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Paulo R. Bittar

Recuperação de Vapores

Rua Dr. Sebastião Otranto, 122 Campinas – SP CEP 13075-620 Tel.: (19) 3213-6565 www.alltech.ind.br

RECUPERAÇÃO DE VAPORES DURANTE O CARREGAMENTO DE

CAMINHÕES-TANQUES

RESUMO

Combustíveis voláteis como gasolina e etanol, e em menor grau o diesel, apresentam

pressão de vapor elevada, o que implica dizer que a quantidade de vapor emitida

durante as operações de transferência de produto são significativas.

Durante o carregamento de um caminhão-tanque com gasolina, a perda

frequentemente supera 0,1% da massa de combustível transferida. Capturar os

vapores é tecnicamente simples, e uma vez capturado, os vapores podem ser

ventilados, incinerados ou recuperados. A recuperação é a opção preferida, e em

muitos casos o valor do produto recuperado pode pagar os gastos com a

implantação do sistema de recuperação em um curto espaço de tempo - muitas

vezes em menos de dois anos.

Este artigo descreve as Unidades de Recuperação de Vapores (URV), que utilizam

refrigeração para condensar os vapores de hidrocarbonetos.

COMBUSTÍVEIS E SEUS VAPORES

A pressão de vapor dos combustíveis é normalmente expressa como Pressão de Vapor

Reid (RVP), medida em condições específicas e a 37,8 ° C, e é uma indicação da

volatilidade do combustível.


Valores Típicos de RVP, para alguns combustíveis são mostrados na tabela 1 abaixo.

Combustível RVP (kPa) RVP (bar) RVP (Psi)

Gasolina 40 – 60 0,4 - 0,6 6 – 9

Comb. de Aviação 10 – 20 0,1 - 0,2 1 – 3

Diesel 15 – 20 0,15 - 0,2 2 – 3

Querosene 1 - 4 0,01 - 0,04 0,1 - 0,5

Tabela 1 - RVP de combustíveis comuns.

Pequenas variações na RVP são naturais e ocorrem em função das matérias-primas

utilizadas na refinaria bem como por alterações nos processos.

A RVP também é ajustada pelas Refinarias com o objetivo de controlar a ignição dos

combustíveis, assim, nas gasolinas, a RVP é ajustada para ser mais alta durante o

inverno, e mais baixa no verão.

A Tabela 1 mostra que a gasolina é, de longe, o mais volátil dos combustíveis

derivados de petróleo. Por ser muito volátil e com elevado volume de produção, a

gasolina é a maior fonte de emissões de COV – Compostos Orgânicos Voláteis,

associada aos combustíveis. Este artigo se refere em particular à gasolina, embora a

mesma tecnologia se aplique na recuperação de muitos outros vapores de

hidrocarbonetos bem como de etanol.

A Pressão de Vapor Real é ligeiramente diferente da RVP, principalmente em função

da temperatura, como mostrado na Fig. 1.

Como exemplo, com base nas leis dos gases ideais, à pressão atmosférica (101 kPa), o

ar saturado com vapor de gasolina, mostrado na Figura 1, a 40°C, contém 55% de

hidrocarbonetos, em volume.


Figura 1: Variação da pressão de vapor da gasolina em

função da temperatura.

CONCENTRAÇÃO DE VAPORES NOS RESPIROS DOS TANQUES

Dentro de um tanque, o vapor imediatamente acima da superfície do líquido se

apresentará saturado, todavia, na medida em que os vapores se distanciam da

superfície do líquido, dentro do tanque, a mistura de ar e vapor estará ligeiramente

abaixo da saturação. Por isso, a concentração do vapor ventilado a partir do topo de

um tanque irá variar em função do volume de combustível presente nesse tanque. A

concenttração será baixa quando o tanque estiver vazio e estará perto da saturação

quando o tanque estiver cheio. A variação de concentração entre o início e o final do

carregamento do tanque irá depender do tamanho e forma do tanque bem como

estar o tanque limpo ou ter sido previamente usado. Depende também da densidade

do vapor de hidrocarboneto em relação ao ar (ou outro vapor utilizado para

inertização do tanque) e do método de carregamento aplicado (Botton Load, Top

submerso ou Splash).

A figura 2, abaixo, mostra uma curva típica.


Fig. 2 Variação da concentração de vapor na saída do

tanque em diversos níveis de preenchimento do tanque.

Curva superior – tanque previamente utilizado com o mesmo produto.

Curva inferior - tanque limpo.

Para um tanque que tenha sido previamente utilizado no mesmo serviço e contenha

vapor residual do enchimento prévio, como mostrado na curva superior da figura 2, a

concentração média de saída varia de 50-60% da saturação, ou, no caso da gasolina,

cerca de 25 - 35% em volume.

GRANDES PERDAS DE VAPOR ENTRE A REFINARIA E OS POSTOS

Existem três grandes cenários onde as perdas de vapor entre a refinaria e a

distribuição da gasolina nos postos são maiores;

Nos terminais, quando os caminhões-tanques estão sendo carregados (Fig. 3).

Nos postos, quando os caminhões-tanques estão descarregando o combustível nos

_ tanques subterrâneos (Fig. 4).

Nos postos, durante o abastecimento dos veículos (Fig.5).


Nos três cenários apresentados, a mistura de gasolina e ar é deslocada do tanque à

medida que o mesmo é preenchido. Nos três casos, as perdas irão variar com a

temperatura, mas um valor médio para climas como o do Brasil é

aproximadamente 0,5% do combustível transferido. Esta perda é distribuida em

aproximadamente:


carregamento do caminhão-tanque no Terminal = 0,15%

descarregamento do caminhão-tanque no posto = 0,15%

enchimento dos tanques dos veículos nos postos = 0,20%

Perda Total = 0,50%.

CONTROLE DAS EMISSÕES DE VAPORES DURANTE O CARREGAMENTO

Existem três formas de se lidar com os vapores emitidos em cada um dos processos

citados,

Liberar os vapores para a atmosfera ou para um flare;

retornar os vapores para seus tanques de origem;

Recuperar os vapores.

Liberar os vapores diretamente para a atmosfera é, obviamente, ambientalmente

indesejável, além do desperdício do combustível. Há também questões de saúde e

segurança nas proximidades do local onde se liberam os vapores.

Queimar os vapores em um flare reduz os problemas ambientais e de segurança, mas

ainda perde-se o produto.

Retornar o vapor gerado durante o descarregamento do caminhão-tanque é uma

opção válida e frequentemente utilizada em países da Europa e Estados Unidos. Para

tanto, basta conectar o vent do tanque subterrâneo com o caminhão tanque, como

mostrado na Figura 4. Esse procedimento é simples, muito eficaz e de baixo custo

quando os caminhões—tanques e os postos estão equipados com os dispositivos

adequados.

Outra forma de se controlar as emissões é a aplicação da chamada “fase II”, nome

dado nos Estados Unidos para o procedimento de retornar os vapores dos tanques dos

veículos para os tanques subterrâneos dos postos. Esse tipo de controle não é

amplamente utilizado devido às dificuldades técnicas para uma vedação eficaz

dada a grande diversidade de bocais presentes nsos veículos.


Recuperar os vapores é outra forma de se controlar as emissões. Neste caso os

vapores dos combustíveis são direcionados para uma URV – Unidade de Recuperação

de Vapores.

TECNOLOGIAS PARA RECUPERAÇÃO DE VAPORES

Existem quatro tipos principais de tecnologias para a recuperação de vapores

comercialmente em uso atualmente:

adsorção em carbono;

absorção por solvente;

separação por membrana;

condensação por refrigeração.

A diferença fundamental entre as várias tecnologias referem-se aos diferentes

processos de separação da mistura hidrocarbonetos/ar.

Diferem também em custos operacionais, manutenção e geração de resíduos.

As três primeiras técnicas são amplamente abordadas em outras literaturas, e não

serão aqui descritas.

A condensação dos vapores por refrigeração é uma técnica antiga que está

ressurgindo pela aplicação de novas tecnologias que superaram as antigas limitações

dos primeiros sistemas.


RECUPERAÇÃO DOS COMPONENTES DA GASOLINA EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA

A recuperação das substâncias que compõem a gasolina é função direta da

temperatura. Como se pode observar na Figura 6 abaixo, a temperaturas próximas de

0C, apenas os hidrocarbonetos mais pesados começam a se condensar, como por

exemplo o nonano, o tolueno e o etilbenzeno. À medida que a temperatura baixa, os

hidrocarbonetos mais leves tornam-se líquidos. A -35C, quase todas as substâncias já

estão condensadas, restando apenas os gases dissolvidos na mistura de

hidrocarbonetos, caso do propano e do butano que se condensam somente a

temperaturas bem mais baixas, todavia, na gasolina, estão presentes em

concentrações muito baixas. O propano está presente em quantidades inferiores a

0,5%.

Figura 6: Recuperação das diversas substâncias que compõem a gasolina em função

da temperatura.


PROCESSO DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES

Um esquema simplificado do processo de recuperação de vapores por refrigeração é

mostrado na Figura 7.

A mistura de hidrocarbonetos e ar é resfriada em três etapas. Num primeiro momento,

o resfriamento ocorre desde a temperatura ambiente para cerca de + 3 ° C. Nesta

primeira fase, o vapor de água bem como a maior parte dos hidrocarbonetos

pesados presentes na corrente gasosa são condensados. Nesta fase a recuperação

varia entre 20-60% do total de hidrocarbonetos, dependendo das condições de

entrada da corrente gasosa.

Na segunda etapa, o vapor é resfiado até -30 ° C. Nesta segunda fase a recuperação

típica gira em torno de 94-98%.

Fig. 7: Esquema resumido do processo de condensação de vapores por refrigeração.


A terceira fase resfria os vapores para cerca de -80 ° C, e a recuperação total é

tipicamente superior a 99%.

A temperatura final do processo, após o terceiro estágio, determina a eficiência do

sistema na recuperação dos vapores.

A concentração final de hidrocarbonetos é definida em projeto e deve atender aos

padrões de emissão exigidos pelos órgãos ambientais.

Após a terceira fase, o ar frio e limpo retorna para o sistema com o objetivo de

melhorar a eficiência da refrigeração e, antes de ser lançado para a atmosfera, é

aquecido a +15°C.

Os líquidos recuperados são drenados da unidade de recuperação para um

separador, onde a pequena quantidade de água condensada é enviada por

gravidade, para um tanque. Os hidrocarbonetos, já liquefeitos, são bombeados para

um reservatório.

À medida que o vapor e o líquido recuperado entram em contato com as superfícies

do trocador de calor, o líquido limpo e não contaminado, é enviado diretamente de

volta para as linhas de carregamento ou para um tanque de armazenamento.

O combustível recuperado não precisa passar por reprocessamentos antes de ser

comercializado.

A maior parte do vapor de água presente na corrente gasosa condensa na primeira

fase de resfriamento, todavia, uma pequena quantidade permanece na corrente e se

condensa, formando gelo no segundo e terceiro estágios. É necessário remover todo o

gelo formado. Assim, uma vez por dia, os condensadores são aquecidos pouco acima

de 0 ° C até que todo o gelo acumulado derreta. O processo de degelo dura cerca

de 30 minutos.

A quantidade de água condensada é muito pequena. Considerando-se um processo

com recuperação de gasolina numa vazão de 400 m3 / hora num clima de verão, a

URV irá condensar cerca de 500 L / h de hidrocarboneto e de 3 a 6 L / hora de água.

A água condensada irá conter menos de 0,1% de gasolina.

Unidades de Recuperação de Vapores baseadas em refrigeração, recuperam os

vapores emitidos convertendo-os a líquido, que pode facilmente ser quantificado para

provar valor de recuperação. Outras tecnologias para recuperação de vapores


(carbono, membrana e solubilização em solvente) recuperam os hidrocarbonetos na

forma de vapor que é então absorvido em outro líquido ou em uma torre de

absorvedora.

NOVAS TECNOLOGIAS APLICADAS ÀS URV POR REFRIGERAÇÃO

As novas tecnologias incorporadas nas modernas Unidades de Recuperação de

Vapores por refrigeração resultaram em maior confiabilidade, menor consumo de

energia, operação mais simples e menor custo de manutenção em comparação a

modelos anteriores. Os compressores são industriais, bastante confiáveis. O circuito de

refrigeração é totalmente selado, eliminando a possibilidade do sistema

ser contaminado. Os condensadores são normalmente refrigerados a ar, embora

resfriamento a água também esteja disponível, se necessário.

A manutenção desses sistemas resume-se à limpeza ocasional das aletas dos

trocadores de calor. Os hidrocarbonetos condensados são excelentes solventes e

promovem a limpeza contínua do sistema, principamente das superfícies dos

trocadores de calor, mantendo-os em excelentes condições de uso.

As antigas URVs não eram capazes de operar com vazões abaixo de 30% da vazão

projetada, um problema para os terminais onde as vazões durante o dia, podem

variar bastante, podendo ser totalmente interrompida em alguns períodos do dia,

dependendo do número de carregamentos e de braços em operação.

Com as novas tecnologias, válvulas eletrônicas, digitalmente controladas, equipam as

modernas Unidades de Recuperação de Vapores, que podem operar com potência

reduzida durantes condições de baixa vazão. Se a vazão for reduzida a zero, o sistema

detecta e gerencia os controles da unidade sem qualquer problema.

As válvulas de controle eletrônico, aqui mencionadas, são válvulas amplamente

utilizadas indústria de refrigeração, adequadas ao uso com substâncias inflamáveis.

A recuperação de energia a partir do ar frio e limpo, retornando ao sistema antes de

ser lançado para a atmosfera, reduz o consumo de energia, que se situa em


aproximadamente 0,15 kWh por metro cúbico de vapor processado. Esse valor é

médio, sendo um pouco mais alto no verão e mais baixo no inverno.

ECONOMIA

Em pequenos sistemas, com capacidade de carregamento inferior a 150 m3/h, e

operando menos de 8 h/dia, a análise econômica vai mostrar um baixo retorno sobre

o investimento, geralmente superior a 4 anos. No entanto, em sistemas maiores, com

mais horas de funcionamento, por exemplo, com carregamento superior a 500 m3 / h,

e que operem mais de 18 h/dia, o retorno sobre o investimento é alto e extremamente

atraente.

Um estudo recente em um terminal petroleiro no Oriente Médio, mostrou os seguintes

números:

Taxa de carregamento de 800 m3/h, operando 24 h/dia

Carga diária de 9. 000 000 L

Recuperação diária de 10. 700 L ou 7.860 kg (recuperação de 99%)

Valor anual de produto recuperado US $ 1 650 000 (US $ 600/tonelada, 350 dias/ano)

Custo operacional anual (energia + manutenção) = US $ 70 000

Custo da URV Instalada = US $ 1. 600 000

Período de retorno 12,1 meses

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