Petroquimica Aula 01

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Ementa da Disciplina
Petroquímica (20 horas)
Caracterização e conceituação da indústria petroquímica.
Relação com o Petróleo e o Gás Natural. Integração refinaria
– unidade petroquímica. Produtos petroquímicos básicos,
intermediários e finais. Matérias-primas. Processos de
produção. Investimentos e mercados dos principais
Produtos.
Bibliografia
J. Speight, Chemical Process and Design Handbook, 1
ed, New York, McGraw-Hill Professional, 2001.
J. G. Speight, B. Ozum, Petroleum Refining Processes,
New York, Marcel Dekker, Inc., 2002.
D. L. Erwin, Industrial Chemical Process Design:
McGraw-Hill Companies, 2002.
S. Matar, L. F. Hatch, Chemistry of Petrochemical
Processes, 2 ed, Houston, Gulf Publishing Company,
2000.
R. A. Meyers, Handbook of Petroleum Refining
Processes. 3 ed, McGraw-Hill Professional, 2003.
Bibliografia
George Odian, Principles of Polymerization, Wiley-
Interscience, 4 ed. , New York , 2004.
K. Matyjaszewski, T. P. Davis, Handbook of Radical
Polymerization, Wiley-Interscience, New York, 2002.
A. J. Peacock, Handbook of Polyethylene, CRC, New
York, 2000.
E. P. Moore Jr., Polypropylene Handbook: Poly-
merization, Characterization, Properties, Processing,
Applications, Hanser Gardner, New York, 1996.
Caracterização e Conceituação 
da Indústria Petroquímica
As indústrias petroquímicas se distinguem pela capacidade
produtiva, constituindo um sistema de processamento
contínuo gerador de múltiplos compostos químicos
básicos, intermediários e finais.
O segmento petroquímico insere indústrias responsáveis
pela fabricação de produtos químicos inorgânicos e
orgânicos, resinas e elastômeros, fibras, fios, cabos e
filamentos, produtos farmacêuticos, defensivos agrícolas,
sabões, detergentes, etc.
Caracterização e Conceituação 
da Indústria Petroquímica
 
Figura 1 – Divisão da Indústria Petroquímica.
Caracterização e Conceituação 
da Indústria Petroquímica
Operações de refinaria como a destilação, a extração, os
processos de separação e as unidades de reação química
são utilizadas para manufatura de diversos produtos
petroquímicos.
Muitos processos para separação de espécies individuais
de correntes de petróleo envolvem a destilação
convencional e extrativa e adsorção seletiva.
Após a separação dos componentes de interesse, muitos
deles sofrem modificação química por meio de processos
de reação, gerando produtos químicos intermediários e
finais.
Indústria Petroquímica
Figura 2 – Produtos Químicos Formados a partir do Metano.
Figura 3 – Produtos Químicos Formados a partir do Eteno.
Indústria Petroquímica
Figura 4 – Produtos Químicos
Formados a partir do Propeno e
Butenos.
 
Indústria Petroquímica
Petróleo e Gás Natural
Figura 5 – Depósitos de Petróleo e Gás.
Petróleo e Gás Natural
o petróleo é uma mistura gasosa, liquida ou sólida de
compostos hidrocarbonetos de ocorrência em depósitos de
rochas sedimentares.
Tipicamente, um petróleo bruto é uma mistura de
compostos que possuem diferentes temperaturas de
ebulição, podendo ser separadas em diversas frações por
intermédio de processos de separação por destilação.
 
Tabela 1 – Composição do Petróleo.
Petróleo e Gás Natural
Figura 6 – Principais Frações de Petróleo.
 
Petróleo e Gás Natural
O termo gás natural é aplicado a misturas de gases, de
formação geológica petrolífera, isoladas ou acompanhadas
ao petróleo. O gás natural geralmente contém elevadas
frações de metano, podendo apresentar, em pequenas
quantidades, parafinas com no máximo seis carbonos na
cadeia.
O gás natural pode variar em composição dependendo
do reservatório (associado com o petróleo ou sozinho)
onde é extraído. Gases não-inflamáveis como o nitrogênio,
He e CO2 são encontrados em menor proporção, sendo
considerados como contaminantes.
Petróleo e Gás Natural
 
Tabela 2 – Principais Constituintes do Gás Natural.
Petróleo e Gás Natural
O gás natural é empregado como combustível tanto em
indústrias (possui combustão limpa, conferindo maior
durabilidade aos equipamentos, com menor custo de
manutenção), casas e automóveis (utilizado em motores
de automotivos, substituindo a gasolina e o álcool, além de
ser menos poluente pode representar uma redução de
custos de 70%, quando comparado a outros
combustíveis). É considerada uma fonte de energia mais
limpa que os derivados do petróleo e o carvão.
Petróleo e Gás Natural
O gás natural e o petróleo são as principais fontes de
hidrocarbonetos usados como matérias-primas para
produção de produtos petroquímicos. Do gás natural, o
etano e o gás liquefeito de petróleo (GLP) são recuperados
e usados como intermediários na produção de olefinas e
diolefinas. Compostos químicos importantes como o
metanol e a amônia são também produzidos com base em
metano via processos de gás de síntese. É importante
considerar que gases de refinaria provenientes do
processamento do petróleo são importantes fontes para
produção e olefinas e GLP.
Refinaria de Petróleo
A indústria do petróleo compreende todas as atividades
que envolvem o processamento do óleo cru, do gás natural
e de seus derivados, desde a exploração e importação ao
refino, distribuição e exportação.
O segmento de refino no Brasil, responsável pela produção
de matéria-prima para a indústria petroquímica, é formado
por 13 refinarias, dispostas em sua maioria na Região
Sudeste.
Refinaria de Petróleo
REMAN 7.300
LUBNOR 1.000
RLAM 53.000
REGAP 24.000
REDUC 38.500
REVAP 40.000
RECAP 8.500
REPLAN 58.000
RPBC 27.000
REPAR 30.000
REFAP 30.000
TOTAL 317.300
TOTAL 1.996 mbpd
Capacidade Autorizada de Refino (m3/dia) Ref.: Março 2005
Capacidade de Tancagem: 20 milhões m3 Aproximadamente 1.400 tanques
BRASKEM
RIOPOL
PQU
COPESUL
Centrais de Matéria-Prima
Capac. Inst.: 1.135 mil t/a eteno
581 mil t/a propeno
265 mil t/a benzeno
Capac. Inst.: 500 mil t/a eteno
250 mil t/a propeno
200 mil t/a benzeno
Matéria Prima Nafta
COPESUL
PQU
BRASKEM
Capac. Inst.: 1.280 mil t/a eteno
590 mil t/a propeno
445 mil t/a benzeno
Refinaria de Petróleo
Figura 7 – Principais Reservas Mundiais de Petróleo em 2000.
Refinaria de Petróleo
Figura 8 – Produção Mundial de Petróleo em 2000.
Refinaria de Petróleo
Uma refinaria de petróleo é caracterizada pela geração de
uma gama enorme de produtos petroquímicos resultantes
do processamento do petróleo bruto. Por exemplo, em
uma refinaria, um ou mais tipos de petróleo pode(m) ser
processado(s), produzindo uma série de produtos
derivados, como o gás liquefeito de petróleo (GLP), a
nafta, o querosene e o óleo diesel, etc.
Refinaria de Petróleo
 
Figura 9 – Fluxograma Simplificado de uma Refinaria de Petróleo.
Refinaria de Petróleo
O objetivo principal do processamento do petróleo bruto é
promover sua separação em três fases individuais: gás,
petróleo cru e água. O tratamento primário do petróleo
bruto é geralmente dividido em duas etapas principais. A
primeira etapa consiste essencialmente da separação de
água, por meio de queda de pressão em separadores em
série, é denominado de processo de estabilização. Já a
segunda etapa é caracterizada pela combinação de
tratamentos eletrostático e térmico.
Refinaria de Petróleo
Figura 10 – Fluxograma Simplificado do Processo de Estabilização.
 
Refinaria de Petróleo
Figura 11 – Processo de Desidratação Eletrostática do Petróleo.
Refinaria de Petróleo
Os processos primários para tratamento do petróleo bruto
visam basicamente a separação de água livre presente no
petróleo. Esta água livre representa a maior parcela
presente na mistura. Geralmente a água solúvel no
petróleo encontra-se na faixa de 20 a 1000 ppm por
volume de petróleo. Geralmente, é considerável como
aceitável o teor de 1% de água livre no petróleo tratado.
Refinaria de Petróleo
A eficiência do processo de separação permanece em
cerca de 90%. Vários fatores contribuem à limitação no
processo de separação. Dentre eles, destacam-se o
tamanho médio de gotas de água reduzido (limita a
separação por gravidadeda água) e a formação de
emulsões óleo/água (dependendo das características do
petróleo, é possível que sejam formadas emulsões de
água/óleo estáveis, na faixa de 3 a 8%). Em virtude disso,
processos subseqüentes têm que ser utilizados para
promover a eliminação de água em níveis aceitáveis..
Refinaria de Petróleo
O processo produtivo numa refinaria segue passos bem
definidos, caracterizados desde o recebimento do petróleo
cru até a entrega dos produtos finais. Geralmente, o
processo inicia com o recebimento do petróleo cru por
oleodutos na área de crus da refinaria, onde é alocado em
tanques de armazenamento. Em seguida, o petróleo é
enviado para unidades de destilação atmosférica (UDA),
que são responsáveis pela separação de diferentes
frações, que serão destinadas aos diversos processos da
refinaria.
Refinaria de Petróleo
A fração de gás combustível (GC) é enviada em sua
totalidade à planta de gás (unidade CAFOR) da refinaria
para gerar energia e/ou utilização na produção de
hidrogênio. Já o GLP, é enviado para a unidades de
separação (unidade FGLP), onde as frações de propano
(C3) e butano (C4) são separadas, e posteriormente
vendidos como produtos finais. Frações de butano também
podem ser empregadas em misturas (blending) de
gasolina.
Refinaria de Petróleo
A Nafta leve de destilação (NL) pode ser comercializada
como nafta petroquímica ou utilizada na produção de
gasolinas automotivas. A Nafta pesada (NP) encontra duas
aplicações principais: utilizada em composições de
misturas de gasolinas e em processos de reforma (unidade
REFORMA), visando o aumento da octanagem para
produção de gasolina. Já o querosene pode ser utilizado
tanto para produção de óleo diesel como pode passar por
um processo de hidrotratamento (unidade HDTQ), onde
adquire características especiais para uso como querosene
de aviação.
Refinaria de Petróleo
O diesel leve pode ser enviado diretamente para a
produção de diesel, ou para o hidrotratamento de diesel
(unidade HDTD) e, posteriormente enviado para a
produção de diesel. Já o diesel pesado passa diretamente
pelo processo de hidrotratamento (unidade HDTD) e
posteriormente é enviado para a produção de diesel.
Refinaria de Petróleo
O resíduo atmosférico (RAT) é enviado para a unidade de
destilação à vácuo (UDV), onde é separado em frações de
gasóleo leve (GOL), gasóleo pesado (GOP) e resíduo de
vácuo (RV). O GOL é utilizado na unidade de
craqueamento catalítico (FCC), para a produção de gás
combustível, gás liquefeito de petróleo, Nafta de
craqueamento catalítico (NFCC), óleo leve de reciclo (LCO)
e óleo clarificado (OCC).
Refinaria de Petróleo
Além disso, parte do resíduo de vácuo pode ser misturado
à corrente de diesel pesado, num ponto do processo que
precede a etapa de hidrotratamento de diesel. O gasóleo
pesado passa pela unidade de craqueamento catalítico
(FCC). O resíduo de vácuo é enviado para a unidade de
desasfaltamento (UDASF) para a produção de óleo
desasfaltado (ODES) e resíduo asfáltico (RASF).
Refinaria de Petróleo
Figura 12 – Fluxograma Ilustrativo da Divisão de uma Refinaria de Petróleo.
Produtos Petroquímicos
Os materiais petroquímicos quando divididos em classes
podem ser denominados de básicos, intermediários ou
finais.
Entende-se como produtos petroquímicos básicos,
compostos químicos naturais que não foram sujeitos às
mudanças químicas após serem recuperados. O gás
natural e os óleos crus são os materiais petroquímicos
básicos utilizados para a produção dos materiais
petroquímicos intermediários e finais através de diversos
processos petroquímicos.
Produtos Petroquímicos
Hidrocarbonetos mais pesados, provenientes do óleo cru e
do gás natural, são convertidos pelo uso de diversos
processos químicos para obtenção de olefinas, que
representam materiais de elevado interesse industriais,
pois são compostos químicos estratégicos para obtenção
de materiais petroquímicos finais.
Produtos Petroquímicos
A indústria petroquímica de segunda geração está baseada
essencialmente em três classes de produtos de
intermediários, derivados materiais petroquímicos básicos.
Estes intermediários são constituídos principalmente por
olefinas (destacam-se o eteno, o propeno e o buteno),
hidrocarbonetos aromáticos (o benzeno, o tolueno e o
xileno) e gás de síntese (misturas de hidrogênio e dióxido
de carbono).
Produtos Petroquímicos
Misturas de hidrocarbonetos aromáticos presentes no óleo
cru geralmente encontram-se em baixa concentração
inviabilizando sua separação por razões técnicas e
econômicas. Entretanto, misturas ricas em aromáticos
podem ser obtidas através de reforma catalítica e
processos de craqueamento. Além disso, misturas de
hidrocarbonetos (C3-C4), provenientes de gases de
refinaria e natural, podem ser convertidas a misturas de
hidrocarbonetos líquidos ricas em aromáticos (C6-C8).
Produtos Petroquímicos
O gás de síntese ocupa a terceira posição hierárquica entre
os produtos petroquímicos intermediários, é obtido
principalmente pelo processo de reforma catalítica do gás
natural ou frações de óleo cru. Importantes produtos
petroquímicos, como por exemplo, a amônia (utilizado
para obtenção de fertilizantes) e o metanol (usado para
produção de formol, em processo que envolvem a
oxidação parcial desidrogenação com o ar), têm o gás de
síntese como precursor.
Figura 13 – Produtos Químicos Derivados do Gás de Síntese.
Produtos Petroquímicos
Produtos Petroquímicos
Devido a importância econômica, as olefinas (eteno,
propeno e buteno), o butadieno e os hidrocarbonetos
aromáticos, são considerados como o coração da indústria
petroquímica, pois são compostos químicos e monômeros
utilizados para síntese de inúmeros produtos
petroquímicos finais de elevado interesse industrial,
incluindo os detergentes, os fertilizantes e uma gama
enorme de polímeros comerciais (destaca-se o
poliestireno, o poli(acetato de vinila), as resinas de
estireno/butadieno, poli(cloreto de vinila), o polietileno, o
polipropileno, etc.) obtidos por diversos processos de
polimerização.
Produtos Petroquímicos
 Eteno
 Propeno
Nafta Butadieno
 Benzeno
 Outros
Etano (70%) Eteno
Propano (30%)
 Propeno
Processos de Produção
A cadeia produtiva da indústria petroquímica é responsável
pela síntese de famílias de produtos de origem petrolífera,
as quais servem como matéria-prima em diversos
segmentos tecnológicos produtivos. Os processos de
produção destes compostos químicos variam com as
características físico-químicas inerentes a cada produto
petroquímico, conferindo a cada processo características
únicas.
Produção de Polietileno
A maior parcela do eteno comercial é obtida via
craqueamento térmico do petróleo em elevadas
temperaturas, na ausência de catalisadores. Em contraste
com o craqueamento catalítico (para produção e gasolina),
o craqueamento térmico é responsável pela produção de
elevadas quantidades de eteno, propeno e butileno.
Produção de Polietileno
O eteno é um composto altamente ativo que reage
facilmente com inúmeras substancias químicas. Por isso, o
eteno é utilizado para produzir compostos como o 1,2-
dicloro etano, o monocloreto de vinila, o estireno, o
acetato de vinila, o ácido acrílico, monômeros percussores
de importantes polímeros comerciais. Também é
polimerizado para formas diferentes grades de polietileno
ou copolimerizado com outras olefinas.
Produção de Eteno
Figura 14 – Produção de Eteno via Craqueamento Térmico.
Produção de Propeno
O propeno é um alqueno reativo que pode ser obtido tanto
de correntes de gás de refinaria, como produzido através
de craqueamento catalítico de hidrocarbonetos.
O propeno é utilizado para produção de uma variedade
enorme de compostos químicos, incluindo o ácido acrílico,
o óxido de propileno, o álcool isopropílico, o cumeno, a
acrilonitrila, etc.
Diversos materiais poliméricos de elevado interesse
industrial são obtidos de polimerização porcoordenação do
propeno, destacando-se os polipropilenos isotáticos e seus
copolímeros randômicos ou em bloco com eteno e 1-
buteno.
Produção de Propeno
Figura 15 – Diagrama Simplificado para Síntese de Propeno.
Produção de BTX
O benzeno (C6H6) é o mais importante hidrocarboneto
aromático. É precursor de inúmeros compostos químicos
que podem ser utilizados com produtos intermediários ou
finais. O tolueno e o xileno (metil benzeno) são
basicamente benzenos substituídos por um ou dois radicais
metila. Quase todos os compostos derivados do benzeno
são convertidos em outros compostos químicos e
polímeros.
Figura 16 – Principais Produtos Derivados do Benzeno.
Produção de BTX
As correntes de refinaria provenientes de processos de
reforma catalítica, craqueamento catalítico e da pirólise da
gasolina são as fontes primárias para produção de
benzeno, tolueno e xileno (BTX). BTX são separados
destas correntes através de processos de destilação,
cristalização e isomerização.
O benzeno apresentava como principal vantagem a
versatilidade na produção de outros compostos químicos
(origina cerca de 250 compostos químicos). Os derivados
do benzeno mais importantes são etilbenzeno, cumeno e
ciclohexano.
Produção de BTX
O xileno consiste basicamente de uma mistura de
isômeros, contendo quatro tipos diferentes (para-xileno,
orto-xileno, meta-xileno, etilbenzeno). O xileno, quando na
forma de uma mistura de isômeros, é utilizado com
solvente em diversas aplicações. Entretanto, quando rico
em um dos quatro isômeros, é usado para síntese de
fibras de poliéster, resinas e filmes.
Produção de BTX
Figura 17 – Principais Produtos Derivados do Xileno.
Produção de BTX
BTX podem ser obtidos por processos industriais com
diferentes configurações. A mais simples delas produz
benzeno, tolueno e misturas de xilenos através de quatro
etapas principais:
• Hidrotratamento da nafta para remoção de
contaminantes nitrogenados e sulfurados;
• Reforma catalítica da nafta para produção de
aromáticos;
• Extração e aromáticos NTX;
• Separação de frações ricas em bezeno, tolueno e
xilenos.
Produção de BTX
Figura 18 – Processo Simplificado para Produção de BTX.
Produção de BTX
Produção de BTX
A produção de benzeno e correntes ricas em para-xileno
ou orto-xileno pode ser maximizada pela utilização de
processos especiais, constituídos das seguintes etapas:
• Plataforma CCR (regeneração catalítica contínua)
para produção de aromáticos a partir da nafta com alta
seletividade;
• Destilação extrativa para recuperação de benzeno e
tolueno;
• Recuperação de para-xileno através de processo de
separação por adsorção;
• Isomerização de xilenos e conversão de etilbenzeno;
• Conversão de tolueno e aromáticos pesados em
xilenos e benzeno.
Figura 19 – Processo Simplificado para Produção de Benzeno e Tolueno.
Produção de BTX
Produção de Amônia
A amônia é um dos mais importantes compostos químicos
inorgânicos. Obtido da reação de hidrogênio com
nitrogênio gasoso de origem atmosférica, é um gás incolor
com odor irritante e muito solúvel em água, formando uma
solução alcalina de hidróxido de amônio. Pode ser
facilmente liquefeita sob pressão, sendo bastante utilizada
com fluido refrigerante. Um exemplo típico é aplicação da
amônia como fluido refrigerante em sistemas de troca
térmica de reatores de polimerização em emulsão, usados
para síntese de copolímeros de estireno e butadieno.
Produção de Amônia
A amônia é muito utilizada na agricultura, sobretudo na
produção de fertilizantes. Em fertilizantes nitrogenados, a
amônia é matéria-prima básica para a fabricação de uréia,
nitrato de amônio, sulfato de amônio, fosfato de amônio
(MAP) e fosfato de diamônio (DAP), aquamônia e
fertilizantes líquidos.
Ainda na área agrícola, mas em menor escala, a amônia
pode ser utilizada como desfolhante para plantio, agente
antifungo e de conservação para certos grãos. Diversos
materiais plásticos, como resinas de uréia-formaldeído e
melanina- formaldeído são obtidas a partir de amônia.
Figura 20 – Diagrama Simplificado do Processo Harber.
Produção de Amônia
Produção de Metanol
O metanol (álcool metílico) é um liquido incolor com odor
característico e propriedades narcóticas. É miscível em
pequenas proporções em água, etanol e éter. A queima do
metanol produz uma chama transparente produzindo CO2
e água. Os vapores de metanol formam uma mistura
explosiva com o ar. Devido ao elevado conteúdo de
oxigênio, pode ser misturado a gasolina para aumentar a
octanagem e reduzir a emissão de monóxido de carbono e
hidrocarbonetos.
Produção de Metanol
Por ser altamente reativo, diversos produtos químicos
derivam do metanol, por exemplo, o folmaldeído obtido
através de oxidação e ácido acético por reação de
carbonilação. Em estudos recentes, é avaliada a utilização
do metanol para produção de olefinas como o eteno e o
propeno.
Figura 21 – Processo de Produção de Metanol via Gás de Síntese.
Produção de Metanol
Figura 22 – Processo de Produção de Metanol via Gás Natural.
Produção de Metanol
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