Querosene

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Antecedentes

O querosene é um destilado de óleo comumente usado como combustível ou solvente. É um líquido fino e claro que consiste em uma mistura de hidrocarbonetos que fervem entre 302 ° F e 527 ° F (150 ° C e 275 ° C). Embora o querosene possa ser extraído do carvão, do xisto betuminoso e da madeira, ele é derivado principalmente do petróleo refinado. Antes que as luzes elétricas se tornassem populares, o querosene era amplamente usado em lamparinas a óleo e era um dos produtos de refinaria mais importantes. Hoje o querosene é usado principalmente como óleo de aquecimento, como combustível em motores a jato e como solvente para sprays de inseticida.

História

Os subprodutos do petróleo têm sido usados ​​desde os tempos antigos como adesivos e agentes impermeabilizantes. Mais de 2.000 anos atrás, os cientistas árabes exploraram maneiras de destilar o petróleo em componentes individuais que poderiam ser usados ​​para fins especializados. À medida que novos usos foram descobertos, a demanda por petróleo aumentou. O querosene foi descoberto em 1853 por Abraham Gesner. Médico britânico, Gesner desenvolveu um processo para extrair o líquido inflamável do asfalto, uma mistura cerosa de petróleo. O termo querosene é, na verdade, derivado da palavra grega para cera. Às vezes escrito querosene ou querosiene, também é chamado de óleo de carvão devido à sua origem no asfalto.

O querosene era uma mercadoria importante nos dias anteriores à iluminação elétrica e foi o primeiro material a ser extraído quimicamente em grande escala comercial. O refinamento em massa do querosene e de outros produtos petrolíferos realmente começou em 1859, quando o petróleo foi descoberto nos Estados Unidos. Toda uma indústria evoluiu para desenvolver técnicas de perfuração e purificação de petróleo. O querosene continuou a ser o produto de refinaria mais importante ao longo do final da década de 1890 e início de 1900. Foi superado pela gasolina na década de 1920 com a popularidade crescente do motor de combustão interna. Outros usos foram encontrados para o querosene após o desaparecimento das lâmpadas a óleo, e hoje ele é usado principalmente em aquecimento residencial e como aditivo de combustível. No final da década de 1990, a produção anual de querosene havia crescido para aproximadamente 1 bilhão de galões (3,8 bilhões 1) apenas nos Estados Unidos.

Matérias-primas

O querosene é extraído de uma mistura de produtos químicos de petróleo encontrados nas profundezas da terra. Essa mistura consiste em óleo, rochas, água e outros contaminantes em reservatórios subterrâneos feitos de camadas porosas de arenito e rocha carbonática. O próprio óleo é derivado de organismos em decomposição que foram soterrados junto com os sedimentos das primeiras eras geológicas. Ao longo de dezenas de milhões de anos, esse resíduo orgânico foi convertido em petróleo por um par de processos químicos complexos conhecidos como diagênese e catagênese. A diagênese, que ocorre abaixo de 50 ° C (122 ° F), envolve tanto a atividade microbiana quanto as reações químicas, como desidratação, condensação, ciclização e polimerização. A catagênese ocorre entre 50 ° C e 200 ° C (122 ° F e 392 ° F) e envolve craqueamento termocatalítico, descarboxilação e desproporção de hidrogênio. A combinação dessas reações complexas cria a mistura de hidrocarbonetos conhecida como petróleo.

O processo de fabricação

Recuperação de petróleo bruto

• 1 O primeiro passo na fabricação de querosene é coletar o óleo cru. A maioria dos suprimentos de petróleo está enterrada nas profundezas da terra e existem três tipos principais de operações de perfuração para trazê-lo à superfície. Um método, a perfuração com ferramentas por cabo, envolve o uso de uma britadeira para desalojar rocha e sujeira e criar um túnel para alcançar os depósitos de petróleo que residem logo abaixo da superfície da terra. Um segundo processo, Rotary Drilling, é usado para alcançar reservatórios de petróleo muito mais profundos no subsolo. Este processo requer afundar um tubo de perfuração com uma broca de aço giratória no solo. Esta broca rotativa gira rapidamente para pulverizar terra e rocha. O terceiro processo de perfuração é a perfuração off-shore e usa uma grande plataforma marítima para baixar um poço até o fundo do oceano.
• 2 Quando qualquer um desses processos de perfuração quebra em um reservatório subterrâneo, um gêiser entra em erupção à medida que gases de hidrocarbonetos dissolvidos empurram o petróleo bruto para a superfície. Esses gases forçarão cerca de 20% do óleo a sair do poço. A água é então bombeada para o poço para liberar mais óleo. Este processo de lavagem irá recuperar cerca de 50% do óleo enterrado. Ao adicionar um surfactante à água, ainda mais óleo pode ser recuperado. Porém, mesmo com a descarga mais rigorosa ainda é impossível remover 100% do óleo retido no subsolo. O petróleo bruto recuperado é bombeado para grandes tanques de armazenamento e transportado para um local de refino.
• 3 Depois que o óleo é coletado, os contaminantes grosseiros como gases, água e sujeira são removidos. A dessalinização é uma operação de limpeza que pode ser realizada tanto no campo petrolífero quanto no local da refinaria. Após a lavagem do óleo, a água é separada do óleo. As propriedades do petróleo bruto são avaliadas para determinar quais produtos de petróleo podem ser melhor extraídos dele. As principais propriedades de interesse incluem densidade, teor de enxofre e outras propriedades físicas do óleo relacionadas à distribuição da cadeia de carbono. Como o petróleo bruto é uma combinação de muitos materiais de hidrocarbonetos diferentes que são miscíveis uns nos outros, ele deve ser separado em seus componentes antes de ser transformado em querosene.

Separação

• 4 A destilação é um tipo de processo de separação que envolve o aquecimento do óleo cru para separar seus componentes. Nesse processo, o fluxo de óleo é bombeado para o fundo de uma coluna de destilação, onde é aquecido. Os componentes de hidrocarbonetos mais leves na mistura sobem para o topo da coluna e a maioria das frações de alto ponto de ebulição são deixadas na parte inferior. No topo da coluna, esses vapores mais leves chegam ao condensador que os resfria e os retorna ao estado líquido. As colunas usadas para separar óleos mais leves são proporcionalmente altas e finas (até 116 pés [35 m] de altura) porque requerem apenas pressão atmosférica. As colunas de destilação altas podem separar com mais eficiência as misturas de hidrocarbonetos porque permitem mais tempo para os compostos de alto ponto de ebulição condensarem antes de atingirem o topo da coluna.
  Para separar algumas das frações mais pesadas do óleo, as colunas de destilação devem operar a aproximadamente um décimo da pressão atmosférica (75 mm Hg). Essas colunas de vácuo são estruturadas para serem muito largas e curtas para ajudar a controlar as flutuações de pressão. Eles podem ter mais de 40 pés (12 m) de diâmetro.
  
• 5 As frações líquidas condensadas podem ser coletadas separadamente. A fração que é coletada entre 302 ° F e 482 ° F (150 ° C e 250 ° C) é o querosene. Em comparação, a gasolina é destilada entre 86 ° F e 410 ° F (30 ° C e 210 ° C). Ao reciclar o querosene destilado através da coluna várias vezes, sua pureza pode ser aumentada. Este processo de reciclagem é conhecido como refluxo.

Purificação

• 6 Uma vez que o óleo foi destilado em suas frações, o processamento adicional em uma série de reatores químicos é necessário para criar o querosene. Reforma catalítica, alquilação, craqueamento catalítico e hidroprocessamento são quatro das principais técnicas de processamento usadas na conversão de querosene. Essas reações são usadas para controlar a distribuição da cadeia de carbono adicionando ou removendo átomos de carbono da estrutura do hidrocarboneto. Esses processos de reação envolvem a transferência da fração de petróleo bruto para um recipiente separado, onde é quimicamente convertida em querosene.
• 7 Uma vez que o querosene tenha reagido, uma extração adicional é necessária para remover os contaminantes secundários que podem afetar as propriedades de queima do óleo. Os compostos aromáticos, que são estruturas em anel de carbono, como o benzeno, são uma classe de contaminante que deve ser removida. A maioria dos processos de extração são realizados em grandes torres que O processo de destilação do querosene. maximizar o tempo de contato entre o querosene e o solvente de extração. Os solventes são escolhidos com base na solubilidade das impurezas. Em outras palavras, as impurezas químicas são mais solúveis no solvente do que no querosene. Portanto, à medida que o querosene flui pela torre, as impurezas tendem a ser arrastadas para a fase de solvente. Uma vez que os contaminantes foram retirados do querosene, o solvente é removido deixando o querosene em um estado mais purificado. As seguintes técnicas de extração são usadas para purificar o querosene.
  O processo de extração de Udex se tornou popular nos Estados Unidos durante a década de 1970. Ele usa uma classe de produtos químicos conhecidos como glicóis como solventes. Tanto o dietilenoglicol quanto o tetraetilenoglicol são usados ​​porque têm alta afinidade por compostos aromáticos.
  
  O processo Sulfolane foi criado pela empresa Shell em 1962 e ainda é usado em muitas unidades de extração 40 anos depois. O solvente usado neste processo é chamado de sulfolano, e é um composto polar forte que é mais eficiente do que os sistemas de glicol usados ​​no processo Udex. Possui maior capacidade térmica e maior estabilidade química. Esse processo usa um equipamento conhecido como empreiteiro de disco giratório para ajudar a purificar o querosene.
  
  O Processo Lurgi Arosolvan usa N-metil-2-pirrolidinona misturada com água ou glicol que aumenta a seletividade do solvente para contaminantes. Este processo envolve torres de extração de múltiplos estágios de até 20 pés (6 m) de diâmetro e 116 pés (35 m) de altura.
  
  O processo de dimetilsulfóxido envolve duas etapas de extração separadas que aumentam a seletividade do solvente para os contaminantes aromáticos. Isso permite a extração desses contaminantes em temperaturas mais baixas. Além disso, os produtos químicos usados ​​neste processo não são tóxicos e são relativamente baratos. Ele usa uma coluna especializada, conhecida como coluna Kuhni, que tem até 3 m de diâmetro.
  
  O processo Union Carbide usa o solvente tetraetilenoglicol e adiciona uma segunda etapa de extração. É um pouco mais complicado do que outros processos de glicol.
  
  O processo Formex usa N-formil morfolina e uma pequena porcentagem de água como solvente e é flexível o suficiente para extrair aromáticos de uma variedade de materiais de hidrocarbonetos.
  
  O processo Redox (Extração Dupla de Extração de Reciclagem) é utilizado para o querosene destinado ao uso em óleo diesel. Além disso, melhora o número de octanas dos combustíveis, removendo seletivamente os contaminantes aromáticos. O querosene com baixo teor de aromático produzido por esses processos está em alta demanda para combustível de aviação e outros usos militares.
  

Processamento final

• 8 Após o término da extração, o querosene refinado é armazenado em tanques para transporte. É entregue por caminhões-tanque às instalações onde o querosene é embalado para uso comercial. O querosene industrial é armazenado em grandes tanques de metal, mas pode ser embalado em pequenas quantidades para uso comercial. Recipientes de metal podem ser usados ​​porque o querosene não é um gás e não requer recipientes de armazenamento pressurizado. No entanto, sua inflamabilidade exige que seja tratada como uma substância perigosa.

Controle de qualidade

Os processos de destilação e extração não são completamente eficientes e algumas etapas de processamento podem ter que ser repetidas para maximizar a produção de querosene. Por exemplo, alguns dos hidrocarbonetos não convertidos podem ser separados por destilação adicional e reciclados para outra passagem no conversor. Ao reciclar o resíduo de petróleo por meio da sequência de reação várias vezes, a qualidade da produção de querosene pode ser otimizada.

Subprodutos / resíduos

Parte das frações de petróleo restantes que não podem ser convertidas em querosene podem ser usadas em outras aplicações, como óleo lubrificante. Além disso, alguns dos contaminantes extraídos durante o processo de purificação podem ser usados ​​comercialmente. Isso inclui certos compostos aromáticos, como a parafina. As especificações para o querosene e esses outros derivados do petróleo são definidas pela American Society for Testing and Materials (ASTM) e pelo American Petroleum Institute (API).

O Futuro

O futuro do querosene depende da descoberta de novas aplicações, bem como do desenvolvimento de novos métodos de produção. Novos usos incluem o aumento da demanda militar por querosene de alto grau para substituir grande parte de seu combustível diesel por JP-8, que é um combustível de aviação à base de querosene. A indústria de óleo diesel também está explorando um novo processo que envolve a adição de querosene ao óleo diesel com baixo teor de enxofre para evitar que gelifique em climas frios. A aviação comercial pode se beneficiar reduzindo o risco de explosão de combustível de aviação, criando um novo querosene de baixa névoa. No setor residencial, espera-se que os aquecedores a querosene novos e aprimorados, que oferecem melhor proteção contra o fogo, aumentem a demanda.

À medida que aumenta a demanda por querosene e seus subprodutos, novos métodos de refino e extração de querosene se tornarão ainda mais importantes. Um novo método, desenvolvido pela ExxonMobil, é uma forma de baixo custo de extrair parafina normal de alta pureza do querosene. Este processo usa amônia que absorve de forma muito eficiente os contaminantes. Este método usa tecnologia de adsorção em leito fixo em fase de vapor e produz um alto nível de parafina com pureza superior a 90%.

Onde aprender mais

Livros

Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Vol. 18. John Wiley and Sons, 1996.

Periódicos

Kovski, Alan. "Novas leis sobre o querosene começam a turbulência." The Oil Daily 48 (1998).

"Parafinas, Normal." Processamento de hidrocarbonetos 80 (2001):116.

Randy Schueller