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Introdução à indústria petroquímica e de refino

Petróleo e gás para combustível são produzidos em quase todos os cantos do globo, desde pequenos poços privados que geram cerca de 100 barris por dia, até grandes poços que produzem mais de 40 vezes esse volume. Apesar desta grande variação de tamanho, muitas partes do processo de refino são bastante semelhantes.

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Figure 1. Ilustração de uma coluna de destilação fracionada usada para refinar petróleo bruto em vários produtos finais desejáveis.

Os produtos químicos derivados do petróleo ou do gás natural, os chamados «petroquímicos», são uma parte essencial da indústria química contemporânea. O campo da petroquímica tornou-se cada vez mais popular no início da década de 1940, durante a Segunda Guerra Mundial. Naquela época havia uma demanda crescente por produtos sintéticos que foi um grande impulsionador do desenvolvimento de produtos petroquímicos.

A refinação de petróleo visa fornecer uma gama definida de produtos de acordo com especificações acordadas. Refinarias simples usam uma coluna de destilação (figura 1) para separar o petróleo bruto em diferentes frações com base nas suas propriedades químicas, e as quantidades relativas dependem diretamente do petróleo bruto utilizado. Portanto, é necessário obter uma variedade de petróleos brutos que possam ser misturados em uma matéria-prima adequada para produzir a quantidade e qualidade necessárias de produtos finais.

Os produtos básicos da destilação fracionada são mostrados em figura 1.

A espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) é uma técnica particularmente adequada para fazer o controle de qualidade desses produtos finais mais eficiente e econômico para os fabricantes. Além disso, o NIRS é reconhecido e aceito pela ASTM como um método alternativo a outras técnicas. Métodos ASTM dedicados para desenvolvimento de métodos, validação de métodos e validação de resultados são apresentados posteriormente neste artigo.

Continue lendo para obter uma breve visão geral sobre a espectroscopia NIR seguida de exemplos de aplicação para a indústria petroquímica e de refinaria para saber como os produtores petroquímicos e as refinarias podem se beneficiar do NIRS.

Tecnologia NIR: uma breve visão geral

A interação entre luz e matéria é um processo bem conhecido. A luz usada em métodos espectroscópicos normalmente não é descrita pela energia aplicada, mas em muitos casos pela Comprimento de onda ou em números de onda.

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Figure 2. Espectros diesel resultantes da interação da luz NIR com as respectivas amostras.

Um espectrômetro NIR como o Analisador Metrohm NIRS DS2500 Petro mede essa interação luz-matéria para gerar espectros como aqueles exibidos em Figura 2. O NIRS é especialmente sensível à presença de certos grupos funcionais como -CH-NH-OH, e -SH. Portanto, a espectroscopia NIR é uma método ideal para quantificar diferentes parâmetros de CQ, como teor de água (umidade), índice de cetanoRON/MON (pesquisa e números de octanas do motor)ponto de inflamação, e ponto de obstrução do filtro frio (CFPP), só para citar alguns. Além disso, a interação também depende da própria matriz da amostra, o que também permite a detecção de parâmetros físicos e reológicos como densidade e viscosidade.

Todas essas informações estão contidas em um único espectro, tornando este método adequado para análise multiparâmetro rápida. Amostras líquidas, como óleos, são protegidas em um recipiente ou frasco apropriado (Figura 3) e, em seguida, colocado como está no suporte do frasco inteligente.

Figure 3. Colocação de amostra líquida para medição de espectro NIR no suporte de frasco inteligente da Metrohm.
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Figure 4. A. As medições de líquidos são normalmente feitas com frascos descartáveis. B. O modo de medição NIRS é conhecido como transmissão, onde a luz viaja através da amostra enquanto é absorvida (da esquerda para a direita na ilustração).

O modo de medição é referido como «transmissão», geralmente um procedimento apropriado para análise de líquidos. Para medição de transmissão (Figura 4), a luz NIR viajará através da amostra enquanto é absorvida. A luz NIR não absorvida passa para o detector. Em menos de 60 segundos a medição é concluída e os resultados são exibidos.

O procedimento para obtenção de espectros NIR já destaca duas grandes vantagens da espectroscopia NIR em comparação com outras técnicas analíticas: simplicidade em relação à medição da amostra, e velocidade :

  • Técnica rápida com resultados em menos de um minuto.
  • Não é necessária preparação de amostra – medir amostras como estão.
  • Baixo custo por amostra – não são necessários produtos químicos ou solventes.
  • Técnica ecologicamente correta – nenhum resíduo gerado.
  • Não destrutivo – amostras preciosas podem ser reutilizadas após análise.
  • Fácil de operar – usuários inexperientes obtêm sucesso imediato.

 

Leia nossas postagens anteriores para saber mais sobre o NIRS como técnica secundária.

Benefícios do NIRS: Parte 1

Benefícios do NIRS: Parte 2

Benefícios do NIRS: Parte 3

Benefícios do NIRS: Parte 4

Onde o NIRS pode ser usado no processo de refino?

O processo de refino

can be divided into three different segments:

  1. Upstream
  2. Midstream
  3. Downstream

A montante descreve o processo de conversão de petróleo bruto em produtos intermediários. As refinarias são geralmente complexos muito grandes com diversas áreas explosivas perigosas. Portanto, os operadores estão relutantes em transportar amostras dos diferentes processos para o laboratório. Até mesmo o processo de obtenção de amostras para análise em laboratórios de CQ externos é trabalhoso e pode exigir muita documentação e serviços de transporte certificados. Por razões óbvias, na maioria dos casos medições em linha são preferidos. Esses tipos de medições são normalmente feitos por analisadores NIRS de processo.


Leia mais sobre a diferença entre análises atline, online e inline em nosso postagem no blog.

Somos pioneiros: Metrohm Process Analytics


Curioso sobre os analisadores NIRS para medições de processos em linha, mesmo em áreas explosivas? Clique abaixo para saber mais.

Metrohm 2060 O Analisadores de Processo NIR


Meio caminho
, mostrado aqui em Figura 5, oferece muito mais oportunidades para o Analisador Metrohm DS2500 Petro auxiliar no controle de qualidade.

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Figure 5. Fluxograma de como o petróleo bruto se transforma em gasolina no posto de gasolina local e onde o NIRS pode realizar verificações de qualidade durante o processo.

A qualidade do combustível é constantemente verificada tanto no recebimento quanto no fornecimento e, além disso, muitos terminais também testam a qualidade do combustível antes de descarregar os caminhões. O tempo total para recebimento e descarga de combustível em um tanque de armazenamento é de aproximadamente 30 minutos, portanto uma técnica de análise rápida como o NIRS é muito vantajosa.

Rio abaixo em depósitos de combustíveis e postos de gasolina, as agências reguladoras exigem a medição de muitos dos mesmos parâmetros de qualidade que na produção de gasolina e diesel, e isso também pode ser feito com o NIRS. Existe um vantagem significativa se a análise pode ser feita no local usando amostras frescas e sem o incômodo de precisar transportá-los para laboratórios de testes.

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Figure 6. Exemplos de testes móveis de combustível com o Metrohm DS2500 Petro Analyzer.

Teste de combustível NIRS móvel usando o Metrohm Analisador NIRS XDS RapidLiquid (XDS-RLA) foi implementado com sucesso em vários países onde desfrutam dos benefícios de ter resultados instantâneos no local para testes de gasolina e diesel. As calibrações desenvolvidas no XDS-RLA são facilmente transferíveis para o Analisador Petro DS2500. O Analisador Petro DS2500 não requer analistas treinados e as calibrações não requerem manutenção constante, tornando-o uma forma ideal de monitorar diferentes combustíveis em postos de serviço e muito mais.

Saiba mais sobre as possibilidades de análise petroquímica com os Analisadores Metrohm DS2500 em nosso folheto gratuito.

Analisador DS2500 – Aumentando a eficiência no laboratório de controle de qualidade com espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS)

NIRS como uma ferramenta compatível com ASTM para CQ

ASTM E1655: Práticas padrão para análise quantitativa multivariada infravermelha

«Estas práticas abrangem um guia para a calibração multivariada de espectrómetros infravermelhos utilizados na determinação das características físicas ou químicas dos materiais. Essas práticas são aplicáveis a análises conduzidas na região espectral do infravermelho próximo (NIR) (aproximadamente 780 a 2.500 nm) até a região espectral do infravermelho médio (MIR) (aproximadamente 4.000 a 400 cm-1).»

ASTM D8321: Prática padrão para desenvolvimento e validação de análises multivariadas para uso na previsão de propriedades de produtos petrolíferos, combustíveis líquidos e lubrificantes com base em medições espectroscópicas

«Esta prática abrange um guia para a calibração multivariada de espectrofotômetros infravermelhos (IR) e espectrômetros Raman usados na determinação das propriedades físicas, químicas e de desempenho de produtos petrolíferos, combustíveis líquidos, incluindo biocombustíveis, e lubrificantes. Esta prática é aplicável a análises conduzidas na região espectral do infravermelho próximo (NIR) (aproximadamente 780 nm a 2.500 nm) até a região espectral do infravermelho médio (MIR) (aproximadamente 4.000 cm-1 a 40 centímetros-1).»

ASTM D6122: Prática padrão para validação do desempenho de espectrofotômetro infravermelho multivariado on-line, at-line, de campo e de laboratório e sistemas analisadores baseados em espectrômetro Raman

«Esta prática cobre requisitos para a validação de medições feitas por laboratório, campo ou processo (online ou at-line) infravermelho (analisadores de infravermelho próximo ou médio, ou ambos), e analisadores Raman, usados no cálculo de dados físicos, parâmetros químicos ou de qualidade (isto é, propriedades) de produtos petrolíferos líquidos e combustíveis.»

ASTM D8340: Prática Padrão para Qualificação Baseada em Desempenho de Sistemas Analisadores Espectroscópicos

«Esta prática cobre requisitos para estabelecer a qualificação baseada no desempenho de sistemas analisadores espectroscópicos vibracionais destinados a serem usados para prever o resultado do teste de um material que seria produzido por um Método de Teste Primário (PTM) se o mesmo material fosse testado pelo PTM. »

Aplicações e parâmetros típicos do NIRS para a indústria petroquímica e de refinaria

Os produtos petroquímicos estão sujeitos a métodos de teste padronizados para determinar suas propriedades químicas, físicas e tribológicas. Os testes laboratoriais são uma parte indispensável da pesquisa e desenvolvimento e do controle de qualidade na produção de produtos petroquímicos. Os seguintes parâmetros de teste são normalmente importantes para medir na indústria petroquímica e de refinaria (tabela 1).

Tabela 1. Exemplos de uso de NIRS para parâmetros de CQ petroquímicos selecionados.
Parâmetro Método convencional Método ASTM NIRS relevantes Notas de aplicação
Gravidade Específica (API) Medidor de gravidade ASTM D298

 

 

 

 

 

AN-NIR-022

AN-NIR-024

AN-NIR-025

AN-NIR-041

AN-NIR-053

AN-NIR-071

AN-NIR-075

AN-NIR-080

AN-NIR-086

AN-PAN-1052

Ponto de ebulição Destilação ASTM D2887
Ponto de obstrução do filtro frio (CFPP) Dispositivo de filtro padronizado ASTM D6371
Ponto de fluidez Analisador de ponto de fluidez ASTM D97
Ponto de Nuvem Analisador de ponto de nuvem ASTM D2500
Ponto de inflamação Testador de ponto de fulgor ASTM D93
Viscosidade Viscosímetro ASTM D445
Cor Colorímetro ASTM D1500
Densidade Densímetro ASTM D792
Éster Metílico de Ácido Graxo (FAME) FTIR ASTM D7806
Pressão de Vapor Reid Analisador RVP ASTM D323
PIANO (Parafinas, Isoparafinas, Aromáticos, Naftenos, Olefinas) Cromatógrafo a gás ASTM D6729

Número de octanas (RON/MON)

Motor CFR

ASTM D2699

ASTM D2700

Número de cetano Motor CFR ASTM D613
Valor dieno/índice MAV Titulação UOP 327-17

Outras parcelas desta série

Este artigo é um Visao geral do uso da espectroscopia NIR como a ferramenta de CQ ideal para a indústria petroquímica/refinaria. Outras parcelas são dedicadas às aplicações mais importantes e incluem informações muito mais detalhadas. Não perca nossos blogs relacionados sobre os temas de:

Autor
Guns

Wim Guns

International Sales Support Spectroscopy
Metrohm International Headquarters, Herisau, Switzerland

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