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Petróleo Petróleo Professores: Jonathan Mourão - FAESA Márcia Helena Cassago - FAESA

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Aula sobre conceitos de produção e refino de petróleo

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Page 1: Aula petroleo-2010

PetróleoPetróleo

Professores:

Jonathan Mourão - FAESAMárcia Helena Cassago - FAESA

Page 2: Aula petroleo-2010

FORMAÇÃO DO PETRÓLEO

Etimologia: Petra – “pedra”; Oleum – “óleo”.

Estado Físico: Líquido viscoso e coloração escura (maioria dos casos).

Ocorrência: Encontrado em poros de rochas, em terra firme ou sob o mar.

Constituição: É constituído fundamentalmente por Hidrocarbonetos.

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Do Poço a

Solo

Cascalho

Rocha impermeável

Rocha + gás natural

PETRÓLEO

Refinaria

EXTRAÇÃO EM TERRA

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EXTRAÇÃO EM ÁGUAS PROFUNDAS

Tecnologia no fundo do mar.

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PETRÓLEO

MISTURA DE HIDROCARBONETOS

DESTILAÇÃO FRACIONADA

FRAÇÕES

Page 7: Aula petroleo-2010

Petróleo bruto é o termo para o óleo não processado. Também é conhecido apenas como petróleo.

Combustível fóssil, o que significa que é formado pelo processo de decomposição de matéria orgânica, restos vegetais, algas, alguns tipos de plâncton e restos de animais marinhos - ocorrido durante centenas de milhões de anos na história geológica da Terra.

Podem apresentar cores diferentes, de marrons claros a preto, assim como viscosidades diferentes, que podem ser semelhantes à água ou quase sólidas.

O petróleo bruto é o ponto de partida para muitas substâncias diferentes porque contém hidrocarbonetos.

PETRÓLEO BRUTO

O que será mesmo Hidrocarboneto?Os hidrocarbonetos são moléculas que contém hidrogênio e carbono e existem em diferentes tamanhos e estruturas, com cadeias ramificadas e não ramificadas e anéis.

Page 8: Aula petroleo-2010

Em média, o petróleo bruto contém os seguintes elementos ou compostos:

carbono - 84%

hidrogênio - 14%

enxofre - de 1 a 3% (sulfeto de hidrogênio, sulfetos, dissulfetos, enxofre elementar)

nitrogênio - menos de 1% (compostos básicos com grupos amina)

oxigênio - menos de 1% (encontrado em compostos orgânicos como o dióxido de carbono, fenóis, cetonas e ácidos carboxílicos)

metais - menos de 1% (níquel, ferro, vanádio, cobre, arsênio)

sais - menos de 1% (cloreto de sódio, cloreto de magnésio, cloreto de cálcio)

PETRÓLEO BRUTO

Page 9: Aula petroleo-2010

Duas características são importantes nos hidrocarbonetos:

Eles contêm muita energia. Muitos dos produtos derivados de petróleo bruto como a gasolina, óleo diesel, parafina sólida e assim por diante são úteis graça a essa energia;

Eles podem ter formas diferentes. O menor hidrocarboneto é o metano (CH4), um gás mais leve do que o ar. Cadeias mais longas contêm cinco carbonos ou mais e são líquidos; já nas cadeias muito longas há hidrocarbonetos sólidos, como a cera. Ao ligar quimicamente cadeias de hidrocarbonetos artificialmente, obtemos vários produtos, que vão da borracha sintética até o náilon e o plástico de potes para alimentos.

PETRÓLEO BRUTO

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As principais classes de hidrocarbonetos em petróleo bruto incluem:

Parafinas ◦ fórmula geral: CnH2n+2 (n é um número inteiro, geralmente de 1 a 20) ◦ as moléculas são cadeias ramificadas ou não ◦ em temperatura ambiente podem ser gases ou líquidos, dependendo da molécula ◦ exemplos: metano, etano, propano, butano, isobutano, pentano, hexano

Aromáticos ◦ fórmula geral: C6H5 - Y (Y é uma molécula mais longa e não ramificada que se conecta a

anéis benzênicos) ◦ estruturas em anel, com um ou mais anéis  ◦ os anéis contêm seis átomos de carbono, com ligações duplas e simples alternando-se entre

os carbonos ◦ geralmente são líquidos  ◦ exemplos: benzeno, naftaleno

Naftenos ou cicloalcanos ◦ fórmula geral: CnH2n (n é um número inteiro, geralmente de 1 a 20) ◦ estruturas em anel, com um ou mais anéis  ◦ os anéis contêm apenas ligações simples entre os átomos de carbono ◦ em temperatura ambiente, geralmente são líquidos

exemplos: ciclohexano, metilciclopentano

Page 11: Aula petroleo-2010

Outros hidrocarbonetos

Alcenos fórmula geral: CnH2n (n é um número inteiro, geralmente de 1 a 20) moléculas de cadeias ramificadas ou não que contêm uma ligação

dupla carbono-carbono podem apresentar-se nos estados líquido ou gasoso exemplos: etileno, buteno, isobuteno

Dienos e Alcinos fórmula geral: CnH2n-2 (n é um número inteiro, geralmente de 1 a 20) moléculas de cadeias ramificadas ou não que contêm duas ligações

duplas carbono-carbono podem apresentar-se nos estados líquido ou gasoso

exemplos: acetileno, butadieno

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O petróleo bruto contém centenas de diferentes tipos de hidrocarbonetos misturados e, para separá-los, é necessário refinar o petróleo

As cadeias de hidrocarbonetos de diferentes tamanhos têm pontos de ebulição que vão aumentando progressivamente, o que possibilita separá-las através do processo de destilação. É isso o que acontece em uma refinaria de petróleo. Na etapa inicial do refino, o petróleo bruto é aquecido e as diferentes cadeias são separadas de acordo com suas temperaturas de evaporação. Cada comprimento de cadeia diferente tem uma propriedade diferente que a torna útil de uma maneira específica.

PRODUTOS DERIVADOS DO PETRÓLEO BRUTO

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Para entender a diversidade contida no petróleo bruto e o motivo pelo qual o seu refino é tão importante, veja uma lista de produtos que obtemos a partir do petróleo bruto:

gás de petróleo: usado para aquecer, cozinhar, fabricar plásticos alcanos com cadeias curtas (de 1 a 4 átomos de carbono) normalmente conhecidos pelos nomes de metano, etano, propano, butano faixa de ebulição: menos de 40°C são liquefeitos sob pressão para criar o GLP (gás liquefeito de petróleo)

nafta: intermediário que irá passar por mais processamento para produzir gasolina mistura de alcanos de 5 a 9 átomos de carbono faixa de ebulição: de 60 a 100°C

gasolina: combustível de motores líquido mistura de alcanos e cicloalcanos (de 5 a 12 átomos de carbono) faixa de ebulição: de 40 a 205°C

Page 14: Aula petroleo-2010

querosene: combustível para motores de jatos e tratores, além de ser material inicial para a fabricação de outros produtos ◦ líquido ◦ mistura de alcanos (de 10 a 18 carbonos) e aromáticos ◦ faixa de ebulição: de 175 a 325°C

gasóleo ou diesel destilado: usado como diesel e óleo combustível, além de ser um intermediário para fabricação de outros produtos ◦ líquido ◦ alcanos contendo 12 ou mais átomos de carbono ◦ faixa de ebulição: de 250 a 350°C

óleo lubrificante: usado para óleo de motor, graxa e outros lubrificantes ◦ líquido ◦ alcanos, cicloalnos e aromáticos de cadeias longas (de 20 a 50 átomos de carbono)◦ faixa de ebulição: de 300 a 370°C

petróleo pesado ou óleo combustível: usado como combustível industrial, também serve como intermediário na fabricação de outros produtos ◦ líquido ◦ alcanos, cicloalcanos e aromáticos de cadeia longa (de 20 a 70 átomos de carbono) ◦ faixa de ebulição: de 370 a 600°C

resíduos: coque, asfalto, alcatrão, breu, ceras, além de ser material inicial para fabricação de outros produtos ◦ sólido ◦ compostos com vários anéis com 70 átomos de carbono ou mais◦ faixa de ebulição: mais de 600°C

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Os vários componentes do petróleo bruto têm tamanhos, pesos e temperaturas de ebulição diferentes. Por isso, o primeiro passo é separar esses componentes. E devido à diferença de suas temperaturas de ebulição, eles podem ser facilmente separados por um processo chamado de destilação fracionada.

Veja as etapas a seguir:

Destilação fracionada

Foto cedida Phillips PetroleumColunas de destilação em uma refinaria de petróleo

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Você sabe dizer qual a propriedadefísico-química dos hidrocarbonetos se baseia a destilação fracionada ?

Baseia-se nos diferentes pontos de ebulição, tendo em vista os diferentes tamanhos de cadeias carbônicas na mistura de hidrocarbonetos no petróleo . Quanto maior a cadeia, maior o Ponto de Ebulição.

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Poucos compostos já saem da coluna de destilação prontos para serem comercializados. Muitos deles devem ser processados quimicamente para criar outras frações. Por exemplo, apenas 40% do petróleo bruto destilado é gasolina. No entanto, a gasolina é um dos principais produtos fabricados pelas empresas de petróleo. Em vez de destilar continuamente grandes quantidades de petróleo bruto, essas empresas utilizam processos químicos para produzir gasolina a partir de outras frações que saem da coluna de destilação. É este processo que garante uma porção maior de gasolina em cada barril de petróleo bruto.

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Pode-se transformar uma fração em outra usando um destes três métodos:

dividindo grandes cadeias de hidrocarbonetos em pedaços menores (craqueamento);

combinando pedaços menores para criar outros maiores (reforma);

rearranjando vários pedaços para fazer os hidrocarbonetos desejados (alquilação).

Processamento químico

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O craqueamento divide grandes cadeias dehidrocarbonetos em pedaçosmenores.

O craqueamento divide cadeias grandes em outras menores

Craqueamento

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Foto cedida Phillips Petroleum CompanyCatalisadores usados no craqueamento ou reforma catalítica

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Algumas vezes, é preciso combinar hidrocarbonetos menores para fazer outros maiores. Este processo é chamado de reforma. O principal processo á a reforma catalítica, que utiliza um catalisador (platina, mistura platina-rênio) para transformar nafta de baixo peso molecular em compostos aromáticos, usados na fabricação de produtos químicos e para misturar na gasolina. Um subproduto importante dessa reação é o gás hidrogênio, usado para o hidrocraqueamento ou vendido. Um reformador combina cadeias de

hidrocarbonetos

Reforma

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Alquilação

Às vezes, as estruturas de moléculas em uma fração são rearranjadas para produzir outra. Isso normalmente é feito por meio de um processo chamado alquilação.

Na alquilação, compostos de baixo peso molecular, como o propileno e o buteno, são misturados na presença de um catalisador como o ácido fluorídrico ou ácido sulfúrico (um subproduto da remoção de impureza de muitos produtos do petróleo).

Os produtos da alquilação são

hidrocarbonetos ricos em octanas, usados em tipos de gasolina para reduzir o poder de detonação.

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Uma refinaria de petróleo é uma combinação de todas essas unidades.

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MOTOR A EXPLOSÃO

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QUALIDADE DA GASOLINA

Qualidade: maior resistência à compressão.

MENOS SUPORTA: n-heptano:

H3C-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3

MAIS SUPORTA: Isoctano:

CH3 H | | H3C – C – C – C – CH3

| H2 | CH3 CH3

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OCTANAGEM DA GASOLINA

Escala para medir qualidade:

Índice de Octanagem 0% 50%

100%

0% - Isoctano 100% - Isoctano

100% - n-heptano 0% - n-heptano

ANTIDETONANTES (a gasolina aditivada)

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COMBUSTÃO

COMBUSTÃO COMPLETA:Hidrocarboneto + O2 → CO2 +

H2O

COMBUSTÕES INCOMPLETAS:Hidrocarboneto + O2 → CO +

H2O Hidrocarboneto + O2 → C + H2O

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ATENTE PARA ESSES INFORMES:

RECICLAR:

1 ton plástico → economiza 130 kg de petróleo;

1 ton de vidro → 70% menos energia que fabricá-lo;

1 ton de papel → poupa 22 árvores; → 71% menos de energia

elétrica; → polui o ar 74% menos do

que fabricá-la

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Você sabe responder qual é a substância em

cada caixinha preta?

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Olhando esse fluxograma, você sabe classificar

quais são as etapas que tem processos físicos

e quais tem processos químicos?

Se você respondeu: Processos Físicos dessalinização e Separação e Processos Químicos

Conversão e Tratamento.PARABÉNS! ACERTOU!!!

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Visite o site Tecnopeg - www.tecnopeg.com.br

É um blog de tecnólogos em Petróleo e Gás Natural.

Tem bastante material para conhecer e pesquisar

Reportagens sobre petróleo na Revista Veja Online

http://veja.abril.com.br/idade/exclusivo/petroleo/index.html

Saiba Mais