Aula 05 Petróleo e Carvão Mineral

Universidade Federal de Campina GrandeCentro de Educação e Saúde

Programa de Vestibular Solidário (PVS)Disciplina: Química Orgânica

Voluntário: Anderson Angel Vieira PinheiroE-mail: [email protected]

Petróleo e o Carvão Mineral

Aula 05

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Introdução

• O petróleo é um dos recursos naturais de quea nossa sociedade mais depende;

• Isso é fácil de entender quando vemos agrande variedade de produtos derivados dopetróleo, como:

Gás de cozinha, gasolina, óleo diesel, lubrificantes, parafinas, asfalto, medicamentos, inseticidas, fertilizantes, plásticos, corantes e muitos outros

produtos que trouxeram conforto para a nossa vida cotidiana e possibilitaram a construção da sociedade tal como a conhecemos hoje.

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Pense!

• A base de sustentação do mundo moderno,sob vários aspectos, está no petróleo; por isso,nos tornamos dependentes dele. Mas, quandoo petróleo acabar?

Faça uma síntese com suas palavras sobre o tema acima citado e traga na próxima aula!

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Abordagem Teórica

• Os principais combustíveis fósseis são:

- O petróleo;

- O gás natural;

- A hulha;

- Xisto betuminoso.

• Dentre eles, o mais importante atualmente éo petróleo.

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Abordagem Teórica

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Hulha Xisto

Abordagem Teórica

• Cerca de 90% dos materiais obtidos a partir darefinação do petróleo são queimados paraobter energia para meios de transporte,aquecimento industrial e doméstico, produçãode eletricidade e iluminação.

• Os outros 10% são usados como matéria-prima para a produção de plásticos, borrachassintéticas, fibras, fertilizantes e muitos outrosprodutos.

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Abordagem Teórica

O petróleo é um líquido escuro,

oleoso, formado por milhares de compostos

orgânicos, com predominância de hidrocarbonetos.

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Abordagem Teórica

• O petróleo costuma ser dividido em tipos oubases:

- Base Parafínica;

- Base Asfáltica;

- Base Naftalênica;

- Base Aromática.

• No Brasil há a predominância do petróleo de baseparafínica.

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Abordagem Teórica

• Base Parafínica: quando predominam (até90%) os alcanos. É a de maior predominânciano Brasil.

• Base Asfáltica: quando predominam oshidrocarbonetos de massa molecular elevada(que produzem asfalto);

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Abordagem Teórica

• Base Naftalênica: quando, além de alcanos,há até 15% ou 20% de cicloalcanos (chamadosde hidrocarbonetos naftalênicos);

• Base Aromática: quando, além de alcanos, háaté 25% a 30% de hidrocarbonetosaromáticos.

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Formação das Bacias Petrolíferas

• O petróleo formou-se na Terra há milhões deanos, e resultou da transformação de fósseisde pequenos animais e vegetais que foramsoterrados e submetidos a ação demicroorganismos, do calor e de pressõeselevadas ao longo do tempo.

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• Os pequenos animais marinhos e asvegetações típicas de regiões alagadiças,depois de mortos, se misturam à terralamacenta destas regiões, formando camadasde material orgânico.

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• Ao longo de milhões de anos, essas camadasforam sendo comprimidas pelas rochas que sedepositaram acima delas e o material orgânicofoi sendo lentamente decomposto,transformando-se finalmente em petróleo egás de petróleo, que se formam juntos.

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• A palavra petróleo significa “óleo de pedra”. Asrochas formadas desta maneira são denominadas“rochas sedimentares”.

• Algumas delas, por serem porosas, permitem apassagem tanto do petróleo como do gás natural;estes, ao encontrarem rochas impermeáveis, seacumulam numa dada região formando umbolsão ou bacia.

• Por isso, o petróleo é encontrado nas BaciasSedimentares.

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• As jazidas de petróleo, tanto em terra comono mar, obedecem normalmente ao esquemaa seguir:

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• O mapa abaixo mostra as principais bacias sedimentares brasileiras, que são as regiões com maiores probabilidades de ocorrência de petróleo ou gás natural.

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• Atualmente, no Brasil, a maior parte dopetróleo está sendo retirada de jazidas, sob omar, principalmente na chamada Bacia deCampos, no estado do Rio de Janeiro.

• O petróleo, depois de retirado pelo homemdas bacias, não pode ser substituído, ou seja,ele é um recurso natural não-renovável.

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• Dessa maneira, é muito importante que o serhumano aprenda a usá-lo da melhor maneirapossível, a fim de que possua usufruir dele porum maior período de tempo.

• Teoricamente, o petróleo pode ser encontradoem bacias sedimentares, mas isso nemsempre acontece porque há outros fatoresdeterminantes para a existência do petróleo.

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Exploração do Petróleo

• A existência de depósitos de petróleo cominteresse comercial depende de vários fatores:

- Rochas sedimentares no subsolo;

- Rochas que contenham a matéria-primado petróleo;

- Rochas impermeáveis com espaçosvazios.

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• Os técnicos e geólogos seguem estasevidências quando estão à procura dopetróleo.

• As maiores jazidas são encontradas,normalmente, em locais onde, no passadogeológico, ocorreram dobramentos dosubsolo, que deram origem às cavidades queacumulam o petróleo.

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• A procura é feita a partir:

- Estudos do relevo da região;

- Estudos geológicos da superfície;

- Estudos de processos geofísicos que fazemuma “radiografia” do subsolo, com o auxíliode aviões e de satélites.

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• A perfuração em função do tipo de solo éprogramada para profundidades que variamde 800 a 5.000 metros e é feita com o auxíliode brocas de tungstênio ou diamante pararochas muito duras, ou brocas de dentes oulâminas para rochas menos resistente.

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• Quando a perfuração é feita no mar, na chamadaPlataforma Continental, utilizam-se plataformasde aço ou navios-sonda.

• Essas plataformas dispõem de 3 ou mais “pernas”que se apóiam no fundo do mar; atingem 150metros (um prédio de 50 andares) ou mais decomprimento e sua altura pode ser regulada porcomplexos sistemas elétricos e hidráulicos,podendo ser rebocadas e colocadas na posiçãoadequada.

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• Embora as perfurações no mar apresentemum custo 4 vezes maior que as feitas em terra,no Brasil elas tornam-se interessanteseconomicamente porque os poços marítimosproduzem muito mais que os terrestres.

Qual o motivo?

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O transporte e o refinamento

• Após a extração do petróleo, o transporte sedá por oleodutos até os pontos de embarque.

• Grandes navios petrolíferos dão sequência aotransporte até os terminais marítimos a quese destinam, onde novamente, através deoleodutos, o petróleo é bombeado até o seudestino final: as refinarias.

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• Nas refinarias, ocorre a separação dosconstituintes do petróleo, através de váriosprocessos, como a Destilação Fracionada.

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• Como o petróleo é uma mistura de milhares dehidrocarbonetos cujos pontos de ebulição estãomuito próximos, seria impossível separá-los um aum; então a separação é feita em grupos dehidrocarbonetos, chamados “frações dopetróleo”.

• Cada fração do petróleo é ainda uma mistura dehidrocarbonetos formada por um número menorde substâncias, e sua separação só é possívelporque as frações apresentam diferentes faixasde pontos de ebulição.

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• Inicialmente o petróleo é aquecido em umforno, sendo parcialmente vaporizado, edirecionado para uma coluna defracionamento provida de várias bandejas.

• A temperatura da coluna varia com a altura,sendo que no topo encontra-se a menortemperatura.

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• Na verdade, é impossível separar de umamaneira eficiente as frações a primeira vez emque este processo é efetuado, por isso ele deveser repetido.

• O petróleo é uma importante fonte decombustíveis e de matéria-prima para a indústria.

• No esquema do próximo slide, aparecem algunsdos muitos produtos, usados no cotidiano, quepodem ser obtidos do petróleo.

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Gás de cozinha

Gasolina

Combustível para aviação

Solvente para colas e tintas

Querosene

Óleo diesel

Óleo lubrificante

Parafina

Asfalto Muitos outros.

Explosivos

Fertilizantes

Inseticidas

Medicamentos

Detergentes

Corantes (tecidos, fotografias)

Essência para perfumes

Plástico, isopor, garrafas

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Craqueamento catalítico

• Para atender ao grande consumo de gasolina, as refinarias processam muito petróleo e, em consequência, sobra óleo.

Não haveria algum meio de transformar o excesso de óleo em mais gasolina?

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• A resposta é sim, bastando quebrar, porexemplo, uma molécula de óleo com 16átomos de carbono em 2 moléculas com 8,que correspondem à gasolina.

• Esse processo é chamado de Pirólise ouCraqueamento (“Cracking”) e é executado moutra coluna, consistindo na quebra demoléculas de cadeias longas para a obtençãode moléculas menores.

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• O craqueamento possibilitam umaproveitamento quase integral do petróleo,propiciando uma economia expressiva epermitindo a obtenção de maioresquantidades de GLP (gás liquefeito depetróleo), gasolina e outros produtos químicosque serão transformados em uma infinidadede produtos presentes e indispensáveis aonosso dia-a-dia.

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• Dependendo da região onde o petróleo seformou, ele pode apresentar diferenteshidrocarbonetos em porcentagens diferentes nasua composição.

• O petróleo brasileiro é de Base Parafínica,enquanto o petróleo extraído no Oriente Médioapresenta Base Aromática.

• A quantidade obtida de cada tipo de derivado depetróleo depende de sua origem, dos recursos darefinaria e das necessidades do mercadoconsumidor em cada momento.

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Pré-sal

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Pré-sal

• O “pré-sal” é considerado uma grande baciapetrolífera, sem que se saiba exatamente se é umconjunto de enormes campos petrolíferosindependentes, mas próximos, ou um único campopetrolífero gigantesco.

• Avalia-se que tenha entre 70 e 100 bilhões de barris (1barril tem 158,9 litros) equivalentes de petróleo e gásnatural mineral. Os geólogos mais otimistas falam ematé 200 bilhões ou 300 de barris caso seja formado porum único campo ou se a sua extensão for ainda maiordo que a área já mapeada.

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Pré-sal

• O petróleo da camada pré-sal é mais leve do que opetróleo encontrado no restante do Brasil, como opetróleo da Bacia de Campos, geralmente consideradopetróleo pesado. Assim, o petróleo leve, como óleo dacamada pré-sal, é estratégico para o Brasil, pois:

(I) é mais fácil de ser refinado, produzindo umaporcentagem maior de derivados finos;

(II) tem menos enxofre, poluindo menos quando érefinado;

(III) portanto, é comercializado por um valor maiorno mercado internacional.

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Pré-sal

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Faça uso do seu pensamento

crítico!

Pré-sal

• Os produtos derivados de petróleo com maior valoragregado não são necessariamente os combustíveis,mas sim os outros produtos duráveis e semi-duráveisresultantes do refino de petróleo.

• Os subprodutos do petróleo incluem desde produtosinflamáveis, solventes, fertilizantes, agrotóxicos,produtos farmacêuticos, materiais sintéticos, tintas,,solventes, detergentes, vernizes, borracha sintética eplásticos (polímeros), dos quais se destacam ospolicarbonatos, poliuretanos, polipropileno, PVC, PET.

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Pré-sal

• A descoberta de gigantescas reservas de petróleo nacamada pré-sal do litoral brasileiro, simplesmentepode atrair a cobiça internacional sobre as riquezasbrasileiras em uma escala como nunca se viu antes.

• Há projeções que falam em mais de 100 bilhões debarris de petróleo no pré-sal, o que significa algocomo um Kuwait ou um Iraque no nosso litoral. Por sisó, isto já seria suficiente para modificar a geopolíticado Atlântico Sul.

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Pré-sal

• Não é difícil imaginar o que poderá acontecerse novas descobertas deste tipo, forem feitasem formações geológicas semelhantes aonosso pré-sal (bacias petrolíferas abaixo decamadas de rochas salinas), em outros locaisdo Atlântico Sul, tanto no litoral da Américado Sul, como da África.

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Mapa do pré-sal

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Gás natural

• Denomina-se Gás natural a mistura de gasesaprisionado em bolsões no subsolo dealgumas regiões.

• Geralmente aparece junto com o petróleo,evidenciando a origem comum de ambos, ouseja, a partir de restos de antigos organismosmarinhos.

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Gás natural

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Gás natural

• Embora a sua composição seja bastantevariável, dependendo do local onde éencontrado, o constituinte principal é sempreo metano (CH4).

• Outros componentes são o etano (C2H6), opropano (C3H8) e, geralmente em quantidadesmenores, o butano (C4H10), além do dióxidode carbono (CO2), do sulfeto de hidrogênio(H2S), do nitrogênio (N2), etc.

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Gás natural

• A principal aplicação do gás natural é comocombustível. Para as indústrias, ele apresentaalgumas vantagens em relação ao carvão e aoóleo combustível: seu transporte é bem maissimples e sua combustão não deixa resíduosem fornos e cadeias.

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Gás natural

• No Brasil, vem sendo usado em pequenaescala em alguns veículos motorizados, taiscomo táxis e ônibus.

• Comercialmente, é conhecido como GNV –Gás Natural Veicular.

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Gás natural

• O metano, além de ser o principalcomponente do gás natural, aparece ainda emminas de carvão, onde juntando-se com o ar,dá origem a uma mistura explosivadenominada GRISU.

• Também ocorre nos pântanos (daí seu nome“gás dos pântanos”) devido ao apodrecimentodos vegetais.

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Gás natural

• O gás natural não deve ser confundido com ogás de bujão, que é usado em fogõesdomésticos.

• Este, que é também denominado GLP, éformado principalmente por propano ebutano.

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O carvão mineral

• Há milhares de anos grandes florestas cobriamboa parte da Terra.

• Quando estas gigantescas plantas, morreram,formaram uma massa contendo, sobretudo,madeira.

• Sobre essa massa, novas plantas cresceram,morreram e foram cobertas por lama e areia.

• O calor e a pressão provocaram transformaçõesnessa massa, originando o carvão mineral.

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O carvão mineral

• Na madeira existem substâncias contendovários elementos químicos, principalmente ocarbono, o oxigênio e o hidrogênio.

• Nas alterações sofridas pela madeira, ocorreua formação de substâncias voláteis (CH4, CO2,H2O, etc) que, ao serem eliminadas, foramoriginando um depósito cada vez mais rico emcarbono (carvão) e mais pobre em outroselementos.

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O carvão mineral

• Esse processo é chamado de “carbonização”, eem seus diversos estágios o depósito recebediferentes nomes de acordo com o teor decarbono.

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O carvão mineral

• Na natureza encontramos depósitos em todosesses estágios, dependendo de sua idadegeológica. São chamados, de um modo geral,de “carvão-de-pedra” ou carvão mineral.

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O carvão mineral

• Além de ser utilizado como combustível, ocarvão é uma importante fonte de substânciasorgânicas, utilizadas em indústrias químicas.

• A obtenção dessas substâncias é feitaaquecendo-se o carvão na ausência dooxigênio.

• Essa operação é chamada de Destilação Secaou Pirólise.

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Pirólise

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Destilação seca

• A hulha é uma variedade de carvão mineralque apresenta aproximadamente 80% decarbono e possui um grande interesseindustrial.

• Isso ocorre porque, com o aquecimento dahulha, entre 1000°C e 1.300°C, são obtidas 3frações importantes a fração gasosa, a fraçãolíquida e a fração sólida.

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Destilação seca: Fração gasosa

• Essa mistura recebe o nome de “gás deiluminação” porque foi usada antigamente nailuminação de ruas (lampiões a gás) eatualmente é usada como combustíveldoméstico e também na indústria.

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Destilação seca: Fração líquida

• Esta fração é formada por 2 fases águasamoníacos e alcatrão da hulha.a) Águas amoniacais: fase clara, menos densa que a

água; é rica em NH3 (amônia), que é empregada napreparação de ácido nítrico e produção defertilizantes.

b) Alcatrão da hulha: fase escura e mais densa que aágua. Constitui a mais importante fonte natural decompostos aromáticos. Exemplos benzeno, tolueno,xileno, fenol, naftaleno, cresóis, antraceno, piche,etc.

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Destilação seca: Fração sólida

• Resíduo sólido da destilação, denominado“carvão coque”.

• Esse carvão é consistente, poroso e bastanteutilizado na siderúrgica para a produção deferro e aço e na produção de gasolinasintética.

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O carvão mineral

• A madeira, quando submetida à destilaçãoseca, dá origem a 3 frações:

- Gasosa;

- Líquida;

- Sólida.

• Dessas frações, a fração sólida é um carvãodenominado “carvão vegetal”.

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O carvão mineral

• O carvão mineral é poroso, menos denso quea água e menos consistente que o carvãocoque.

• E empregado como adsorvente narecuperação de solventes industriais (dagasolina) e na clarificação de óleoscomestíveis, de açúcar, etc.

• Também é usado nos fins de semana paraassar aquele churrasco!

ADSORÇÃO: adesão superficial ou penetração superficial de um gás ou de um líquido e um sólido.

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O carvão animal

• Obtido da destilação seca (calcinação) deossos e também é empregado comoadsorvente e na recuperação de solventesindustriais e na clarificação de óleos.

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Negro de Fumo

• Chamamos de “negro de fumo” o carvãoconstituído por carbono em pó, finamentedividido.

• Ele é uma das variedades mais puras de carvão(99% em carbono).

• Sendo utilizado como pigmento na fabricação detintas para a imprensa, de pomadas de calçados(“graxa de sapato”), na fabricação de pneus, etc.

• E o pó que encontramos no cano de escape dosautomóveis.

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Obrigado!

Agora é só estudar!

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