Como é o processo de separação das substâncias que formam o petróleo?

O petróleo bruto é composto por diversos tipos de hidrocarbonetos. A refinação do petróleo é um processo que tira partido dos diferentes pesos, volatilidades e temperaturas de ebulição dos hidrocarbonetos para os separar, dando origem a produtos intermédios e finais.

Tipicamente, existem quatro grandes estágios de refinação para separar o crude em substâncias utilizáveis:

• Separação física dos vários tipos de hidrocarbonetos através da destilação;
• Purificação de produtos intermédios em unidades de pré-tratamento;
• Processamento químico das frações de menor valor em produtos mais leves;
• Tratamento e mistura de produtos intermédios por remoção de elementos e compostos indesejáveis para integração em produtos finais.

O processo tem início com o aquecimento do petróleo bruto. Os vapores que então se formam sobem por uma coluna de fracionamento, equipada com compartimentos a diferentes alturas. Os componentes mais voláteis e com baixo ponto de ebulição sobem ao topo dessa coluna. Nas camadas mais baixas, ficam os componentes com ponto de ebulição mais elevado. Esta técnica, de separação física das frações, é também designada de destilação fracionada e é o ponto de partida para o processo de refinação do petróleo.

Cada um dos passos do processo de refinação destina-se a maximizar o valor acrescentado às matérias nele processadas. As refinarias mais simples realizam apenas a destilação do crude. As refinarias mais complexas também realizam as outras três funções.

A configuração das refinarias

A gama e a qualidade de produtos refinados produzidos numa refinaria depende dos tipos de crude utilizados como matéria-prima e das estruturas instaladas na refinaria.

Crudes leves e sweet - Geram quantidades mais elevadas de produtos refinados de maior valor, tais como gasolina, jet fuel e gasóleo.

Crudes mais pesados e mais sour - Produzem maiores quantidades de produtos de menor valor, como os fuelóleos.

A configuração de certas refinarias, em particular na América do Norte, é tipicamente orientada para a produção de produtos destilados leves, como a gasolina, enquanto a configuração das refinarias na maioria das demais regiões, como é o caso da Europa, é tipicamente orientada para a produção de produtos destilados médios, como o gasóleo e o jet fuel.
Existem, por outro lado, refinarias configuradas para a produção de outros produtos especializados, tais como óleos base, naftenos e betumes.

As refinarias podem geralmente ser divididas em duas categorias principais:

• Refinarias simples de hydroskimming - Executam principalmente o processo de destilação.
• Refinarias complexas - Desenvolvem duas funções adicionais: conversão das frações de hidrocarbonetos produzidas no processo de destilação do crude noutros produtos e o tratamento de produtos intermédios para se obterem produtos de maior valor.

A configuração das refinarias complexas é orientada para a maximização, quer da produção de gasolina (cracking catalítico), quer de produtos destilados médios (hydrocracking). Além disso, estas refinarias utilizam várias capacidades secundárias de processamento para a beneficiação dos resíduos de vácuo.

As refinarias configuradas para possuírem uma grande capacidade de conversão e dessulfuração conseguem obter rendimentos mais elevados nos produtos refinados de maior valor, já que processam crudes mais pesados e mais sour do que as refinarias com capacidade inferior de conversão e dessulfuração. A complexidade de uma refinaria refere-se, portanto, à respetiva capacidade de processar matéria-prima, como crudes mais pesados e com maior teor de enxofre, em produtos com valor acrescentado.

Tipicamente, quanto maior a complexidade, mais flexível a gama de crudes que a refinaria consegue processar e mais bem posicionada está para tirar partido dos crudes com custos mais baixos, o que resulta num incremento das margens de refinação.

Políticas da Refinação

Sistema Refinador da Galp

Os textos Exploração e Extração do Petróleo e Como é feito o transporte do petróleo? mostraram como o petróleo é encontrado, retirado das jazidas subterrâneas e transportado. Esse transporte por meio de oleodutos ou de superpetroleiros (grandes navios) é realizado para levar o petróleo até as refinarias. Estes são locais em que são feitos processos físico-químicos para o refino do petróleo bruto (ou refinamento do petróleo) para a obtenção das chamadas frações do petróleo.

O petróleo não é usado diretamente na forma bruta, por isso ele precisa passar por esse processo. Esse combustível é composto de uma mistura complexa de hidrocarbonetos, além de pequenas quantidades de outras classes de compostos orgânicos que contêm nitrogênio, oxigênio e enxofre. Não é possível isolar cada um desses compostos orgânicos que compõem o petróleo, tendo em vista que muitos possuem pontos de ebulição muito próximos. Por isso, o refinamento do petróleo isola frações, ou seja, grupos com um número menor de compostos orgânicos, principalmente hidrocarbonetos que possuem massas molares próximas.

Portanto, a diferença básica entre essas frações do petróleo é a quantidade de átomos de carbono presentes em suas moléculas. Por exemplo, a gasolina é uma fração do petróleo formada por hidrocarbonetos que possuem de 6 a 10 átomos de carbono, enquanto que outra fração do petróleo, o óleo diesel, possui moléculas com 15 a 18 carbonos. Veja na imagem abaixo outras frações do petróleo e a quantidade de átomos de carbono em cada caso, além das amplas aplicações dessas frações em nossa sociedade:

Quanto maior a massa molar de um composto orgânico, maior é o seu ponto de ebulição, ou seja, a temperatura que passa do estado líquido para o estado de vapor. Essa propriedade é importante, porque uma das principais técnicas usadas nas refinarias é a destilação fracionada do petróleo, e ela se basia nessa propriedade para separar as frações do petróleo.

Tópicos deste artigo

• 1 - Mapa Mental: Petróleo

Mapa Mental: Petróleo

*Para baixar o mapa mental em PDF, clique aqui!

Basicamente, essa técnica consiste em colocar o petróleo em um forno ou fornalha para ser aquecido a cerca de 400ºC. Essa fornalha é acoplada a uma torre de destilação a pressão atmosférica (ou torre de fracionamento) que possui vários pratos ou bandejas de destilação (no máximo 50 bandejas). Conforme vai subindo, cada bandeja apresenta uma temperatura diferente que vai diminuindo nesse sentido.

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Assim, ocorre o seguinte, os hidrocarbonetos de maiores massas molares (de moléculas com maior quantidade de carbonos) formam uma fração que permanece no fundo do recipiente no estado líquido, pois o seu ponto de ebulição é muito elevado. Já as frações com menores massas molares e que possuem menores pontos de ebulição, passam para o estado de vapor e sobem na torre de destilação, chegando à próxima bandeja. Se a temperatura nessa bandeja for menor que o ponto de ebulição da fração, ela se condensa e é retida. Se não, ele continua subindo para a próxima bandeja e assim sucessivamente, até a fração mais leve chegar no último prato da coluna, onde a temperatura é a menor e é coletada ali.

Esse processo se repete novamente, para garantir a eficiência do processo. Nesta parte do processo são obtidos principalmente gás, gasolina, nafta e querosene.

O líquido de massa molar elevada que permaneceu na parte inferior da torre de destilação é então encaminhada para outro forno, para ser aquecida novamente. Mas, acontece que essa fornalha está acoplada uma torre de destilação a vácuo ou a pressão reduzida, ou seja, que possui a pressão de vapor menor que a pressão atmosférica. Desse modo, esses compostos pesados entram em ebulição em temperaturas menores que 400ºC, o que impede que suas moléculas se decomponham, isto é, sejam quebradas. O mesmo processo que ocorreu na outra torre de destilação ocorre novamente e são obtidas novas frações desse resíduo. Essas frações do petróleo são mais pesadas que as obtidas na primeira destilação. Nesta parte do processo são obtidos principalmente graxa, parafinas, óleos lubrificantes e betume que é usado para fazer asfalto e na impermeabilização.

Para uma maior aproveitamento do petróleo, depois do refino ele pode passar por um processo chamado de craqueamento. Veja sobre essa próxima etapa no texto a seguir:

→ Craqueamento do petróleo

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* Créditos da imagem (modificada): Autora: Theresa knott/ Fonte: Wikimedia Commons

* Mapa Mental por Me. Diogo Lopes

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química

Como é o processo de separação do petróleo?

Quais são os primeiros processos de separação que o petróleo é submetido?

Onde é feita a refinação ou separação do petróleo?

Como ocorre a destilação fracionada do petróleo como é feito essa separação?