Aula petroleo-2010

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Aula sobre conceitos de produção e refino de petróleo

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Aula petroleo-2010

  1. 1. Professores: Jonathan Mourão - FAESA Márcia Helena Cassago - FAESA
  2. 2.  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.
  3. 3. Solo Cascalho Rocha impermeável Rocha + gás natural PETRÓLEO Refinaria EXTRAÇÃO EM TERRA
  4. 4. EXTRAÇÃO EM ÁGUAS PROFUNDAS Tecnologia no fundo do mar.
  5. 5. MISTURA DE HIDROCARBONETOS DESTILAÇÃO FRACIONADA FRAÇÕES
  6. 6.  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. Os hidrocarbonetos são moléculas que contém hidrogênio e carbono e existem em diferentes tamanhos e estruturas, com cadeias ramificadas e não ramificadas e anéis.
  7. 7. 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)
  8. 8. 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.
  9. 9.  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
  10. 10.  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
  11. 11.  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.
  12. 12.  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
  13. 13. 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
  14. 14.  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: Foto cedida Phillips Petroleum Colunas de destilação em uma refinaria de petróleo
  15. 15. 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.
  16. 16.  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.
  17. 17. 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).
  18. 18. O craqueamento divide grandes cadeias de hidrocarbonetos em pedaços menores. O craqueamento divide cadeias grandes em outras menores
  19. 19. Foto cedida Phillips Petroleum Company Catalisadores usados no craqueamento ou reforma catalítica
  20. 20. 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
  21. 21.  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.
  22. 22. Uma refinaria de petróleo é uma combinação de todas essas unidades.
  23. 23. 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
  24. 24.  Escala para medir qualidade: Índice de Octanagem 0% 50% 100% 0% - Isoctano 100% - Isoctano 100% - n-heptano 0% - n-heptano ANTIDETONANTES (a gasolina aditivada)
  25. 25.  COMBUSTÃO COMPLETA: Hidrocarboneto + O2 → CO2 + H2O  COMBUSTÕES INCOMPLETAS: Hidrocarboneto + O2 → CO + H2O Hidrocarboneto + O2 → C + H2O
  26. 26.  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
  27. 27. Você sabe responder qual é a substância em cada caixinha preta?
  28. 28. 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 eTratamento. PARABÉNS! ACERTOU!!!
  29. 29. Reportagens sobre petróleo na RevistaVeja Online http://veja.abril.com.br/idade/exclusivo/petroleo/index.html

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