Coque - clinquer

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB INSTITUTO DE ENGENHARIA MECNICA PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

TESE DE DOUTORADO

A Gerao de Coque de Petrleo Devido ao Processamento de Petrleos Pesados e o Seu Uso na Produo de Clnquer de Cimento Portland

Autor: Aldo Ramos Santos Orientador: Prof. Dr. Rogrio Jos da Silva

Itajub, Setembro de 2007. MG - Brasil

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB INSTITUTO DE ENGENHARIA MECNICA PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

TESE DE DOUTORADO

A Gerao de Coque de Petrleo Devido ao Processamento de Petrleos Pesados e o Seu Uso na Produo de Clnquer de Cimento Portland

Autor: Aldo Ramos Santos Orientador: Prof. Dr. Rogrio Jos da Silva

Curso: Doutorado em Engenharia Mecnica rea de Concentrao: Conservao de Energia

Tese submetida ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica como parte dos requisitos para obteno do Ttulo de Doutor em Engenharia Mecnica.

Itajub, Setembro de 2007. MG Brasil.

Ficha catalogrfica elaborada pela Biblioteca Mau Bibliotecria Margareth Ribeiro CRB_6/1700

S237g Santos, Aldo Ramos A gerao de coque de petrleo devido ao processamento de petrleos pesados e o seu uso na produo de clnquer de cimento Portland / Aldo Ramos Santos. Itajub (MG) : [s.n.]. 2007. 278 p. il. Orientador: Prof. Dr. Rogrio Jos da Silva. Tese (Doutorado) Universidade Federal de Itajub. 1. Petrleo. 2. Refino de petrleo. 3. Coqueamento. 4. Coque de petrleo. 5. Fornos rotativos. I. Silva, Rogrio Jos, orient. II Uni_ versidade Federal de Itajub. III. Ttulo. CDU 665.777.4(043)

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB INSTITUTO DE ENGENHARIA MECNICA PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

TESE DE DOUTORADO

A Gerao de Coque de Petrleo Devido ao Processamento de Petrleos Pesados e o Seu Uso na Produo de Clnquer de Cimento Portland

Autor: Aldo Ramos Santos Orientador: Prof. Dr. Rogrio Jos da Silva Composio da Banca Examinadora: Prof. Dr. Luciano Fernando dos Santos Rossi - UTFPR Prof. Dr. Deovaldo de Moraes Jr UNISANTA Prof. Dr. Marco van Hommbeeck UERJ Prof. Dr. Osvaldo Jos Venturini IEM/UNIFEI Prof. Dr. Gensio Jos Menon - IEM/UNIFEI Prof. Dr. Rogrio Jos da Silva, Orientador - IEM/UNIFEI Prof. Dr. Nelson Manzanares Filho, Presidente da Banca IEM/UNIFEI

Dedicatria

Aos meus queridos e saudosos pais Helena Ramos Santos e Mrio Santos aos quais devo tudo o que sou. Ao meu querido netinho Mattheus como continuao da Vida.

Agradecimentos

A Deus por me ter permitido chegar at onde cheguei. Ao meu Orientador, Prof. Dr. Rogrio Jos da Silva por sua competncia, dedicao, pacincia, amizade e que no mediu esforos para a concepo, desenvolvimento e concluso deste trabalho. Estendo este agradecimento sua esposa Cida e ao seu filho George pelo carinho com que sempre me acolheram em seu lar. Ao Prof. Dr. Jos Juliano de Lima Jnior, mui digno Coordenador do Programa de PsGraduao em Engenharia Mecnica pelo grande apoio dado para que pudssemos levar a bom termo este trabalho. Ao insigne Prof. MSc Manuel da Silva Valente de Almeida por ter levado um grupo de excelentes professores da ento EFEI Escola Federal de Engenharia de Itajub, para a UNISANTA Universidade Santa Ceclia, viabilizando o curso de ps-graduao strictu sensu que levou vrios colegas a obter o ttulo de mestre e que se transformou em frtil semente para a realizao deste trabalho. A todos os professores e, em especial, aos professores do curso de ps-graduao e funcionrios da UNIFEI Universidade Federal de Itajub, os quais muito contriburam para a concluso desta empreitada. Aos colegas e amigos do mestrado, principalmente ao Marques com quem dividi longas e proveitosas horas nas idas de Santos a Itajub. Aos amigos bilogos do Laboratrio de Ecotoxicologia da UNISANTA Augusto, Srgio, Camilo e Fernando pelo constante estmulo, calor humano e pelo sempre presente e verdadeiro esprito de uma famlia unida. Ao amigo e Coordenador do Curso de Engenharia Qumica da UNISANTA Luiz Renato pelo apoio sempre presente nos momentos de necessidade. Aos meus familiares, em especial minha filha Thais, e aos meus amigos que sempre souberam entender a minha constante ausncia, devido pouca disponibilidade de tempo, mas que tambm acreditaram no meu carinho por eles e, por isso, nunca deixaram de me apoiar. Alta Administrao da UNISANTA pelo apoio dado e por ter celebrado, no passado, um convnio com a EFEI, dando oportunidade para a realizao de um trabalho que, longe de terminar, apenas o comeo de uma nova etapa.

ResumoSANTOS, A. R. (2006), A Gerao de Coque de Petrleo Devido ao Processamento de Petrleos Pesados e o Seu Uso na Produo de Clnquer de Cimento Portland, Itajub, 278p. Tese (Doutorado em Converso de Energia) - Instituto de Engenharia Mecnica, Universidade Federal de Itajub.

Esta tese tem como objetivo apresentar as evidncias de que a produo de coque de petrleo crescente, devido ao aumento do processamento de petrleos pesados. Visando aumentar a produo de fraes leves durante o refino, as fraes pesadas so submetidas ao processo de coqueamento, produzindo o coque de petrleo, em cuja composio concentram-se os contaminantes do petrleo de origem. Discute-se a ocorrncia de petrleos convencionais e no convencionais, cujas reservas igualam-se s reservas dos petrleos convencionais e que podero suprir as necessidades futuras da indstria do petrleo. So estudados os vrios tipos de processos que melhoram as qualidades dos petrleos no convencionais, permitindo a sua utilizao industrial. Com os estoques crescentes de coque de petrleo torna-se imprescindvel ampliar o seu mercado consumidor. Dentre os consumidores industriais do coque de petrleo, realada a potencialidade da indstria cimenteira. Foi feito um estudo provando que o sistema do forno rotativo, de fbricas de cimento, apresenta condies termodinmicas favorveis ocorrncia das reaes qumicas de absoro do dixido de enxofre, gerando produtos que se incorporam ao clnquer sem prejuzo da sua especificao. Com o apoio do princpio da conservao da massa e da cintica qumica, no estudo da absoro do dixido de enxofre, so calculados os rendimentos dessa absoro, permitindo a deduo de um equacionamento que relaciona o teor de enxofre na matria-prima do clnquer com o teor de enxofre do coque de petrleo usado como combustvel no processo. Assim, pode-se compatibilizar o uso dos diversos tipos de coque de petrleo com a matria-prima e o controle de emisso de SOx.. Palavras-chave Petrleo, Refino de Petrleo, Coqueamento, Coque de Petrleo, Fornos Rotativos.

Abstract SANTOS, A. R. (2006), Generation of Petroleum Coke in the Refine of Heavy Oils and Its Use in Rotary Kilns of Clinker Production, Itajub, 278p. DSc. Thesis - Instituto de Engenharia Mecnica, Universidade Federal de Itajub.

This thesis has as objective presents the evidences that the petcoke production is growing, due to the increase of the processing of heavy oils. Seeking to increase the production of light fractions during the refine, the heavy fractions are submitted to the coking process, producing the petroleum coke, on whose composition concentrates the pollutants of the origin petroleum. It is discussed the occurrence of conventional and non conventional oils , whose reservations are equaled to the reservations of the conventional oils and that can supply the future needs of the petroleum industry. They are studied the several types of processes that improve the qualities of the non conventional oils, allowing its industrial use. With the growing stocks of petcoke becomes indispensable to enlarge its consuming market. Among the industrial consumers of the petcoke, the potentiality of the cement industry is enhanced. It was made a study proving that the system of the rotary kiln, of cement industry, presents favorable thermodynamic conditions to the occurrence of the chemical reactions of absorption of sulfur dioxide, generating products that incorporate to the clinker without damage of its specification. With the support of the mass conservation principle and the chemical kinetics, in the study of the absorption of the sulfur dioxide, the incomes of that absorption are made calculations, allowing the deduction of an equation that relates the sulfur content in the raw material of the clinker with the petcoke sulfur content used as fuel in the process. Like this, it can to adapt the use of the petcoke several types with the raw material and the control of SOx emission.

Keywords Petroleum, Petroleum Refine, Coking, Petroleum Coke, Rotary Kilns.

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SumrioSUMRIO_________________________________________________________________ i LISTA DE FIGURAS______________________________________________________ vii LISTA DE TABELAS ______________________________________________________ x SIMBOLOGIA ___________________________________________________________ xiv CAPTULO 1- INTRODUO ______________________________________________ 1 1.1 Generalidades ------------------------------------------------------------------------------------- 1 1.2 Justificativa do Trabalho------------------------------------------------------------------------- 7 1.3 Objetivo e Contribuio do Trabalho ---------------------------------------------------------- 8 1.4 Reviso da Literatura----------------------------------------------------------------------------- 9 1.5 Estrutura do Trabalho ---------------------------------------------------------------------------12 CAPTULO 2 - PETRLEO _______________________________________________ 14 2.1 Introduo ----------------------------------------------------------------------------------------14 2.2 Histria do Petrleo -----------------------------------------------------------------------------14 2.3 Explorao do Petrleo--------------------------------------------------------------------------21 2.4 Caractersticas e Tipos de Petrleo----------------------------------------