CARBONO 2007
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
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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 coqueamento
ocorra 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 especiais, de 6 a
8 m de largura e 20 a 30 m de altura.
• As unidades operam de modo contínuo, e os tambores operam
ciclicamente pelo período de 10 a 24h.
• Enquanto um tambor está sendo cheio o outro está em fase 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
Baixo Teor de Enxofre (BTE)
Médio Teor de Enxofre (MTE)
Alto Teor de Enxofre (ATE)
% enxofre, em massa
<2
2–4
>4
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QUALIDADE
Qualidade do CVP no Mercado Internacional
22%
BTE +
MTE
ATE
78%
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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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QUALIDADE (cont.)
Produção a partir de petróleo nacional, oriundo da Bacia de Campos:
• Baixo teor de enxofre (< 1%)
• Qualidade constante
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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.)
Características
Valores Típicos
Método ASTM
Umidade, % m/m
10
D 3173/4931
Matéria Volátil, % m/m
11
D 3175/4421
Cinzas, % m/m
0.2
D 3174/4422
Enxofre, % m/m
0,8
D 4239
Carbono Fixo, % m/m
88
D 3172
Poder Calorífico, kcal/kg
8500
D 5865
HGI (Hardgrove Grindability Index)
100
D 409/5003
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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
8
7,0
7
6,3
6
5
3,8
4
3
3,3
2,8
2,3
2
1
0
2007
2008
2009
2010
2012
2014
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PRODUÇÃO MUNDIAL
Mil
Mil tt
83.551
70.483
61.883
69.422
84.390
85.213
86.127
89.041
4%
14%
73.141
66.179
11%
3%
4%
6%
10%
10%
62%
77%
1996
1997
1998
Am. Norte
1999
União Européia
2000
Am. Latina
2001
2002
Ásia e Oceania
2003
2004
2005
África e Outros Europa
Fonte: Kaiser Associates
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APLICAÇÕES
Produção Mundial de CVP
90 Milhões t
Alto Enxofre
70 Milhões t
Baixo e Médio Enxofre
20 Milhões t
Uso Industrial
Uso Energético
Siderurgia e Outros
4 Milhões t
Alumínio
16 Milhões t
0.7
1,6
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APLICAÇÕES (cont.)
Características
Aplicações do CVP
Matéria–prima p/ calcinação
Mercados
Alumínio
TiO2
Redutor à base de carbono
Ferro-Gusa
Ferro-Ligas
Carbetos
Matéria–prima p/ coqueria
Fundição
Matéria–prima p/ coqueria
Grandes Siderúrgicas
Combustível
Cal
Grandes Siderúrgicas (PCI)
Cerâmica vermelha
Pelotização / Sinterização
Cimento
Geração de energia
Combustível
Qualidade Requirida
Coque de Petróleo
Voláteis Baixos (Máx. 12% m/m)
Metais Baixos
Enxofre Baixo (<2% m/m)
Enxofre Baixo (<1,0 %m/m)
Carbono Fixo Alto(>90% m/m)
Metais Baixos
Granulometria (ferro-liga e gusa)
Enxofre Baixo (<1,0 %m/m)
Carbono Fixo Alto (> 90% m/m)
Enxofre baixo (<1,0 %m)
Carbono Fixo Alto (> 90% m/m)
Enxofre baixo (<1% m/m)
Poder Calorífico Alto
Enxofre alto (>4% m/m)
Poder Calorífico Alto
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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 piche
na 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 carvão
vegetal, 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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Obrigado por sua atenção
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