BRPI0603016B1 - processo de modificação de uma carga em uma unidade de coqueamento retardado - Google Patents
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Abstract
processo de modificação de uma carga em uma unidade de coqueamento retardado é descrito um processo de coqueamento retardado otimizado para um maior rendimento de óleo diesel de coque, por intermédio de modificações na carga em uma unidade de coqueamento retardado. te acordo com a presente invenção, a carga compreende, em uma primeira concretização da invenção: o produto de fundo da torre de destilação a vácuo, conhecido no estado da técnica como resíduo de vácuo (1) e o gasóleo pesado de coque (8) obtido na torre fracionadora (2) e reciclado para compor a referida carga combinada. em uma segunda concretização da invenção, a carga compreende: o resíduo de fundo oriundo da torre de destilação atmosférica, conhecido no estado da técnica como resíduo atmosférico, e o gasóleo pesado de coque (8) obtido na torre fracionadora (2) e reciclado para compor a referida carga da unidade.
Description
PROCESSO DE MODIFICAÇÃO DE UMA CARGA EM UMA UNIDADE DE COQUEAMENTO RETARDADO CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção encontra seu campo de aplicação dentre os processos de coqueamento retardado. Particularmente, dentre os processos de coqueamento retardado onde o rendimento de óleo diesel é maximizado enquanto o rendimento de gasóleo pesado de coque é minimizado, por intermédio de modificações na carga de uma Unidade de Coqueamento Retardado.
DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA O processo de coqueamento retardado de frações residuais de petróleo é utilizado na indústria de refino de petróleo há algum tempo. Este processo permite a conversão de frações pesadas de petróleo em produtos mais leves e de maior valor agregado como, por exemplo, gás liquefeito de petróleo (GLP), nafta, gasóleos e em coque.
Em um processo convencional de coqueamento retardado, a carga fresca, geralmente resíduo de vácuo é alimentada à região de fundo da torre fracionadora, onde ocorre a incorporação do reciclo natural formando a carga combinada da Unidade. Normalmente, o reciclo natural é utilizado para ajustar a qualidade do gasóleo pesado de coque que será enviado para uma Unidade de Craqueamento Catalítico Fluido (FCC). A carga combinada é enviada para uma fornalha, onde deve permanecer por um tempo muito curto, da ordem de poucos minutos, de modo que as reações de craqueamento térmico possam se iniciar e a formação de coque nos tubos da fornalha seja minimizada. A carga craqueada, ao sair da fornalha com temperatura da ordem de 500°C, é alimentada ao tambor de coque, onde as reações de craqueamento térmico e de coqueamento ou carbonização se completam. Estas reações geram hidrocarbonetos mais leves do que a carga combinada e coque. As reações ocorridas em um tambor de coque são endotérmicas e a temperatura dos efluentes do tambor está compreendida em uma faixa de valores entre 430°C e 455°C. O coque formado vai se acumulando no tambor até que tenha que ser removido após as etapas de purga com vapor e resfriamento com água. No intuito de se remover o coque acumulado em um tambor de coque, o efluente do tambor de coque é desviado para um outro tambor de coque vazio, onde a fase de acumulação é iniciada. A remoção do coque é efetuada com instrumentos de corte com água a alta pressão.
Os efluentes do tambor de coque são então enviados para uma torre fracionadora de uma Unidade de Coqueamento Retardado, onde são separados em; - Uma mistura de gás combustível, GLP e nafta leve, que sai pelo topo da torre fracionadora e, por isso, é conhecida no estado da técnica como gases de topo; e - Retiradas laterais de nafta pesada, gasóleo leve de coque (GOL) e gasóleo pesado de coque (GOP).
Para assegurar um melhor rendimento operacional, alguns cuidados especiais são dedicados a algumas etapas do processo de coqueamento retardado, a saber: - É desejável que a formação de coque ocorra somente no interior de um tambor de coque e não nos tubos da fornalha. Assim a carga combinada permanece na fornalha por apenas alguns poucos minutos, de modo a minimizar a formação de coque nos tubos da mesma; e - Para evitar que as reações prossigam e que possa ocorrer deposição indesejada de coque na tubulação de saída do tambor de coque, é efetuado um resfriamento rápido (“quench") com uma corrente de gasóleo e/ou resíduo.
Com a descoberta de petróleos cada vez mais pesados, o processo de coqueamento retardado nas refinarias tem experimentado um aumento do grau de importância, principalmente devido a um aumento do rendimento de resíduo destes petróleos. O processo de coqueamento retardado é bastante conhecido no estado da técnica. Um dos processos mais antigos está revelado na patente norte-americana US 3,563,884. Esta patente descreve um processo em que o alcatrão é usado como matéria-prima e é previsto um reciclo de gasóleo pesado. A partir desta invenção, algumas variantes foram introduzidas. A patente norte-americana US 4,213,846 revela um processo de coqueamento retardado para a formação de coque “premium” no qual o reciclo é hidrotratado. A patente norte-americana US 4,177,133 descreve um processo de coqueamento retardado para a formação de coque “premium" no qual a carga fresca após passar por uma etapa de pré-aquecimento é submetida a uma destilação “flash" para remover substâncias não cristalinas.
As patentes norte-americanas US 4,455,219 e US 4,518,487, apresentam processo de coqueamento retardado nos quais parte ou todo o hidrocarboneto pesado, comumente utilizado como reciclo, é substituído por um hidrocarboneto mais leve, o qual é combinado à carga fresca da unidade. A patente norte-americana US 4,661,241, descreve um processo de coqueamento retardado o qual minimiza o rendimento de coque e maximiza o rendimento de produtos líquidos por intermédio da eliminação do reciclo. A patente norte-americana US 5,711,870 revela um processo de coqueamento retardado no qual a carga fresca é misturada com água e, opcionalmente, com um doador de hidrogênio como o metano ou o gasóleo derivado do reciclo para otimizar o rendimento dos produtos líquidos e reduzir os rendimentos de coque e gás.
Como pôde ser observado, há uma tendência ao desenvolvimento de processos de coqueamento retardado com o objetivo de maximizaro rendimento de produtos líquidos, principalmente gasolina e reduzir o rendimento de coque e de gás. Para que este objetivo seja atingido, existe uma tendência à diminuição da razão de reciclo do processo de coqueamento retardado e aumento das condições de severidade da torre de destilação a vácuo de forma a separar o máximo de gasóleo pesado de vácuo.
Desta forma, prioriza-se a qualidade de produção de um gasóleo pesado de vácuo próprio para uso como carga para uma Unidade de Craqueamento Catalítico. Isto acaba por gerar resíduos de vácuo cada vez mais pesados no fundo da torre de destilação à vácuo.
Assim, para esquemas de refino em que há excedentes de gasóleo e resíduo de vácuo e uma maior demanda por gasóleo leve de coque, o estado da técnica caminha para soluções que viabilizem a conversão simultânea de forma a maximizar o rendimento de óleo diesel da refinaria, O óleo diesel de uma refinaria é composto por várias correntes, entre elas o gásoleo leve de coque produzido em uma Unidade de Coqueamento Retardado. Como a invenção descrita a seguir refere-se ao óleo diesel produzido a partir do gasóleo leve de coque, daqui em diante este óleo diesel vai ser referenciado como óleo diesel de coque.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO O processo de modificação de uma carga em uma Unidade de Coqueamento Retardado, objeto da presente invenção, contempla uma solução que maximiza o rendimento de óleo diesel de coque e minimiza o rendimento de gasóleo pesado de coque, por intermédio de modificações na carga em uma Unidade de Coqueamento Retardado.
De acordo com a presente invenção, a carga compreende: o produto de fundo da torre de destilação a vácuo, conhecido no estado da técnica como resíduo de vácuo, e o gasóleo pesado de coque obtido na torre fracionadora e reciclado para compor a referida carga combinada. A porcentagem em volume de gasóleo pesado de coque na nova carga está compreendida em uma faixa de valores entre 16% e 50%. Preferencialmente, em uma faixa de valores compreendida entre 20% e 40%.
Em uma segunda concretização da invenção, a carga compreende: o resíduo de fundo oriundo da torre de destilação atmosférica, conhecido no estado da técnica como resíduo atmosférico, e o gasóleo pesado de coque obtido na torre fracionadora e reciclado para compor a referida carga da unidade.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS O processo de modificação de uma carga em uma Unidade de Coqueamento Retardado, objeto da presente invenção, será mais bem percebido a partir da descrição detalhada que se fará a seguir, a mero título de exemplo, associada aos desenhos abaixo referenciados, os quais são partes integrantes do presente relatório. A Figura 1 mostra esquematicamente um processo de coqueamento retardado de acordo com o estado da técnica. A Figura 2 mostra esquematicamente um processo de modificação de uma carga em uma Unidade de Coqueamento Retardado de acordo com uma primeira concretização da presente invenção. A Figura 3 mostra esquematicamente um processo de modificação de uma carga em uma Unidade de Coqueamento Retardado de acordo com uma segunda concretização da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A descrição do processo dè modificação de uma carga em uma Unidade de Coqueamento Retardado, objeto da presente invenção, será feita de acordo com a identificação dos respectivos componentes, com base nas figuras acima descritas. A Figura 1 mostra esquematicamente um processo de coqueamento retardado de acordo com o estado da técnica. Uma carga fresca (1) é alimentada em uma torre fracionadora (2) de onde são retirados diversos derivados como, por exemplo, gás combustível e GLP (3), nafta leve (4), nafta pesada (5), gasóleo leve (6), gasóleo médio (7) e gasóleo pesado de coque (8), O produto de fundo (9) da torre fracionadora (2), é alimentado em uma fornalha (10) de modo que as reações de craqueamento térmico possam se iniciar. O efluente da fornalha (11) é então enviado a um tambor de coque (12), onde as reações de craqueamento térmico e de coqueamento ou carbonização se completam, gerando coque e um efluente do tambor de coque (13), composto por hidrocarbonetos leves. O efluente do tambor de coque (13) é então enviado à torre fracionadora (2). A princípio, o gasóleo pesado de coque (8) é enyiado para uma Unidade de Craqueamento Catalítico Fluido (não mostrada na figura) onde é utilizado como matéria-prima para a produção de gasolina. A Figura 2 mostra esquematicamente um processo de modificação de uma carga em uma Unidade de Coqueamento Retardado, de acordo com a presente invenção. Uma carga fresca (1) é alimentada em uma torre fracionadora (2) de onde são retirados diversos derivados como, por exemplo, gás combustível e GLP (3), nafta leve (4), nafta pesada (5), gasóleo leve (6), gasóleo médio (7) e gasóleo pesado de coque (8).
Ao produto de fundo (9) da torre fracionadora (2), é adicionada uma fração (8’) do gasóleo pesado de coque (8). A porcentagem em volume da fração (8’) de gasóleo pesado de coque (8) em relação a carga fresca (1) está compreendida em uma faixa de valores entre 16% e 50%. Preferencialmente, a porcentagem em volume da fração (8') de gasóleo pesado de coque (8) em relação a carga fresca (1) está compreendida em uma faixa de valores compreendida entre 20% e 40%. A referida fração (8') do gasóleo pesado de coque (8) pode ser adicionada ao produto de fundo (9) por intermédio de uma linha externa à torre fracionadora (2), conforme a concretização mostrada na Figura 2, Alternativamente, a referida fração (8‘) do gasóleo pesado de coque (8) pode ser adicionada ao produto de fundo (9) no interior da referida torre fracionadora (2). A carga assim combinada (9’) é então enviada à fornalha (10) de modo que as reações de craqueamento térmico possam se iniciar. O efluente da fornalha (11) é então enviado a um tambor de coque (12), onde as reações de craqueamento térmico e de coqueamento ou carbonização se completam, gerando coque e um efluente do tambor de coque (13), composto por hidrocarbonetos leves. O efluente do tambor de coque (13) é então enviado à torre fracionadora (2). A Figura 3 mostra esquematicamente um processo de modificação de uma carga em uma Unidade de Coqueamento Retardado, de acordo com uma segunda concretização da invenção. Um petróleo (14) é alimentado em uma torre de destilação atmosférica (15) de onde são retirados diversos derivados como por exemplo, gás combustível (16), nafta (17) e outros não representados nesta figura. Sendo assim, a carga da Unidade de Coqueamento Retardado é o resíduo de fundo (18) da torre de destilação atmosférica (15), conhecido no estado da técnica como resíduo atmosférico, e ao produto de fundo (9) da torre fracionadora (2), é adicionada uma fração (8’) do gasóleo pesado de coque (8) oriundo da torre fracionadora (2).
EXEMPLOS A presente invenção pode ser mais bem entendida por intermédio dos exemplos que se seguem. Os exemplos, no entanto, não são limitantes da invenção.
Nos exemplos, foram utilizados um resíduo atmosférico (RAT) e um resíduo de vácuo (RV) com as propriedades de acordo com a Tabela 1: TABELA 1 EXEMPLO 1 Um resíduo de vácuo foi processado em uma unidade piloto de coqueamento retardado sem reciclo de gasóleo pesado de coque. A temperatura da fornalha é de 500°C e a pressão no topo do tambor de coque é de 2 kgf/cm2g. Foram obtidos rendimentos volumétricos de 51,3% para óleo diesel de coque e de 20,2% de gasóleo pesado de coque. O rendimento mássico de coque é de 24,5%. EXEMPLO 2 Um resíduo de vácuo foi processado em uma unidade industrial de coqueamento retardado, com temperatura da fornalha de 500°C, pressão no topo do tambor de coque é de 2 kgf/cm2g e razão de reciclo de gasóleo pesado de coque de 8%. Foram obtidos rendimentos volumétricos de 54,9% para óleo diesel de coque e de 14,6% de gasóleo pesado de coque. O rendimento mássico de coque é de 25%. EXEMPLO 3 Um resíduo de vácuo foi processado em uma unidade piloto de coqueamento retardado com temperatura da fornalha de 500°C, pressão no topo do tambor de coque de 2 kgf/cm2g e reciclo total do gasóleo pesado de coque. Foi obtido um rendimento volumétrico de 68,2% para óleo diesel de coque. O rendimento mássico de coque é de 26%. EXEMPLO 4 Um resíduo atmosférico foi processado em uma unidade piloto de coqueamento retardado, sem reciclo do gasóleo pesado de coque, com temperatura da fornalha de 500°C e pressão no topo do tambor de coque de 2 kgf/cm2g. Foram obtidos rendimentos volumétricos de 53,5% para óleo diesel de coque e de 27,7% de gasóleo pesado de coque. O rendimento mássico de coque é de 13,5%. EXEMPLO 5 Um resíduo atmosférico foi processado em uma unidade industrial de coqueamento retardado com temperatura da fornalha de 500°C, pressão no topo do tambor de coque de 2 kgf/cm2g e razão de reciclo do gasóleo pesado de coque de 25%. Foram obtidos rendimentos volumétricos de 62,9% para óleo diesel de coque e de 14,0% de gasóleo pesado de coque. O rendimento mássico de coque é de 15,2%. EXEMPLO 6 Um resíduo atmosférico foi processado em uma unidade piloto de coqueamento retardado com temperatura da fornalha de 500°C, pressão no topo do tambor de coque de 2 kgf/cm2g e reciclo total do gasóleo pesado de coque. Foi obtido um rendimento volumétrico de 72,6% para óleo diesel de coque. O rendimento mássico de coque é de 17%. A partir dos exemplos acima, nota-se um aumento no rendimento em relação ao óleo diesel de coque e uma redução no rendimento de gasóleo pesado de coque com um aumento da razão de reciclo do processo. Desta forma, com a invenção aqui descrita, ocorre um aumento crescente no rendimento de óleo diesel e uma redução significativa no rendimento de gasóleo pesado de coque. A descrição que se fez até aqui do processo de modificação de uma carga em uma Unidade de Coqueamento Retardado, objeto da presente invenção, deve ser considerada apenas como uma possível ou possíveis concretizações, e quaisquer características particulares nelas introduzidas devem ser entendidas apenas como algo que foi descrito para facilitar a compreensão. Desta forma, não podem de forma alguma ser consideradas como limitantes da invenção, a qual está limitada ao escopo das reivindicações que seguem.
Claims (4)
1. Processo de modificação de uma carga em uma Unidade de Coqueamento Retardado, onde: - uma carga fresca (1) ê alimentada em uma torre fracionadora (2) de onde são retirados diversos derivados como, por exemplo, gás combustível e GLP (3), nafta leve (4), nafta pesada (5), gasóleo leve (6), gasóleo médio (7) e gasóleo pesado de coque (8); - o produto de fundo (9) da torre fracionadora (2), é alimentado em uma fornalha {10} de modo que as reações de craqueamento térmico possam se iniciar; - o efluente da fornalha (11) é então enviado a um tambor de coque (12), onde as reações de craqueamento térmico e de coqueamento ou carbonizaçâo se completam, gerando coque e um efluente do tambor de coque (13), composto por hidrocarbonetos leves; - o efluente do tambor de coque (13) é então enviado à torre fracionadora (2); caracterizado por ao produto de fundo (9) da torre fracionadora (2) ser adicionada uma fração em volume entre 16 e 50% (8’) do gasóleo pesado de coque (8).
2. Processo de modificação de uma carga em uma Unidade de Coqueamento Retardado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a porcentagem em volume da fração (8") de gasóleo pesado de coque (8) em relação a carga fresca (1) estar compreendida em uma faixa de valores entre 20% e 40%.
3. Processo de modificação de uma carga em uma Unidade de Goqueamento Retardado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a fração (8’) do gasóleo pesado de vácuo (8) ser adicionada ao produto de fundo (9) por intermédio de uma linha externa à torre fracionadora (2),
4. Processo de modificação de uma carga em uma Unidade de Goqueamento Retardado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida fração (8‘) do gasóleo pesado de vácuo (8) ser adicionada ao produto de fundo (9) no interior da torre fracionadora.
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