Reatores

3 1 INTRODUÇÃO

A palavra petróleo, origina-se do latim pedra (pedra) e oleum (óleo), no estado líquido é uma substância oleosa, com cheiro característico, sua cor varia entre o negro e o castanho-claro, com densidade menor que a da água e é inflamável. É uma mistura complexa de compostos formados em sua maioria por átomos de carbono e hidrogênio, conhecidos como hidrocarbonetos e outros átomos como oxigênio, enxofre, nitrogênio e metais (vanádio, níquel, ferro e cobre). Os hidrocarbonetos vão desde moléculas bem simples, com poucos átomos, até moléculas complexas de alto peso molecular (GUIMARÃES e PINTO, 2007).

Os hidrocarbonetos presentes no petróleo, de acordo com a sua estrutura, são classificados em saturados, insaturados e aromáticos. Os hidrocarbonetos saturados (alcanos ou parafínicos) apresentam átomos de carbono que são unidos por ligações simples ao maior número possível de átomos de hidrogênio, constituído de cadeias lineares parafínicos normais, podem ser ramificados (iso-parafínicos) ou cíclicos (naftênicos). Os hidrocarbonetos insaturados (olefinas) apresentam pelo menos uma dupla ou tripla ligação carbono-carbono, enquanto que os hidrocarbonetos aromáticos (arenos) apresentam um anel de benzeno em sua estrutura (THOMAS, 2004).

No petróleo existe uma quantidade de constituintes que são denominados como não hidrocarbonetos. Estes constituintes, chamados de impurezas, possuem elementos como enxofre, nitrogênio, oxigênio e metais que podem estar presentes em toda faixa de destilação do petróleo, porém tendem a se concentrar nas frações mais pesadas.

No petróleo ocorrem também os compostos sulfurados, os compostos nitrogenados e os compostos nitrogenados.

Existem compostos sulfurados como mercaptans, sulfetos, polissulfetos, benzotiofenos e derivados. Eles são indesejáveis, pois aumentam a polaridade dos óleos contribuindo para estabilização das emulsões, são responsáveis pela corrosividade dos produtos, contaminam catalisadores, conferem cor e cheiro nos produtos finais, são tóxicos e produzem SO2 e SO3 por combustão, os quais formam ácido sulfuroso (H2SO3) e ácido sulfúrico (H2SO4) em meio aquoso.

Os compostos nitrogenados aparecem nas formas de piridinas, quinolinas, pirróis, indóis, porfirinas e compostos policíclicos com enxofre, oxigênio e metais. Apresentam-se na forma orgânica e são termicamente estáveis. Eles aumentam a capacidade do petróleo de reter água na forma de emulsão, dificultam o processo de separação da água e são responsáveis pela contaminação dos catalisadores. Além disso, durante o refino tornam instáveis os produtos finais, propiciando a formação de gomas e alterando a coloração.

Os compostos oxigenados aparecem como ácidos carboxílicos, fenóis, cresóis, ésteres, amidas, cetonas e benzofuranos e se concentram nas frações mais pesadas. São responsáveis pela acidez, coloração (ácidos naftênicos), odor (fenóis), formação de gomas e corrosividade. Na indústria do petróleo, grande parte dos ácidos orgânicos são chamados de ácidos naftênicos (NA). Os NA mais comuns são os ácidos monocarboxílicos com a carboxila ligada uma cadeia alicíclica contendo um ou mais cicloalcanos geminados. A carboxila pode estar ligada diretamente à estrutura naftênica, ou estar separada por um determinado número de unidades -CH2-.

Os compostos metálicos aparecem na forma de sais orgânicos dissolvidos na água emulsionada ao petróleo que são removidos pelo processo de dessalgação, na forma de compostos organometálicos complexos, que concentram-se nas frações mais pesadas e contaminam os catalisadores. Os metais mais comuns são: ferro, zinco, cobre, chumbo, molibidênio, cobalto, arsênio, manganês, cromo, sódio, níquel e vanádio.

As resinas e os asfaltenos são moléculas grandes, com alta relação carbono/hidrogênio e presença de enxofre, nitrogênio, oxigênio e metais. Cada molécula constitui-se de 3 ou mais anéis aromáticos com cadeia lateral alifática que formam agregados micelares. As estruturas básicas das resinas e asfaltenos são semelhantes, porém existem importantes diferenças. Os asfaltenos puros são sólidos escuros e não-voláteis, insolúveis em alcanos e solúveis em tolueno. Enquanto, as resinas puras são líquidos pesados ou sólidos pastosos, as de alto peso molecular são avermelhadas, e as mais leves são menos coloridas. São mais polares e apresentam volatilidade semelhante à de um hidrocarboneto do mesmo tamanho (THOMAS, 2004; GUIMARÃES e PINTO, 2007; AL-SAHHAF, 2002).

Os asfaltenos não encontram-se dissolvidos no petróleo e sim dispersos na forma coloidal estabilizada por resinas, elas são facilmente solúveis. Mudanças e variações de pressão, temperatura e composição provocam a precipitação dos asfaltenos na superfície dos equipamentos de produção, nas tubulações do poço e em áreas próximas ao poço. Assim, os asfaltenos acabam causando problemas durante a produção, o transporte e o refino do petróleo, reduzem a produtividade do poço e aumentam a estabilidade da emulsão.

O petróleo é caracterizado por suas propriedades físico-químicas. No entanto, devido à complexidade tanto em relação à sua composição quanto em relação ao elevado peso molecular dos compostos orgânicos que o compõem, a análise do petróleo apresenta algumas dificuldades principalmente no que diz respeito à separação e a dificuldade de identificação de seus componentes (BUENO, 2004; PANTOJA, 2006).

Quando o petróleo passa pelo processo de refino, esse gera muitos produtos, conhecidos como derivados de petróleo. Por exemplo, gasolina automotiva, querosene de aviação (QAV), óleo diesel, gás liquefeito de petróleo (GLP) entre outros, cada derivado apresenta diferentes aplicações, especificações e requisitos de qualidade. Devido a variedade de derivados de petróleo serão especificadas as principais análises e técnicas analíticas utilizadas no petróleo cru, gasolina automotiva e óleo diesel.

6 2 ANÁLISES DO PETRÓLEO E SEUS DERIVADOS

2.1 ANÁLISES DE CARACTERIZAÇÃO DO PETRÓLEO

As frações do petróleo ou do petróleo cru são caracterizadas por uma técnica que utiliza os dados de laboratório disponíveis, e através desses dados calculam-se os parâmetros básicos necessários para determinar as propriedades do fluido e a qualidade. Existem diversos métodos que caracterizam o petróleo, porém cada método origina diferentes parâmetros de caracterização e fornecem resultados diferentes das