ANÁLISE TERMICA EM PETRÓLEO E A REGIÃO DE DESTILAÇÃO E CRAQUEAMENTO

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Química Analítica

Autores

Moura, L. (UFRN) ; Neri, R. (UFRN) ; Hilario, L. (UFRN) ; Frota, T. (UFRN) ; Moura, M.F. (UFRN) ; Silva, D. (UFRN)

Resumo

A termogravimetria é utilizada para estudar diferentes tipos de petróleo e derivados.Este trabalho estudou o comportamento térmico durante o aquecimento no intervalo de temperatura de destilação e craqueamento de petróleos com diferentes °API.Foram utilizadas três amostras de petróleo de campos da Bacia Sedimentar Potiguar denominadas PTR 1, 2 e 3.Na primeira etapa de perda de massa na região de destilação, foi observado que as amostras PTR 1 e PTR 2 apresentaram uma brusca perda de massa por apresentarem mais componentes leves em suas composições ao contrário da amostra PTR 3 que se trata de um petróleo pesado e tem uma maior decomposição na região de craqueamento.Conclui-se que a massa específica e o °API estão relacionados ao comportamento de perda de massa na análise termogravimétrica.

Palavras chaves

Petróleo; termogravimetria; °API

Introdução

Petróleo é constituído predominantemente de hidrogênio e carbono denominados hidrocarbonetos. O petróleo bruto possui em sua composição uma cadeia de hidrocarbonetos leves e também frações de hidrocarbonetos pesados que dão origem ao óleo cru. A distribuição destes percentuais de hidrocarbonetos caracteriza os distintos tipos de petróleo existentes (THOMAS, 2001). Na pretensão de estudar o comportamento térmico de petróleo de tipos distintos com relação à sua decomposição sob influência da temperatura, técnicas de análises térmicas têm sido utilizadas como ferramentas para a compreensão desses processos. Em consequência disto também, durante as ultimas décadas, a análise térmica tem sido utilizada para o estudo e caracterização do petróleo e seus derivados. Para petróleos crus, estas técnicas são normalmente empregadas para avaliar sua pirólise e combustão (LEIVA, 2005). A análise termogravimétrica (TG) é uma técnica na qual a massa de uma substância é medida em função da temperatura. Essa análise auxiliará na interpretação do estudo do efeito da composição do óleo e de sua cinética de degradação. Posto que o petróleo sofre perda de massa por aquecimento, é possível então estabelecer uma diferença entre óleos crus com base nos perfis de suas curvas TG (ALI et al,. 1998). Assim, neste trabalho foram utilizadas amostras de petróleos de três campos distintos da Bacia Sedimentar Potiguar para a observação do comportamento durante a análise termogravimétrica-TG no interior das regiões de destilação e craqueamento, e correlacionar com o tipo de petróleo caracterizado nos ensaios que diz respeito à massa especifica e ºAPI.

Material e métodos

As amostras de petróleo forma coletas em três campos distintos da Bacia Sedimentar Potiguar e as mesmas receberam uma codificação interna: PTR 1, PTR 2 e PTR 3. A metodologia foi dividida em duas etapas, sendo a primeira uma pré- caracterização do óleo conforme massa especifica e °API, já na segunda etapa foi realizada a análise termogravimétrica das amostras. - Caracterização dos óleos - Determinação da Massa especifica e do °API Neste trabalho foi utilizado o Densímetro Digital Tubo-U Oscilatório, modelo DMA 5000M, Anton Paar a fim de realizar medições da massa especifica e °API. O equipamento é fundamentado na ASTM D4052, e a medida do valor da massa especifica foi realizada como se é estabelecido pela Agência Nacional de Petróleo (ANP) para fim de padronização da medição da densidade de um liquido que deve ser feita a 20°C. Este densímetro utiliza um tubo oscilatório, em que um pequeno volume de amostra é introduzido no equipamento, e com base na variação da freqüência de oscilação causada pela diferença da massa do tubo, determina-se a massa especifica. Para iniciar a análise é necessário que 5 mL da amostra seja injetada no equipamento de modo a evitar a formação de bolhas, e de maneira rápida e eficaz ao término da análise o resultado da medida de massa especifica e ºAPI são apresentados na tela de medição. - Análise Termogravimetrica- TG As amostras foram aquecidas da temperatura ambiente até 900°C, com velocidade de aquecimento de 10 oC/min, sob atmosfera de nitrogênio com vazão de 50 mL/min, massas das amostras entre 9 e 14 mg e cadinho de platina com dimensões de 1,5 mm de altura e 5 mm de diâmetro. O equipamento utilizado foi o Sistema TG/DTA da marca Shimadzu, modelo DTA-60H.

Resultado e discussão

As medidas de massa específica e °API são apresentados na Tabela 1 com as respectivas classificações.O gráfico das análises termogravimétricas é mostrado na Figura 1 e apresenta a primeira perda de massa no intervalo de temperatura de 20-400°C que se referente à destilação e é devida à vaporização dos hidrocarbonetos que apresentam cadeias carbônicas menores. Segundo Ali (2011) no intervalo de 20-280°C na região de destilação ocorre a evaporação dos compostos voláteis que estão em maior quantidade nas amostras PTR 1 e PTR 2 por se tratarem de petróleos leve e médio respectivamente, conforme a Tabela 1, já o restante dos compostos remanescentes de baixo peso molecular caracterizaram-se pela degradação oxidativa entre 280-400ºC. A segunda região que compreende o intervalo de temperatura entre 400-620°C refere-se ao craqueamento. Observou que após a temperatura de 510°C as perdas de massa permaneceram com valores muito baixos tendendo a se tornar constante até o término da análise, provavelmente devido à oxidação de material carbonáceo. Notou-se também que a amostra PTR 3, conforme Figura 1, sofreu uma queda brusca na sua perda de massa em relação as demais amostras que foram estudadas, devido a um maior craqueamento do que as amostras PTR 1 e PTR 2, podendo-se concluir então que para as amostras PTR 1 e PTR 2 apresentaram uma melhor destilação em relação ao petróleo pesado.

Gráfico das análises termogravimétricas


Tabela 1- Massa especifica e °API das amostras de petróleo. Tabela 2- Mostra os valores de perda de massa nas faixas de temperaturas apresentadas.

Conclusões

De modo geral podemos concluir que as amostras PTR 1 e PTR 2 possuir maior quantidade de hidrocarbonetos de cadeia de menor peso molecular tornando-se assim mais voláteis na região de destilação, já amostra PTR 3 precisou maior quantidade de energia para quebra das moléculas, levando assim a uma maior perda de massa nessa temperatura de craqueamento. Pode ser concluído também que a massa específica e °API estão diretamente relacionados ao comportamento de perda de massa durante a análise termogravimétrica.

Agradecimentos

A UFRN; Ao NUPPRAR; A Central Analítica; A FUNPEC.

Referências

ALI, M. A.; SIDDIQUI, M. A. B.; ZAIDI, S. M. J.; J. Thermal Anal. 1998, 51, 307.
KÖK, M. V.; Thermochim. Acta 1993, 214, 315.
THOMAS, J. E.,2001, Fundamentos de Engenharia de Petróleo, 2 ed. Rio de Janeiro, Interciência: Petrobras.
LEIVA, C. R. M.; O Emprego da Termogravimetria na determinação da energia de ativação no processo de combustão de óleos combustíveis. Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica. USP. São Carlos/SP. 2005.