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Revisão Bibliográfica

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  2  –  REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1  –  Nafta e Reforma Catalítica de Nafta  A palavra nafta  é um termo genérico usado pela indústria petrolífera para a fração líquida de topo obtida da destilação atmosférica. [1] Figura  –  Esquema simplificado da destilação atmosférica.  A nafta obtida diretamente da destilação atmosférica é designada como Straight Run  (SR) e é útil distinguir a Nafta por esse termo porque ela também é obtida por outros processos, como craqueamento catalítico, viscorredução e coqueamento. [2]   A composição da nafta depende principalmente do tipo de petróleo e se é obtida da destilação atmosférica ( Straight run ) ou de outras unidades de processamento. A nafta SR não possui compostos olefínicos (alcenos), enquanto que as outras naftas possuem quantias variáveis de olefinas, aromáticos, isoparafinas (alcanos ramificados) e naftênicos (cicloalcanos). [1]   A classificação da nafta é feita basicamente em dois grupos: em nafta leve, com faixa de ebulição de 35°C à 90°C, e nafta pesada, com faixa de ebulição de 90°C à 200°C, sendo comum o termo nafta média  para indicar a fração do corte pesado que ferve abaixo de 150°C. [1] e [2]   A escolha do tipo de nafta pode ser um procedimento importante de processamento. Nafta de base parafínica é uma melhor matéria-prima para unidades de craqueamento a vapor ( steam cracking  ), porque parafinas são craqueadas a temperaturas mais baixas que os naftênicos. Uma nafta rica em naftênicos é melhor matéria-prima para unidades de reforma catalítica porque são facilmente desidrogenados a compostos aromáticos. [1]      Figura : Processo que utilizam nafta.  A reforma catalítica é um processo no qual nafta à alta temperatura e sob pressão de hidrogênio na faixa de 345 a 3450 kPa é posta em contato com catalisador de platina para produzir um líquido rico em compostos aromáticos. [3]  Devido ao surgimento dos motores de combustão interna de alta taxa de compressão houve a necessidade de mudança na qualidade dos combustíveis, onde a prevenção de detonação por compressão ( knocking  ) é atingida pelo aumento do índice de octanagem do combustível. [4]  No processo de reforma catalítica, a alimentação rica em parafinas, e desse modo, de baixa octanagem, é convertida em um produto líquido rico em aromáticos, e assim, de alta octanagem. Isso o torna um processo de grande importância para a indústria petrolífera. [3]  Nos anos trinta os processos de reforma térmica eram comuns, até que nos anos quarenta, durante a Segunda Guerra, foram substituídos por processos catalíticos por esses oferecerem melhores rendimentos e octanagens maiores. Esses processos usavam catalisadores de óxido de cromo ou de molibdênio (esse último podia ser dopado com cobalto) e eram implementados em reatores de leito fixo ou leito móvel. [3] e [5] Em 1949 a empresa Universal Oil Products co. (UOP) desenvolveu o processo Platforming TM , baseado em um catalisador de platina suportado em alumina clorada. Na época, o processo consistia em unidades chamadas “semiregenerativas”, porque operavam em leitos fixos que precisavam de paradas periódicas para regeneração do catalisador, que consiste na queima do coque e recondicionamento de metais ativos. [3] e [5]      Figura    –  Fluxograma do Processo UOP Platforming  TM  semiregenerativo. Fonte : LAPINSKI, BAIRD e JAMES (tradução e modificação nossa) No processo semiregenerativo a alimentação é misturada com hidrogênio de reciclo, pré-aquecida em um trocador de calor usando o efluente do último reator como corrente quente. Em seguida, é aquecida até a temperatura de reação por um forno e enviado aos reatores. Como a maioria das reações são endotérmicas, os efluentes são reaquecidos no forno para que sejam alimentados no reator seguinte. O efluente do último reator é resfriado e a fração líquida é separada da fração gasosa, da qual uma porção é retornada como reciclo de hidrogênio. Depois, a fração líquida é destilada em uma coluna chamada “estabilizadora”, onde o produt o de topo são gases leves e o produto de fundo é um líquido rico em aromáticos chamado de “reformado”. [6]  As taxas de coqueamento e desativação são reduzidas sob altas pressões de hidrogênio, e desse modo, essas unidades nos anos cinquenta e sessenta eram operadas sob altas pressões na faixa de 2760 a 3450 kPa. [3] e [5]  O processo com regeneração cíclica foi desenvolvido pela ExxonMobil e consistia ainda em reatores de leito fixo, porém, com a possibilidade de remover reatores do processo (atráves do desvio do escoamento para reatores paralelos), permitindo a regeneração do catalisador sem parar a unidade e sem perder produção. [3] e [5]  O desenvolvimento de catalisador de reforma bimetálicos e multimetálicos ocorreu no final dos anos sessenta e permitiu a operação de unidades semiregenerativas sob pressões por volta de 14 a 17 bar, com octanagem de 95 a 98. [2], [3] e [5]  Em 1971 a UOP desenvolveu um processo com regeneração contínua de catalisador, o processo CCR Platforming  TM  (CCR, acrônimo inglês para Continuous Catalyst Regeneration    –  Regeneração Contínua de Catalisador). Esse processo opera em reatores de leito móvel onde o catalisador é enviado de um reator para o outro, por  gravidade, removido do último reator para ser regenerado em ambiente controlado e então enviado para o primeiro reator. [3]   Figura    –  Fluxograma do Processo UOP CCR    Platforming  TM . Fonte : LAPINSKI, BAIRD e JAMES (tradução e modificação nossa) Uma vez que o processo mais moderno de reforma catalítica de nafta opera em reatores de leito móvel com escoamento radial, a modelagem e simulação desse tipo de reator é o objetivo principal deste trabalho. 2.2  –  Reações Químicas do processo de Reforma  As reações podem ser classificadas de modo genérico em quatro tipos: isomerização, desidrociclização, desidrogenação e hidrocraqueamento, e elas ocorrem tanto nos sítios ativos metálicos (platina) quanto nos ácidos (alumina). [3] e [6]   A isomerização de parafinas e naftênicos ocorre rapidamente nas temperaturas operacionais. Antes de um alquilpentano ser convertido em aromático ele deve ser convertido em alquilciclohexano. O equilíbrio termodinâmico favorece os isômeros mais ramificados de se formarem. Essas reações químicas ocorrem nos sítios de alumina. [3] e [6]   A desidrociclização de parafinas é a reação mais difícil de ocorrer. É a conversão de parafinas a naftênicos com perda de hidrogênio. A reação é favorecida por alta temperatura e baixa pressão e ocorre tanto nos sítios de platina quanto nos de alumina. [3] e [6]    ⇌ê+  2  ∆ >0   A desidrogenação de naftênicos é a principal reação do processo. Ela ocorre rapidamente e tende a conversão máxima. É favorecida por alta temperatura e baixa pressão e ocorre nos sítios ativos de platina.  [3] e [6]   ê ⇌á+  2  ∆>0  
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