O Petróleo e seus Derivados

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Petróleo e Seus Derivados – Definição, Constituição, Aplicação, Especificações e Características de Qualidade define e identifica o petróleo, traz informações sobre sua origem, exploração e demanda, analisa os constituintes hidrocarbonetos, além de resinas, asfaltenos e contaminantes, qualifica os petróleos por processos químicos e físicos, caracteriza a gasolina automotiva e o querosene de aviação, enfoca o óleo diesel S50 e suas modificações de características para reduzir a poluição atmosférica, e ainda especifica os óleos bunkers e o óleo combustível industrial. Em dez capítulos, o livro apresenta gráficos, ilustrações, tabelas, esquemas e um texto didático, para auxiliar os leitores a dominar os conhecimentos atualizados sobre o tema. No final de cada capítulo encontram-se exercícios para a compreensão efetiva da aprendizagem.Escrito por eminente professor e engenheiro, com sólida experiência no assunto, Petróleo e Seus Derivados – Definição, Constituição, Aplicação, Especificações e Características de Qualidade é indispensável aos estudantes de engenharia química e de áreas correlatas, sendo recomendável a todos que se preparam para enfrentar desafios profissionais e ambientais do século XXI (incluindo fontes de energia, chuva ácida e gases de efeito estufa).

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CAPÍTULO 1 - O Petróleo

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CAPÍTULO

1

O Petróleo

1.1 O PETRÓLEO COMO FONTE DE ENERGIA

O petróleo, desde a sua descoberta em quantidades comerciais em 1859 na Pensilvânia, Estados Unidos, tornou-se indispensável para a civilização. Automóveis, trens, navios e aviões são movidos pela energia gerada pela combustão de seus derivados. Estradas são pavimentadas usando-se o asfalto, máquinas são lubrificadas com produtos extraídos do petróleo. A indústria petroquímica utiliza como matéria-prima derivados do óleo cru, como eteno, buteno, butano e benzeno, daí se originando inúmeros produtos, tais como plásticos, fibras, borrachas e outros.

Devido a essas inúmeras aplicações, notadamente como fonte de energia, o consumo de petróleo cresceu fortemente no século passado, entre 1920 e 1973. Nessa época, tendo como origem o conflito no Oriente Médio, o preço do petróleo rapidamente quadruplicou, provocando grande reflexo na economia mundial. Como consequência, a maioria dos países consumidores buscou a redução do consumo de petróleo com a sua substituição por outras fontes energéticas ou simplesmente por medidas de economia nas indústrias e nas cidades. Na Figura 1.1, obtida a partir de dados publicados na British Petroleum Review of Energy World 2009, mostra-se a distribuição do consumo mundial de energia primária.

 

CAPÍTULO 2 - Derivados do Petróleo e Sua Produção

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CAPÍTULO

2

Derivados do Petróleo e Sua Produção

Inúmeras são as aplicações dos produtos obtidos em uma refinaria de petróleo a partir de diversos tipos de processos de refino, físicos ou químicos (Figura 2.1), os quais podem ser divididos em três grandes classes

(Brasil, Araújo e Molina, 2011; Gary e Handwerk, 2001).

 Processos de separação  quando os constituintes existentes na carga do processo são separados de acordo com alguma propriedade física que os caracterize, tal como ponto de ebulição (destilação), solubilidade (desaromatização, desasfaltação), ponto de fusão (desparafinação) e outros. Nesses processos não ocorre transformação química dos constituintes da carga.

 Processos de conversão  quando os hidrocarbonetos constituintes da carga são transformados em outros hidrocarbonetos por processos químicos, catalíticos ou não. Comumente, esses processos de conversão são complementados por operações de destilação, para separar as frações obtidas pela transformação dos constituintes da carga.

 

CAPÍTULO 3 - Qualificação dos Derivados do Petróleo

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CAPÍTULO

3

Qualificação dos Derivados do Petróleo

3.1 INTRODUÇÃO

A engenharia de produtos representa a integração dos diferentes componentes da cadeia de qualidade dos derivados de petróleo, para obtenção de produtos de forma rentável e com características que atendam aos requisitos de qualidade dos equipamentos e dos usuários, de modo integrado ao meio ambiente, Figura 3.1.

Produto de petróleo

Equipamento

Usuário

Meio ambiente

Figura 3.1

Cadeia de qualidade de produtos de petróleo.

Uma vez qualificado o derivado quanto aos requisitos de qualidade necessários ao seu desempenho adequado, torna-se necessário traduzir esses requisitos em termos de especificações de propriedades, com os respectivos valores limites, máximos e/ou mínimos. As especificações de derivados de petróleo são baseadas em conjuntos de ensaios regidos por normas técnicas de agências reguladoras, associações ou institutos, garantindo legalmente a comercialização de derivados. O atendimento à especificação não significa, forçosamente, o atendimento da qualidade requerida no produto. Para tal, é necessário que as especificações traduzam corretamente os requisitos de qualidade desejados. Equipamento e produto apresentarão perfeito desempenho, sem agredir o meio ambiente, quando existirem compromissos estabelecidos e cumpridos entre os diversos segmentos envolvidos na cadeia de qualidade: refinador, fabricante do equipamento e usuário, Figura 3.2.

 

CAPÍTULO 4 - Gás Liquefeito de Petróleo

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CAPÍTULO

4

Gás Liquefeito de Petróleo

4.1 DEFINIÇÃO

Define-se como gás liquefeito de petróleo, GLP, a mistura formada, em sua quase totalidade, por hidrocarbonetos de três e quatro átomos de carbono, que, embora gasosos nas condições ambientais, pode ser liquefeita por pressurização, Figura 4.1. O GLP, além de ser facilmente liquefeito, no estado líquido ocupa

0,4 % do seu volume no estado gasoso, o que lhe dá um diferencial em relação aos outros combustíveis gasosos, pois viabiliza sua distribuição em botijões para o consumidor. Além desses hidrocarbonetos, o GLP pode conter ainda etano e pentanos em reduzidas porcentagens. O GLP é incolor e, desde que tenha baixo teor de enxofre, é inodoro. Controla-se o teor de pentanos e o resíduo de evaporação do GLP para que ele apresente facilidade de vaporização, o que favorece a queima limpa, sem deixar resíduos no equipamento em que é utilizado. A densidade do GLP líquido, entre 0,5 e 0,6, corresponde à metade da densidade da

 

CAPÍTULO 5 - Gasolina Automotiva

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CAPÍTULO

5

Gasolina Automotiva

5.1 DEFINIÇÃO

A gasolina automotiva é um combustível destinado aos veículos a combustão interna que operam segundo o ciclo Otto. A gasolina automotiva é constituída por hidrocarbonetos parafínicos, normais e ramificados, olefínicos normais e ramificados, aromáticos e naftênicos, entre 4 e 12 átomos de carbono com faixa de ebulição entre 30 oC e 220 oC. Usualmente, no entanto, a gasolina é composta por hidrocarbonetos entre 5 e 10 átomos de carbono.

A gasolina automotiva pode conter também compostos oxigenados, como os alcoóis e éteres que lhe são adicionados em bases distribuidoras. Entre esses oxigenados destaca-se o etanol, que é adicionado à gasolina na forma anidra, em porcentual que no Brasil é fixado por lei federal em 22 % em volume. Esse porcentual pode sofrer alterações, também por leis federais, para valores entre 20 % e 25 % em volume, segundo a disponibilidade de etanol. Em outros países, além do etanol, podem ser usados outros oxigenados, dentre os quais se destaca o metil tercbutil éter, MTBE, o qual, no entanto, tem sofrido restrições crescentes decorrentes do risco de contaminação de lençóis freáticos.

 

CAPÍTULO 6 - Querosene de Aviação

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CAPÍTULO

6

Querosene de Aviação

6.1 DEFINIÇÃO

O querosene de aviação – QAV – é definido como um derivado de petróleo de faixa de ebulição compreendida entre 150 ºC e 300 ºC, com predominância de hidrocarbonetos parafínicos de 9 a 15 átomos de carbono, utilizado em turbinas aeronáuticas.

No passado, em outros países, a nafta chegou a ser utilizada como fração básica para a produção de combustível para turbinas aeronáuticas, porém foi substituída pelo querosene devido à grande demanda de nafta para a indústria automotiva, à sua maior pressão de vapor e à sua relativamente baixa densidade, o que exige maiores volumes para um mesmo fornecimento de energia.

Presentemente, o desenvolvimento tecnológico das turbinas de aviação exige que o combustível adequado apresente facilidade de bombeamento a baixas temperaturas, facilidade de reacendimento em elevadas altitudes, combustão limpa, com baixa emissão de energia radiante e reduzida tendência à formação de depósitos. Essas características levam à escolha do QAV, com faixa de ebulição intermediária entre a da gasolina e a do óleo diesel, como o combustível ideal para jatos.

 

CAPÍTULO 7 - Óleo Diesel

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CAPÍTULO

7

Óleo Diesel

7.1 DEFINIÇÃO

O óleo diesel é definido como o derivado do petróleo constituído por hidrocarbonetos de 10 a 25 átomos de carbono com faixa de destilação, comumente situada entre 150 oC e 400 oC, que apresenta um conjunto de propriedades que permite a sua adequada utilização, majoritariamente, em veículos movidos por motores que funcionam segundo o ciclo Diesel. Esse combustível destaca-se como o mais usado no país, principalmente no setor rodoviário, em função da matriz de transporte brasileira. O óleo diesel comercializado no Brasil recebe adição de biodiesel por força de lei federal, em porcentagem definida e regulamentada pela

ANP – Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis.

7.2 CONSTITUIÇÃO DO ÓLEO DIESEL

Os hidrocarbonetos parafínicos são os constituintes do óleo diesel que apresentam as melhores características de combustão, e, inversamente, os aromáticos são os hidrocarbonetos menos desejáveis, por apresentarem baixa qualidade de ignição, no motor diesel. Não há, atualmente, nas especificações do

 

CAPÍTULO 8 - Óleo Bunker

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CAPÍTULO

8

Óleo Bunker

8.1 DEFINIÇÃO

As frações mais pesadas do petróleo oriundas dos processos de refinação são utilizadas em sua maioria para aquecimento industrial, em termoelétricas ou como combustíveis para navios. Esses últimos tomam internacionalmente o nome de bunker, sendo definidos como óleos destinados à produção de energia para movimentar navios. Os óleos tipo bunker são produzidos a partir de frações destiladas ou do resíduo de vácuo da destilação do petróleo, o mesmo tipo de matéria-prima usado na produção dos

óleos combustíveis industriais, diferindo daqueles óleos por algumas restrições quanto às características desse resíduo e, também, no que diz respeito à formulação. Seu emprego em motores a combustão interna apresenta requisitos de qualidade bem diversos daqueles necessários aos óleos combustíveis utilizados em fornos ou caldeiras.

8.2 UTILIZAÇÃO DE ÓLEOS BUNKER

Para a utilização do óleo bunker em motores Diesel de navios, Figura 8.1, é necessário dispor de sistemas de aquecimento e purificação do óleo, Figura 8.2.

 

CAPÍTULO 9 - Óleo Combustível Industrial

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CAPÍTULO

9

Óleo Combustível Industrial

9.1 DEFINIÇÃO

O óleo combustível industrial é um produto utilizado em fornalhas, composto basicamente por uma mistura de óleos residuais, cujo principal componente é o resíduo de destilação a vácuo, ao qual são adicionados diluentes da faixa de ebulição do óleo diesel ou mais pesados. Dependendo do tipo de óleo combustível industrial a ser produzido, restringem-se os diluentes do óleo combustível quanto ao teor de enxofre.

9.2 UTILIZAÇÃO DE ÓLEOS COMBUSTÍVEIS INDUSTRIAIS

Para a utilização do óleo combustível industrial na geração de energia em fornos ou caldeiras, o óleo é mantido aquecido em tanque para favorecer o seu escoamento, seguindo por um sistema de filtração para a remoção de sedimentos orgânicos e inorgânicos, sendo então novamente aquecido para reduzir sua viscosidade ao valor requerido pelo queimador, favorecendo sua nebulização, Figura 9.1. Em seguida, por meio de um sistema auxiliar, ele é nebulizado nos bicos queimadores, propiciando sua vaporização, por transferência de calor na própria câmara de combustão, e adequada mistura com o ar, para iniciar a combustão.

 

CAPÍTULO 10 - Produtos Especiais

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CAPÍTULO

10

Produtos Especiais

Os derivados do petróleo não energéticos constituem uma importante gama de produtos, devido às suas inúmeras aplicações, bem como ao valor agregado que esses derivados apresentam. Existem diversos tipos desses produtos, os quais têm como matéria-prima frações leves e frações pesadas. A demanda da maioria desses produtos é muito reduzida, salvo a de nafta petroquímica, e, em menor escala, as de lubrificantes e de asfaltos.

10.1 NAFTA PETROQUÍMICA

10.1.1 Definição

Naftas petroquímicas se constituem em frações do petróleo obtidas a partir de naftas de destilação dos tipos leve, média ou pesada, e, também, do líquido de gás natural – LGN, dependendo dos tipos de destinação que essa nafta terá, o que é função do teor de hidrocarbonetos parafínicos que elas contêm.

10.1.2 Utilização

As naftas petroquímicas são utilizadas em processos de obtenção de diversos insumos para a produção de plásticos, borrachas, corantes e outros produtos. Os principais processos que as utilizam são os seguintes:

 

ANEXO - Especificações dos Derivados

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ANEXO

Especificações dos Derivados

Tabela A.1a Especificações do gás liquefeito de petróleo (GLP)

Característica

Pressão de vapor a 37,8 ºC, máximo

Intemperismo a 101,325 kPa, máximo

Pentanos e mais pesados, máximo

Resíduo de evaporação de 100 mL, máximo

Enxofre total, máximo

Unidade

Método(s)

Limites

Nacional

Estrangeiro

kPa

MB205

D1267

1 430

ºC

MB285

D1837

2,2

% volume

D2163

2

mL

D2158

0,05

mg/kg

MB327

D2784; D3246

140

D2420

Passa

D1838

1

Gás sulfídrico

Corrosividade 1h a 37,8 ºC, máximo

MB281

Densidade

ASTM D1657

Anotar

Água Livre

Inspeção Visual

Ausente

Odorização

NFPA 50/2001

Presente

Nota: O produto não deverá conter água livre ou dispersa.

Tabela A.1b Especificações de outros gases liquefeitos de petróleo

 

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