CRACKING CATALÍTICO

Cracking catalítico é um dos processos mais importantes na refinaria de petróleo. O FCC (Fluid Catalytic Cracking), como também é conhecido, visa a transformação de moléculas pesadas de petróleo em moléculas mais leves, sob a ação do calor juntamente com a utilização de um catalisador. Os principais produtos obtidos dessa quebra do petróleo são GLP, gasolina, gases leves, gasóleo leve e pesado e coque.

Figura 1 – Principais produtos do craqueamento de petróleo

Os primeiros produtos de petróleo eram produzidos a partir da destilação simples do petróleo. No início da década de 20, a demanda de carros que utilizavam gasolina como combustível cresceu significativamente então foi necessário um processo de otimização na produção de gasolina.

O primeiro processo de cracking catalítico foi em 1915 quando a McAfee na Gulf Refining Company desenvolveu a catálise baseada no cloreto de alumínio. Mas não era economicamente viável e foi abandonada. O processo se consolidou efetivamente um pouco antes da Segunda Guerra Mundial, e era utilizado um reator de leito fixo. 

No início dos anos de 60 e 70, inventaram-se aluminossilicatos microporosos cristalinos sintéticos (isto é, zeólitos) nos laboratórios da Union Carbide e Mobil Oil Corporation. O primeiro zeólito formado foi a faujisita sintética ou zeólita Y, e tem sido o principal componente do FCC desde 1964. Ao passar dos anos, muitos outros compostos foram sendo criados, mas a zeólita Y ainda é a mais eficiente, em termos de custo-benefício. A figura 2 mostra essa melhoria logo após a introdução da zeólita Y no processo.

Figura 2 – O efeito de melhorar a tecnologia do reator e do catalisador na seletividade do produto para o processo FCC por quatro décadas nos anos 1900.

Processo de cracking catalítico

A figura a seguir mostra uma representação do processo de craqueamento de petróleo. É uma reação endotérmica, e o calor necessário é obtido por uma porção de matéria-prima e pela queima no regenerador.

Figura 3 – Esquematização do FCC

Na parte inferior da imagem, a matéria prima que entra pela alimentação se combina com o material quente do catalisador, estando esta mistura a uma temperatura média de 550oC. Devido a formação de gases pelo craqueamento, essa mistura se expande e sobe rapidamente ao reator com uma velocidade de 40 m/s. Como a reação é endotérmica, quando a mistura chega no reator há uma queda da temperatura de 550oC para 500oC. Ao final do cracking catalítico, o catalisador é separado da mistura. Esse processo produz um acúmulo de carbono no catalisador, chamado de coque, e para que o catalisador possa ser reutilizado, o coque é queimado no regenerador, podendo chegar a uma temperatura de 760oC.

O catalisador sofre muitas variações de temperatura durante o processo, isso diminui a vida útil do material. Em média um catalisador dura um mês, porém nem sempre é fácil de fazer a manutenção e troca, por isso a troca acontece diariamente, uma pequena porção de catalisador é retirada e substituída por uma nova, se essa técnica for aplicada por um longo período de tempo, a vida útil do catalisador entra em um estado estável, de equilíbrio chamado de E-cat.

Portanto, o tipo de catalisador influencia fortemente no processo de cracking, para isso o catalisador deve ter:

  • Resistência ao atrito: as partículas do catalisador devem poder suportar os impactos entre si e com as paredes da unidade durante a circulação;
  • Estabilidade hidrotérmica: o catalisador deve ser capaz de suportar a temperatura e a pressão parcial do vapor no regenerador;
  • Tolerância aos metais: o catalisador deve ser capaz de suportar as ações de venenos na matéria-prima (mais pesada);
  • Seletividade de coque: o catalisador deve produzir a quantidade mínima de coque com alta atividade de craqueamento, especialmente ao processar matérias-primas mais pesadas, como os sólidos; e
  • Fluidizabilidade: os componentes do catalisador devem estar disponíveis de uma forma que permita a fluidização no regenerador.

Além do catalisador, outros componentes devem ser adicionados ao processo para que ele ocorra de forma eficiente, um visto anteriormente  é a zeólita Y, um material bem poroso onde a quebra das moléculas ocorre. Argila, sílica e alumina também são adicionadas, em menores quantidades, apenas para potencializar o craqueamento.

Figura 4 –Materiais e estrutura usadas no FCC

Aplicações e desenvolvimento

Diante a escassez dos recursos petrolíferos e o aumento da poluição por emissão de CO2, o uso da biomassa como matéria prima para o FCC vem sendo estudado, pois é um material barato e de fácil manutenção.  A biomassa possui um nível maior de oxigênio que outros materiais, além de possuir mais carbono no coque, isso é benéfico pois, quando no regenerador é queimado produz mais calor para o processo, podendo ser útil em outras partes da indústria de refinaria. Diversas empresas vêm investindo nessa matéria prima, mas o mais comum é a mistura de derivados de petróleo e biomassa.

REFERÊNCIAS

CRACKING catalítico. [S. l.s. n.], 2018. 

VOGT, E. T. C.; WECKYUSEN, B. M. Fluid catalytic cracking: recent developments on the grand old lady of zeolite catalysis. [S. l.s. n.], 18 set. 2015.