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COQUE VERDE DE PETRÓLEO:UMA VISÃO GERAL SOBRE QUALIDADE,
PRODUÇÃO NO BRASIL E EXTERIOR E SUAS APLICAÇÕES
Roberto Lopes Carvalho (CENPES/PDAB/COMB)Paulo César Lima de Assis (AB/MC/CPPI/CICI)
Novembro/2007
CARBONO 2007
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
2. ESQUEMA DE PRODUÇÃO DO COQUE VERDE DE PETRÓLEO
3. TIPOS
4. QUALIDADE
5. PRODUÇÃO NO BRASIL
6. PRODUÇÃO MUNDIAL
7. APLICAÇÕES
8. CONSIDERAÇÕES FINAIS
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INTRODUÇÃO
���� Em 1860, surgiu a primeira forma sintética do carbono produzida a partir do petróleo, denominada Coque Verde de Petróleo (CVP).
���� O CVP foi produzido de forma pioneira em uma refinaria da Pennsylvania no início do século 19, com objetivo de obter querosene iluminante, empregando uma fornalha aquecida a lenha e a carvão.
� Esta tecnologia foi empregada até 1880, e em alguns casos o processo era interrompido antes da formação do coque, para obtenção de óleos lubrificantes pesados.
� Em 1920, foi patenteado um sistema de destilação que consistia em um tubo passando por uma fornalha, seguido de uma coluna de fracionamento para obtenção de correntes leves.
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INTRODUÇÃO (cont.)
� A PETROBRAS iniciou a produção de CVP no BRASIL em 1972.
1º Unidade - 1972 - RPBC (TEC. LUMMUS)2º Unidade - 1986 - RPBC (TEC. PETROBRAS - TRANSF. KELLOG) 3º Unidade - 1992 - REGAP (TEC. PETROBRAS)4º Unidade - 1999 - REPLAN (TEC. PETROBRAS)5º Unidade – 2006 – REFAP ( TEC. PETROBRAS)
� O aumento da produção de petróleos nacionais com elevados teores de frações pesadas e com baixos teores de enxofre favoreceu o investimento em unidades de conversão como a unidade de coqueamento retardado (UCR).
� O processo UCR converte 70 a 80% v/v do resíduo em derivados leves como GLP, naftas , óleo diesel ( especialmente) e gasóleos, de maior valor agregado.
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ESQUEMA DE PRODUÇÃO
• Forno - especialmente projetado para evitar que o coque amentoocorra no interior dos tubos - injeção de vapor torna o regime turbulento, reduz pressão parcial dos HC para que não forme coque nos tubos e o retarde para se formar no tambor.
• Tambores- são vasos de aço constituídos de ligas espe ciais, de 6 a8 m de largura e 20 a 30 m de altura.
• As unidades operam de modo contínuo, e os tambores op eram ciclicamente pelo período de 10 a 24h.
• Enquanto um tambor está sendo cheio o outro está em fas e de descoqueiamento ( para ser esvaziado) .
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ESQUEMA DE PRODUÇÃO (cont.)
Fluxograma simplificado da UCR
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TIPOS
Classificação em função da natureza das cargas de origem:
• shot coke - cargas ricas em asfaltenos (> 13% m/m), formadas por resíduos de vácuo ou resíduos asfálticos que apresentam altos teores de enxofre e metais - a olho nu, o material apresenta forma esférica de várias dimensões;
• coque esponja – formados por resíduos de vácuo que possuem asfaltenos, resinas e médios teores de enxofre e metais - a olho nu, o material apresenta pequenos poros e paredes espessas;
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TIPOS (cont.)
• coque esponja aluminium grade - formado a partir do resíduo de vácuo, apresenta menores teores de impurezas do tipo asfaltenos, enxofre, resinas e heteroátomos - camadas mais alinhadas e poros em forma de elipse;
• coque agulha - cargas são formadas por óleos decantados, ricos em hidrocarbonetos aromáticos e que contêm baixa presença de asfaltenos, resinas e metais - classificado como material anisotrópico.
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TIPOS (cont.)
Classificação em função do teor de enxofre:
CVP % enxofre, em massaBaixo Teor de Enxofre (BTE) < 2Médio Teor de Enxofre (MTE) 2 – 4Alto Teor de Enxofre (ATE) > 4
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QUALIDADE
78%
22%
Qualidade do CVP no Mercado Internacional
BTE + MTE
ATE
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QUALIDADE (cont.)
Qualidade do CVP PETROBRAS
• A PETROBRAS produz CVP esponja, sendo boa parte classificado como aluminium grade.
• O CVP PETROBRAS é do tipo BTE, com teor de enxofre inferior a 1%, fato que torna o produto “topo de linha” para a indústria de alumínio e potencial substituto do carvão em aplicações siderúrgicas.
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Produção a partir de petróleo nacional, oriundo da Bacia de Campos:
• Baixo teor de enxofre (< 1%)
• Qualidade constante
QUALIDADE (cont.)
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QUALIDADE (cont.)
Outras características do CVP PETROBRAS, importantes para o seu uso como substituto do carvão:
• Baixos teores de cinzas
• Alto teor de carbono fixo
• Elevado poder calorífico
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QUALIDADE (cont.)
D 58658500Poder Calorífico, kcal/kg
D 409/5003100HGI (Hardgrove Grindability Index)
D 317288Carbono Fixo, % m/m
D 4239 0,8Enxofre, % m/m
D 3174/4422 0.2Cinzas, % m/m
D 3175/442111Matéria Volátil, % m/m
D 3173/493110Umidade, % m/m
Método ASTM Valores TípicosCaracterísticas
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2,32,8
3,33,8
6,3
7,0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
2007 2008 2009 2010 2012 2014
PRODUÇÃO NO BRASIL (cont.)
Novas UCRs aumentarão a produção de CVP no Brasil:
2,3 milhões t, em 2007 � 7,0 milhões t, em 2014.
Milhões t
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Am. Norte Am. LatinaUnião Européia Ásia e Oceania África e Outros Europa
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
Mil tMil tMil t
61.883 66.17970.483 69.422
73.141
83.551
77%
10%6%
3%
62%
10%4%
11%
84.390 85.213 86.12789.041
14%
4%
PRODUÇÃO MUNDIAL
Fonte: Kaiser Associates
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APLICAÇÕES
Produção Mundial de CVP90 Milhões t
Alto Enxofre 70 Milhões t
Baixo e Médio Enxofre20 Milhões t
Uso EnergéticoUso Industrial
Alumínio16 Milhões t
Siderurgia e Outros4 Milhões t
0.7 1,6
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Aplicações do CVP Mercados Qualidade Requirida Matéria–prima p/ calcinação
Alumínio TiO2
Coque de Petróleo Voláteis Baixos (Máx. 12% m/m) Metais Baixos Enxofre Baixo (<2% m/m)
Redutor à base de carbono Ferro-Gusa Ferro-Ligas Carbetos
Enxofre Baixo (<1,0 %m/m) Carbono Fixo Alto(>90% m/m) Metais Baixos Granulometria (ferro-liga e gusa)
Matéria–prima p/ coqueria Fundição Enxofre Baixo (<1,0 %m/m) Carbono Fixo Alto (> 90% m/m)
Matéria–prima p/ coqueria Grandes Siderúrgicas Enxofre baixo (<1,0 %m) Carbono Fixo Alto (> 90% m/m)
Combustível Cal Grandes Siderúrgicas (PCI) Cerâmica vermelha Pelotização / Sinterização
Enxofre baixo (<1% m/m) Poder Calorífico Alto
Combustível Cimento Geração de energia
Enxofre alto (>4% m/m) Poder Calorífico Alto
APLICAÇÕES (cont.)
Características
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APLICAÇÕES (cont.)
Calcinação
� Processo térmico, que permite reduzir drasticamente o teor de material volátil presente no coque verde de petróleo .
� Podem ser beneficiados por este processo o coque verde tipo esponja aluminium grade e o tipo agulha.
� O coque calcinado de petróleo é empregado em misturas com pichena produção de anodos para:
● Indústria de Alumínio● Indústria de Eletrodos de Grafites● Indústria de TiO2
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APLICAÇÕES (cont.)
• Usos já testados do CVP na Indústria Siderúrgica:
� Nas coquerias, como fornecedor de carbono e redutor de cinzas, em substituição ao carvão mineral, para produção de coque metalúrgico.
� Nos altos fornos, em PCI (pulverized coal injection).
� Nos pequenos e médios fornos, em substituição a carvãovegetal, para produção de gusa e fundição.
� Nos processos de pelotização, sinterização e de ferro-ligas.
Aplicações na siderurgia são exclusivas dos CVPs sul-americanos.
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
• O aumento significativo da produção do Coque de Petróleo Nacional, com baixos teores de enxofre, cinzas, carbono fixo e elevados valores de poder calorífico o credenciam a ser:
� uma matéria-prima de qualidade para uso na produção de coque calcinado destinado principalmente à indústria de alumínio no Brasil e no exterior;
� uma alternativa importante para diversos segmentos industriais brasileiros como substituto dos carvões vegetal e mineral importado.
• A PETROBRAS deseja participar e viabilizar pesquisas que assegurem o uso crescente do Coque de Petróleo por importantes setores da economia brasileira.
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