Combustíveis fósseis e seu processamento

Carvão duro

O carvão mineral é uma rocha sedimentar combustível de origem orgânica. É formado pela transformação da matéria orgânica acumulada. Isto é acompanhado por processos biológicos, bioquímicos, geológicos e geoquímicos , que são referidos pelo termo carbonização . A matéria é então enriquecida em carbono elementar. O carvão normalmente contém entre 75 e 92%C, enquanto outra variedade de carvão – antracito – pode conter até 97%. Esses processos são extremamente demorados e ocorrem sob condições específicas de temperatura e pressão. O processamento de carvão inclui:

• Coqueificação – é o processo mais importante para o processamento químico da hulha . O resultado é coque . O carvão é aquecido a uma temperatura de 900 a 1100 ᵒC, sem acesso ao ar. Nessas condições, o combustível se decompõe e são produzidos coque (na forma de resíduo sólido) e uma mistura de gases, chamados de produtos de coque leve. No processo de coqueamento é importante preparar adequadamente a matéria-prima para a coqueificação para que o produto final seja de boa qualidade, ou seja, tenha granulação, porosidade e resistência mecânica adequadas. O teor da hulha é significativo aqui. O processo de preparação do carvão envolve pesagem, moagem e mistura.
• Gaseificação – a essência deste processo é a transformação do carvão extraído em um gás com propriedades energéticas. A gaseificação da hulha é efectuada em instalações industriais especialmente adaptadas para este fim . O processo de gaseificação ocorre na presença de ar ou oxigênio puro. É importante ressaltar que o carvão – a matéria-prima que vai para o reator da planta de gaseificação – não precisa ser da mais alta qualidade. O carvão contaminado também é adequado para isso. Porém, o grau de pureza da matéria-prima determina a qualidade do produto. O gás de síntese, produzido pela gaseificação do carvão, é um importante substituto do gás natural na indústria química .

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Óleo cru

O petróleo bruto é uma mistura complexa de compostos químicos . A sua composição (aproximadamente 80-90%) é predominantemente de hidrocarbonetos líquidos ou hidrocarbonetos sólidos dissolvidos. O petróleo bruto consiste principalmente em hidrocarbonetos parafínicos, aromáticos e cicloparafínicos. Além do acima exposto, compostos orgânicos contendo elementos como oxigênio, enxofre ou nitrogênio em suas estruturas também são encontrados no petróleo bruto. Dependendo de onde e onde o óleo é extraído , ele varia na aparência e na composição química. Sua composição de hidrocarbonetos e a presença de outros componentes afetam a escolha e o andamento do seu processamento. O processamento básico de petróleo bruto inclui:

• Destilação – este processo visa separar o petróleo bruto em frações individuais (daí o nome destilação fracionada), que podem então ser utilizadas de forma independente ou enviadas para processamento posterior. As instalações de destilação de petróleo bruto consistem em dois sistemas de destilação de estágio único. A primeira é a destilação sob pressão atmosférica e a segunda é a destilação sob pressão reduzida. Na destilação atmosférica, são obtidas três frações principais: nafta de primeira destilação (faixa de ebulição 30-200 ᵒC), querosene (175-300 ᵒC) e óleo de parafina (275-400 ᵒC). O resíduo da coluna de destilação atmosférica – o mazut – ferve em temperaturas acima de 350 ᵒC. É separado na próxima etapa do processamento do óleo, que envolve destilação sob pressão reduzida. O vácuo e a adição de vapor reduzem significativamente os pontos de ebulição dos hidrocarbonetos. Isto permite que sejam separados uns dos outros sem o risco de decomposição térmica. Os produtos da destilação a vácuo do mazut são gasóleo a vácuo, destilados parafínicos e um produto intermediário para processamento posterior.
• Craqueamento catalítico – frações individuais de petróleo bruto contêm principalmente hidrocarbonetos alifáticos de cadeia longa . Na indústria, a maior procura é a gasolina, que é uma mistura de hidrocarbonetos com comprimentos de cadeia entre 5 e 12 átomos de carbono. O craqueamento catalítico, durante o qual as ligações carbono-carbono nas moléculas de cadeia longa são quebradas, ajuda a obter tais compostos. O craqueamento geralmente é iniciado termicamente ou cataliticamente. As principais reações que ocorrem durante o craqueamento catalítico são a quebra de ligações CC em alcanos , a desidrogenação de naftenos, a quebra de anel de hidrocarbonetos naftênicos e a polimerização de alcenos .
• Reformar – reformar é outro processo de refino de petróleo, que visa extrair o máximo de gasolina possível. Durante esse processo, hidrocarbonetos com cadeias lineares de carbono em suas moléculas são transformados em compostos ramificados e/ou aromáticos. A reforma é aplicada aos destilados da gasolina, bem como aos produtos do craqueamento das frações mais pesadas do petróleo. Este processo é extremamente importante porque, sob a sua influência, o índice de octanas da gasolina aumenta (isomerização, desidrociclização, aromatização), o que aumenta significativamente a sua qualidade. Além disso, quantidades significativas de gás hidrogênio são produzidas durante a reforma. É utilizado em hidroprocessos como hidrorrefinação e hidrocraqueamento.

Gás natural

O gás natural é outro combustível fóssil não renovável de importância energética. É um combustível gasoso. É frequentemente encontrado em depósitos de petróleo – seja como uma fração separada ou dissolvido nela. Dependendo da localização do reservatório, existem vários tipos de gás natural: com alto teor de metano, rico em nitrogênio, seco e úmido. O primeiro deles é o mais importante, pois é o que contém mais metano em sua composição, até 98%. Além disso, o gás natural também contém (em quantidades variáveis) etano , propano , monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrogênio e hélio. É importante ressaltar que o gás natural não tem odor. Para detectar rapidamente seu vazamento, ele é odorizado com substâncias especiais para que possa ser facilmente detectado. O gás natural extraído do campo está fortemente contaminado. Assim, para que possa ser utilizado pelos consumidores, deve passar por processos de purificação. O processamento do gás natural é baseado neles. As principais etapas deste processo incluem:

• Desidratação – consiste em eliminar a umidade contida no gás. Alguns contaminantes também são removidos junto com ele. O vapor d’água do gás natural causa corrosão de dutos e também leva à formação de hidratos , por isso é necessário secar o gás natural antes de liberá-lo na rede. O líquido separado é chamado de água de formação. É levado para depósitos especiais e posteriormente purificado. Os métodos utilizados para desidratar o gás natural são absorção (glicóis), adsorção (sais cloreto de cálcio e magnésio) e técnicas de membrana.
• Remoção de dióxido de carbono – este processo é frequentemente referido como descarbonização. Junto com o enxofre, o dióxido de carbono é um dos poluentes mais nocivos do gás natural. CO ₂ é um gás ácido. Reage prontamente com o vapor de água do gás e forma ácido carbônico . Embora seja um ácido de baixa potência, tem um impacto negativo, entre outras coisas, nos sistemas de transporte de gás devido às suas propriedades corrosivas. Portanto, a descarbonização do gás natural é necessária.
• Dessulfurização – a presença de enxofre no gás natural, por exemplo sob a forma de sulfureto de hidrogénio, é muito prejudicial. Não afeta apenas a qualidade do gás como combustível, mas também possui propriedades venenosas e corrosivas. O sulfeto de hidrogênio é um gás altamente tóxico. Eliminá-lo dos depósitos de gás natural também é um passo importante para a proteção do meio ambiente. Os processos de dessulfurização normalmente utilizam métodos de adsorção física e quimissorção. Carvão ativado e zeólitas, entre outros, são satisfatoriamente eficazes como adsorventes na remoção de H _2. A absorção geralmente ocorre por reação química com massas naturais (por exemplo, ferro do pântano). Um dos métodos mais eficazes de remoção de sulfeto de hidrogênio é a oxidação contra um catalisador, o chamado processo Claus. Envolve a recuperação do enxofre elementar do H ₂ S contido no gás.

Turfa

A turfa é um combustível fóssil com propriedades únicas. É considerado o ‘mais jovem’ dos carvões fósseis. A formação de turfa envolve a transformação de detritos acumulados, principalmente material vegetal. Esses processos são conhecidos como petificação. Eles ocorrem com alto teor de umidade e com acesso limitado ao oxigênio. As turfas são divididas em homogêneas e heterogêneas, que se caracterizam por uma composição mista. A turfa é separada da linhita por um limite convencional de teor de carbono elementar de 65%em peso. Após a extração, a turfa é dividida em três frações, dependendo do tamanho do grão: pequeno, médio e grande. A turfa recém-extraída é geralmente altamente ácida, por isso aditivos como dolomita em pó são frequentemente usados ​​para reduzir essa acidez.