1. INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO AMAZONAS
CAMPUS MANAUS CENTRO
GERENCIA EDUCACIONAL DA AREA DE QUÍMICA E MEIO AMBIENTE
PROCESSOS QUÍMICOS ORGÂNICOS
Processamento Primário de Petróleo /
Noções de Processo de Refino
Profa. Dra. Ana Cláudia Melo
2. Livros usados como base para trabalhar os conteúdos
https://pt.slideshare.net/jorgecalfo/o-gas-
natural-capitulo-i-6116235
Demais materiais:
Apostilas de uso
pessoal
3. Introdução
• Petróleo - latim, petrus, “pedra” e oleum, “óleo.
• Caráter oleoso, inflamável, menos denso que a água,
com cheiro característico.
•Apresenta diversos aspectos visuais e características
diferentes. Por isso existem petróleos de várias cores:
amarelo, marrom, preto e verde.
•Extraído das rochas denominadas de Rocha
Reservatório.
4. Introdução
•Composto basicamente por milhares de compostos
orgânicos, com predominância exclusiva dos
hidrocarbonetos”.
•Formado a milhares de anos, quando pequenos
animais e vegetais marinhos foram soterrados e
submetidos à ação de microorganismos, do calor e de
pressões elevadas, ao longo do tempo.
•Quando extraído no campo de produção - Óleo Cru
5. Introdução
•O petróleo no seu estado natural é sempre uma
mistura complexa de diversos tipos de hidrocarbonetos
contendo também proporções menores de
contaminantes (enxofre, nitrogênio, oxigênio e
metais).
•Os contaminantes são considerados como impurezas e
podem aparecer em toda a faixa de ebulição
(destilação) do petróleo, mas tendem a se concentrar
nas frações mais pesadas.
•Óleo Cru (petróleo) = Hidrocarbonetos +
Contaminantes
6. 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.
7. O esquema abaixo mostra a composição média do óleo cru,
juntamente com alguns exemplos representativos de cada
classe de compostos.
8. O que são hidrocarbonetos?
•São substâncias compostas somente por átomos de
carbono (C) e de hidrogênio (H),formando diversos
tipos de moléculas.
•A classificação do petróleo depende basicamente das
características da rocha reservatório e do processo de
formação. O petróleo ou óleo cru classifica-se em:
•a) Parafínicos (ou alcanos);
•b) Naftênicos (ou Ciclo-alcanos) e;
•c) Aromáticos.
•d) Olefínicos (alcenos e derivados)
9. •a) Parafínicos (ou Alcanos): formado por hidrocarbonetos de cadeias
carbônicas retilíneas, ramificadas ou não, apresentando ligações simples
entre os átomos de carbono. O petróleo parafínico apresenta até 90% de
alcanos.
➢ Fórmula geral CnH2n+2
➢ Parafinas normais - 15 a 20% em peso de óleo
➢ Isoparafinas - cerca de 1% em peso
normais (n)
iso
ramificado H C
3
3C
H
3C
H
R
3
CH
R
R
H
C 2
H
C
C H
H
C 2
R é em geral o radical
H
C 3
H
C 3
10. •b) Naftênicos (ou Ciclo-alcanos): formado por hidrocarbonetos de cadeias
carbônicas fechadas, com ligações simples entre os átomos de carbono;
R
alquilciclopentanos
R
alquilcicloexanos
➢ Fórmula geral CnH2n 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 CH3
13. •No óleo cru pode aparecer também a combinação dos três tipos de
hidrocarbonetos mencionados, onde dessa maneira a classificação do óleo
será determinada pela predominância do tipo de hidrocarboneto.
•Além dessa mistura de hidrocarbonetos, o óleo cru também contém, em
proporções bem menores, outras substâncias conhecidas como
Contaminantes;
•Os heteroátomos (contaminantes) mais comuns são os átomos de enxofre
(S), nitrogênio (N), oxigênio (O), e de metais como níquel (Ni), ferro (Fe),
cobre (Cu), sódio (Na) e vanádio (V), podendo inclusive estar combinados de
muitas formas;
14. CONTAMINANTES: sulfurados
Compostos sulfurados:
➢ orgânicos e inorgânicos ( H2S )
➢ estão presentes em todos os óleos
➢ se S 1% → petróleo leve
➢ maior % de S maior é a densidade
Orgânicos
Tiofenos
15. CONTAMINANTES: nitrogenados
N
H
N
H
N
H
N
N
H
H
Benzo () carbazol C16H11N
Carbazol C12H9N
Pirrol C4H5N
Indol C8H7N
➢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).
17. 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 no
petróleo - ppm
Cu
Ca
Mg
Ba
Sr
Zn
Hg
Ce
B
Al
Ga
Ti
Zr
Si
Sn
Pb
V
Fe
Co
Ni
0,2 - 12,0
1,0 - 2,5
1,0 - 2,5
0,001 - 0,1
0,001 - 0,1
0,5 - 1,0
0,03 - 0,1
0,001 - 0,6
0,001 - 0,1
0,5 - 1,0
0,001 - 0,1
0,001 - 0,4
0,001 - 0,4
0,1 - 5,0
0,1 - 0,3
0,001 - 0,2
5,0 - 1500
0,04 - 120
0,001 - 12
3,0 - 120
Podem estar sob a forma de:
18. 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
19. • Nitrogênio - compostos nitrogênio, aumenta a capacidade de
retenção de água emulsionada no petróleo, contamina
catalisadores, modifica coloração dos produtos e torna
instáveis os produtos finais.
• Oxigênio – responsável pela coloração e acidez, formação de
gomas e corrosividade das frações destiladas, implicações
com o calor.
• Sais – contaminam catalisadores, criam incrustações dentro
das tubulações. Removido por processos próprios, como a
dessalgação.
Contaminantes
20. O enxofre (S) é o contaminante de maior predominância e
presente em vários tipos de petróleo. Os contaminantes
sulfurados (contém enxofre) causam problemas no manuseio,
transporte e uso dos derivados que estão presentes.
•manuseio - redução de eficiência dos catalisadores nas refinarias;
• transporte - corrosão em oleodutos e gasodutos;
•derivados - causam poluição ambiental se presentes em
combustíveis derivados do petróleo.
Contaminantes
21. O petróleo é composto basicamente de carbono e hidrogênio.
Entre os contaminantes o enxofre é aquele que apresenta o
maior percentual de presença.
De acordo com o teor de enxofre o óleo é classificado ainda em:
•a) óleo doce - apresenta baixo conteúdo de enxofre (menos de
0,5 % de sua massa);
•b) óleo ácido - apresenta teor elevado de enxofre (bem acima
de 0,5 % de sua massa).
22. Exploração e Produção
• Petróleo tem origem a partir da decomposição da
matéria orgânica resultante de restos de animais e
plantas juntamente com rochas sedimentares, que
após longo tempo sofrendo ações bacterianas e
químicas, ativadas pelo aumento de pressão e
temperatura, acabam por se transformar em
hidrocarbonetos.
(CARDOSO em Petróleo do poço ao posto,2012)
23. Exploração e Produção
• Matéria orgânica + Rochas sedimentares – pouca
permeabilidade – inibe ação de água circulante e diminui a
quantidade de oxigênio – Formação da ROCHA GERADORA.
• Após formação de petróleo – migração do petróleo – devido
microfraturamentos ou altas pressões.
• Migra até ROCHA RESERVATÓRIO (porosa e permeável) –
continua fluxo no interior da mesma até que uma armadilha
geológica acumule o óleo (ROCHA SELANTE – impermeavel )
ficando confinado.
24. 1- Detalhes da Rocha
Reservatório, 2- Falha na
rocha; 3- Tipos de
armadilha
1
2
3
25. Prospecção do Petróleo
• Métodos e técnicas específicos que permitem localizar uma
área favorável à sua formação
• Antes da perfuração de um poço – etapa que exige
investimento e investigação
• Relação custo/benefício avaliada para exploração.
29. •Óleo normalmente é encontrado juntamente com água, gás e
outros compostos orgânicos.
•Essas substâncias, incluindo o óleo, estão no reservatório de
acordo com suas densidades.
Na zona superior do reservatório,
geralmente há uma “capa” de gás
rico em metano (CH4), conhecido
como Gás Associado. Esse gás é
composto também por outros
hidrocarbonetos (no estado gasoso)
e por gases corrosivos, como o gás
sulfídrico (H2S) e o dióxido de
carbono (CO2).
30. Na zona intermediária, está o óleo
propriamente dito, contendo água
emulsionada e também os mesmos
componentes presentes no gás
associado.
Na zona inferior, encontramos
água livre (não misturada com
óleo), com Sais Inorgânicos
dissolvidos e Sedimentos.
31. Plataformas em terra
• Onshore - Sistema de produção de petróleo em terra. Foi o
primeiro sistema a ser desenvolvido, com custos menores e
engenharia menos complexa em relação à exploração
submarina.
32. Plataformas Marítimas
• Offshore - Sistema de produção de petróleo no mar, com
custos elevados e alta tecnologia, tendo como principal
desafio a profundidade da água, do poço e as condições
encontradas em altas profundidades (temperatura, pressão,
corrosão, etc.) sendo um limitante para águas profundas.
De acordo com a
finalidade que se
destina e a
profundidade da
lâmina d'água em que
irá atuar, as
plataformas podem
ser:
33. Processamento Primário do Petróleo
• Dependerá de critérios de viabilidade técnico- econômicos,
baseando-se na decantação, utilização de vasos separadores e
outros processos físico-químicos;
• Para separação água/óleo/gás, ou mais complexas, que
incluem tratamento de óleo, a compressão do gás e o
tratamento da água para descarte ou reinjeção no poço para
facilitar surgência do petróleo.
34. Por que fazer o processamento Primário do Petróleo ?
• Para promover a retirada de parte das impurezas em
suspensão;
• Para tratar a água de modo a devolvê-la livre de impurezas
(resíduo de óleo, gás carbônico etc) ao meio ambiente ou
utilizá-la para reinjeção.
• Para facilitar o transporte para os terminais e refinarias;
• Para diminuir problemas de corrosão e incrustação;
• Para aumentar a vida útil de equipamentos e catalisadores em
processo de refino.
• Para reduzir os gastos com produtos químicos utilizados para
inibir processos corrosivos.
35.
36.
37. PROCESSAMENTO QUÍMICO: craqueamento
➢Transforma moléculas grandes em pequenas
➢Pode ser térmico ou catalítico
Catalítico:
FCC e hidrocraqueamento
Catalisador:
zeólita e sílica alumina (exemplos)
39. ➢ 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
40. Reformação catalítica, reformação de
hidrogênio ou oxidação catalítica.
• A reforma catalítica é um processo químico utilizado no
refino do petróleo.
• É fundamental na produção de gasolina.
• É um método de produzir hidrogênio a partir
de hidrocarbonetos.
• Em uma escala industrial, é o método dominante para
produzir o elemento.
• Unidades de reformação catalítica de baixa escala estão
atualmente sujeitas a pesquisas científicas, como forma de
prover hidrogênio para células combustível.
41. Reformação catalítica, reformação de
hidrogênio ou oxidação catalítica.
• Seu objetivo é aumentar a octanagem da nafta pesada
obtida na destilação atmosférica do petróleo cru. Isto se
consegue mediante a transformação de hidrocarbonetos
parafínicos e naftênicos em isoparafínicos e aromáticos.
• Estas reações produzem também hidrogênio, um
subproduto valioso que se aproveita em outros processos
de refino.
• Para isto se utilizam altas temperaturas (490-530 °C),
pressões moderadas (10-25 bar) e catalisadores sólidos
de platina e outros metais nobres apoiados sobre alumina.
42. Reações Químicas do Processo de
Reforma Catalítica
• Inúmeras reações químicas podem acontecer durante o
processo de reforma catalítica, dentre elas existem as
desejadas, sendo responsáveis pelo aumento da quantidade
de aromáticos e, consequentemente, do índice de octanagem
da carga de nafta;
• e as indesejadas, que atrapalham o andamento do processo,
uma vez que estas quebram os compostos parafínicos mais
pesados em compostos mais leves, gerando altas quantidades
de hidrocarbonetos gasosos, e contribuem para a formação
de coque. Ambos os fatores prejudicam o rendimento da
reforma.
45. CRAQUEAMENTO
• Craqueamento é a transformação por ruptura (cracking,
quebra) de moléculas grandes em moléculas menores.
• Utilizado para transformar óleos pesados, de pequeno valor,
em derivados de petróleo mais leves, como GLP e nafta,
produtos de maior valor.
• Craqueamento catalítico é realizado com a presença de
catalisadores, que são partículas finamente divididas, que
possuem a função de auxiliar na reação de craqueamento,
aumentando sua eficiência sem interferir na reação.
46. • O craqueamento catalítico é um processo de refino do
petróleo utilizado para aumentar a produção de gasolina e
GLP de uma refinaria através da conversão de frações
pesadas, provenientes da destilação do petróleo (gasóleo e
resíduos), em frações mais leves.
47. Craqueamento catalítico
Do inglês cracking, rompimento, fratura, quebra, divisão);
Processos químicos na indústria pelo quais moléculas orgânicas
complexas como hidrocarbonetos são quebradas em moléculas mais
simples (ex: hidrocarbonetos leves) por quebra de ligações carbono-
carbono nos precursores pela ação de calor e/ou catalisador;
Processo de craqueamento largamente utilizado em todo o mundo,
uma vez que a demanda de gasolina em vários países é superior à
dos óleos combustíveis.
O craqueamento catalítico corrige o déficit da produção de gasolina
e GLP.
48. Um exemplo típico de craqueamento na indústria do refino de
petróleo é a produção de gasolina (iso-octano) e gás de cozinha
(propano + butano) a partir do craqueamento catalítico dos
gasóleos.
• C36H74 → C8H18 + C3H8 + C4H10
(gasóleo (iso-octano) (propano) (butano)
parafínico)
• Craqueamentos dos hidrocarbonetos do petróleo em condições naturais,
no subsolo, pela próprio calor da energia geotérmica, ocorrem.
51. Alquilação
• A alquilação é um processo químico pelo qual um grupo alquila
é ligado a uma molécula de substrato orgânico por meio de
adição ou substituição.
• Um grupo alquila é uma molécula de alcano que perdeu um
átomo de hidrogênio.
52. Isomerização
• A isomerização em uma variedade de configurações de
processo altera o arranjo de átomos para converter o butano
normal em isobutano e o pentano e o hexano normais em
componentes de gasolina de alto-octano.
54. Coqueamento
• Coqueamento Fluido é um processo contínuo de
craqueamento térmico realizado num leito fluidizado com
partículas de coque.
• A temperatura e o tempo de residência da carga de
alimentação no leito fluidizado determinam o rendimento dos
produtos no processo.
• Em geral, o rendimento de coque é menor devido à redução
do tempo de residência dos vapores no reator.
55. Coqueamento
• O flexicoking é uma abordagem alternativa do coqueamento fluido, que
utiliza um gaseificador para converter o excesso de coque em uma
mistura gasosa, constituída por monóxido de carbono (CO), dióxido de
carbono (CO2) e hidrogênio (H2).
• Vantagem desse processo é a redução dos compostos sulfurados,
presentes no gás efluente do queimador, que pode ocasionar problemas
ambientais
• As reações de conversão do coque são realizadas:
– na zona de oxidação, Equações (2.1) e (2.2) e
– na zona de redução, Equações (2.3) e (2.4), presentes no
equipamento gaseificador.
56. COMPOSIÇÃO DOS COMBUSTÍVEIS: gasolina
GASOLINAS PRODUZIDAS NO BRASIL
Comum ou Aditivada
Premium- octanagem superior
Gasolina de aviação - para aviões de pequeno porte
GASOLINAS COMERCIALIZADAS NOS POSTOS
73% de gasolina + 27% de álcool anidro combustível – comum e aditivada
75% de gasolina + 25% de álcool anidro combustível - Premium
➢A composição da gasolina é função dos tipos de processos utilizados
nas refinarias para a sua produção
57.
58.
59.
60.
61.
62. Características do refino no Brasil e no mundo
• No Brasil
– Primeira refinaria– década de 30.
– Refinaria brasileira tem dificuldade de processar o óleo bruto.
– Baixo grau de API – muito denso e viscoso.
• No mundo
– Venezuela tem um petróleo denso de baixo grau API.
– Alianças, aquisições e fusões entre as petroleiras, forma estratégica de
permanência competitivas no mercado.
63. Grau API do American Petroleum Institute (ºAPI)
Forma de expressar a densidade relativa de um óleo ou derivado.
A escala API, medida em graus, varia inversamente à densidade
relativa, isto é, quanto maior a densidade relativa, menor o grau API.
O grau API é maior quando o petróleo é mais leve.
Petróleos
com grau API maior que 30 são considerados leves;
entre 22 e 30 graus API, são médios;
abaixo de 22 graus API, são pesados;
com grau API igual ou inferior a 10, são petróleos extrapesados.
Quanto maior o grau API, maior o valor do petróleo no mercado.
66. Classificação dos produtos adotada pela Petrobras.
• a) Gás Natural, GLP e Gasolina Natural
• b) Destilados Leves
• Gasolinas automotivas, naftas, combustível de jato
(querosene de aviação), querosene, óleos combustíveis.
• c) Destilados Intermediários
• Gasóleo, óleo diesel, óleos combustíveis destilados.
• d) Destilados Pesados
• Óleos combustíveis destilados, óleos minerais pesados,
óleos lubrificantes, óleos de flotação pesados, ceras
(parafinas).
• e) Resíduos
• Óleos combustíveis residuais, asfalto e coque.
67. • GLP (gás liquefeito de petróleo) mistura de propano (C3H8) e
butano (C4H10)
• Chama-se gás liquefeito, porque sob pressão moderada e
temperatura ambiente, o produto engarrafado encontra-se na
forma líquida.
• Amplamente utilizado como combustível de uso doméstico,
comercial e industrial, e como combustível de empilhadeiras e
tratores.
• A quantidade de GLP produzida direto da destilação é
pequena e composta exclusivamente por hidrocarbonetos
parafínicos.
• A quantidade de GLP extraída do petróleo é aumentada
através de processos de craqueamento de produtos mais
pesados, como no craqueamento catalítico, no qual são
gerados também olefinas como o propeno e o buteno.
68. Destilados Leves
• A gasolina automotiva é o produto mais importante para o
setor de combustíveis. Constitui-se em uma mistura de
hidrocarbonetos parafínicos, naftênicos, olefínicos e
aromáticos, cuja faixa de destilação está entre 30°C e 220°C
• É utilizada em todo o mundo como combustível de motores
de combustão interna.
• Um dos principais quesitos da qualidade da gasolina é o
índice de octanagem (I0).
• O I0 é uma escala que representa a resistência da gasolina à
detonação, quando submetida a compressão do cilindro
automotivo. De acordo com essa escala, o 2,2,4-
trimetilpentano (isooctano) tem uma octanagem de 100 e o
heptano tem uma octanagem de O.
69. Octanagem
Octanagem é o índice de resistência à detonação dos
combustíveis automobilísticos.
• A octanagem consiste na resistência à detonação de um
determinado combustível utilizado em motores no ciclo de
Otto.
• Quanto mais elevada a octanagem, maior será a capacidade
do combustível ser comprimido, sob altas temperaturas, na
câmara de combustão sem que ocorra a detonação.
• Os valores de octanagem em um combustível variam,
havendo um índice mínimo para o bom funcionamento de
cada veículo.
• Os valores inferiores ao estabelecido podem provocar a
destruição do motor.
70. • O índice de octanagem estabelece relação de equivalência à
porcentagem de mistura em um isoctano e o n-heptano.
• Nesse sentido, uma gasolina de octanagem 90 possui
resistência de detonação equivalente a uma mistura de 90%
de isoctano e 10% de n-heptano.
• No Brasil, a unidade de medida empregada é o Índice
Antidetonante (IAD).
• Motores muito potentes exigem combustíveis com elevados
índices de octanagem, visto que a utilização de gasolina com
valores inferiores irão aumentar o consumo, reduzir a
potência do motor, além de desencadear problemas
mecânicos.
71. • Porém, é importante elucidar que altos índices de octanagem
não garantem a qualidade do combustível e o melhor
desempenho do automóvel, pois para que isso ocorra é
necessário haver compatibilidade de octanagem com a
capacidade do motor.
• Conforme dados da Petrobras (Petróleo Brasil S/A), o Índice
Antidetonante (IAD) das gasolinas produzidas no país são:
Gasolina Comum: 87%.
Gasolina Aditivada Supra: 87%.
Gasolina Podium: 95%.
72. • A nafta representa os produtos que contêm propriedades
entre a gasolina e o querosene.
• A nafta leve, em geral, é destinada à mistura com outras
naftas produzidas na refinaria, de forma a compor a gasolina.
• As naftas são utilizadas como solventes industriais de tintas,
em lavagem a seco e como matéria-prima para o eteno na
indústria petroquímica.
• A nafta "pesada" pode ter o mesmo destino da leve ou ser
utilizada como carga para a unidade de Reformação
Catalítica, onde sofre transformações químicas que a
transformam em produtos mais nobres.
• Algumas naftas pesadas são utilizadas para reduzir a
viscosidade do asfalto, que é posteriormente aplicado como
óleo para revestimento de estradas.
Destilados Leves