Química 12.º Ano Unidade 2 – Combustíveis, Energia e Ambiente

QUÍMICA 12.º ANO
UNIDADE 2 – COMBUSTÍVEIS, ENERGIA E AMBIENTE
12.º A
26 de Janeiro de 2011

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Destilação fraccionada do petróleo
Unidade 2 - Combustíveis, Energia e Ambiente
26-01-2011

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Destilação simples
Processo de separação de componentes de uma mistura líquida
baseado nas diferenças dos seus pontos de ebulição.
Numa destilação simples, a fracção destilada contém uma
percentagem maior do constituinte mais volátil do que a mistura
inicial, porque o componente mais volátil passa primeiro ao estado
gasoso.
Se pegarmos nessa fracção destilada e a sujeitarmos a nova
separação por destilação, o que acontece é que a nova fracção
destilada vai conter uma percentagem maior do constituinte mais
volátil do que a fracção destilada inicial.
Após vários processos repetidos, obter-se-á o componente mais
volátil, praticamente puro.
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Destilação fraccionada
É o equivalente a várias destilações simples em série, ou
seja, com uma coluna de fraccionamento realiza-se o mesmo
processo de separação, mas sem mudanças nem paragens.
No interior é constituída por pratos, anéis, ou material inerte
que aumenta a superfície de contacto com a fase de vapor.
À medida que o vapor sobe entra em contacto com as partes
superiores da coluna fria e condensa.
O condensado vai então descer pela coluna em sentido
contrário ao do vapor dando-se nova evaporação.
No topo encontrar-se-á o componente mais volátil e na base
o componente de maior ponto de ebulição.
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Destilação do petróleo
O petróleo é constituído por hidrocarbonetos, azoto, oxigénio e enxofre.
Os hidrocarbonetos, em maior quantidade, são moléculas do tipo C 1 a C 30.
A destilação (fraccionada) do petróleo é realizada aproveitando os diferentes
pontos de ebulição dos diferentes hidrocarbonetos que o constituem.
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Destilação fraccionada do petróleo
O tratamento do petróleo é feito nas
refinarias e processa-se em três fases:
Destilação
Cracking
Refinação
Após a destilação principal costuma-se
ainda realizar uma destilação a pressão
reduzida (materiais pesados) e uma
destilação a pressão elevada (materiais
leves).
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A refinaria de Sines
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Cracking catalítico
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O que é o cracking?
O cracking, também denominado por
cracagem, consiste na transformação de óleos
pesados em óleos leves por meio de
processos químicos para elevar o rendimento
em gasolina durante a transformação do
petróleo.
A ruptura das moléculas faz-se em
determinadas condições de temperatura e de
pressão e na presença de catalisadores.
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Cracking catalítico
É usado quando se pretende obter gasolina a partir de óleos pesados.
A operação efectua-se sob aquecimento a 500 °C, a uma pressão próxima da
atmosférica e na presença de um catalisador ácido (promove a ruptura
assimétrica de ligações).
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Porquê o cracking e a catálise?
A principal vantagem do cracking do petróleo está relacionado com a obtenção de
moléculas mais pequenas, do tipo da gasolina.
Uma vez que o preço de uma molécula pequena do tipo gasolina é muito superior
ao preço de uma molécula grande do tipo óleo, tenta-se produzir o máximo de
moléculas pequenas.
Se se utilizarem catalisadores, diminui-se a indesejável formação de gás (olefinas)
e coque, aquando do craqueamento do petróleo.
Antigamente usavam-se como catalisadores o ácido sulfúrico e o ácido fosfórico e
mais tarde começou a usar-se argilas e géis mistos de dióxido de sílica.
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Catalisadores actuais
Aluminosilicatos (zeólitos)
Os zeólitos são minerais comuns de composição semelhante à argila (Si – O – Aℓ)
e que podem ser muito ácidos, quanto maior for a proporção de Aℓ/Si.
São catalisadores selectivos devido à sua estrutura constituída por uma rede de
canais.
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Índice de octano
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Significado de IO
Consiste num indicador da capacidade de um produto resistir a altas pressões
sem que ocorra explosão espontânea.
Para se determinar o índice de octano, recorre-se à comparação entre o
combustível em estudo e dois outros combustíveis considerados padrão:
Heptano → detona com muita facilidade e atribui-se o índice 0
Isooctano → tem grande resistência à detonação e atribui-se o índice 100
Método MON (Motor Octane Number)
• Avalia a resistência da gasolina à detonação por compressão quando é queimada em
condições de funcionamento mais exigentes
Método RON (Research Octane Number)
• Avalia a resistência da gasolina à detonação por compressão sob condições mais suaves
de trabalho
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Interesse em aumentar o IO
Evitar a queima incompleta do combustível que se depositaria sob a forma de
depósitos nas câmaras de combustão.
Obtenção de mais potência no motor (melhorias de 8 a 17%, média e máximo,
respectivamente).
Melhorar a capacidade do combustível aguentar motores com taxas de
compressão elevadas.
Garantir uma vida mais saudável ao motor (sistema de admissão mais limpo) e
reduzir o consumo (melhorias de 4,5 a 6%, média e máximo, respectivamente).
Reduzir emissões nocivas para a atmosfera (8% em hidrocarbonetos, 11% em
monóxido de carbono, 3% em óxidos de azoto e 2% em dióxido de carbono).
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A gasolina 95 e 98
Usar uma gasolina de 95 octanas significa que o rendimento do motor será o
mesmo que se utilizássemos uma mistura de 5% de heptano e 95% de isooctano.
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Aditivos da gasolina
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Compostos de chumbo
Tetrametilchumbo e tetraetilchumbo.
Antigamente usavam-se compostos de chumbo como
aditivos à gasolina, no entanto, legislações ambientais
forçaram o uso de gasolinas sem chumbo.
Metanol Etanol MTBE
Aditivos sem chumbo
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Metanol, Etanol e MTBE
Os aditivos oxigenados têm como objectivo aumentar o índice de octano e
diminuir a poluição atmosférica.
São aditivos menos prejudiciais para o ambiente, que permitem uma boa
rentabilidade do motor e são economicamente viáveis.
No entanto, o MTBE apresenta alguns problemas: é cancerígeno, solúvel em
água, incolor e bastante persistente no ambiente.
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Alternativas ao uso do MTBE
MTBE
Methyl tert-butyl ether
ETBE
TBE
Ethyl tert-butyl ether
Tert-butyl ether
TAME
TBA
Tert-amyl methyl ether
Tert-butyl alcohol
Etanol
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Gasolina de Verão e de Inverno
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Diferenças
Gasolina de
Verão
Menos volátil
(composição)
Evita libertação de vapores
(originaria mau
funcionamento dos motores)
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Gasolina de
Inverno
Mais volátil
(composição)
Facilita a combustão inicial
(boas condições de
detonação)

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Preços
Porque é mais cara a produção de gasolina de Verão?
A composição da gasolina de Verão é diferente da
composição da gasolina de Inverno: contém mais
aditivos oxigenados para reduzir a poluição.
As refinarias na altura do Verão fecham antes de
iniciarem a produção do novo combustível.
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Composições
RVP (Pressão de Vapor de Reid) serve
para estimar a volatilidade da gasolina e
mede a pressão de vapor da gasolina a
100 °F.
Quanto maior o RVP mais tendência a
gasolina tem para se evaporar (pressão
atmosférica é 14,7 psi).
Gasolina de Verão tem um RVP diferente
da gasolina de Inverno.
RVP do butano é 52,0 psi (composto
barato e abundante).
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