Aula--PETROLEO-IFES-2015.pdf

8/19/2019 Aula--PETROLEO-IFES-2015.pdf

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2

o

CONGRESSO BRASILEIRO DE

P&D EM PETRÓLEO & GÁS

QUALIDADE DE COMBUSTÍVEIS AUTOMOTIVOS

O PETRÓLEO E SEUS DERIVADOS

Maria Letíc ia Murta Valle

Esco la de Quím ica/UFRJ

[email protected]

2003


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TEMAS ABORDADOS

1. O PETRÓLEO:origem, composição e impurezas

2. REFINO:produtos e processos

3. GASOLINA e DIESEL:composição


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O QUE É O PETRÓLEO ?

Mistura de hidrocarbonetos parafínicos,naftênicos e aromáticos em proporções variáveis

contendo como impurezas compostos de S, N e Oe metais.

Estão associados ao petróleo gás natural,

sedimentos (areia) e água salgada. A separação daágua e dos sedimentos é iniciada no campo deprodução pois não estão incorporadas ao óleo(impurezas oleofóbicas) e finalizada nas refinarias(dessalinização).


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COMPOSIÇÃO ELEMENTAR MÉDIA

Elemento % em peso

Carbono

Hidrogênio

Enxofre

Nitrogênio

Oxigênio

Metais ( Fe, Ni, V etc.)

83 a 87

11 a 14

0,06 a 8

011 a 1,7

0,50

0,30


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ORIGEM DO PETRÓLEO

Resultado de uma lenta degradação bacteriológica de

substâncias orgânicas que se depositaram no fundo dos

lagos


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PROSPECÇÃO - EXEMPLO


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ORIGEM DO PETRÓLEO


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ORIGEM DO PETRÓLEO

Presença de porfirinas indicam origem orgânica

• Rocha reservatório – o petróleo é o negro


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A HISTÓRIA DO PETRÓLEO

Existem referências de utilização do petróleo na Bíblia

Alguns povos utilizavam o petróleo há cerca de 600 anos para ocozimento de alimentos, iluminação e aquecimento.

Apenas no século XIX Edwin Laurence Drake fez jorrar petróleo emescala comercial iniciando uma corrida ao chamado ouro negro

fazendo com que a produção mundial no ano seguinte atingisse a

marca de 70.000 toneladas.

Em 1887, com o advento dos motores a explosão, as frações depetróleo passaram a ter grandes aplicações, surgindo assim a

gasolina, o diesel e o querosene de aviação etc.


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PROPRIEDADES DO PETRÓLEO

As propriedades físicas do petróleo variam bastante, podem ser muito fluídos eclaros, com grandes proporções de destilados leves, e óleos muito viscosos eescuros com grandes proporções de destilados pesados. Esta é a forma maissimples de se classificar os óleos crus: leves e pesados.

Pelo fato dos óleos serem constituídos, basicamente, de hidrocarbonetos a suadensidade específica varia inversamente com a relação atômica C/H. A densidadeespecífica do óleo cru pode variar de 0,70 a 1,00.

Em geral, ele é inflamável na temperatura ambiente.

Seu odor pode apresentar características agradáveis, típicas de compostosaromáticos, até o aroma fortemente desagradável produzido pelos compostos deenxofre.

A composição elementar varia muito pouco porque o óleo cru é composto porséries homólogas de hidrocarbonetos.


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Corte Fração Uso

C1 e C2 gás combustível

combustível de refinaria

matéria prima petroquímica (etileno)

C3 e C4 gás liqüefeito

combustível doméstico e industrial

matéria prima para petroquímica

obtenção de gasolina de aviação

veículo propelente para aerosóis

20 a 220 ºC nafta

gasolina automotiva de aviação


produção de solventes industriais

150 a 300 ºC querosene

querosene de jato (QAV)

querosene de iluminação (QI)

parafinas para a produção de detergentes

100 a 400 ºC gasóleo atmosférico

combustíveis para motores a diesel (óleo

diesel)

combustível doméstico e industrial

matéria prima para petroquímica (gasóleo

petroquímico)

400 a 570 ºC (*) gasóleo de vácuo

carga para craqueamento (gasolina e GLP) produção de lubrificantes (sub-produto -

parafinas)


acima de 570 ºC resíduo de vácuo

FRAÇÕES BÁSICAS DO REFINO

Corte Fração Uso

C1 e C2

gás combustível

combustível de refinaria

matéria prima petroquímica (etileno

)

C3 e C4

gás liqüefeito

combustível doméstico e industrial,

· matéria prima para petroquímica , obtenção

de gasolina de aviação veículo propelente para

aerosóis

20 a 220 ºC

nafta

gasolina automotiva de aviação,· matéria

prima para petroquímica, produção de solventes

industriais

150 a 300 ºC

querosene

querosene de jato (QAV), querosene de

iluminação (QI), parafinas para a produção de

detergentes

100 a 400 ºC

gasóleo

atmosférico

combustíveis para motores a diesel (óleo

diesel), combustível doméstico e

industrial,matéria prima para petroquímica

(gasóleo petroquímico)

400 a 570 ºC

(*)

gasóleo de vácuo

carga para craqueamento (gasolina e GLP),

·produção de lubrificantes (sub-produto -

parafinas), matéria prima para petroquímica

acima de

570 ºC

resíduo de vácuo

óleo combustível, asfalto (pavimentação e

isolamento), lubrificantes de alta viscosidade,

coque de petróleo

(*) A destilação é realizada à pressão atmosférica até 400 ºC após o que é feito vácuo no sistema a (fundo) a 400 ºC.


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Temperatura de ebulição ºC

Nº de átomos de carbono

-100

0

100

200

300

400

500

600

1

2

4

6

7

10

14

20

25

35

50

P

R

I

N

C

I

P

A

I

S

F

R

A

Ç

Õ

E

S


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DERIVADOS DO PETRÓLEO

Classificação Derivados

Energéticos gás combustível, gás liquefeito,

gasolina de aviação e automotiva querosene de aviação e iluminação

óleo diesel e óleo combustível

coque verde etc.

Não energéticos gás residual

solventes, naftas, gasóleo petroquímico

óleos lubrificantes e isolantes

graxas e parafinas

resíduo aromático e asfaltico

asfalto etc

Classificação Derivados

Energéticos

gás combustível, gás liquefeito,

gasolina de aviação e automotiva

querosene de aviação e iluminação

óleo diesel e óleo combustível

coque verde etc.

Não energéticos

gás residual, solventes, naftas,

gasóleo petroquímico, óleos

lubrificantes e isolantes, graxas e

parafinas, resíduo aromático e

asfaltico, asfalto etc


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CONSTITUINTES DO PETRÓLEO

PODEM SER DIVIDIDOS EM DUAS CLASSES

hidrocarbonetos propriamente ditos

não hidrocarbonetos: derivados orgânicos sulfurados,

oxigenados, nitrogenados e orgânicos metálicos

OUTRAS IMPUREZAS

Água

:

encontrada parcialmente em solução ou emulsão estáveis

Sedimentos: minerais sólidos insolúveis na água e no óleo

Sais inorgânicos: estão sob a forma de cloreto de sódio e magnésio, carbonato de magnésio.

Ácidos orgânicos: ácidos naftênicos, ácidos lineares e ácidos cíclicos derivados do

ciclopentano e cicloexano.


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HIDROCARBONETOS

Os hidrocarbonetos presentes no óleo cru

podem ser agrupados e classificados como:

alcanos

ciclanos

aromáticos


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ALCANOS: parafinas

Fórmula geral Cn

H

2n+2

Parafinas normais - 15 a 20 em peso de óleo

Isoparafinas - cerca de 1 em peso

normais (n)

iso

ramificado

H C3

3 CH

3 CH

R

3 C H

R

R

HC 2

HC

C HHC 2

R é em geral o radical

HC 3

HC 3


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CICLANOS: naftênicos

R

alquilciclopentanos

R

alquilcicloexanos

Fórmula geral Cn

H

2n

contendo um ou mais anéis

saturados, são conhecidos como

naftênicos

por se

concentrarem na fração do óleo denominada nafta.

Hidrocarbonetos

naftênicos

- 20 a 40 em peso do óleo

Hidrocarbonetos

com 1 anel

R é em geral um CH

3


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CICLANOS: naftênicos

CH

H

diciclometano

diciloexano

decalina

Anéis isolados

Anéis conjugados

Anéis condensados

HCHC

R

C

H

3

C

H

3

3HC

HCHC

colestano

RC H3

C H 3

Hidrocarbonetos

com 2 anéis


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AROMÁTICOS

CH3

CH3

tolueno

metilnaftaleno

CH3

3H C

dimetilfenantreno

tetraidronaftaleno

tetraidrofenantreno

Monoaromáticos

Poliaromáticos

Naftênicos

aromáticos

1 ou mais

anéis

aromáticos

anéis

aromáticos

e

naftênicos

Concentram-

se nas

frações mais

pesadas

podendo

chegar a 10

usualmente,

entre 20 a

54


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NÃO HIDROCARBONETOS

Tipos de compostos Teor %

Sulfurados

Nitrogenados

Oxigenados (não ácidos como resinas, cresóis etc.)

Oxigenados (ácidos naftênicos)

Organometálicos (ferro, níquel, cobre, vanádio, arsênio etc)

0,1 a 5 como enxofre

0,05 a 15 em volume

0 a 2 como oxigênio

0,3 a 0,4 em volume

até 400 ppm como metal

Tipos de compostos Teor

Sulfurados

Nitrogenados

Oxigenados (não ácidos como resinas,

cresóis etc.)

Oxigenados (ácidos naftênicos)

Organometálicos (ferro, níquel, cobre,

vanádio, arsênio etc)

0,1 a 5 como enxofre

0,05 a 15 em volume

0 a 2 como oxigênio

0,3 a 0,4 em volume

até 400 ppm como

metal


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CONTAMINANTES:

sulfurados

Compostos sulfurados:

orgânicos e inorgânicos ( H2

S )

estão presentes em todos os óleos se S 1 petróleo leve

maior de S maior é a densidade

Orgânicos

Tiofenos


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CONTAMINANTES:

nitrogenados

N

H

N

H

N

H

NN

HH

Não basicos

Benzo (

) carbazol C

16

H

11

N

Carbazol C

12

H

9

N

Pirrol C

4

H

5

N

Indol C

8

H

7

N

em geral 2 em peso de N2

altos os teores acima de 0,25 em peso.

maior concentração nas frações pesadas (gasóleo e resíduo de vácuo).


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CONTAMINANTES: nitrogenados

N

H

H

N

N

H

H

NBásicos

Benzo (

) quinolina C

13

H

9

N

Indolina C8

H

9

N

Quinolina C9

H

7

N

Piridina C5

H

5

N


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CONTAMINANTES: oxigenados

ácidos carboxílicos

fenóis

cresóis

ésteres

amidas

cetonas

benzofuranos

Podem ocorrer como:

ácido naftênico

cetona

éster

ácido carboxílico fenol

cresol


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CONTAMINANTES: metais

sais inorgânicos: dissolvidos na

água emulsionada ao petróleo

compostos organometálicos:

concentram-se nas frações mais

pesadas

compostos metálicos: envenenam

os catalisadores, destacando-se o

Ni e o V

Elemento Faixa de variação nopetróleo - ppm

CuCaMgBa

SrZnHgCeBAlGaTi

ZrSiSnPbVFeCo

Ni

0,2 - 12,01,0 - 2,51,0 - 2,5

0,001 - 0,1

0,001 - 0,10,5 - 1,00,03 - 0,10,001 - 0,60,001 - 0,10,5 - 1,0

0,001 - 0,10,001 - 0,4

0,001 - 0,40,1 - 5,00,1 - 0,3

0,001 - 0,25,0 - 15000,04 - 1200,001 - 12

3,0 - 120

Podem estar sob a forma de:


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CONTAMINANTES:

resinas e asfaltenos

Compostos policíclicos aromáticos ou naftênico aromáticos contendo S,

N, O e metais.

Resinas: peso molecular 500 a 1000 Asfaltenos: peso molecular 1000


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REFINO DO PETRÓLEO:

refinaria

Samuel Kier, um farmacêutico, foi o primeiro a utilizar uma destilação

para produzir óleo iluminante, dando origem ao processo mais antigo de

separação do petróleo em diferentes frações: a destilação atmosférica ou

destilação direta


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REFINO DO PETRÓLEO:

processos

Destilação fracionada: o óleo cru é aquecido, vaporizado e o vapor

é condensado e coletado separando o petróleo em sua frações

Processamento químico: frações são convertidas em outras, por

exemplo, cadeias longas são transformadas em cadeias menores

Tratamento das frações:

para remover impurezas

Mistura de frações: frações processadas ou não são combinadas

para fazerem os produtos desejados


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REFINARIA:

esquema


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PROCESSAMENTO QUÍMICO: craqueamento

Transforma moléculas grandes em pequenas

Pode ser térmico ou catalítico

Catalítico:

FCC e hidrocraqueamento

Catalisador:

zeólita e sílica alumina (exemplos)


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PROCESSAMENTO QUÍMICO:

Craqueamento térmico

vapor

vapor a alta temperatura 816 ºC; etano,

butano e nafta são transformados em

benzeno

viscorredução

o resíduo da destilação é aquecido a 482

ºC resfriado com gasóleo e flasheado

reduzindo a viscosidade

coqueamento

o resíduo da destilação é aquecido acima

de 482 ºC até o craqueamento em óleo

pesado, gasolina , nafta e um resíduo de

carbono (coque)


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PROCESSAMENTO QUÍMICO:

reforma

Transforma nafta de baixo

peso molecular em aromáticos

Catalisador:

platina e platina-rênio

Sub produto: hidrogênio


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Matérias primas:

compostos de baixo peso

molecular, tais como,

propeno e butenos

Catalisador:

ácidos fluorídrico e sulfúrico

Produtos:

hidrocarbonetos de alta

octanagem

PROCESSAMENTO QUÍMICO: alquilação


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ESQUEMA DE UMA REFINARIA MODERNA


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COMPOSIÇÃO DOS COMBUSTÍVEIS:

gasolina

GASOLINAS PRODUZIDAS NO

BRASIL

Comum

Premium- octanagem superior

Gasolina de aviação - para aviões de

pequeno porte

GASOLINAS COMERCIALIZADAS NOS

POSTOS

76 de gasolina + 24 de álcool anidro

combustível

PROCESSOS DE OBTENÇÃO

DAS NAFTAS

Gasolina Natural

Destilação Direta

Craqueamento Catalítico

Craqueamento Térmico

Reformação Catalítica

Hidrocraqueamento Catalítico

Isomerização

Alcooilação

Polimerização

A composição da gasolina é função dos tipos de processos utilizados nas

refinarias para a sua produção


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MOTOR A GASOLINA: ciclo OTTO

COMBUSTÃO POR CENTELHAMENTO

mais indicados parafinas

altamente ramificadas,olefinas e aromáticos

(benzeno, tolueno e xilenos)

menos indicados

parafinas de cadeia longa e

olefinas com mais de quatro

átomos de carbono.


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COMPOSIÇÃO DOS COMBUSTÍVEIS:

diesel

TIPOS DE DIESEL PRODUZIDOS

NO BRASIL

Ó

leo diesel tipo B–

usado em todas

as regiões exceto nas regiões

metropolitanas ( diesel D )

Óleo diesel tipo D - metropolitano

Ó

leo diesel mar í

timo

Ó

leo padrão

PROCESSOS DE OBTENÇÃO

DE DIESEL

Destilação direta - produto é

funç

ão do petr ó

leo processado

Outros processos – o dieselé

de pior qualidade e requer

tratamento posterior (ex.

hidrodessulfurizaç

ão)

A composição do diesel é função dos tipos de processos utilizados nas

refinarias para a sua produção


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MOTOR A DIESEL:

ciclo DIESEL

COMBUSTÃO POR COMPRESSÃO

Compostos mais indicados: n-parafinas


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BIBLIOGRAFIA

CAMPOS, A C, LEONTINIS, E “Petróleo &Derivados” J R Editora Técnica Ltda (1990)

MUSH RUSH, G W, SPEIGHT, J G editor ) ‘Petroleum Products, Instability and

Incompatibility, Applied Energy Tecnology Series, Taylor & Francis, (1995) USA

NEIVA, J “ onheça o

Petróleo”

Ao Livro Técnico Indústria Comércio, 5ª edição (1986)

WAUQUIER, J P editor ) “Petroleum Refining Crude Oil, Petroleum Products, Process

Flowsheets, Editions Techinip (1995) Fr

WUITHIER,P, “Refino y Tratamiento Quimico - Volume 1” Editions Cepasa S A, (1971)

Espanha

http://www.anp. com.br

http://www.chevron. com

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