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Química Aplicada

2 Química Aplicada

Química Aplicada

CURITIBA 2002

Petrobras / Abastecimento UNS: REPAR, REGAP, REPLAN, REFAP, RPBC, RECAP, SIX, REVAP

Química Aplicada

540Alberti, Sandra Mara. A334Curso de formação de operadores de refinaria: química aplicada / Sandra

Mara Alberti. – Curitiba : PETROBRAS : UnicenP, 2002. 104 p. : il. (algumas color.) ; 30 cm.

Bibliografia: p. 102. Financiado pelas UN: REPAR, REGAP, REPLAN, REFAP, RPBC, RECAP, SIX, REVAP.

1. Química. 2. Química orgânica. I. Título.

Química Aplicada

Apresentação

É com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe você. Para continuarmos buscando excelência em resultados, diferenciação em serviços e competência tecnológica, precisamos de você e de seu perfil empreendedor.

Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre o

Centro Universitário Positivo (UnicenP) e a Petrobras, representada pela UN-Repar, buscando a construção dos materiais pedagógicos que auxiliarão os Cursos de Formação de Operadores de Refinaria. Estes materiais – módulos didáticos, slides de apresentação, planos de aula, gabaritos de atividades – procuram integrar os saberes técnico-práticos dos operadores com as teorias; desta forma não podem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como um processo contínuo e permanente de aprimoramento, caracterizado pela flexibilidade exigida pelo porte e diversidade das unidades da Petrobras.

Contamos, portanto, com a sua disposição para buscar outras fontes, colocar questões aos instrutores e à turma, enfim, aprofundar seu conhecimento, capacitando-se para sua nova profissão na Petrobras.

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Escreva uma frase para acompanhá-lo durante todo o módulo.

INTRODUÇÃO7
ORIGEM8
1 TÓPICOS ESPECIAIS DE QUÍMICA GERAL9
1.1 A constituição da matéria9
1.1.1 Átomo e Elemento Químico9
1.1.2 Formação de Íons – Cátions e Ânions1
1.1.3 Substâncias Químicas1
1.2 Misturas13
1.2.1 Misturas Homogêneas13
1.2.2 Misturas Heterogêneas14
1.3 Transformações da matéria14
1.3.1 Transformações Físicas14
1.3.2 Transformações Químicas16
1.4 Desdobramento de misturas17
1.5 Ligações químicas19
1.5.1 Configuração Eletrônica dos Gases Nobres1 9
1.5.2 Ligação Iônica19
1.5.3 Ligação Covalente21
1.5.4 Ligação Metálica2
1.6 Funções Inorgânicas24
1.6.1 Conceito de Ácidos25
1.6.2 Conceito de Bases28
1.6.3 Conceito de Sais29
1.6.4 Conceito de Óxidos e Peróxidos30
1.6.4.1 Óxidos30
1.6.4.2 Peróxidos31
1.7 Reações Químicas31
1.7.1 Classificação das Reações Químicas32
1.7.2 Fatores que influem nas Reações Químicas3 3
1.8 Cálculos Estequiométricos34
1.9 Estudo de soluções36
1.9.1 Concentração de soluções37
1.10 Equlíbrio Químico e Noções de pH38
1.10.1 Equilíbrio Químico38
1.10.2 Equilíbrio Iônico38
1.10.3 Dissociação e Produto Iônico da Água38
1.10.4 Noções de pH39
1.10.5 Titulação e Indicadores de Titulação40
1.1 Propriedades de alguns elementos metálicos41
1.1.1 Propriedades Físicas dos Metais41
1.1.2 Propriedades Mecânicas dos Metais41
1.1.3 Metais Ferrosos42
1.1.4 Metais não Ferrosos43
1.12 Algumas substâncias industrialmente importantes45
2 TÓPICOS ESPECIAIS DE QUÍMICA ORGÂNICA5 1
2.1 Introdução à química orgânica51
2.1.1 Cadeias Carbônicas51
2.2 Derivados Halogenados61
2.3 Constituintes do petróleo75
2.4 Compostos de cadeia aberta ou alifáticos7
2.4.1 Série das Parafinas - CnH2n + 27
2.4.2 Série das Isoparafinas - CnH2n + 278
2.4.3 Série Olefínica - CnH2n78
2.4.4 Propriedades dos Hidrocarbonetos Saturados79
2.4.5 Reações dos Hidrocarbonetos Saturados79
2.5 Hidrocarbonetos insaturados80
2.5.1 Os Alcenos80
2.5.2 Os Alcinos80
2.5.3 Propriedades dos Hidrocarbonetos Insaturados80
2.5.4 Reações dos Hidrocarbonetos Insaturados81
2.6 Compostos de cadeia fechada81
2.6.1 Série Naftênica, CnH2n81
2.6.2 Série Aromática ou Benzênica81
EXERCÍCIOS97
ANEXO101
REFERÊNCIAS102

Química Aplicada Sumário

Química Aplicada

Introdução

A indústria do petróleo, nos seus setores de prospecção, de exploração, de projeto, de operação, de desenvolvimento, de vendas e executivo, tornou-se de tal forma multidisciplinar que exige não só a presença de químicos e engenheiros químicos, mas muitos outros profissionais de diferentes ramos da ciência e da engenharia. Este fato é, especialmente, relevante nos tempos atuais, uma vez que as destilações simples dos primeiros anos da indústria do petróleo foram substituídas, em geral, por procedimentos mais complicados de refinação, envolvendo numerosas operações físicas e conversões químicas, ou processos químicos unitários de grande complexidade. Além disto, a indústria do petróleo vem ampliando suas necessidades, pois está atingindo muitos outros setores químicos, fornecendolhes matérias-primas e usando novas substâncias. Todos os profissionais da indústria do petróleo devem estar informados sobre os outros setores para poderem contribuir, de forma mais eficiente, com o desenvolvimento desse inesgotável ramo da indústria.

Dentre os fenômenos químicos, a origem, a exploração, o processo de refino, incluindo a separação, conversão e tratamento do petróleo, bem como toda a indústria petroquímica, pode-se dizer, compreendem um dos exemplos mais completos e abrangentes da utilização da ciência química.

A química começa a ser necessária já no processo de exploração, pois, em algumas situações é utilizada a injeção de gás, de água, ou às vezes de ambos, simultaneamente, com o objetivo de estimular a extração do petróleo. Ainda, dependendo do tipo de petróleo, da profundidade e do tipo da rocha-reservatório, é necessária a injeção de gás carbônico

(CO2), vapor de água, soda cáustica (NaOH), polímeros e vários outros produtos, com o objetivo de aumentar a recuperação ou extração do petróleo.

Após a exploração, o petróleo segue para os separadores, onde é retirado o gás natural.

O óleo é tratado, separado da água, sais minerais e suspensão de partículas sólidas (dessalgação ou dessalinização) que geralmente contém e armazenado para posterior transporte às refinarias ou terminais.

Nas refinarias, os processos e fenômenos químicos são os mais diversos e envolvem a química não só em seus aspectos gerais, mas, de forma muito ampla, a química orgânica.

Com uma visão da complexidade do assunto e buscando a abrangência necessária à formação de operadores, nossa contribuição vem trazer, sem a pretensão de ser completa ou esgotar o assunto, informações sobre os principais fenômenos químicos que ocorrem dentro de uma refinaria de petróleo, os principais elementos e compostos químicos que são utilizados e processados bem como as reações químicas fundamentais. Todos estes assuntos serão abordados através de uma íntima relação com os aspectos básicos da química fundamental. Serão abordados ainda, através de exercícios aplicativos, os tratamentos químicos das águas de caldeiras e trocadores de calor, dos processos de refino, utilidades, transferência e estocagem dos produtos gerados em refinarias de petróleo. Serão também objeto de discussão teórica, os fenômenos de corrosão e incrustação de sistemas de resfriamento, caldeiras, etc, situações do cotidiano que ocorrem em refinarias como conseqüência da operação de sistemas.

Para que nossa contribuição seja de uma forma mais didática, este curso será dividido em dois capítulos:

Capítulo 1.Tópicos Especiais de Química Geral,

Capítulo 2.Tópicos Especiais de Química Orgânica, todos ilustrados com exercícios envolvendo situações do cotidiano de uma refinaria.

Química Aplicada

Origem

Existem muitas teorias sobre a origem do petróleo. Algumas defendem a origem vegetal ou animal e outras o parentesco com o carvão de pedra. Algumas delas realçam que qualquer material orgânico, de qualquer origem, pode ser transformado em produtos do petróleo. Há, entretanto, concordância em que o

Petróleo

No depósito original, a concentração de matéria orgânica pode não ter sido elevada, mas o petróleo migrou e acumulou-se nos locais mais favoráveis à sua retenção, por exemplo, em arenito poroso, em domos protegidos por estratos impermeáveis ao óleo, ou em fa- lhas oclusas nos sedimentos. Brooks (1) comen-Science of Petroleum, v. 1, p. 52; ECT. v. 10, p. 97-109, 1953 – com 52 referências e discussão detalhada.

petróleo tenha sido formado a partir de matéria orgânica em depósitos marítimos nas vizinhanças da terra firme, em um ambiente deficiente em oxigênio e, associado a sedimentos, que posteriormente se solidificariam em rochas; calcários, dolomitas, folhelhos e arenitos.

A Figura 1 apresenta os diversos estratos em torno da rocha ou areia portadora de óleo.

bacterianaOs óleos graxos são relativamente
resistentes à ação das bactériasOs óleos graxos

ta que “as proteínas e os carboidratos solúveis são, indubitavelmente, destruídos com rapidez, nos processos iniciais de decaimento, pela ação (ou ácidos graxos) são, provavelmente, a principal fonte de onde se formou o petróleo”.

Figura 1 – Jazimento de óleo em um reservatório natural (Americam Petroleum Institute).

Água salgada Rocha encaixante

Folhelho impermeável

Gás Água salgada

Química Aplicada

1Tópicos Especiais de Química Geral

Capítulo 1

Este capítulo tem como principal objetivo introduzir o aluno aos conceitos básicos de química geral para melhor compreensão dos processos, subsidiando a tomada de decisões em situações de operação e/ou manutenção de sistemas e/ou equipamentos em uma refinaria.

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