Downstream na indústria de petróleo e gás

Unidade bruta

O refino do petróleo bruto começa na unidade de petróleo bruto, cuja principal função é separar os diversos componentes.

Como funcionam as unidades brutas

O petróleo bruto pesado normalmente contém sais. Os sais de cloreto não só causam entupimento a jusante no processo de refino, mas também corroem o equipamento na forma de ácido clorídrico (HCl) – formado por hidrólise sob altas temperaturas. O petróleo bruto com um teor significativo de sal deve primeiro passar por um dessalinizador para remover a impureza. Nesta etapa de pré-tratamento, o petróleo bruto é aquecido ligeiramente acima do ponto de ebulição da água e depois misturado com água doce para diluir o sal. Em seguida, a mistura segue para um tanque de decantação para separação do óleo e da água salgada. Um campo eletrostático acelera o processo de separação

Após a dessalinização, o petróleo bruto é aquecido a cerca de 540°F (280°C). Essa matéria-prima parcialmente vaporizada entra próximo ao fundo da unidade de destilação bruta (CDU), também chamada de unidade de destilação atmosférica porque o processamento ocorre próximo à pressão atmosférica: 1,2 a 1,5 atm (17,6 a 22 psi) no topo da coluna. Esta coluna possui um refervedor na parte inferior e um condensador na parte superior, criando um gradiente de temperatura. As frações com ponto de ebulição mais alto – os compostos mais pesados ​​e menos voláteis – permanecem perto do fundo, enquanto as frações com ponto de ebulição mais baixo – os compostos mais leves e mais voláteis – sobem para o topo. Bandejas perfuradas empilhadas ao longo da coluna permitem que os compostos mais leves continuem subindo enquanto os compostos mais pesados ​​escorrem para baixo. Os componentes de hidrocarbonetos separados, ou frações, são retirados em várias alturas ao longo da coluna de destilação de acordo com seus pontos de ebulição.

O óleo residual pode ser separado ainda mais, mas a destilação térmica não pode ocorrer à pressão atmosférica porque as altas temperaturas exigidas danificariam os hidrocarbonetos.

Para destilação adicional, o óleo residual entra em uma unidade de destilação a vácuo (VDU). Em pressões tão baixas quanto 10 em H₂O (0,36 psi), os pontos de ebulição de óleos mais pesados ​​são baixos o suficiente para evitar decomposição térmica ou rachaduras. O forno a vácuo aquece o óleo residual a cerca de 750°F (400°C), onde ele vaporiza no ambiente de baixa pressão e fraciona em vários componentes para processamento e refino adicionais:

• Gasóleo leve e gasóleo pesado (também chamados gasóleos de vácuo) – para serem transformados em matérias-primas de óleo lubrificante ou como matéria-prima para hidrocraqueadores e unidades de craqueamento catalítico fluido (FCC)
• Esíduo de vácuo – como matéria-prima para unidades de coqueamento, unidades FCC, hidrocraqueadores e hidrotratadores

Soluções de medição para unidades brutas

Existem três aplicações principais para conjuntos de temperatura multiponto flexíveis em uma unidade bruta:

• Monitoramento de formação de coque em zona flash. Ambas as colunas de destilação atmosférica e a vácuo possuem zonas de flash, onde parte da matéria-prima quente “transforma-se” em vapor ao entrar na coluna. Medindo radialmente a distribuição de temperatura para pontos quentes no empacotamento da zona de flash, os operadores podem detectar a formação precoce de coque e ajustar a taxa de óleo de lavagem de acordo para minimizar ou eliminar depósitos de coque.
• Monitoramento da temperatura do topo da torre e do gradiente de temperatura superior. À medida que os gases de sobrecarga esfriam, é possível que diferentes sais – cloreto de amônia ou sais formados a partir de inibidores de sobrecarga – cristalizem em diferentes temperaturas antes do sistema de lavagem de sobrecarga. A formação precoce pode levar à deposição de sal e à corrosão do metal. Uma solução multiponto permite que os operadores controlem melhor as temperaturas no topo da torre, a fim de minimizar ou eliminar a formação precoce de sal.
• Medição de temperatura da bandeja. Um termopar multiponto é uma maneira simples de realizar múltiplas medições de temperatura a partir de um único bico.

Termopares revestidos tubular para forno

A WIKA oferece soluções inovadoras de termopares para aquecedores acionados. Graças aos extensos testes de termopares em nossas instalações de P&D de última geração perto do Houston Ship Channel, podemos ajudar a determinar a configuração e o posicionamento adequados dos sensores de temperatura para seus fornos.

Independentemente do local de instalação, o termopar deve ser direcionado e instalado corretamente. Por exemplo, os usuários devem levar em conta a expansão térmica do tubo do forno, bem como proteger o sensor do calor direto proveniente dos queimadores. Se direcionado e instalado incorretamente, o termopar provavelmente sofrerá uma vida útil mais curta e poderá até funcionar mal.

Com os avanços da WIKA na tecnologia de termopares tubulares, a precisão não é a única coisa que foi otimizada. A facilidade de instalação também é uma característica fundamental de nossas soluções de medição de temperatura, já que nosso pessoal de serviço de campo colabora continuamente com os engenheiros de projeto da WIKA para agilizar o processo. Quer o sensor tenha ou não uma proteção térmica moldada, a instalação é rápida e confiável – sempre.

Unidade de coque

As unidades de coque usam alta temperatura (< 900°F/480°C) e alta pressão para quebrar, ou quebrar, as moléculas maiores de hidrocarbonetos do resíduo de vácuo para produzir frações mais leves e de maior valor. O craqueamento térmico em um coqueador também produz carbono sólido, chamado coque de petróleo (coque de petróleo), usado como fonte de energia ou matéria-prima na fabricação.

Como funcionam as unidades de coqueamento

Uma unidade de coqueamento retardado (DCU), o tipo mais comum de coqueamento, possui dois componentes principais: um aquecedor acionado e dois ou mais tambores de coque. No aquecedor a fogo, os tubos do forno transportam a alimentação através das seções radiante e de convecção, onde atinge a temperatura de craqueamento térmico. Esse fluido então entra no tambor de coque, onde ocorre o craqueamento. (Portanto, “atrasada”, porque a reação não ocorre no aquecedor ou no reator.) Os vapores de hidrocarbonetos saem pela parte superior do tambor, enquanto o coque se deposita na parte inferior. Quando um tambor está cheio, ele é colocado offline para descoqueamento enquanto outro, agora descoqueado, é colocado novamente online. Cortadores de água de alta pressão removem os sólidos do tambor de coque.

Outro tipo é o coqueador fluido. A alimentação é pulverizada no queimador como um sólido fluidizado e é queimada novamente como combustível e para quebrar ainda mais as longas cadeias de hidrocarbonetos. Um flexicoker é como um coqueador fluido, mas com a opção de gaseificação parcial ou total do coque. A vantagem dos coqueadores fluidos e flexicokers é o maior rendimento de hidrocarbonetos líquidos de alto valor.

Vantagens da medição precisa de temperatura em coqueadores

Independentemente do tipo de coqueador, essas unidades trabalham sob condições desafiadoras: temperaturas extremamente altas, vibrações intensas, alimentações corrosivas e voláteis. A segurança e os rendimentos ideais exigem instrumentação confiável para monitorar e controlar continuamente os processos. Em particular, um aquecedor de coque deve ser equilibrado tanto no lado do processo quanto no lado do fogo.

Com informações precisas sobre temperatura e fluxo do processo, os tubos do forno de uma refinaria podem ter três vezes o comprimento de operação em comparação com um aquecedor médio. A medição precisa da temperatura do tubeskin é fundamental. Se a leitura de um termopar tubular (TSTC) for alta, os operadores diminuirão desnecessariamente o tempo de operação, resultando em produção reduzida. E se a leitura for muito baixa, os operadores aumentariam inadvertidamente o tempo de execução, aumentando assim o risco de ruptura do tubo e desligamento não planejado.

A WIKA possui um portfólio de TSTC inovadores projetado para maximizar a produção e a segurança da planta. Também oferecemos serviços de instalação e um programa de monitoramento de fornos de última geração com varredura infravermelha, verificações de integridade de equipamentos, análises de dados e solução de problemas.

Planta de Cracker Catalítico Fluido (FCC)

Assim como uma unidade de coque, uma unidade de craqueamento catalítico fluido (FCC) converte óleo residual pesado em produtos mais leves e de maior valor, como gasolina e olefinas leves de propileno e butileno. Mas, ao contrário de um coqueador, que utiliza apenas altas temperaturas para quebrar longas cadeias de hidrocarbonetos, o craqueamento catalítico fluido introduz um catalisador para tornar este processo mais eficiente.

Como funcionam as unidades FCC

Num reator, o óleo residual é misturado com sílica-alumina, zeólita aluminossilicato ou outro catalisador. Este contato físico, na presença de temperaturas e pressões adequadas, resulta em uma reação química que fraciona a matéria-prima em moléculas menores, que são separadas e retiradas no fracionador. O catalisador não é alterado quimicamente durante esta reação, mas o carbono reveste o pó, esferas ou pellets. O catalisador gasto entra no regenerador, onde o carbono é queimado, e depois retorna ao reator.

Monitoramento de temperatura em unidades FCC

As unidades da FCC, as geradoras de dinheiro das refinarias modernas, podem funcionar continuamente, exceto por uma parada planejada a cada cinco anos para manutenção regular. O ideal é que o tempo de resposta seja curto para que o equipamento possa começar a refinar novamente. Mas se a inicialização não for feita corretamente, poderá ocorrer condensação, o catalisador ficará úmido e pegajoso e a unidade terá que ser desligada novamente para limpeza. Para evitar este cenário dispendioso, é importante monitorizar continuamente a temperatura do dipleg enquanto reaquece a unidade, a fim de evitar condensação. Outra área importante para o monitoramento da temperatura está no regenerador, para garantir que as condições sejam quentes o suficiente para queimar o carbono e regenerar o catalisador.

Unidade de alquilação

Uma unidade de alquilação produz isoparafinas chamadas alquilatos. Produz este componente de mistura de gasolina de alta octanagem combinando isobutano (da unidade de isomerização da refinaria) com propileno ou butileno (de uma unidade FCC) na presença de um catalisador. Também chamada de alky, esta unidade é uma parte importante do cumprimento dos rigorosos padrões de combustível atuais para redução de emissões.

Tipos de unidades de alquilação

Existem hoje quatro tipos de unidades de alquilação, nomeadas de acordo com o catalisador utilizado. As convencionais são a unidade de alquilação de ácido fluorídrico (HFAU) e a unidade de alquilação de ácido sulfúrico (SAAU). O principal desafio dessas unidades é que os catalisadores ácidos líquidos são corrosivos, tóxicos e potencialmente prejudiciais ao meio ambiente. Portanto, é fundamental prevenir emissões e vazamentos. O sistema de monitoramento de diafragma da WIKA possui um segundo diafragma interno, que garante a separação confiável do ambiente e do processo caso o diafragma primário falhe. Caso isso ocorra, a pressão monitorada no espaço intermediário aumenta e o sistema alerta os operadores sobre o evento de ruptura. Para evitar os riscos inerentes ao uso de ácidos líquidos, algumas refinarias estão adotando a alquilação ácida sólida e a alquilação líquida iônica. Ambas as tecnologias são promissoras, pois os catalisadores são menos perigosos de manusear, regenerar e descartar do que HF ou H₂SO₄.

Independentemente do catalisador ou da tecnologia, a alquilação requer faixas precisas de temperatura e pressão para reações químicas ideais.

Reformador de Regeneração Contínua de Catalisador (CCR)

A reforma catalítica é um processo onde as naftas são convertidas em componentes de mistura de gasolina de alta octanagem, ou reformados, usando um catalisador na presença de alto calor e pressões elevadas. Como uma das reações químicas é a desidrogenação, a reforma catalítica produz grandes quantidades de hidrogênio, que é utilizado em hidrocraqueadores e em outras partes da refinaria.

Como funcionam os reformadores da RCC

Em um típico reformador de regeneração catalítica contínua (CCR), o processo começa com o forno aquecendo a alimentação de nafta até a temperatura apropriada. A partir daí, a alimentação entra em uma série de reatores, onde leitos de catalisador de movimento lento, normalmente à base de platina, aceleram a reação química para produzir uma variedade de hidrocarbonetos de maior valor. Os reformados resultantes, juntamente com o gás reformador e o hidrogênio, são separados.

Processos no reator depositam coque no catalisador Depois de sair do último reator, o catalisador gasto é encaminhado para o regenerador para ser descoqueado e depois retorna novamente ao reator.

A regeneração contínua do catalisador é mais popular e eficiente do que a reforma semi-regenerativa, que utiliza catalisador de leito fixo que pode ser regenerado apenas durante paradas a cada poucos meses. A CCR, por outro lado, pode operar ininterruptamente, exceto por uma parada a cada três ou mais anos.

Onde monitorar a temperatura em um reformador CCR

A temperatura desempenha um papel fundamental na otimização dos processos químicos de um reformador CCR, e os sensores de temperatura operam sob condições desafiadoras.

• Forno: A medição precisa e robusta da temperatura do revestimento do tubo é importante para uma operação segura e otimização do rendimento da unidade. Uma unidade CCR típica possui fornos multicélulas – um para cada leito/zona de catalisador – que apresentam tubos dispostos em postigos ou mandris. Tanto o tubo quanto o coletor do tubo se expandem em altas temperaturas, portanto o instrumento deve lidar com a expansão diferencial tridimensional.
• Reator: Sensores de temperatura em leitos catalíticos móveis servem para monitorar o desempenho do catalisador e detectar distribuição irregular do fluxo. No entanto, os instrumentos de medição são suscetíveis à erosão devido ao contato repetido com os pellets de catalisador. Um cabo projetado com paredes pesadas oferece proteção contra catalisadores em movimento e altas temperaturas.
• Regenerador: Aqui, o catalisador gasto sofre oxidação para remover o depósito de coque e depois cloração para restaurar sua acidez. Um termopar multiponto flexível monitora as temperaturas dos gases em cada zona para garantir a vida útil máxima do catalisador. Neste ambiente corrosivo e de alta temperatura, a superliga Inconel é o material recomendado para instrumentos de medição.

Como as unidades CCR podem variar significativamente dependendo do licenciante, compreender as diferenças é fundamental para uma instrumentação adequada.

Hidrocraqueador

As unidades de hidrocraqueamento permitem a atualização de uma variedade de matérias-primas de baixo valor em destilados médios de combustível de aviação, diesel, querosene e gasóleo leve.

Como funcionam as unidades de hidrocraqueamento

Como o nome indica, os reatores de hidrocraqueamento quebram gasóleos mais pesados ​​em uma atmosfera rica em hidrogênio, e fazem isso com um catalisador de leito fixo (geralmente zeólito), temperaturas elevadas (750–1.500°F/400–815°C) e altas temperaturas. pressões (1.000–2.000 psi/70–140 bar). A mistura craqueada entra então em um fracionador, onde os destilados com pontos de ebulição mais baixos são retirados, e o óleo restante com ponto de ebulição mais alto é reciclado para o reator para ser convertido novamente.

O hidrogênio desempenha duas funções neste processo:

• Combinação com hidrocarbonetos craqueados e insaturados para formar produtos saturados de alto valor
• Controle da temperatura no reator (a saturação de hidrogênio é exotérmica, portanto adicionar mais hidrogênio resulta em mais calor)

Os gasóleos pesados ​​geralmente contêm quantidades significativas de enxofre e azoto. Em um hidrocracker de dois estágios, o primeiro estágio é o hidrotratamento: usando um catalisador para remover as impurezas da matéria-prima e ligando o hidrogênio com enxofre e nitrogênio para produzir sulfeto de hidrogênio gasoso (H₂S) e amônia (NH₃). A água de lavagem dissolve esses gases e o hidrossulfeto de amônio resultante (NH₄HS) é encaminhado para remoção. Para hidrocraqueadores de estágio único, a matéria-prima deve primeiro passar por um hidrotratador para remover os compostos indesejados.

A importância do monitoramento de temperatura em hidrocrackers

O craqueamento catalítico é um processo endotérmico, enquanto a saturação de hidrogênio libera calor. Assim, a segurança e a eficiência do hidrocraqueamento dependem da manutenção da temperatura do reator dentro de uma determinada faixa. O monitoramento do perfil de temperatura permite que os operadores entendam e controlem melhor o desempenho do reator, especialmente para evitar fugas térmicas.

Como as unidades de hidrocraqueamento variam em design dependendo do licenciante, é importante trabalhar com especialistas que entendam o setor e possam projetar uma ampla gama de sistemas de perfil de temperatura para unidades de hidrocraqueamento – tudo complementado por especialistas instalações multiponto e suporte ao cliente 24 horas por dia, 7 dias por semana. A WIKA tem um longo histórico de soluções de medição de engenharia que ajudam as refinarias a evitar paradas não planejadas, melhorar a duração das operações e aumentar a lucratividade.

Hidrotratador

Os hidrotratadores, também chamados de unidades de hidrodessulfurização (HDS), são equipamentos de processo que removem enxofre, bem como nitrogênio, oxigênio, metais pesados ​​e outros produtos indesejados de misturas ou matérias-primas. Esta é uma das etapas mais importantes nas operações de refinarias modernas, pois:

• As refinarias devem cumprir padrões ambientais cada vez mais rigorosos para reduzir as emissões de gás natural e combustíveis para transporte.
• O hidrotratamento prolonga a vida útil do catalisador, pois os compostos de enxofre e nitrogênio podem envenenar os catalisadores metálicos.
• As impurezas na matéria-prima podem obstruir as unidades de processamento, de modo que o hidrotratamento aumenta a duração da execução e evita paradas desnecessárias de equipamentos a jusante.

Como funcionam os hidrotratadores

Semelhante a um hidrocracker, um hidrotratador mistura matéria-prima com hidrogênio, aquece a mistura a 500–750°F (260–400°C) em um forno e depois a pulveriza em um reator. Na presença de catalisadores metálicos e sob altas temperaturas (575–750°F/300–400°C) e alta pressão (440–1.910 psi/30–130 bar), o hidrogênio reage com a matéria-prima para remover o enxofre, formando hidrogênio gasoso sulfureto (H₂S) e nitrogênio (produzindo amônia ou NH₃). Ao mesmo tempo, o hidrogênio satura as olefinas e os aromáticos.

Existem diversas categorias de hidrotratadores, definidas pelo tipo de matéria-prima que tratam – desde resíduos, nafta pesada e querosene até diesel, gasóleo de vácuo e gasolina FCC.

O monitoramento da temperatura evita problemas de hidrotratamento

Sensores de temperatura em unidades de hidrotratamento desempenham um papel fundamental na segurança e produtividade. Em vários locais, termopar multiponto flexível como o Flex-R® verifique se há pontos críticos, monitore o desempenho do catalisador e procure áreas de má distribuição, especialmente nos pontos de saída. Nos pontos de entrada, sensores de temperatura monitoram o desempenho interno do reator.

Unidade de Isomerização

A isomerização melhora a qualidade da gasolina ao transformar hidrocarbonetos de cadeia linear, com menor octanagem, em hidrocarbonetos de cadeia ramificada, com maior octanagem. Comparada à reforma catalítica, a isomerização é mais econômica e produz menos CO₂ emissões e subprodutos perigosos.

O que é isomerização?

Isômeros são moléculas com a mesma fórmula molecular, mas com arranjos moleculares diferentes. Por exemplo, o butano normal (n-C4) é uma molécula de cadeia linear com 4 átomos de carbono e 10 átomos de hidrogênio. Seu isômero, isobutano (i-C4), também é C₄H₁₀, mas possui um grupo CH₃ ramificado a partir do átomo de carbono central.

Devido a estas diferenças estruturais, os hidrocarbonetos de cadeia ramificada comportam-se de forma diferente, tanto física como quimicamente, dos seus primos de cadeia linear. Por exemplo, o pentano e o hexano normais têm baixa octanagem, em torno de 66-70 RON (número de octanas de pesquisa), enquanto o isopentano e o isohexano estão em torno de 82-87 RON.

Existem dois tipos de unidades de isomerização:

• As unidades de isomerização C4 convertem o butano (n-C4) em isobutano (i-C4) para uso em unidades de alquilação.
• As unidades de isomerização C5/C6 convertem pentano (n-C5) em isopentano (i-C5) e hexano (n-C6) em isohexano (i-C6) para uso como estoque de mistura.

O processo de isomerização C5/C6

Primeiro, a nafta leve é ​​hidrotratada para remover enxofre, nitrogênio e outros produtos indesejados. A matéria-prima tratada é então misturada com quantidades variadas de hidrogênio (dependendo do catalisador usado) e pulverizada no reator, um ambiente com catalisador de leito fixo e calor moderado (200–400°F/93–204°C).

Os processos de isomerização usam um dos três tipos de catalisadores.

As próximas etapas dependem do tipo de catalisador utilizado. Em geral, o efluente do reator entra em recipientes onde os produtos são separados:

• H₂ é recuperado e reutilizado no reator.
• Os isomeratos são encaminhados para mistura a jusante.
• Se o HCl for produzido, ele será removido e tratado.
• Os gases craqueados de C₁ (metano), C₂ (etano), C₃ (propano) e C₄ (butano) são recuperados e removidos.
• Qualquer C₅ não convertido e C₆ são reciclados de volta ao reator como matéria-prima.

Monitoramento de temperatura de catalisadores

Para que as unidades de isomerização continuem a produzir isomerados de alta octanagem, o catalisador precisa estar com desempenho máximo. Os operadores podem monitorar canalização, má distribuição e atividade geral do catalisador com termopar multiponto em vários pontos ao longo dos leitos fixos. Ter um perfil de temperatura completo pode prolongar a vida útil do catalisador, aumentar a eficiência do processamento e melhorar a segurança da planta.

Unidade de amina

Usando compostos contendo nitrogênio conhecidos como aminas, as unidades de amina retiram o sulfeto de hidrogênio e o dióxido de carbono indesejados do gás natural. O tratamento com aminas é uma das melhores maneiras de remover gases ácidos e tornar os produtos petrolíferos adequados para uso.

Os princípios básicos do tratamento com aminas

Uma unidade de amina contém várias etapas para adoçar o gás ácido e reciclar o solvente amina.

• 1. Antes do tratamento com amina, o processo sujo é direcionado para um tambor de eliminação de gás ácido (KO) para remover gotículas de água e óleo.
• 2. O gás pré-tratado entra na parte inferior da coluna de amina, também chamada de absorvedor ou contator.
• 3. À medida que o gás ácido sobe, ele entra em contato com a solução pobre de amina (sem gases ácidos) que cai do topo. Quanto maior o contato, mais H₂S e CO₂ são absorvidos.
• 4. Na parte superior da coluna do contator, o gás adoçado é canalizado para a saída limpa do processo.
• 5. O processo limpo entra no tambor de gás doce KO, onde qualquer amina restante é coletada e reutilizada, e o gás natural é canalizado mais a jusante.
• 6. A solução de amina, que agora está saturada com gases ácidos (amina rica), deposita-se no fundo do contator e é encaminhada para a coluna de extração.
• 7. No stripper, o vapor do refervedor separa os gases ácidos da amina rica.
• 8. Os gases ácidos são resfriados no condensador e canalizados para unidades de recuperação para processamento.
• 9. A amina removida passa por uma série de filtros para limpeza adicional.
• 10. A amina, agora pobre novamente, é canalizada de volta para o topo do contator para reutilização.

Soluções de medição para tratamento otimizado de aminas

O monitoramento e o controle da temperatura desempenham um papel fundamental na eficiência das unidades de amina. Especificamente, o gás de processo e a solução de amina funcionam melhor dentro de uma faixa estreita de temperatura.

• Se a amina estiver muito fria ao entrar em contato com os hidrocarbonetos, o gás sujo do processo poderá condensar e formar espuma, resultando em pior qualidade do gás. Idealmente, a amina pobre é ligeiramente mais quente que a temperatura do gás na entrada.
• Mas se a amina pobre estiver muito quente, ela fluirá muito rapidamente e não absorverá gases ácidos suficientes.
• Se o gás de processo sujo estiver muito quente ao entrar na coluna de amina, ele subirá muito rapidamente e entrará em contato com a amina pobre muito perto da saída de processo limpa no topo da coluna. Nesta situação, poderá ocorrer formação de espuma, resultando em pior qualidade do gás e possível perda de amina.
• Se a amina rica estiver muito quente, gases ácidos sairão da solução e atacarão as superfícies metálicas, resultando em corrosão.
• Se a temperatura do sistema de filtragem for muito baixa, ele não será tão eficaz na remoção de contaminantes da solução de amina antes de ela ser bombeada de volta para o contator, resultando em uma absorção menos eficiente de gases ácidos.

A taxa de circulação de amina, a taxa de fluxo de gás, a temperatura do gás de entrada e a concentração de amina afetam a eficiência das operações de tratamento de amina. Com instrumentação de qualidade como termopar multiponto, especialmente o Termopar multiponto miniatura TC96-M, as refinarias têm as informações precisas e em tempo real de que necessitam para tomar decisões operacionais inteligentes.

Unidade de hidrogênio

O hidrogênio é hoje um componente crítico nas refinarias, necessário para transformar hidrocarbonetos de menor valor em produtos de maior valor. O hidrogênio utilizado em hidrocraqueadores, hidrotratadores e unidades de isomerização pode vir de um reformador CCR, que produz H₂ como subproduto. A procura adicional pode ser suprida por um reformador de metano a vapor (SMR), que converte metano – geralmente proveniente de gás natural – e água em hidrogênio.

• 1. Se necessário, o gás natural é primeiro dessulfurado num hidrotratador.
• 2. Um SMR usa pressão elevada (44–360 psi/3–25 bar), altas temperaturas (1.290–1.830°F/700–1.000°C), um catalisador de leito fixo e vapor superaquecido para transformar o metano em hidrogênio e monóxido de carbono.
  CH₄ + H₂O → 3H₂ + CO
• 3. O monóxido de carbono é uma impureza difícil de remover. Assim, o gás de síntese resultante do reformador a vapor passa agora por uma reação de mudança de gás água para converter monóxido de carbono em dióxido de carbono e hidrogênio adicional.
  CO + H₂O → CO₂ + H₂
  Este processo também requer um catalisador, mas temperaturas ligeiramente mais baixas de 400–900°F (200–480°C).
• 4. Existem duas maneiras principais de remover o dióxido de carbono do hidrogênio. Ambos os métodos geram vapor de hidrogênio quase puro para uma refinaria.
  • A adsorção por oscilação de pressão (PSA) usa materiais adsorventes e de alta pressão para capturar gases indesejados. O processo então passa para baixa pressão, o que faz com que os materiais liberem seus respectivos gases, restaurando assim suas propriedades adsorventes.
  • CO₂ a metanação usa um solvente amina para capturar carbono e depois convertê-lo em CH₄ usando um catalisador e as condições apropriadas de temperatura e pressão. O metano criado é então encaminhado de volta ao reformador a vapor.

Soluções de medição para unidades de hidrogênio

Como a reforma a vapor é endotérmica, este processo requer um fornecimento regular de calor de um forno. As temperaturas do tubeskin do forno podem atingir até 1.500°F (815°C). As soluções de medição de temperatura incluem termopares tubulares, flexível termopar multiponto e termopares em poços termométricos e poços para tubos. Os sensores de temperatura também permitem que os operadores tomem decisões baseadas em dados sobre a substituição do catalisador.

Monitorar e controlar a pressão, o nível e o fluxo também são essenciais para processos eficientes durante a reforma do metano a vapor.

Unidade de recuperação de enxofre

O enxofre é um produto indesejado no petróleo e no gás, pois sua combustão produz poluentes ambientais. Após a remoção na dessulfuração num hidrotratamento ou outra unidade de processamento, uma unidade de recuperação de enxofre (SRU) utiliza o processo Claus para converter o sulfureto de hidrogénio resultante em enxofre, um produto vendável utilizado no fabrico e na produção de fertilizantes.

Etapas da recuperação de enxofre em uma refinaria

O processo Claus possui duas etapas para recuperação de enxofre:

1. Estágio térmico

O sulfeto de hidrogênio entra em combustão com o oxigênio do ar para produzir enxofre elementar.

2 H₂S + O₂ → 2 S + 2 H₂O

A temperatura do oxidante é mantida acima de 1.560°F (~850°C). O efluente quente então entra em um condensador, onde o vapor é desviado do enxofre. Como o sulfureto de hidrogênio é apenas parcialmente oxidado, cerca de 70% do enxofre é separado e a corrente ainda contém sulfureto de hidrogênio. A combustão adicional com ar cria dióxido de enxofre.

2 H₂S + 3 O₂ → 2 SO₂ + 2 H₂O

2. Estágio catalisador

O efluente do condensador é reaquecido, uma vez que a condensação do enxofre suja o catalisador. A mistura quente passa então por uma série de reatores catalíticos de leito fixo (reatores Claus) para separar ainda mais o enxofre.

2 H₂S + SO₂ → 3 S + 2 H₂O

O estágio do catalisador ocorre em temperaturas mais baixas de 600–625°F (~315–330°C), mas acima do ponto de orvalho do enxofre.

O processo Claus recupera 95-97% do H₂S na corrente de alimentação, mas essa percentagem não é suficientemente elevada para cumprir as regulamentações rigorosas atuais para o controlo da poluição atmosférica. Portanto, a etapa final é tratar o gás residual, utilizando uma unidade de tratamento de gases residuais (TGTU). Basicamente, o gás residual sulfuroso é aquecido e hidrogenado para produzir sulfeto de hidrogênio, que passa por uma unidade de amina. O sulfeto de hidrogênio removido então volta ao oxidador para reiniciar o processo Claus.

A importância da medição de temperatura na recuperação de enxofre

O monitoramento e o controle precisos da temperatura desempenham um papel enorme em todas as etapas de uma SRU, desde oxidadores e condensadores até reaquecedores, reatores e unidades de tratamento de gases residuais (TGTUs). Por exemplo, se a temperatura de um reactor Claus for demasiado baixa, o catalisador não reagirá de forma óptima. Além disso, o gás sulfuroso irá condensar e obstruir o catalisador.

Pilha de sinalização

Por razões económicas e ambientais, as refinarias encontram formas de recuperar e reciclar quase todos os produtos residuais dos seus processos. Mas existem certos gases que não podem ser reutilizados e são queimados com segurança. Além disso, em caso de sobrepressão ou outras situações perigosas, os sistemas de desligamento de emergência (ESD) garantem que os vapores perigosos sejam automaticamente evacuados de áreas sensíveis da planta, encaminhados através de linhas de flare para uma chaminé para combustão.

Uma pilha de flare controla a combustão desses gases indesejados, o que produz menos produtos nocivos que são liberados na atmosfera. Por exemplo, o metano tem um potencial de aquecimento global (GWP) de 27-30, em comparação com o GWP do dióxido de carbono de 1. A queima de qualquer metano não recuperado produz dióxido de carbono e água.

Várias linhas de ar, vapor e gases indesejados alimentam uma pilha de flare e são acesas na ponta do flare. Instrumentos para medição da velocidade do fluxo auxiliam no controle do processo para maior segurança e combustão eficiente. Os termopares direcionados para a pilha do flare são essenciais para monitorar os pilotos que suportam o flare.

Subestação Elétrica

Grandes operações downstream normalmente são co-proprietárias de uma subestação elétrica com a concessionária da região. Numa refinaria, os operadores precisam de transformar os níveis de tensão e redireccionar a electricidade para onde for necessária.

Os equipamentos de média e alta tensão hoje dependem de vários gases para isolamento e extinção de arco. A WIKA é fornecedora global de soluções de manuseio de gás para o indústria de transmissão e distribuição de energia, e nosso portfólio de produtos permitir que empresas downstream e fornecedores de eletricidade monitorem, analisem e manuseiem todos os tipos de gases isolantes em disjuntores, transformadores, quadros de distribuição e muito mais.

O gás mais comum encontrado em equipamentos isolados a gás é o hexafluoreto de enxofre (SF₆). Possui excelente rigidez dielétrica para extinção de arco confiável. Ao mesmo tempo, é o gás com efeito de estufa com o maior potencial de aquecimento global (GWP) conhecido. A prevenção de vazamentos é fundamental para evitar os perigos do uso de SF₆ gás.

Uma subsidiária integral da WIKA, a WEgrid Solutions fornece um conjunto abrangente de produtos e serviços projetados para o manuseio seguro de SF₆ bem como gases alternativos. O monitoramento on-line da densidade do gás com análise de tendências permite serviços e manutenção baseados em condições, permitindo que os operadores de subestações aumentem a segurança, reduzam custos e protejam o meio ambiente.

Calibração e Serviços

A WIKA oferece uma ampla gama de serviços para a indústria downstream de petróleo e gás.

Centro de Calibração: Consulta, projeto e implementação – tudo de uma só fonte

Deixe a WIKA calibrar seu equipamento de referência e teste, seja em nossos laboratórios credenciados pela ISO 17025 ou no seu local. Além de oferecer uma ampla gama de instrumentos de calibração, oferecemos serviços de calibração para medições de pressão, temperatura, força, vazão e elétrica, bem como instrumentos de densidade de gás SF₆.

Instrumentos calibrados produzem dados precisos, um pré-requisito para o tipo de tomada de decisão inteligente que leva a operações mais seguras e maior produção. Mas os produtos de calibração são apenas parte da equação.

Para uma solução completa que seja tão única quanto suas operações downstream, faça parceria com a WIKA. Nossos especialistas em petróleo e gás podem projetar um sistema de calibração de alto desempenho a partir de nossa extensa linha de produtos, com:

• Adaptabilidade para itens de teste
• Fornecimento de pressão e vácuo
• Componentes para controle de pressão e ajuste fino
• Fonte de tensão e multímetros para calibração de itens de teste elétrico

Outro dos nossos pontos fortes é o planejamento de projetos. Podemos projetar, construir e implementar sistemas específicos de aplicação para qualquer tipo de calibração no local, desde estações de trabalho manuais até sistemas de teste totalmente automatizados em linhas de produção.

Programa de Monitoramento Abrangente de Fornos (FCMP)

Os aquecedores a fogo são o coração de muitas unidades de refinaria e o baixo desempenho tem um impacto negativo na segurança e na produtividade. Para ajudar seu equipamento a operar o mais próximo possível das condições desejadas, oferecemos três níveis de monitoramento de forno para atender às necessidades de sua refinaria.

• Básico: digitalização infravermelha + auditoria completa para identificar problemas no equipamento
• Avançado: o plano básico + monitoramento e avaliação regulares
• Abrangente: o plano avançado + inteligência acionável e compreensão profunda dos problemas

Reparo do sistema de selo diafragma

Não substitua quando puder consertar. Com WIKA serviços para sistemas de selo diafragma (DS), os clientes podem obter economias significativas em comparação com o custo de compra de uma nova unidade. Isto ocorre porque a vida útil do transmissor de processo é maior que a das peças molhadas. Portanto, quando um sistema de selo diafragma para de funcionar, apenas em casos raros toda a unidade deve ser substituída.

Atendemos nossos próprios sistemas de selo diafragma e de outros fabricantes. E com uma localização próxima ao Houston Shipping Channel, oferecemos serviços de reparo rápido para as refinarias da região. Uma caixa de coleta com selo diafragma, em suas instalações ou nas nossas, significa ainda mais comodidade.

Centro de P&D

Localizado próximo ao Houston Ship Channel, o Centro de P&D da WIKA é uma instalação de classe mundial criada para ajudar as refinarias a aproveitar ao máximo seus ativos. No centro deste campus está uma unidade de processo de tamanho real projetada e construída de acordo com as diretrizes ASME e API. O forno de 9,6M BTU é capaz de replicar uma ampla gama de processos que ocorrem em aquecedores e reatores de grande escala, permitindo-nos testar e verificar o desempenho de nossos instrumentos de temperatura em condições reais de trabalho.

Mas esta instalação de última geração não é apenas para uso da WIKA. Os nossos clientes também beneficiam de uma gama de serviços:

• Replicar os problemas de medição de temperatura de uma unidade de refinaria em um aquecedor ativo projetado para esse fim.
• Atenda aos requisitos de teste de sensores sem danos ao equipamento ou desligamento dispendioso da refinaria.
• Receba treinamento prático para aproveitar ao máximo os instrumentos de medição e unidades de processo, incluindo insights sobre o posicionamento e configuração ideais de termopares tubulares.

Juntamente com consultoria especializada e nosso portfólio de instrumentos de qualidade para o indústria de petróleo e gás, o Centro de P&D da WIKA ajudou refinarias em todo o mundo a melhorar a eficiência dos processos, reduzir o tempo de resposta e aumentar os rendimentos e as margens.

Instalação

Nossos técnicos e engenheiros experientes estão disponíveis para suporte no local na instalação e comissionamento de instrumentos e sistemas WIKA. A nossa gama de serviços de campo inclui supervisão, consultoria, trabalhos de soldagem, análise e solução de problemas, inspeção, manutenção e reparos. Desde novos projetos até a supervisão durante paralisações planejadas ou não planejadas, nossa equipe global está ao seu lado.

Desenvolvimento profissional

Nossos especialistas do setor estão disponíveis para workshops, seminários e consultas em todas as nossas linhas de produtos – em seu local ou na nossa empresa. Entre em contato conosco para obter mais informações sobre treinamento e capacitação de sua equipe.