Petróleo: Composição, Refino, Extração e Propriedades Físicas

1. O que é o Petróleo?

Qualquer pessoa com senso de observação pode descrever o petróleo como um líquido viscoso, com cor variando do amarelo ao marrom escuro ou preto com reflexos verdes. Ele possui um odor característico e flutua na água. Seus constituintes químicos principais são hidrogênio, carbono e oxigênio, além de pequenas quantidades de nitrogênio, enxofre e metais, tais como Vanádio (V), Níquel (Ni), Alumínio (Al), Ferro (Fe), Cobre (Cu), Sódio (Na), Cálcio (Ca) e Urânio (U).

2. Qual é a Composição Química do Petróleo?

Os componentes do petróleo incluem:

• Hidrocarbonetos:
  • Alcanos (n-alcanos C5-C44, alcanos ramificados)
  • Cicloalcanos (anéis saturados simples e anéis condensados)
  • Compostos Aromáticos
• Asfaltenos/Resinas: Compostos contendo Oxigênio (O), Nitrogênio (N) e Enxofre (S).

3. Principais Derivados da Destilação do Petróleo

A destilação fracionada do petróleo bruto gera diversas frações e derivados essenciais, classificados em:

Derivados Combustíveis

• Gasolina Octana 93
• Gasolina Octana 95
• Gasolina Octana 97
• Gasolina de Aviação 100/130
• Querosene Doméstico

Derivados Petroquímicos

• Etileno
• Polietileno
• Polietileno de Baixa Densidade
• Propileno
• Polipropileno
• Polipropileno de Alta Densidade

Derivados Industriais

• Petróleo Branco (White Petrol)
• Aguarrás
• Xileno Industrial
• Solvente para Mineração
• Solvente 4
• Solvente 10

4. O que é uma Refinaria de Petróleo?

Uma refinaria é uma unidade industrial onde, através de um conjunto de operações, o petróleo bruto (óleo natural extraído de depósitos, antes de ser processado) é transformado para obter uma série de produtos derivados. O processo inclui a destilação (destilação fracionada) e diversos tratamentos químicos.

5. Quais são as Fases do Refino de Petróleo?

As principais fases do refino de petróleo incluem:

1. Extração: Obtenção do óleo dos campos.
2. Dessalinização (Desal): Lavagem com água para remover impurezas.
3. Destilação (Refinado): Separação por ponto de ebulição (Destilação Fracionada).
4. Conversão (Reformada): Reações para alterar estruturas moleculares.
5. Mistura (Mixed): Mistura de componentes para propriedades comerciais.

6. Quais são as Importantes Reservas de Petróleo no Mundo?

7. O que é Prospecção de Petróleo?

A prospecção é o processo de encontrar petróleo no subsolo. Para isso, os geólogos procuram bacias sedimentares ricas em folhelhos orgânicos que tenham sido enterrados o suficiente para permitir a formação de petróleo.

8. Métodos de Prospecção e Exploração de Petróleo

Os principais métodos de prospecção geofísica aplicados na exploração de petróleo incluem:

• Método Gravimétrico: Determina anomalias de gravidade causadas por desvios na densidade do subsolo em relação à densidade de base, mapeando variações de densidade ponto a ponto em 3D.
• Prospecção Magnética: Detecção de anomalias e desvios no valor normal do campo geomagnético, causados pela presença de minerais ferromagnéticos, diamagnéticos e paramagnéticos.
• Prospecção Sísmica: Consiste no registro e interpretação de ondas sísmicas (geradas por explosões ou martelos) que sofrem alterações ao atingir diferentes camadas sísmicas profundas.

9. Procedimentos de Perfuração para Extração de Petróleo

Os principais métodos de perfuração utilizados para a extração de petróleo são:

• Perfuração por Percussão: Uma ferramenta de corte pesada é deixada cair de cima para baixo no solo. À medida que a barra perfurante se aprofunda, novas barras são adicionadas e fixadas firmemente à sua extremidade livre.
• Perfuração Rotativa: Utiliza uma mesa giratória horizontal fixada no centro da sonda. Consiste em um tubo de aço forte (haste de perfuração) que possui, na sua extremidade inferior, uma broca ou cabeça de corte com bordas duras (às vezes equipadas com diamantes industriais) projetada para perfurar as rochas. À medida que a sonda penetra no solo, novos tubos são adicionados e parafusados na extremidade livre do tubo de perfuração até atingir o reservatório de petróleo.

10. Procedimentos de Extração de Petróleo (Recuperação)

A extração de petróleo é dividida em fases:

• Recuperação Primária (Natural/Eruptiva): Ocorre devido à pressão natural do reservatório (gás metano acumulado).
• Recuperação Secundária por Bombeamento: Processo de bombeamento do óleo restante (aproximadamente 50% do óleo original que não é recuperado pelo método primário). É usado para elevar a pressão com vapor de água e gás.
• Extração Secundária por Injeção de Gás ou Circulação de Água: Procedimento que envolve a injeção de água e gás através de poços paralelos no reservatório, caso a extração eruptiva não seja suficiente.

11. Classificação do Petróleo pela Norma API

A indústria global classifica o hidrocarboneto líquido de acordo com a Gravidade API (do American Petroleum Institute), que é um padrão internacional utilizado para distinguir as qualidades do óleo bruto.

12. Características de Combustíveis Derivados

• Nafta: Combustível altamente volátil e inflamável, usado principalmente em motores de combustão. Seu valor calórico é de 11.000 cal/kg.
• Querosene: Derivado menos volátil e inflamável que a gasolina. Seu valor calórico é de 10.500 cal/kg. É utilizado no aquecimento e em motores a gás de aeronaves (turboélices e jatos).
• Gasóleo (Óleo Diesel Leve): É um derivado de petróleo pesado e menos volátil. Seu valor calórico é de 10.250 cal/kg. É usado tanto para aquecimento quanto para fornos industriais e metalúrgicos.
• Óleo Diesel: Subproduto obtido a partir de derivados de petróleo pesado. Queima mais lentamente que o gasóleo leve. É usado em motores diesel lentos, onde o combustível tem mais tempo para queimar. Seu valor calórico é de 11.000 cal/kg.
• Óleo Combustível (Fuel Oil): Subproduto obtido a partir de derivados de petróleo pesado. Queima com dificuldade. Seu valor calórico é de 10.000 cal/kg.

13. Classificação dos Processos de Refino (Reforma)

Embora existam muitos processos intermediários para a melhoria da qualidade, eles podem ser agrupados para facilitar o entendimento:

• Destilação Simples: Obtenção de produtos petrolíferos sem alteração estrutural.
• Craqueamento Térmico: Quebra de cadeias alifáticas extremamente longas para criar cadeias cíclicas e aromáticas.
• Alquilação e Craqueamento Catalítico: Processos que pegam os produtos do craqueamento térmico e os submetem a reações para aumentar as ramificações, elevando a octanagem da gasolina.

14. Conceitos Básicos de Propriedades Físicas e de Combustível

• Oxidantes: Substância ou mistura que fornece oxigênio ou qualquer outro elemento necessário para a combustão.
• Combustível: Substância ou mistura que pode inflamar.
• Combustão: Oxidação rápida de uma substância pela ação do oxigênio do ar ou de outros oxidantes, com evolução de calor e, normalmente, luz e gás.
• Detonação: Explosão em uma reação química que produz uma onda de choque ou pressão, gerando altas temperaturas e gradientes de pressão. A onda de choque é transmitida quase instantaneamente, causando efeitos devastadores.
• Explosão (Blast): Ação e efeito de reação química ou física, caracterizada pela alta velocidade de desenvolvimento, que envolve uma rápida expansão dos gases, geralmente acompanhada de liberação de calor.
• Ponto de Inflamação (Swelling): Início da combustão causado pela elevação da temperatura local. Este fenômeno transforma o material em combustível quando atinge a temperatura de ignição ou ponto de fulgor.
• Temperatura de Ignição (Autoignição): Temperatura mínima na qual uma substância começa ou provoca uma combustão auto-sustentada, independente de uma fonte de energia externa. Também conhecida como temperatura de autoignição.
• Ponto de Fulgor (Flashpoint): É a menor temperatura na qual um líquido emite vapores em concentrações suficientes para formar uma mistura inflamável com o ar perto da superfície do líquido, dentro de um recipiente, conforme procedimentos de ensaio especificados.
• Temperatura de Ignição (Auto Temperatura de Ignição): A temperatura na qual um recipiente total ou parcialmente fechado, aquecido, faz com que o líquido introduzido inflame e queime espontaneamente.
• Ponto de Fluidez (Pour Point): Temperatura na qual o óleo deixa de fluir, passando ao estado sólido sob condições de pressão atmosférica. É a temperatura mais alta (geralmente abaixo de 0°C) na qual o óleo não consegue se mover ou se deformar sob seu próprio peso.
• Ponto de Orvalho: É a temperatura em que o vapor de água contido no ar começa a condensar, produzindo orvalho, nevoeiro ou, se a temperatura for baixa o suficiente, geada.
• Ponto de Solidificação: Temperatura em que o combustível muda do estado líquido para o sólido.
• Compressão Adiabática: Compressão que tem sido a causa de várias explosões destrutivas. Quando aplicada de forma dirigida e regulada (como em motores diesel), não é perigosa. Se uma mistura inflamável é comprimida rapidamente, ela entra em ignição por compressão ao gerar calor suficiente para elevar a temperatura dos vapores inflamáveis ao ponto de ignição.
• Ponto de Ebulição: Temperatura na qual a pressão de vapor de equilíbrio de um líquido se iguala à pressão atmosférica total existente na superfície. O ponto de ebulição aumenta com a pressão. O ponto de ebulição de um líquido sob uma pressão total de uma atmosfera (14,7 psi) é chamado de ponto de ebulição normal.
• Volatilidade (Volatilization): Propriedade medida pela pressão de vapor. Registra indiretamente o conteúdo de componentes voláteis que proporcionam segurança ao produto durante o transporte e armazenamento.
• Combustão Imperfeita: Ocorre quando uma parte do combustível que entra em reação é oxidada em grau inferior ao máximo, ou não é oxidada.
• Combustão Completa: Ocorre quando o combustível é queimado em sua totalidade, seja de forma perfeita ou incompleta.
• Curvas de Destilação e Índice de Ebulição: Esta propriedade está relacionada à composição da gasolina, sua volatilidade e pressão de vapor. Indica a temperatura em que uma determinada percentagem da gasolina evaporou em uma amostra de referência.
• Índice de Octano: Medida da capacidade antidetonante da gasolina. Quanto maior o número de octanas, maior a resistência do combustível à detonação no motor.
• Índice de Cetano: Representa um índice da capacidade de ignição do combustível (especialmente diesel). É definido como a percentagem em volume de cetano (parafina com rating 100) em uma mistura com alfa-metilnaftaleno que oferece o mesmo atraso de ignição que o combustível em questão. Quanto maior o número de cetano, menor o atraso de ignição, o que beneficia o desempenho do motor.
• Número de Octanas (Aviação): Neste produto, o número de octanas varia entre 100 e 130, de acordo com as exigências do motor a pistão da aeronave. Isso é alcançado com aditivos à base de chumbo, sendo este o único tipo de gasolina que contém tal aditivo antidetonante.
• Octanagem (Geral): O índice de octanas é a principal propriedade da gasolina e está altamente relacionado ao desempenho do motor do veículo. Refere-se à medida da resistência da gasolina a ser comprimida no motor. É medido comparando a detonação produzida pela gasolina com padrões de referência conhecidos (isooctano, índice 100, e n-heptano, índice zero).
• Densidade: Propriedade usada para calcular o peso do combustível. É especialmente importante para aeronaves de carga para determinar o limite de carga.
• Ponto de Turbidez (Cloud Point): É a temperatura mais alta na qual o óleo tende a ficar turvo devido à presença de parafinas sólidas.
• Volatilidade (Aviação): Obtida pelo balanço de compostos leves e pesados, bem como sua faixa de destilação. Esta medida difere significativamente da estabelecida para veículos com motor a gasolina.
• Teor de Goma (Atual Gum): Relacionado ao grau de estabilidade de um combustível. Corresponde a uma oxidação acelerada que resulta na formação de revestimentos e polímeros, formando depósitos no sistema de combustão.
• Pressão de Vapor Reid: Medida da tendência dos componentes mais voláteis a evaporar. O valor máximo é de 80 Kpa e impede a formação de bolsas de vapor no sistema que transporta o combustível, garantindo seu fluxo normal.
• Teor de Enxofre: Esta propriedade está altamente relacionada à quantidade de enxofre (S) presente no produto. Se o teor for excessivo, a gasolina pode ter um efeito corrosivo sobre as partes metálicas do motor e dos tubos de escape. Além disso, a emissão de enxofre contribui para a contaminação ambiental e a chuva ácida.
• Viscosidade: Mede a resistência de um fluido ao fluxo.
• Teor de Água e Sedimentos: A presença de água no combustível geralmente resulta da condensação em tanques de armazenamento. A presença de água e sedimentos pode causar problemas com filtros e queimadores, além de corrosão em tanques e linhas.