = Resíduo de Carbono Menor (em qualquer temperatura)

Para um mesmo rendimento de asfalto – R.P.O Maior = Pto de Amolecimento Maior

6) Pré-diluição

A função do solvente para pré-diluição, é permitir um bom escoamento da carga, facilitar o contato solvente x carga dentro da torre (melhor distribuição) e melhorar a troca térmica, por redução da viscosidade.

Teoricamente, uma maior pré-diluição, reduz o número de estágios em contra-corrente, contribuindo então, para reduzir o rendimento de ODES. Por outro lado, há um ganho de rendimento, com o aumento da pré-diluição, em função dos efeitos citados anteriormente.

Normalmente, o valor da pré-diluição se situa em torno de 50 %, não constituindo uma variável muito utilizada.

7) Pressão

A pressão de operação da torre extratora não é considerada uma variável operacional. Ela deve ser suficientemente elevada para manter o solvente como líquido dentro da faixa normal de operação. Normalmente, ela é fixada 3,5 kgf/cm2 acima da pressão de vapor do solvente, na temperatura máxima operacional.

Quando uma mistura de propano e butano está sendo usada, a pressão de operação varia normalmente de 28 a 42 kgf/cm2 man. O aumento da pressão acima deste valor, teria um efeito similar ao do aumento da temperatura no rendimento do óleo, devido ao mesmo efeito na diminuição da solubilidade

8) Viscosidade da Carga

Viscosidade Maior = Rendimento Menor

9)RDC

Foram realizados na U-1240, da REDUC, no período de junho/75 a abril/76, testes para verificação da influência da rotação dos discos das torres extratoras (RDCs) na eficiência extrativa.

A análise dos resultados nos mostra que o efeito da viscosidade da carga sobre o desempenho da torre é grande e para que se possa compreender melhor os testes, é conveniente dividir os resultados dos testes em dois grupos : os que têm a carga com viscosidade entre 210 a 240 SSF e os que as têm entre 241 a 303 SSF. No primeiro grupo, se verifica que o rendimento aumenta e o resíduo de carbono diminui com o aumento da rotação. Isto demonstra que, sendo a carga rica em óleo (baixa viscosidade), toda a turbulência adicional causada pelo aumento da rotação, acarreta uma maior eficiência da torre, conseqüentemente, maior rendimento e melhor qualidade. No segundo grupo, existe nitidamente um ponto ótimo, em 20 RPM, no qual há máximo rendimento. A turbulência adicional após 20 RPM, se traduz apenas em ganhos na qualidade – resíduo de carbono mais baixo.

Por experiência, na U-1790, rotações acima de 15 RPM, aumentam a probabilidade de emulsão da torre extratora.

VI- Características dos Produtos

Campanha Árabe leve.–BSN visc. : 35,5 ð 37,5 cst à 100°C

fulgor > 290°CRCR < 1,7

–BSE visc. : 35,0 ð 37,0 cst à 100°Cfulgor > 290°CRCR < 1,7

–OC1 visc. : 38,0 ð 40,0 cst à 100°Cfulgor > 290°CRCR < 3,0

–OC2 visc. : 52,0 ð 59,0 cst à 100°Cfulgor > 290°CRCR < 3,0

Campanha Cabiúnas.

–Odes p/ FCC: fulgor > 290°CRCR < 4,0

Campanhas Árabe leve / Cabiúnas

–CAP 20 penetração 56 ð 60 IST -1,5 ð +1,0–CAP 40 penetração 36 ð 40 IST -1,5 ð +1,0–MF 380–MF 180–OCA7–OCA1–OCA2

Obs.: Todos com controle de fulgor