Utilização das microondas no craqueamento catalítico de óleos pesados

Orientador : Prof. Dr. Luiz Fernando de Lima Luz Jr Coorientadora: Profa. Dra. Regina Weinschutz Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa: Curitiba, 29/10/2010 Bibliografia: fls. 87-90 Resumo: O craqueamento catalitico e um processo de suma importancia em uma refinaria, devido a obtencao de produtos nobres a partir de oleos com um menor valor agregado. Por este motivo, e um processo de alta lucratividade para uma refinaria e, portanto, demanda constantes inovacoes tecnologicas integradas as questoes ambientais. As ondas eletromagneticas proporcionam o aquecimento dieletrico das particulas do catalisador das reacoes de craqueamento, porem, nao aquecem o fluido a sua volta, assim, apenas o catalisador e mantido aquecido, minimizando a pirolise da fase fluida e, portanto, a menor formacao de coque sobre o catalisador. Um estudo utilizando ondas de radio frequencia (27,12 MHz), demonstrou que quando a carga continha enxofre, este era convertido, quase que na sua totalidade, a gas sulfidrico que se concentrava na fase gasosa, sendo facilmente separado das fracoes liquidas obtidas. Alem disso, as cadeias grandes eram convertidas apenas a olefinas pequenas (ate C4) e parafinas lineares na faixa do querosene (C10 - C16) e do oleo diesel (C15 - C20). Outros estudos para a industria do petroleo utilizaram ondas na faixa das microondas, 2,45 GHz, verificam o efeito na quebra de emulsoes e na reducao do seu teor de enxofre. Os efeitos das microondas no craqueamento catalitico de oleos pesados sao desconhecidos na literatura. Testes de craqueamento catalitico com microondas foram realizadas no produto de fundo da destilacao atmosferica (gasoleo leve), verificando-se o efeito da temperatura de alimentacao da carga, massa de catalisador, tempo de acao das ondas e injecao de nitrogenio. Os resultados foram analisados por cromatografia gasosa, espectrometria de massa e teor de enxofre por dispersao em raios-X. O presente trabalho demonstrou que a utilizacao das microondas e capaz de produzir reacoes de craqueamento neste oleo, gerando produtos com caracteristicas quimicas semelhantes a um oleo diesel comercial. Ocorreu tambem um significativo decrescimo no teor de enxofre de 6751 ppm para 2850 ppm. Em substituicao a importacao de equipamentos e acessorios necessarios a realizacao do trabalho, e que teria uma grande demanda de custos, desenvolveu-se uma tecnologia propria, que inclui a cavidade do forno de microondas, o sistema de vedacao e medida de temperatura, e o vaso de insercao das amostras (reator), sendo este um leito de jorro que promoveu, dentre outros avaliados, as melhores condicoes para a reacao num meio trifasico, operando com particulas de Zeolitas, utilizadas comercialmente, na faixa de diametro de 90 ?m. Abstract: The Catalytic Cracking is a process of utmost importance in a refinery, given its role in the obtention of noble products from lower-aggregate-value oils. For that reason, it is a high-return process for a refinery, and as such, it demands constant technological innovations integrated with environmental concerns. The electromagnetic waves cause the dielectric heating of the Cracking reactions’ catalyzer particles, however they do not heat up its surrounding fluid; therefore, only the catalyzer is kept heated, minimizing the THERMAL CRACKING of the fluid phase and, as a consequence, a smaller formation of coking over the catalyzer. Studies have demonstrated that, when radiofrequency waves (27,12 MHz) are utilized and the feed contains sulfur, the latter is converted almost in its entirety to sulphydric gas, concentrated in the gaseous phase, and being easily separated from the liquid fractions obtained. Furthermore, the hydrocarbons were only converted to small olefins (up to C4) and linear paraffins in the kerosene (C10 – C16) and diesel (C15 – C20) ranges. Other studies for the oil industry utilized waves within the microwave range (2,45 GHz) and verified the effect in the demulsification and in the sulfur tenor reduction. The effect of microwaves in the Catalytic Cracking of heavy oils is unknown to literature. Catalytic Cracking tests with microwaves were performed in the heavy product of the atmospheric distillation, in order to verify the effects of the feed temperature, catalyzer mass, waves action time and nitrogen injection. The results were analyzed by gaseous chromatography, mass spectrum and sulfur tenor by X-ray dispersion. This work has demonstrated that the utilization of microwaves is capable of producing Cracking reactions in this oil, generating products with chemical characteristics similar to those of a commercial diesel. A significant decrease in the sulfur tenor has also occurred, from 6,751 to 2,850 ppm. In substitution to the importation of equipment and accessories that would be necessary to the study, which would have significant costs, a new technology was developed, which includes the microwave oven cavity, the system that avoid the gas move out of the cavity, and temperature control systems, and the sample insertion vase (reactor), the latter being a spouted-bed that provided, in comparison with other methods, the best conditions for a reaction in a three-phase environment, operating with zeolitic catalyst particles, commercially used, in the diameter range of 90 ìm.