quimica aplicada - geral e do petroleo

7/25/2019 Quimica Aplicada - Geral e Do Petroleo

1/82

PP EE TT RR OO BB RRAA SS AA BBAA SS TT EE CC II MM EE NN TT OO 22 00 00 88

QQuu aa ll ii ffii ccAA bb aass tt 1

Curso de Formaode Tcnicos de Operao Jr

do Abastecimento

2 edio

QumicaOrgnica

Geral e do Petrleo


2/82

ndicePARTE I QUMICA ORGNICA 04

INTRODUO QUMICA ORGNICA 05(a) Classificao das cadeias carbnicas 07[a.1]Cadeias abertas(acclicasoualifticas) 08(a.2)Cadeias fechadas(cclicas) 09COMPOSTOS DE CARBONO E GRUPOS FUNCIONAIS 11(a) Hidrocarbonetos 11(a.1) Alcanos 12(a.2) Alcenos 17(a.3) Alcinos 19(a.4) Benzeno 20(a.5) Haletosorgnicos 20(a.6) Nomenclaturadoshidrocarbonetos 21FUNES OXIGENADAS 29(a) Alcois 29(a.1)Fenis 31(a.2) Propriedades 32(b) Aldedos 32(b.1)Propriedades 33(c) Cetonas 33(c.1)Propriedades 34(d) teres 34(d.1)Propriedades 35

(e) cidos Carboxlicos 35(e.1)Propriedades 36(f) steres 36(f.1)Propriedades 37FUNES SULFURADAS E NITROGENADAS 38(a) Tiocompostos 38(b) Compostos nitrogenados 39(b.1)Aminas 39(b.2)Amidas 40COMPOSTOS ORGANOMETLICOS 42

Par

teII

O

PETRLEO

43

ORIGEMEEXPLORAODOPETRLEOEDOGSNATURAL 44(a) Explorao 46(b) Perfurao 48(c) Produo 50(d) Definio de petrleo 53CARACTERIZAO DO PETRLEO 55(a) Densidade do petrleo 55(b) Outros meios de caracterizao do petrleo 59TRANSFORMAO DO PETRLEO EM PRODUTOS 61(a) Processos de separao 62(a.1) Destilao do petrleo 62(a.2) Processos de separao com extrao por solvente 69




3/82

ndice(b) Processos de transformao 71(b.1) Craqueamento 71

(b.2) Reforma cataltica ou aromatizao 76(b.3) Polimerizao e alquilao 78(c) Processos de acabamento 79

ANEXO A TABELA PERIDICA DOS ELEMENTOS 81

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 82

TABELAS

COMPOSTOS DE CARBONO E GRUPOS FUNCIONAISTabela 1 - Alguns componentes do grupo alquila 13Tabela 2 - Fraes de alcanos obtidas no refino do petrleo 15Tabela 3 - Alguns alcenos 17Tabela 4 - Alguns alcinos 19Tabela 5 - Prefixos dos alcanos de cadeia simples 22

ORIGEM E EXPLORAODO PETRLEO E DO GS NATURALTabela 1 - Composio elementar mdia dos petrleos 54

CARACTERIZAO DO PETRLEOTabela 1 - Massa especfica e densidade de hidrocarbonetos 58

FIGURAS

ORIGEM E EXPLORAODO PETRLEO E DO GS NATURALFigura 1 - Depsito de petrleo no subsolo 46Figura 2 - Perfurao para extrao de petrleo e gs 48Figura 3 - Plataformas terrestre e martima 49Figura 4 - Cabea de cavalo sistema de bombeamento 51

TRANSFORMAO DO PETRLEO EM PRODUTOSFigura 1 - Esquema de processo em uma refinaria 64Figura 2 - Refinaria 64

Figura 3 - Unidade de desasfaltao por extrao a propano 69Figura 4 - Unidade de desaromatizao por extrao a propano 70Figura 5 - Unidade de desparafinao a MEC-Tolueno 70Figura 6 - Unidade de coqueamento retardado 72Figura 7 - Unidade de craqueamento cataltico 74Figura 8 - Unidade de hidrocraqueamento cataltico 75Figura 9 - Fluxograma do processo platforming (reforma a platina)da Universal Oil Products

77




4/82



[ParteIQumicaOrgnica


5/82



[Introduoqumicaorgnica

Uma definio utilizada com bastante aceitao que a qumica orgnica

a qumica do carbono. Isso no inteiramente correto, pois vrios compos-

tos

de

carbono so classificados como inorgnicos, como, por exemplo,

carbetos,

xidos

de

carbono,

carbonatos,

cianetos e outros. No

entanto,como veremos mais adiante, o carbono a espinha dorsal de

quase

todos os

compostos

orgnicos.

O dia-a-dia nos cerca de compostos orgnicos: os alimentos (protenas, leos,

carboidratos), os combustveis (hidrocarbonetos), os materiais plsticos, a

madeira, o papel, a borracha emais uma infinidade de outras coisas.

Que

outros

compostos orgnicos voc citaria?

Os estudos sobre a origem e evoluo da vida no planetaTerra e a probabi-

lidade de haver vida fora dela buscam explicaes na qumica orgnica, por

meio

da

bioqumica.

A

importncia

dos

compostos

orgnicos tal, que

atualmente

so

conhecidos

cerca

de

9

milhes

de

compostos

orgnicos,

nmeroesseque representa20 vezesaquantidadede compostos inorgnicos

caracterizados e conhecidos.

A

principal

caracterstica

do

carbono,

e

que

o

faz

ser

to

especial,

sua

capacidade

de formar essa infinidade de compostos distintos, ligando-se

com

outros

tomos

de

carbono

ou

com

tomos

de

outros

elementos. Esse

fenmeno explicado pela valncia do carbono. Os tomos possuem uma

capacidade

fixa

de

realizarem

ligaesqumicas, que chamada de valncia

(voc

lembra?,

vimos

este

assunto

no

captulo

Ligaes

Qumicas,

da

apos-

tila

de

Qumica

Geral e Inorgnica). O carbono um composto tetravalente,

ou

seja, capaz de fazer at 4 ligaes qumicas. Outros compostos, o

oxignio,

por

exemplo,

so

bivalentes. O hidrognio e os halognios so

monovalentes.

Obser

ve

essas

possibilidades

de

ligaes

abaixo

esquematizadas

para

alguns

dos

elementos citados:


6/82

C 0 H Cl

Os

tomos

de

carbono

podem

utilizar

essas

valncias

para

formar

ligaescom

um ou mais tomos de carbono. Alguns exemplos esto a seguir

esquematizados:

C C C C C C

Ligao simples Ligao dupla Ligao tripla

C C C C

C C C

Cadeia ramificada - esqueleto carbnico




7/82



C

C C

C C

Cadeia cclica representao simplificada

Em uma cadeia, os tomos de carbono podem ser classificados quanto s

ligaes

que

fazem

com

outros

tomos

de

carbono.

Veja

a

classificao

conforme o esquema a seguir:

C C C C2 3 3 1

C3 C4 C3

C

C

C

2

3

2

Carbono primrio: liga-se a apenas um tomo de carbono (C1).

Carbono

secundrio:

liga-se

a

dois

tomos

de

carbono

(C2).

Carbono tercirio: liga-se a trs tomos de carbono (C3).

Carbono quaternrio: liga-se a quatro tomos de carbono (C4).

(a) Classificao das cadeias carbnicas

Por

sua

vez,

as

cadeias, tambm chamadas de esqueletos carbnicos, se

classificam

em

abertas

ou

fechadas.

Veremos

a

seguir essas classificaes,

tomando

por

base

as

ligaes

carbono-hidrognio:


8/82



(a.1) Cadeias abertas (acclicas ou alifticas)

So

cadeias

que

noformamumciclofechado.Dividem-seemtrssubclasses:

a)

Quanto

disposio:

Cadeias normais: Apresentam apenas carbonos primrios e secundrios.

CH CH CH3 2 3

Cadeiasramificadas:Apresentamaomenos1carbonotercirioouquaternrio.

CH3 CH3

CH3 C CH2 CH2

CH3

b)Quanto a sua natureza:

Cadeias homogneas: Apresentam apenas tonos de carbono em sua estru-

tura

interna.

CH3 CH2 CH3

Cadeias

heterogneas:

Apresentam

ao

menos

um

tomo

diferente

de

carbo-no

no

seu

interior.

CH

CH

S CHCH3

2

2

3


9/82



c)

Quanto

s

ligaes qumicas:

Cadeia

saturada:

Apresenta

apenas

ligaes

simples

entre

os

tomos

de

carbono.

C

C C C C C

C C

Cadeia insaturada: Apresenta ao menos uma ligao entre carbonos que

no seja simples.

C

C C C

(a.2) Cadeias fechadas (cclicas)

So

cadeias

onde

os

carbonos formam um ciclo. Na indstria do petrleo

so

chamados

de

naftnicos.

Classificam-se

em:

a)Quanto natureza:

Cadeias homocclicas: Cadeias cclicas que apresentam apenas tomos de

carbono

na estrutura.Dividem-se em:

Cadeias aromticas:Apresentamum ciclo de seis carbonos com

ligaes

duplas

alternadas,

chamado

de

ncleo

benznico. O

ciclo, ou anel, aromticomais importante o benzeno. Existem

outros

compostos aromticos, alguns anulenos. A denominao

de

compostos aromticos foi dada em razo do aroma dos

primeiros compostos isolados.


10/82

Cadeias alicclicas: No apresentam ciclo

aromtico.

So

as

cadeias

cclicas

mais

simples.

Cadeias heterocclicas: Apresentam um tomo

diferente de carbono (chamado heterotomo) S

em

sua estrutura. N

b)Quanto s ligaes qumicas:

Saturadas:

Apresentam

apenas

ligaes

simples

entre

os

carbonos.

Insaturadas:Apresentamdupla ou tripla ligao entre os tomos de carbono.

c) Cadeiasmistas:

So

compostos

orgnicos

que

apresentam

na

sua

estrutura

a

unio

de uma

cadeia cclica com um cadeia aberta.

CH2CH2CH2CH2CH3




11/82



[C

ompostos

de

carbono

e

gruposfuncionais

A

capacidade

dos

tomos

de

carbono

de

realizarem

fortes

ligaes

covalentes

entre si, sua capacidade de combinar com elementos como o hidrognio,

oxignio,

enxofre,

nitrognio e a sua tetravalncia so os motivos que gera-

ram a necessidade de haver um campo especfico da qumica que estude os

compostos

dessa

natureza.

Neste

captulo,

veremos

como

as

mais

variadas

formas desses compostos so classificadas.

A qumica orgnica denomina grupos funcionais os arranjos de tomos com

determinadas

propriedades

fsicas e qumicas semelhantes. Os grupos

funcionais

transformam

a

enorme

variedade

de

compostos

orgnicos

em um

nmero

relativamente

pequeno

de famlias. no grupo funcional que ocorre

amaior parte das reaes qumicas.

Vamos comear o estudo dos grupos funcionais com o mais simples dos

grupamentos carbnicos, os hidrocarbonetos.

(a) Hidrocarbonetos

Como

o

prprio

nome

sugere,

hidrocarbonetos

so

compostos

que

apresentam

em suaestrutura apenas tomos de carbono e dehidrognio.Amaior fonte de

hidrocarbonetos na Terra o petrleo, sendo este umamistura de compostos

orgnicos

onde

amaiorparte compostadealifticos (alcanos,alcenos,alcinos

e suas variaes cclicas) e aromticos. Os hidrocarbonetos so utilizados

principalmente como combustveis e como matria-prima para a indstria

petroqumica, onde os produtos derivados do petrleo oriundos da refinaria so

transformados em produtos com fins mais nobres, como, por exemplo, os

polmeros.


12/82

Pausa

para

reflexo:

Existem

outras fontesdehidrocarbonetosalmdopetrleo.Quais

delas

voc conhece?

O carvo? Certo! O xisto? Certo, tambm! Que outras fontes

voc

conhece?

(a.1)

Alcanos

Compostos

de

carbono e hidrognio que possuem apenas ligaes sim-

ples entre os carbonos. So chamados de compostos saturados, e anti-

gamente

eram

denominados

parafinas. Os alcanos podem ser de cadeia

aberta

ou fechada. Quando a cadeia fechada, so chamados de

cicloalcanos.

O grupo funcional dos alcanos chama-se grupo alquila, e seuscomponentes

so

obtidos

pela

remoo

de um tomo de hidrognio

de um alcano. Os alcanos mais simples e seus grupos funcionais esto

apresentados na Tabela 1:




13/82


14/82

Os cicloalcanos, cuja frmula geral CnH2n, so compostos cicloalifticos,

pois no possuem ncleo benznico. Exemplos de cicloalcanos:

C3H6 C4H8

H H

2HC CH

2C

H C C H H2C CH2

H H

As

fraes

de

alcanos

obtidas

a partir do refino do petrleo so listadas na

Tabela 2:




15/82



Tabela

2

Fraes

de

alcanos

obtidas

no refino dopetrleo

Fonte: SOLOMONS, 2001, v.1.

Intervalo deebulio da

frao (0C)

Nmero detomos decarbono pormolcula

Utilizao

C1C

4

C5

C6

C6

C7

C5

C10

C12C

18

C12 em diante

C20 em diante

C20

em diante

Abaixo

de

20

20

60

60

100

40

200

175 325

250 400

Lquidos

novolteis

Slidos no

volteis

Gs

natural,

GLP,

indstria

petroqumica

ter

de

petrleo,

solventes

Ligrona,solventes

Gasolina

Querosene e

combustvel

de

aviao

Gasleo,leocombustvele

leo

diesel

leo mineral refinado,leo

lubrificante,graxa

Cera

de parafina,

asfalto,alcatro

Propriedades fsicas dos alcanos e dos cicloalcanos:

Pontosdeebulio:Sob temperaturade25Cepressode1atm,osalcanos

no

ramificados

de

C1 atC4 so gases.DeC5 atC17 so lquidos e deC18

acima, so slidos. Istomostra a relao direta do ponto de ebulio com a


16/82



massa molecular do hidrocarboneto. Quanto mais pesado for o alcano,

maior seu ponto de ebulio.

Cadeias

carbnicas

ramificadas

possuem

ponto

de

ebulio

mais

baixo.

Considerando dois alcanos com o mesmo nmero de carbonos, porm um

sem ramificaes e outro com, teremos pontos de ebulio diferentes para

cadaum deles:oque apresenta forma linear tem seupontodeebuliomais

elevado,

devido

maior interao intermolecular as foras de van der

Waals entre suas molculas (lembra,j vimos isso no captulo Ligaes

Qumicas,

da

apostila

de

Qumica

Geral e Inorgnica desta disciplina). As

ramificaes diminuem a superfcie de contato entre asmolculas, diminuin-

do, conseqentemente, a interao intermolecular.

Densidade: Os alcanos e cicloalcanos so os compostosmenos densos entre

os compostos orgnicos. Todos os alcanos e cicloalcanos possuem densidade

menor

que

a

gua

(1,00g/L

a

4C). por esta razo que o petrleo flutua

sobre

a

gua,

pois

ele composto em suamaior parte por alcanos.

Solubilidade: Devido incapacidade dos alcanos e dos cicloalcanos forma-

rem

pontes

de

hidrognio e apresentarem polaridade muito baixa, eles so

praticamente insolveis em gua. Eles se misturam entre si e so bons

solventes

para

substncias

de

polaridade

baixa,

como

o

tetracloreto

de

carbono, benzeno, clorofrmio e outros hidrocarbonetos.

Propriedades qumicas dos alcanos e cicloalcanos:

Os alcanos so caracterizados por uma grande inatividade qumica amuitos

reagentes qumicos. Asmolculas dos alcanos no possuem eltrons livres

para

serem

atacados

por

cidos e suas ligaes carbono-hidrognio so

pouco

polarizadas,

no

permitindo

o

ataque

de

bases.

Por

este motivo os

alcanos eram chamados de parafinas (palavra derivada do latim e que signi-

fica pouca afinidade).


17/82



As

reaes

mais importantes dos alcanos so a decomposio trmica e a

combusto. A decomposio trmica chamada de cracking em ingls, e

ocorre

quando

os

alcanos

so

aquecidos

sem

a

presena

de

oxignio.

A

combustoa reaoentreoalcanoeooxignioquandoamistura reacional

levada sua temperatura de ignio.

(a.2) Alcenos

So

hidrocarbonetos

que

apresentam

ao

menos

uma

ligao

dupla

entretomos

de carbono. Eram antigamente chamados de olefinas. Osmais sim-

ples

alcenos

esto

indicados

na

tabela

abaixo:

Tabela

3

Alguns

alcenos

Nome Frmulaqumica

Eteno C2H4

Propeno

C3H6

Buteno C4H8

Penteno C5H10

Frmulaestrutural

CH2

CH2

CH2 CHCH3

CH2

CHCH2CH

3

CH2

CHCH2CH

2CH

3

Os alcenos apresentam uma frmula geral igual aos cicloalcanos, CH .n 2n

Na

rea petroqumica, o eteno e o propeno esto entre osmais importantes

produtos. O eteno utilizado comomatria-prima para a sntese industrial

de etanol, xido de etileno, etanal, e principalmente o polmero polietileno.

O

propeno utilizado na preparao do polmero polipropileno.

Os alcenos cclicos so chamados de cicloalcenos. Veja a seguir a represen-

tao

de

dois cicloalcenos:


18/82



C

H

C

H3 4 4 6

HHC CH

C

H C C H H2C CH2

H

A frmula geral dos cicloalcenos CH .n 2n-2

Propriedades Fsicas

So

semelhantes s dos alcanos. Os alcenos contendo at 4 carbonos (com

exceo

do 2-buteno) so gases temperatura ambiente. So relativamente

apolares,

dissolvendo-se

em

solventes

apolares

ou

pouco

polares e pouco

solveis em gua. Possuem densidademenor que a gua.

Propriedades Qumicas

So bemmais reativos que os alcanos, devido presena da dupla ligao.

A

estabilidade

dos

alcenos diretamente proporcional ao nmero de grupos

alquila ligado aos carbonos da dupla ligao do alceno. Quanto maior o

nmero

de

alquilas, maior a estabilidade. Os alcenos e cicloalcenos po-

dem sofrer reaes de adio e de substituio.

Estabilidade

dos

alcenos:

R R R R R

H

R H H HC C > C C > C C > C C > C C

R R H R H R H H H H

A

estabilidade tambm depende do tipo de ismero do composto.


19/82



(a.3) Alcinos

So

os

hidrocarbonetos

que

possuem

ao

menos uma ligao tripla entre

tomos

de

carbono

namolcula.

Tabela 4Algunsalcinos

Nome

Frmula

qumica

Frmula estrutural

Etino ou acetileno C2H2 CH CH

Propino C3H4 CH C CH3

Butino C4H

6

Pentino

C5H8

CH C CH2CH

3

CH C CH2CH2CH3

A frmula geral dos alcinos amesma que a dos cicloalcenos, C

nH

2n-2.

Os cicloalcinos (ou ciclinos) so as cadeias cclicas de compostos que possuem

ao

menosuma ligao triplanacadeia.A frmulageraldeumciclinoC

nH

2n-4.

O alcinomais simples o etino, ou como mais conhecido, o gs acetileno,

muito utilizado no setor industrial. O acetileno pode ser sintetizado a partir

da

reao

entre

o

carbeto

de

clcio e a gua:


20/82



2+2H0 HCaC2(s) C C H+Ca2+

(aq.)

+2OH-(aq.)

(a.4) Benzeno

O benzeno um hidrocarboneto que contm 6 tomos de carbono e 6

tomos

de

hidrognio,

com

trs

ligaes

duplas

alternadas,

fechando

umacadeia aromtica. Observe os desenhos esquematizados a seguir, todos

representativos

da

molcula

de

benzeno:

Benzeno

ressonncia

da

ligao

dupla

Os compostos de benzeno possuem grande importncia na rea do petrleo.

Veremosmais detalhes sobre esses compostos adiante.

(a.5) Haletos orgnicos

So

derivados

dos

hidrocarbonetos

comuns

que

apresentam um tomo

halognio

(Cl,

F, Br ou I) substituindo um carbono ou um hidrognio. Exis-

tem

os

haletos

de

alquila

(substituio

em

um

alcano

de

um

hidrognio

por

um halognio), haletos de vinila (substituio em um alceno de um hidrog-

nio por um halognio) e os haletos de arilas (substituio em um aromtico

de um hidrognio por um halognio). Todos esses compostos formam o

grupo denominado de haletos orgnicos.


21/82



Os haletos orgnicos possuem solubilidademuito baixa em gua,mas devi-

do a sua baixa polaridademisturam-se entre si e com solventes apolares ou

pouco

polares.

Alguns

dos

haletos

orgnicos, inclusive, so usados como

solventes,

como o caso do tetracloreto de carbono ou o tricloro metano,

tambm conhecido como clorofrmio.

(a.6)

Nomenclatura

dos

hidrocarbonetos

S no fim do sculo XIX foi desenvolvidoum sistema formal denomenclatura

para

os

compostos

orgnicos. Muitos dos compostos orgnicosj haviam

sido

descobertos e recebiam nomes relativos s substncias de onde eram

extrados. Vrios desses nomes continuam sendo usados informalmente,

por isso necessrio que se conhea tanto o nome oficial quanto o nome

comum da substncia.

A

nomenclatura

formal

utilizada

hoje

em

dia

a

proposta

pela

IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry). O princpio desta no-

menclatura que cada composto deve ter um nome especfico, a partir do

qual suamolcula possa sermontada e o composto possa ser identificado.

A

nomenclatura

oficial

deve

atender

aos

seguintes

requisitos:

Identificar

a

funo

ou

grupo

orgnico

a

que

o

composto

pertence;

Identificar o nmero de carbonos na estrutura da substncia;

Identificar a existncia, quantidade e localizao das insaturaes

na

cadeia

carbnica;

Identificar

a

existncia e a quantidade das ramificaes na cadeia

carbnica.

Veremos

a

seguir

a

nomenclatura

dos

hidrocarbonetos, e conforme novos gru-

pos

orgnicos

forem

sendo

apresentados

suas

nomenclaturas

sero

estudadas.


22/82



Alcanos

Os alcanos possuem sua nomenclatura terminada em ano. As cadeias sim-

ples

de

alcanos

(sem

ramificaes)

so

formadas

por um prefixo que indica

a

quantidade

de

carbonos

da

cadeia e o sufixo -ano. A Tabela 5 mostra

esses prefixos.

Tabela

5

Prefixos

dos

alcanos

de

cadeia

simples

Nmero de carbonos Prefixo Composto

1C

2C

3C

4C

5C

6C

7C

Met

Et

Prop

But

Pent

H

e

x

Hep

Metano CH4

EtanoC

2H6

Propano C3H8

Butano C4H10

Pentano C

5H12

Hexano C

6H14

Heptano C7H16

Os alcanos com quantidade de carbono acima do butano (C5, C6, ...) rece-bemum sufixo de origem grega ou do latim, que indica onmero de carbo-

nos. Exemplos de alcanos:

3Metano

CH

H

ou

CH 6

13 6

14Hexano CH H ou CH4

H H H H H H H

H C H H C C C C C C H

H H H H H H H


23/82



3 2CH CH

2CH CH

3CHCH

2

3CH substituinte: metil

Os alcanos de cadeia ramificada obedecem s seguintes regras de nomen-

clatura:

A cadeia de tomos de carbonomais comprida a cadeiaquedeter-

mina o nome principal para o alcano.

Ostomosdecarbonoda cadeiaprincipaldevemserenumerados,de

modo

que

o

carbono

que

esteja

substitudo

receba

a

menor

numerao.

O nmero do tomo de carbono que contenha o substituinte (a

ramificao)

ser

adicionado

ao

nome

do

grupamento

alquila

substituinte.

Quando

dois

ou

mais substituintes estiverem presentes, cada um

deles

dever apresentar um nmero correspondente a sua localizao na

cadeia principal,mesmo que estejam substitudos nomesmo carbono.

Quando

existir

dois substituintes iguais, usa-se os prefixos bi-, tri-,

tetra-, para se indicar a quantidade.Separa-se o nmero que indica o carbo-

no

substitudo

por

vrgulas.

Quando existir duas oumais cadeias com omesmo nmero de car-

bonos,

a

que

possuirmaior quantidade de ramificaes a principal.

Exemplos de alcanos ramificados:

2-metilhexano

6 5 4 3 2 1

4-etil

-2-metilhexano

1

2

3

4

5

6

CH3

CHCH2

CHCHCH3

substituinte: metil CH3 CH2

CH3 substituinte: etil


24/82



2,3-dimetilbutano

1

2

3

4

CH3CH

CH

CH

substituinte:

metil 3 3CH CH substituinte: metil

Enfim,

seguindo-se

as

regras

estipuladas,

qualquer

alcano

ramificado

podeser identificado com sua nomenclatura formal. Cuidado especial deve ser

dado

aos radicais alquila dos compostos que possuem ismeros de cadeia.

Ismeros

de

cadeia

so

compostos

que

possuem

a

mesma quantidade de

elementos, porm dispostos de forma distinta. Quanto maior a cadeia

carbnica, maior a quantidade de ismeros. Os radicais de alcanos mais

importantes

so

os

indicados

na

Tabela

1,

onde

os

grupamentos

alquila

foram ilustrados.

Nomeiam-se

os

cicloalcanos

da

mesma

maneira

que

os

alcanos,

apenas

sendo

agregado

ao

nome

o

prefixo

ciclo-.

ciclopentano ciclohexano

Retirando-seumhidrogniodeumalcano,obtm-seum radical alquila,confor-

me

j

mostrado

anteriormente.

Alm

dos

principais

radicais

alquila

apresenta-

dos

no item a.1Alcanos, os radicais a seguir tambm somuito comuns:


25/82



3

H H H H

n-butila H C C C C

H H H H

H CH3 H

iso-butila H C C C

H H H

H CH H

terc-butila H C C C H

H H

H H H H

sec-butila H C C C C H

H H H


26/82



Alcenos

Denomina-se

da

mesmamaneira que os alcanos,modificando-se apenas o

sufixo,

que

passa

a

ser

-eno.

Os alcenos ramificados possuem apenas alguns incrementos quanto s re-

gras

para

a

nomenclatura

aplicadas

nos

alcanos,

a

saber:

A

cadeiaprincipal aquela que contm omaiornmero de carbonos

e a ligao dupla. Se houver uma cadeia carbnica com ligaes simples

maior do que a que contm a ligao dupla, a que contm a dupla ligao

continua sendo a cadeia principal.

Os tomos de carbono da cadeia principal devem ser enumerados

de modo a obter a menor numerao possvel para o primeiro tomo que

contiver a ligao dupla.

As localizaes dos grupos substituintes devem ser indicadas pelos

nmeros

correspondentes

aos

dos

tomos

de

carbonos

da

cadeia principal.

Nos cicloalcenos, os tomos de carbono que contm a ligao

dupla iniciam a numerao e esta deve proporcionar a menor numerao

possvel

para

os substituintes no anel.

Os compostos que possuem duas ligaes duplas denominam-se

alcadienos ,

sendo

a

numerao

aplicada

de

forma

que

seja atribuda a

menor numerao possvel para uma das ligaes duplas.


27/82



eteno propeno 2,5-dimetil-2-hexeno

3 3CH CH

CH2

CH2 CH2 CH2 CH3 H3C C CHCH2CH CH31

2

3

4

5

6

(etileno) (propileno) (etileno)

Os alcenos possuem dois importantes radicais que so a vinila, originada

da

retirada

de 1 hidrognio do eteno, e a alila, originada da retirada de 1

hidrognio

do

propeno.

PropenilaouALILA CH CHCHEtenilaouVINILA CH2 CH 2 2

H H HH H

H C C CH C C

H

Alcinos

Denomina-se

quase

da

mesma

maneira

que

os

alcenos, diferindo apenas no

sufixo, que passa a ser -ino. Para alcinos ramificados, as regras so as

mesmas

dos

alcenos.

Nomenclatura dos derivados do benzeno

Esses derivados recebem nomes relativos ao prprio benzeno. Nos deriva-

dosmonossubstitudos do benzeno, os substituintes so o prefixo do nome.

A seguir um exemplo demonossubstituio:


28/82



Alguns derivados possuem nomes comuns,j enraizados, e que no seguem

a

regra acima. O tolueno um deles; o outro o naftaleno:

Naftaleno

Uma dupla substituio no anel benznico implica uma denominao espe-

cial, dada pelos prefixos orto-,meta- e para-, que podem ser substitudos

por suas letras iniciais o,m e p, respectivamente.

1,2-dimetilbenzeno 1,3-dimetilbenzeno 1,4-dimetilbenzeno

A retirada deumhidrogniodo benzeno formaum radical que comumente

chamado

de

radical

arila.


29/82



[Funesoxigenadas

Existem

compostos

orgnicos

que

possuem

oxignio

em

sua estrutura. Es-

ses compostos esto agrupados em funes, dentre as quais asmais impor-

tantes so: alcois, fenis, aldedos, cetonas, teres, steres e cidos

carboxlicos.

Outras

funes

orgnicas

que

possuem

oxignio

so

de aplica-

o

mais

restrita

e

no

sero

aqui

abordadas.

A maior parte dos compostos oxigenados que aparecem no petrleo est

concentrada

nas

fraes

mais

pesadas

deste.

So

cidos

carboxlicos,

fenis,

cresis e steres e so responsveis pela formao de gomas (polmeros),

corrosividade,

odor e acidez nas fraes de petrleo.

(a) Alcois

So

compostos orgnicos que apresentam o grupamentoOH (hidroxila) liga-do

a

algum

carbono

da

cadeia.

So

representados

pela frmula geralROH.

Segundo

a

disposio

do

grupamento

OH, os alcois podem ser classifica-

dos

como:

a) lcool primrio:OH ligado a C primrio;

b)

lcool

secundrio:

OH

ligado

a

C

secundrio;

c)

lcool

tercirio:

OH

ligado

a

C

tercirio.


30/82

A nomenclatura dos alcois segue as seguintes regras:

1. Deve ser selecionada a cadeia de carbono mais comprida e cont-

nua, qual a hidroxila est ligada. D-se o nome para o alcano correspon-

dente

suprimindo-se

no

final

do

nome

a

letra

o e substituindo-se por ol.

Pode-se tambm substituir o sufixo -ano por -lico. Exemplo:metano passa

a

ser

metanol

ou

lcool

metlico.

2. Numera-se a cadeia carbnica, atribuindo-se o menor nmero

possvel

para

o

C

ligado

ao

grupamento

OH.

Indica-se

a

posio

do

grupo

OH

pelo nmero atribudo ao C ligado aomesmo e as ramificaes com os

nmeros

atribudos

aos

C

nos

quais

elas

esto

ligadas.

Exemplos:

lcool

butlico lcool sec-butlico

CH3CH2CHCH3

lcool

terc-butlico

lcoolisobutlicoou2-metil-propanol

CH3

CH3CH

3 C OH

OHCH

3

CH3CHCH2

OH




31/82

Alcois

com

dois

grupamentos

OH

so

chamados

normalmente

de

glicis.

Na IUPAC, so chamados de diis:

Etilenoglicolou1,2-etanodiol Propilenoglicolou1,2-propanodiol

CH2

CH2 CH3

CH CH2

OH OH OH OH

(a.1) Fenis

So

substncias

que

apresentam

o

grupamento funcional OH ligado direta-

mente

a um ncleo benznico. Suas aplicaes mais comuns so como

desinfetantes e em snteses orgnicas. Na indstria do petrleo, os fenis,

cresis e naftis so separados das correntes de hidrocarbonetos de forma a

possibilitar sua utilizao posterior.

Fenol

Ortocresol

Metacresol Paracresol -naftol -naftol




32/82

(a.2)

Propriedades

Os alcois possuem ponto de ebulio mais alto do que os hidrocarbonetos

correspondentes por causa das fortes ligaes de hidrognio que mantm as

molculasjuntas no lquido. A ligao de hidrognio tambm responsvel

pela solubilidade de alcois de pequena cadeia carbnica em gua.

(b) Aldedos

So

compostos

derivados

de

alcois primrios (OH ligado a carbono prim-

rio)

atravs

de

sua

oxidao

parcial.

Apresentam

o

seguinte

grupo

funcional:

O

R COH

R

C

H

OndeRumradicalalquilaouarila.Onomedoaldedoodohidrocarbonetocorrespondente,

retirando-se o sufixo e acrescentando-se al. H tambm a

nomenclatura

comum,

utilizada

em

alguns

casos.

Exemplos:

Metanal ou Formaldedo

O

H C

H

Etanal

ou

Acetaldedo

O

CH3 C

H

Benzaldedo

O

C

H




33/82



(b.1) Propriedades

Os pontos de ebulio dos aldedos so mais altos do que os dos

hidrocarbonetos e teres de massa molecular correspondente, porm mais

baixos que os dos alcois correspondentes. Eles possuem solubilidade em

gua

semelhante

aos

alcois em funo da ponte de hidrognio entre o

oxignio

da

carbonila e a gua.

(c) Cetonas

So

compostos derivados dos alcois secundrios por oxidao parcial.

Apresentam

o grupamento carbonila (C=O) ligado a carbono secundrio.

Apresentam

a

seguinte frmula geral:

R C R

O

Amais simples cetona a propanona,mais conhecida como acetona.

Para

dar

nomes

s

cetonas,

seguem-se

as

seguintes

regras:

1. Adiciona-se o sufixo -ona raiz do alcano correspondente, ou o

nomecomum,quecompostopelonomedosdoisgrupos ligadoscarbonila;

2. O nmero do tomo de carbono da carbonila na cadeia carbnica

deve

ser

especificado se houvermais de 4 tomos de carbono com omenor

nmero

possvel.


34/82



Observe

os exemplos a seguir:

Propanona ou dimetilcetona Butanona ou etilmetilcetona (MEK)

CHCCH CHCHCCH3 3 3 2 3

O O

3

- pentanona ou dietilcetona

CH

CH

CCH

CH3 2 2 3

O

(c.1) Propriedades

Por

causa

do

grupamento

carbonila

em

sua estrutura, a cetona tem pro-

priedades

semelhantes

a

dos aldedos de massa molecular comparvel.

Algumas cetonas possuem odor agradvel, como a cnfora ou a

3-met i lc ic lopentanona (muscona).

(d) teres

So

compostos

orgnicos

que

apresentam

dois

radicais,

alquila

ou arila,

ligados

a um tomo de CCHoxignio. Apresentam a frmula geral:

R

O

R

Sua

denominao feita especificando-se os grupos hidrocarbnicos que

esto

ligados ao oxignio e adicionando-se a palavra ter.Observe os exem-

plos a seguir:


35/82



Metximetanoou

ter

dimetlico

CH3

O CH3

Etxietano ou ter dietilico

CH3

CH2

O CH2CH3

1-metxipropano ou termetilproplico

CH3CH2CH2 O CH3

(d.1) Propriedades

Devido ausncia das fortes ligaes de hidrognio, os pontos de fuso so

muitomais baixos que os dos alcois comparveis, sendo semelhantes aos

dos

hidrocarbonetos

comparveis.

Os

teres

so

muito

bons

solventes

para

uma grande variedade de compostos orgnicos. Os teres dietlico e

metilproplico tm aplicao como anestsicos.

(e) cidos Carboxlicos

cidos

carboxlicos

so

derivados

da

oxidao

de um aldedo. As estruturas

moleculares

destes

cidos

so

caracterizadas

pela

presena

do

grupo funcio-

nal denominado carboxila:

O

R C

OH

Anomenclaturadadaadicionando-seosufixo -ico raizdohidrocarboneto

correspondente,

antecedendo-se

o

nome

por cido. No entanto, a maioria

dos

cidos

carboxlicos

so

conhecidos por seus nomes comuns. Veja os

exemplos:

cido metanicooucido frmico

O

HC

OH

cido etanicoou cido actico

O

CH3

C

OH

cido propanico oucido propinico

O

CH3CH2

C

OH

cido etanodiicoou cido oxlico

O

C C

OH


36/82

(e.1) Propriedades

Possuem altos pontos de ebulio e solubilidade completa em gua at

cidos com 4 carbonos na cadeia.medida que a cadeia carbnica aumen-

ta,

diminui-se

a

solubilidade

em

gua. O cido metanico encontrado no

veneno

das formigas,por issochamadodecido frmico;eocidoetanico

o cido carboxlico encontrado no vinagre, por isso chamado de cido

actico. Possuem cheiro irritante e caracterstico. medida que a cadeia

carbnica aumenta, os odores tornam-semais desagradveis.

(f) steres

Os steres podem ser sintetizados a partir da reao qumica entre um

lcool e um cido carboxlico. Possuem o grupamento carbonila ligado a um

oxignio e a um radical. Possuem a seguinte frmula geral:

O

R C O R

Segundo

a

nomenclatura IUPAC, os steres so denominados especificando-

se o nome do grupo carboxilato seguido do grupo alquila ligado ao oxignio,

ou, tambm, pelos nomes comuns dos radicais alquila. Exemplo:

Etanoato

de

propila

ou

acetato

de

propila

O

HC C O CHCHCH3

2

2

3

grupo

etanoato(acetato)

grupo propila

(propila)




37/82

(f.1) Propriedades

So

relativamente

solveis

em

gua, e medida que a cadeia carbnica

aumenta, a solubilidade diminui. Os leos e gorduras animais e vegetais so

steres de cidos graxos, que so cidos carboxlicos de cadeias longas,

assim

como

o

triol

glicerol (glicerina). A partir de uma gordura e soda

custica, obtm-se sabo e glicerina.




38/82



[Funessulfuradasenitrogenadas

(a) Tiocompostos

Os compostos sulfurados so denominados de tiocompostos e so compostos

orgnicos

que

possuem

o

elemento

enxofre

no

lugar

do

elemento

oxignio

dos

compostosoxigenados.As formasmais importantes,comooenxofrequeaparece

nas

fraes

de

petrleo,

so

osmercaptans e os sulfetos.

Mercaptans so compostos sulfurosos que possuem cheiro muito peculiar e

forte. Esto presentes em todas as fraes do petrleo, sendo que os alquil-

mercaptans

encontram-se

nas

fraes

mais

leves;

enquanto

que

nas

fraes

mais pesadas encontram-se os mercaptans aromticos e os tiofenos. Os

mercaptansderivamoudealcois(por issoso tambmdenominadostioalcois)

ou

do

cido

sulfdrico (H2S).Osmercaptans apresentam a frmula geral:

R

SH

Para

a

nomenclatura

desses

compostos adicionado o sufixo -tiol raiz do

hidrocarboneto correspondente, ou, alternativamente, depois do nome do

radical alquil escreve-se a palavramercaptan. Exemplos:

Metanotioloumetilmercaptan

Etanotiolou etilmercaptan

CH3 SH CH3CH2 SH


39/82



2

3

Sulfetosso compostosnosquaisooxigniodoter substitudoporenxofre.

So tambm chamados de tioteres.Possuem a seguinte frmula geral:

R S R

A

nomenclatura semelhante aos teres. Veja os exemplos:

Metanotiometanoou

sulfeto

de

metila Etanotioetano

ou

sulfeto de etila

Metanotiopropano

ou

sulfeto

de

metil

n-propila

CH3

S CH3

CH3CH

2S CH

2CH

3CH

3CH

2CH

2S CH

3

Os compostos sulfurados so responsveis pela corrosividade dos produtos

de

petrleo e pelo envenenamento de catalisadores de processos

detransformao.

(b)

Compostos

Nitrogenados

Existem

compostos

orgnicos

que

possuem

nitrognio

ligado

cadeia

de

hidrocarbonetos, compostos estes com algumas caractersticas especiais.

As

aminas,

amidas, nitrilas, iminas e imidas so alguns exemplos.

(b.1)

Aminas

Derivam

de NH pela substituio de um ou mais hidrognios por uma

alquila

ou

arila.

De

acordo

com

a

ligao

entre

os

carbonos,

as

aminas

podem ser classificadas da seguintemaneira:

Amina

primria

Amina

secundria

Amina

terciria

R NH R N R R N R

H R


40/82



Alguns

exemplos

de aminas:

Fenilamina (anilina) Dimetilamina Pirrolidina

CH3 N CH3

H

Algumas

aminas

possuem

carter

bsico

acentuado.

Isso

lhes

confere

gran-de importncia industrial. Na indstria do petrleo, a dietanolamina (DEA)

e amonoetanolamina (MEA) so usadas para a extrao de cido sulfdrico

e dixido de carbono de combustveis de baixo peso molecular, como gs

natural, GLP e gasolina.

DEA -Dietanolamina

H

HO

CH

CH N CHCH OH

MEA -Monoetanolamina

H

H N CHCH OH2

2

2

2

2

2

(b.2)

Amidas

So

substncias

derivadas

dos

cidos

carboxlicos

por substituio do

grupamento hidroxila por um radical amino. As amidas podem ser

monossubstitudas ou dissubstitudas. So basesmais fracas que as aminas.

So utilizadas como fertilizantes e solventes orgnicos, entre outras funes.

Amida Amida monossubstituda Amida dissubstituda

R C

O

NH2

R

C

O

N R

H

R

C

O

N R

R


41/82

Exemplo:

Carbamida

(uria)

NH2

O

C

2NH

Os compostos nitrogenados mais comuns no petrleo so os nitrogenados

bsicos

como

as

piridinas,

quinolinas

e

outros;

e

os

no

bsicos

como

os pirris,

indis,

porfirinas e outros. Os compostos nitrogenados existentes no

petrleo tambm so responsveis pelo envenenamento de catalisadores.




42/82

[Compostosorganometlicos

So

compostos

qumicos

que combinam elementos da qumica orgnica e

da qumica inorgnica. Com raras excees, os compostos organometlicos

so

txicos.

A

toxicidade

varia

muito,

conforme

a

natureza

do

composto

organometlico e a identidade dometal.

O tetraetilchumbo e outros compostos de alquilchumbo tm sido usados

como agentes antidetonantes na gasolina desde 1923. Esses compostos

aumentam o ndice de octanagem do combustvel,melhorando sua qualida-

de

como

combustvel.

Apesar

desse

tipo

de

uso

estar

sendo

diminudo,pelas caractersticas poluidoras destes compostos, ainda existem grandes

quantidades desses compostos sendo lanadas na atmosfera.

Tetraetilchumbo

CH2CH3

CH

CH

Pb CHCH2 32 3

CH2CH

3




43/82



QUMICA ORGNICA E DO PETRLEO

APLICADA

[ParteIIOPetrleo


44/82



[Origem

e

explorao

do

petrleo

e

do

gsnatural

O petrleo e o gs natural se formam a partir da decomposio damatria

orgnica: restos de plantas e de animais que morreram. Os processos de

eroso

ao

longo

do

tempo

levaram

esses

restos

biolgicos

rio

abaixo

e

sobreas linhas de contorno da costa, onde foram depositadosjunto com lama e

lodo. Com o passar do tempo foram cobertos, aumentando a quantidade de

sedimentos.Gradativamente a matria orgnica decomposta foi sendo com-

primida pelo peso das camadas sedimentares.

Mais tarde, essematerial que originalmente continha os restos biolgicos se

tornou rocha sedimentar.Hoje, essas rochas sedimentares, como o arenito,

o xisto e a dolomita, esto freqentemente presentes nos depsitos de pe-

trleo.

As

jazidas

mais

novas

tm

cerca

de

10

milhes

de

anos,

enquantoas

mais

antigas

possuem

cerca

de

400

milhes

de

anos.

Nessas rochas sedimentares, eventualmente, os materiais orgnicos trans-

formaram-se

em

produtos

de

petrleo

devido

intensa

presso e calor nas

formaes

da

rocha e tambm devido presena de bactrias anaerbias

(que se desenvolvem na ausncia de ar). Denominam-se rochas

geradoras

aquelas

que

so

capazes,

potencialmente,

de

ter

permitido

a

gerao de

petrleo, no s pela sua constituio, idade geolgica,

espessura

e

exten-

so

das

camadas,

como

tambm

pelo

ambiente

onde

seformou o contedo

orgnico.

O leo eo gs geradosnessas rochas sedimentaresmigrampelosporos para

a superfcie da terra, devido presso qual esto submetidos. Se o gsalcana

a

superfcie, disperso na atmosfera. leos leves eventualmente

tambm evaporam. Freqentemente, porm, os produtos de petrleo nunca

vo at a superfcie de forma natural. Muitas vezes eles so aprisionados

embaixo

da

superfcie por camadas de rochas impermeveis, chamadas for-

maescapeadoras,queseformarameseencontramsobrearochasedimentar

que

produziu

os

produtos

de

petrleo.

Isto

ocorrendo,

o

petrleo se armaze-


45/82

naemverdadeirosbolsesdentrodosubsolo,quesoconhecidospor trapas

ou

armadilhas.

As

camadas

de

rocha

que

retm

os

depsitos

orgnicos

so

impermeveis e

moldadas

em

cpulas,

como

bolsas.

A

camada

que

retm

o

gs

e

o

leo

chamada de reservatrio. O gs e o leo se movimentam para cima pelas

camadas permeveis de rocha, deslocando assim a gua do mar que, even-

tualmente, tambm foi retida ao longo do tempo pelas camadas de rocha

sedimentar.Quando o leo e o gs alcanam uma camada de rocha imper-

mevel, cessa seumovimento ascendente e eles se separam um do outro.

Faa voc mesmo um teste: coloque quantias iguais de gs, leoe

gua

em um vidro, veja que eles se separam naturalmente de

acordo

com

suas

densidades.

fcil

ver

que

a

mesma

coisa

acontece com uma mistura de leo vegetal e gua.

Porm,nem todaagua seseparadopetrleo,sendonecessrioumproces-

so

de

separao. difcil conceber a forma com que se apresenta uma

jazida de petrleo na natureza. A crena popular de que o petrleo seria

encontrado como um lenol, um lago ou mesmo um rio embaixo da terra

no correta. Na verdade, o petrleo acumula-se nos poros das rochas

entre

os

minerais

que

a

compem.




46/82



Fonte: NEIVA, 1993.Figura 1Depsito de petrleo no subsolo

Em

determinadas

zonas

sedimentares

da

Terra

algumas

condies semos-

traram verdadeiramente favorveis formao de petrleo. As mais ricas

nesse produto orgnico localizam-se no OrienteMdio, nas proximidades do

mar

Mediterrneo,

no

golfo

Prsico,

e

nos

mares

Vermelho,

Cspio

e

Negro.A esto os ricos depsitos de petrleo e gs do Ir, Iraque, do sudoeste da

CEI, daArbiaSaudita e doKuwait.Este ltimo, um dosmenores pases do

mundo,

com uma rea de 17.818 km2, est localizado praticamente sobre

um campo de petrleo.

(a) Explorao

No incio da busca por gs e petrleo, procuravam-se evidncias de uma

formao

na

superfcie,

o

que

levou

procura

de

leos

superficiais.

Havia

naquela poca apenas uma pequena idia de como os reservatrios eram, seu

tamanho e como se formavam. Hoje, o nvel de conhecimento atingido pelos

gelogos faz com que a indstria possua muito mais informaes sobre os

reservatrios de petrleo egs,bem como de sua histria de formao.Essas


47/82



informaes, apoiadas por novas tecnologias de rastreamento que permitem

ver dentro do solo, fornecem s companhias de exploraomelhores con-

dies

de

descoberta

quando

da

perfurao

dos

poos.

Um

dos

avanos

tecnolgicos

mais

extraordinrios e efetivos que auxiliam o

gelogo a encontrar depsitos de gs a sismologia. Sismologia o estudo

do

movimento

do

som,

ou

ondas

ssmicas,

pela

crosta

da

Terra.

Foi utiliza-

do

inicialmente

para

estudar

os

terremotos,

porm tambm demonstrou ser

uma ferramenta inestimvel para que se estude as mais baixas camadas da

crosta

da

Terra

sem

perfur-las

de

fato.

Na explorao martima utilizam-se navios equipados com um arranjo de

sensores

que medem vibraes produzidas por um dispositivo que atira ar

pressurizado

na

gua.

A

leitura

desses

sensores permite reproduzir o perfis

das

camadas

de rocha que esto abaixo da superfcie domar.

Recentemente, com os avanos da tecnologia da computao, aumentou-se

muito o valor dos dados ssmicos, permitindo aos gelogos a construo do

que conhecido como 3-D Ssmico, que traa ummapa tridimensional das

camadas

de rocha abaixo da superfcie.

Alm

da

sismologia,

os

gelogos contam com informaes relativas s pro-

priedades

magnticas

das

rochas,

as

quais

so

obtidas

com

o

uso

de um

dispositivo conhecido como magnetmetro. Esse dispositivo mede mudan-

as pequenas no campomagntico da Terra, no nvel da superfcie, indican-

do o tipo de formao da rocha presente no subsolo.

No entanto,mesmo com todos os avanos tecnolgicos, a nicamaneira de

assegurar

que

o

gs e o leo sero encontrados perfurando o solo. Porm,

atualmente, as companhias de explorao realizam o mximo de pesquisa

possvel antes de perfurar, uma vez que os custos associados com a perfura-

o

so altos, emuito dinheiro pode ser perdido quando os poos resultam

secos.


48/82

(b) Perfurao

Umavezdeterminadoolocaleotamanhodoreservatrio(serasoouprofundo),

determinado o equipamento adequado para perfurar o poo. A natureza da

formao

da

rocha

que

deve

ser

perfurada tambmum fatordeterminantedo

tipo

de

equipamento

de

perfurao

a

ser

escolhido

para

o

poo.

A

figura

abaixo

mostra

o

esquema

bsico

de

perfurao.

Na

superfcie,

um

sistema

complexo

de tubos, cabos,mquinas,mecanismos de apoio, equipa-

mento

de lubrificaoe talhascontrolaarotaodapeadebaixodasuperfcie,

e tambmmantm a pea lubrificada, retirando omaterial escavado.

Figura

2

Perfurao para extrao de petrleo e gs




49/82



Debaixo da superfcie, a broca presa a um longo tubo. Seu trabalho quebrar

o

fundo

da

rocha

ou

da

terra

para

permitir

que

o

poo

possa

progre-

dir mais profundamente na crosta. Na perfurao de poos profundos com

diferentes

camadas

de rocha, vrios tipos de brocas podem ser usadas em

um nico poo.

A

diferena maior entre plataforma de perfurao terrestre (onshore) e mar-

tima (offshore) a base onde a sonda colocada. O primeiro passo para

perfurar um poo martimo estabelecer um mecanismo para prender a

plataforma flutuante ao fundo do oceano, e aomesmo tempo permitir supor-

tar

o

balano e a oscilao causados pelas ondas domar.

Figura 3Plataformas terrestre emartima

O tipo de plataforma martima varia dependendo da profundidade da lmina

dgua.Tambm comum o uso de navios de perfurao para guas profun-

das. O Brasil, com a Petrobras, pioneiro na tecnologia de perfurao em

guas profundas. Atualmente est sendo desenvolvido projeto de pesquisa

para

perfurao

a

3.000m

de

lmina

dgua.


50/82



(c) Produo

Uma vez a perfurao entrando em contato com uma formao de petrleo

produtiva,

importante

testar

a

formao

para

determinar

o

possvel

lucro

com a extrao de gs e leo,bem como sua taxa de extrao.A informao

que

precisa ser obtida inclui a profundidade, o tipo de formao, a relao

entre

gs e leo, a viscosidade do leo e a perspectiva econmica global

para

o projeto. A quantidade de lquido que se condensa na superfcie du-

rante

o

processo

de

produo

classifica

o

gs natural como seco ou mido.

O gs seco no apresenta frao lquida nas condies de produo na

superfcie,

enquanto

que

o

gs

mido

apresenta uma frao de lquido

condensado. Essa caracterizao importante na especificao dos equipa-

mentos

de

superfcie

que

vo

explorar

o

poo.

No

passado,

os

produtores

trabalhavam

para

extrair

o

mximo

de

leo e gs de

um determinado poo nomenor tempo possvel.Hoje,muitomais nfase

dada ao mximo desempenho de um poo, ou sua recuperao mais

eficiente. Recuperao eficiente leva em conta o planejamento de produo

do

poo e o tipo certo de equipamento. Taxas de produo excessivas po-

demdanificarumpooeproduzirmenosleo egs doqueelepoderia suprir

no

fim

das

contas.

Produo primria: fase da produo feita com o uso de foras exclusiva-

mente

naturais

mecanismos

naturais

de

produo.

Alguns

poos

apresen-

tampresso internasuficienteparaqueoleoeogs possam fluir livremen-

te sem qualquer necessidade de bombeamento mecnico. Poos fluentes,

que

podem

ser

trabalhados

apenas

com

foras naturais, s requerem uma

rvore

de

natal (conjunto de vlvulas e tubos emanmetros) para produzir

gs e leo. A maioria dos poos, porm, exige algum tipo de mtodo de

aumento da presso para a extrao do leo e gs presente nas formaes.

Produo secundria: fase da produo de petrleo que se apia na aplica-

o

de

mtodos

de

elevao

da presso para uma recuperao secundria

de um reservatrio. Exige profundos estudos tcnicos e econmicos, com a

finalidade de se verificar se o acrscimo na produo ser ou nojustificvel

em proporo ao investimento. O mtodo de aumento da presso depende

da profundidade do poo e de sua complexidade. O mais comum a barra

de

bombeamento,

que,

operada

por uma bomba de superfcie, se move de

cima

para

baixo,

bombeando

leo e gs para fora do poo. Amquinamais

comum

utilizada

a

cabea

de

cavalo,

bomba

ou

viga

convencional.


51/82



Figura 4Cabeade cavalo sistema debombeamentoFonte: NEIVA, 1993.


52/82



Existem

outros

mtodos

de

produo tambm bastante aplicveis, que se

baseiam

na

injeo

de

gua

ou

de

gs natural para dentro do poo, utilizan-

do-se uma outra perfurao e fazendo com que a presso dentro do poo se

eleve.

O processo de produo do leo e do gs natural deve ser controlado e

medido

atravs

de

dispositivos

para

o

controle e medio da vazo. Esses

dispositivos

so

necessrios

para

adequar

a

vazo

de

produo

aos

requisi-

tos

impostos

por

condies

de

mercado,

volume

disponvel

no

gasoduto e

oleoduto

para

o

escoamento

da

produo,

segurana

operacional e contrato

de fornecimento. O controle da produo feito por equipamentos especfi-

cos

que se encontram nas rvores de natal.

Aps

a

extrao

do

leo e do gs, esses dois produtos devem ser separados.

Para

tal instalado, prximo rvore de natal do poo exploratrio, um

equipamento

chamado

separador

de

leo e gs, que nada mais do que

um vaso de presso utilizado para separar a mistura produzida nos poos

em seus componentes lquidos e gasosos. Esses separadores consistem em

um vaso metlico por onde a mistura gs/leo entra pela parte superior,

sofrendo um movimento ciclnico que provoca a separao do gs e do

lquido. O lquido ento acumulado no fundo do vaso, onde, por diferena

de

densidade,

se

separa

da

gua.

Aps

essa

separao,

o

gs

segue

para

as

chamadas

UPGN

(Unidades

de

Processamento

de

Gs

Natural)

atravs

de

gasodutos e o petrleo lquido para as refinarias atravs de oleodutos ou

navios

petroleiros,

onde

ser

refinado e craqueado, originando uma grande

quantidade

de

hidrocarbonetos

para uma infinidade de propsitos.


53/82



(d) Definio de petrleo

Todo petrleo em estado natural uma mistura complexa de vrios elemen-

tos,

sendo

amaioriadeleshidrocarbonetos.Emproporesmenores,opetrleo

contm, dissolvidos na sua mistura, compostos oxigenados, nitrogenados e

sulfurados.

Tambm

dissolvido

no

petrleo bruto existem gases e slidos em

suspenso coloidal.

Dependendo

do

local

de

extrao

e

segundo

a

formao

geolgica,

o

petrleo

bruto apresenta-se com vrios aspectos e constituies distintas. Existem os

petrleos

leves,

que

so

bastante fluidoseclaros;outrospetrleossopesados,

muito viscosos e podem apresentar cor marrom, amarelo-esverdeado, verde-

escuro e preto.Sua densidade pode variar entre 0,8 a 1,00, kg/L.

Petrleos cidos ou acres so os que possuem elevada concentrao de

compostos

de

enxofre e possuem um cheiro caracterstico e forte. O gs

sulfdrico o composto de enxofre quemais aparece no petrleo, e txico.

Os

petrleos

que

no

possuem

quantidades

de

enxofre

significativas

so

chamados

de

petrleos

doces.

A

ASTM

(American

Society

of

TechnicalMaterials) define o petrleo como:

Uma

mistura

de

ocorrncia

natural,

constituindo-se

predominantemente

de hidrocarbonetos e derivados orgnicos sulfurados, nitrogenados e

oxigenados, a qual pode ser removida da terra no estado lquido. O

petrleo bruto est comumente acompanhado por quantidades variveis

de

substncias

estranhas,

tais

como

gua,

matria

inorgnica

e

gases.

A

remoo

dessas

substncias

estranhas

no modifica a condio de

mistura do petrleo cru. No entanto, se houver qualquer processo que

altere

apreciavelmente a composio do leo, o produto resultante no

poder

mais

ser

considerado

como petrleo.


54/82

Os diferentes tipos petrleo, apesar de apresentarem propriedades fsicas

distintas, variammuito pouco na composio elementar percentual. Obser-ve

a

tabela

a

seguir:

Tabela 1Composio elementarmdia dos petrleos

Elemento %empeso

CarbonoHidrognio

Enxofre

Nitrognio

Oxignio

Metais (Fe,Ni, V,etc.)

83,90

a

86,8011,40 a 14,00

0,06 a 8,00

0,11 a 1,70

0,50

0,30

Fonte: FARAH, 1985.

Essa

anlise

qumica

da

composio

do

petrleo

mostra

que

ele

constitudo

essencialmente

de

substncias

compostas

por

carbono e hidrognio, os

hidrocarbonetos. As grandes diferenas nas propriedades fsicas, portanto,

so

causadas

pela

diferena

na

proporo

de

hidrocarbonetos

distintos

existentes

na

constituio

de

cada

petrleo.




55/82



[Caracterizaodopetrleo

Dependendo

da

caracterizao

de

cada

petrleo,

o

refino utiliza diferentes

equipamentos

de

transformao.

Assim, necessrio conhecer quais os

hidrocarbonetos que predominam no petrleo a ser refinado. Os petrleos

podem ser classificados em trs bases:

Base

parafnica:

leos

constitudosprincipalmenteporhidrocarbonetos

de

cadeia

aberta.

Fornecem

gasolinas

de

baixa

octanagem e bons

leos

lubrificantes,

porm

so

bastante

cerosos.

Base intermediria: leos que contm grandes quantidades de com

postos

parafnicos e naftnicos (compostos de cadeia fechada). Esse

tipo de petrleo fornece gasolinas intermedirias, leos lubrificantes,

ceras e asfalto.

Base naftnica: leos com grande quantidade de compostos cclicos

(naftnicos). Sua destilao fornece gasolina de alta octanagem.

Apresentam tambm grande quantidade de asfalto.

A

anlise qumica completa do petrleo para determinao do seu teor de

parafinas e naftenos trabalhosa e cara, envolvendo bastante tempo de

anlise. O mtodo que descreve com exatido a composio qumica do

petrleo a cromatografia oumedida demassamolecular.

De

forma

a se ter uma idia bastanteprxima do tipo de leo cru e evitar a

anlise qumica completa, foram desenvolvidos outrosmeios para se deter-

minar a sua caracterstica.A densidade um dessesmeios e omais utiliza-do

para

caracterizao

do petrleo.

(a) Densidade do petrleo

O conceito densidadej foi visto nos captulos Gases e Lquidos da apostila

de

Qumica

Geral e Inorgnica. Na Indstria do Petrleo, costuma-se expres-

sar

a

densidade

em uma unidade especial, chamada de API, adotada em

1931

pelo

American

Petroleum

Institute

e

definida

como:


56/82

API

= 141,5 131,15

d60/60F

A

escala

API derivadadeumaoutraescalaparamediodedensidadede

produtos

de

petrleo,

a

escala

Baum

(B).

Essa

escala

utilizada

ainda

hoje para a determinao da densidade de solues aquosas, especialmente

solues

custicas

(alcalinas) e salinas, em que a densidade funo da

concentrao

da

soluo. Nesses casos, a densidade est tabelada em

funo

das

concentraes

das

solues.

No

Brasil,

so utilizadas, simultaneamente, as escalas API e a densidade

com

temperatura

de

referncia

em

20C, emuitas vezes necessrio fazer a

converso

de uma escala para outra.Para se diminuir a complexidade deste

clculo, foram desenvolvidas correlaes que relacionam as escalas d60/60

comaescalad20/4.Uma vez conhecidaadensidadenaescalad60/60,determi-

na-se a densidade em API.




57/82



6se

0,644 0/60

60/60

20/4

d20/40/4

..

22

33 22

Converso

ded60 / 60parad20 / 4.Conversoded60 / 60parad20 / 4.


58/82



-88,6 339,90 316,50 2,970 0,3562 265,75

1-penteno 30,0 640,48 635,31 5,384 0,6458 87,61

1-hexeno 63,5 673,15 668,46 5,643 0,6769 77,54

Aromticos

benzeno 80,1 878,89 873,68 7,361 0,8829 28,77

tolueno 110,6 866,96 826,31 7,289 0,8743 30,34

etil-benzeno 136,2 867,00 826,62 7,290 0,8744 30,33

o-xileno 144,4 880,18 875,94 7,377 0,8849 28,40

m-xileno 139,1 864,15 859,88 7,248 0,8694 31,26

p-xileno 138,4 861,03 859,67 7,225 0,8666 31,78

314,90 505,30

Tabela

1

Massa

especfica

e

densidade

de hidrocarbonetos

Composto P.E.Normal

Massa especficado lquido

Densidade

oC a20oCkg/m3

a

25oCkg/m3

A

60oFLb/gal

d60/60

oAPI

Parafinas

metano (a)

etano (b)

propano

(b)

4,344 0,5210 140,09

595,10 588,80 5,006 0,6005 104,14

594,20 587,90 5,013 0,6013 103,83

652,00 646,00 5,482 0,6576 83,68

621,11 614,90 5,230 0,6273 94,08

n-butano (b)

i-butano (b)

n-pentano (b)

i-pentano (b)

n-hexano (b)

n-hepano (b)

n-octano (b)

i-octano (b)

Olefinas

eteno

propeno (b)

1-buteno (b)

i-buteno (b)

1,2-butadieno (b)

1,3-butadieno (b)

-1161,5

-42,0

-0,5

-11,7

36,1

27,8

68,7

98,4

125,7

99,2

-103,7

-47,7

-6,3

-6,9

10,9

-4,4

500,50

578,80

557,20

626,22

619,65

659,35

683,74

702,50

691,91

-

492,80

573,00

551,00

621,37

614,60

654,79

679,49

698,47

687,79

-

2,501

4,227

4,869

4,693

5,262

5,208

5,534

5,738

5,894

5,829

-

0,3000

0,5070

0,5840

0,5629

0,6311

0,6247

0,6638

0,6882

0,7070

0,6992

-

340,17

147,59

110,79

119,88

92,71

95,01

81,67

74,11

68,64

70,87

-

(a) - valor aparente demassa especfica e densidade a 60%(b)

-massa especfica e densidade presso de saturao

Fonte:

BRASIL,

1999.


59/82



Osmtodos de determinao de densidademais usuais so:

Densmetro: utilizado em toda a faixa de densidade de produtos lquidos.

O equipamento consiste em um flutuador de vidro com uma haste onde h

uma escala graduada em API ou densidade relativa. Faz-se a leitura do

valor

da

densidade

no

ponto

de

tangncia

do

densmetro

no

lquido. Os

densmetros

so

calibrados

em

relao

gua

a

temperatura

de

referncia.

So

de fcil manejo e baixo custo, apenas apresentando o inconveniente de

exigir,

em

alguns

casos,

grandes

quantidades

de

amostras.

Balana: empregada na determinao da densidade de produtos pouco

viscosos.

Seu

uso

envolve

a

determinao

do

peso

necessrio

para

anular

o

empuxo exercido por um lquido sobre um flutuador totalmente imerso neste

lquido. Apresenta ummanejomais sofisticado que o densmetro e um custo

maior, porm envolvemenor quantidade de amostra.

Picnmetro: a determinao da densidade consiste em pesar determinado

volume

de

amostra

em

condies

controladas

de

temperatura,

comparando

com o peso domesmo volume de uma substncia padro (gua). A relao

entre as massas d a densidade da amostra. Permite a determinao da

densidade

de slidos.

Deslocamento: aplica-se determinao da densidade de slidos. Consiste

em

pesar

a

amostra

ao

ar e depois pes-la mergulhada no lquido padro,

sendo

suspensa por um fio ao prato da balana.

(b) Outros meios de caracterizao do petrleo

Apenas

para produtos claros, utiliza-se tambm o ndice de refrao, que

mede

o

desvio

ou

refrao

da

luz

transmitida

atravs

da

interface

existente

entre

a

amostra e o recipiente de vidro que a contm.


60/82



Podem tambm ser usados os pontos de ebuliomdios (PEM), que socalculados com base em uma curva de destilao do petrleo.Comojmen-

cionado

na

apostila

de

Qumica

Geral e Inorgnica, paramisturas e solues

a

temperatura

de

ebulio

no

permanece

constante

durante

a

mudana

de

fase. Dependendo da mistura, a vaporizao ocorre em uma faixa ampla de

temperatura

devido

diversidade

de

componentes.

Com

o

uso

dos

PEM

possvel, ento, caracterizar-se o petrleo de acordo com suas faixas de

destilao.

Existe tambm a caracterizao do ponto de fluidez, que amenor tempera-

tura

na qual uma substncia ainda flui. Nos petrleos serve para se determi-

nar

a

quantidade

de

parafinicidade

do

leo, uma vez quemaiores valores de

parafina

levam

a

maiores

valores

de

ponto

de fluidez. A partir do ponto de

fluidez que so definidas as condies de transferncia do leo cru.


61/82



[Transformaodopetrleoemprodutos

O primeiro uso do petrleo foi atravs da combusto, servindo apenas como

fonte

de

energia.

Com

o

passar

dos

anos,

novas

tecnologias

proporcionaram

aplicaes

mais

nobres

ao

petrleo.

A

prpria

combusto

emmuito avanou

devido ao advento dosmotores de combusto interna dos automveis.Hoje

se retira do petrleo, alm das vrias substncias utilizadas comercialmente

como combustveis, tais como GLP, gasolina, leo diesel, querosene e gs

natural associado, vrios outros subprodutos, que so matria-prima para

os mais diferentes setores industriais. Dentre esses ltimos, citam-se os

solventes,

leos

lubrificantes

e

a

nafta

empregada

na

indstria

petroqumica.

Desta

ltima

aplicao

surgem uma variedade de produtos como borrachas

sintticas, plsticos, fibras, etc. O petrleo tambm fornece o asfalto, e est

presente na fabricao de pesticidas, inseticidas, fungicidas e fertilizantes.

Esses derivados so obtidos por refino. O refino do petrleo pode ser dividi-

do em trs classes, em funo do seu objetivo:

a) Processos de separao: no envolvem reaes qumicas; promovem a

separao

fsica

dos

produtos,

sem

alterao

da

constituio

qumica

dos

componentes.

So

realizados principalmente atravs da operao unitria

de

destilao e tambm pela extrao a solvente. Exemplos de processos de

separao por extrao so a desasfaltao e a desparafinao.

b) Processos de transformao: a princpio, a refinao do petrleo envolvia

apenas

processos

fsicos

de

separao. Porm, necessidades de se obter

produtos

especficos

foram

surgindo e as converses qumicas dos derivados

do

petrleo tambm entraram em cena, transformando produtos de pouco

valor

ou

pouca

utilidade

em

produtos

rentveis

e

de

grande

demanda.

Den-

tre

os principais processos de transformao podemos citar o craqueamento,

a alquilao, a isomerizao, a polimerizao, a hidrogenao e a reforma

cataltica.

c) Processos de acabamento: promovem a remoo, por processos fsicos

ou qumicos, de impurezas em um dado produto, de modo a conferir-lhe as

caractersticas

necessrias

do

produto

acabado.

Citam-se

os

processos

de

hidrodessulfurizao cataltica, lavagem custica, extrao com aminas,

tratamento

Bender

e

tratamento

Merox.


62/82



(a) Processos de separao

A seguir, um pequeno resumo dos principais processos de uma refinaria.

Mais detalhes sero vistos em uma etapa posterior do curso, em apostilas

especficas

que lidam com o tema Processos deRefino.

(a.1) Destilao do petrleo

A destilao, comoj mencionado anteriormente, o processo de separa-

o

utilizado

para

fracionar,

separar

os constituintes do petrleo. Baseia-se

na volatilidade de cada componente da mistura, separando as correntes de

processo em componentesmais leves e componentesmais pesados.

A

destilao

pode

ser

conduzida

sob

pressoatmosfrica ou subatmosfrica.

A

necessidade

de uma presso abaixo da atmosfrica, chamada de destila-

o a vcuo, se deve ao fato de que acima de uma temperatura de aproxi-

madamente 360C comeam a ocorrer reaes de craqueamento trmico em

molculas onde no se deseja que este fenmeno ocorra. Comoj estudado

anteriormente,

no

captulo

referente

aos

gases,

a

reduo

da

presso

sobre

um lquido causa uma reduo na temperatura de ebulio, permitindo as-sim a separao dos componentes de alto ponto de ebulio a temperaturas

mais

baixas.

Seo

de

dessalgao

e pr-aquecimento:

Antes

do

petrleo

entrar

na torre de destilao, passa por um equipamento

chamado

de

dessalgador, o qual destinado remoo de sais inorgnicos,

gua e sedimentos que se encontram dissolvidos no petrleo. Essas subs-

tncias causam incrustaes que obstruem ou corroem trocadores de calor,

fornos,

condensadores

e

quaisquer

outros

tipos

de

equipamentos

envolvidos

no

processamento

do

leo.

Sua

remoo

logo

no incio dos processos de

separao e transformao , portanto, fundamental para preservao e

conservao

dos

equipamentos

das

unidades

operacionais.

Existem

dois tipos comuns de dessalgao, a qumica e a eltrica. Na

dessalgao qumica aquece-se o petrleo, adiciona-se gua de processo

para

a

diluio

de

sais e adiciona-se algum produto qumico coagulante da

gua.

Em uma vlvula misturadora a mistura de petrleo, gua, sais e

produtos

qumicos

homogeneizada

por

meio

de

reduo

de

presso.

Aps

a homogeneizao a mistura enviada a um decantador, onde ocorre a


63/82

separao

entre duas fases formadas: o petrleo dessalgado e a gua com

sais e produto qumico.

A

dessalgao

eltrica conduzida da mesma maneira, com a diferena de

que

a

coagulao

e

sedimentao

da

fase

quimica aplicada - geral e do petroleo

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