O petróleo bruto contém numerosos compostos de hidrocarbonetos com diferentes tamanhos moleculares, estruturas, pontos de ebulição e características químicas. O refino separa esses compostos em grupos chamados frações de petróleo para posterior processamento e aplicações.
As frações de petróleo consistem em hidrocarbonetos que compartilham faixas de ebulição amplamente semelhantes, em vez de estruturas químicas idênticas. A sua composição varia consideravelmente porque os petróleos brutos diferem de acordo com a sua origem geológica e história de formação.
O composição do petróleo bruto influencia a quantidade e a qualidade das frações recuperadas durante a destilação. As diferenças em parafinas, naftenos, aromáticos, heteroátomos e metais afetam os requisitos de processamento posterior.
As refinarias primeiro separam fisicamente o petróleo bruto por meio de destilação atmosférica e a vácuo antes de aplicar processos de conversão química. Essas operações transformam matérias-primas complexas em combustíveis, materiais petroquímicos, fluxos lubrificantes e produtos mais pesados.
A compreensão das frações do petróleo torna mais fácil entender como o petróleo bruto se transforma em gasolina, querosene, combustível de aviação, diesel, gasóleo, materiais lubrificantes, GLP, matérias-primas petroquímicas e coque de petróleo.
Gases e componentes de nafta
Os gases de petróleo constituem os produtos de refinaria mais leves e contêm principalmente metano, juntamente com quantidades menores de etano, propano, butano e isobutano. As suas proporções dependem fortemente das características do petróleo bruto.
O natureza dos combustíveis gasosos ajuda a explicar a importância dos gases leves de petróleo na produção de energia. Esses gases podem servir como combustível de refinaria, combustível doméstico ou matéria-prima petroquímica.
Os gases de petróleo também podem conter compostos indesejáveis, como hidrogênio, dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio e sulfeto de carbonila. As refinarias removem esses materiais porque podem criar corrosão e dificuldades de processamento.
A nafta ocupa uma faixa de ebulição relativamente baixa e contém principalmente hidrocarbonetos saturados, juntamente com menores quantidades de compostos aromáticos. A nafta não tratada muitas vezes requer atualização antes que as refinarias a utilizem diretamente para a produção de gasolina.
A nafta bruta geralmente passa por reforma, isomerização, mistura e tratamento de aditivos antes de entrar nas formulações comerciais de gasolina. Estas operações melhoram as características do combustível e aumentam o valor do fluxo de petróleo resultante.
As parafinas constituem importantes componentes saturados da nafta, enquanto os cicloalcanos e os compostos aromáticos também contribuem significativamente. As proporções variam de acordo com a origem e a natureza do petróleo bruto processado.
Cicloalcanos de cinco e seis membros, comumente chamados de naftenos, ocorrem na nafta. Ciclopentanos e ciclohexanos substituídos comumente aparecem ao lado de compostos parafínicos nesta fração de petróleo de ponto de ebulição relativamente baixo.
Componentes aromáticos comuns incluem benzeno e derivados alquilados de benzeno. Compostos contendo cicloparafina fundida e anéis aromáticos, incluindo tetralina e naftaleno, também podem ocorrer dentro de faixas de ebulição apropriadas.
Frações de petróleo destilado médio
Os destilados médios ocupam faixas de ebulição intermediárias entre nafta mais leve e fluxos de resíduos mais pesados. Eles fornecem importantes matérias-primas de refinaria para a produção de querosene, combustível de aviação, óleo diesel e produtos relacionados.
O diferentes aplicações de combustível de hidrocarbonetos demonstrar por que os destilados médios permanecem comercialmente importantes. Suas propriedades físicas os tornam adequados para transporte, aquecimento, aviação e diversos requisitos de energia industrial.
O petróleo destilado médio contém muitos compostos saturados, mas também inclui quantidades mensuráveis de naftenos e hidrocarbonetos aromáticos. Esses materiais aromáticos podem ocorrer como estruturas de anel único ou compostos de múltiplos anéis fundidos.
As parafinas normais dentro desta faixa de ebulição geralmente se estendem de aproximadamente C11 a C20. Mono- e dicicloparafinas contendo anéis de cinco ou seis membros representam estruturas significativas de nafteno na fração.
Os naftalenos metilados representam importantes componentes aromáticos dos destilados médios. Outros compostos aromáticos de um e dois anéis ocorrem em quantidades menores, com suas proporções dependendo da matéria-prima bruta específica.
O querosene e o gasóleo leve são produtos importantes separados durante a destilação atmosférica. Estas correntes normalmente aparecem na extremidade mais pesada da coluna atmosférica antes que o processamento da refinaria se mova em direção ao tratamento de resíduos.
O gasóleo de vácuo também pertence à importante família de fluxos intermediários de refinaria. Sua composição reflete o petróleo bruto original e contém proporções variadas de saturados, naftenos, aromáticos e parafinas mais pesadas.
O gasóleo a vácuo pode servir como matéria-prima para óleo de aquecimento e diesel, mas as refinarias frequentemente o direcionam para o craqueamento catalítico. A conversão pode produzir correntes mais leves, incluindo nafta adequada para mistura de gasolina.
O origem do petróleo bruto e suas matérias-primas influencia sua distribuição de hidrocarbonetos. Consequentemente, dois petróleos brutos processados sob condições similares podem produzir composições de destilado médio visivelmente diferentes.
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Frações Pesadas de Petróleo Explicadas
As frações pesadas do petróleo representam alguns dos materiais mais complexos separados durante o refino do petróleo bruto. Eles contêm hidrocarbonetos de alto peso molecular juntamente com quantidades substanciais de heteroátomos e metais vestigiais.
As frações pesadas podem conter moléculas com pesos moleculares que chegam a vários milhares. A sua complexidade estrutural torna difícil a identificação de compostos individuais porque muitas moléculas contêm múltiplos anéis substituídos e grupos funcionais.
Os resíduos de vácuo contêm quantidades significativas de enxofre, nitrogênio, oxigênio, níquel, vanádio e outros compostos. Esses constituintes podem afetar as operações da refinaria, a atividade do catalisador, a qualidade do produto e os processos de conversão subsequentes.
O gestão de recursos ambientais finitos fornece um contexto útil para o processamento de petróleo. O petróleo bruto continua a ser um recurso finito, tornando a utilização eficiente e o processamento responsável cada vez mais importantes.
Os resíduos pesados muitas vezes requerem craqueamento térmico, coqueamento ou hidrocraqueamento porque suas moléculas complexas não produzem facilmente produtos mais leves e valiosos apenas através da separação física.
O processamento catalítico direto de frações pesadas não tratadas pode criar sérias dificuldades porque metais e compostos contendo heteroátomos podem desativar os catalisadores. O pré-tratamento torna-se, portanto, importante antes das operações de conversão catalítica selecionadas.
O conservação de recursos não renováveis apoia a utilização eficiente do petróleo porque o petróleo bruto requer escalas de tempo geológicas para a formação e não pode ser reabastecido naturalmente às taxas de consumo humano.
As frações pesadas do petróleo permanecem comercialmente úteis, apesar dos desafios de processamento. Tecnologias de conversão apropriadas podem recuperar produtos mais leves, componentes de combustível, matérias-primas petroquímicas, coque e outros materiais destes fluxos difíceis.
Refino Físico de Frações de Petróleo
O refino físico separa os componentes do petróleo bruto de acordo com as propriedades físicas, especialmente os pontos de ebulição. Os fluxos resultantes então se movem para mistura, tratamento, armazenamento, fabricação de combustível, produção petroquímica ou conversão adicional.
1. Dessalinização e desidratação: Os refinadores removem água e sais do petróleo bruto antes das principais operações de destilação. Essas impurezas podem estimular corrosão, incrustações, incrustações e outros problemas dentro dos equipamentos da refinaria.
2. Destilação Atmosférica: O petróleo bruto aquecido entra em uma coluna atmosférica onde vapores e líquidos se separam de acordo com a faixa de ebulição. O processo produz gases, nafta, querosene, gasóleo e resíduos atmosféricos.
3. Destilação a Vácuo: O resíduo atmosférico pode entrar em uma coluna de vácuo onde a pressão reduzida permite uma separação adicional em temperaturas de ebulição efetivas mais baixas. Este processo reduz a degradação térmica severa de fluxos pesados valiosos.
4. Coleta de Frações: As colunas da refinaria coletam fluxos de diferentes seções de acordo com suas características de ebulição. Cada fração recebe processamento adicional de acordo com sua composição, qualidade, uso pretendido e valor de mercado.
O princípios de minimização de resíduos também pode apoiar operações eficientes de refinaria. A redução de perdas desnecessárias de materiais petrolíferos ajuda a conservar as matérias-primas, ao mesmo tempo que limita a geração de resíduos e as pressões ambientais.
A separação física não altera fundamentalmente a maioria das moléculas de hidrocarbonetos. Em vez disso, organiza a mistura bruta em fluxos que os processos químicos subsequentes podem manipular de forma mais eficiente e econômica.
Conversão Química de Frações de Petróleo
O refino químico altera as moléculas de hidrocarbonetos em vez de simplesmente separá-las. As refinarias utilizam processos de conversão para aumentar o fornecimento de produtos valiosos, melhorar a qualidade do combustível e reduzir impurezas indesejáveis.
1. Atualização de valor: As refinarias convertem materiais pesados de menor valor em produtos mais leves, como nafta e GLP. Esses fluxos podem apoiar a produção de gasolina, os mercados de combustíveis e os requisitos de fabricação petroquímica.
2. Melhoria de Combustível: Os processos de conversão melhoram características como a qualidade da octanagem. A nafta de baixa octanagem pode passar por reforma para produzir reformado de alta octanagem adequado para mistura de gasolina e recuperação de aromáticos.
3. Redução de impurezas: Os processos de refino reduzem enxofre, nitrogênio, metais e outros compostos indesejáveis. Concentrações mais baixas de contaminantes protegem os catalisadores, apoiam produtos mais limpos e melhoram o desempenho geral da refinaria.
4. Balanceamento de produtos: A conversão química permite que as refinarias ajustem a produção de acordo com a demanda do mercado. Fluxos pesados e intermediários adequados podem se tornar produtos mais leves quando a demanda por gasolina e GLP aumentar.
O tratamento e destinação adequados de resíduos de refinaria também faz parte do processamento responsável do petróleo. Boas práticas de resíduos ajudam a evitar que contaminantes entrem no solo, na água e em outros compartimentos ambientais.
O hidrotratamento frequentemente acompanha a conversão química porque algumas correntes de petróleo contêm enxofre, nitrogênio, metais e compostos insaturados instáveis. O tratamento à base de hidrogênio pode melhorar a qualidade do produto antes da mistura ou distribuição final.
Craqueamento térmico e coqueamento
O craqueamento térmico utiliza temperaturas elevadas para quebrar grandes moléculas de hidrocarbonetos em moléculas menores. Ao contrário do craqueamento catalítico, a principal via de reação envolve radicais livres gerados através da clivagem da ligação térmica.
1. Iniciação Radical: O aquecimento fornece energia suficiente para que as ligações carbono-carbono se quebrem homoliticamente, criando dois fragmentos de radicais livres. A posição da clivagem da ligação influencia as reações que se seguem durante a fissuração.
2. Propagação em Cadeia: Os radicais recém-gerados sofrem cisão beta e abstração de hidrogênio. Estas reações quebram repetidamente as cadeias de hidrocarbonetos e geram moléculas menores, incluindo olefinas e outros produtos mais leves.
3. Rescisão Radical: Os radicais livres eventualmente se combinam ou participam de reações de transferência de hidrogênio que encerram cadeias de reação individuais. As condições operacionais determinam as proporções relativas dos produtos resultantes.
4. Formação do Produto: O craqueamento térmico pode produzir gases, nafta, destilados médios, olefinas e coque. A distribuição do produto depende da composição da alimentação, temperatura, pressão, tempo de residência e gravidade da fissuração.
O coqueamento retardado e o coqueamento fluido representam importantes processos comerciais de conversão térmica. Eles permitem que as refinarias processem resíduos pesados difíceis e recuperem materiais mais leves de matérias-primas de baixo valor.
A coqueificação é particularmente útil para resíduos contendo asfaltenos e metais substanciais porque tais materiais podem desativar catalisadores em operações convencionais de craqueamento catalítico.
A coqueificação produz gases de hidrocarbonetos, nafta craqueada, destilados médios e coque de petróleo. Os produtos gasosos e líquidos podem conter insaturações substanciais, tornando o hidrotratamento útil para melhorar a estabilidade e remover o enxofre.
Processo de coqueamento retardado
Uma unidade de coqueamento retardado utiliza um aquecedor de curto tempo de contato conectado a grandes tambores de coque. A alimentação aquecida entra em um tambor onde as reações térmicas continuam e o coque sólido gradualmente se acumula em seu interior.
Quando o coque atinge um nível predeterminado, os operadores desviam a alimentação para outro tambor. Os vapores do tambor ativo entram em um fracionador para separação em gases, nafta, querosene e gasóleo.
Figura – Unidade de Coqueamento Retardado (Speight 2006)
A importância ambiental do processamento de petróleo torna-se mais clara quando se considera poluição por óleo no meio ambiente. Derramamentos e liberações podem transportar compostos de petróleo através do solo, água, sedimentos e sistemas biológicos.
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Craqueamento Catalítico de Frações de Petróleo
O craqueamento catalítico converte matérias-primas de petróleo pesadas e de menor valor em produtos mais leves e valiosos. O processo pode produzir gasolina com melhores características de octanagem do que muitos produtos obtidos por simples craqueamento térmico.
O craqueamento catalítico promove a isomerização, que cria estruturas ramificadas de hidrocarbonetos. Essas moléculas ramificadas contribuem para melhorar a qualidade da octanagem da gasolina e tornam a conversão catalítica comercialmente valiosa.
Catalisadores de craqueamento comuns incluem argilas tratadas com ácido, sílica-alumina amorfa e zeólitas. Os sistemas catalíticos modernos geralmente usam catalisadores contendo zeólita porque suas estruturas fornecem atividade útil e seletividade durante a conversão.
O mecanismo de reação difere do craqueamento térmico porque o craqueamento catalítico ocorre principalmente através de intermediários de carbocátion, em vez de intermediários de radicais livres.
Locais ácidos em catalisadores de craqueamento promovem a formação e rearranjo de carbocátions. Esses intermediários podem sofrer deslocamentos de metila, cisão beta e outras reações que produzem hidrocarbonetos mais leves e isômeros ramificados.
O processo de tratamento de águas residuais industriais continua importante nas refinarias porque as instalações petrolíferas geram águas residuais contendo óleo, graxa, materiais em suspensão, substâncias dissolvidas e outros contaminantes.
As unidades de craqueamento catalítico fluido contêm um reator e um regenerador. A alimentação de hidrocarbonetos entra em contato com o catalisador fluidizado dentro do reator, enquanto o regenerador remove o coque depositado e restaura a atividade do catalisador.
O ar quente apoia a regeneração ao reagir com o coque depositado e convertê-lo em grande parte em dióxido de carbono. O catalisador regenerado retorna então ao reator para continuação da conversão de hidrocarbonetos.
O fontes e tipos de poluição da água são relevantes para a gestão ambiental das refinarias porque liberações acidentais e descargas industriais podem introduzir contaminantes relacionados ao petróleo em ambientes aquáticos.
O principais efeitos da poluição da água também demonstram por que as instalações petrolíferas precisam de sistemas eficazes de contenção, tratamento de águas residuais, prevenção de derramamentos e monitoramento durante as operações de refino e armazenamento.
O controle adequado da poluição da água exige que as indústrias limitem as emissões de poluentes, administrem eficazmente as águas residuais, mantenham os equipamentos e respondam rapidamente quando ocorre contaminação acidental por petróleo.
A proteção ambiental das refinarias também depende de medidas mais amplas medidas de redução e controle da poluição que reduzam as emissões prejudiciais das unidades de processamento, instalações de armazenamento, sistemas de transporte e fluxos de resíduos associados.
O estratégias para reduzir a poluição da água pode complementar os programas de águas residuais das refinarias, enfatizando o tratamento, a prevenção, o monitoramento, as práticas de descarga responsável e os controles regulatórios apropriados.
A contaminação por petróleo também pode afetar organismos aquáticos, o que torna os efeitos da poluição nos organismos aquáticos uma consideração ambiental importante para as regiões produtoras e de refino de petróleo.
As consequências económicas da poluição reforçam ainda mais a necessidade de prevenção. Estudos de perdas econômicas resultantes da poluição mostram por que os danos ambientais podem impor custos além das despesas de limpeza originais.
As refinarias podem melhorar a eficiência adotando práticas de redução de resíduos que evitam perdas desnecessárias de materiais, reduzem derramamentos, melhoram a limpeza e otimizam os procedimentos de produção.
O importância da redução de resíduos vai além da economia de descarte porque minimizar os resíduos pode conservar matérias-primas, reduzir os encargos ambientais e melhorar a eficiência operacional nos sistemas industriais.
A boa gestão da refinaria também beneficia de práticas abordagens de gestão ambiental para reduzir resíduos, especialmente onde os operadores podem evitar perdas antes que os materiais sejam contaminados ou exijam eliminação.
A refinação do petróleo continua intimamente ligada à utilização de recursos fósseis. O consequências ambientais da queima de combustíveis fósseis demonstrar por que a produção e o consumo de combustível devem continuar sujeitos ao planejamento e gestão ambiental.
Além dos impactos da combustão, a extração e processamento de petróleo podem afetar os ecossistemas. As operações responsáveis exigem, portanto, prevenção da poluição, eficiência dos recursos, monitorização ambiental, resposta a emergências e tratamento adequado de resíduos em toda a cadeia de valor do petróleo.
Em conclusão, as fracções petrolíferas fornecem os fluxos essenciais através dos quais o petróleo bruto se torna produtos comerciais úteis. Gases e nafta, destilados médios e frações pesadas contêm hidrocarbonetos e requisitos de processamento distintos.
O refino físico separa esses materiais de acordo com a faixa de ebulição, enquanto a conversão química altera as estruturas moleculares para aumentar o valor do produto e melhorar as características desejadas do combustível.
O craqueamento térmico funciona principalmente através da química de radicais livres, enquanto o craqueamento catalítico utiliza intermediários de carbocátion promovidos por catalisadores ácidos. A coqueificação fornece outra rota para converter resíduos pesados difíceis em produtos úteis.
A capacidade da refinaria de recuperar produtos valiosos depende da composição do petróleo bruto, das características da fração, das condições do processo, do desempenho do catalisador, dos níveis de contaminantes e dos requisitos de qualidade final de produtos individuais.
O processamento eficiente do petróleo requer, portanto, mais do que a produção de combustíveis. Exige também uma gestão cuidadosa das emissões, das águas residuais, dos resíduos petrolíferos, dos materiais contaminados, do consumo de energia e de outras preocupações ambientais criadas pelas actividades de refinaria.
Resumo sobre frações de petróleo e seus componentes
| Fração de Petróleo | Componentes Principais | Principais usos ou produtos |
|---|---|---|
| Gases de petróleo | Metano, etano, propano, butano e isobutano | Combustíveis e matérias-primas petroquímicas |
| Nafta | Parafinas, naftenos e aromáticos | Matéria-prima de gasolina e produção petroquímica |
| Destilados Médios | Parafinas, naftenos e aromáticos | Querosene, combustível de aviação e diesel |
| Gasóleo a vácuo | Parafinas superiores, naftenos e aromáticos | Óleo de aquecimento, matéria-prima diesel e alimentação de craqueamento catalítico |
| Frações Pesadas | Hidrocarbonetos, heteroátomos e metais de alto peso molecular | Coqueamento, cracking e outros processos de conversão |
| Rachadura Térmica | Intermediários de radicais livres | Gases, nafta, destilados e coque |
| Craqueamento Catalítico | Intermediários de carbocátion | Gasolina de alta octanagem e produtos de hidrocarbonetos leves |
Perguntas frequentes sobre frações de petróleo e seus componentes
1. O que são frações petrolíferas?
As frações de petróleo são grupos de hidrocarbonetos separados do petróleo bruto principalmente de acordo com as diferenças na faixa de ebulição durante a destilação na refinaria.
2. Quais são as principais frações do petróleo?
Os principais grupos incluem gases e nafta, destilados médios e frações pesadas. As refinarias dividem ainda mais esses grupos em fluxos específicos.
3. O que é encontrado na nafta?
A nafta contém principalmente parafinas e naftenos, com menores quantidades de compostos aromáticos como benzeno e hidrocarbonetos aromáticos alquilados.
4. Quais produtos provêm de destilados médios?
Os destilados médios fornecem matérias-primas para querosene, combustível para aviação, diesel, gasóleo leve e outros produtos de refinaria.
5. Por que as frações pesadas do petróleo são difíceis de processar?
As frações pesadas contêm hidrocarbonetos complexos de alto peso molecular, heteroátomos, metais e estruturas em anel substituídas que complicam o processamento e podem danificar os catalisadores.
6. O que é craqueamento térmico?
O craqueamento térmico utiliza altas temperaturas para quebrar grandes moléculas de hidrocarbonetos através de reações que envolvem principalmente intermediários de radicais livres.
7. O que é o cracking catalítico?
O craqueamento catalítico utiliza catalisadores ácidos para converter hidrocarbonetos pesados em produtos mais leves através de reações envolvendo intermediários de carbocátions.
8. O que é coque?
O coqueamento é um processo severo de craqueamento térmico que converte resíduos pesados em gases, nafta craqueada, destilados médios e coque de petróleo.
9. Por que é usada a destilação a vácuo?
A destilação a vácuo separa resíduos atmosféricos pesados em temperaturas de ebulição efetivas mais baixas, ajudando a recuperar fluxos úteis adicionais sem degradação térmica excessiva.
10. Por que as frações petrolíferas são importantes?
As frações de petróleo permitem que as refinarias separem, tratem e convertam o petróleo bruto em combustíveis valiosos, matérias-primas petroquímicas, materiais lubrificantes e outros produtos.
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