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Curso de Formaode Tcnicos de Operao Jr
do Abastecimento
2 edio
QumicaOrgnica
Geral e do Petrleo
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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
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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
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[ParteIQumicaOrgnica
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[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:
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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
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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:
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(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
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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.
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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
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[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.
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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:
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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:
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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
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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).
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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:
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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.
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(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:
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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.
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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.
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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 22
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
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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 23
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
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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 24
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:
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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 25
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
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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 26
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.
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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 27
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:
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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 28
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.
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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 29
[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.
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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
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 30
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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
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 31
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(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
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 32
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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 33
(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.
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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 34
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:
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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 35
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
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(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)
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 36
7/25/2019 Quimica Aplicada - Geral e Do Petroleo
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(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.
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 37
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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 38
[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
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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 39
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
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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 40
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
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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.
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[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
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QUMICA ORGNICA E DO PETRLEO
APLICADA
[ParteIIOPetrleo
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[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-
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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.
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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
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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.
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(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
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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.
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(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.
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Figura 4Cabeade cavalo sistema debombeamentoFonte: NEIVA, 1993.
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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.
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(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.
7/25/2019 Quimica Aplicada - Geral e Do Petroleo
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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.
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[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:
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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.
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6se
0,644 0/60
60/60
20/4
d20/40/4
..
22
33 22
Converso
ded60 / 60parad20 / 4.Conversoded60 / 60parad20 / 4.
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QQuu aa ll ii ffii ccAA bb aass tt 58
-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.
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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.
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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.
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[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.
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(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
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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