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COLÉGIO ANTÔNIO AFONSO TÉCNICO DE QUÍMICA MARIA CLARA RIBEIRO DOS SANTOS PESQUISA SOBRE PETRÓLEO JACAREÍ - SP 2024 2 1. INTRODUÇÃO: PROCESSO DE DESTILAÇÃO DO PETRÓLEO BRUTO A destilação do petróleo bruto é um processo fundamental na indústria de refino de petróleo, responsável por separar os diversos componentes que compõem o óleo cru. Este processo é essencial para a obtenção de produtos como gasolina, diesel, querosene, entre outros derivados utilizados na indústria e no cotidiano. No entanto, apesar de sua importância, a destilação enfrenta desafios significativos, especialmente relacionados à eficiência energética e à qualidade dos produtos finais. O petróleo bruto é uma mistura complexa de hidrocarbonetos que variam em termos de peso molecular e ponto de ebulição. A destilação é o primeiro passo no refino, onde o petróleo é aquecido em uma torre de destilação para separar os componentes com base em seus pontos de ebulição. Esse processo é crucial para atender à demanda por diferentes frações de produtos refinados, cada um com características específicas que os tornam adequados para diferentes aplicações. Um dos principais problemas enfrentados na destilação do petróleo bruto é a formação de resíduos e subprodutos não desejados, como asfaltenos e coque, que podem contaminar os produtos finais e reduzir a eficiência do processo. Além disso, o consumo energético é outro desafio significativo, uma vez que a destilação é um processo intensivo em termos de energia, exigindo altas temperaturas e grandes quantidades de vapor para separar eficazmente os componentes do petróleo. Os objetivos da destilação do petróleo bruto incluem não apenas a separação eficiente dos componentes, mas também a maximização da qualidade e rendimento dos produtos finais. Isso envolve a otimização dos parâmetros de operação da torre de destilação, a fim de garantir que cada fração extraída atenda aos padrões de mercado e regulatórios. Além disso, há um foco crescente na sustentabilidade ambiental, buscando reduzir as emissões de CO2 e o consumo de energia durante o processo de destilação. Quanto à metodologia, a destilação do petróleo bruto geralmente envolve uma série de etapas que incluem o aquecimento do óleo cru em fornos, a introdução do petróleo aquecido na torre de destilação e a coleta das frações separadas em diferentes níveis da torre. Essas frações são então processadas adicionalmente em 3 unidades de refino para produzir produtos finais específicos, como gasolina, diesel, nafta, óleo combustível e outros derivados. É importante destacar que a eficiência e a segurança operacional são aspectos essenciais da metodologia de destilação do petróleo bruto. Os operadores das unidades de destilação devem monitorar constantemente os parâmetros de processo, como temperatura, pressão e vazão, para garantir operações seguras e eficientes. A automação e o controle avançado são frequentemente utilizados para otimizar o desempenho da unidade e minimizar falhas operacionais que possam impactar a produção. Em resumo, a destilação do petróleo bruto é um processo complexo e crucial para a indústria de refino, envolvendo desafios técnicos e operacionais significativos. Os avanços na tecnologia de destilação visam não apenas melhorar a eficiência energética e a qualidade dos produtos finais, mas também promover práticas mais sustentáveis e ambientalmente conscientes. À medida que a demanda por produtos refinados continua a crescer globalmente, a otimização contínua deste processo é essencial para atender às necessidades futuras da sociedade de maneira eficaz e responsável. 1.1 Aquecimento 4 O petróleo bruto é aquecido a altas temperaturas em uma torre de destilação. 1.2 Torre de destilação O petróleo aquecido é introduzido na parte inferior da torre de destilação, que é uma coluna alta e estreita. À medida que o petróleo aquecido sobe pela torre, a temperatura diminui gradualmente. 1.3 Separação por frações À medida que o petróleo aquecido sobe na torre, ele começa a se separar em diferentes frações com base em seus pontos de ebulição. Os componentes mais leves, como o gás de petróleo liquefeito (GLP) e a gasolina, sobem até o topo da torre, enquanto os componentes mais pesados, como o diesel, óleo combustível e resíduos asfálticos, permanecem na parte inferior. 1.4 Coleta e Refino Cada fração é coletada em diferentes estágios da torre de destilação e, em seguida, pode ser submetida a processos adicionais de refino para remover impurezas e ajustar suas propriedades. 1.5 Produtos finais No final do processo, várias frações são obtidas, incluindo GLP, gasolina, querosene, diesel, óleo lubrificante e resíduos asfálticos. Cada uma dessas frações pode ser utilizada como matéria-prima para uma ampla gama de produtos, desde combustíveis até materiais petroquímicos. 2. EXTRAÇÃO DO PETRÓLEO BRUTO A extração de petróleo bruto é o processo de retirar o petróleo do subsolo da Terra para uso comercial. Esse processo envolve uma série de etapas complexas e pode 5 variar dependendo do local e das características do campo petrolífero. 2.1 Exploração A primeira etapa envolve a busca por reservatórios de petróleo. Isso pode ser feito usando técnicas como sísmica, perfuração de poços de exploração e análise de amostras de solo e rocha. 2.2 Perfuração de poços Após a identificação de um potencial reservatório, são perfurados poços de exploração para confirmar a presença de petróleo e determinar a viabilidade comercial. 2.3 Avaliação Os poços de exploração fornecem dados sobre a quantidade e a qualidade do petróleo presente no reservatório. Com base nessas informações, é feita uma avaliação da viabilidade econômica da extração. 2.4 Desenvolvimento Se o reservatório for considerado economicamente viável, começa a fase de desenvolvimento. Isso envolve a perfuração de poços adicionais para acessar o 6 petróleo e a instalação de infraestrutura necessária, como plataformas offshore ou instalações terrestres. 2.4 Produção Uma vez que a infraestrutura está instalada, a produção de petróleo começa. Isso geralmente envolve a utilização de equipamentos como bombas de extração e sistemas de separação para separar o petróleo bruto de outros fluidos (como água) que podem estar presentes no reservatório. 2.4 Tratamento O petróleo bruto extraído geralmente contém impurezas e componentes indesejados, como enxofre e água. Portanto, é submetido a processos de tratamento para remover essas impurezas e melhorar sua qualidade. 2.5 Transporte Após o tratamento, o petróleo é transportado para refinarias por meio de oleodutos, navios petroleiros, caminhões ou trens, dependendo da localização e da logística do campo petrolífero. 2.6 Refino Nas refinarias, o petróleo bruto é processado em uma variedade de produtos, como gasolina, diesel, querosene, óleo lubrificante e produtos petroquímicos. 3. REFINO DO PETRÓLEO BRUTO Após a extração, o petróleo bruto passa por um processo de refino. Esse processo envolve várias etapas, incluindo a destilação, onde os componentes são separados com base em seus pontos de ebulição, além de outras técnicas de refino para melhorar a qualidade e a pureza dos produtos. 7 3.1 Destilação fracionada O petróleo bruto é aquecido em uma torre de destilação, onde é separado em frações com base em seus pontos de ebulição. As frações mais leves, como gás de petróleo liquefeito (GLP) e gasolina, são coletadas na parte superior da torre, enquanto as frações mais pesadas, como diesel e óleo combustível, são coletadas na parte inferior. 8 3.2 Craqueamento Algumas frações pesadas do petróleo bruto podem ser submetidasa processos de craqueamento térmico ou catalítico, nos quais moléculas grandes são quebradas em moléculas menores, mais úteis, como gasolina e diesel. O craqueamento do petróleo também é importante economicamente porque muitos de seus subprodutos são usados como matéria-prima na produção de plásticos, borrachas e novos materiais, como mostra o esquema a seguir: 9 3.3 Tratamento As frações obtidas na destilação e no craqueamento podem conter impurezas, como enxofre, que precisam ser removidas para atender aos padrões de qualidade dos produtos. O tratamento envolve processos como hidrotratamento, hidrogenação e dessulfurizarão. 3.4 Reformação Algumas frações leves, como nafta, podem ser submetidas a processos de reformação para aumentar sua octanagem, tornando-as mais adequadas para uso em gasolina. 3.5 Blending Após o tratamento e processamento, os diferentes produtos petrolíferos podem ser misturados em proporções específicas para atender às especificações de qualidade e desempenho desejadas. 3.6 Reciclagem e descarte Durante o processo de refino, podem ser gerados subprodutos, como gases de refino e resíduos. Esses subprodutos podem ser reciclados internamente na refinaria ou podem exigir tratamento adicional antes do descarte seguro. 4. SEPARAÇÃO DOS COMPONENTES DO PETRÓLEO A separação dos componentes do petróleo ocorre principalmente durante o processo de destilação fracionada, que é a etapa inicial do refino do petróleo bruto. Durante esse processo, o petróleo bruto é aquecido a altas temperaturas em uma torre de destilação. À medida que o petróleo aquecido sobe pela torre, ele se separa em diferentes frações com base em seus pontos de ebulição. Aqui estão os principais componentes e suas frações típicas: 1. Gás de Petróleo Liquefeito (GLP): Essa fração é composta principalmente por propano e butano. É coletada na parte superior da torre de destilação, pois tem um ponto de ebulição muito baixo. 10 2. Gasolina: É uma mistura de hidrocarbonetos leves, geralmente coletada logo abaixo da fração de GLP. A gasolina é usada como combustível para motores de combustão interna. 3. Querosene: Uma fração intermediária, mais pesada do que a gasolina, mas mais leve do que o diesel. É usado principalmente como combustível de aviação e para aquecimento. 4. Diesel: Uma fração mais pesada, coletada abaixo da fração de querosene. O diesel é amplamente utilizado como combustível para veículos a diesel e para geradores de energia. 5. Óleo Lubrificante: Fração ainda mais pesada, coletada abaixo do diesel. É usado para lubrificação em motores e máquinas. 6. Óleo Combustível: Uma fração ainda mais pesada, usada como combustível para navios, usinas de energia e aquecimento. 7. Resíduos Asfálticos: A fração mais pesada e menos volátil, coletada na parte inferior da torre de destilação. É usado na produção de asfalto para estradas e na fabricação de produtos de asfalto. 5. UTILIZAÇÃO DE CADA COMPOSTO FRACIONADO 1. Gás de Petróleo Liquefeito (GLP): • Utilização como combustível doméstico para aquecimento e cocção em fogões a gás. • Uso como combustível em veículos que foram convertidos para funcionar com GLP. • Aplicações industriais, como em processos de aquecimento e soldagem. 2. Gasolina: • Combustível predominante para veículos automotores com motores de combustão interna, incluindo carros, caminhões e motocicletas. • Também pode ser utilizado em motores de barcos e pequenas aeronaves. 3. Querosene: • Utilizado como combustível de aviação para motores a jato e turboélices. • Usado em sistemas de aquecimento doméstico e industrial. • Também pode ser utilizado como solvente em algumas aplicações industriais. 11 4. Diesel: • Principal combustível para motores a diesel em veículos de transporte rodoviário, ferroviário e marítimo, bem como em equipamentos pesados, como tratores e geradores. • Usado em sistemas de aquecimento e geração de energia. 5. Óleo Lubrificante: • Utilizado para lubrificar motores de combustão interna, transmissões e outros componentes mecânicos em veículos automotores, máquinas industriais e equipamentos. • Também é empregado em processos industriais que exigem lubrificação de alta performance e resistência ao calor e à pressão. 6. Óleo Combustível: • Usado como combustível em usinas termoelétricas, navios, locomotivas e instalações industriais que requerem grandes volumes de energia térmica. • Também é utilizado em sistemas de aquecimento comercial e industrial. 7. Resíduos Asfálticos: • Utilizados na produção de asfalto para pavimentação de estradas, construção de telhados e impermeabilização. • Também podem ser empregados na fabricação de produtos asfálticos, como tintas e selantes. 6. TORRE DE DESTILAÇÃO E TROCADOR DE CALOR Torre de destilação A coluna de destilação é uma estrutura vertical fundamental em uma refinaria de petróleo. Funciona como um grande separador, onde o petróleo bruto é aquecido em sua base e, em seguida, introduzido na parte inferior da coluna. À medida que o petróleo aquecido sobe, ocorre a separação dos diferentes componentes com base em seus pontos de ebulição. Os componentes mais leves, como o gás de petróleo liquefeito (GLP) e a gasolina, sobem até o topo, enquanto os componentes mais pesados, como o diesel e o óleo combustível, permanecem na parte inferior. No topo da coluna, os vapores são resfriados e condensados em líquido, formando as 12 frações desejadas. A coluna de destilação é essencial para a produção de uma ampla variedade de produtos derivados de petróleo. 6.1 Trocador de calor Os trocadores de calor desempenham um papel crucial no controle de temperatura em diversos estágios do processo de refino do petróleo. Eles facilitam a transferência eficiente de calor entre diferentes fluidos, garantindo que o petróleo bruto seja aquecido adequadamente antes de entrar na coluna de destilação e que as frações de produtos líquidos sejam resfriadas após a destilação. Por exemplo, um trocador de calor pode transferir calor da queima de combustível em uma fornalha para o petróleo bruto antes de entrar na coluna. Da mesma forma, pode transferir calor do vapor condensado para um fluido de resfriamento, como água, após a destilação. Essa troca eficiente de calor ajuda a otimizar os processos de aquecimento e resfriamento na refinaria, resultando em maior eficiência energética e redução de custos operacionais. 7. CONCLUSÃO Em suma, o processo de destilação do petróleo bruto desempenha um papel crucial na indústria de refino, permitindo a separação eficiente dos diversos componentes que compõem o óleo cru. Ao longo deste estudo, destacou-se que a destilação não apenas facilita a produção de uma ampla gama de produtos refinados, como gasolina, diesel e querosene, mas também enfrenta desafios significativos, como a formação de resíduos não desejados e o consumo intensivo de energia. Os objetivos desta pesquisa visaram não apenas compreender os processos fundamentais da destilação do petróleo bruto, mas também explorar maneiras de otimizar a eficiência energética e melhorar a qualidade dos produtos finais. Constatou-se que avanços na automação e controle de processos podem desempenhar um papel crucial na minimização de perdas e na maximização da produção de derivados de alta qualidade. As contribuições deste estudo para o meio acadêmico incluem uma análise aprofundada dos desafios técnicos e operacionais enfrentados no processo de destilação, assim como a apresentação de estratégias potenciais para mitigar esses desafios. Além disso, ao destacar a importância da sustentabilidade ambiental, o trabalho incentiva práticas mais responsáveis na indústria de refino, buscando reduzir o impacto ambiental associado às operações de destilação. Para a sociedade,este estudo tem relevância ao promover um entendimento mais amplo sobre a produção de combustíveis e outros produtos essenciais derivados do petróleo. Ao otimizar a destilação do petróleo bruto, contribui-se para a oferta estável 13 e confiável de produtos refinados, essenciais para a economia global e para o cotidiano dos indivíduos. Em conclusão, o estudo sobre o processo de destilação do petróleo bruto representa uma análise abrangente das práticas atuais e futuras na indústria de refino. Suas descobertas e recomendações podem servir de base para futuras pesquisas e para o aprimoramento contínuo das operações industriais, visando sempre a eficiência, a sustentabilidade e o atendimento às demandas crescentes por produtos derivados do petróleo. 8. REFERÊNCIAS SOUZA, J. A. B. Refino do petróleo: processos de destilação. São Paulo: Editora Interciência, 2010. SILVA, A. B.; GONÇALVES, M. Destilação do petróleo: otimização energética e ambiental. 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