Como funciona a Destilação do Petróleo?

No refino de petróleo, o óleo cru passa por um tratamento para retirar impurezas antes de entrar em uma coluna de metal, apresentada na Figura 1, sendo aquecido em uma caldeira até uma temperatura em que vaporiza e sobe através da coluna. Ao resfriar, seus derivados são retirados em um processo chamado de destilação fracionada. A destilação fracionada ocorre em larga escala no downstream da indústria de petróleo.

Figura 1 – Colunas de Destilação Fracionada
Fonte: Reprodução

Efetivamente, as aplicações industriais mais amplamente utilizadas da destilação fracionária contínua são em refinarias de petróleo, plantas petroquímicas e químicas e plantas de processamento de gás natural. Nas refinarias, o petróleo chega transportado das fontes de produção, sejam terrestres ou marítimas, onde primeiramente se realiza o processo químico de limpeza e refino do óleo cru ou bruto extraído dos poços de petróleo.

No processo da destilação fracionada atmosférica ou a vácuo, a separação dos derivados ocorre em estágios, conforme observado na Figura 2. Os hidrocarbonetos vaporizados do petróleo voltam ao estado líquido conforme se resfriam em diferentes níveis dentro da torre de destilação. Em cada nível há um recipiente que coleta um determinado subproduto do petróleo. Por exemplo, a 250°C existe uma bandeja que recolhe o líquido condensado naquele estágio, que no caso é o óleo diesel.

Figura 2 – Por dentro de uma Coluna de Destinação Fracionada
Fonte: Reprodução

A destilação industrial é tipicamente realizada em grandes colunas cilíndricas verticais conhecidas como torres de destilação ou colunas de destilação com diâmetros que variam de cerca de 65 centímetros a 16 metros e alturas que variam de cerca de 6 metros a 90 metros ou mais, dependendo da capacidade do “trem” de refino – isto é, cada coluna de destilação e a tubulação de transporte associada.

A coluna de destilação é composta por estágios de equilíbrio com a finalidade de obter produtos mais ricos em determinados componentes de uma mistura. Nesses estágios, onde se encontram pratos (bandejas) perfurados, conforme observado na Figura 3, uma corrente de vapor cruza com uma corrente de refluxo de líquidos em ambientes de alta pressão conhecidos como anéis, trocando calor e massa no processo. O refluxo na coluna de destilação refere-se à porção do produto líquido suspenso condensado na torre de destilação ou o fracionamento que é retornado para a parte superior da torre e escorre torre abaixo contra o fluxo dos hidrocarbonetos vaporizados.

Figura 3 – Detalhe dos Estágios e Pratos em uma Coluna de Destilação
Fonte: Reprodução

Como na destilação de petróleo bruto a alimentação do processo tem uma composição diversificada, as saídas de líquidos em intervalos dentro da coluna permitem a retirada de diferentes frações ou produtos com diferentes pontos de ebulição ou intervalos de ebulição. Os produtos mais leves (aqueles com menos hidrocarbonetos por molécula e o ponto de ebulição mais baixo) saem do topo das colunas, às vezes como gases, e os produtos mais pesados (aqueles com mais hidrocarbonetos por molécula e o ponto de ebulição mais alto) saem da parte inferior da coluna, às vezes quase sólidos que são frequentemente chamados de resíduos.

A destilação de derivados de petróleo é antiga, tendo sido desenvolvida em nível comercial e industrial a partir de meados do século XIX. Já as colunas de destilação com estágios foram desenvolvidas nas primeiras décadas do século XX. Nesta época, a incorporação do conceito de anéis representou um desenvolvimento adicional na indústria do refino, otimizando a produção de fluxos turbulentos e evitando a formação de gotas que reduzem a eficiência da destilação. Uma nova geração de colunas de destilação com estágios estruturada surgiu no início dos anos 1940, com pratos/bandejas perfurados, com os anéis pressionados por folhas de metal na forma de formas onduladas de tiras estreitas. Em 1953, um novo tipo de bandejas de estágios chamado Panapak foi criada, usando folhas de metal perfurado expandidas de forma ondulada para serem usadas nos estágios da coluna de destilação, um exemplo é apresentado na Figura 4. No final dos anos 50, malhas de arame altamente eficientes, como Hyperfil e Koch-Sulzer, eram utilizadas. Até a década de 1970, devido à queda de pressão por estágio, essas estruturas eram mais utilizadas na destilação a vácuo e alto custo, baixa capacidade e alta sensibilidade a sólidos impediram a utilização mais ampla de estruturas de malha de arame na destilação atmosférica tradicional. Super anéis surgiram em meados da década de 1990, ampliando o uso deste conceito para destilação atmosférica, e novas gerações de processos de destilação mais eficientes continuam a ser desenvolvidas desde então.

Figura 4 – Folha de Metal usada em Estágios de Coluna de Destilação
Fonte: Reprodução

Entre os derivados de petróleo produzidos em refinarias em colunas de destilação fracionada, os mais importantes são óleo diesel, gasolina, nafta, querosene e óleo combustível, entre muitos outros. Após a destilação, tanto as frações pesadas, menos valiosas, quantos as frações leves, mais valiosas, passam por processos secundários e terciários (tais como alquilação, hidrotratamento, craqueamento catalítico, reforma e dessulfurizarão) igualmente importantes para o produto chegar em sua forma final, pronta para distribuição e consumo.

(Fonte: CBIE)

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