apresentação prÁtica
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁINSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS
FACULDADE DE QUÍMICAPRÁTICA PEDAGÓGICA EM QUÍMICA
Processos de isomerização, alquilação e Processos de isomerização, alquilação e craqueamento na indústria petroquímicacraqueamento na indústria petroquímica..
Benedito do CarmoMikaylan de Oliveira
Prof. Dr. Lourivaldo da Silva Santos
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IntroduçãoIntrodução
Substância oleosa e inflamável; Densidade em Geral menor que a da Água; Odor característico; Coloração Negra (Castanha escura, Verde e Marrom); Compostos por diversos hidrocarbonetos;
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No Brasil, a existência do petróleo já era computada durante os tempos do regime imperial. Alguns estudiosos e exploradores anônimos tentaram perfurar alguns poços de petróleo sem obter êxito. Em 1930, o engenheiro agrônomo Manoel Inácio de Basto, usava uma “lama preta” como combustível de lamparinas em Salvador Bahia. Em 1932 conseguiu entregar ao presidente Getúlio Vargas um laudo técnico que atestava o seu achado. Em 1938, houve a criação do CNP- Conselho Nacional de Petróleo. Em 1953, houve a criação da empresa estatal “Petróleo Brasileiro S.A.”, mais conhecida como Petrobrás.
Um Breve HistóricoUm Breve Histórico
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É uma mistura de hidrocarbonetos contendo principalmente alcanos e quantidades variáveis de naftenos (ciclo-alcanos) e aromáticos.
Gás e gás liquefeito (C1-C4); éter de petróleo e ligroína (nafta leve) (C5-C7); gasolina (C6-C12); querosene (C9-C15); óleos combustíveis (C14-C18); óleos
lubrificantes (C18) e superiores; e finalmente o asfalto.
Hidrocarbonetos ramificados são mais úteis dos que os lineares de mesmo número de carbonos. E também mais estáveis termodinamicamente e os compostos lineares mais abundantes na natureza.
As três principais e mais importantes operações no refino de petróleo são: isomerização, craqueamento e a alquilação.
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Produtos a partir do PetróleoProdutos a partir do Petróleo
O processo (destilação fracionada) ocorre em uma coluna grande a nível industrial; O calor é a “mola motriz” do processo; Cada produto é obtido de acordo com seu ponto de ebulição, sua densidade e peso molecular;
O processo de refino1. Retirada do sal e da água, que se misturam ao petróleo; 2. Aquecimento do óleo em fogo direto à 320 °C e então, começa a se separar;3. Na coluna atmosférica, o petróleo é aquecido junto com vapor de água, para facilitar a destilação;4. Saída dos produtos, já separados;5. Produtos consumíveis;
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jjjjjGasolina do tipo A
(73 octanas - Amarela)
Gasolina do tipo B(82 octanas - Azul)
Gasolina do tipo C(76 octanas - gasolina +
álcool)
Gasolina Especial(110-130 octanas - Verde)
O combustível é classificado segundo seu poder antidetonante, em número de octanagem (NO);
Quanto maior for o “NO”, mais antidetonante será o combustível;
Maior será sua capacidade de suportar altas pressões sem sofrer a detonação;
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Isomerização Isomerização Através de estudos apurado os especialistas constataram que quanto mais
ramificado for o hidrocarboneto, mais ele resistirá á compressão sem sofrer ignição espontânea.
Na industria do petróleo a gasolina é classificada em comparação com a eficiência do n-heptano, que recebe arbitrariamente, o número de octanas Zero, e com a do 2,2,4-trimetil-pentano(isooctano), que recebe o numero de octanas 100.
H3CCH2CH2CH2CH2CH2CH3 C
CH3
H3CH2C C
H
CH3
CH3
CH3
Isooctano-(nº de octanas 100)n-Heptano-(nº de octanas 100)
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Constitui-se em um processo químico que tem por objetivo “reformar ou reestruturar” a molécula e consiste basicamente em transformar hidrocarbonetos de cadeia normal em cadeia ramificada, cadeia cíclicas ou aromáticas.
Obs.: Na reforma catalítica,em geral o numero de carbonos na molécula não muda.
Exemplos:
Reforma catalítica do hexano em ciclo-hexano
Reforma do hexano em benzeno
Reforma catalíticaReforma catalítica
3HCH2C
H2C
H2C
H2C CH3
Catalisadores
H2
3HCH2C
H2C
H2C
H2C CH3
Catalisadores
4H2
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CraqueamentoCraqueamento
Cracking (ou craqueamento ou pirólise) termo do inglês “To Crack” (quebrar), representa a quebra de frações mais pesadas (moléculas maiores) do petróleo, que são transformadas em “frações mais leves” (moléculas menores) por aquecimento (cracking térmico) ou por aquecimento e catalisadores (cracking catalítico).
Trata-se de um processo importantíssimo, pois permite aumentar a quantidade e melhorar a qualidade da gasolina produzida. A partir dele, originam-se inúmeros produtos que servem como matéria-prima para outras indústrias (por exemplo, com o CH2 = CH2 é fabricado o polietileno, um dos plásticos mais usados no mundo.
1 C12H26(l) 1 C8H18(l) + 2 C2H4(g)
Fração querosene Fração gasolina Alceno
C36H74(l) C8H18(l) + C3H8(g) + C4H10(g)
Gasóleo parafínico Iso-octano Butanopropano
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LCO óleo
leve de reciclo
Gasóleo
GasolinaHCO óleo
intermediário de reciclo
Produtos do craqueamentoProdutos do craqueamento
HCOóleo
clarificado (mais
pesado)
São cadeias polímeras de altos pesos moleculares e elevadas concentrações de carbono que depositam-se na superfície do catalisador, diminuindo sua eficiência. Para que a atividade do mesmo seja restabelecida, o coque é queimado no regenerador, originado todo o calor necessário ao processo.
CoqueÉ um produto que pode ser separado das frações mais leves do petróleo ou das mais pesadas do gás natural, compõe-se basicamente de hidrocarbonetos com três e quatro átomos de carbono. Nas CNTPs, é um produto gasoso e inodoro. Para facilitar sua armazenagem e transporte, é liquidificado. Para segurança dos usuários, são-lhe adicionados odorantes a base de enxofre, o que permite a identificação de vazamentos.
GLP
Gases Combustívei
s
Propano Especial - propano (mínimo 90 %), propeno (máximo 5 %)
Butano Comercial - predominantemente butanos e ou butenos. (aerossóis e isqueiros)
Propano Comercial - preferencialmente propano e ou propeno.
Propileno - usado em pequena escala como gás para oxi-corte e aplicações afins.
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Gasolina
Produtos do craqueamentoProdutos do craqueamento
LCO
Gasóleo
HCO
CLO
Coque Ferro Gusa GLP
Propano Especial
Butano Comercial
Propano Comercial
Propileno
Gases Combustívei
s
Polipropileno
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AlquilaçãoAlquilação
Um halogeneto de alquila tal como o brometo de etila converte-se, por tratamento com um ácido de Lewis (receptor de par eletrônico) apropriado (no caso cloreto de alumínio), seja a um íon carbocátion livre ( C+), seja a um complexo polarizado que reage de maneira muito semelhante a dos íons carbocátion. Então o íon carbocátion ou complexo, que é um eletrófilo poderoso, ataca a o anel aromático da maneira habitual. Mecanismo para o processo:
Obs: Existem outras maneiras de gerar íons carbônicos que não a reação de um halogeneto com um ácido de Lewis forte. Pode-se deixar reagir etileno ou etanol com o ácido sulfúrico e em ambos os processos ter-se-á a geração de um cátion etila.
H3CCH2OH
CH2CH3
H2SO4
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A indústria do petróleo desenvolveu um processo químico de combinação de alcanos e alquenos de baixo peso molecular, para a produção de hidrocarbonetos maiores e muito ramificados que podem servir como gasolina.
Alquilação de alcanos e alquenosAlquilação de alcanos e alquenos
O isobutileno combina-se, a seguir, com o isobutano a baixa temperatura na presença de um ác. Forte, tal como H2SO4, que atua como catalisador. O resultado final é a alquilação para dar o 2,2,4-trimetil-pentano.
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O H2SO4 e o alqueno formam um íon carbônico na primeira etapa da reação, neste caso o cátion t-butila:
A reação do cátion t-butila com uma segunda molécula de alqueno produz um íon carbônico de oito átomos de carbono:
Forma-se finalmente, o 2,2,4-trimetil-pentano pela transferência de hidreto do isobutano para o cátion:
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Para que a reação desta ultima etapa seja favorável, evitando-se que o cátion 1,1,3,3-tetrametil-butila reaja novamente com isobutileno, usa-se excesso de isobutano. O cátion t-butila formado nesta etapa reage, então, com o isobutileno, para continuar a cadeia do processo. O cátion t-butila e o excesso de isobutano estão em equilíbrio, mas sua combinação não fornece nenhum composto novo.
A alquilação é um processo muito importante do ponto de vista econômico para a indústria do petróleo. Os hidrocarbonetos de baixo peso molecular, obtidos no processo de craqueamento, são convertidos a alcanos muito ramificados de peso molecular intermediário(os chamados alquilatos), usados para melhorar o desempenho das gasolinas.
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Exercitando o raciocínioExercitando o raciocínio01 - A qualidade da gasolina, que determina quão suavemente ela queima, é medida pelo índice de octanagem, que é aumentada pela adição de insaturações e ramificações nas moléculas componentes do combustível. Qual dos processos abaixo pode melhorar a qualidade da gasolina em termos do índice de octanagem? a) Hidrogenação catalítica.b) Aromatização. c) Combustão. d) Halogenação e) Isomerização.
02 - O craqueamento tornou-se objeto de interesse, pois a supressão(suprimir) dessa fase na refinação de petróleo permite obter:
a) mais gasolina e mais óleo diesel.b) menos gasolina e menos óleo diesel.c) menos gasolina e mais óleo diesel.d) mais gasolina e menos óleo diesel.e) álcool metílico.
03 - A Petrobras, empresa petrolífera brasileira, produz diversos tipos de gasolina utilizando tecnologia própria, fabricando as diversas frações de petróleo constituintes da gasolina e misturando-as entre si e com os aditivos, através de formulações convenientemente definidas para atender aos requisitos de qualidade do produto.A Galp, empresa petrolífera portuguesa detentora de toda a capacidade refinadora do país, produz gasolinas com índice de octanas 95 e 98, e a BP comercializa uma gasolina que atinge as 100 octanas. Sobre a gasolina automotiva é correto afirmar que:
a) representa sempre a maior fração do petróleo bruto. b) é uma substância complexa. c) é obtida preferencialmente por destilação simples do petróleo. d) tem sua produção aumentada pelo processo de craqueamento de outras frações do petróleo. e) apresenta propriedade anti-detonante, a pentanagem, cuja medida é indicada pelo teor de 2,2,4-trimetilpentano.
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Referências bibliográficasReferências bibliográficas
Allinger, Norman L. [et al.]. Química orgânica; traduzido por Ricardo Bicca de Alencastro, jossyl de Souza Peixoto, Luiz Renan Neves de Pinho. –Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1985.Fonseca, Martha Reis Marques da. Química 3: meio ambiente, cidadania , tecnologia: ensino médio/ martha Reis Marques da Fonseca. – 1. ed. – São Paulo: FTD, 2011.
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Referências das imagensReferências das imagens(Imagens 1,2,3) http://virtualiaomanifesto.blogspot.com.br/2009/03/o-mundo-e-crise-do-petroleo-de-1973.html Acessado em 02 de maio de 2012 às 15:20 hs.
(Imagem 4) http://envolverde.com.br/portal/wp-content/uploads/2012/03/extracao-de-petroleo1.jpg?9d7bd4 Acessado em 02 de maio de 2012 às 15:20 hs
http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=224&Itemid=415 Acessado em 02 de maio de 2012 às 15:20 hs.
(Imagens 5 e 6) http://www.colegioweb.com.br/quimica/a-refinacao-do-petroleo.html Acessado em 02 de maio de 2012 às 15:20 hs.
(Imagem 7) http://envolverde.com.br/portal/wp-content/uploads/2012/03/extracao-de-petroleo1.jpg?9d7bd4 Acessado Acessado em 02 de maio de 2012 às 15:20 hs.
(imagens 8 e 9) http://www.grupoescolar.com/pesquisa/consequencias-do-vazamento-de-petroleo-no-golfo-do-mexico.html Acessado Acessado em 02 de maio de 2012 às 15:20 hs.
Imagem 10) http://www.blogger.com/comment-iframe.g?blogID=7051071130548764862&postID=607908503989190166&blogspotRpcToken=3071913 Acessado em 02 de maio de 2012 às 15:20 hs.
(Imagem 11) http://museugeologicodabahia.blogspot.com.br/2011/03/o-petroleo-da-bahia.html Acessado em 02 de maio de 2012 às 15:20 hs. imagem 11)
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Muito obrigado a Muito obrigado a todos!!!todos!!!