Como é que o petróleo bruto é separado: Técnicas essenciais de separação

Introdução à separação de petróleo bruto

O petróleo bruto, ou "ouro negro", é um líquido inflamável, uma mistura complexa de hidrocarbonetos que se encontra na crosta terrestre e é extraído dos poços de petróleo, tal como o ouro de uma mina de ouro. É a fonte de uma variedade de produtos essenciais que são utilizados no dia a dia, como a gasolina, o gasóleo, os plásticos, etc. Mas o petróleo bruto na sua forma não transformada tem pouca utilidade e é submetido a diferentes separações em função dos diferentes pontos de ebulição e pesos moleculares dos seus constituintes. Esta separação é importante, uma vez que permite a concentração e a purificação das partes individuais do petróleo bruto que interessam às diferentes indústrias.

Um processo que envolve a decomposição do petróleo bruto em diferentes componentes é designado por refinação de petróleo. Existem diferentes processos de separação que podem ser utilizados na refinação de petróleo e cada um deles tem os seus próprios pontos fortes, bem como áreas de utilização. Estes processos incluem a extração por solventes, que separa os constituintes de acordo com as suas caraterísticas químicas; a separação por membranas, que é atualmente uma técnica mais avançada para a separação selectiva de moléculas; a filtração, que elimina os sólidos do petróleo bruto; os crivos moleculares na matriz de separação por adsorção; e o principal, a destilação fraccionada, que é responsável pela separação dos hidrocarbonetos com base nos seus pontos de ebulição. Além disso, existem processos de conversão, como o craqueamento e a reforma, que melhoram ainda mais a separação e aumentam a qualidade dos produtos finais.

Visão geral das principais técnicas de separação de petróleo bruto

Extração por solventes: Separação de componentes por afinidade química

Este é um método que distingue os componentes do petróleo bruto com base na sua afinidade química com outros compostos. Neste método, o solvente é adicionado à mistura de petróleo bruto com a expetativa de que certos componentes se dissolvam enquanto outros não. Os componentes que se dissolvem no solvente podem ser separados num processo de destilação ou evaporação. Esta técnica é adequada para a remoção de compostos aromáticos como o benzeno e o tolueno, que estão presentes em misturas de hidrocarbonetos do petróleo bruto.

Separação por membranas: Métodos modernos para a separação selectiva de moléculas

A Separação por Membranas é uma técnica moderna que se tornou recentemente muito utilizada devido à sua capacidade de separar moléculas de geometria diferente em tamanho e na sua estrutura química. Neste processo, a mistura de crude é passada através de uma membrana semipermeável com poros de dimensão inferior a um determinado tamanho que impede a passagem de outras moléculas. Esta técnica é extremamente eficaz e tem amplas aplicações, uma vez que pode ser utilizada para isolar componentes de uma vasta gama de tamanhos, desde pequenas moléculas de gás a compostos orgânicos maiores. A separação por membrana é particularmente eficaz na remoção de contaminantes, incluindo compostos contendo enxofre e metais pesados do petróleo bruto.

O Papel da Filtração na Remoção de Sólidos do Petróleo Bruto

A filtração pode ser referida como uma operação unitária essencial para a separação do petróleo bruto com base em quaisquer componentes sólidos e contaminantes. Neste método, o petróleo bruto é passado através de um meio filtrante, como areia ou tecido, que captura as partículas sólidas e permite a passagem dos líquidos. Este processo também pode ser considerado como um processo de pré-tratamento para salvaguardar a bomba utilizada nos processos de separação posteriores, como a destilação fraccionada, que pode tratar o petróleo bruto líquido.

Separação por adsorção: Peneiras moleculares e suas aplicações

Adsorção e peneiras moleculares

A adsorção pode ser descrita como um processo de separação em que determinados materiais têm a capacidade de atrair e ligar moléculas específicas. Neste caso, quando se refere à separação de petróleo bruto, os crivos moleculares são também designados por adsorventes. Trata-se de materiais que possuem poros interligados de diâmetros quase iguais, que permitem a adsorção selectiva com base no tamanho e na forma das moléculas. Por exemplo, os crivos moleculares são muito úteis na remoção de água e outras pequenas impurezas do petróleo bruto, uma vez que estas moléculas são suficientemente pequenas para ficarem contidas nos poros do crivo, enquanto as moléculas de hidrocarbonetos maiores podem ser excluídas.

Como as peneiras moleculares ajudam na remoção de água e impurezas de fluxos de hidrocarbonetos

O petróleo bruto não é uma substância pura e contém frequentemente água e outras impurezas. Isto é particularmente importante, uma vez que estas impurezas podem resultar em corrosão, envenenamento do catalisador e fraco rendimento do produto durante a fase de refinação. As peneiras moleculares resolvem este problema de forma fácil e eficiente. Aqui, o petróleo bruto é primeiro despolarizado e depois seco antes de ser passado através de uma coluna cheia de peneiras moleculares que têm uma capacidade de adsorção de óleo relativamente elevada. Como tal, as partículas mais pequenas são absorvidas pelos poros do material, deixando apenas um produto de hidrocarboneto limpo. Esta técnica é chamada de desidratação e é uma das etapas cruciais envolvidas no tratamento do petróleo bruto para processamento posterior. A Associação Internacional de Produtores de Petróleo e Gás indica que a incorporação de filtros de peneiras moleculares permite reduzir a água no petróleo bruto de 1000 para menos de 1 ppm (bars); assim, a segurança de todos os processos a jusante é reforçada.

Destilação fraccionada: O principal método de separação de petróleo bruto

Os princípios básicos da destilação fraccionada

O petróleo bruto, que consiste numa mistura heterogénea de hidrocarbonetos, pode ser fisicamente separado em várias fracções através de um processo denominado destilação fraccionada. Na sua forma mais simples, a destilação utiliza as diferenças nos pontos de ebulição entre os diferentes hidrocarbonetos da mistura de petróleo bruto. A mistura de petróleo bruto está normalmente contida numa coluna de destilação fraccionada, também conhecida como coluna de fracionamento. Para obter as fracções desejadas, o petróleo bruto tem de ser aquecido até se transformar em vapor. À medida que os vapores sobem pela coluna, arrefecem e condensam a diferentes alturas, consoante os seus pontos de ebulição. Os vapores dos evaporadores de fracções mais suaves, como a gasolina e o gás de petróleo liquefeito (GPL), chegarão ao vértice da coluna. Outros, como o gasóleo e as fracções de óleo lubrificante, juntam-se na secção inferior da coluna.

Como a destilação fraccionada separa as fracções de hidrocarbonetos com base nos pontos de ebulição

A prática da destilação do petróleo bruto baseia-se no princípio de que os vários hidrocarbonetos têm diferentes pontos de ebulição. Quando a temperatura na coluna de fracionamento é aumentada gradualmente, os hidrocarbonetos mais leves, e aqueles com os pontos de ebulição mais baixos, começam a vaporizar e a subir para o topo da torre de destilação. À medida que sobem, arrefecem e condensam nos tabuleiros ou materiais de embalagem, que proporcionam uma grande área de superfície para a interação dos vários componentes. O líquido condensado desloca-se então para baixo na coluna, enquanto os restantes vapores continuam a subir. Isto é efectuado em vários níveis da coluna, tendo cada tabuleiro ou material de embalagem o seu próprio intervalo de temperatura e ponto de ebulição. Quando os vapores saem do topo da coluna, apenas os hidrocarbonetos mais leves e os restantes já foram condensados e separados nas partes inferiores da coluna, ficando os componentes com os pontos de ebulição mais elevados no fundo da torre de destilação.

O papel da destilação fraccionada na refinação de fracções leves, médias e pesadas

A importância da destilação fraccionada na indústria petrolífera é muito elevada, uma vez que este processo ajuda a dividir o petróleo bruto nos seus constituintes - leve, médio e pesado - e as suas fracções caracterizam-se por serem úteis em diferentes sectores. A gasolina e a nafta são fracções leves com pontos de ebulição muito baixos e são principalmente utilizadas como combustíveis para motores e outros processos petroquímicos. A querosina e o gasóleo são fracções médias com uma taxa de volatilidade intermédia e são utilizados no aquecimento, como combustível para aviões a jato e no transporte rodoviário. Os gasóleos pesados e os resíduos são as fracções mais pesadas e menos voláteis e, na maioria das vezes, são processados por baixo para produzir óleos lubrificantes, ceras e asfalto. A U. S. Energy Information Administration indicou que um barril típico de petróleo bruto pode produzir aproximadamente 20% de gasolina e 15% de gasóleo, enquanto 5% é fuelóleo pesado e o restante dos 60% se aplica a outros produtos ou a destilação posterior.

Aumento da eficiência da destilação fraccionada com crivos moleculares

Os crivos moleculares também podem ser utilizados para melhorar a eficiência e a qualidade do produto do processo de destilação fraccionada. Embora o processo de destilação separe os hidrocarbonetos com base nos seus pontos de ebulição, algumas das fracções resultantes podem ainda conter impurezas que podem ter um impacto negativo na qualidade dos produtos finais. Ao incorporar peneiras moleculares com tamanhos de poros específicos no sistema de destilação, estas impurezas podem ser removidas seletivamente, garantindo que cada fração cumpre os padrões de pureza exigidos. Por exemplo, as peneiras moleculares podem ser utilizadas para remover compostos de enxofre, compostos de azoto e outros contaminantes das fracções destiladas, melhorando assim a qualidade dos produtos e protegendo os catalisadores e o equipamento a jusante de danos. Esta integração da tecnologia de crivo molecular no processo de destilação fraccionada demonstra como várias técnicas de separação podem trabalhar em conjunto para otimizar o processo global de refinação de petróleo bruto.

Processos de conversão: Melhorar a eficiência da separação após a destilação inicial

Fracionamento: Transformar fracções pesadas em produtos mais leves e mais valiosos

Após a destilação fraccionada inicial, as fracções mais elevadas do petróleo bruto permanecem ainda em estado não queimável ou como matérias-primas para a petroquímica. Para melhorar a produção de produtos leves e de elevado valor, estas fracções pesadas podem ser submetidas a um processo conhecido como cracking. O cracking refere-se à rutura de fracções pesadas associadas a grandes moléculas de hidrocarbonetos complicadas em partes moleculares mais simples que podem atuar como combustíveis ou intermediários químicos. Existem duas formas principais de realizar o cracking: a primeira consiste na utilização de altas temperaturas para aquecer as ligações de carbono, o cracking térmico, enquanto a outra emprega a utilização de um catalisador que reduz a energia para a reação, o cracking catalítico. O craqueamento é uma fase integral que maximiza o valor do petróleo bruto e, além disso, garante que a maior parte dos recursos seja aproveitada.

Reforma: Rearranjo de moléculas de hidrocarbonetos para melhorar a qualidade do combustível

A reforma é um processo de redefinição com alterações estruturais na composição química para melhorar a gasolina e outros combustíveis que proporcionam utilidade nos transportes através da indústria de refinação de petróleo. O rearranjo dos hidrocarbonetos neste processo é efectuado com o objetivo de aumentar o peso molecular e o valor de octano, que é um índice da capacidade do combustível para resistir a pancadas num motor. As rodesias incluem a utilização de um catalisador como a platina ou o rénio para obter as reacções químicas. Devido ao aumento do índice de octanas da gasolina, a reforma torna-a mais fácil de utilizar em motores de alta potência para garantir que o combustível utilizado arde de forma eficaz e limpa. Este processo é importante hoje em dia, quando a qualidade do combustível está mais em foco do que nunca.

A importância dos tratamentos secundários após a separação

Dessulfurização: Remoção de compostos de enxofre para cumprir as normas ambientais

A presença de compostos de enxofre como impurezas no petróleo bruto é uma preocupação porque, no decurso da utilização do petróleo como combustível, a queima destes compostos conduz a vários problemas ambientais e de saúde. Para atenuar esta situação, as refinarias de petróleo incluem técnicas de dessulfuração em que esses compostos são eliminados das diferentes fracções obtidas no processo de separação. A dessulfuração é frequentemente feita com a adição de misturas de catalisadores, como o cobalto e o molibdénio, que convertem os compostos que contêm enxofre em gás sulfídrico, que pode ser facilmente limpo, transformando-se em enxofre. Este processo é necessário porque os regulamentos nacionais e internacionais exigem um teor mínimo de enxofre no petróleo e seus derivados, com o objetivo de proteger o ambiente. Por exemplo, nos EUA, a Agência de Proteção do Ambiente restringiu o combustível para motores diesel destinado à utilização em estrada a 15 partes por milhão de enxofre, em vez das anteriores 500 partes por milhão.

Tratamento de resíduos pesados: Destilação a vácuo e coqueificação para processamento adicional de fracções pesadas

O fundo do petróleo não é utilizado em combustíveis ou matérias-primas petroquímicas, mesmo após os processos de destilação fraccionada e conversão. As refinarias de petróleo, numa tentativa de recuperar mais valor destes resíduos, aplicam processos de tratamento secundário como a destilação em vácuo e a coqueificação. Na destilação em vácuo, os resíduos pesados são fervidos a pressões mais baixas, fazendo rodar os pontos de ebulição mais elevados dos diferentes componentes para uma melhor eficiência de separação. O coqueamento, por outro lado, é um tipo de craqueamento térmico, mas em vez de isolar as suas fracções umas das outras, o coqueamento decompõe os resíduos pesados convertendo-os em hidrocarbonetos leves e num resíduo sólido, rico em carbono, chamado coque. O coque combustível tem inúmeras outras aplicações industriais como a siderurgia e a produção de energia eléctrica. Assim, com estes processos adicionais efectuados nos resíduos, as refinarias conseguem maximizar o valor de cada barril de petróleo bruto e garantir que nenhum resíduo é deixado sem uso.

Considerações ambientais e de eficiência na separação de petróleo bruto

A sustentabilidade e a proteção do ambiente tendem a ser princípios importantes na sociedade contemporânea e, consequentemente, a indústria de refinação de petróleo enfrenta numerosos desafios para alcançar uma maior eficiência nos seus processos que sejam também menos prejudiciais para o ambiente. Um dos ramos de interesse é a redução da energia e dos gases com efeito de estufa que são emitidos no processo de separação do petróleo bruto. Entre as várias opções, destaca-se a implementação da recuperação de calor residual através da integração de diferentes processos, a substituição de equipamentos por outros mais eficientes do ponto de vista energético e a potencial utilização de energias renováveis nos processos da refinaria. É também cada vez maior a preocupação de passar a praticar e aplicar métodos para reduzir a pegada ambiental das emissões das refinarias, como o controlo da poluição dos gases de combustão através de sistemas avançados de depuração e o tratamento de resíduos industriais antes da sua descarga. Por conseguinte, o mesmo tipo de abordagem pode também ser aplicado ao desempenho do processo de separação do petróleo bruto e ajudar a atingir o objetivo de um planeta mais limpo e mais verde. Os efeitos positivos que resultam das melhorias no processo de separação do petróleo bruto contribuem de forma importante para o custo global de uma determinada unidade de refinação de petróleo.

Aumentando a Eficiência da Refinaria com a Experiência da Jalon

Se necessitar de peneiras moleculares para os processos de separação e refinação de petróleo bruto, associar-se a um fabricante qualificado como a Jalon é provavelmente uma abordagem racional. Estando na profissão há um período substancial, a Jalon tem a capacidade de desenvolver diferentes tipos de soluções personalizadas de peneiras moleculares para a indústria petrolífera. Ao associar-se à Jalon, tirará partido da sua experiência e tecnologia moderna para obter o melhor desempenho possível nas suas actividades de refinação de petróleo.

Conclusão

Para concluir, a desconstrução do petróleo bruto nas suas partes constituintes varia em géneros; os seus géneros incluem, mas não se limitam a: destilação fraccionada, extração por solventes, separação por membranas, filtração e adsorção. Estas estratégias são úteis para separar a complicada variedade de hidrocarbonetos do petróleo bruto e transformá-los em produtos úteis que são praticamente indispensáveis na civilização atual. O principal método de separação do petróleo bruto é a destilação fraccionada, que classifica os hidrocarbonetos de acordo com as suas substâncias em ebulição; outros métodos, como a extração por solventes e a separação por membranas, melhoram e purificam os produtos finais. Com as necessidades mundiais de energia e de produtos à base de petróleo a aumentarem cada vez mais, torna-se imperativo para a indústria de refinação de petróleo melhorar continuamente esses processos de separação para serem mais eficazes, minimizando simultaneamente os potenciais riscos ambientais.