Análise das fracções gasosas do petróleo e a sua aplicação na indústria petroquímica

Análise das fracções gasosas do petróleo e a sua aplicação na indústria petroquímica

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INSTITUTO MÉDIO INDUSTRIAL DE LUANDA ÁREA DE FORMAÇÃO DE QUÍMICACURSO TÉCNICO DE PETROQUÍMICAPROJECTO TECNOLOGICO12ª CLASSE

TEMA: Análises das Fracções Gasosas do Petróleo e a sua aplicação na indústria petroquímica

GRUPO - 5 (V) TURMA- QP12A

Autores:

Isaaú Rita

Jacob Rita

Ivania da Costa

Orientador: Eng. Joel Sebastião

INTRODUÇÃO

Ao longo do nosso trabalho abordaremos sobre as fracções gasosas do petróleo e as suas respectivas utilizações na indústria petroquímica.

Abordaremos tudo relacionado ao petróleo, isto é, a sua origem, constituição, classificação, destilação e os seus contaminantes.

Abordaremos também sobre cada constituinte da fracção gasosa do petróleo, isto é: metano, etano, propano e butano e GLP (propano  butano).

É muito importante analisar a fracção gasosa do petróleo porque a partir dela obtemos produtos usados actualmente em grandes escalas como é o caso do gás de cozinha e os plásticos.

O petróleo passa por unidades de operações múltiplas cujas operações usadas dependem do das propriedades de petróleo que será processado, operações estas que são de natureza física que têm como objectivo de desmembrar o petróleo em sua fracções básicas ou processar uma fracção previamente produzida a fim de retirar um grupo específico de componente.

1-FUNDAMENTOS TEÓRICOS

1.1-O PETRÓLEO

A palavra petróleo provém do Latim que significa óleo da pedra ou seja, petra-pedra e oleum-óleo.

No estado líquido o petróleo é uma substância oleosa, inflamável, menos densa que a água, com cheiro característico e cor variando entre negro e castanho claro.

O petróleo não possui uma fórmula definida visto que trata-se de uma mistura complexa de substâncias.

O petróleo na vida do homem remoto e desde os tempos bíblicos onde na antiga babilónia os tijolos eram assentados com asfalto, usava se o petróleo para a pavimentação de estradas, para embalsamar os mortos e na construção de pirâmides.

O início e a sustentação do processo de busca com crescente afirmação na sociedade moderna datam de 1859 quando foi iniciada a exploração comercial nos Estados Unidos Da América coma descoberta de Edwin L. Drake em Titusville Pensilvânia com um poço de apenas 21 metros de profundidade perfurado com um sistema de percussão movido a vapor que produziu 2m3 por dia óleo.

Com a descoberta da destilação que resultava em produtos que substituíam com grande margem de lucro o querosene obtido a partir do carvão e o óleo de baleia que eram largamente utilizados para iluminação.

Com a invenção dos motores a gasolina e a diesel estes derivados do petróleo que até então desprezados adicionaram lucros expressivos a actividade.

Assim ao longo do tempo o petróleo foi se impondo como fonte de energia e com a aparição da petroquímica além da grande utilização dos seus derivados, centenas de novos compostos são produzidos muitos deles utilizados diariamente tais como:

Plásticos, borrachas sintéticas, tintas, corantes, adesivos, solventes, explosivos, produtos farmacêuticos, cosméticos. Com isso o petróleo além de produzir combustíveis passou a ser imprescindível as facilidades e comodidades da vida moderna.

1.2-ORIGEM DO PETRÓLEO

Existe diversas teorias a respeito do surgimento do petróleo no mundo porém a mais aceite é a que o petróleo surgiu do acumulo de restos orgânicos de animais e plantas no fundo de lagos e mares sofrendo transformações químicas ao longo de milhares de anos.

Admitindo-se que esta origem está ligada a decomposição de seres que compõe o plâncton de organismos em suspensão nas águas doces ou salgadas causada pela pouca oxigenação e pela acção de bactérias. Estes seres decompostos foram ao longo de milhares de anos se acumulando no fundo dos mares e lagos e por serem pressionados transformaram-se na substância oleosa que é o crude.

1.3- CONSTITUIÇÃO DO PETRÓLEO

Ele é constituído basicamente por uma mistura de compostos orgânicos (hidrocarbonetos). Quando há a predominância de moléculas pequenas o seu estado físico é gasoso e quando a mistura contém uma maior percentagem de hidrocarbonetos com pesos moleculares maiores o seu estado fisco é líquido nas CNTP.

O petróleo contém centenas de compostos químicos e separá-los em componentes purosé quase impossível. Normalmente é separada em fracções de acordo a faixa de ebulição dos compostos.

O petróleo no seu estado natural é sempre uma mistura complexa de diversos tipos de hidrocarbonetos contendo outras substâncias em menores proporções conhecidas como contaminantes. Os mesmos contaminantes no petróleo aparecem de forma combinada, isto é, na forma de compostos sulfurados, oxigenados, nitrogenados, Organometálicos.

Os contaminantes mais comuns no petróleo são o enxofre, nitrogénio, oxigénio, e metais tais como o níquel, sódio, ferro, chumbo e o vanádio. O enxofre é o contaminante de maior predominância e esta presente em vários tipos de petróleo conforme mostra a tabela abaixo:

Tabela 1- constituição elementar do petróleo em percentagem e peso

ELEMENTO

PERCENTAGEM EM PESO (%)

Carbono

83,9-86,8

Hidrogénio

11,4-14

Enxofre

0,06-9

Nitrogénio

0,11-1,70

Oxigénio

0,50

Metais

0,30

1.3.1- COMPOSTOS NITROGENADOS

O nitrogénio é um componente universal de combustíveis fósseis associados à matriz orgânica. A maioria destes compostos nitrogenados presentes no petróleo e resíduos têm efeito muito importante na estabilidade de processos catalíticos. Por exemplo, eles podem causar o envenenamento de catalisadores, além da formação de gomas na gasolina. Um grande número de compostos básicos apresenta propriedades tóxicas, especialmente os heterocíclicos e aminas aromáticas primárias. Os compostos nitrogenados neutros são em geral menos tóxicos do que os básicos.

Apresentam-se na forma orgânica e são termicamente estáveis. Eles aumentam a capacidade do petróleo reter água na forma de emulsão, dificultam o processo de separação da água. E durante o refino tornam instáveis os produtos finais, propiciando a formação de gomas e alterando a coloração.

A remoção e a identificação de compostos nitrogenados é uma parte muito importante durante o refino do petróleo. Além de envenenarem os catalisadores pode resultar na formação de poluentes ambientais (SOx, NOx) durante a combustão. Compostos causam vários problemas ambientais associados ao processamento de combustíveis.

1.3.2- COMPOSTOS SULFURADOS

A presença de compostos sulfurados em fracções do petróleo é altamente invejável devido a sua acção corrosiva e poluição atmosférica, promovida por gases prejudiciais ao meio ambiente, gerados durante a combustão.

Eles aumentam a polaridade dos óleos contribuindo na formação dos produtos, conferem cor e cheiro nos produtos finais e são muito tóxicos.

Assim há constante busca de redução de enxofre nos combustíveis. Durante o processo de combustão o enxofre reage com o oxigénio para formar SO2 e SO3. O SO3 por sua vez a partir da sua reacção com água forma H2SO4 que é extremamente nocivo às parte metálicas de equipamentos podendo levar a altíssima taxas de corrosão e formação de chuva ácida.

S (g)  O2 (g)→ SO2(g)

SO2(g) O2 (g) →SO3 (g)

SO3 (g) H2O (l)→ H2SO4 (g)

Visando uma redução de compostos sulfurados, têm-se buscado o desenvolvimento de tecnologias para a remoção de enxofre de combustíveis. Os processos de hidrotratamento são bastante utilizados, além dos catalisadores sofisticados de cobalto e molibdénio resultando no alto custo de eliminação do teor de enxofre. Entretanto, um processo alternativo ao hidrotratamento é a adsorção por ter condições de operação menos severa e mais económica. E sabe-se ainda que alguns metais como por exemplo o zinco apresenta afinidade com o enxofre formando compostos complexos que propiciam a adsorção de compostos sulfurados.

1.3.3- COMPOSTOS OXIGENADOS

Os compostos oxigenados aparecem como ácidos carboxílicos, fenóis, ésteres, amidas, cetonas e benzenofuranos e se concentram nas fracções mais pesadas. São responsáveis pela acidez, coloração pela presença de ácidos nafténicos, e o odor pela presença de fenóis, formação de gomas e corrosivdade. Na indústria do petróleo, grande parte dos ácidos orgânicos são chamados de ácidos nafténicos (NA). Os NA mais comuns são os ácidos monocarboxílicos com a carboxila ligada a uma cadeia acíclica contendo um ou mais cicloalcanos geminados.

1.3.4- COMPOSTOS ORGANOMETÁLICOS.

Os compostos Organometálicos apresentam-se na forma de sais orgânicos dissolvidos na água emulsionada ao petróleo, facilmente removidos através do processo de dessalgação e como compostos complexos que tendem a se concentrar nas fracções mais pesadas do petróleo.

Os metais que contaminam o óleo são: o ferro, zinco, chumbo, sódio, cromo e níquel.

A presença de sódio em combustíveis para fornos reduz o ponto de fusão dos tijolos refractários, e o vanádio nos gases de combustão pode atacar os tubos de exaustão.

1.4-CLASSIFICAÇÃO DO PETRÓLEO

Classifica-se o petróleo quanto:

  • O tipo de hidrocarboneto que o constitui

  • Teor de enxofre

  • Densidade em API

Quanto ao tipo de hidrocarboneto que o constitui

Quanto ao tipo de hidrocarboneto que o constitui o petróleo classifica-se em:

  • Parafínicos: Quando existe predominância de alcanos (parafinas).

Este tipo de petróleo produz subprodutos com seguintes propriedades:

Gasolina com baixo índice de octanagem

Querosene de alta qualidade

Óleo diesel com boas características de combustão

Óleo lubrificante com alto índice de viscosidade e de elevada estabilidade e alto ponto de fluidez.

Resíduos de refinação com elevada percentagem de parafina.

  • Nafténicos: Quando existe predominância de cicloalcanos.

Este tipo de petróleo produz seguintes subprodutos:

Fracções significativas de gasolina, nafta petroquímica, querosene de aviação e lubrificantes.

  • Aromáticos: Quando existe predominância de Benzeno. Este óleo é raro e produz

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