Componentes do Petróleo

Transcrição

1 Componentes do Petróleo Baseado em: McCAIN, W. D. The Properties of Petroleum Fluids. 2. ed. Tulsa: PennWell, SZKIO, A. S. Fundamentos do Refino de Petróleo. 1. ed. Rio de Janeiro: Interciências, 2005.

2 Petróleo e Gás Natural Compostos orgânicos, dominantemente hidrocarbonetos (compostos orgânicos formados por carbono e hidrogênio) Pequenas moléculas Gás nas condições normais Mistura de moléculas grandes Líquido nas condições normais (Refino) Petróleo é uma cesta de hidrocarbonetos, com características comuns, origens parecidas; pode ser avaliado conforme um padrão, uma referência (como Brent, West Texas Intermediate (WTI), Dubai, Cesta OPEP, Árabe Leve e outros), mas, em seu refino, tem nome, sobrenome, patronímico (nome designativo de uma linhagem), todo um conjunto de classificações que merece ser relacionado (projeto da refinaria).

3 Petróleo e Gás Natural (Refino) Existem petróleos: leves, pesados, ultrapesados, com alto teor de enxofre, com alto teor de nitrogenados, doces (sweet), azedos (sour), ácidos, cujos gasóleos envenenam os catalisadores, cujos coques temdem a ter menor teor de enxofre, onde predominam cadeias parafínicas, outros mais aromáticos, outros mais naftênicos, bons para gasolina, ou para diesel, ou para lubrificante, ou para QAV, ou para petroquímicos. Gasóleo - Produto de destilação do petróleo, com ponto de ebulição superior ao do querosene e inferior ao do óleo lubrificante, usado como combustível em motores diesel e também como matéria-prima para craqueamento.

4 Petróleo e Gás Natural A caracterização mais sumária do petróleo pode ser dada pela equação qualitativa abaixo Petróleo = Mistura de Hidrocarbonetos (HC) + Impurezas Petróleo é uma substância oleosa, inflamável, menos densa que a água (nem sempre), com cor variando entre negro e castanho-claro. Óleos obtidos de diferentes reservatórios de petróleo possuem características diferentes de cor, viscosidade, densidade, acidez, teor de enxofre, etc.

5 Elementos Presentes em Óleos Crús Elemento Porcentagem em peso Carbono 84,00 87,00 Hidrogênio 11,00 14,00 Enxofre 0,06 2,00 Nitrogênio 0,10 2,00 Oxigênio 0,10 2,00 McCAIN, W. D. The properties of petroleum fluids. 2. ed. Tulsa: PennWell, 1990.

6 Análise Elementar do Cru Típico (% em Peso) SZKIO, A. S. Fundamentos do refino de petróleo. 1. ed. Rio de Janeiro: Interciências, 2005.

7 Classificação dos Óleos Baseada na estrutura das maiores moléculas Parafínicos Alcanos: C n H 2n+2 Fração gasóleo ótimos lubrificantes Resíduo parafinas Naftênicos Hidrocarbonetos cíclicos que possuem pelo menos uma cadeia carbônica fechada Ciclo alcanos: C n H 2n Propriedades próximas dos parafínicos Aromáticos Hidrocarbonetos que apresentam como cadeia principal um ou vários anéis benzênicos Benzeno 6 C e 6 H em anel Muito pouco reativo: mantém o anel em reações Componentes mais pesados: Piche e asfaltos

8 Classificação dos Óleos

9 Gás Natural de Jazidas de Gás Hidrocarbonetos MOl % Metano 70-98% Etano 1-10% Propano Butanos Pentanos Hexanos Heptanos + Não Hidrocarbonetos Nitrogênio Dióxido de Carbono* Gás Sulfídrico* Hélio traços-5% traços-2% traços-1% traços-½% traços-½% traços-15% traços-5% traços-3% até 5%, normalmente traços ou nenhum * Ocasionalmente, são encontrados gases naturais que são predominantemente dióxido de carbono ou gás sulfídrico.

10 Gás Natural de Poços de Óleo Hidrocarboneto Mol % Metano 45-92% Etano 4-21% Propano 1-15% Butanos Pentanos Hexanos Heptanos + ½-7% traços-3% traços-2% nenhum-1½% Não Hidrocarboneto Nitrogênio traços-até 10% Dióxido de Carbono Gás Sulfídrico Hélio traços-4% nenhum-traços-6% nenhum

11 Composição de um Gás Flash

12 Composição de um Óleo Flash

13 Composição de um Óleo Recombinado

14 Petróleo e Gás Natural No petróleo cru, quase não há hidrocarbonetos insaturados. Os hidrocarbonetos insaturados, por exemplo, os alcenos (CnH2n), que possuem ligações duplas entre os átomos de carbono, são extremamente reativos: embora sejam metabolizados em grandes quantidades na natureza, não se preservam. Todos os petróleos contêm substancialmente os mesmos hidrocarbonetos, em diferentes quantidades. A quantidade relativa de cada grupo de hidrocarboneto varia muito de petróleo a petróleo, afetando as suas propriedades físico-químicas.

15 Propriedades Físicas

16 Petróleo e Gás Natural Os principais grupos componentes dos óleos são: Hidrocarbonetos saturados (parafinas, isoparafinas, naftenos) Aromáticos Resinas e asfaltenos Parafinas (do latim parafine, pequena atividade): 1 a 45 átomos de carbono Tipicamente 15 a 20% do petróleo Variando 3 a 35% Outros componentes são compostos orgânicos (N, O, S) Existem ainda metais e sais de ácidos orgânicos A proporção de hidrocarbonetos na composição do petróleo determina que este seja mais adequado para a produção de um ou outro derivado.

17 Classificação dos Óleos Resinas e Asfaltenos Grandes moléculas de H e C 1 a 3 átomos de N, O e S por molécula Estrutura aromática com 3 a 10 anéis Asfaltenos Não dissolvem em óleo, são dispersos como colóides Puros: sólidos, secos, pó preto e não volátil Permanecem na fração mais pesada Resinas Dissolvem em óleo Líquidos ou sólidos pegajosos Voláteis com outros HC de mesmo peso molecular Se distribuem nas frações pela volatilidade

18 Frações Típicas de Óleo Crú Fração Ponto de Ebulição ( F) (Ponto de Fusão ( F)) Composição química aproximada Usos C1 C2 Gás combustível Hidrocarboneto gasoso até 100 C3 C6 Gás engarrafado combustível, solvente Gasolina C5 C10 Combustível para motor, solvente Querosene C11 C12 Combustível de aviação, cracking stock Gás-óleo leve C13 C17 Diesel, furnace fuel Gás-óleo pesado C18 C25 Óleo lubrificante, bunker fuel Lubrificantes e graxas (100) C26 C38 Óleo lubrificante, graxas parafínicas e géis de petróleo Resíduos 950+ (200+) C38+ Piche, componentes de vedação, asfaltos, coque, vernizes de madeira McCAIN, W. D. The properties of petroleum fluids. 2. ed. Tulsa: PennWell, 1990.

19 Características dos Hidrocarbonetos SZKIO, A. S. Fundamentos do refino de petróleo. 1. ed. Rio de Janeiro: Interciências, 2005.

20 Grupos de Hidrocarbonetos Presentes no Petróleo SZKIO, A. S. Fundamentos do refino de petróleo. 1. ed. Rio de Janeiro: Interciências, 2005.

21 Grupos de Hidrocarbonetos Presentes no Petróleo Tolueno Naftaleno Benzeno

22 Petróleo e Gás Natural A REDUC produz lubrificantes para o mercado nacional, assim importa o Árabe leve que é um petróleo parafínico.

23 Classes de Petróleos

24 Impurezas do Petróleo Impurezas Oleofílicas: São impurezas dissolvidas no ó- leo (ou parte integrante do mesmo): Compostos Sulfurados S é o 3º elemento mais abundante no óleo cru (concentração média de 0,65% em peso, para uma faixa de 0,02 a 4,00%) Ocorre como sulfetos, polissulfetos, benzotiofenos, moléculas policíclicas com nitrogênio e oxigênio, ácido sulfídrico (H 2 S), dissulfeto de carbono, sulfeto de carbonila e enxofre elementar (muito raro) Quanto maior a densidade do óleo, maior o teor de enxofre Existem óleos pesados cujo teor de enxofre é baixo (Marlim e Captain). Compostos indesejáveis: aumentam estabilidade de emulsões (aumentam a polaridade dos óleos), provocam corrosão, contaminam catalizadores e determinam cor e cheiro de produtos finais Produzem SO x e afetam a qualidade ambiental

25 Teores de Enxofre de Diferentes Óleos Segundo sua Acidez Total Acida Number (TAN): Índice que mede a acidez naftênica do óleo, medido em miligramas de hidróxido de potássio por grama de óleo (mg KOH/g). TAN > 1,0 óleos ácidos TAN < 1,0 óleos não ácidos o API 141,5 = 131,5 d 60 / 60

26 Impurezas do Petróleo Impurezas Oleofílicas: São impurezas dissolvidas no ó- leo (ou parte integrante do mesmo): Compostos Sulfurados Classificação divergente: American Petroleum Institute (API) até 1992:» Alto teor de enxofre > 1%» Baixo teor de enxofre < 1% Legislação brasileira atual:» Azedos (sour) > 2,5%» Doces (sweet) < 0,5%» 0,5% < Semidoces ou semi-ácidos < 2,5% Compostos Nitrogenados Óleos com teor médio de 0,17% em peso 90% dos crus têm menos que 0,20% em peso de nitrogênio Altos teores ácidos acima de 0,25%

27 Impurezas do Petróleo Impurezas Oleofílicas: São impurezas dissolvidas no ó- leo (ou parte integrante do mesmo): Compostos Nitrogenados Quase na totalidade estão na forma orgânica (piridinas, quinolinas, pirróis, compostos policíclicos com oxigênio, enxofre, metais, etc.) podendo transformar-se em pequena escala em amoníaco. Petróleos da bacia de campos apresenta nitrogenados acima da média mundial Termicamente estáveis Aumentam a capacidade do óleo reter água em emulsão e tornam instáveis os produtos do refino, formando gomas e alterando sua coloração, além de envenenarem catalizadores.

28 Impurezas do Petróleo Impurezas Oleofílicas: São impurezas dissolvidas no ó- leo (ou parte integrante do mesmo): Compostos Oxigenados Aparecem na forma complexa, como ácidos carboxílicos, ácidos naftênicos, fenóis, cresóis, ésteres, amidas, cetonas, benzofuranos. Concentram-se nas frações pesadas do petróleo, afetando a acidez, o odor e a corrosividade destas frações. Estes compostos estão diretamente relacionados ao teor de acidez do óleo, que é medido através do índice TAN (Total Acid Number), em mg KOH/g. Óleos ácidos têm TAN acima de 1,0 e óleos não ácidos têm TAN abaixo de 1,0. Resinas (Dissolvidas no Cru) e Asfaltenos (Dispersos na Forma Coloidal) Moléculas grandes, com alta relação carbono/hidrogênio, com presença de S, O e N (6,9 a 7,3%)

29 Impurezas do Petróleo Impurezas Oleofílicas: São impurezas dissolvidas no ó- leo (ou parte integrante do mesmo): Compostos Organometálicos Apresentam na forma de sais orgânicos dissolvidos na água emulsionada ao petróleo, facilmente removidos através do processo de dessalgação, e como compostos complexos que tendem a se concentrar nas frações mais pesada do petróleo Os metais contaminantes são: Fe, Zn, Cu, Pb, Mb, Co, Ar, Mn, Hg, Cr, Na, Ni, Va (maior incidência dos 2 últimos, com teor variando entre 1 e ppm) Impurezas Oleofóbicas Impurezas: águas, sais (brometos, iodetos, sulfetos, cloretos,...), argilas, e sedimentos (por exemplo, corrosão de equipamentos)

30 Parâmetros de Caracterização Curvas de Destilação Cada petróleo tem uma curva típica de destilação Quanto maior o teor de carbono, maior a temperatura de ebulição

31 Curva de Destilação de Petróleo

32 Derivados de Petróleo e Faixas Típicas de Corte

33 Corte e Rendimento em Querosene da Destilação Simples de Dois Diferentes Crus

34 Curva PEV para um Petróleo Brasileiro

35 Características Físico-Químicas das Correntes de Petróleo Pesado Nacionais

36 Grau API das Correntes Nacionais de Petróleo o API 141,5 = 131,5 d 60 / 60

37 Teor de Enxofre das Correntes de Petróleo Nacionais

38 Acidez Total das Correntes de Petróleo Nacionais mg KOH TAN = g óleo

39 Fator de Caracterização das Correntes de Petróleo Nacionais KUOP Fator de caracterização proposto pela Universal Oil Products (UOP) KUOP 12,0 óleos predominantemente parafínicos KUOP 11,8 óleos predominantemente naftênicos KUOP 10,0 óleos predominantemente aromáticos KUOP = 3 T d ( R) B 60 / 60