DESAFIOS PARA A IMPLANTAÇÃO DE UMA REFINARIA PETROQUÍMICA NO BRASIL

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1 PROGRAMA EQ-ANP Processamento, Gestão e Meio Ambiente na Indústria de Petróleo e Gás Natural DESAFIOS PARA A IMPLANTAÇÃO DE UMA REFINARIA PETROQUÍMICA NO BRASIL Patrícia Carneiro dos Santos Orientadores Prof. Peter Rudolf Seidl, Ph.D. Prof.ª Suzana Borschiver, D.Sc. Monografia em Engenharia Química - Setembro/2006

2 1. Introdução 2. Objetivo Sumário 3. Benefícios da Integração Refino-Petroquímica 4. Principais Desafios para a Implantação de uma Refinaria Petroquímica no Brasil 5. O Projeto Brasileiro de Complexo Petroquímico Integrado 6. Exemplos de Complexos Petroquímicos Totalmente Integrados no Mundo 7. Conclusão 8. Agradecimentos 9. Bibliografia

3 1. Introdução Cadeia Petrolífera Fonte: FAIRON, 2005

4 1. Introdução Cadeia Petroquímica Fonte: GOMES et al, 2005

5 1. Introdução Petróleo Refinaria Tradicional Nafta Pirólise / Unid. de aromáticos Olefinas & Aromáticos Petróleo Refinaria Petroquímica Olefinas & Aromáticos Polímeros

6 1. Introdução Produtos petroquímicos fazem parte do cotidiano! Veículos Saúde Embalagens Eletrônicos

7 1. Introdução Mercado Petroquímico Mundial Os petroquímicos contribuem para a síntese da maior parte dos produtos químicos orgânicos. A demanda cresce a taxas maiores que a da economia e supera as rotas tradicionais de suprimento. Fonte: FAIRON, 2005

8 1. Introdução 45,0 40,0 41,3 Consumo per Capita (kg/habitante) kg/hab 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 21,0 20,4 20,4 25,1 15,2 30,0 13,7 11,1 5,1 14,1 4,9 11,8 5,2 8,9 4,7 0,0 EUA JAPÃO FRANÇA PEs ESPANHA ARGENTINA CHILE MÉXICO PP BRASIL Fonte: FAIRON, 2005

9 1. Introdução Consumo mundial de matérias-primas petroquímicas % 10% 16% 8% 54% Nafta Etano Propano Gasóleo Condensado Fonte: PERRONE, 2006

10 1. Introdução Rendimentos típicos do craqueamento a vapor segundo a carga Fonte: PERRONE, 2006

11 1. Introdução No Brasil, o suprimento nacional de nafta, principal matériaprima petroquímica, não é suficiente para atender ao mercado. As importações alcançam 30% do total consumido. Então, é importante avaliar alternativas de equacionamento... Nafta Balança Comercial Brasileira Fonte: ANP, 2006

12 1. Introdução Alternativas de crescimento: Aumentar a importação de nafta Expandir a capacidade nacional de refino Revamps Nova refinaria que foca a produção de petroquímicos

13 1. Introdução Investimentos ( ) da Petrobras em abastecimento Fonte: Plano de Negócios da Petrobras

14 2. Objetivo Este trabalho tem por objetivo identificar os principais desafios para a implantação de uma refinaria petroquímica no Brasil e os esquemas de refino mais adequados à integração refinopetroquímica dadas as características do petróleo nacional. As tecnologias disponíveis para esta integração também serão estudadas.

15 3. Benefícios da Integração Refino-Petroquímica Economias de escala; Otimização de processos e melhor uso de utilidades; Produção de derivados com maior valor agregado; Flexibilidade operacional; e, Menores custos de transporte e armazenamento.

16 3. Benefícios da Integração Refino-Petroquímica A tendência de evolução da especificação de combustíveis também favorece o cenário da integração refino-petroquímica... Fonte: CARVALHO, 2004

17 4. Principais Desafios para a Implantação de uma Refinaria Petroquímica no Brasil Os desafios originam-se principalmente da baixa qualidade do óleo nacional típico e da carência de tecnologias de refino completamente adequadas ao processamento deste petróleo.

18 4. Principais Desafios Características do óleo nacional típico Evolução da Produção de Petróleo Nacional, por Localização - Terra e Mar ( ) Fonte: ANP, 2004

19 4. Principais Desafios Evolução e Previsão de Origem da Produção de Petróleo Nacional ( ) ºAPI = dificuldades no refino BC = Bacia de Campos ND = Novas Descobertas Outros = Outras Bacias Fonte: PETROBRAS, 2003

20 4. Principais Desafios Evolução e Previsão da Acidez Média do Óleo Nacional ( ) acidez naftênica = problemas de corrosão Fonte: VALENTE, 2004

21 4. Principais Desafios Evolução e Previsão da Origem e da Curva de o API do Petróleo Processado nas Refinarias Brasileiras ( ) Fonte: PETROBRAS, 2004

22 4. Principais Desafios Comparação de Típicos Óleos Nacional e Importado Petróleo Características ºAPI S (%p/p) N (%p/p) Acidez (mg KOH/g) Asfaltenos (%p/p) Ni (ppm) Va (ppm) Nacional Marlim 19,70 0,75 0,45 1,01 2,60 19,00 24,00 Importado Árabe Leve 33,30 1,63 0,09 0,08 1,10 3,50 14,00 Fonte: adaptado de MAGALHÃES, 2002

23 4. Principais Desafios Carência de tecnologias de refino adequadas Devido ao tipo de óleo nacional e aos objetivos da refinaria, serão necessários: Processos de conversão profunda (hidrocraqueamento de resíduos e gasóleos, coqueamento retardado, FCC de resíduo) produção de frações leves e médias Processos para a maximização de olefinas leves (principalmente FCC s petroquímicos) - rendimento em petroquímicos Processos de tratamento (hidrotratamento) qualidade

24 4. Principais Desafios Impacto das Condições Operacionais Sobre o Perfil de Rendimentos de um FCC Fonte: PINHO et alli, 2005

25 4. Principais Desafios Tecnologias de FCC Petroquímico ( Coração da refinaria petroquímica) Características comuns: Alta severidade operacional (especialmente, maior T e razão C/O) Sistema catalítico com alto teor de ZSM-5 Fonte: PIMENTA et alli, 2004 Desafios: usar cargas de qualidade mais baixa e provar eficiência industrial.

26 4. Principais Desafios Seletividade de forma da zeólita ZSM-5 Fonte: PINHO et alli, 2005

27 4. Principais Desafios Qualidade da Nafta Obtida por FCC Convencional e Petroquímico Típicos Fonte: PINHO et alli, 2005

28 4. Principais Desafios Comparação da demanda térmica de diferentes tipos de FCC DEMANDA Térmica RISER << Gerada pela combustão do coque Retirada de calor do regenerador DEMANDA Térmica RISER >>> Gerada pela combustão do coque Queima de óleo de tocha no regenerador para suprir a demanda Fonte: PINHO et alli, 2005

29 4. Principais Desafios A carga do FCC petroquímico A escolha é muito importante, sendo necessária a utilização de correntes ricas em hidrogênio e/ou cargas parafínicas. Para um mesmo conteúdo de hidrogênio, correntes mais pesadas, como resíduos, geram mais olefinas leves no FCC petroquímico. Fonte: PINHO et alli, 2005

30 4. Principais Desafios Exemplos de tecnologias de FCC Petroquímico Processo Companhia Potencial de eteno %p/p Potencial de propeno %p/p Unidade industrial Deep Catalytic Cracking (DCC) RIPP & Sinopec / Stone&Webster 6 20 Sim Catalytic Pyrolysis Process (CPP) RIPP & Sinopec / Stone&Webster Não Superflex Kellog Brown & Root (KBR) Não PetroFCC UOP LLC 6 22 Não High Severity FCC (HSFCC) Petroleum Energy Center (JP) e King Fahd University (AS) Não

31 4. Principais Desafios Tecnologias de FCC Petroquímico da Petrobras Duplo Riser Downflow Fonte: AZEVEDO, 2004

32 4. Principais Desafios Comparação entre Reatores de FCC do Tipo Riser e Downer Baixa conv. Supercraq. Produtos + Cat. Carga + Cat. Tempo de contato Distribuição do tempo de contato AMPLA Gravi dade Distribuição do tempo de contato ESTREITA Carga + Cat. Produtos + Cat. Fonte: Adaptado de AITANI et al, 2000

33 5. O Projeto Brasileiro de Complexo Petroquímico Integrado Complexo Petroquímico do Estado do Rio de Janeiro (Comperj)

34 5. O Projeto Brasileiro Comperj (operação planejada para 2012): Localização = Itaboraí Capacidade = bpd Investimento = cerca de US$ 5,2 Bi para a refinaria petroquímica mais US$ 3,1 Bi para o downstream Parceiros = Petrobras, Ultra e BNDES Objetivos principais = petroquímicos, diesel e coque Matéria-prima principal = petróleos da Bacia de Campos

35 5. O Projeto Brasileiro Fonte: ANDRADE NETO, 2006

36 5. O Projeto Brasileiro Produção planejada do Comperj Fonte: ANDRADE NETO, 2006

37 5. O Projeto Brasileiro Fluxograma obtido durante a 1 a fase de planejamento Fonte: PAIS, 2005

38 5. O Projeto Brasileiro Integração refino-petroquímica no Comperj Fonte: ANDRADE NETO, 2006

39 6. Exemplos de Complexos Petroquímicos Totalmente Integrados no Mundo Índia África do Sul Arábia Saudita

40 6. Exemplos de Complexos Petroquímicos Complexo indiano: Reliance Petroleum Complex Fonte: MAITRA et al, 2000

41 6. Exemplos de Complexos Petroquímicos Complexo indiano (em operação): Localização = Jamnagar Capacidade = bpd Objetivos principais = p-xileno (1,4x10 6 t/a), enquanto otimiza a produção de propeno (0,6x10 6 t/a) Matérias-primas principais metanol FCC ( bpd) olefinas e aromáticos = crus de qualidade média, = licenciador é a UOP e maximiza

42 6. Exemplos de Complexos Petroquímicos Complexo sulafricano: Sasolburg e Secunda Fonte: ENG et al, 2005

43 6. Exemplos de Complexos Petroquímicos Complexo sulafricano (em operação): Projeto Turbo = orçamento de US$ 2 Bi para a promoção da melhoria da qualidade dos derivados e crescimento do setor de olefinas nos dois complexos Expansão petroquímica = produção total de PE s (0,41x10 6 t/a), PP (0,53x10 6 t/a) e PVC (0,2x10 6 t/a) Objetivos principais = combustíveis limpos e petroquímicos Matérias-primas principais = gás natural (Sasolburg), carvão e petróleo (Secunda) Secunda = instalação da primeira unidade comercial do Superflex, pela Kellog Brown and Root (KBR)

44 6. Exemplos de Complexos Petroquímicos Implantação do Superflex em Secunda Fonte: adaptado de ENG et al, 2005 Nota: o Projeto Turbo previa o início da operação comercial do Superflex para o 1 o semestre de 2006, mas este fato não está confirmado no site da Sasol.

45 6. Exemplos de Complexos Petroquímicos Complexo árabe: PETRORabigh Fonte: SAUDI ARAMCO DIMENSIONS SUMMER, 2006

46 6. Exemplos de Complexos Petroquímicos Complexo árabe (operação planejada para 2008): Localização = Rabigh Capacidade = mais de bpd Investimento = cerca de US$ 8,5 Bi Joint-venture = Saudi Aramco e Sumitomo Chemical Company Ltd Objetivos principais = petroquímicos (eteno 1,4x10 6 t/a e propeno 0,9x10 6 t/a) e gasolina ( bpd) Matérias-primas principais = crus árabes, etano e butano

47 6. Exemplos de Complexos Petroquímicos Configuração planejada do PETRORabigh Fonte: BOWEN, 2006

48 7. Conclusão Apesar de a refinaria petroquímica ser uma excelente opção para expandir a capacidade nacional de refino, ela demanda inovações tecnológicas para a maximização das frações leves a partir de petróleos pesados. Portanto, é muito importante identificar os gargalos tecnológicos envolvidos neste projeto e monitorar as tecnologias disponíveis para uma adequada integração refino-petroquímica. A gestão tecnológica deve acompanhar todas as fases do projeto.

49 8. Agradecimentos Ao apoio financeiro da Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) e da Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) através do Programa de Recursos Humanos da ANP (PRH 13) da Escola de Química.

50 9. Bibliografia Valiosas fontes de informação: Bases de dados internacionais: SciFinder, Web of Science, Science Direct, Scirus, etc. Sites de companhias internacionais do setor Congressos Mundiais de Petróleo Conferências da Rio Oil&Gas Revistas e jornais do setor

51 9. Bibliografia AITANI, A., YOSHIKAWA, T., INO, T. Maximization of FCC Light Olefins by High Severity Operation and ZSM-5 Addition. Catalysis Today, v. 60, p , ANDRADE NETO, J. L. Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro. In: Rio Oil & Gas Expo and Conference. Rio de Janeiro, set/2006. ANP. Agência Nacional de Petróleo. Anuário Estatístico Brasileiro do Petróleo e do Gás Natural Rio de Janeiro, ANP. Agência Nacional de Petróleo. Dados estatísticos em acessado em jun/2006. AZEVEDO, F. L. A Tecnologia de FCC no Novo Cenário do Refino. In: Seminário sobre o Futuro de Refino de Petróleo no Brasil. Rio de Janeiro, nov/2004. BOWEN, C. Alternative Feedstocks & Technology Advances for Olefins Production. In: Rio Oil & Gas Expo and Conference. Rio de Janeiro, set/2006. CARVALHO, P. A. Especificações Futuras da Gasolina e do Óleo Diesel. In: Seminário sobre o Futuro de Refino de Petróleo no Brasil. Rio de Janeiro, nov/2004. ENG, C., HEIDENREICH, S., SWART, S., MOELLER, F. Cleans Fuels and Petrochemicals at Sasol via Superflex. In: 18o World Petroleum Congress. África do Sul, set/2005. FAIRON, P. H. Petroquímica: Visão da Petrobras. In: Fundação Getúlio Vargas. Rio de Janeiro, maio/2005. GOMES, G., DVORSAK, P., HEIL, T. Indústria Petroquímica Brasileira: Situação Atual e Perspectiva. BNDES Setorial, Rio de Janeiro, n. 21, p , mar MAGALHÃES, M. N. Proposição de análise comparativa no parque de refino brasileiro. Tese de Mestrado. Escola de Química/UFRJ, Rio de Janeiro, 2002.

52 9. Bibliografia MAITRA, P., FOLKERS, J., COLES, P. Integrating a Refinery and Petrochemical Complex. PTQ AUTUMM PAIS, V. M. M. Unidade Petroquímica Integrada do Rio de Janeiro (UPI) Aspectos Gerais. In: Instituto Brasileiro de Petróleo. Rio de Janeiro, set/2005. PERRONE, O. V. Alternative Feedstocks for the Brazilian Petrochemical Industry. In: Rio Oil & Gas Expo and Conference. Rio de Janeiro, set/2006. PETROBRAS. Downstream: Refino, Logística, Transpetro, Petroquímica, Marketing. In: Instituto Brasileiro de Petróleo. Rio de Janeiro, jul/2003. PETROBRAS. Plano Estratégico Petrobras Disponível em acessado em dez/2004. PETROBRAS. Plano de Negócios Disponível em acessado em set/2006. PIMENTA, R. D. M., PINHO, A. R. Maximização de olefinas leves em unidades de craqueamento catalítico fluido. In: Rio Oil and Gas Expo and Conference. Rio de Janeiro, out/2004. PINHO, A. R. e RAMOS, J. G. F. Avanços do FCC Petroquímico. In: 6º Encontro Sul- Americano de Craqueamento Catalítico. Rio Grande do Sul, set/2005. SAUDI ARAMCO DIMENSIONS SUMMER, Disponível em acessado em set/2006. VALENTE, L. E. Desafios Tecnológicos do Refino de Petróleo no Brasil. In: Seminário sobre o Futuro de Refino de Petróleo no Brasil. Rio de Janeiro, nov/2004.

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54 Obrigada! Patrícia Carneiro dos Santos

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