QUÍMICA 12.º ANO UNIDADE 2 COMBUSTÍVEIS, ENERGIA E AMBIENTE 12.º A

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1 QUÍMICA 12.º ANO UNIDADE 2 COMBUSTÍVEIS, ENERGIA E AMBIENTE 12.º A 26 de Janeiro de 2011

2 2 Destilação fraccionada do petróleo

3 Destilação simples 3 Processo de separação de componentes de uma mistura líquida baseado nas diferenças dos seus pontos de ebulição. Numa destilação simples, a fracção destilada contém uma percentagem maior do constituinte mais volátil do que a mistura inicial, porque o componente mais volátil passa primeiro ao estado gasoso. Se pegarmos nessa fracção destilada e a sujeitarmos a nova separação por destilação, o que acontece é que a nova fracção destilada vai conter uma percentagem maior do constituinte mais volátil do que a fracção destilada inicial. Após vários processos repetidos, obter-se-á o componente mais volátil, praticamente puro.

4 Destilação fraccionada 4 É o equivalente a várias destilações simples em série, ou seja, com uma coluna de fraccionamento realiza-se o mesmo processo de separação, mas sem mudanças nem paragens. No interior é constituída por pratos, anéis, ou material inerte que aumenta a superfície de contacto com a fase de vapor. À medida que o vapor sobe entra em contacto com as partes superiores da coluna fria e condensa. O condensado vai então descer pela coluna em sentido contrário ao do vapor dando-se nova evaporação. No topo encontrar-se-á o componente mais volátil e na base o componente de maior ponto de ebulição.

5 Destilação do petróleo 5 O petróleo é constituído por hidrocarbonetos, azoto, oxigénio e enxofre. Os hidrocarbonetos, em maior quantidade, são moléculas do tipo C 1 a C 30. A destilação (fraccionada) do petróleo é realizada aproveitando os diferentes pontos de ebulição dos diferentes hidrocarbonetos que o constituem.

6 Destilação fraccionada do petróleo 6 O tratamento do petróleo é feito nas refinarias e processa-se em três fases: Destilação Cracking Refinação Após a destilação principal costuma-se ainda realizar uma destilação a pressão reduzida (materiais pesados) e uma destilação a pressão elevada (materiais leves).

7 A refinaria de Sines 7

8 8 Cracking catalítico

9 O que é o cracking? 9 O cracking, também denominado por cracagem, consiste na transformação de óleos pesados em óleos leves por meio de processos químicos para elevar o rendimento em gasolina durante a transformação do petróleo. A ruptura das moléculas faz-se em determinadas condições de temperatura e de pressão e na presença de catalisadores.

10 Cracking catalítico 10 É usado quando se pretende obter gasolina a partir de óleos pesados. A operação efectua-se sob aquecimento a 500 C, a uma pressão próxima da atmosférica e na presença de um catalisador ácido (promove a ruptura assimétrica de ligações).

11 Porquê o cracking e a catálise? 11 A principal vantagem do cracking do petróleo está relacionado com a obtenção de moléculas mais pequenas, do tipo da gasolina. Uma vez que o preço de uma molécula pequena do tipo gasolina é muito superior ao preço de uma molécula grande do tipo óleo, tenta-se produzir o máximo de moléculas pequenas. Se se utilizarem catalisadores, diminui-se a indesejável formação de gás (olefinas) e coque, aquando do craqueamento do petróleo. Antigamente usavam-se como catalisadores o ácido sulfúrico e o ácido fosfórico e mais tarde começou a usar-se argilas e géis mistos de dióxido de sílica.

12 Catalisadores actuais 12 Aluminosilicatos (zeólitos) Os zeólitos são minerais comuns de composição semelhante à argila (Si O Al) e que podem ser muito ácidos, quanto maior for a proporção de Al/Si. São catalisadores selectivos devido à sua estrutura constituída por uma rede de canais.

13 13 Índice de octano

14 Significado de IO 14 Consiste num indicador da capacidade de um produto resistir a altas pressões sem que ocorra explosão espontânea. Para se determinar o índice de octano, recorre-se à comparação entre o combustível em estudo e dois outros combustíveis considerados padrão: Heptano detona com muita facilidade e atribui-se o índice 0 Isooctano tem grande resistência à detonação e atribui-se o índice 100 Método MON (Motor Octane Number) Avalia a resistência da gasolina à detonação por compressão quando é queimada em condições de funcionamento mais exigentes Método RON (Research Octane Number) Avalia a resistência da gasolina à detonação por compressão sob condições mais suaves de trabalho

15 Interesse em aumentar o IO 15 Evitar a queima incompleta do combustível que se depositaria sob a forma de depósitos nas câmaras de combustão. Obtenção de mais potência no motor (melhorias de 8 a 17%, média e máximo, respectivamente). Melhorar a capacidade do combustível aguentar motores com taxas de compressão elevadas. Garantir uma vida mais saudável ao motor (sistema de admissão mais limpo) e reduzir o consumo (melhorias de 4,5 a 6%, média e máximo, respectivamente). Reduzir emissões nocivas para a atmosfera (8% em hidrocarbonetos, 11% em monóxido de carbono, 3% em óxidos de azoto e 2% em dióxido de carbono).

16 A gasolina 95 e Usar uma gasolina de 95 octanas significa que o rendimento do motor será o mesmo que se utilizássemos uma mistura de 5% de heptano e 95% de isooctano.

17 17 Aditivos da gasolina

18 Compostos de chumbo 18 Tetrametilchumbo e tetraetilchumbo. Antigamente usavam-se compostos de chumbo como aditivos à gasolina, no entanto, legislações ambientais forçaram o uso de gasolinas sem chumbo. Metanol Etanol MTBE Aditivos sem chumbo

19 Metanol, Etanol e MTBE 19 Os aditivos oxigenados têm como objectivo aumentar o índice de octano e diminuir a poluição atmosférica. São aditivos menos prejudiciais para o ambiente, que permitem uma boa rentabilidade do motor e são economicamente viáveis. No entanto, o MTBE apresenta alguns problemas: é cancerígeno, solúvel em água, incolor e bastante persistente no ambiente.

20 Alternativas ao uso do MTBE 20 MTBE ETBE TBE TAME TBA Etanol Methyl tert-butyl ether Ethyl tert-butyl ether Tert-butyl ether Tert-amyl methyl ether Tert-butyl alcohol

21 21 Gasolina de Verão e de Inverno

22 Diferenças 22 Gasolina de Verão Gasolina de Inverno Menos volátil (composição) Mais volátil (composição) Evita libertação de vapores (originaria mau funcionamento dos motores) Facilita a combustão inicial (boas condições de detonação)

23 Preços 23 Porque é mais cara a produção de gasolina de Verão? A composição da gasolina de Verão é diferente da composição da gasolina de Inverno: contém mais aditivos oxigenados para reduzir a poluição. As refinarias na altura do Verão fecham antes de iniciarem a produção do novo combustível.

24 Composições 24 RVP (Pressão de Vapor de Reid) serve para estimar a volatilidade da gasolina e mede a pressão de vapor da gasolina a 100 F. Quanto maior o RVP mais tendência a gasolina tem para se evaporar (pressão atmosférica é 14,7 psi). Gasolina de Verão tem um RVP diferente da gasolina de Inverno. RVP do butano é 52,0 psi (composto barato e abundante).

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