Combustíveis Fósseis

Transcrição

1 Combustíveis Fósseis

2 O carvão, o petróleo e o gás natural tiveram a sua origem geológica há cerca de 300 milhões de anos São o resultado de uma lenta sedimentação de organismos vivos, denominando-se combustíveis fósseis.

3 Os combustíveis fósseis não estão, naturalmente, distribuídos uniformemente pelos vários países.

4 Reservas fósseis mundiais Combustível Reservas (Q) Crescimento de consumo / ao ano Tempo de vida/anos Tempo de vida c/ crescimento Carvão % Petróleo % Gás % * Por explorar estão as imensas reservas de hidratos de metano no fundo dos oceanos, mas os quais ainda não existe tecnologia.

5 Fonte energética % do uso mundial* % do uso no Brasil fóssil: carvão petróleo gás natural 27,0 39,9 23,2 4,9 33,6 2,7 Problemas associados Poluição do solo e da água, pela mineração e processamento; poluição atmosférica pela emissão de gases e partículas na combustão. Principais resp onsáveis pelo efeito estufa.

6 A maneira como os recursos energéticos estão repartidos na Terra é uma possível origem de problemas. A chamada crise de energia não é só uma questão de escassez de recursos, mas também de escassez de investimento em fontes alternativas e de tecnologia de rentabilização dos processos, de modo a diminuir e a recuperar a energia degradada.

7 Os combustíveis fósseis diferem no seu aspecto físico, no entanto, têm em comum na sua constituição carbono e hidrogénio. Uma das características de um combustível fóssil é que, uma vez queimado, não é possível voltar a utilizá-lo.

8 Quer no caso do carvão quer no do petróleo, os processos de extracção começam por ter em conta os dados fornecidos pelos geólogos sobre as áreas onde se julga haver quantidades comercialmente aproveitáveis.

9 Vias de transporte Transporte de carvão trens é meio mais adequado, embora se utilizem caminhões e barcos. Transporte de petróleo Pipeline( oleduto ), barco e caminhão tanque. Transporte de gás natural mais habitual é através de gasoduto, contudo existem situações em que é necessário utilizar os barcos.

10 PETRÓLEO

11 O que é o petróleo? O petróleo é um hidrocarboneto e formam-se em ambientes com grande abundância de matéria orgânica e pouco oxigénio, sendo uma energia não renovável. Os valores elevados de pressão e temperatura exercidos sobre essa máteria orgânica causaram reações químicas complexas de que resultou o precioso líquido (ouro negro) que é o petróleo, associado a outros recursos como o gás natural (metano e etano). principalmente no Período Terciário da Era Cenozóica, há 70 milhões de anos. 11

12 O nome petróleo significa óleo de pedra Líquido viscoso, escuro e menos denso que a H2O Rico em hidrocarbonetos Impurezas: enxofre, nitrogênio e oxigênio.

13 RECEITA PARA FAZER PETRÓLEO Pegar plantas e animais mortos e depositar no fundo dos mares Fazer uma cobertura de sedimentos(calcário OU AREIA) Colocar tudo em alta pressão e alta temperatura Aguardar alguns milhões de anos PETRÓLEO

14 ROCHA SEDIMENTAR S GÁ PETRÓLEO NA L A R TU

15 O aparecimento de petróleo ocorre em profundidades que variam desde algumas dezenas de metros até centenas ou milhares de metros. De acordo com a profundidade a que se encontra o petróleo e o gás natural torna-se necessário utilizar alta tecnologia na perfuração dos poços e na bombagem para efectuar a extração propriamente dita tanto em on-shore (em terra) como em off-shore (no mar).

16 PETRÓLEO Composto na sua maioria de hidrocarbonetos alifáticos, alicíclicos e aromáticos. Também pode conter quantidades pequenas de nitrogênio, oxigênio, compostos de enxofre e metais, principalmente níquel e vanádio. É também atualmente a principal fonte de energia. Serve como base para fabricação dos mais variados produtos, dentre os quais destacam-se: benzinas, óleo diesel, gasolina, alcatrão, polímeros plásticos e até mesmo medicamentos.

17 Extração/Exploração de Hidrocarbonetos Para verificar se existe hidrocarbonetos numa zona só é possível através de perfurações. Depois é preciso avaliar as suas condições. Construir as torres de perfuração, a mercadoria é transportada via marítima. A seguir são transportados em óleodutos para reservatórios e posteriormente para refinarias. 17

18 Mesmo com o declínio sofrido nas 3 últimas décadas, o petróleo tem sido a fonte de energia mais utilizada no mundo. 18

19 PETRÓLEO Pontos positivos: Conveniente, multiplicidade derivados. Alta densidade energética. Fácil de transportar e de armazenar. Co-evolução da fonte energética com os equipamentos para seu uso. Pontos negativos: Fortemente poluidor da atmosfera. Preços voláteis. Concentração geográfica das jazidas. Produto cartelizado manipulável. e mercado Vulnerabilidade de interrupção de oferta e instabilidade geopolítica. Riscos de transporte e armazenamento. Reservas em esgotamento.

20 Petróleo a instabilidade dos preços do gás e do petróleo levou alguns países a apostarem novamente no carvão, que é a mais poluente das tecnologias de aproveitamento energético. Preço do petróleo em 2008 : 100 dólares por barril e continua a aumentar

21 Em geral, o petróleo está disperso em cavidades e em fraturas de formações rochosas. O petróleo mais valioso, conhecido como leve, contém poucas impurezas de enxofre e grande quantidade de compostos orgânicos facilmente refináveis em gasolina. Quanto menor for a quantidade de enxofre, menor a quantidade de dióxido de enxofre (SO 2) lançado na atmosfera. O petróleo menos valioso é chamado de pesado. Esse tipo possui muitas21 impurezas e exige maiores recursos de refino para obtenção de gasolina.

22 Reservas Mundiais de Petróleo

23 Produção e consumo de Petróleo

24 Dez maiores produtores de petróleo em milhões de barris por dia

25 Rota do petróleo

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27 O petróleo em estado bruto apresenta uma gama diversificada de usos: Nas termelétricas é utilizado como combustível, que gera, com sua queima, eletricidade; Nas refinarias, o petróleo bruto é refinado em dois tipos básicos de derivados: os óleos combustíveis, como querosene, o óleo diesel, a gasolina, etc., que são usados na indústria e nos veículos automotores; e as matérias primas, como a nafta, utilizadas pelas indústrias petroquímicas;

28 Partindo da nafta, as indústrias petroquímicas transformam esse produto em diversos outros, os quais serão usados na produção de inúmeros produtos industriais consumidos no dia a dia plásticos, tecidos, calçados, borrachas sintéticas corantes, detergentes, asfalto, solventes, resinas brinquedos, materiais de limpeza, etc.

29 Petróleo e Derivados A geração de energia elétrica a partir de derivados de petróleo ocorre por meio da queima desses combustíveis em caldeiras, turbinas e motores de combustão interna. O caso das caldeiras e turbinas é similar ao dos demais processos térmicos de geração e mais usado no atendimento de cargas de ponta e/ou aproveitamento de resíduos do refino de petróleo. Os grupos geradores Diesel são mais adequados ao suprimento de comunidades e de sistemas isolados da rede elétrica convencional.

30 Com exceção de alguns poucos países da OCDE (Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico), o uso de petróleo para geração de eletricidade tem sido decrescente desde os anos O obsoletismo das plantas de geração, os requerimentos de proteção ambiental e o aumento da competitividade de fontes alternativas são os principais responsáveis por isso. Contudo, o petróleo continua sendo muito importante na geração de energia elétrica nesses países, principalmente no suprimento de cargas de pico e no atendimento a sistemas isolados.

31 GEOPOLÍTICA DO PETRÓLEO O petróleo já era conhecido e utilizado pelo homem desde a Antiguidade como betume nas vedações de embarcações e caixas d'água, como argamassa em construções e na pavimentação de ruas juntamente com pedras, mas começou a ser utilizado como fonte de energia para a iluminação pública somente a partir de 1859, quando Edwin Drake perfurou o primeiro poço em Titusville, no estado da Pensilvânia. Posteriormente, o seu uso foi intensificado a partir da invenção do motor de explosão e, atualmente, a dependência e a importância desse produto é tanta que o mundo sem ele seria o caos.

32 O PETRÓLEO NO MUNDO: FATOR DE CONFLITOS

33 Em 1960, os principais países exportadores de petróleo, que pouco usufruíam dessa condição, criaram a Opep (Organização dos Países Exportadores de Petróleo), com o objetivo de controlar os preços por meio de uma política comum entre eles e estabelecer o volume de produção para evitar a superprodução e a conseqüente baixa de preços do petróleo no mercado mundial. Fazem parte da Opep, atualmente, os seguintes países: - Arábia Saudita, Irã, Venezuela, Emirados Árabes Unidos, Nigéria, Iraque, Indonésia, Kuwait, Catar, Argélia e Líbia.

34 Aproveitando-se da situação de agravamento dos conflitos entre árabes e judeus e do apoio norte-americano e das demais potências capitalistas a Israel, em 1973, a Opep elevou o preço do barril de 3 para 12 dólares (a capacidade de um barril de petróleo é 159 litros). Foi o primeiro "choque do petróleo", cujas conseqüências foram sentidas pelos países importadores, especialmente os subdesenvolvidos industrializados, adotando políticas de racionamento e investindo em outras fontes de energia.

35 Em 1979, por causa da guerra entre Irã e Iraque e da decorrente procura pelo produto para aumentar o estoque, houve um novo aumento do preço do barril, de 12 para 34 dólares. Foi o segundo "choque do petróleo" e os países subdesenvolvidos importadores adquiriram enormes dívidas externas e mergulharam em recessões econômicas.

36 O aumento da produção de petróleo em outros países e os privilégios comerciais concedidos pelos Estados Unidos à Arábia Saudita e ao Kuwait, os quais, em troca, passaram a aumentar suas produções, fizeram com que, pela lei da oferta e da procura, o preço do barril de petróleo voltasse aos 12 dólares, enfraquecendo o poder da Opep e gerando conflitos internos entre seus países-membros. A queda e a estabilidade nos preços a partir de 1986 tornaram os projetos de fontes alternativas de energia inviáveis economicamente e, a partir daí, o Brasil não incentivou mais o Proálcool.

37 Em 1991, com a invasão do Kuwait pelo Iraque no episódio conhecido como Guerra do Golfo, o preço do barril de petróleo atingiu a cifra de 40 dólares. A situação foi logo solucionada pelos Estados Unidos por meio da OTAN (Organização do Tratado do Atlântico Norte), e pelo apoio da ONU e de muitos países, inclusive árabes. Com isso, o preço do petróleo voltou a se estabilizar.

38 P R É S A L

39 AS RESERVAS DE PRÉ-SAL

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42 Uma vez retirado do poço, o petróleo é enviado para as refinarias. Na refinaria, ele é aquecido e destilado para separar a gasolina, o óleo combustível, o óleo diesel e outros componentes. Os produtos petroquímicos são utilizados como matériaprima em indústrias de produtos químicos, de fertilizantes, de pesticidas, de plásticos, de fibras sintéticas, de tintas, de remédios e de muitos outros produtos. 42 Cerca de 3% do petróleo mundial é utilizado na indústria petroquímica.

43 REFINARIA TORRE DE DESTILAÇÃO

44 Petróleo

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46 Constituintes da destilação do petróleo Nas refinarias, o petróleo é submetido a uma destilação fracionada, sendo o resultado desse processo separado em grupos. Nesta destilação encontramos os seguintes componentes: De 20 a 60 graus Celsius -> éter de petróleo De 60 a 90 graus Celsius -> benzina De 90 a 120 graus Celsius -> nafta De 40 a 200 graus Celsius -> gasolina De 150 a 300 graus Celsius -> querosene De 250 a 350 graus Celsius -> gasóleo De 300 a 400 graus Celsius -> óleos lubrificantes Resíduos -> asfalto, piche e coque Subprodutos -> parafina e vaselina

47 Processo de refinação de derivados de petróleo

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49 PETRÓLEO PESADO X PETRÓLEO LEVE

50 DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS O petróleo bruto ou crude é uma mistura de muitos compostos moleculares que é preciso fracionar (é o objetivo da destilação) e transformar quimicamente ( através de operações de cracking térmico e cracking catalítico) para obter os produtos de uso comum.

51 DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS O tratamento do petróleo é feito nas refinarias de petróleo e processa-se em quatro fases: destilação fraccionada, cracking, cracking catalítico refinação.

52 DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada a- Proveta b- Condensador de Liebig c- Termómetro d- Cabeça de destilação e- Condensador de refluxo

53 DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada O vapor, ao ascender, condensa parcialmente em contacto com a coluna fria. Este líquido, ao descer, encontra vapor quente ascendente, o que provoca uma nova evaporação mais acima e volta a condensar mais uma vez.

54 DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada O ciclo repete-se e obtém-se na parte superior da coluna o vapor do componente mais volátil (que passa para o condensador) e na parte inferior o de ponto de ebulição mais elevado.

55 DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada O vapor que chega ao topo da coluna é o mais volátil e o seu grau de pureza depende do número de condensações e vaporizações que ocorrem.

56 DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada É necessário adicionar reguladores de ebulição (pedaços de porcelana ou esferas de vidro) para evitar uma ebulição tumultuosa ou o sobreaquecimento da mistura.

57 DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada A velocidade de aquecimento deve ser lenta, pois o estabelecimento de um bom equilíbrio líquidovapor só se consegue após um contacto prolongado entre as duas fases.

58 DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Destilação fraccionada Destilação fraccionada Destilação simples

59 DESTILAÇÃO FRACCIONADA Azeótropo Um azeótropo é uma mistura de dois ou mais líquidos que, durante a ebulição, se comporta de forma semelhante a uma substância pura, ou seja, apresenta um ponto de ebulição constante a uma dada pressão. O álcool etílico comercial, uma mistura com 96% de etanol e 4% de água, é um exemplo de um azeótropo.

60 DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Industrialmente, os constituintes do petróleo são separados por destilação fracionada. Este processo realiza-se numa torre, chamada de destilação, que pode ter uma largura entre 8 e 10 metros, uma altura de 60 metros e trata cerca de toneladas de petróleo por dia.

61 DO CRUDE AO GPL E AOS FUÉIS Nem todos os produtos que se obtêm pela destilação fracionada do petróleo são diretamente utilizáveis. Para satisfazer as necessidades em combustíveis e em matérias-primas para o fabricação de plásticos, recorrese a tratamentos complementares, como o cracking e o cracking catalítico.

62 A mistura de 5 a 12 carbonos é a gasolina Corresponde a aproximadamente 15% do total do petróleo refinado. Como aumentar a produção de gasolina? CRAQUEAMENTO Alcanos (+ de 14 carbonos) gasolina + gás do cracking

63 CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO (cracking) As reações de cracking são reações onde as moléculas dos hidrocarbonetos de cadeia longa se «quebram», originando moléculas de cadeia mais curta. A ruptura das moléculas faz-se em determinadas condições de temperatura e pressão e na presença de catalisadores.

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65 CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO (cracking catalítico) O cracking catalítico utiliza-se quando se pretende obter gasolina normal e super a partir de óleos pesados. A operação efetua-se a cerca de 600ºC, a uma pressão próxima da pressão atmosférica e na presença de um catalisador muito ácido.

66 CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO (cracking catalítico) Estas reações dão origem, principalmente, a alcanos mais «leves» (com cadeia carbonada menor), lineares ou ramificados, assim como a alcenos numa percentagem de 5 a 8%. Antigamente utilizavam-se o ácido sulfúrico e o ácido fosfórico; mais tarde usaram-se argilas e géis mistos de SiO2.

67 CRACKING E REFINAÇÃO DE PETRÓLEO (cracking catalítico) Hoje empregam-se quase exclusivamente zeólitos ( aluminosilicatos ) sintéticos. Os zeólitos naturais são minerais comuns de composição semelhante à argila ( Si-O-Al). Podem ser muitos ácidos. O seu carácter ácido é tanto maior quanto maior for a proporção Al/Si.

68 Gasolinas de Inverno e de Verão A gasolina não tem sempre a mesma composição, sendo adaptada às temperaturas ambientes. No Inverno, as gasolinas têm maior concentração de componentes voláteis para garantirem boas condições de detonação. No Verão, diminui-se a concentração dos componentes mais voláteis, evitando a perda de combustível, o mau funcionamento dos motores.

69 Os aditivos da gasolina Os aditivos têm como objetivo aumentar o índice de octanas e diminuir a poluição atmosférica. Os aditivos oxigenados, cujo efeito é aumentar o índice de octanas, são: Metanol Etanol MTBE 2-metoxi-2-metilpropano

70 Índice de octano na gasolina O índice de octano relaciona a quantidade de iso-octano (2,2,4 trimetilpentano) com a quantidade de n-heptano presente na gasolina, dando informação relativa quanto à capacidade do combustível ficar sujeito à autoignição.

71 Os valores limite do índice de octano são: 100 associado ao iso-octano baixa tendência para a auto-ignição maior rendimento da combustão interna. 0 associado ao n-heptano, tem tendência para a auto-ignição baixo rendimento da combustão interna.

72 Temperatura de ignição - Flashpoint Temperatura de ignição Temperatura à qual os vapores desprendidos entram em combustão espontânea, independentemente de qualquer chama. Flashpoint Temperatura mínima à qual os vapores desprendidos se inflamam na presença de uma chama, apagando-se em seguida (quantidade de vapores insuficiente para estimular a combustão).

73 Substâncias indesejáveis à gasolina Com o objetivo de aumentar o rendimento da gasolina, esta contém outros componentes para além dos hidrocarbonetos de cadeia linear, que são indesejáveis para o ambiente. Esses componentes são o enxofre, o chumbo, o benzeno entre outros hidrocarbonetos aromáticos.

74 O enxofre, durante a combustão, origina óxidos de enxofre provocando o aumento da poluição atmosférica e, consequentemente, o aumento da acidez das chuvas. O chumbo, como é um metal pesado, é muito poluente e foi eliminado da composição da gasolina sendo substituído por aditivos oxigenados.