Aula interessante sobre o petróleo

1. 2o
CONGRESSO BRASILEIRO
DE P&D EM PETRÓLEO & GÁS
QUALIDADE DE COMBUSTÍVEIS
AUTOMOTIVOS
O PETRÓLEO E SEUS DERIVADOS
Maria Letícia Murta Valle
Escola de Química/UFRJ
murta@eq.ufrj.br

2. TEMAS ABORDADOS
1. O PETRÓLEO: origem, composição e
impurezas
2. REFINO: produtos e processos
3. GASOLINA e DIESEL: composição

3. O QUE É O PETRÓLEO ?
Mistura de hidrocarbonetos parafínicos,
naftênicos e aromáticos em proporções variáveis
contendo como impurezas compostos de S, N e O
e metais.
Estão associados ao petróleo gás natural,
sedimentos (areia) e água salgada. A separação da
água e dos sedimentos é iniciada no campo de
produção pois não estão incorporadas ao óleo
(impurezas oleofóbicas) e finalizada nas refinarias
(dessalinização).

4. 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

5. ORIGEM DO PETRÓLEO
•Resultado de uma lenta degradação bacteriológica
de substâncias orgânicas que se depositaram no
fundo dos lagos

6. PROSPECÇÃO - EXEMPLO

7. ORIGEM DO PETRÓLEO

8. ORIGEM DO PETRÓLEO
• Presença de porfirinas indicam origem
orgânica
• Rocha reservatório – o petróleo é o negro

9. A HISTÓRIA DO PETRÓLEO
 Existem referências de utilização do petróleo na Bíblia
 Alguns povos utilizavam o petróleo há cerca de 600 anos
para o cozimento de alimentos, iluminação e
aquecimento.
 Apenas no século XIX Edwin Laurence Drake fez jorrar
petróleo em escala 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 de petróleo passaram a ter grandes aplicações,
surgindo assim a gasolina, o diesel e o querosene de
aviação etc.

10. PROPRIEDADES DO
PETRÓLEO
 As propriedades físicas do petróleo variam bastante, podem ser muito fluídos e
claros, com grandes proporções de destilados leves, e óleos muito viscosos e
escuros com grandes proporções de destilados pesados. Esta é a forma mais
simples de se classificar os óleos crus: leves e pesados.
 Pelo fato dos óleos serem constituídos, basicamente, de hidrocarbonetos a sua
densidade específica varia inversamente com a relação atômica C/H. A densidade
específica 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 compostos
aromáticos, até o aroma fortemente desagradável produzido pelos compostos de
enxofre.
 A composição elementar varia muito pouco porque o óleo cru é composto por
séries homólogas de hidrocarbonetos.

11. 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
• •
FRAÇÕES BÁSICAS DO
FINO 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.

12. 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

13. 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

14. 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

15. HIDROCARBONETOS
Os hidrocarbonetos presentes no óleo cru
podem ser agrupados e classificados como:
alcanos
ciclanos
aromáticos

16. ALCANOS: parafinas
 Fórmula geral Cn
H2n+2
 Parafinas normais - 15 a 20% em peso de óleo
 Isoparafinas - cerca de 1% em peso
normais (n)
iso
ramificado H C3
3CH
3CH
R
3
CH
R
R
HC 2
HC
C HHC 2
R é em geral o radical
HC 3
HC 3

17. CICLANOS: naftênicos
R
alquilciclopentanos
R
alquilcicloexano
s
Fórmula geral Cn
H2n
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

18. CICLANOS: naftênicos
C
H
H
diciclometano
diciloexano
decalina
Anéis isolados
Anéis conjugados
Anéis condensados
HCHC
R
C
H
3
C
H
3
3
HC
HCHC
colestano
RC H3
CH 3
Hidrocarboneto
s com 2 anéis

19. AROMÁTICOS
CH3
CH3
toluen
o
metilnaftale
no
CH3
3H C
dimetilfenantre
no
tetraidronaftal
eno
tetraidrofenantr
eno
Monoaromátic
os
Poliaromáticos
Naftênicos
aromáticos
1 ou mais
anéis
aromático
s
anéis
aromático
s e
naftênico
s
Concentram
-se nas
frações
mais
pesadas
podendo
chegar a 10
%
usualment
e, entre
20 a 54%

20. 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

21. 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

22. CONTAMINANTES: nitrogenad
N
H
N
H
N
H
NN
HH
Não basicos
Benzo (α) carbazol
C16
H11
N
Carbazol C12
H9
N
Pirrol C4
H5
N
Indol C8
H7
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).

23. CONTAMINANTES:
nitrogenados
N
H
H
N
N
H
H
N
Básicos
Benzo (α) quinolina C13
H9
N
Indolina C8
H9
N
Quinolina C9
H7
N
Piridina C5
H5
N

24. CONTAMINANTES:
oxigenados
ácidos
carboxílicos
fenóis
cresóis
ésteres
amidas
cetonas
benzofuranos
Podem ocorrer como:
ácido naftênico cetona éster
ácido carboxílico fenol cresol

25. 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:

26. resinas e
asfaltenos
Compostos policíclicos aromáticos ou naftênico aromáticos
contendo S, N, O e metais.
Resinas: peso molecular 500 a 1000 Asfaltenos: peso molecu
000

27. 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

28. 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

29. REFINARIA: esquema

30. ROCESSAMENTO QUÍMICO: craqueamento
Transforma moléculas grandes em pequenas
Pode ser térmico ou catalítico
Catalítico:
FCC e hidrocraqueamento
Catalisador:
zeólita e sílica alumina
(exemplos)

31. ROCESSAMENTO 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)

32. PROCESSAMENTO QUÍMICO: reforma
Transforma nafta de baixo
peso molecular em
aromáticos
Catalisador:
platina e platina-rênio
Sub produto: hidrogênio

33.  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

34. ESQUEMA DE UMA REFINARIA
MODERNA

35. 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
A composição da gasolina é função dos tipos de processos
utilizados nas refinarias para a sua produção

36. 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.

37. COMPOSIÇÃO DOS COMBUSTÍVEIS:
diesel
TIPOS DE DIESEL
PRODUZIDOS NO BRASIL
Óleo diesel tipo B – usado em todas
as regiões exceto nas regiões
metropolitanas ( diesel D )
Óleo diesel tipo D - metropolitano
Óleo diesel marítimo
Óleo padrão
PROCESSOS DE
OBTENÇÃO DE DIESEL
Destilação direta - produto é
função do petróleo
processado
Outros processos – o diesel é
de pior qualidade e requer
tratamento posterior (ex.
hidrodessulfurização)
A composição do diesel é função dos tipos de processos
utilizados nas refinarias para a sua produção

38. MOTOR A DIESEL: ciclo
DIESEL
COMBUSTÃO POR COMPRESSÃO
Compostos mais indicados: n-parafinas

39. BIBLIOGRAFIA
 CAMPOS, A C, LEONTINIS, E “Petróleo & Derivados”, J R Editora Técnica
Ltda (1990)
 MUSHRUSH, G W, SPEIGHT, J G ( editor ) ‘Petroleum Products, Instability
and Incompatibility, Applied Energy Tecnology Series, Taylor & Francis,
(1995) USA
 NEIVA, J “Conheça 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