Introducao EEMA - Instituto Saviesa

Universidade Federal do Ceará
Centro de Tecnologia
Curso de Engenharias de Energias e Meio Ambiente
Disciplina de Introdução a EEMA
O PETRÓLEO COMO
FONTE DE ENERGIA
Profa. Mônica C.G. Albuquerque
O PETRÓLEO
• Origens
• Características
• Classificação
• Aplicações
ORIGENS
O Petróleo
PETRÓLEO
do latim Petra (pedra) e Oleum (óleo).
É uma misturas de hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos.
Também pode conter quantidades pequenas de nitrogênio (N),
oxigênio (O), compostos de enxofre (S) e metais,
principalmente níquel (Ni) e vanádio (V).
Origem
• Atualmente, a teoria mais aceita entre os geólogos é a de
que o petróleo seja oriundo de substâncias de natureza
orgânica, resultantes de processos físico-químicos sofridos
pela matéria orgânica que se depositou juntamente com
fragmentos de rochas durante a formação de rochas
sedimentares, milhões de anos atrás.
• Devido a efeitos mecânicos, ocorre a migração do
petróleo no subsolo, acumulando-se em rochas porosas
e permeáveis denominadas rochas reservatório.
Origem
• Ao longo da vida produtiva de um campo de petróleo ocorre,
geralmente, a produção simultânea de gás, óleo e água,
juntamente com impurezas;
Origem
• Devido as circunstâncias que foi formado o petróleo é
encontrado em cavidades existentes entre as camadas do
subsolo, quer em terra firme, quer sob o mar. Geralmente
acompanhado de água salgada e de gás natural.
Solo
Rocha
Cascalho
Água
salgada
Gás natural
Petróleo
Rocha
Origem
Poço produtor de óleo x poço produtor de gás
Água
salgada
Origem
• Tanto na terra como no mar, em grandes profundidades,
junto com água salgada. As principais áreas produtoras de
petróleo no Brasil, são:
Fonte: Petrobrás
CARACTERÍSTICAS
Características
• O petróleo é uma mistura oleosa, inflamável, menos densa
que a água, com cheiro característico e de cor variando entre
o negro e o castanho escuro.
• Embora objeto de muitas discussões no passado, hoje temse como certa a sua origem orgânica, sendo uma
combinação de moléculas de carbono e hidrogênio.
Características
Composição
Hidrocarbonetos
Contaminantes Orgânicos
sulfurados, nitrogenados, oxigenados e metálicos
Impurezas Inorgânicas
água, sais e sedimentos
Características
Composição Química do Petróleo
•Composição elementar :
Elementos
Todos esses elementos
são importantes para a
indústria petroquímica.
Carbono
Hidrogênio
Enxofre
Nitrogênio
Oxigênio
% do Peso
Molecular
82,2 – 87,1
11,7 – 14,7
0,1 – 5,5
0,1 – 1,5
0,1 – 4,5
Características
Hidrocarbonetos
São substâncias compostas
somente por átomos de carbono (C)
e de hidrogênio (H), formando
diversos tipos de moléculas;
Classificação dos hidrocarbonetos:
Parafínicos,
Naftênicos,
Aromáticos
Olefínicos
Características
Parafínicos (ou Alcanos):
Cadeias carbônicas retilíneas, ramificadas ou não, com
ligações simples entre os átomos de carbono;
Características
Olefinas (ou alquenos):
Alguns átomos de carbono estão ligados a somente três
átomos, o que implica em uma ou várias ligações duplas
H
H
H
C
C
Exemplos:
H
C
H
H
CH3
C2H4 - Eteno - Etileno
C3H6 - Propeno - Propileno
C4H8 - Buteno - Butileno
CH
CH
CH3
C5H10 - Penteno
Características
Naftênicos (ou ciclo-alcanos):
Cadeias carbônicas fechadas, com ligações simples entre os
átomos de carbono;
Características
Aromáticos:
Contém o chamado Núcleo Benzênico, composto por uma
cadeia fechada de 6 átomos de carbono, com ligações
simples e duplas, alternadas.
Características
Também no óleo cru estão presentes hidrocarbonetos
formados por combinações de elementos das 4 classes:
Características
Contaminantes Orgânicos (contém hetero-átomos)
Hetero-átomos mais comuns: enxofre (S), nitrogênio (N),
oxigênio (O), e de metais como níquel (Ni), ferro (Fe),
cobre (Cu), sódio (Na) e vanádio (V).
Características
Sulfurados
Contaminantes que contêm enxofre
Eles têm importância especial, já que aparecem
em vários tipos de petróleo e, normalmente, em
proporções muito maiores que os outros
contaminantes;
Contaminantes sulfurados causam problemas no
transporte, manuseio e uso dos derivados em
que estão presentes;
Características
Sulfurados
Podem está presente em sua forma inorgânica
ou fazendo parte de moléculas orgânicas;
Características
Oxigenados:
Ácidos Carboxílicos: R-COOH
Ésteres:R-COO-R’
Exemplos:
Nitrogenados
Características
Geralmente nas frações de ponto de ebulição superior a
250oC, especialmente nas resinas e asfaltenos
Características
Nitrogenados
Características
Compostos organometálicos (frações mais pesadas)
CLASSIFICAÇÃO
Classificação
De acordo com seus constituintes:
Parafínicos;
Parafínico-naftêncico;
Naftênico;
Aromático.
Classificação
De acordo com a concentração de enxofre:
“doces” (sweet), quando apresentam baixo conteúdo
de enxofre (menos do que 0,5 % de sua massa);
“ácidos” (sour), quando apresentam teor mais elevado.
Classificação
De acordo com a densidade:
Classificação dos óleos pela sua densidade, para a qual
se utiliza o °API (American Petroleum Institute);
Leves (acima de 30 °API, cerca de 0,72 g/cm 3);
Médios (entre 21 e 30 °API);
Pesados (abaixo de 21 °API, cerca de 0,92 g/cm 3).
Classificação
o
141,5


API = 
−
131
,
5

o
 densidade a 60 F

“Densidade a 60 oF é a massa específica do óleo cru
medida a 60 oF dividida pela massa específica da água
a 60 oF
Portanto, quando comparamos dois óleos crus, o de
maior densidade terá o menor oAPI
Classificação
A partir da observação da densidade do petróleo,
se estimam os tipos de derivados que terão
maiores possibilidades de serem produzidos no
processamento do petróleo.
Densidades mais baixas (>°API) nafta para a
indústria petroquímica, gasolina;
Densidades maiores (<°API) asfalto, óleos
lubrificantes.
Classificação
Classificação do Petróleo em relação ao ºAPI
Densidade(ºAPI)
Classificação
40 ou maior
33 a 40
27 a 33
19 a 27
15 a 19
15 ou menor
Extra leve
Leve
Médio
Pesado
Extra pesado
Asfáltico
Classificação
Tipos de Petróleo, segundo origem:
APLICAÇÕES
Aplicações
São muitas as aplicações dos derivados do petróleo. Alguns
já saem da refinaria prontos para serem “consumidos”, sendo
comercializados diretamente para distribuidores e
consumidores;
Outros derivados servirão ainda como matérias primas de
várias indústrias, para a produção de outros produtos;
Aplicações
Diferença de pontos de ebulição
Aplicações
Pontos de ebulição dos subprodutos do petróleo
%
INTERVALO DE TEMPERATURA
PRINCIPAIS COMPONENTES
GLP
7,5
-165º a 30ºC
CH4 C2H6 C3H8 C4H10
Éter do petróleo
11,2
30º a 90ºC
C5H12 C6 H14 C7H16
C8H18 C9H20 C10H22
Gasolina
16,2
30º a 200ºC
C10H22 C11H24 C12H26 C13H28 C14H30
C15H32
Querosene
5
175º a 275ºC
Moléculas maiores
Óleos Lubrificantes
50,4
175º a 400ºC
Moléculas maiores
Parafina
1,2
350ºC
Moléculas maiores
Alcatrão
8,5
resíduo
Moléculas maiores
FRAÇÃO
Gás de cozinha
Gasolina
Comb. aviação
Solventes
Querosene
Diesel
Lubrificantes
Parafinas
Asfaltos
Plásticos e borrachas
Essências
Corantes
Detergente
Medicamento
Inseticida
Fertilizante
Explosivos
Aplicações
Aplicações
• Aplicações por tipo de petróleo
Aplicações
Derivados do petróleo Aplicações Energéticas ou Nãoenergéticas;
Derivados energéticos chamados Combustíveis (geram
energia térmica (calor ou luz) ao entrar em combustão na
presença do ar e de uma fonte de ignição;
Combustíveis são usados...
Aplicações
Principais derivados Energéticos ou Combustíveis:
Aplicações
Principais derivados Energéticos ou Combustíveis:
Gás Natural Veicular
Aplicações
Principais derivados Energéticos ou Combustíveis:
Aplicações
Principais derivados Energéticos ou Combustíveis:
Normalmente, os derivados Combustíveis são classificados
em Leves, Médios ou Pesados, conforme o comprimento, a
complexidade das cadeias carbônicas existentes nas suas
moléculas:
Assim, por apresentarem as menores cadeias carbônicas,
são considerados Leves os seguintes derivados
combustíveis;
Aplicações
Derivados Energéticos ou Combustíveis:
Nos demais derivados combustíveis, há muitas misturas de
hidrocarbonetos, ficando difícil classificá-los por faixas comprimento
e complexidade das cadeias carbônicas
Apesar disso, por apresentarem cadeias de comprimentos
“intermediários”, os seguintes derivados são considerados Médios:
Querosene e Oleo Diesel;
Finalmente, por serem constituídos pelas cadeias carbônicas
maiores ou mais complexas, os seguintes derivados são
considerados Pesados: Oleo Combustível, Asfalto e Coque;
Embora os Contaminantes do petróleo possam estar presentes
em todos os derivados, é justamente nos Pesados que eles
mais se concentram.
Aplicações
Derivados não Energéticos com aplicações:
Nafta e Gasóleos petroquímicos além de outras matérias-primas
específicas para a indústria;
Solventes domésticos e industriais, como aguarrás,
querosene, etc;
Parafinas, utilizadas na indústria alimentícia, fabricação de velas,
ceras, cosméticos etc;
Lubrificantes básicos, matérias-primas para indústrias
fabricantes de óleos para veículos e máquinas industriais;
Asfalto, usado na pavimentação de ruas e estradas;
Coque, utilizadas por indústrias metalúrgicas para a fabricação
de alumínio e titânio, por exemplo;
Aplicações
Principais Derivados de Petróleo e seus Usos
Aplicações
Produção de Derivados de Petróleo nas Refinarias Nacionais
EXERCÍCIOS!