Propano

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Antecedentes

O propano é um gás natural composto por três átomos de carbono e oito átomos de hidrogênio. É criado junto com uma variedade de outros hidrocarbonetos (como petróleo bruto, butano e gasolina) pela decomposição e reação da matéria orgânica durante longos períodos de tempo. Depois de ser liberado de campos de petróleo nas profundezas da Terra, o propano é separado de outros produtos petroquímicos e refinado para uso comercial. O propano pertence a uma classe de materiais conhecida como gases liquefeitos de petróleo (GLP), que são conhecidos por sua capacidade de serem convertidos em líquidos sob pressões relativamente baixas. Como líquido, o propano é 270 vezes mais compacto do que como gás, o que permite que seja facilmente transportado e armazenado na forma líquida até o momento de uso. Aproximadamente 15 bilhões de gal (57 bilhões de L) de propano são consumidos anualmente nos Estados Unidos como gás combustível. Os maiores consumidores são as indústrias químicas e de manufatura, que utilizam o propano como intermediários químicos e propelentes de aerossóis, seguidas das residências e estabelecimentos comerciais, que utilizam o propano para aquecimento e em secadores e churrasqueiras portáteis.

O valor dos produtos petrolíferos há muito é reconhecido pelo mundo civilizado, com exemplos documentados de seu uso que remontam a mais de 5.000 anos. Os antigos mesopotâmios usavam compostos semelhantes ao alcatrão derivados do petróleo para muitas aplicações, incluindo calafetagem para alvenaria e tijolos e adesivos para joias. Cerca de 2.000 anos atrás, os cientistas árabes aprenderam um dos princípios básicos da química do petróleo - que ele pode ser destilado ou separado em diferentes partes, ou frações, com base em seus pontos de ebulição, e que cada fração tem suas próprias propriedades distintas.

A era moderna do refino começou em 1859, quando foi descoberto petróleo na Pensilvânia e a Sennaca Oil Company perfurou o primeiro poço de petróleo lá. De uma profundidade de 70 pés (21,2 m), o primeiro poço de petróleo do mundo produziu quase 300 toneladas (305 toneladas métricas) de petróleo em seu primeiro ano e, assim, nasceu toda uma indústria. O propano foi reconhecido pela primeira vez como um componente importante do petróleo em 1910, quando um proprietário de um automóvel de Pittsburgh perguntou ao químico Dr. Walter Snelling por que o galão de gasolina que ele comprou tinha acabado pela metade quando ele voltou para casa. O proprietário do carro achava que o governo deveria investigar por que os consumidores estavam sendo enganados, porque a gasolina estava evaporando a uma taxa rápida e cara. Snelling descobriu que uma grande parte da gasolina líquida era, na verdade, composta de propano, butano e outros hidrocarbonetos. Usando bobinas de um velho aquecedor de água quente e outras peças diversas de equipamentos de laboratório, Snelling construiu uma destilaria que poderia separar a gasolina em seus componentes líquidos e gasosos. Desde os dias de Snelling, os químicos fizeram avanços tremendos nas técnicas de processamento de propano e outros GLP. Hoje, a fabricação de gás propano é uma indústria de US $ 8 bilhões nos Estados Unidos.

Matérias-primas

Como o propano tem origens naturais, ele não é "feito" de outras matérias-primas; em vez disso, é "encontrado" em misturas químicas de petróleo nas profundezas da terra. Essas misturas de petróleo são literalmente óleo de rocha, combinações de vários fluidos ricos em hidrocarbonetos que se acumulam em reservatórios subterrâneos feitos de camadas porosas de arenito e rocha carbonática. O petróleo é derivado de vários organismos vivos soterrados com sedimentos das primeiras eras geológicas. Os organismos ficaram presos entre camadas de rocha sem oxigênio e não podiam se decompor ou oxidar completamente. Em vez disso, ao longo de dezenas de milhões de anos, o material orgânico residual foi convertido em petróleo rico em propano por meio de dois processos primários, diagênese e catagênese. A diagênese ocorre abaixo de 50 ° C (122 ° F) quando a "sopa" orgânica sofre ação microbiana (e algumas reações químicas) que resultam em desidratação, condensação, ciclização e polimerização. A catagênese, por outro lado, ocorre sob altas temperaturas de 122-424 ° F (50-200 ° C) e faz com que os materiais orgânicos reajam via craqueamento termocatalítico, descarboxilação e desproporção de hidrogênio. Essas reações complexas formam o petróleo nas rochas sedimentares.

O processo de fabricação

A fabricação de propano envolve a separação e coleta do gás de suas fontes de petróleo. O propano e outros GLP são isolados das misturas petroquímicas de uma das duas maneiras - por separação da fase de gás natural do petróleo e pelo refinamento do petróleo bruto.

1. Ambos os processos começam quando os campos de petróleo subterrâneos são explorados pela perfuração de poços de petróleo. A mistura de gás / hidrocarboneto de óleo é canalizada para fora do poço e para uma armadilha de gás, que separa o fluxo em petróleo bruto e gás "úmido", que contém gasolina natural, gases liquefeitos de petróleo e gás natural.
2. O petróleo bruto é mais pesado e afunda na armadilha; é então bombeado para um tanque de armazenamento de óleo para posterior refinamento. (Embora o propano seja mais facilmente isolado da mistura de "gás úmido", ele pode ser produzido a partir do petróleo bruto. O petróleo bruto passa por uma variedade de processos químicos complexos, incluindo craqueamento catalítico, destilação do petróleo bruto e outros. Embora a quantidade de propano produzida por o processamento da refinaria é pequeno em comparação com a quantidade separada do gás natural, ainda é importante porque o propano produzido dessa maneira é comumente usado como combustível para refinarias ou para fazer GLP ou etileno.)
3. O gás "úmido" sai do topo da armadilha e é canalizado para uma planta de absorção de gasolina, onde é resfriado e bombeado por um óleo de absorção para remover a gasolina natural e os gases liquefeitos de petróleo. O gás seco restante, cerca de 90% de metano, sai do topo da armadilha e é canalizado para vilas e cidades para distribuição por empresas de serviços de gás.
4. O óleo absorvente, saturado com hidrocarbonetos, é canalizado para um destilador onde os hidrocarbonetos são evaporados. Essa mistura de petróleo é conhecida como "gasolina selvagem". O óleo absorvente limpo é então devolvido ao absorvedor, onde repete o processo.
5. A "gasolina selvagem" é bombeada para as torres estabilizadoras, de onde a gasolina líquida natural é removida da parte inferior e uma mistura de gases liquefeitos do petróleo é retirada da parte superior.
6. Esta mistura de gases LP, que é cerca de 10% da mistura total de gases, pode ser usada como uma mistura ou ainda separada em suas três partes - butano, isobutano e propano (cerca de 5% da mistura total de gases).

Controle de qualidade

Conforme descrito acima, o propano deve ser cuidadosamente isolado de uma mistura complexa de produtos petroquímicos que inclui metano, etano, eteno, propeno, isobutano, isobuteno, butadieno, pentano e penteno, para citar alguns. Se essas impurezas não forem removidas, o propano ou a mistura de propano e butano não se liquefazerão adequadamente. A liquefação em temperatura e pressão apropriadas é crítica para que o gás seja economicamente útil. A indústria de gás liquefeito estabeleceu especificações padronizadas que as misturas de GLP devem estar em conformidade para serem consideradas aceitáveis ​​para uso como gás combustível. As metodologias de teste padronizadas para avaliar essas especificações são aprovadas e publicadas pela American Society for Testing and Materials (ASTM). Por exemplo, o LPG conhecido como "propano comercial" deve ter uma pressão de vapor máxima de 200 psig a 100 ° F (38 ° C) e não pode ter mais do que 0,0017 onças (0,05 ml) de matéria residual. Além disso, a quantidade permitida de resíduo volátil é estritamente limitada e o gás deve atender às diretrizes estabelecidas para corrosividade do cobre, teor de enxofre volátil e umidade. Outras misturas de propano e butano estão comercialmente disponíveis, as quais têm valores-alvo ligeiramente diferentes.

Esses rígidos padrões de qualidade tornam o propano um combustível ambientalmente atraente. Na verdade, para atender aos padrões dos dutos, quase todos os poluentes são removidos do propano antes que ele possa entrar nos dutos. Quando usado em queimadores devidamente ajustados e com manutenção, as emissões de propano atendem facilmente aos padrões de ar limpo estabelecidos pela Agência de Proteção Ambiental (EPA). Seus testes provaram que o propano é ambientalmente mais seguro do que outras fontes de energia de hidrocarbonetos e que o propano devidamente processado pode ser usado como combustível para motores, o que é significativamente mais limpo do que a gasolina. Estudos têm mostrado que, em comparação com a gasolina, os motores a propano têm até 45% menos potencial de formação de ozônio. Os resultados de outro estudo recente da EPA mostram que o propano reduz as emissões totais de hidrocarbonetos em 29%, de acordo com os novos Padrões Federais de Ar Limpo. Além disso, as emissões de monóxido de carbono estão 93% abaixo do padrão, as emissões de hidrocarbonetos estão 73% abaixo do padrão e as emissões de óxido de nitrogênio estão 57% abaixo do padrão.

Subprodutos / resíduos

Conforme detalhado acima, a fabricação de propano produz uma variedade de subprodutos que são economicamente úteis. Na verdade, é mais correto pensar neles não como subprodutos, mas como coprodutos, uma vez que são produzidos junto com o propano como parte do refino do petróleo. Esses coprodutos podem estar na forma de sólidos, gases ou líquidos. Os sólidos (ou semissólidos) incluem betumes, sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono e são vendidos como combustível. As frações líquidas incluem o petróleo bruto, que é posteriormente refinado para fornecer uma variedade de produtos. Esses óleos variam dramaticamente em aparência e propriedades físicas, como ponto de ebulição, densidade, odor e viscosidade. As diferentes frações do petróleo bruto são chamadas de "leves" ou "pesadas", dependendo de sua densidade. O petróleo leve é ​​rico em hidrocarbonetos parafínicos e de baixo ponto de ebulição; crudes pesados ​​têm ponto de ebulição mais alto e mais viscosos. Eles produzem uma variedade de moléculas semelhantes às do asfalto. Muitos dos coprodutos da produção de propano, como propeno e buteno, são úteis no refino de gasolina, fabricação de borracha sintética e produção de produtos petroquímicos.

O Futuro

À medida que o campo da química do petróleo evolui, a química do propano continuará avançando. Melhorias serão feitas na forma como o propano é separado do petróleo. Uma área que oferece oportunidade de avanço é a área de produção de poços de petróleo. Muito gás natural é queimado em poços de petróleo remotos porque o extenso sistema de tubulação necessário para transportá-lo é proibitivamente caro. Existem esforços em andamento para converter mais desse gás desperdiçado em gases condensáveis, que poderiam ser facilmente armazenados e transportados. Também é importante observar que o propano provavelmente se tornará cada vez mais popular como gás combustível com base em fatores econômicos e preocupações ambientais. Na verdade, na Lei do Ar Limpo de 1990, o Congresso nomeou o GLP como um dos combustíveis alternativos de queima limpa designados para levar a qualidade do ar nacional ao século XXI.