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E~ PETRÓlEO BRASilEIRO S.A.
SEBRAE
PETROBRAS
CE
I
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I
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO
CEARÁ -IFCE
CENTRO DE PESQUISA E QUALIFICAÇÃO TECNOLÓGICA- CPQT
INSPETOR DE EQUIPAMENTOS
- DISCIPLINA:
Noções de Processamento Químicos e Outros
PROFESSOR: RINALDO.ARAÚJO
ABRIL- 2010
Noções d~ Processamento Químicos e Outros
Prof. Rinaldo Araújo
UNIDADE I- INTRODUÇÃO À TECNOLOGIA QUÍMICA
L 1 -ASPECTOS HISTÓRICOS DA TECNOLOGIA QUÍMICA
· · O ~leciillento da QUÍMICA como ciência ocorreu no decorrer do séc. XVI.
So~ nesta época é que os homens ea:meçaram a estudar as substâncias·isoladas e as suas .
transformações sob a ação do calor e dos reagentes. Com isto, surgiu a idéia de que tais
mundanças poderiam ser consideradas como um assunto que requeria uni estudo especial, da
mesma forma que o comportamento das estrelas, os números natnrais ou as doenças do corpo
humano.
Tal fato, porém, não significou que a Quimica não tenha vivido a soa pré história Sabemos que a ·descoberta do fogo ofereceu a primeira oportonidade. de se fazer
transformações químicas, o qoe permitiu ao homem aprender a preparar objetos de cobre,
bronze e demais materiais trabalháveis atrav~ deste meio. Esta fase, entretanto_, não aprese:irta
Denhum registro -escrito e soa constatação só foi possível através da análise das armas e
utensUios da época.
.
Com o desenvolvimento da civilização, através do aperfeiçoamento das artes e
artesanatos, m.nítas sUbstâncias químicas foram utilizadas, mas os artesãos ilão revelavam seus
métodos, pois guardavam-nos em segredo para si e para 5eus descendentes Desta forma, o
conhecimento dqs métodoS (;()Dtinuava na dependência da análise doS ObjetOS prodnzidoS e
usados por eles. .·
.
.
.
.
_ T~s estes ~os são responsáveis pelo cará±er empírico que a Química adquiriu · .
nos tempos pré-históricos e nas civilizações airt:igas, impedindo-a de ser considerada como
Gência
·
A instituição da QUÍMiCA MODERNA como Ciência independente se deu
. graças ao desenvoivirgento da TECNOLOGIA, que consolidou definitivamente a parte prática
da Química; fazendo surgir, a partir daí a parte teórica como forma de elucidar os fenômenos . .
observados na prática Foj nesta fase que se manifestaram as ·primeiras descrições de
MÉTO:QOS EXPERIMENTAIS de maneira mais clara, já que os tecnologistas qiie se
utilizaram de proéessos qaímicos não aderiram à alquimia
Estes pioneiros, embora se limitassem a discatir os métodos, . aparelhos e
reagentes, sem mn:ita p:reocnpação com a discussão da teoria, apoiavam-se nas idéias de
Aristóteles, ligando as observações re2fizadas àquelas constatações já consolidadas.
Com certeza estes procedimen:tos furam o sustentáculo que impediu. que a NOVA
CIÊNCIA que surgia mergulhasse nas superstiçõ~ e estagnações estéreis, mesmo que os
aspectOs teóricos pe.nnanecessem ina:tivos.
··
.
As novas descobertas proporcionadas, bem como a visão renovada dos
tecnologistas envolviam tantos fatos recentes qÜe novas teoria.S tiveram que ser desenvolvidas
para explicá-los, as quais tiveram granãe :impciso no início do séc. XVII.
1
;; ;
:Vkrecem destaque particular as idéias de PAR.-\CELSUS que abandonanáo a antiga
iáéia dos qu.arro eiemenros, propõs a REGR.:..... DAS A.FI:NlDADES para tentar exolicar os·
mecanismos das reações químicas. Foi eie que Peia primeira vez na história ge~ernfrzou
o.s n~ações químicas ao invés cie consiàerar cada processo como um tratamenr; in.ci.iYidual ,
;;ara c~ ~llhstãncia. ~"1~recem 't ambém ~ce e~pecial as obra$ sobre Q'LThliCA
:..-1ETA.Ll.JRGICA. e QuThliCA ~-liNER..:\LOGIC~ onde as àescrições sobre o
tratamento de minerais eram tão fartamente detalhadas que induia até mesmo as
téCnicas de preparo dos reagentes além ~ abordar os aspectos quantitativos· dos
processos.
Com a e."\..-pan.sâo do uso da balança, a emissão do princípio de conservação ·
da matéria por Lavoisier e a diferenciação entre mistura e combinação por Boyie foram
introduzidas na Química as técnicas de e..'Cperimen!ação e de medidas como: as balanças
aperfeiçoadas, o termômetro, as bombas; técnicas estas pertencentes a outras ciências.. ·
Em seguida foram desenvolvidos. :rn~todos de análises e, mais tarde., as
sínteses orgânicas desencadeadas por Wõelier através da síntese da uréia.
Embora a história das descobertas e .. ~ invenções acomnanhem aHISTÓRIA DA TECNOLOG~· que pOr esta razão acrut~se intimanient~ ligada à
Ciência, sua grande evolução ocorreu em meados do séc. :x:rx, com as descobertas
básicas a cerca dos constituintes dos materiais, quando o homem passou. a enfrentar mais
firmemente o problema da limitação da quantidade e qualidade das matérias-primas
na.J:Iliais através da descoberta dos métodos de prodnção de materiais sintéticos e
posteriormente pela retomada da produção de matérias-primas na:ttrrais em grande
escala; desta vez bem mais orãenada, utilizando-se dos avanços técnicos verificados na
agropecuári~ preocupando-se, inclusive., com o controle ambientaL
Este grande desenvolvimento da Tecnologia tem dotado as indústrias~ e em
especial a Ind:ó.stria Química de possibilidades ilimitadas de ~ novos prodntos por
meio ·cia aplicação de métodos, os mais sofisticados, · capazes de influir sobre os
fenômenos químicos, como por e."'Ce!D.plo~ o uso de catalisadores, corrente elétrica., etc.,
possibilitando uma grande diversificação de produtos.
.
L2 - AS IMPLIC~~ÇÔES DO DESENVOLVIMENTO DA TECNOLOGIA QUÍMICA
. .
. . . · NA FORMAÇÃO DO_TÉCNICO EM QUÍMiCA. .
.
·Os avanÇos · da TECNOLOGIA QvTh1:rC~-\ com o consequente aumento .
das Indústrias Quiniicas tem demandado especialistas com amplos conhecimentos
técnicos e que estejam familiarizados com as leis gerais e métodos típicos da Tecnologia
Química Tal fato ieqUer para a formação destes especialistas um estudo mais abrangente
dos fundamentos teórit.os deste campo de estudos.
É portanto, de grande importância que o TÉCNICO E.\1 QUÍMIC~
através do estudo da Tecnoiugia Química conheça, mesmo que de modo genéralizado. os
processos qci:micos mais típicos com seus :tea:tores correspondentes, visto que mnitos
métodos, procedimentos e equipamentos caracteristicos poderão ser usados n.os ·v ários
segmentos da ind:ástria qtrimiCa. A partir dai. fica mais acessÍVel a correlação entre os
processos, de modo que se conheça e aprenda a base de certas indústrias fundallientais
que, embora se _apresentem em mímero rednzido~ têm grande importância para a
economia nacional
·
.
.-·Exatamente peio :futo de os TÉCNICOS v1sitmlbrarem.. de nm modo geral.
a oportunidade de trabalharem apenas com um tip6 de processo qtrimico entre os vários
estudados na Escola, é que devemos nos preocupar ~ma formação de um TÉCNICO
2
GENERALISTA, de modo que dirijamos os estudostecn.ológicos rumo aos princípios
gerais presentes na maioria dos processos quími~os. sem uma preocupação e:-ccessiva com
os detalhes técnicos específicos. Estas informaçGe5 que integrarão o conhecimento
· operativo do técnico. permitir-The-âo a àevida aplicabilidaàe no se~ c.ampo específico de
aroaçcio.
!:!Xto ada::t:a6 ea != ci:o Mestrado= Ec!:xac:ão Te:::oo'.ã=
da Professora~ Eelenace Jesus Vt=. ::~!:tUfada
"'O Em= êe !~=i::g~a Q:-'-·::a
=s=:.as 'l"éaliczs".
=
1.3 - OBJETIVO PRIMORDIAL
DA TECNOLOGIA QUÍivllCA:
O objetivo primorãial da TECNOLOGIA QUÍMICA é criar as condições
ótimas para a realização dos fenômenos químicos em mn processo produtivo, envolvendo
controle de fatores, C{')mo temperatu:ra. pressão, concentração de reagentes, tempo, etc.,
de modo a garantir um elevado rendimento de trabalho e mn custo de produção. o mais
bai~o possível, levando em consideração a qualidade e a quantidaOe ,dos produtos
previstos na planta industrial.
.
.
. · ,O conhecimento deSte objetivo, bem como o suporte que permite o seu
alcance. o ·qna1 estabelece a ligação entre as teorias desenvolvidas e a prática dos
processOs químicos realizados nas indústrias; são indispensáveis para definir o papel do
técnico que desejamos formar e que conteúdos e métodos de ensino serão mais adequados
para atingir tal finalidade. .Não podemos esquecer que a qualificação deste técnico àeve
estar vinculada às necessidades do mercado atual., mas principalmente ao
desenvolvimento das suas habilidades de CRIATIVIDADE, CRITICIDADE
e
COMPETÊNCIA, o ~ .J!le permifuá._c onqnistar o espaço que lhe é devido.
·14 - DEFINIÇÃO, CONCEITO E CLA.SSIF1CAÇAO DA TECNOLOGL'\.
.
QuThrrCA
De acordo com a etmoiogia da ~....IECNOI:OGIA significa a
CIÊNCIA da MAE~ da ARTE, da HABll.IDADE. É composta de duas palavras
gregas: "~echne" que significa maestria ou arte e · "logosn que significa ciência. .
.~o esta traduÇão não·· fornece .uma impressão ·corretá · ·sobre o eonteúdo
.contemporâneo desta ciência. Daí, definir-se a TECNOLOGiA. como a ciência -que ·
eStuda. os processos de transformação das ·matérias-primas em produtos de consumo ou
meios de produção.
A história da Tecnologia é a história milenar dos esforços do homem para
dominar, erri.
prgveito, o ambiente material Esta tarefa tem siào possibilitada por
dois tipos de recursoS: o uso de instrumentos e a aplicação da razão às propriedades da
matéria e da enerria.
.
- A Tecnologia envolve o uso, pelo homem.., de ferramentas,- máquinas,
materiais, técnicas e fontes de ~a, C()m a finalidade· de tomar seu. trabalho mais fácil
e mais prodn:tivó.
Quando se fala em TECNOLOGL'\. nos dias a.toais, refere-se em geral. à
TECNOLOGIA INDUSTRIAL; esta qoe vem ajudando o homem a desenvolver a
sociedade moderna.. E sob este ponto de ~ a Teénologia divide-se em dois grandes
ramos: a TECNOLOGIA !Y!EC..\NICA - que trata do estudo e aplicação das
transformações físicas, primordialmente m.ecâ.IUcas; onde estão envolvidas as mudanças
de forma, de aspecto e.'Cterior, propriedades físicas dos materiais; e a TECNOLOGIA
seu
3
·.
QUÍMICA. - que se preocupa com o estudo e aplicação àas transformações quimi~
onde ocorrem mudanças radicais na composição, propriedades e est:rurnra inrerna dos
materiais.
L5 -TIPOS DE PRODUÇÕES INDUSTRIAIS QUE COXSTITtE1 OBJETO
DA TECNOLOGIA QtTÚVITCA:
A TECNOLOGIA QUÍMICA~. no seu desenvolvimento, cresce à proporção
que é amnentado qualitativo e quantitativamente o número de produtos químicos e
melhorada a int:rumentalização técnica das plantas indnstr:iais, ·ocasionaiido o mrgimento
de novos processos tecnológicos e a combinação mnitila:teral dos vários ramos da
tecnologia_ Toma-se dificil citar algmna prodnção moderna na qual não se aplique _
reações qtrimica.s.. Denomina~se Prodncão Ooímica Não Exclusiva. aquela na qual as
Reações Químicas .constituem a base do processo prodmivo, como por exemplo:
Elaboração de ácido sul:fiírico, Produção de Borracha Sintética, etc.. A estas indústrias,
juntam-se outras como: a Metalúrgica., a. Petrol~ :1 Siderúrgica, a Têxíil, a de
Alimentos, nas quais as reações químicas têxp. papel importante; ·quer-· na obténção de :
determinados produtos, quer no tratamento dos produtoS obtidos, sem entretanto, ser
. cioal.
pnn -
As indústrias de Pro.ducão Química Exclusiva. que par.em de matériasprimas naturais obtêm principalmente !\fatérias Intermediárias que servirão de meios de
produção para a elaboração de artigos de consumo, como por exemplo: o Ácido
Clorídrico, o Carbonato de Sódio, o Hidróxido de Sódio e o Cloro obtidos a partir do ·
Cloreto de Sódio natnra1 são utilizados na produção de ~.o\luminio, Vidro, Sabão~ Pape4
Tecidos de Algodão, Plásticos, Fibras Sintéticas, etc..
1.6 -DIVISÃO DOS PROCESSOS 1ECNOLÓGICOS
.
.
--· .
Todos os processos -envõlvidos na· Tecnologia Química estão assun
divididos:
a) Processos Quím.kos, Conversões Qumlicas ou Proces8Qs Un~tários
Que, como já sabemos, caracteriza-se pela ocorrência de uma
transformação química, portanto envolvendo reações qu:ími.cas. A efetivação destas
reações constitui a etapa mais importanie do processo químico-tecnológico. -Para
classificar os Proeessos Unitários, é necessário considerar-se os tipos de n~ações
envolvidas: Simples ou CompJexa.s (simnltâneas ou con.sectitivas), H' ·moiíticas (óxidoredução) ou Heterolitica5 (ácido-base), Reversíveis ou Irreversíveis, Eudoténnicas ou
Exotérmica~ Espm:itâneas ou Não-Espontâneas.
·
b) Processos Físicos oo Operações Unitárias
Qne são caracterizados pela ocorrência de transformações tisicas sem que
haja mndanças de esuutw~ composição e proprieAades internas · :JS substâncias
enolvidas. A efetivação destas operações:; eStá intimamente relacicnada como o
estabelecimento do Regime Tecnológico de tCabaiho que é constitnído pelo conjunto de
4
par:imetros qUI: têm influência na velocidaàe do orocesso e r10 .renàimenío e aualid:1de
do produto final _
I.í- IT APAS DO PROCESSO TECNOLÓGICOS
Fundamentalmente os processos químico-tecnológicos são, genericamente,
.:ompostos das seguintes etapas., as quais estão intimamente relacionaàas entre si:
a) Fornecimento dos Componentes Reacioilais à Zona de Reação
Nesta etapa., os ~oentes são postos .em contato de modo que interajam o
mais satisfatoriamente possÍVeL Para isso, é .necessário que sejam adicionados
3dequadamente ao reatar_ Daí tomar parte neste evento várias operações, como:
absorção. adsorção, c<>ndensação, fusão, dissolução, evaporação, sublimação, difusão,·
agitaçào, etc.
b) Efetivação das Reações Químicas:
A.qui, com a concretização das reações ocorre a formação do prodnto
principal. Entretanto certas reações paralelas também ocorrem; tanto entre as substâncias
principais quanto entre as impurezas, erija presença é inevitável na matéria-prima iriicial
originando produtos secundários (de alguma importância econõmica) ou resíduos de
produção (de baixa ou nenhnrna importância econômica).
-Daí sei necessário atz;ntarpãra a otirnização do processo e potencializar as
reações que têm infhiêncía decisiva· na quantidade e qualidade dos produtos deSejáyeis. ·
Esta otirnização é obtida quando _se consegue as conQiçõ_es ótimas de realização . do
proeesso, o que ocorre através do estabeleCimento coerente do regime tecnológico: que
~cre, como já dis-;emos, nma série de parâmetros que norteam .. o curso ideal das
reações. São exemplos ·Oestes pmâtõ.etros: a temperãttl@,~ o emprego de
cata1isadores, as concentrações dos ·reazentes, o procetlimento e gran de agitação, o
tempo de duração da reação, e~.
.
As condições.~ ~o são .ditas ótin:l.a$ quando ·propiciam u.m máximo
rendimento de p:r:odução e uma máxima produtividade do pessoal envolvido.
É ner--esSário esclarecer a..iDda que a mudança de ·qualquer dos parâmetros
· estabelecidos implica na modificação das condições do sistema como um todo~ Daí
escolher-se-parâmetros de influência decisiva no processo para serem tomados como
referencial e'projetar-se os reatares com base neles.
.
'3
· c) R~peração do5Produtos Formados na Zona de Reação
Nesta etapa, o produto principal é separado dos derriais através de uma ou
mais operações unitárias de modo a obter a maior pureza possíveL
5
-L8 - AV ALIAÇÀO DA viABILIDADE E APLICAÇÃO DOS PROCESSOS .
·TECNOLÓGICOS ·
O esrabe!ecimento das condições ótimas de realiza.;:ão de um processo
tecnotogJco e, por conseguinte · das diretrizes que norteiam a construção dos
eqUipamentos a serem uriljzados dependem ciiremmen.te da relação ctrstoJbene:ficio que
resultará de tal investimento.
A maior velocidade de produção alcançada com a ajuda do progresso
técnico deverá aliar~ à alta qualidade da p~dnção obtida a baixos custos ,
assegurando ao mesmo tempo, boas çmuiiÇões de trabalho para o · pessoal Por isso é
necessário considerar-se de modo racional várias c.on.dições ao se projetar a aparelhagem·
industrial e ao se determinar os parâmetros do regime tecnológico de trabalho a ser
aplicaào.
Entre estas condições citamos: o grande aproveitamento útil da matériaprima (quantidade de Matéria-Prima I quantidade de Prodoto), o custo. por uniàade. de
prochh:-ão, o gasto de energia. a. quantidade de matérias au."tiliares, o rendimento
prodntivo .dos equipamentos, etC. .
. · O perfeito planejamento para estabelecer-se estes pal'âmetros faVorece·
decisivamente a melhoria da qualidade, um maior rendimento do tra.halho empregado e
um redução dos custos do produto final, proprocionandO, sem dúvidas, um maior retoi'DD
à empresa.
L9- TIPOS FUND&"\1ENTAIS E TÉCNICAS OPERACIONAIS DOS REATORES
QUÍMICOS
..
Em uma instalação de produção química, o REATOR é o aparelh.o onde
ocorre a REAÇÃO QlJÍiv.fiC.A.
.
O. reator. clássico é .uma. cal~íra com agitador. evoluído por simples
ampliação_ de escala dos recipientes com agitadores · utilizados no laboratório. Nos
primó"rdios da Indústria Química as reações eram desenvolvidas como nos ensaios de
laboratório, sempre de forma descontínua. Com o ~'Oivimen.to posterior, amnentou a
tendência do funcioriamentõ.. aos·reatores de forma contínua nas instalãÇães qllÍmicas
industriais.
Fundamentalmente pode-se 4eStinguir três modos de operação: ·
·1. O funcionameDto DESCONTÍ.NUO, també~ chamado ''BATCH" ou
por CARG.:~.S;
2. O funcionamento CONI'ÍNuO;
3. O funcionamento SEMI-CONTÍNUO.
L9.1- FUNCI€>NAMEN10DESCONTÍNUO, "BATCH" OU POR CARGAS:
Neste tipo de fim.cionamento misturam-se desde o inicio, no reatar, todas as
substâncias que participam da reação {reagentes, solventes., catalisadon$, ·etc.). A mistura
permanece no reator durante o tempo previsto para se completar a reaÇão; seguidamente,
·o conreúdo constituídO peios produtos obtidos na reação, as matérias-primas não
transformadas, os solventes, o catalisador e os subprodutos são retirados do reator e
tratados de forma adequada
Considerando que no funcionamento descont:ÍmiO~ as concentrações ou as
pressões parciais (e quase sempre também a presSão total e a temperatma) variam com
6
o tempo no decorrer da reaçãc~ chama-se esta forma ·áe funcionamento de não escadominã.
Sob cenas critérios à.e opera,çio e cconõmicos, o funcionamento qesÇonrinuo ainàa continua
St!ncio ôÕf·quad.o e necessário. n.a arualid.ade..
Vantagens:
a) Obtenção de prodntos em quantidades relafrvamente pequenas, como por
exempio~· muitos corantes e medicamentos;
b) Obtenção de vários produtos diferentes em um mesmo reator, como por
exemplo. diferentes C{)raníes ou variantes de um tipo de plástico, . onde o fun.cionamenm
descontinuo e mais fácilm.ente adaptável e bem mais fle.--ável do que o de uma instalação de
funcionamento contínuo.
c) Quando existem grandes dificuldades na movimentação dos componentes de
reação. como por exemplo no caso de snbstâncias sólidas que se aglomeram em massas
viscosas e que·facilmente produzem incru.stações com entupimento das tubrilações e dosadores,
impedindo assim uma aiimemação regular.
d) Para muitas reações biológicas de ·obtenção de antibióticos, enzimas e
fermentos, para as quais .ainda hoje o funcionamento descontínuo é mais econormco em
virtude de permitir alcançar rendimentos elevados com as curvas de crescimento dos
microrganismos.
Inconvenientes :
a) O iilevitável tempo perdido no enchimento, esvaziamento, aquecimento e
resfriamento do reatar.
b) O maior consumo de energia por ter de aquecer.e resfriar cáda carga
· c) O maior gasto com a mão-de-obra.
Tipos de _!.eatores Descontínuos.
Como equipamentos de reação para o.funcionamerito descontinuo, empregam-se
tanques ~ertos, tanqt;es fe~, calde.iras., autoclayes que em sua maioria têm a.Cessórios .
. · para agitação: T,Jtilizãm:.se também cris9is, ~ubas e câmaras: .
.
· .
· .. ·
·
Campo de Aplicação.
Aplicado para reações entre substâncias liquidas ou sólidas. ~o caso de
~oen.tes gasosos, deVido a seus grandes volumes, ex.i~cem-se in._<rralações de funcionamento
contínuo ou semÍ-\.':OntÍnuo..
·
I.9.2 - FUNCIONAME!'I10 CO:N1"llilJO
No funcionamento continuo, os reagentes são introduzidos continuamente no
espaço de reação jtmto c.om outros componentes (solventes, catalisadores, gás, etc.) e também
de mn modo contínuo sai a tnistuia final que contém :lS substâncias resultantes e as matériasprimas não transformadas. subprodntos, solventes, etc.
·
·
· Mantendo-se cantante todas as condições como : as correntes de entrada e saída,
tempe.ratmas, pressões. cargas do reator, etc., o sistema continuo tende a alcançar o estado
estacionário. ~este caso, ~ncontnuno-nos diante de um funcionamento em regime
estacionário.
7
-
Vanta~ens:
·-
O funcionamento ~onrinuo permite:
;:;
a) um alto grau de m~niZ<Jção e automação;
b) Uma menor exigência de mão-de-obra;
c) Uma maior unifornridade do produto;
d.) Uma maior segurnn.ça de funcienamenta;
e) Condições de trabalho mais higiênicas. já que é mais racil conseguir a
hermeticidade da instalação;
f) Também se poupa em energia, pois não existem os aquecúnmtos e os .
r~os do funcionamento de sistema batch. ·Além disto, · uma instalação para .:.
timc10namento continuo pode ser constrUÍda de forma mais ~mpacta que uma descontinua
iguai ~idade. o que reduz cs custos de investimento_
de
.Inconvenientes.
O elevado custo em · dispositivos. de medir, controlar e dosar :mmentam
consideravelmente os custos de investimentos em até 25%. VISto que estes gastos não
dependem nmito do tnmanbo da instalação. sempre tende-se a implantar instalações de
fim.cionamento continuo de maior capacidade possível
Os processos de fabricação contínuos são pouco flexíveis, pois só pai-a uma
~ capacidade de produção podem alcançar um rendimento ótimo em termos
econoiDicos.
·
\
.
Assim. uma refinaria modema qtre só funcione com 75% de sua capacidade de
produção, já entra em.regime de prejuízo.
Tipos de Reatores.
As fonnas técnicas características dos reat.ores contínuos são o REATOR
TUBuLAR e as CALDEIRAS CONfÍNUAS com agitador, isoladas ou co.nectadas entre si,
furmando uma ·série !ie reatares em cascata
.
.
para as ·reações heterogêneas. empregam-s~ TORRES .DE REAÇÃO (Com ou ·.
sem monw:en5 Ín!errulS1. FORNOS TUBu"LARES GIRATÓRIOS e REATORES de LEITO ·
ESTATICÕ, de LEITO,FLUIDIZADO, &; LEITO MÓVEL e de Nu""VDI de PÓ.
1.9.~ -. FUNCIONA~ffiN!O SEMI-CONTÍNUO
G
Em m:uibs reações iru:h:Istriais s5o utilizados reatores que apresentam ao mesmo
tempo as caracteristicas próprias das operações em Batch e das Operações ContinmlS.
.
,
A este grupo perten.cem.. por exemplo, os reatores para esterificações, onde
introciuz-se primeiro o ácido e o álcool (caracteristica da operação em batch). porém "ai
ret:ir.mrio-se conrinnamente a li:,aua. que vai se formando para deslocar o má."rimo possível o
equilíbrio em favor do éster.
ákooi + ácido orgânico ___:=~·ia~·~ éster +água
8
- :;~.-
No sentido restrito, uma operação é semi-continna. quando em uma reação participam
duas fases de densidades diferentes e a totalidade das fases mais derisa, é introduzida nQ
reator de maneira descon.t:ÍII.tla (operação em batch), enquanto que a-fase mais leve se adiciona
e também se retira de fonna continua
Citemos como exemplo a cloração de hidrocaroonetos líquidos e a fàbricação de
pentacloreto de fósforo : em ambos os casos _as matérias-primas (hidrocarbonetos liquídos e
tricloreto de fósforo) são ÍIItrodllZidos descontinnamente na caldeira e depois injeta-se
continuamente mna conente de cloro até atingir o nível de transformação desejável Na
cloração de hidrocaibon.eto ~ácido clorídrico que se extrai cantimwnente;
· O que caracteriza a operação semi~ é que não se alcança o regime estacionário
em todo o transcmso do processo.
O esquema abaixo mostra de fonna ·simplificada o desenho dos principais reatores em
uso na indústria química genérica.
(bJ
(c)
Produto
Tré:, tipo:> de r::2torcs ideais: (ui r;!ator d::s::ontinuo. 01.: inte~nente . (i?,:rd: ·reucrorr :
(bl rl!:.ltor t~:>uhr tpir!g .now reucron e t~·l r~::.tor . çie m!stur.t tm!xed _no"· :-c,Kton
11 O -FLUXOGRAMAS
Os fluxogramas apresentam ·-uma seqüência. coon:Ienada dos processos-e -operações
unitárias, expondo desta fonna, os aspectos básicos de um Processo Químico. São
constituídos .de desenhos feitos sem escala e com representação esquemática do processo. .
. Os fluxogramas .jndjCAJD. . os. pontos de .entrada das matérias-primas .e . da energia
neCeSsária, como tainbém os p~s ·de remoção ~ prodil:tos e sUbproti:tos. .
.
Na avaliação geral de um processo · químico, desde a concepção inicial até o
detdbamento do projeto e operação da planta instalada, é preciso df>.senhar · nmitos
fluxogramas.
.
.
mms
Nas etaPas ini~ serão de um tipo
grosseiro, na fonna de um DIAGRAMA DE
BLOCOS sem nmjta.s in::rorma~ passando por debdhanJento e dimensionamentos
posteriores à medida que .aumentam o mímero de infonnações; conseqcência do
desenvolvimento do processo no sistema Caracteristico de uma indó:stria modema. Neste
sentido, os diagramas de blocos vão ganhando maior volmne de infunnações, de modo que os
fluxogramas evoluem passandn de QUALITATIVOS, sem maiores demlhamentos das etapas
do processo, a QUANTifATIVOS, qwmdo dão informações mais de-falhadas, inclusive sobre
as capacidades dos equipamentos e cfetalhameoto das openu;ões do processamento.
Um fluxograma. bem programado constitui a descrição mais concisa de um processo
qa:ímico, sendo extremamente revelador no . qae se refere a equipam# dus, de-falhes
operacionais e de reações, além de incluirem também informações sobre os tipos de~
as exigências de mão-d.e-OOra e utilidades gerais.
·
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CENTRfFUGO
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SECAGEM
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ACIDIFIÇAÇAO f -
~
ENSACAMENTO f-
CENTR(FUGAS ..__.
PU RI FICAOORAS
. ..
PRODUTO
COMIRCIAL
t·
------··-·"''" .......... ... .
AMIDO
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(.':
Figura 1 ~Fluxograma em DiagramR de Blocos da Obtenção do Amido,de Milho ·
,,
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Soja
$jbra
1
1
Descascamepto
[ 7:~cinrenro t---·~1
Moagem
grãos quebrados
Condicionamento
i
Flocos com gordura integral
Extração por solveqtes
Remoç_ão_ cio so~vente
Remoção do ::solvente·- · · Branco
Cozido ..
.Lecitina de
grau natiual
Flocos desengordurados ou farelo
(mínimo 50 % de proteína)
Figm:a 2 -Fluxograma em Diagrama dr! Blocos do Processamento de Soja
11
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Figura 3 - Fluxograma Qu.anritatrvo Integrado em Diagrama ãe Blocos do Processamento de
Leite
12
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Alimentador
continuo
f]'
,'
Centrifuga ·
Centrifuga
Lhdvla
Borra
para sabão
Tanque
de arma·
zenamento •.
Secador
I
a vécuo
M1sturador
Misturador
I
Vécuo
prensa .
Agua
aaponécea
HIDROGENAÇÃO
DESODOAIZAÇÂO
rn
J.
~
Vácuo
Colunas do
ACONDICIONAMENTO
htdrogenaçào
Sacador
a vácuo
Vapor---+--'
injetado
>
Filtro·
ptdnsa
,I
Usuário
! :
Propano
liquido
Vapor
de égua
... /
...
Figurn 4- fi1uxograma da Refinação Contínua de Óleos Comesú~·eis, Vegetais ou Anin\ais, lncluirido-se a Neutralização. a Cliuiftcaç5o, a
Hidrogenação e a Desodorimção .
..
'J
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ESTOCAOEM
R E BFRIAME NTO
ORDENHA
......·-·-·-·- ·-·-·-·-·- ·-. -·-·-·-·-·-·-·-·- ·~·-·-·-:·-·
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Figura 5- Fluxograma Quantitativo da Obtenção de ~eite Pasteurizado
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I
I
I
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Salmoura
Salmoura ou
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HrO
Salde mina
Torre da
soluçlio
Torre de soluçao
concentrado de NH. dllulda,
Amónia de reposlç4o ~ · ·tI
',,
i~
Coque-..,_-..,
\
'"'
Armozenamento
e empacotamento
do oortionato
de a6dlo
Cloreto de ct11clo /
Soluçêo de NH 4C/
'f)
~
..
Cloielo dá s6dlo
Calcário
Coque
CarvAo (nos caldeiras)
Perda de NH,
CO,
Na,S
-
Agua de r~lrlgeraçêo
Mêo-de-obra dlreta
R.eparos e manulençlio
1,50·1, 76 -tonelada
1, 10·1,35 tonelada
0.095·0, 11 tonelada
0;25·0,5 tonelada
.
.
2 11 -1 kg, como (NH.).SO. >-Por tonelada de barrllho 8 56%
30 8 37m'
o.bot-0.002 tonelada
62·76 m'
1 homem-hora
O, 7·4,0 homens-hora
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Figura 6- IrluxogrHma Quantitativo da Fabricação de Barrllhn pelo Processo Solvay
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VÁLVULA OLODO
..f:kl. Ri!OIBIRO IIAVET/1
"9 FILTRO P/ VAPOR
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-rO IIEOI!ITRO fiRAOEM AMOSTRA
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-ff- REITRIÇÃO
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INDICADOR DI PRIIIÃO
INIJICADOR DE TtMPERAfUIIJ\
fl:RNO EUNEHTO
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vAlVULA AUTONATIOA
I
I
I
Flgurn 7- lfluxogruma em PcrRpectlvu cJn 'l'ubulução .Envolvida em um J•roeesso de
PnHteut1zaçiio de Leite
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LISTA
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DE PEÇAS
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Fi~urn 8 · Fluxograma em l,erspcctiva isomHrica da Tubulaç§o Envolvida ·em ~m Procegso de fasteua·lzaçllo de Leite
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Flgurn 9.- Fluxograma em Perspccth•a Isométrica, dos processos a 11eco c a Úmido de
Fabricação de Cimento Portland
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Lll -LEIS QUE GO\'ERNA.'\f OS FENÔMENOS EM TECNOLOGIA Ql.7Í7\HCA
L 11.1 - Introduçao - O Processo Químico
A figura 9 representa um processo ~co genérico. ..:\.o observannos o
am.bien.te de uma indústria química, .podemos destacar três fases fundamentais que objetivam
rran.sÍonnar as matérias-primas cm produtos~ Estas fases estão represen:tad<ls àe forma
~squemárica na figura abaixo.
RECICLO
OPERAÇÕES
.~s
SEPARAÇ.:\.0 DOS
~fATERIA-PRIMA
·· PRODt.i"TOS
PRODUTOS
SU"BPRODtrrOS
E.FLUEN"I"Es .
. ... t.•.FASE - . .
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. TFASE
- · ·J· · ·· J•F.ASE
__ . _Fi? 9. ~~:Pre:'~ esquemática de um processq qtrimico genérico
---- - -· - · -- --- ·· -- --· - · ------....
----Na figÚra acima podemos observar que a fase inicial representa a fase preparatória
das matérias-primas, qôe tem por obj_etivo adequar as propriedades destas às n~sidades do
Processo Quínrico. Nesta primeira fàse, em geraL-a grande maioria Qps tranSformaçõ~ sãO de
natu..:eza física como: reduç3o de. tamanho, classificação, transporte, concen~ão, diSsolUçãO,:
aqlÍecimentQ, etC. É · poss!vel aconteCer transformações químicas nesta fase, tais càmo:· .
combustão, ataque ácido, craqueamento, ·etc. Todas «:!stas preparações têm por objetivo
~ - -
-- ~ -
facilitar as transf~ões químicas posteriores, otinúzando o processo químico.
Após o adec[tiado prepara das matérias-primas, estas podem ser submetidas às
transformações quimicai que conãa:zirão aos produtos desejados, correspondendo, neste caso,
ã segunda~ do esquema representado na figura 9. Nesta fase, !Illiitas vezes são necessárias
etlpaS de reaçõ~ p:ua se conseguir o produto; as quais necessitam: de operações
de aquecimento, resfriamento, nristuração, .etc., para serem executadas em condições
õtimas. Esta segunda fase represema. o "coração" do processo químico. ··
Na terceira fase, a mistura de produtos, subproàutos e resíduos da reação, é
submetida a mna série de operações de separação, classificação e pmiiicação, que objetivam
adeqtW a composiÇão dos produtos aos padrões especificados de pureza. e qualidade, bem
como permitir a reciclagem dos materiais qae não reagiram. Como podemos observar, existem
transfunnações.. .tisicas e transformações químicas
um processo químico, todas integradas
para atender os objetivos da produção.
,,.árias
auxiliares
em
19
U 1.2 - tNTRODUCÀO AO BALA'\CO DE ;\L.:\SSÁ E DE 2-l""ERGL-'\. DE Liv!
PROCESSO QtiÍMICO
.
~ .
.
Os b3lanços de mass.l e de energia de um processo qü:ínllco têm por objetivo
avaiiar n. quantidade de materiai que en:t:rn e sai, bem como àetermmnr a energia consumida ou
gerada pelo processo.
Tais balanç.os estão fimdamentados ~as leis de CONSERVAÇÃO DA MASSA e
DA 8-t'"ERGIA
O dimensionamento dos equiprunentos utilizados nos processos quúnicos tem por
base o balanço da quantidade de mmerial que entra e sai do equipamento. Para. se calcular a
quantidade de material que entra e sai em um sistema, basta tàzer um inventário do fluxo de _
massa que ent:ra, menos · o fluxo de massa que sai dilS fronteiras do sistema. De modo
semeihanre, o balanço de energia. é realizado observando a energia que. entra e sai das
fronteirns do sistema
A ~ão. geral ~ um balanço está indicada m equação -1 e, resumidamente na
eqtl3Ção :! : · ·-
f~
\)U ma..c:sa
-·
·· ·
l r
Energia OU massa ;
sistema
J L
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_
· -
fEm:rgia \'11 ma=
! :rmtml:!cb no . = I que e:attaliO ~~-l
L
·
ques:li. do
smma
l + [EDergia
.
J
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l -lc:onsumida
;
OU massa
gcnd3no
-
Energia OU massa
mtema
sistema
J
no
l Eq.l
.
J
[Acttmula} = (Entra] - (Sai] + [Gerado] - [Consumido)
Eq.2
Os termos de geração e consumo estão diretamente relacionados às reações
químicas.
Lll.3- TE&\10DINkvfiCA/TEfuv10QT.JÍlvfiCA
A termodinâmica fornece dois .impo:mmr.es subsídios necessários ao projeto de um
processo qo.:ímico : o calor liberado ou absorvido durante a n~ação e o rendimento máximo
<F ~ poderá obter da tn~ É partinPo-se de dados tennod~âmicos como a energia _livre
de Çibbs (G) que se poderá calculai: a constante ·c:Ie equilíbrio das reaç~es químicas, e por sua
vez,- poderemos calcular o gr.m de conversão do equilíbrio. COIIl:O limite nláxinio ·da reação .
._A energia livre de Gibbs relaciona-se com a Constante de equihõrio através da
~ção 3 abaixo :
·
Eq.3
onde:
A.GO 4 Variação da energia livre de Gibbs em c:ond.ições padrões ·
R 4 Constante universal dos gases perfeitos
T 4 Temperatura absoluta (em Kelvin)
K 4 Constante de ~hôrio
)
20
)
)
)
-Oatro ponto importante são os parâmetros termodinâmicos das reações como
o calor liberado ou absorvido,' calculado a partir da variação de entalpia (Mi) e do
calor de reaçjo.
•
L 11.4- CINÉTICA QUÍMICA
A química estada as reações, soa. forma. e mecanismos, a ·maior ou menor
filcilidade com qne ocorrem, a5 transformações :li$icas e energéticas envolvidas no
processo ou produtos que serão ·o btidos e, finalmente, o rendimento apresentado..
A cinética química, de modo geral. piocma car.acterizar e analisar os :&tores
qae influenciam a velocidade de mna reação química. Na tecnologia quúnica, a cinétic2.
de uma reação precisará. ser conhecida se queremos projetar ~ente o ·equipamento em que vão se efetuar essas reações em escala imiustria1. É claro qoe, se a ·
reação for suficienremente rápida, a ponto de ser considerada em equilibrio, o projeto
será mais simplificado. Neste caso, as ·informações cinéticas não serão necessárias,
bastando para o projeto, infOrmações temwdmâmicas..
. . A cinética qttimica. é· fim~amentalmente e:~erimental, e a partir dos dados
eXPerimentris lev;mtados em laboratórios estabelece-se a equação da velocidade ou a
taxa de reação, obtendo-se um gráfico da taxa de conversão cautra o tempo de reaçãa.
A taxa de reação ~ é representada de foona genérica como..sesegue:
Rt =~=número de moles de i formado
V At
volume x variação do tempo
Eq.4
. 111.5 - C~OLE E INSTRUMENTAÇÃO DOS PRoa;:Ssos QUÍMICOsl .
Nos Estados Unidos e em outros países o pmo'SS3mento de dados e os
iiiSt:ruinentOs~de eoriipatàçãO:eitâo.:asC:nminâó a-pledominância e o controle"-das:_siStemas
dê~ento. É~iiiipo~ desta fon:na; -rião sOmente escolher os instrumentos para
registrar tempetatmas ou pressões, mas principalmente ter os dispositivos confiáveis para
manter e controlar as condições operacionais d.esejádas.
.
. . .
· Umà ·caracteristica que. é qUa,se. universal na plan.1a química modeiDa é a
insttmnentação iiuii<A'dora, oontrolador:i e· registradora das variáveis de processo. Neste
contexto os pontos básicos a serem atingidos envolvem: · .
1. Informação irzstamân.ea.- envolvendo os instmmentos indicadores, para a
temperatmà (termômetros e tennopares), pam a medição de massas (balanças
convencionais), paia a pressão (manô.metros).
2. Registros contipuos: de instrumentos especiais, para registrar te.mperatma, .
pressão, massa, vismsidade e muitos ontros dados fisiC<HpiÍmicos.
3. Automação integral ou controle por computador: as reações' sensíveis, as novas
disposições de equipamentos e os esquemas de controle constituem sistemas complicados
onde é praticamente impossível ao homem calcalar (defenninar) o comportamento do
processo dmante a partida ou depois de peLturbado em relação à condição de estado
permanente A facilidade com que o computador pode ser prograrilado, a velocidade e a
exatidão na resolução das eqnações difeteuciais que modelam o processo e a ·visão que
ele fornece sobre o comportamento global do>Sistema em estDdo são as prin~ razões
qoe demandam o grande emprego destas máqlrinas na indúsma modema
21
Ii
L
Lll.6- QUESTÕES BÁSICAS DA TECNOLOGIA QUÍMICA
A implantação de mn processo químico requer a resolução ãas seguintes questões
fundamentais :
*Quais as reações que podemos esperar ?
*Com qae '\Tel~ ~erão ocorrer?
*Como serão implantadas as reaçõ~?
* Qoal o impacto ambiental do processo ?
• Qwd.a viabilidade econômica do processo ?
.. 112 -REFERÊNCIAS BffiiLIOGRÁFICAS
L EPSH I EIN, D., Fundamentos de Tecnologia Química, V. I; Editorial Mir.
-
.
.
2 MUJLIONOV, IP., AVE.RBUJ, A· Y., · FUR.MER, I.E., TIJMARKINA, RS~,. .
Tecnologia
·
Química General, V.l, Editorial Mir, 2.ed, 1979.
3. SHREVE, R.N., BRINK, IR, JOSEPH, A, Indústria de Processos. Químicos, Ed.
Guanabara. Dois, 4.ed, 1980.
4 . . SANJUÁN, F.; FERRER, F., Processos Químicos Industria/es -Rama Química,
1980,
Ediciones Don Bosco, Barcelona, 1980.
·.
"
)
)
)
22
)
)
)
)
)
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA ANP- PRH-31
NOTA DE AULA DISCIPLIN•A: INTRODUÇÃO AO REFINO DO PETRÓLEO
PROF. RINALDO ARAÚJO
O PETRÓLEO, SUA ORIGEM E COMPOSIÇÃO BÁSICA
O petróleo não é uma substância uniforme e suas características variam
grandemente de acordo com o campo produtor, em funÇão de sua constituição, isto
ocorrendo dentro do próprio campo.
A American Society for Testing and materiais (ASTM) o define como:
" Uma mistura de ocorrência natura~ consistindo predominantemente de
hidrocarbonetos e derivados orgânicos sulfurados, nitrogenados e oxigenados, o qual
é ou pode ser, removido da terra no estado líquido".
" O petróleo bruto está comumente acompanhado por quantidades variáveis de
substâncias estranhas como água, matéria inorgânica e gases'.
Conforme o tipo de hidrocarboneto predominante: parafínicos, naftênicos ou
aromáticos, as propriedades físicas dos diferentes petróleos encontrados na
natureza variam bastante~ Pode-se ter desde óleos muito fluidos e claros, com
grandes proporções de destilados leves até óleos muito viscosos e escuros, ricos em
destilados pesados ..
O petróleo é encontrado acumulado em regiões cujo subsolo seja constituído
de grande número de rochas sedimentares, que se caracterizam por sua alta
permeabilidade,· possibilitando condições de armazenamento.
A teoria mais aceita sobre a origem do petróleo é atribuída ã Eng ler e Hoter.
Segundo estes cientistas, o petróleo seria oriundo de substâncias orgânicas, restos
de animais e vegetais (principalmente ·plânctons) que se depositaram em grandes
quantidade~ no fundo do mar e lagos. Esta massa de detritos orgânicos sob ação do
calor e da pressão e bactérias, ao longo do tempo, se transformou em gases,
compostos solúveis em água e um material semi-sólido(pastoso) remanescente.
Finalmente, o material semi-sólido através de um craqueamento catalítico(200°C),
tendo como catalisador os complexos organo-metálicos formados, se transformou
em líquido(petro-líquido ).
As densidades dos petróleos podem variar entre 0,80 a 1,00; em geral, ele é
inflamável a temperatura ambiente. Seu odor pode apresentar características
agradáveis, típicos de compostos aromáticos, até os fortemente desagradáveis
produzidos pelos compostos sulfurados.
Composição centesimal média do petróleo
ELEMENTO
'Yo EM PESO
83,00 a 87,00
Carbono
11,00 a 14,00
Hidrogênio
0,06 a 8,00
Enxofre
0,11 a 1,70
Nitrogênio
Oxigênio
0,50
Metais(Fe, V, Ni, etc) 0,30
I
CONSTITUIÇÃO DO PETRÓLEO (PRINCIPAIS FRAÇÕES)
A alta propqrção de carbono e hidrogênio, existente no petróleo, mostra que
os hidrocarbonetos são seus principais constituintes, podendo chegar até 90'Yo de
sua composição. Os outros elementos aparecem sob a forma de compostos orgânicos,
compostos organometálicos e sais de ácidos orgânicos.
A figura abaixo mostra a distribuição global dos constituintes do petróleo.
-··-- ---- - -----..
;
HIDROCARBONETOS
(C,H)
•
______L_
-
- ~ - - - - ~-[~-:~ - ~~ ~-~~-- ·
-•.:
ALIFÁTICOS
!
______ ~---_:_·~---1-~--~ - - ·: _ - -·i ·- ______________L____________________ _i ,_ _ _____[::~~~-~~- I --~=~~~: _1_ _
___________________L ______ ____ --'
-- --------------'---------------
! AROMÁTICOS
OLEFINAS
(TRAÇOS)
CADEIAS
RAMIFICADAS
,__ ____ _ _ __ _ _ _ _ _ _ __ __ __j
CADEIAS
LINEARES
CADEIAS
CÍCLICAS
!
l L..· ----~--------------- _____ji
J lltlONONUCLEARES j
1 POLINUCLEARES . ' .
i
i
~--------------------------------)
--·-· ··-···· --------------------- .
NÃO HIDROCARBONETOS
(S , N, O, Metais)
-- ---___ ::_:______L_ ___-- ----------------- ---- _________ ____]________________ ,--------- - 1 ____ __________ _
1
RESINAS
._ ..
l
-·-· - . --- -·-··-·-··-· --------·- ·--·-- ___ J
ASFALTENOS
-
1 CONTAMINANTES ;
i
ORGÂNICOS
'
;_ _ _ _ _ _ _ _ ___ _ _ _ __ _ _!
CLASSIFICAÇÃO DO PETRÓLEO
A atual classificação do petróleo é baseada no conteúdo primário do petróleo:
parafinas, naftênicos, aromáticos, compostos sulfurados, nitrogenados, oxigenados,
asfaltenos e resinas. As principais frações assim distribuídas são:
o Classe parafínica: inclui os óleos crus leves, fluidos de alto ponto de fluidez,
com densidade inferior a 0,85, teor de resinas e asfaltenos menor que 10%,
viscosidade relativamente baixa. Os aromáticos presentes são do tipo mono e
dibenzotiofenos. O teor de enxofre é considerado muito baixo. ·
o Classe pa·r afínica-naftênica: apresentam teor de resinas e asfaltenos entre
5 e 15'Yo, baixo teor de enxofre, aromáticos entre 25-40'Yo, com moderado
teor de benzeno e dibenzotiofenos. As densidades e viscosidade são
moderadamente superiores aos da classe parafínica.
o Classe naftênica: nesta classe enquadram-se poucos óleos. Em geral, se
constituem em óleos degradados que contém menos de 20'Yo de parafinas.
Apresentam baixo teor de enxofre e se originam de alterações bioquímicas
de óleos parafínicos e parafínicos-naftênicos.
o Classe aromática intermediária: compreende os óleos freqüentemente
pesados, contendo de 10 a 30'Yo de asfaltenos e resinas e teor de enxofre
acima de 1'Yo. O teor de monoaromáticos é baixo, em contrapartida, o teor de
tiofênicos é elevado. A densidade é usualmente elevada (maior que 0,85).
o Classe aromática-naftênica: são derivados dos óleos anteriores por
degradação bioquímica, podem conter de até 25'Yo de asfaltenos e resinas e o
teor de enxofre oscila entre 0,4 e 1'Yo.
o Classe aromática-asfáltico: Compreende os óleos pesados, viscosos,
resultantes da alteração de óleos intermediários. O teor de asfaltenos e
resinas é elevado (entre 30 e 60'Yo). O teor de enxofre varia entre 1 a 9'Yo.
_ Principais estruturas moleculares da composição do petróleo
• HHHI-tHH
I
j
I
t
I
1.
H.·c-c-c-c-c=c
I
i
1
'
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H H H H
H
(b) Hormal Hexeno,C6H~
H
I
H,
,-c....__ ,H
c
c
I
11
11c~Ç/c'H
H
(d) f,enzen!! 1 C(IH6
H,
H-C-H
HHHHHH
I
I
I
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I
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c-c-e-c-c-c
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H
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I
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H li H H j.j
H
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H-C-H
HI HI
HI
H-c- e-cH
I
I
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I
c-
H-C-H
I
H
2-2 Dimt+hyl butane
cf>
H,,.
( f) l5omeric li&O·paraffi'n Compoonds
FHl. 2-1. StriwliH&I ftwnuallll! flf hyda·or.arooiUI.
R -o
........... /
Alkyl :sulfa.es
Hydro9et1 sulfídl!
H~s-H
Mtrcoptan~:
Methyl
H-S-R
Bentyf
H-S-CH,
H-S-::-CeHs
p;,ultld•~
Methyl
y..................
H-0
R-S-R
R-s-s-R
(CH2)n
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Sulfonlc ocld:s
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SulffdU!
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n- Butyl
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Thiop~9nt
H-C/ 'c- H
li
11
H-C-C-H
Fw. 2-4 . Struct\lra.l rormulu or aulfur compounda. The symbol R reren to an alkyl
tadical, i.e., a group of earl;on and hydrogf!n &tom!!.
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Tabelas Típicas de Composição de Diferentes Amostras de Petróleo
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2-3. UI.TIMA'f}J CHEl.UCA.L ANALYSES OF P~TROLEt.JM
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Petroleum
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_,_., .,.
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Sp
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gr
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Pennsylva.nia pípcline .. 0.862
Per
cent
H
Per
cent
c
c
1.14
12.9
Baku, U.S.S.R .. . ... :, 0.897
Colombia, South
America ..........
·I o
.948
... 86.5
s
Baae
11.7
14.2
Mecook, W.Va. . . ...... 0.897 o 83.6
Humbolt, Kans . ... ... . . 0.912 . . . 85.6
Hee.ldton, Okll\ ..... oo.
. . . 85.0
Coaliriga, Galif ... . .... 0.951 15 ' S6.4
Beaumont, Tcx ... . . . · . 0.91 ... 8:5.7
Mexico ...... . ... . .. . 0.97
15 83.0
'
o
fler
cent
12.9
- ~--
15 85.5
'4 •••
Per
cent
- - - ·-·--·-...-.----. . ..... Paraffin
..' .
Paraffin
3o6
. . . . ... 0.37 Mixed
... 0.76 Mixed-
··- - ·
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Per
cent
N
12.4
11 .o
11.0
12.0
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•
.....
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...
2o6l
1.7
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....
0 .60
0.70
4.30
Naphthene
Naphthene
Na.phthenc
1.6
20 85.62 11.91 Oo54
Exemplo de Composição Típica para um Óleo Cru de Base Aromática t
·c
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)
NATUREZA DOS HIDROCARBONETOS
QUÍMICAS
VERSUS PROPRIEDADES FÍSICO-
As tabelas a seguir mostram as principais correlações entre as propriedades
do petróleo e os hidrocarbonetos que o formam:
Principais famílias de hidrocarbonetos e propriedades associadas
Massa
específica
Indice de
octano
Ponto de
congelamento
Indice de
c etano
Craqueamento
Variação da
viscosidade com
a temperatura
Resistência à
oxidação
Parafinas
Baixa
Isoparafinas Naftênicos Aromáticos
Baixa
Média
Elevada
Ruim
Bom
Médio
Muito bom
Bom
Muito boa
Boa
Baixo
Muito baixo
Bom
Elevado
Médio
Médio
Baixo
Médio
Fácil
Fraca
Fácil
Fraca
Razoável
Média
Muito difícil Fácil
Elevada
Fraca
Boa
Boa
Boa
Ruim
\,
Olefinas
Baixa
Ruim
- 1-U[IRIP/CIIJiTE'.
' 0.U.4Ni/O o P'f<ol?V[O:; UM 01-!iO
/
/
Principais famílias de hidrocarbonetos e características dos produtos derivados
Família
Parafínicos
Naftênicos
Aromáticos
Produto
QAV
Diesel
Lubrificante
'·
Característica
Combustão limpa
Facilidade de ignição
Estáveis à variação de
temperatura
Variáveis em função da
composição e da concentração
Gasolina
Nafta
Q AV (bJ.u;;.pggJJf. ~n- 4vJA-c.; oJ.
Lubrificante
Otima resistência a oxidação
Gasolina
Solubilização de substâncias
Solventes
Formação de agregados
Asfalto
Elevado conteúdo de carbono
Coque
Influência dos contaminantes nas propriedades do petróleo
Sulfurados
Efeito
XXX
Toxidez
Poluição
XXX
Corrosão
XXX
Acidez
XXX
Odor
XXX
Depósitos
XX
Instabilidade
X
Danos a fornos
XXX
Envenenamento
catalítico
Contaminante
Nitrogenados Oxigenados
Metálicos
XX
XXX
X
XXX
XXX
XXX
XXX
XXX
X
XXX
XXX
x x x Grande influência
x x Média influência
· x Pequena influência
ESQUEMA GERAL DE FRACIONAMENTO DO PETRÓLEO
Feedstock
n-Heptane
Sllica or
.llumlna
C.;wbon Olsulflde
or F>yridlne
3. BerueneMelhanol
Res~ns :
(Polars)
2. Benzeoe Of
Toluen11
Aromatfea
1. Hept11ne
Saturates
)
)
)
)
)
)
)
Quadro geral de Distribuição de Propriedades
1. Características de Volatilidade (inclui: pontos de ebulição, pressão de
vapor, pontos de fulgor). '
2. Características de Combustão (inclui: números de octano e cetano, poder
calorífico, ponto de .fuligem, etc).
3. Características de Escoamento (inclui: viscosidade, ponto de ·fluidez,
pontos de congelamento e névoa, ponto de entupimento, etc)~
4. Características de Estabilidade Térmica e Química (inclui teor de go'mas
ou oxigenados, teor de nitrogenados, resíduo de carbonos, etc).
5. Características de Poluição e Corrosão (inclui: estimativas de acidez e
salinidade, teor de sulfurados, corrosividade, etc).
Principais metodologias de caracterização do petróleo e seus derivados
(combustíveis e lubrificantes).
1. Metodologias para qualificação do petróleo
1.1. Composição via curva de destilação PEV- Ponto de Ebulição Verdadeiro
(ASTM D-2892)
Princípio: envolve a determinação dos principais cortes ou frações que
constituem o petróleo. Os rendimentos para cada fração · são
correspondentes aos intervalos de temperatura usados na separação. O
procedimento consiste em uma destilação atmosférica e a vácuo do material
bruto, recolhendo-se os produtos a temperatura constante ou a volume
constante. Asslm·é que se separam: Gás combustível e GLP (entre -44 - 0°C),
nafta leve (32 a 90°C), nafta pesada (90-190°C}, querosene (100-270°C),
gasóleo leve (270-320°C}, gasóleo pesado (320-390°C), gasóleo leve a vácuo
(390-420°C), gasóleo pesado a vácuo (420-550°C}, resíduo de vácuo (>
550°C). Do ponto de vista instrumental aparatos (colunas) de destilação
manual ou automática são empregadas.
1.2. Densidade relati va e Grau API
.
Princípio: refere-se à relação entres as massas específicas do produto
e a
.
de um padrão. No petróleo esta propriedade relaciona-se ao conteúdo de
frações leves e pesadas da composição. A forma mais usual de expressar a
densidade consiste em se determinar o oAPI da amostra, conforme: a
expressão:
APJO = 141,5
- 131,5
dl5 ,6 ! 15,6
Do ponto de vista instrumental densímetros manuais (flutuantes) ou
automáticos (princípio ótico) são empregados.
1.3. Ponto de fluidez:
Princípio: corresponde ao menor valor de temperatura no qual o material
(petróleo) ainda flui ou escoa. É um indicativo da parafinicidade da amostra,
aumentando com a mesma. Os petróleos com base · nesta propriedade são
classificados como BPF (baixo ponto de fluidez) e APF (alto ponto de
fluidez). Do ponto de vista instrumental a determinação envolve o uso de
aparatos específicos, incluindo banhos, sistemas de oscilação e detectores
de nível.
Outras propriedades:
Teor de Sal
Acidez naftênica.
- Índices de caracterização (Smith e Watson- PEM, Maxweii-PEM, VGC,
IV, Kw- PE x d, BMCI -PEM, API x ponto de fulgor, ponto de anilinaaromaticidade, Huang- refração),
)
)
.á 'I"
Q,
.
l .LI... ,.na.tses
utmtcas
_cromatografia gasosa (para compostos com PE entre PEI-250°C),
_ Análise elementar (excitação térmica e detecção ótica): para
•
compostos com PE entre 200-500°C,
_ Cromatografia líquida: para identificação de famílias ou grupos de
hidrocarbonetos (para compostos com PE entre 200-600°C).
_ metodologias específicas de correlação de índices (análises
conjuntas de refração -IR, viscosidade .., .e de enxofre por Raios-X, nos
permitem calcular os teores de .carbonos parafínico-P, naftênico-N e
aromático-A.
EX.. Petróleo
.
Método SARA (saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos)
solventes e adsorventes.
uso de
EX: Derivados tipo frações leves (naftas, QAV, querosene, etc)
Método PONA (parafínicos, olefínicos, naftênicos, aromáticos) : uso de
adsorção em coluna contendo indicadores fluorescentes, extração seletivas
com solventes (frações S, O, A). Análises subseqüentes de refração sobre a
fração 5 nos permitem determinar P eN-separadamente.
2. Metodologias para qualificação dos derivados combustíveis e lubrificantes
2.1. Composição via curva de destilação ASTM
Princípio: envolve destilação dos derivados (gasolina, QAV, diesel) sób
condições controladas e separação de frações a temperatura ou vo1ume
controlado.
2.2. Pressãó ·de vapor Reid
Princípio: envolve a determinqção da pressão de vapór (barómétrica) no
interior de um cilin~'ro apropriado (l 38,7°C.
2.3. Ponto de Fulgor
Princípio: envolve o .b.quecitn~nto constaMe da amostra sob a incidência de
umo centélhd onifortrie até' que sft jnicit tH1rf5rocesso de queima de duração
muito breve (f,f0:$h). Â 1empei4:h.lr.'d.cCitt~~~cte neste instante é o ponto de
fulgor. O pdtfto dt'(utg~ ~ ttrt\(1. ~lrh~fÍrãttrr'átanto menor quanto maior é o
teor de tevês da mistura:
2.4. Índice de octano (número de octano)
Princípio: Corresponde à porcentagem volumétrica de isoctano (2,2,4trimetil pentano, iso-CsH1s ) e mistura com heptano (n-C7H16), que queima
com as mesmas característica s de detonação e intensidade sonora que a
amostra em análise. Aplicável para motores segundo o ciclo OTTO. Como se
conhece a composição do sistema de hidrocarbonetos (e seus n°s de octarros
-NO) é possível, de forma indireta, se determinar o IO da amostra
(combustível). Os valores de NO's de hidrocarbonetos puros se encontram
devidamente relacionados em tabelas específicas. O índice ou número de
octano pode ser de dois tipos: MOTOR (MON) ou Pesquisa (RO.N). A
diferença prática entre eles se deve às diversas condições de operação do
aparato instrumental usado na análise de cada um (MOTOR padronizado ou
de referência). A octanagem cresce com o teor de isoparafinas e de
insaturados (estes dentro de certes limites).
2.5. Índice de cetano (número de cetano)
Princípio: Corresponde à porcentagem volumétrica de n-hexadecano (C16H34)
em mistura com a...,-metilnaftaleno, que produz um combustível de mesma
qualidade de ignição que a amostra. O IC cresce com o teor de carbonos
saturados e não ramificados da composição. Semelhante ao observado para o
comportamento de octanagem diversas tabelas relatam _os IC's de
hidrocarbonetos puros. A determinação experimental pode ser feita em
motor apropriado ou via correlações de IP e da T50'Yo ASTM.
2.6. Ponto de fluidez
Princípio': segue as mesmas considerações descritas para o petróleo. Neste
caso o ensaio é aplicado para combustíveis e principalmente óleos
lubrificantes. '"
2.7. Viscosidade
Princípio: envolve a medida da resistência do fluido ao escoamento. É
aplicável para todos os aerivados do petróleo, a exceção do GPL e gasolina. A
determinação envolve o uso de banhos e vidrarias especiais calibradas onde
se cronometra o tempo de escoamento da amostra, a diferentes
temperaturas, em uma seção previamente definida.
2.8. Teor de enxofre
Princípio: envolve a queima da amostra em sistemas fechados para formação
dos gases sulfurados (502 503), os quais são absorvidos em água. o ácido
formado é então submetido a procedimentos de análise volumétrica
(acidimetria) ou gravimétrica (precipitação como BaS04). Outros ensaios
envolvem a reação com prata (enxofre mercaptídico), com plumbito de sódio
(ensaio doctor para RSH). Para combustíveis é .mais comum o ensaio de
corrosividade a lâmina de cobre ou prata. Ne·ste caso, corpos de prova
padronizados do metal são contactados com a amostra em tempos prédeterminados. A análise final consiste ria comparação das cores formadas
(devidas a prováveis produtos de cçrrosão) com lâminas-padrão.
e
2.9. Teor de gomas
Princípio: envolve a determinação do resíduo (borra), insolúvel em n-heptano,
resultante da evaporação de quantidades definidas de amostras
combustíveis.
2.10. Estabilidade térmica
Princípio: envolve a análise dos produtos formados quando a amostra é
submetida a aquecimento a altas temperaturas (200°C).
2.11. Resíduo de cat'bono
Princípio: envolve a determinação do resíduo formado durante a evaporação
e pirólise (> 500°C) do material.
SAfDA
BOMBA DE VÁCUO
Figuro 1.37- CURVA DE DESTILAÇÃO PEV DE UM PETRÓLEO
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FORMAÇÃO DE RESIDÇJOS
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AQUECIMENTO
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Figura 3.6 • APARELHp PARA O TESTE DE DESTILAÇÃO ASTM
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figura 3.55 ·APARElHO PARA A DETERMINAÇÃO DA GOMA ATUAL NA GASOLINA
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figura 3.44- APARELHAGEM PARA DETERMINAÇÃO DO PONTO DE FLUIDEZ
AGITADOR
TAMPA 0€
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OPERt.plo ( 550! !5,!5 °C l
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VI:!COSÍt,!ETilO
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AQUECEDOR E
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DO PAR TERIIIOEL.ETRICO
Figura 3.59 · APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DO RESfOUO DE CARBONO CONRADSON .
labelo 1.25 ·ANÁLISES QU[MICAS REALIZADAS NO PETRÓLEO E FRAÇ0ES
PRODUTOS
DOSADOS
fRAÇÕES OE
PETRÓLEO
METODO DE
PIE·I40=C
Crcmna:ogrof:o em fase gasoso (CG)
Todos os compostos químicos existentes no
froção, Aí compreendidos os produtos sulfurados ..
140-250-C
·CrQlllT\Otogrofio em fase gasosa (CG)
n-Porofinos. produtos sulfurados e nitrogenados
250-350"C e
I Anóise Elementar
Carbono, · hidrogénio,
oxigénio
Tot'IIOmelria
Medido do mosso molecular
. ANÁLISE
350-~C
Fratcionomentci por
ern fase liquido (CL)
enx~fre,
;·
nitrogénio
e
l
cromatografia '! Hidrocarbonetos saturados (~nálise em famílias;
por CG dos n parafinas produ;tos sulfurados)
;-
..
Aromáticos (análise por em; séporoção por CL de
mono Di. !ri e polioromáticos) ·
Resinas (análise elementar e r-jíquel e vanqdio)
500-6500C
Fradonomenlo por
enm fase líquido (CL)
cromatografia C, H, N. O, S e ·Ni. V (tal como;:io coso
anterior).
A observação de que neste Çaso a separação é
muito mais difícil pelo
pre}enço de osfoltenos,
os. quais sào também separacjos
:~.
C. H. N, O, S e Ni + V
600+
~
<!flll-
I
-l
t
PONA
Figuro 3.52 ·APARELHO FIA
d20/4
SATURADOS
ORIUNDOS
DO FIA
GRÁFICO
11
n2o 0 c
''
Figura 3.53 • OETEMICAÇÃO DO PONA
.. .
. . : . . ' . . ... ~ ..
. .. -·: ~-= - ~: :_·__ _:_:_ ..:.:... .. :.".:.·,_, _
Tabela 4 .1 ·APLICAÇÕES COMERCIAIS DAS FRAÇÓES OE DéSTll.AÇÃO DO PETRÓLEO
fAIXA QE DESIItAªQJ~9
FRAÇÃO
2. .
'I
:::s-C8
ulJoix.o· do -44
Gós cornbu)lívol
Co mbustí·.,tel
.
doméstico e in~Jusl.-iol; Petroquímica
Gás liquefeito do petróleo
t~oflo léve olmmfé:rico
32 o 90
Gn> olin< ,; P<:lroquímico; SoJJt:r.tf:>
90 'o
Gm olino; Oblonção da Ato{·nóli..:cJs
Ql; C::JAV; ôtoo diesel; Dolcrt-~enltl~
.
:zs-c3:;2 Gasóleo lovc do vóctJO
Gos61eo pesado de võc:uo
Resfduo de Vócuo
L.N~õ ~9f'Jt.A.
:-
IYO
270
320
100 o
62-C~.1-6 Querosene
C,16 - ·C:zo Gos61eo leve olmosfé:rico
C,:z:L-C28 Gasóleo pesado atmosférico
~C"'o
Gós c.on•bus1íve1; Matéria pçJra potroquirnica
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a
-44
Ca-C:1.2 Nof1o pcsod? otmosft!;rico
C32- Ctf<
··--_P~L~CtrAJS APLICAÇÕES CQ!v\E!lE.:!A.IS
---..--1
270 o
320 o 390
3'}() o
4/.0
420 o 5!.i0
Corna <Je: fCC; lubrificoniE:l
ocilüo de 550
Ól€' o r.nrnbtJstivel; lubrificohtes: / .~f·:J!Io't
Ólu o dilHt:l; Óleo de Aquecjmr.:nlo
I
Óle o diesE:I; Gasóleo Pelroqi.Jin 1i.-:o
I \Jbl •lic• H1lc:~; ótoo diusol
.
.
-
. .. ..... ,,.. ..
·I
·.~=------~----------J
Tabela -4.2 • Al'liCAÇOES COMI!RCIAIS DAS F.IV\ÇOI!S DI! FCC
->- fõr<tv\11 iJ
~ A-91=A1-T'1&/I
FAIXA OE DESTILAÇÃO (°C) --pRINCIPAIS ArLICAÇ6!~-
FRAÇÃO
Gás cornbuslivel; Matéria por o petroquímica
. abaixa de -44
Gós combustível
~
, lnduslriol;
domóslico
Combustível
Obtenção de gasolina de o·.·k1Çch•
o
-·44 o
Gás liquefeito do petróleo
..
~~
Norte do craqueomonlo
32 o
Óleo leve de reciclo
220 o 340
Óleo D.aconlado
Coque
, _,
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r- S' ,ul•t f
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Ólec diesel; Óleo Combusliw:I
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3.t(0 em dionl9
P.•'l-;íduo oromólico; Oblenc;.f• o dn coquo
-
Tola!menlo queimado no reç J•~nerador
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Go\nlino
220
-
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Tabela +.3. APUCAÇ0ES COMERCIAIS DAS fRAÇ0t:S DE COQUEAMENTO RETARDADO
Y~!~!Ç";~fAIS APLICAÇ0ES CO Mt:RCIAIS"
-- ·- - - -·" ""-----!
FAIXA OÉ DESTILAÇÃO { 0 C}
F-RAÇÃO
Gt'l~ c:or~.l.·•.·~livol;
otloixo do -44
Gó\ combustível
o
o
Gó~ C:nrnl ;tJ~tivel domôslico e in c1ll:>lriol
Gás liq\Jcfcilo do petróleo
-44
Noflo de coquecimenlo
32- o
220
Go~olin•J - inditolomenle
Gasóleo leve do coque
220 o
340
Dicsc:l· incJirclornente: Óleo Cc·rr
Óleo combustível
3·19 em diante
Gasóleo pesado de coque
-
Coque
..
Coq\Je verde
_;.,..
·--·..
Tabelo 4 •.f-. APUCAÇ0ES COMERCIAIS DAS FRAÇÕES DE REFORMAÇÃOCATALfriCA
~
rRAÇÃO
FAIXA DE DESTILAÇÃO ( 0 C)
PRINCIPAIS APLICAS:q.§ S. COM~RCIAIS ·
abaixo de-·U
Gó'i combustível; Matéria p oro petroquímica
Gós combuslívet
l-lidrolr<llamenlo; H2
Hidrogênio
Gasóleo
petróleo
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liqÚ_ercilo
do
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o
Corr.bustivet doméstico e induslrk!l
1~~~~~o:
Oblençco de ar -- __________ ...
-
32 o 220
Nofla de reformação
·,
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T~beta 4.5. ETAPAS- 1EPRooup~~ oe.~~~o~~ ~~B·~',~!Cf~ms ~~s~_ços_ (ROTA SOLVENTEJ_________..,
OfSASfAlTAÇAO
f'I\OCESSO
oesARoMÃrJzAcXo DESPARAFINA
O
HIDROACABAMENTO
Corga
Roslduo de vácuo Destilados ou dOS· Rofinodo ou desll· Desporc•fi•10do
parafinado
IÇJdo CJ desosfollo· rofinodo
t Jo
Prod. principal ·
Óleo.desosf.
ou
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Produto secundário Asfalto
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Principal
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de
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Despnrarinodo
Exlrofo aromático
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Hidroacobodo • (óleo
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O PROCESSO DE REFINO DE PETRÓLEO
Fonte <http://www.petrobras.com. br>
i
1. INTRODUÇÃO
O refino do petróleo constitui-se da série de beneficiamentos pelos quais passa o
mineral bruto, para obtenção de produtos determinados. Refinar petróleo é, portanto,
separar as frações desejadas, processá-las e industrializá-las, transformando-as em
produtos vendáveis.
O objetivo inicial das operações na refinaria consiste em conhecer a composição do
petróleo a destilar, pois são variáveis a constituição e o aspecto do petróleo bruto,
segundo a formação geológica do terreno de onde é extraído. Há tipos leves e claros
como a gasolina, outros marrons, amarelos, verdes; alguns pretos e outros, ainda,
verde-escuros.
Petróleos ácidos ou acres são os que possuem composto de enxofre em alta
percentagem, tendo cheiro peculiar; já os tipos doces contam com baixo teor de
enxofre. Segundo certos autores, os chamados petróleos ácidos contêm gás sulfidrico
em concentração acima de 380 mililitros por 100 litros, sendo perigosamente tóxicos .
Já os óleos doces não contêm gás sulfídrico.
Na refinaria, o petróleo é recolhido aos tanques de armazenamento após ser
transportado por via marítima ou terrestre e depois de ter percorrido, às vezes,
milhares de quilômetros. Compete aos laboratórios a avaliação do petróleo a ser
destilado, bem como a indicação da possibilidade de obtenção dos derivados.
Diversas são as refinarias, no entanto, com unidades de processamento projetadas
para refinar uma espécie definida de petróleo. Assim, muitas vezes, acentuada ·
variação de viscosidade ou maior ou menor teor parafínica poderão acarretar
distúrbios no funcionamento dessas unidades e mesmo posterior paralisação. Veja
aqui o esquema básico de refino do petróleo.
fecha r ~~-.
GÁS LlQ UEFE:ITÓ
DE PETRÓLEO
PETRÓLEO
GASOLINA
QIJE:ROZENE
ÓLEO DIESEL
ÓLEO COr·1BU5TIVEL
2. NPOS DE HIDROCARBONETOS
Saturados: Neste caso, as moléculas contêm quantidade de átomos de hidrogênio
suficiente para saturar os átomos de carbono .
- Parafínicos (cadeias retilíneas com ligações simples)
- Naftênicos (cadeias fechadas com ligações simples)
Insaturados: Neste caso, as moléculas não contêm quantidade de átomos de
hidrogênio suficientes para saturar os átomos de carbono.
-Aromáticos (cadeia fechada , apresentando ligações duplas e simples altern::~das, ou
seja, núcleo benzênico)
- Diolefinas (cadeias retilíneas com duas ligações duplas)
- Acetilênicos (cadeias retilíneas com ligação tripla) .
Classificados, usualmente, segundo a base, os petróleos podem ser parafínicos,
aromáticos,
naftênicos ou mistos. Os petróleos brasileiros têm sido,
predominantemente, de base parafínica.
3. A GASOLINA
No Brasil, é utilizada uma gasolina única no mundo, pois trata-se de uma mistura de
80% de gasolina e 20% de álcool etílico (etanol). O teor de álcool na gasolina é
especificado pela Agência Nacional do Petróleo- ANP, e é objeto de lei federal.
A gasolina que compõe essa mistura é produzida, em sua quase totalidade, pelas dez
refinarias da Petrobras. O restante, por duas outras refinarias, ambas privadas: a de
Mangüinhos, no Rio de Janeiro, e a de lpiranga, no Rio Grande do Sul. Já o álcool é
produzido a partir da cana-de-açúcar em diversas destilarias espalhadas pelo País.
A composição final da chamada gasolina brasileira, ou seja, a mistura de gasolina e
álcool, é realizada pelas companhias distribuidoras, responsáveis também pela
comercialização final do produto nos postos de serviço.
Desde janeiro de 1992, a gasolina brasileira é isenta de chumbo . O chumbo era
utilizado mundialmente para aumentar a octanagem da gasolina, mas, por questões
ambientais, vem sendo gradualmente · eliminado. O Brasil foi um dos pioneiros na
eliminação deste componente da gasolina. A octanagem mede a resistência da
gasolina à detonação ("batida de pino"), o que leva à perda de potência e pode causar
sérios danos ao motor, dependendo de sua intensi?ade e persistência.
Atualmente, estão à disposição dos consumidores brasileiros três tipos de gasolina:
comum, comum aditivada e premium. Por uma estratégia de marketing, algumas
companhias distribuidoras atribuíram nomes fantasia às suas gasolinas aditivadas,
mas não existe diferença sensível entre elas.
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As gasolinas são classificadas, mundialmente, de acordo com a sua octanagem. A
octanagem das gasolinas brasileiras é equivalente à das gasolinas encontradas nos
Estados Unidos e na Europa. As gasolinas comum e comum aditivada têm octanagem
de 86 [(RON + MON) * /2] e são indicadas para a maioria da frota circulante no Brasil.
RON e MON são siglas referentes aos métodos de ensaios utilizados para a
determinação da octanagem da gasolina.
A gasolina premium possui maior octanagem, 91 [(RON + MON) * /2], e é equivalente
às demais gasolinas premium disponíveis no mundo. Pode ser utilizada em qualquer
veiculo, mas não trará nenhum beneficio se o motor não . exigir este tipo de
combustível.
·
As gasolinas comum e comum aditivada diferem entre si apenas pela presença de um
aditivo, do tipo "detergente dispersante", que tem a função de manter limpo todo o
sistema por onde passa a gasolina. Para diferenciá-las, as distribuidoras usam um
corante, cuja cor pode variar de uma companhia para outra. Já a gasolina premium
pode ou não estar aditivada, a critério da companhia distribuidora que a comercializa.
Este "detergente dispersante" é utilizado porque, com o passar do tempo, as gasolinas
sofrem um processo de oxidação natural, o que leva à formação de uma goma que,
lentamente, se vai depositando no sistema de alimentação do veiculo. O acúmulo
dessa goma acarreta aumento do consumo de combustível e mau desempenho do
motor, podendo causar falhas em seu funcionamento, como entupimento dos bicos
injetores, travamento da borboleta do carburador, etc.
A adição deste "detergente" à gasolina é feita pelas companhias distribuidoras,
segundo proporções estabelecidas por elas próprias. Ao rodar com gasolina aditivada,
os sistemas d~ alimentação dos veículos permanecer2o mais limpos e em condições
de bom funcionamento por mais tempo, diminuindo, assim, os gastos com consumo e
manutenção do veiculo.
4. UNIDADES DE PROCESSAMENTO
4.1. Destilação Primária
Assim se chama o método empregado na destilação do petróleo com a finalidade de
separá-lo em seus grupos de hidrocarbonetos.
Não se pode afirmar que os modernos métodos de destilação primária tenham sido
oriundos da indústria petrolífera; ela apenas os adaptou às suas necessidades. No
passado, a destilação era efetuada em simples caldeiras dispostas em cascata, sendo
obtida, na primeira, a gasolina; na segunda, o querosene. Recebidos em local que
permitisse constante controle de suas características, esses produtos eram, em
seguida, dirigidos para os diferentes tanques de estocagem. Nos processos de
destilação, o petróleo in natura circula através de tubos em se'rpentina, que se acham
numa grande fornalha. Quando atingida uma temperatura determinada, o petróleo
bruto passa para a torre de fracionamento. Ai ;; livre dos tubos de petróleo com
aquecimento, as partes mais leves são separadas,· sob a forma de vapor, enquanto as
frações pesadas continuam líquidas.
Para melhor compreensão deste processo de destilação , lembremos que a torre de
fracionamento contém certo número de "pratos" com borbulhadores, dispostos
, :•
horizontalmente, em toda a altura. O petróleo bruto é aquecido e penetra na torre de
fracionamento. Os pratos mais altos, à medida que se aproximam da parte superior da
torre, vão ficando mais frios. Os vapores, ao se elevarem , condensam-se nos pratos
correspondentes à temperatura de condensação. Assim, são obtidas as frações
depositadas sob a forma de gasolina, de querosene e de óleo diesel, sujeitas, ainda, a
serem processadas e tratadas, cada uma por sua vez. As frações de ponto de
ebulição mais elevado são retiradas pelo fundo da torre , na forma de óleo com!Justível
ou de cru reduzido.
···········-····· .. .........······............... ..................... ... .............······· ·-······ ···!·~-~=~·.~~-.\~
líquido
tan q ue de
p e 1r·óleo
querozene:
_ _ _ _ _ _ _ _ __.cru
••
red uzido
4.2. Destilação a Vácuo
A partir do resíduo da destilação primana, emprega-se o método da destilação a
vácuo para obtenção de asfalto e destilados. Estes poderão ser usados para o
craqueamento catalítico ou, ainda, processados para a fabricação de óleos ·
lubrificantes.
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Frações de
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Cru reduzido
proveniente d.a
d~~ilaç~o
prim.ária
(@carga
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água
bomba
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combusti ... el
bomba
resfriador
4.3 Visco-redução
A visco-redução se caracteriza por um tipo de craqueamento realizado a temperaturas
mais baixas que os demais processos de quebra de moléculas. Sua finalidade é a
diminuição da viscosidade dos óleos combustíveis, bem como maror rendimento de
gasóleo, para posterior craqueamento e produção de gasolina. É o primeiro estágio
nos processos de craqueamento : a carga a ser visco-reduzida é constituída de óleos
residuais pesados, que seriam adicionados aos óleos combustíveis, caso não
sofressem o tratamento pela visco-redução. Esse processo permite aumentar o
rendimento em derivados leves, como a gasolina, que possui mais elevado valor, à
custa de frações pesadas, economicamente menos interessantes:
4.4 eraqueamento Térmico
No processo de craqueamcnto as moléculas maiores são quebradas e
transformadas em moléculas menores, com um tratamento a alta temperatura.
Modernamente, obtém-se uma quantidade adicional de gasolina de melhor qualidade
submetendo-se o cru reduzido, obtido pelo processo de destl~ão primária de
petróleo, a um processo de visco-redução que produz destilados (gasóleos), os quais
podem sofrer posterior craqueamento, visando a produção de gasolina.
O gasóleo obtido na destilação primária ou na visco-redução é fracionado e bombeado
para a fornalha, onde suas moléculas, pela alta temperatura aí existente, começam a
se romper - é o craqueamento que aí se inicia e se completa, mais adiante, na câmara
de reação.
Saindo pelo fundo da câmara de reação, o óleo craqueado passa através de uma
válvula redutora de pressão e vai á câmara de expansão, onde os produtos da reação
de craqueamento se vaporizam; o óleo pesado, por sua vez, não tendo sido
vaporizado, acumula-se no fundo da câmara, sendo retirado como óleo combustível.
Os vapores quentes, ao deixarem a câmara de expansão, pela parte superior,
novamente entram pela coluna de fracionamento. As frações mais pesadas que a
gasolina se condensam e escoam para o fundo da coluna, aí misturando-se com a
nova carga. Os óleos são bombeados continuamente para dentro da fornalha de
craqueamento.
Da parte superior da coluna saem, ao mesmo tempo, o vapor da gasolina crC!queada e
os hidrocarbonetos gasosos: metano, etano, eteno, propano e propeno, butanos e
butenos. O vapor da gasolina craqueada tem sua condensação efetuada nos
condensadores refrigerados a água. Já os hidrocarbonetos gasosos, que não se
condensam às temperaturas ordinárias, nessas pressões, contêm propano e butano, e
são utilizados para a produção de gás liquefeito de petróleo, de grande consumo
doméstico. São encontrados, também, outros hidrocarbone-tos, que podem ser
convertidos em componentes de alto índice de octano, utilizados na produção de
gasolína de alta octanagem.
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4.5 Craqueamento Catalítico
As reãções de craqueamento são aceleradas pela presença de catalisadores:
substâncias que tomam parte nas reações químicas, não sendo, porém. consumidas
nas mesmas. Um catalisador ideal é, assim, uma substância que participa de uma
reação para "efeito de presença", e sua composição final permanece idêntica à inicial.
São vários os processos de . cragueamento catalítico sendo, 'talvez, de maior
emprego, o fluido. O catalisador empregado neste processo é um pó muito fino, cujo
comportamento se assemelha ao de um fluido, quar.do em presença de uma corrente
de gás. A carga é obtida da destilação atmosférica ou a vácuo; é aquecida e
vaporizada. Para o interior do reatar ou câmara de craqueamento catalítico passam,
juntos, o catalisador e o vapor.
O craqueamento é efetuado no reatar, cuja temperatura atinge, às vezes, 550°C. Da
parte mais elevada do reato r os vapores passam à; coluna de fracionamento. No fundo
da coluna, para serem recicladas, ficam as frações mais pesadas, que ainda encerram
traços do catalisador.
9 o-' 1 .
Os vapores craqueados sobem no interior da coluna de fracionamento e pelas saídas
laterais~ onde são retirados os gasóleos craqueados, pesados e leves.
Pela parte superior da coluna obtêm-se os vapores de gasolina craqueada e mais os
hidrocarbonetos gasosos (etano e eteno, propano e propeno, butano e buteno, etc),
que constituem matéria-prima para a indústria petroquímica e para a separação de gás
liquefeito de petróleo.
Graças aos processos de craqueamento, são retirados certos l'f'Oduto-s em muito
maior proporção do que aquela normalmente obtida. Eis um exemplo: se tivéssemos
que depender da quantidade de gasolina obtida diretamente do petróleo bruto, jamais
seria conseguido o rendimento necessário deste combustível para a movimentação da .
frota automobilística. O craqueamento soluciona o problema, permitindo a obtenção do ·
produto em maior escala.
O reatar de catálise fluida, onde se processa o craqueamento, é um equipamento que,
às vezes, ultrapassa a altura de 80 metros. A aparência impressiona mais· pelo
labirinto de .tubos externos e de gigantescos tambores de aço do que pela altura. No
seu interior, o gasóleo vaporizado e o catalisador pulverizado circulam, em
temperaturas altas, percorrendo quilómetros de tubulações. Poucos homens,
instalados nas casas de controle, orientam o funcionamento do gigante, por meio de
instrumentos, válvulas e medidores de intrincado manejo.
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4.6 Reformação Catalítica
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É um processo de refinação com duas principais finalidades:
a) conversão de nafta de baixo 10 (índice de octano) em outra de maior 10;
b) produção de hidrocarbonetos aromáticos.
Dá-se a denominação de nafta ao derivado de petróleo que destila entre 65/220°C,
aproximadamente. As naftas são obtidas na unidade de destilação primária (pressão
atmosférica). As naftas utilizadas na reformação apresentam as seguintes faixas de
destilação, conforme o produto a obter:
- ·.:. : :! di} 11 , :1 :. :·
. . · . . ," · ;
No passado, foram utilizados processos de reformação térmica de naftas, em
Cubatão, SP, com a finalidade de: a) melhorar o 10 da nafta e b) obter gases ricos em
hidrocarbornetos não-saturados para utilização na indústria petro-química.
O processo de reformação térmica é bastante semelhante ao de craqueamento
térmico, quanto ao equipamento utilizado, diferindo daquele nas características dos
produtos submetidos ao tratamento e dele obtidos e nas condições de operação
(temperatura, pressão etc.). Há refinarias que operam simulta-neamente com
térmica de naftas.
craqueamento térmico de
gasóleos e reformação
A principal desvantagem do processo de reformação térmica, no entanto, é decorrente
dos elevados rendimentos de gás inerentes ao processo e que não podem ser
em
detrimento
de
maior
rendimento
de
gasolina.
evitados,
Os processos de reformação catalítica , de muito maior flexibilidade no que diz
respeito aos produtos, e que permitem maiores rendimentos de gasolina, podem ser
operados de modo a produzir hidrocarbonetos aromáticos. A produção de ol~finas é
impraticável nesse tipo de unidade, porque as reações se passam em 8tmosfera de
hidrogêniQ e qualquer olefina porventura formada hidrogena-se logo, passando- a
hidrocarboneto
saturado.
A seguir, uma breve descrição da unidade de reformação catalítica, para produzir
gasolina . de alto 10, existente na Refinaria Duque ~e Caxias (RJ):
Na seção de pré-tratamento, a nafta é vaporizada e, a seguir, recebe uma corrente de
gás, rica em hidrogênio (proveniente de outra seção da unidade); passa por um forno, ·
onde é aquecida, entrando no reatar de pré-tratamento, destinado á remoção de
compostos nocivos ao catalisador de reformação, que é feito à base de platina, de.
custo bastan~e elevado. Na seção de pré-tratamento a nafta recebe nova carga de gás
rico em hidrogênio e entra na seção de reformação. Aquecida no primeiro forno, vai ao
primeiro reator, sofrendo queda de temperatura, porque aí se processam as reações
efidotérmicas (que absorvem calor). De novo aquecida no segundo forno, para
compensar aquela queda de temperatura, entra no segundo reatar, e assim por diante,
até o último.
Algumas unidades possuem três reatares, como a da Refinaria Duque de Caxias, e
outràs, quatro, como a da Refinaria Presidente Bernardes (SP), projetada para
produzir aromáticos e gasolina de alto 10.
'
Do último reatar a corrente vai para um tambor de vaporização por expansão brusca,
de alta pressão, onde se separa o gás rico em hidrogênio, mencionado anteriormente,
indo a parte líquida para a torre de destilação (torre estabili-zadora). Ocorre a
separação do reformado - no caso, gasolina de alto 10 - que sai pelo fundo, butano e
mais leves que saem pelo topo para se juntarem ou ao gás liquefeito de petróleo ou ao
sistema de gás combustível da refinaria.
Nas unidades destinadas á produção de aromáticos, a seção final de recuperação e
separação dos produtos (depois do último reatar) difere, consideravel-mente, da
descrita acima, própria para produzir gasolina de alto 10. A parte referente à seção de
reformação tem bastante semelhança com a descrita, diferindo pelo número de
reatares e pelas condições de operação (temperatura e pressão).
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·:, '
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f~ch-•r ~~
····--····---- ---
t;,mbor
de reflu ~:o
t::-:tn-lb•)r di!: s~p.)r.:.ç~o
d~ •lu press~·)
4.7 Hidrocraqueamento
A hidrogenação catalítica é um dos processos mais antigos usados em refinação de
petróleo, mas somente nos últimos anos o processo de hidrocragueamento
catalítico tem se desenvolvido em grande extensão.
)
O cataltsador usado é granulado G fica disposto em camadas, num leito estático, em
cada reatar de hidrocraqueamento. A carga pode ser obtida da destilação atmosférica
ou a vácuo; é aquecida e, após . vaporizada, injetada concomitantemente com uma
corrente de hidrogénio para o interior do reatar, ou câmara de craqueamento catalítico,
saindo depois como vapor já craqueado.
O craqueamento é efetuado em um estágio único ou em dois estágios, em condições
de operação típicas que variam de 260°C
426°C de temperatura € de 70 a 140
kg/cm2 de pressão. A temperatura e a pressão variam com o tempo de vida útil do
catalisador, produto desejado e propriedades da carga .
a
A carga fresca é misturada com o hidrogênio de reposição e gás de reciclo (com alto
teor de hidrogénio) e passada, através de um fomo, para o primeiro reator. O primeiro
reatar é operado a uma temperatura suficientemente alta para converter 40 a 50% da
carga . Após passarem no segundo reatar, onde se completa a conversão, os gases
são separados em uma seção de alta pressão, e a seguir condensados e separados,
em várias frações, numa coluna de destilação, dando como produtos GLP, gasolina e
óleo diesel.
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4.8 l"ratamento de Derivados
São aqui tra tados processos de acabamento dos derivados do petróleo ( figura 1 ,
figura2 ). Os tratamentos, que têm por fim a retirada dos compostos indesejáveis dos
derivados já produzidos, podem ser de natureza química ou física. Os de natureza
química compreendem o tratamento ácido, o alcalino e ainda o que tmnsforma ou
elimina os compostos de enxofre, graças a processos de oxjdação, eliminação,
decomposição catalítica e hidrogenação.
Se uma gasolina de craqueamento for submetida a um tratamento ácido, serão obtidas
melhoria de cor e diminuição do conteúdo de gomas e teor de enxofre. Os óleos
lubrificantes, submetidos a tratamento idêntico, sofrem aumento de resistência á
oxidação e melhoria de cor. A reação do querosene consiste num me~hor ponto de
fuligem, eliminação dos ácidos naftênicos e diminuição do teor de enxofre.
Nos processos de transformação çle compostos sulfurados, os mais conhecidos são:
Doctor, Coper, Sweetning, Hipoclorito, Merox, Bender e tratamento com hidrogênio.
Todos esses processo têm por fim eliminar da gasolina os compostos indesejáveis do
enxofre, melhorar o cheiro do combustível e excluir os caracteres corrosivos.
No início da indústria de petróleo, os tratamentos mais usados eram os do tipo
"adoçamento", isto é, em vez de extrair os compostos de enxofre indesejáveis,
transformavam-nos em compostos menos agressivos. Atualmente, com as exigências
de proteção ao meio ambiente e a conseqüente redução nos teores :náximos de
enxofre permitidos nos derivados de petróleo, a indústria petrolífera optou pela linha
de tratamento com hidrogênio. onde os compostos de enxofre são removidos, para,
em uma outra unidade,
produzirem enxofre sólido para o mercado.
Entre os principais tratamentos de natureza física destacam-se os de extração por
solventes, de filtração e de absorção.
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Figura 1
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4.9. Produção de Lubrificantes e Parafina
'
A produção desses derivados se processa a partir dos gasóleos e do resíduo da
destilação a vácuo, opcionalmente à produção de cargas para craqueamento.
Os gasóleos de vácuo (spindle, leve, médio e pesado) e o óleo desasfaltado separado
na desasfaltação (como descrito no item Desasfaltação a solvente) são introduzidos
em uma série de unidades, onde, em operação b"loqueada, passam ·pelos seguintes
processos para a obtenção de óleos lubrificantes e parafinas: desaromatização,
desparafinação, desoleificação de parafinas e acabamento de óleos e parafi-nas.
Na unidade de desaromatização, processa-se a extração com solvente (fenol ou
furfural) dos componentes da série aromática dos óleos, com o objetivo de aumentar o
.índice de viscosidade dos óleos, ou seja, de conf~rir-lhes maior estabilidade da
viscosidade com a variação de temperatura.
Na unidade de desparafinação, os óleos sofrem uma separação dos compostos
parafínicos de mais alto peso molecular, através do contato com solvente (mistura de
tolueno com cetona), refrigeração e filtração da parafina solidificada. Obtêm-se, assim,
óleos com baixo ponto de fluidez, Nos óleos originados de petróleos naftênicos, essa
etapa é dispensada, devido a seu baixo teor de parafinas.
Os óleos lubrificantes passam, finalmente, por um processo de acabamento, em
unidade de hidrogenação catalítica destinado a melhorar suas características de cor,
estabilidade à oxidação , corrosividade, etc.
A pa rafina se~arada por filtração, na -etapa de desparafinação dos óleos, é introduzida
em uma planta de desoleificação com solvente, onde algum óleo nela retido, na fase
de desparafinação, é separado também por filtração, para garantir características de
dureza adequada. A parafina desoleificada sofre também um acabamento em uma
unidade de hidrogenação catalítica, para melhorar suas propriedades de cor,
estabilidade etc.
)
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