PETRÓLEO III: PROCESSO DE OBTENÇÃO E REFINO

Como vimos no episódio anterior, a formação do petróleo é caracterizada pelo acúmulo de material orgânico sob condições específicas de pressão e isolamento em camadas do subsolo de bacias sedimentares, sofrendo transformações por milhares de anos. Nesse episódio, aprofundaremos nossa série para que conheçamos as formas de obtenção e refino deste produto.

Após ter conhecido a origem do petróleo, seus constituintes e sua classificação, damos início a uma das partes mais importantes da preparação desse produto, após ele ser recolhido, seja no solo ou em alto mar.

O processo é iniciado com a prospecção, com o conhecimento do terreno. Somente após um estudo detalhado é feita a perfuração e através de bombas de extração o óleo é sugado das jazidas. Se a pressão do gás é suficiente para expelir a substância, não se inclui as bombas de sucção, colocando-se apenas uma tubulação para a extração do petróleo bruto.

No mar, são utilizadas bombas em plataformas marítimas de vários tipos – que diferem de acordo com a profundidade dos poços, com o seu posicionamento, entre outros. Por conseguinte, a substância é levada para as refinarias, a fim de separá-lo em vários componentes, que por sua vez serão transformados em vários produtos derivados do petróleo.

Porém, para encontrar o local adequado para perfurar um poço é apenas o primeiro passo da exploração. Antes de começar as atividades, as empresas petrolíferas devem se informar se as leis em vigor na região permitem perfurar poços, além de avaliar o impacto ambiental de suas operações. Um processo que pode demorar anos.

Uma vez obtida essa autorização, inicia-se o trabalho. Há vários procedimentos, mas, na realidade, a ideia básica é perfurar um poço até chegar bem no topo de uma jazida de petróleo. Antes de prosseguir, os poços são revestidos com revestimento de aço e cimentados para fortalecer sua estrutura. Depois, são feitos pequenos furos no revestimento perto do fundo, que permitirão a entrada de petróleo.

É então instalado um sistema de válvulas de segurança denominado “árvore de natal” na cabeça do poço – ou seja, a parte do poço que chega à superfície da terra ou do leito do mar. O último passo consiste em injetar ácido ou areia pressurizada para romper a última camada de rocha e possibilitar o fluxo de óleo para dentro do poço.

Às vezes, grandes reservas petrolíferas são encontradas no subsolo dos oceanos. Para extrair o óleo, são instaladas enormes plataformas em alto-mar, para servir de base dos equipamentos que perfuraram as rochas no subsolo oceânico. Depois de extrair e processar o petróleo e o gás, ele é transportado para a terra firme por dutos submarinos ou são estocados em tanques flutuantes, antes de serem carregados por grandes navios-tanques.

Figura 6: Formas de obtenção do Petróleo

Uma vez armazenado, o petróleo segue para o refino, que consiste em separar a complexa mistura de hidrocarbonetos em frações desejadas, processá-las e industrializá-las em produtos comerciáveis.

Inicialmente, o petróleo bruto sofre dessalinização, removendo os sais minerais. Na sequência, o petróleo passa para a etapa de fracionamento, na qual ocorre o processo de destilação para separar as frações. Essa separação envolve a vaporização de um líquido por aquecimento, seguida da condensação de seu vapor. Existem diferentes tipos de destilação: simples, fracionada etc.

No caso do petróleo, é empregada uma operação unitária conhecida como destilação fracionada, que é executada com a utilização de uma coluna de fracionamento. Quando se aquece uma mistura de líquidos cujas temperaturas de ebulição são diferentes, produz-se uma mistura de vapores que é mais rica nos componentes mais voláteis, isto é, de temperaturas de ebulição mais baixas.

Portanto, se essa mistura é refrigerada até que se condense (destilação), obtêm-se um líquido mais rico que o original em componentes voláteis e, ao mesmo tempo, um líquido residual mais rico nos componentes menos voláteis. Repetindo esse processo de destilação de maneira sucessiva sobre o líquido resultante, consegue-se decompor a mistura original em uma série de líquidos cujas temperaturas de ebulição são diferentes.

Os componentes do petróleo são depositados em bandejas de condensação situadas nos diferentes níveis da torre, ordenando esses componentes da menor à maior volatilidade. Nas refinarias, essas colunas são substituídas por enormes torres, chamadas de torres de fracionamento de aproximadamente 8 m de diâmetro e até 60 m de altura.

Figura 7: Esquema do fracionamento do petróleo em uma torre de destilação.

Figura 8: Proporção de uma torre de destilação em uma refinaria

Durante o processo de refino ocorrem ainda outras inúmeras operações unitárias de maneira a minimizar as perdas do processo. Além disso, diversas técnicas são utilizadas nesse processo de separação dos hidrocarbonetos leves dos pesados:

  • Separação: procedimento físico, onde através da sua exposição às temperaturas elevadas ocorre uma decomposição nos seus derivados para o consumo;
  • Conversão: procedimento de ordem química, onde as ligações moleculares são quebradas facilitando o processo de refino;
  • Tratamento: processo de natureza química, porém com o objetivo de eliminar impurezas e melhorar as suas características;
  • Técnicas auxiliares: onde os resíduos dos processos acima são devidamente tratados, como contributo ao meio ambiente.

Sabendo que, quando o petróleo é extraído ele vem cheio de impurezas, então pode-se citar ainda, e de forma direta, a decantação como uma operação unitária realizada antes do refino. Ela é utilizada para separar o petróleo da água salgada. Visto que a água é mais densa que o petróleo, ela fica na parte de baixo e o petróleo fica na parte de cima, podendo ser separados. Utiliza-se também da filtração para remover impurezas maiores, tais como areia, argila e pedaços de rochas.

Após a etapa de refino (destilação fracionada), a próxima fase é o craqueamento térmico ou craqueamento catalítico do petróleo. Os processos anteriores foram físicos, mas agora se usa um processo químico. Esse termo “craqueamento” vem do inglês to crack, que significa “quebrar”, pois é exatamente isso que é feito: quebram-se moléculas mais longas em moléculas menores.

Desse modo, transformando determinadas frações de menor interesse comercial em frações de maior interesse. Por exemplo, o craqueamento permite transformar uma fração de querosene em uma fração de gasolina:

1 C12H26(?)         →          1 C8H18(?)        +       2 C2H4(?)

  FRAÇÃO DE                FRAÇÃO DE              ALCENO

                          QUEROSENE                 GASOLINA

O craqueamento térmico é feito através de temperaturas e pressões elevadas. Por exemplo, para transformar moléculas de querosene, óleo diesel ou óleo lubrificante em gasolina, são usadas temperaturas entre 450ºC e 700ºC. Já o craqueamento catalítico usa apenas catalisadores, tornando o processo mais econômico e seguro. O craqueamento é muito importante para aumentar o aproveitamento do petróleo e para obter subprodutos que são usados como matérias-primas nas indústrias em geral, onde é possível a sua aplicabilidade.

A última etapa do refino do petróleo trata-se da reforma catalítica (reforming), em que, como o próprio nome indica, o objetivo é “reformar ou reestruturar” as moléculas, transformando cadeias normais de hidrocarbonetos em cadeias ramificadas, cíclicas e aromáticas. Isso é feito principalmente para aumentar a octanagem da gasolina.

Figura 9: Etapas do processo petrolífero (da obtenção até o produto final)

É obtida finalmente toda uma série de produtos dos que respondem as necessidades dos consumidores: carburantes, solventes, gasolinas especiais, combustíveis, entre outros. E desses produtos obtidos é possível encontra-los na composição de vários outros produtos da indústria química e indústrias em geral.

Depois de conhecer como o petróleo é refinado, é preciso inteirar-se dos derivados obtidos a partir dele e como/onde eles são aplicados no nosso dia a dia. No próximo episódio você conhecerá cada um deles e sua utilização no cotidiano.

REFERÊNCIAS

Fracionamento e Refino do Petróleo

Petróleo e derivados 

Petróleo

Petróleo: Origem, composição e refinamento

Refino do Petróleo