domingo, 24 de agosto de 2014

A INDÚSTRIA DO PETRÓLEO - PARTE 02

PRINCIPAIS FAMÍLIAS DE HIDROCARBONETOS

 Hidrocarbonetos Saturados e Não Saturados

Os átomos de diferentes elementos possuem diferentes capacidades para se combinarem com outros átomos. Assim, por exemplo, o carbono tem a capacidade de se combinar em geral com quatro átomos de outro elemento monovalente neste caso, ou seja, quando um átomo de carbono se combina com quatro átomos de hidrogênio, ou então, quando todas as suas valências[1] estejam combinadas com H ou C, trata-se de hidrocarbonetos saturados, cuja fórmula é CH4 ou C2H6 etc. Esses hidrocarbonetos são quimicamente estáveis.
Por outro lado, os átomos de carbono que não tenham todas as suas valências combinadas com hidrogênio ou carbono, chamam-se hidrocarbonetos não saturados, sendo que combinam mais facilmente com outros elementos, como oxigênio, nitrogênio, enxofre, etc., formando combinações químicas indesejáveis para lubrificantes.
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[1] Valência é um número que indica a capacidade que um átomo de um elemento tem de se combinar com outros átomos, capacidade essa que é medida pelo número de elétrons  que um átomo pode dar, receber, ou compartilhar de forma a constituir uma ligação química Os adjetivos que descrevem as valências atômicas usam prefixos gregos, como mono, bi, tri, tetra etc, para valências iguais a 1, 2, 3 , 4, etc.
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Hidrocarbonetos Isômeros

Existem moléculas que tem o mesmo número de C e H, porém agrupadas em forma diferentes, formando moléculas de diferentes propriedades. 
Por exemplo: Pentana tem a fórmula C5H12, sendo que a Isopentana, que também tem a mesma fórmula, possui propriedades diferentes pois os átomos são agrupados de forma diversos ( C13H28 ) podendo formar matemáticamente 803 diferentes isômeros. Daí a necessidade de que os químicos se utilizarem, além das fórmulas brutas (também chamadas fórmulas moleculares). Esse agrupamento dos átomos pode ser comparado a um agrupamento de letras que formam uma palavra.
Por exemplo, as letras que formam a palavra a-l-t-a poderiam formar também a palavra      l-a-t-a ou t-a-l-a que, apesar de terem as mesmas letras, tem significado diferente.
Em relação às fórmulas gráficas que acabamos de citar, os hidrocarbonetos podem ser classificados em duas classes principais:
                                                Cíclicos ( ou de cadeia fechada )
                                                Acíclicos ( ou de cadeia aberta )
Por meio dessas fórmulas gráficas, o químico pode determinar exatamente a estrutura de determinado hidrocarboneto mesmo que tenha a mesma fórmula molecular, como por exemplo, C3H6 ( Propena ) e  C3H6 (Ciclo-Propena).
Ambos os hidrocarbonetos têm a mesma fórmula bruta, sendo porém, que a Propena é um hidrocarboneto não saturado pertencente ao grupo “Acíclico”, enquanto a Ciclo-Propena é um hidrocarboneto saturado e pertence ao grupo “Cíclico”.
Todos aqueles hidrocarbonetos que tem propriedades idênticas, variando apenas o número de átomos e o ponto de ebulição, foram classificados em grupos homólogos. Quando em um petróleo cru predomina um desses grupos, diz-se que este óleo pertence ao grupo tal, ou à base daquele grupo. Os grupos mais importantes que conhecemos, portanto são:
-  Parafínico
-  Olefínico
-  Diolefínico ou Acetilênico
-  Naftênico ou Asfáltico
-  Aromático ou Benzênico

TIPOS DE PETRÓLEO




(*) Alcanos ou Hidrocarbonetos Parafínicos 
                        Parafínico => pouca afinidade => baixa reatividade química
São hidrocarbonetos de cadeia aberta ( acíclica ou alifática ) e saturada .
Exemplos:  CH4 – Metano
                        C2H6 – Etano
                        C3H8 – Propano
                        C4H10 – Butano
O GLP(5) ( gás liquefeito de petróleo ), nosso gás de cozinha é o resultado da  mistura de propano e butano .
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(5) Dos produtos obtidos no processo de refino do petróleo, que é a separação das misturas de hidrocarbonetos, o GLP é o que apresenta a menor densidade. Densidade (d=m/v) é a relação entre massa (kg) e volume (m³) de um elemento. Quanto mais denso esse elemento, mais pesado ele é. Logo, dos produtos resultantes do refino do petróleo, o GLP é o mais leve. Na atmosfera, o GLP se encontra em estado gasoso. Quando resfriado ou submetido a baixas pressões seu estado passa de gasoso para líquido. 
Nos recipientes de armazenagem, o GLP está em estado líquido. No momento da combustão, ele entra em contato com o ar e se torna gasoso novamente. O GLP é um combustível ecológico, não poluente. Sua combustão não produz resíduos tóxicos. Por ser um gás inodoro, um composto a base de enxofre é adicionado à sua fórmula, medida de segurança para detectar vazamentos. O GLP não é tóxico, mas se inalado em grande quantidade tem efeito anestésico.A queima do GLP não produz monóxido de carbono (CO) e não lança resíduos poluentes na atmosfera.
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 REFINO

A arte de compatibilizar as características dos vários petróleos que devam ser processados numa dada refinaria, com a necessidade de suprir-se de derivados, em quantidade e qualidade, que atendam certa região de influência dessa indústria, faz com que surjam arranjos de várias unidades de processamento, para que tal objetivo seja alcançado da forma mais racional e econômica possível. O encadeamento das várias unidades de processo dentro de uma refinaria é o que denominamos de Esquema de Refino.
Os esquemas de refino variam de uma refinaria para outra, não só pelos pontos acima expostos, como também pelo fato do mercado de uma dada região modificar-se com o tempo. A constante evolução na tecnologia dos processos faz com que surjam alguns de alta eficiência e rentabilidade, enquanto outros, de menor eficiência ou com maiores custos operacionais, entram em obsolescência. Os processos de refino não são estáticos e definitivos, e sim dinâmicos num horizonte de médio e longo prazo.
Uma refinaria de petróleo, ao ser planejada e construída, pode destinar-se a  dois objetivos básicos:
– produção de combustíveis e matérias-primas petroquímicas; – produção de lubrificantes básicos e parafinas.
O primeiro objetivo constitui a maioria dos casos, uma vez que a demanda por combustíveis é muitíssimo maior que a de outros produtos. 
 Aqui, é fundamental a produção em larga escala de frações destinadas à obtenção de GLP, gasolina, diesel, querosene e óleo combustível, dentre outros. Todas as refinarias brasileiras encontram-se neste grupo.
O segundo grupo, de menor expressão, constitui-se num grupo minoritário, cujo objetivo é a maximização de frações básicas lubrificantes e parafinas. Estes produtos têm valores agregados cerca de duas a três vezes  maiores que os combustíveis e conferem alta rentabilidade aos refinadores, embora os investimentos sejam também maiores. No Brasil, não temos nenhuma refinaria dedicada exclusivamente à produção de 8lubrificantes e parafinas, existem, no entanto, conjuntos dentro de alguns de nossos parques de refino que têm esse objetivo e funcionam quase como refinarias independentes. 
Nesta situação, podemos citar as refinarias:

Reduc ( Refinaria Duque de Caxias - RJ)
RLAM (Refinaria Landulpho Alves - BA)
LUBNOR (Lubrificantes do Nordeste - CE)

onde existem os conjuntos acima citados.
Os processos em uma refinaria podem ser classificados em quatro grandes grupos:

- Processos de Separação
- Processos de Conversão
- Processos de Tratamento
- Processos Auxiliares 

Processos de Separação

 São sempre de natureza física e têm por objetivo desdobrar o petróleo em suas frações básicas, ou processar uma fração previamente produzida, no sentido de retirar dela um grupo específico de compostos.
Os agentes responsáveis por estas operações são físicos, por ação de energia (na forma de modificações de temperatura e/ou pressão) ou de massa (na forma de relações de  solubilidade a solventes) sobre o petróleo ou suas frações.
Uma importante característica nos processos de separação é o fato dos produtos obtidos poderem, exceto em situações de eventuais perdas ou contaminações, quando novamente misturados, reconstituir a carga original, uma vez que a natureza das moléculas não é alterada.
Como exemplos deste grupo de processos, podem ser citadas:
-  Dessalinização
-  Destilação (em suas várias formas), 
-  Desasfaltação a Propano, 
-  Desaromatização a Furfural, 
-  Desparafinação/Desoleificação a solvente (MIBC),  - Extração de Aromáticos e - Adsorção de N-parafinas.

Dessalinização

Antes da separação em frações na refinaria, o petróleo cru precisa ser tratado para a remoção de sais corrosivos. 
Isto é feito através de um processo denominado dessalinização. 
O processo de dessalinização também remove alguns metais e os sólidos em suspensão que podem: 

a)  causar danos às unidades de destilação ou reduzirem a sua eficiência, 
b)  provocar corrosão nos equipamentos, 
c)  se depositar nas paredes dos trocadores de calor, causando entupimentos e reduzindo a sua eficiência, além de catalisarem a formação de coque nas tubulações,
d)  danificar os catalisadores que serão usados nas posteriores etapas de processamento. A dessalinização compreende a mistura do petróleo cru aquecido com cerca de   3 – 10 % de seu volume em água, e esta, então, dissolve os sais indesejáveis.
A água então é separada do petróleo em um vaso de separação através da adição de desemulsificadores que ajudam na quebra da estabilidade da emulsão e/ou, mais habitualmente, pela aplicação de um alto potencial elétrico através do vaso para coalescer ( junção de partes que estavam separadas ) as gotículas de água salgada, que são polares. O processo de dessalinização do óleo cru gera uma lama oleosa, bem como uma corrente de água salgada residual, de alta temperatura, que normalmente é adicionada a outras correntes aquosas residuais, indo então para as estações de tratamento de efluentes das refinarias. 
A água que é usada na dessalinização é freqüentemente a água não tratada ou apenas parcialmente tratada proveniente de outras etapas do refino.

Destilação

A primeira etapa do refino, consiste na destilação fracionada que é feita na Unidade de Destilação Atmosférica, por onde passa todo o óleo cru a ser refinado. O óleo pré-aquecido penetra na coluna ou torre de fracionamento que possui uma série de pratos. O petróleo aquecido sobe pela coluna e à medida que vai passando pelos pratos sofre condensação, separando-se em diversas frações:.


Este é um processo de separação dos componentes de uma mistura de líquidos miscíveis, baseado na diferença das temperaturas de ebulição de seus componentes individuais.  Muito importante para uma refinaria, utiliza-se destilação quase que na totalidade dos processos de refino do petróleo e derivados.
As primeiras refinarias eram, na realidade, destilarias, porque as diferentes propriedades do petróleo não eram conhecidas. 
O processo era descontínuo, feito em bateladas e toda a carga era aquecida, sendo dividida em parte vaporizada (topo) e parte líquida (fundo) independente das composições intermediárias ou absorvidas na separação. 
Extremamente versátil, é usada em larga escala no refino.
Outros processos de separação, conversão e tratamento utilizam-na como etapa intermediária ou final de suas operações. 
A destilação pode ser feita em várias etapas e em diferentes níveis de pressão, conforme o objetivo que se deseje. 
Assim, quando se trata de uma unidade de destilação de petróleo bruto, pode-se ter a destilação a vácuo, o pré-fracionamento e a debutanização. 
Nesse caso, o objetivo é o seu desmembramento nas frações básicas do refino, a saber:  gás combustível, gás liqüefeito, nafta, querosene, gasóleo atmosférico (óleo diesel), gasóleo de vácuo e resíduo de vácuo.
Seus rendimentos são variáveis, em função do óleo processado.
A unidade de destilação de petróleo existe sempre, independente de qual seja o esquema de refino. 
É o principal processo, a partir do qual os demais são alimentados. 


Professor Orosco

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