Estudo do Petróleo e Gás

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Introdução ao estudo do petróleo e do gás natural
MSc. Ana Cristina Félix Vieira Dias
Petrum = pedra
Oleum = óleo
Utilização do petróleo vem de épocas bem remotas. O petróleo era conhecido por diversos nomes, entre eles: betume, azeite, asfalto, lama, múmia, óleo de rocha, alcatrão, resina, óleo de São Quirino. 
A Bíblia cita lagos de asfalto, usado como impermeabilizante, para acender fogueiras e nos altares.
O petróleo e sua origem 
Nabucodonosor pavimentava estradas com betume na Babilônia. 
Romanos deram-lhe fins bélicos, como comburente em lanças incendiárias, no que foram imitados pelos árabes.
No Egito, esse óleo teve grande importância na iluminação noturna, na impermeabilização das moradias, na construção das pirâmides e até mesmo no embalsamamento de múmias, fins medicinais, na calefação de canais e em rituais. O petróleo era conhecido desde essa época, quando aflorava naturalmente na superfície.
O petróleo e sua origem 
Ainda na Bíblia, Deus mandara Noé calafetar com pez sua arca, tanto por dentro como por fora (Gênese, 6-14). Os sumérios e assírios usavam-no para tratar doenças de pele. 
Entre os incas recebeu um nome que significava "goma da terra", e este povo chegou a destilar o petróleo.
O petróleo e sua origem 
Alexandre, O Grande ficou maravilhado com o fogo que emanava de forma inextinguível do petróleo na região de Kirkuk (atual região do Iraque), onde atualmente há uma crescente produção petrolífera.
Milênios antes de Cristo, o petróleo era transportado, vendido e procurado como útil e precioso produto comercial.
O petróleo e sua origem
Os gregos consideravam o mineral como estratégico, e tinham reservas para seu uso. Quando os romanos adotaram a técnica de uso bélico do óleo natural, batizaram inicialmente, dado seu mau odor, de stercus diaboli, antes de chamarem-no óleo de pedra.
No entanto, foi apenas no século XIX, nos EUA, que o petróleo teve seu marco na indústria moderna. Isso graças à iniciativa do americano Edwin L. Drake, que, após varias tentativas de perfuração, encontrou petróleo.
O petróleo e sua origem
CARACTERÍSTICAS ORGANOLÉPTICAS:
O petróleo é um líquido oleoso, que pode ter cores que variam do negro ao âmbar.
 sua formação é considerada de origem orgânica, embora haja uma teoria que sugere que ele tenha uma origem inorgânica.
O petróleo e sua origem 
Sua constituição química é basicamente uma mistura complexas de Hidrocarbonetos, e em menor quantidade, compostos de enxofre, nitrogênio e oxigênio, além dos metais Níquel e Vanádio.
Estes últimos são ditos contaminantes por interferirem na qualidade do petróleo.
DEFINIÇÃO
Os contaminantes mais comuns do petróleo são os compostos orgânicos sulfurados, oxigenados, organometálicos, compostos orgânicos nitrogenados além de água, CO2 , sais minerais, e etc.
Tais contaminantes podem trazer efeitos prejudiciais aos equipamentos, aos catalisadores e à qualidade final do produto. Além disso, podem existir limites legais quanto ao conteúdo de impurezas, como por exemplo, o enxofre. 
 
Contaminantes do Petróleo
Contaminantes do Petróleo
FPSO – FLOATING PRODUCTION STORAGE OFFLOADING (Unidade Flutuante de Armazenamento e Transferência)
FPSO – FLOATING PRODUCTION STORAGE OFFLOADING – UNIDADE FLUTUANTE DE ARMAZENAMENTO E TRANSFERENCIA.
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Contaminantes do Petróleo
A separação do petróleo acontece em torres de destilação fracionada e seus componentes não podem ser separados de forma pura.
 O petróleo é normalmente 
 separado em frações de 
 acordo com a faixa de ebulição dos compostos. 
Destilação
Gás liquefeito de petróleo (GLP) - consiste de uma fração composta por propano e butano, sendo armazenado em botijões e utilizado como gás de cozinha.
Hidrocarbonetos 
Principais alcanos
Gasolina - é um dos produtos de maior importância do petróleo, sendo um líquido inflamável e volátil. Consiste de uma mistura de isômeros de hidrocarbonetos de C5 a C9, obtida primeiramente por destilação e por outros processos nas refinarias. Hoje em dia, com a finalidade de baratear e aumentar a octanagem da gasolina, são adicionados outros produtos não derivados de petróleo à gasolina, como, por exemplo, o metanol e o etanol.
A introdução da gasolina na aviação teve início junto com o 14 Bis (Santos Dumont) 
no qual se utilizava um motor de carro.
Hidrocarbonetos 
 Principais alcanos
Querosene - o querosene é uma fração intermediária entre a gasolina e o óleo diesel. Esse derivado é obtido da destilação fracionada do petróleo in natura, com ponto de ebulição variando de 150 °C a 300 °C. O querosene não é mais o principal produto de utilização industrial, mas é largamente utilizado como combustível de turbinas de avião a jato, tendo ainda aplicações como solvente. Tem como característica produzir 
 queima isenta de odor e fumaça.
Hidrocarbonetos 
Principais alcanos
Óleo diesel - é um combustível empregado em motores diesel. É um líquido mais viscoso que a gasolina, possuindo fluorescência azul. Sua característica primordial é a viscosidade, considerando que, através dessa propriedade, é garantida a lubrificação.
É comum a presença de compostos de enxofre no óleo diesel, cuja combustão dá origem a óxido e ácidos corrosivos e nocivos aos seres vivos, que geram a chuva ácida. O despertar da consciência de preservação do meio ambiente está induzindo os refinadores a instalar processos de hidrodessulfuração para reduzir o teor de enxofre.
Hidrocarbonetos 
Principais alcanos
Parafinas - são um produto
 comercial versátil, de aplicação industrial
 bastante ampla, como, por exemplo:
 - impermeabilizante de papéis, gomas de mascar, explosivos, lápis, revestimentos internos de barris, revestimentos de pneus e mangueiras, entre outras.
Uma curiosidade, é a que nós comemos petróleo, por exemplo, no chocolate brasileiro, já que a parafina é misturada ao chocolate para dar mais consistência, impedindo que este derreta.
Hidrocarbonetos 
Principais alcanos
Os alcenos normalmente estão ausentes do petróleo cru ou presentes em quantidades muito pequenas, porém se formam durante o craqueamento catalítico das frações mais pesadas visando à obtenção de frações mais leves, como é o caso típico da produção de gasolina (moléculas com cerca de oito carbonos) a partir do óleo (cerca de dezesseis carbonos).
Etileno (eteno) – é uma das substâncias orgânicas mais importantes para as indústrias químicas e é obtido do petróleo principalmente como sub-produto do craqueamento catalítico e de outros procedimentos envolvendo o processamento petroquímico.
Hidrocarbonetos 
 Principais alcenos
Ele ocorre em pequena quantidade na natureza, sendo liberado por certas plantas e atuando como hormônio vegetal responsável, entre outras coisas, pelo amadurecimento dos frutos.
Fruticultores se aproveitam dessa propriedade do etileno. Eles podem apanhar frutos ainda verdes, transportá-los sem que haja perda apreciável e forçar a maturação submetendo-os a um ambiente contendo gás. 
Principais alcenos
ETENO/ ETILENO
O etino é conhecido trivialmente por acetileno e possui largas aplicações. Pode ser utilizado como combustível nos chamados maçaricos de oxi-acetileno, uma vez que sua chama é extremamente quente (3.000⁰C) – esses maçaricos destinam-se a soldar ferragens ou cortar chapas metálicas. O acetileno não deve ser armazenado puro sob pressão, pois pode explodir quando comprimido. Costuma ser guardado em tambores, dissolvido em acetona, sendo esse método de estocagem mais seguro.
Sob o ponto de vista industrial, o acetileno constitui uma das mais importantes matérias-primas. A partir dele pode-se obter uma infinidade de outros compostos usados para fabricar plásticos, tintas, adesivos, fibras têxteis, etc.
Hidrocarbonetos – 
Principais alcinos
O buta-1,3-dieno, conhecido simplesmente pelo apelido de butadieno é uma importante matéria-prima industrial,também obtida a partir do petróleo. Sua principal aplicação é na fabricação da borracha sintética.
Obs.: a borracha natural, que é obtida a partir da árvore da seringueira, é isopreno (2-metil-buta-1,3-eno). Essa mesma substância é produzida por muitos outros vegetais e é utilizada na síntese de muitas outras substâncias, como a vitamina E, o licopeno (vermelho de pimentões e tomates) e o betacaroteno (a cor laranja de cenouras).
 
Hidrocarboneto 
Principais alcadienos 
Corresponde aos hidrocarbonetos saturados de cadeia cíclica. 
Alguns de seus representantes mais expressivos para a indústria química são ciclo-pentano, ciclo-hexano, metil-ciclo-hexano e os metil-ciclo-pentanos.
Série Naftênica ou dos ciclanos
Tolueno é o nome trivial do metil-benzeno, um líquido incolor, que pode ser obtido a partir do carvão mineral ou por meio da desidrogenação catalítica (com catalisador) do metil-ciclo-hexano, proveniente do petróleo.
Xilenos – Apesar de serem encontrados na natureza, atualmente são considerados derivados do petróleo. São utilizados no preparo de lâmina para microscopia. Sua principal utilização, no entanto, é como solvente e matéria-prima na indústria química.
Hidrocarbonetos – Principais aromáticos
 LEVE > 30º
 MODERADO 22 > 30º
 º API 
		PESADO < 22º 
 EXTRA-PESADO < 10º 
 
CLASSE PARAFÍNICAS
CLASSE PARAFÍNICA-NAFTÊNICA
CLASSE NAFTÊNICA
CLASSE AROMATICA
CLASSE AROMÁTICA INTERMEDIÁRIA
CLASSE AROMÁTICA-NAFTÊNICA
CLASSE AROMÁTICA-ASFÁLTICA
A classificação do Petróleo
Grau API (º Api) que significa American Petroleum Institute
Forma de expressar a densidade relativa de um óleo ou derivado. A escala API, medida em graus, varia inversamente à densidade relativa, isto é, quanto maior a densidade relativa, menor o grau API. O grau API é maior quando o petróleo é mais leve. Petróleos com grau API maior que 30 são considerados leves; entre 22 e 30 graus API, são médios; abaixo de 22 graus API, são pesados; com grau API igual ou inferior a 10, são petróleos extra-pesados. 
Quanto maior o grau API, maior o valor do petróleo no mercado.
A classificação do Petróleo
A idade geológica: as rochas antigas tendem a ter maior graduação (maior ºAPI). Embora as rochas terciárias podem ter graduação de até 40ºAPI.
Profundidade do reservatório: quanto maior a profundidade, maior a graduação.
Tectonismo: altas graduações são comuns em regiões com muitas tensões nas camadas geológicas.
Alguns fatores que podem afetar o ºAPI dos óleos:
Salinidade: os reservatórios de origem marinha tendem a ter maiores graduações do que os de origem de ambientes com água salobra ou fresca.
Teor de enxofre: este teor é alto em óleos de baixa graduação.
Alguns fatores que podem afetar o ºAPI dos óleos
Com grande índice de Alcanos.
Classe dos óleos leves, fluidos ou de alto ponto de fluidez, com densidade inferior a 0,85.
Comum no petróleo do nordeste do Brasil;
Querosene de alta qualidade;
Óleo diesel com boas características de combustão;
Óleos lubrificantes de alto índice de viscosidade, elevada estabilidade química e alto ponto de fluidez.
Resíduos de refinação com elevada percentagem de parafina.
Classe Parafínica (75% ou mais de parafinas)
Apresentam densidade e viscosidade maiores do que os parafínicos, mas ainda são moderados. 
O petróleo produzido na Bacia de Campos, no Rio de Janeiro – Brasil, é desse tipo.
A bacia de Campos é a maior província petrolífera do Brasil, é responsável por 83% a 85% da produção petrolífera.
Classe Parafínico-Naftênico (50-70% parafinas, >20% de naftênicos)
Nesta classe enquadra-se um número muito pequeno de óleos;
Estes apresentam baixo teor de enxofre;
Pertencem a esta classe alguns óleos da América do Sul, da Rússia e do Mar do Norte (Dinamarca, Noruega, Suécia, Bélgica – norte da Europa).
Classe Naftênica (>70% de naftênicos)
O petróleo desse tipo produz subprodutos com as seguintes propriedades:
Gasolina com alto índice de octanagem;
Óleos lubrificantes de baixo resíduo de carbono;
Resíduos asfálticos na refinação.
Possuem cadeias em forma de anel.
Classe Naftênica (>70% de naftênicos)
Compreende óleos frequentemente pesados, contendo de 10 a 30% de asfaltenos e resinas e teor de enxofre acima de 1%, e geralmente uma densidade maior que 0,85.
Alguns óleos do Oriente Médio (Arábia Saudita, Catar, Kuwait, Iraque, Síria e Turquia), África Ocidental, Venezuela, Califórnia e Mediterrâneo (Sicília, Espanha e Grécia) são desta classe.
Classe aromática intermediária (>50% de HC a aromáticos)
Óleos deste grupo sofreram processo inicial de biodegradação, no qual foram removidas as parafinas. 
Eles são derivados dos óleos parafínicos e parafínico-naftênicos, podendo ter mais de 25% de asfaltenos e resinas.
Teor de enxofre entre 0,4 e 1%.
Alguns óleos da África Ocidental são deste tipo.
Classe aromático-naftênica (>35% de naftênicos)
Esses óleos são oriundos de um processo de biodegradação avançada em que ocorreria a reunião de monocicloalcenos e oxidação.
Podem também nela se enquadrar alguns poucos óleos verdadeiramente aromáticos não degradados da Venezuela e África Ocidental. 
Entretanto compreende principalmente óleos pesados e viscosos, resultantes da alteração dos óleos aromáticos intermediários. 
Nesta classe há os óleos do Canadá Ocidental , Venezuela e sul da França.
Classe Aromático-asfáltica (>35% de asfaltenos e resinas)
FORMAÇÃO DO PETROLEO
Era Cenozóica
Há duas teorias sobre a formação do Petróleo:
1ª Teoria: Inorgânica = O petróleo teria surgido junto com a Terra por alguma falha ou armazenamento de carbono em exagero.
2ª Teoria: Orgânica = O petróleo teria origem orgânica, surgindo através das transformações químicas ocorridas em compostos orgânicos, oriundos de seres vivos.
FORMAÇÃO DO PETRÓLEO
A primeira teoria perdeu força depois de descobrirem que o petróleo surgiu na Era Cenozóica (a cerca de 400 milhões de anos),enquanto que a Terra tem cerca de 4,5 bilhões de anos.
A teoria mais aceita hoje, é portanto, a teoria orgânica que sugere que o petróleo seja feito a partir dos restos orgânicos de seres vivos.
FORMAÇÃO DO PETRÓLEO
O petróleo tem origem a partir da matéria orgânica depositada junto com os sedimentos. 
A matéria orgânica marinha é basicamente originada de microorganismos e algas que formam o fitoplâncton e não pode sofrer processos de oxidação. 
FORMAÇÃO DO PETRÓLEO
A necessidade de condições não oxidantes pressupõe de deposição formado de sedimentos de baixa permeabilidade, inibidor da ação da água circulante em interior.
Para a formação do petróleo são necessárias condições como matéria orgânica, a preservação dessa matéria da ação de bactérias aeróbicas, esse material não deve ser movimentado por longos períodos e além da decomposição anaeróbica deve sofrer ação de temperatura e pressão.
FORMAÇÃO DO PETRÓLEO
A interação dos fatores – matéria orgânica, sedimentos e condições físico-químicas apropriadas – é fundamental para o início da cadeia de processos que leva à formação do petróleo.
No entanto, para a sua formação é necessário ainda que as bacias sedimentares tenham sido formadas em condições muito específicas. Normalmente são áreas em que sucessões espessas de sedimentos marinhos foram soterrados à grandes profundidades.
FORMAÇÃO DO PETRÓLEO
A matéria orgânica proveniente de vegetais superiores também pode dar origem ao Petróleo, todavia sua preservação torna-se mais difícil em função do meio oxidante em que vivem.
O tipo de hidrocarboneto gerado, óleo ou gás, é determinado pela constituição da matéria orgânica original e pela intensidade do processo térmico atuante sobre ela.
FORMAÇÃO DO PETRÓLEO
Diagênese:
Na faixa de temperatura mais baixa, até 65°C predomina a atividade bacteriana que promove a reorganização celular e transforma a matéria orgânica em querogênio. 
Etapas da formação do Petróleo
O incremento da temperatura, até 165°C é determinante da quebra das moléculas de querogênioe resulta na geração de hidrocarbonetos líquidos e gás.
O craqueamento é a quebra das moléculas maiores tornando-as menores.
Catagênese
A continuação do processo, avançando até 210ºC, propicia a quebra das moléculas de hidrocarbonetos líquidos e sua transformação em gás leve – Metagênese.
Metagênese
Ultrapassando esta fase, a continuação do incremento de temperatura leva à degradação do hidrocarboneto formado, deixando com remanescente grafite, gás carbônico e algum resíduo de gás metano. 
Metamorfismo
Dos três tipos de querogênio já identificados cada qual produz diferentes compostos durante a maturação, com respectivas variações em C/H ou C/ O. A formação de petróleo e gás natural não depende apenas da composição de matéria orgânica original, mas também do aumento de temperatura, isto é, do gradiente geotérmico.
Metamorfismo
Para se ter uma acumulação do petróleo, é necessário que após o processo de produção ocorra a migração e que esta tenha o caminho interrompido pela existência de algum tipo de armadilha geológica. 
O Petróleo é gerado em uma rocha dita fonte ou geradora, e se desloca para outra, onde se acumula, dita reservatório.
As formas de migrações tem várias explicações que fogem do objetivo do nosso curso.
Migração do Petróleo
O Petróleo, após ser gerado e ter migrado, é eventualmente acumulado em uma rocha que é chamada Reservatório.
Esta rocha pode ter qualquer origem ou natureza, mas para se constituir um reservatório deve apresentar espaços vazios em seu interior (porosidade) e que estes espaços estejam interconectados.
Rocha Reservatório
Atendida as condições de geração, migração e reservatório, para que se dê a acumulação do petróleo, existe a necessidade de que alguma barreira se interponha em seu caminho. 
Essa barreira é produzida pela Rocha Selante, cuja sua característica principal é sua baixa permeabilidade.
Além da impermeabilidade, a rocha selante deve ser dotada de plasticidade, característica que a capacita a manter sua condição selante mesmo após submetida a grandes esforços de deforma-la.
Rocha Selante
Duas classe são selantes por excelência: os folhelhos e os evaporitos (o sal gema – NaCl).
Sua eficiência depende de sua espessura e de sua extensão.
Rocha Selante
Folhelho
Evaporito
A HISTORIA DO PETROLEO
Como já vimos anteriormente, o petróleo é utilizado desde tempos imemoriáveis, graças as exsudações espontâneas que ora ou outra surgiam. 
Apesar da técnica de perfuração de poços profundos ser dominada desde 200 anos a.C., o objetivo exploratório era sempre água potável e não petróleo.
A História do Petróleo
Durante o século XVIII já eram cavados poços a profundidades de até 50 metros que buscavam o petróleo.
A vantagem desse procedimento era que o petróleo assim produzido era mais “leve” do que o aflorante naturalmente, ou seja, com os constituintes mais voláteis ainda presentes.
No entanto a construção desses poços era uma tarefa extremamente arriscada devido à presença de gases altamente inflamáveis.
A História do Petróleo
 No início do século XIX, as primeiras destilarias foram construídas, visando a separação dos constituintes do petróleo.
Na mesma época era desenvolvido o lampião a querosene, que produzia uma chama muito mais brilhante e com muito menos fumaça do que os que utilizavam óleo de baleia.
 
A história do Petróleo 
Lampião a querosene
A Era do Petróleo e seus derivados (Indústria Química e Petroquímica), só começou mesmo no século XIX, quando o Coronel Drake, em 27 de agosto de 1859, encontrou petróleo a cerca de 20 m de profundidade, após meses de perfuração, no oeste da Pensilvânia, EUA, utilizando uma máquina perfuratriz para a construção do poço.
A história do Petróleo
A famosa imagem: Edwin Drake [d] e Peter Wilson [e] em frente à casa de máquinas do primeiro poço - que marcou o início da indústria do petróleo, 1866.
Pensilvânia 
Perfuratriz moderna
Ver slides sobre Cel Drake.
Sua descoberta causou tanta sensação na época que em apenas um ano, 15 refinarias foram instaladas na região.
Na verdade, nessa época, os primeiros exploradores de petróleo foram pessoas ou empresas ligadas ao ramo da mineração, que estavam acostumadas ao ciclo da indústria mineral (ouro ou carvão).
A história do Petróleo
Embora com experiência no setor mineral, os antigos mineiros aprenderam que a exploração do petróleo era completamente diferente.
Devido ao seu estado líquido, após a perfuração normalmente ocorre a surgência natural, o que torna difícil e extremamente oneroso tanto seu armazenamento para regular o fluxo do mercado, como seu transporte por grandes distâncias. 
A história do Petróleo
Além disso, em apenas cinco anos surgiram 543 companhias de perfuração e extração do petróleo, o que fez que diversos desses primeiros exploradores falissem e o preço do petróleo caísse tremendamente.
O preço do barril do petróleo (159L) caiu de cerca de US$ 20 em 1860 para US$ 0,10 em apenas dois anos. 
A história do Petróleo
No entanto, a grande revolução da indústria do petróleo ocorreu com a invenção dos motores de combustão interna e a produção de automóveis em grande escala (por Henri Ford) que deram a gasolina uma utilidade mais nobre do que a simples queima ou descarte nos rios (prática comum no século XIX). 
vídeos
A história do Petróleo
OPEP - Organização dos Países Exportadores de Petróleo
Petróleo: Um tema para o ensino da Química – Revista Química Nova – nº 15, maio de 2002 – 15ª Edição
http://pt.wikipedia.org/wiki/Betume. acessado em 13/05/2011
cursos.unisanta.br/engpetroleo/.../dessalga_desidrata_petroleo.pdf - acesso em 13/05/11
http://www.aga.com.br/international/web/lg/br/likelgbr.nsf/docbyalias/ind_refineries - acesso em 13/05/11
http://www.clickmacae.com.br/Petroleo/?sec=53 –acesso em 20/05/2011.
http://www.geologiadopetroleo.com.br/bacias-sedimentares/ acesso em 27/05/2011
http://froidsdageografia.blogspot.com/2009/10/origem-do-petroleo.html acesso em 27/05/2011
Referências 
http://blog.planalto.gov.br/o-petroleo-no-brasil/ - 02/06/2011
Decifrando a Terra/organização Wilson Teixeira... [et.al]. – São Paulo: Companhia Editora Nacional, 2008. – 3ª Reimpressão. Pág.475 – cap.22
Referências
http://nelsonlirarochas7.yolasite.com/quimiogenicas.php (evaporitos) - 01/06/2011
http://www.rc.unesp.br/museudpm/rochas/sedimentares/folhelho.html (folhelhos) 01/06/2011
http://oglobo.globo.com/blogs/petroleo/posts/2007/10/05/visitando-coronel-drake-titusville-pensilvania-76144.asp 04/06/2011
Créditos das imagens
Fazer uma pesquisa sobre a Era Cenozoica, características do período, seres vivos comuns, etc. Vale trazer vídeo da youtube.
Era Cenozoica
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