Uma breve discussão sobre a hidrogenação em leitos suspenso de alcatrão de carvão:

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Uma breve discussão sobre a hidrogenação em leitos suspensos de alcatrão de carvão: Recentemente, houve um grande interesse pela hidrogenação em leitos suspensos. Em termos gerais, os leitos suspensos incluem leitos em ebulição e leitos em pasta; nos primeiros, são utilizados catalisadores feitos de partículas de molibdênio e níquel, enquanto nos segundos, são usados catalisadores à base de ferro. Até agora, dividimos os leitos suspensos em três gerações: a primeira geração consiste em leitos de pasta que utilizam catalisadores à base de ferro em formato de pó em escala micrométrica. Um exemplo disso é a empresa alemã Wiba (no Brasil, VCC). Embora esse tipo de leito apresente uma taxa de conversão do óleo pesado em produtos químicos superior a 90%, sua taxa de produção de gás é superior a 15%, e sua taxa de produção de óleo hidrogenado de baixa qualidade é superior a 10%. Isso faz com que ele não tenha muitas vantagens em comparação com o processo de cokagem retardada, cuja taxa de obtenção de produtos líquidos é de cerca de 78%. A segunda geração utiliza catalisadores à base de sulfato de ferro em escala nanométrica, em leitos de pasta. Um exemplo disso é a tecnologia CanMet do Canadá. O processo de liquefação direta de carvão para produção de óleo desenvolvido pela empresa Shenhua na China tem relação com essa tecnologia. No entanto, ainda existe o problema da baixa atividade dos catalisadores de ferro. A terceira geração é o MCSH, um catalisador líquido à base de molibdênio em escala molecular, que funciona como um leito de suspensão homogênea molecular. Há uma mudança significativa em termos de engenharia de catalisadores e reações: o reator passa a ser um tanque vazio, sem necessidade de uso de slurry oleoso. Além disso, sua capacidade de resistir à formação de carbonização faz com que os custos de investimento inicial e de manutenção futura sejam baixos. Na promoção de tecnologias no setor (em nível mundial), a taxa de conversão dos materiais promovidos como padrão é a seguinte: para o asfalto e óleo pesado com leito de ebulição à base de molibdênio (com remoção de resíduos), a taxa de conversão é de aproximadamente 70%; já para o asfalto e óleo pesado com leito suspenso à base de ferro (com remoção de resíduos), a taxa de conversão é de aproximadamente 90%. Na verdade, não existe nenhum conjunto de equipamentos industriais capaz de alcançar isso (mas a publicidade não tem más intenções; afinal, nós, pesquisadores dedicados, conseguimos alcançar esse resultado em nossos laboratórios. Além disso, existem também equipamentos industriais que, por diversão, são utilizados para produzir um efeito desejado por alguns dias). A cama de ebulição é o equipamento mais utilizado no mundo para o tratamento de óleos pesados de asfalto, mas a taxa de conversão geralmente fica entre 35% e 55%. Além dos equipamentos industriais de leito suspenso a base de ferro operados pela Shenhua e Yanchang, que continuam em funcionamento, os equipamentos industriais e de demonstração no exterior foram quase todos desmontados ou descartados. No entanto, o autor estima que já seria motivo de grande satisfação se a taxa de conversão desses dois equipamentos pudesse ultrapassar 50% (o que já seria suficiente para deixar os líderes muito satisfeitos). Afinal, as versões industriais produzidas no país são, na verdade, uma versão simplificada das tecnologias originais importadas. Isso fica evidente no fato de que a pressão necessária é reduzida de 300 quilos para menos de 220 quilos. Teoricamente, o equilíbrio de hidrogenação com catalisadores à base de ferro não é suficiente para sustentar esse processo, a menos que se utilize um ambiente de hidrogênio a temperaturas extremamente altas para realizar a pirólise. Alguém me perguntou o que eu achava do fato de a empresa chinesa “Wang’s Woman”, Sanju Huanbao, ter desenvolvido uma tecnologia de leito suspenso com propriedades intelectuais próprias, cuja taxa de conversão é superior a 90%. O que você acha disso? Primeiramente, o autor não faz comentários sobre esses 90%. Ele também não consegue identificar quais produtos estão presentes nesses 90% do líquido obtido. Se for realmente assim, a temperatura de reação precisa ser elevada bastante (geralmente 470°C), a menos que se usem matérias-primas mais leves ou que parte das matérias-primas seja removida (isso é possível). O autor acredita que os leitos suspensos à base de ferro em pó sempre foram problemáticos; têm fama de converter grande quantidade de asfalto. Essa “culpa” acaba por recair sobre eles mesmos (os engenheiros de desenvolvimento chegaram a bater nos engenheiros de vendas várias vezes, sob o pretexto de “limpar a sujeira que eles causaram”). Na verdade, para não enganá-los, isso também é viável, mas sem a proteção da ultra-alta pressão, acaba sendo um pouco problemático. Claro, usar pressão de hidrogênio para reduzir a temperatura de reação no leito suspenso também ajuda a diminuir a produção de gases, o que melhora a viabilidade econômica da tecnologia. Falando sobre a temperatura de reação, o autor precisa falar um pouco mais sobre isso. Teoricamente, a hidrogenação em leitos suspenso é classificada como parte da hidrocracking porque seu mecanismo de reação não se baseia na catálise por hidrogênio, mas sim na pirólise em presença de atmosfera de hidrogênio. Portanto, a temperatura de reação é um indicador e parâmetro extremamente importante. Seja em leitos de ebulição ou em leitos suspenso, a temperatura de reação deve estar acima de 410°C (no processo VCC, ela chega a 470°C; nos leitos de ebulição, fica entre 410°C e 450°C). Caso contrário, não só o óleo residual rico em asfaltenos não poderá ser decomposto para se tornar um óleo mais leve, mas também o óleo de destilação sob vácuo (com ponto de fulgor inferior a 524°C) não terá uma taxa de conversão elevada; nesse caso, ele servirá apenas como matéria-prima para hidrogenação preliminar. O dispositivo de demonstração de 50 mil toneladas da Sinopec em Jinling teve que ser desligado por tempo indeterminado devido à formação de carbonização e ao desgaste em altas temperaturas. A nova empresa nacional Xinqiyuan, sendo uma empresa privada, encontrou uma solução alternativa: ela conseguiu reduzir a temperatura de operação de seus equipamentos de fervura, que têm capacidade para 50 mil toneladas (considerando também o óleo em circulação, o total chega a 100 mil toneladas), para menos de 400°C. Além disso, ela consegue processar e remover os resíduos resultantes da destilação sob pressão reduzida. Também é possível processar óleo de antraceno, que pode ser utilizado como reagente de pré-hidrogenação ou tratamento preliminar nos equipamentos de leito fixo. Isso pode evitar que esses equipamentos fiquem ociosos. No entanto, o autor estima que, nessa temperatura, a taxa de conversão do óleo com temperatura superior a 360°C dificilmente ultrapassará 20%. Isso significa que esse método se afasta do objetivo original da industrialização dos leitos de fervura e da técnica de hidrocraqueamento. Se for usado apenas como reator de pré-hidrogenação, na opinião do autor, seria melhor utilizar um reator de leito fixo de menor tamanho. Considerando a possibilidade de melhorias técnicas para permitir o processamento de óleos mais pesados, talvez seja possível fazer com que esse leito de fervura funcione de maneira mais eficiente. Portanto, sugerimos que a temperatura de operação do novo reator de leito de fervura seja de 490°C, para que seja possível alcançar a melhor temperatura de operação de 450°C, típica dos reatores à base de molibdênio. Sem dúvida, em comparação com os leitos suspensos que utilizam catalisadores à base de ferro, as vantagens dos leitos de ebulição são a alta atividade dos catalisadores à base de molibdênio, temperaturas de reação mais baixas, ausência de lodo no fundo da coluna, além de uma produção de gás relativamente menor. No entanto, devido à necessidade de substituir o catalisador sob alta pressão e à exigência de partículas suspensas, os reatores de leito de ebulição são complexos e exigem um grande volume de circulação interna. A reação é controlada pela difusão entre líquido e sólido, o que faz com que o sistema seja propenso à formação de carbonização. Isso também é o que impulsiona o uso da tecnologia de fase molecular homogênea para atender às necessidades de produção das empresas que já utilizam leitos de ebulição. Chen Song (Doutor)