COMPOSIÇÃO DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL

quarta-feira, dezembro 02, 2009 Edit This 0 Comments »
1 Composição de petróleo e gás natural
1.1 Componentes básicos de petróleo
A palavra "petróleo" não tem significado geológico. O petróleo e o gás natural somente podem ser definidos propriamente em termos físicos e químicos e o geólogo de petróleo deve ter conhecimentos da natureza química e das propriedades físicas dos materiais que fornecem a sua subsistência.
O petróleo e o gás natural são misturas de "hidrocarbonetos". O carbono e o hidrogénio são os únicos elementos essenciais à sua composição. Nos petróleos brutos os componentes principais pertencem somente a duas séries de hidrocarbonetos:
(a) A série de "parafina" e "metano" contêm hidrocarbonetos de cadeia recta com a fórmula geral CnH2n+2. Os compostos variam de metano, CH4, até a série homóloga. O etano, C2H6, o propano, C3H8, e o n-butano, C4H10, são gases à temperatura e pressão  padrão (TPS, temperature and pressure standard). O primeiro líquido à TPS é n-pentano, C5H12; o primeiro sólido é hexadecano, C16H34. Os membros que têm pesos moleculares maiores que hexadecano são ceras parafínicas sólidas. Na terminologia química orgânica moderna, esta série de compostos de cadeia recta é designada "n-alcanos".
(b) A série de "nafteno" tem a fórmula geral CnH2n. Ela consiste de hidrocarbonetos alicíclicos ou "cicloparafinas", que são compostos de aneis carbónicos saturados. Os compostos em aneis não podem possuir átomos de carbono inferiores a três (3). O ciclopropano, C3H6, e o ciclobutano, C4H8, são gases a  STP; as suas estruturas estão representadas na Figura 1.

Ciclopropano





Ciclobutano









Figura 1. Estruturas de  ciclopropano (em cima) e ciclobutano (em baixo) (Fonte:                                    http://www.mspc.eng.br/quim2/quim50.shtml).


O primeiro líquido é o ciclopentano, C5H10; ele e o ciclohexano predominam nos petróleos brutos.

As olefinas e os alquenos (alcenos) são isómeros de cicloparafinas, isto é, possuem idênticas composições tal como as suas contrapartes de nafteno, CnH2n, mas estruturas diferentes.Eles são compostos de cadeia insaturada, não compostos de anel saturado. A olefina, CH2 ou metileno, não erxiste na natureza. Os primeiros três membros são etileno, propileno e butileno.
Estas ambas séries de hidrocarbonetos são compostos "alifáticos". Os compostos "aromáticos", baseados em anel benzénico com a fórmula geral CnH2n-6 (com n maior ou igual a 6), também ocorrem em muitos petróleos brutos mas compreendem normalmente menos de 1%. O componente aromático é elevadíssimo em óleo lubrificante, e baixíssimo na gasolina. O tolueno, C6H5CH3 (metilbenzeno ou fenilmetano), excede invariavelmente o benzeno como um componente de petróleos brutos aromáticos, pois ele é solúvel em electrólitos.
Os petróleos brutos dominados por componentes nafténicos são chamados de "petróleo de asfalto de base", porque os asfaltos estão intimamente associados com naftenos e não com parafinas. A grande maioria de petróleos brutos é de "base misturada" (nafteno-parafina); eles incluem quase todos os petróleos de Médio Oriente, do Continente Médio e do Mar do Norte.
A maior parte dos petróleos brutos contém qunatidades menores de hidrocarbonetos não pertencentes quer à série de parafinas quer à série de naftenos. Os hidrocarbonetos menores representam moléculas sintetizadas por organismops vivos no momento de deposição dos sedimentos fontes de petróleo e preservados durante a história geológica subsequente; elas são "fósseis geoquímicos". Em geral, elas são de peso molecular muito mais elevado e têm fórmulas estruturais do tipo CnH2n-x; por outras palavras, a razão atómica de H:C é menor que 2.
As moléculas de hidrocarbonetos menores incluem parafinas de caeia longa derivadas de ceras, de plantas mais altas, esteróides ou álcoois de aneis complexos baseados em ciclohexano,  derivados tanto de plantas quanto de animais; e álcoois triterpenóides, compostos aromáticos baseados em terpeno (C10H16) e que têm a fórmula geral C30H50OH (Figura 2). Os precursores de esteróides e politerpenóides dão origem à naftenos com entre 1 à 4 aneis em cada molécula.








Figura 2. Representação de algumas estruturas de terpeno (Fonte: http://www.biomedicina3l.com/2009/05/terpenos.html).


A mais interessante e importante dessas menor série é aquela de "isoprenóides acíclicos", baseados em isopreno (C5H8), a fonte de borracha sintética (Figura 3). 





Figura 3. Algumas estruturas de terpenóides. A isoprenóide está representada no canto superior direito (http://www.scielo.br/img/fbpe/qn/v23n6/3536f1.gif).


As isoprenóides formam moléculas longas ramificadas e saturadas com um grupo metil (CH3) ligado a todo o quarto átomo de carbono. Estas moléculas ramificadas ocorrem nas ceras das plantas vivas; acredita-sen que os membros que ocorrem nos petróleos brutos e sedimentos antigos são derivados de clorofila, e eles constituem indicadores úteis de origem dum petróleo. Os membros mais comuns são pristano e fitano. O "pristanos" é 2,6,10,14-tetrametilpentadecano; ele tem 15 átomos de carbono na sua cadeia, cada um grupo metil logado ao segundo, sexto, décimo e décimo querto átomos de carbono, totalizando dezanove átomos de carbono. O "fitano" é um tetrametilhexadecano e adiciona os seus quatro grupos de metil à uma cadeia de dezassies átomos de carbono para um total de vinte átomos de carbono. A razão/relação entre os contrúdos de pristano e fitano dum petróleo bruto ou extrato de rocha, medida cromatográficamente, pode indicar o tipo da matéria orgânica da qual o petróleo originou e /ou o nível da maturaçãotérmica da fonte. Uma razão/relação elevada, por exemplo, pode indicar uma contribuição larga da matéria orgânica terrestre.


1.2 Gás Natural
O gás natural consiste de hidrocarbonetos não condensáveis a 20oC (68oF) e pressão atmosférica; isto significa eficazmente os primeiros quatro membros da série de parafina, metano até n-butano. O gás composto quase inteiramente de metano  é "gás seco". Se a proporção de etano e moléculas pesadas excede algum valor arbitrário ( convencionalmente 0.3 galões de vapor por 1000 pés cúbicos de gás, ou entre 4-5% na América do Norte), o gás é chamado de "gás húmido".
Os gases naturais consistentes larga e completamente de metano podem ter qualquer uma das três (3) origens distintas:
(a) Gás de petróleo pode ser formado como um produto acessório de geração de petróleo. Neste caso, o gás ou companha o petróleo no seu reservatório subsuperficial, ou está contido num reservatório separado no meio de outros reservatórios que contêm petróleo. Tal gás chama-se "gás associado". O gás de petróleo pode ser formado alternativamente pela modificação termocatalítica de petróleo sob temperaturas prevalescentes nos reservatórios profundos. Este gás já não acompanha mais o petróleo e chama-se "gás não associado".

(b) Gás de carvão é formado por modificação de carvão termocataliticamente ou doutro modo. Grande parte de gás natural comercial do mundo é desta origem.

(c) Gás bacterial é formado pela alteração da matéria orgânica à baixas temperaturas na superfície ou perto dela. Ele não tem uma ligação directa com o petróleo. O gás de pântano é um exemplo que ocorre nas águas estagnadas que contêm vegetação em decomposição.
"O gás mineral" é um material não realcionado; o termo deve ser restringido à gases libertados durante a actividade ígnea.
O gás que acompanha o petróleo no reservatório está em solução no petróleo sob condições de temperatura e pressão do reservatório. A quantidade de g+as na solução aumenta com a pressão crescente do reservatóriom, e exerce grande efeito sobre as propriedade físicas do petróleo. A pressão é também responsável pela habilidade muitos poços de petróleo fluirem o petróleo até ab superfície sem ajuda artificial. Se o conteúdo de gás é suficiente para saturar o petróleo sob condições existentes, a quantidade incapaz de entrar na solução forma uma "tampa de gás livre" (free gas cap).
O volume do gás no reservatório, em realção ao volume do petróleo, é chamado de "razão de gás:petróleo" (GOR, gas and oil ratio/relation).




1.3 Significado prático de números de carbono
Entre gás e petróleo existe uma separação no caborno catorze (14). Butano, C4H10, é o mais pesado dos homólogos de metano que pode ocorrer no gás natural à TPS; ele é também o hidrocarboneto mais leve que pode ocorrer nos petróleos muito leves chamados "condensados" sob condições equivalentes. A gasolina contém um intervalo de moléculas de números de carbono a começar da base como butano. Neste intervalo, é possível ter duas séries de hidrocarbonetos com a mesma composição mas estruturas diferentes, chamadas "isómeros". Ao invés de um átomo ce carbono ligar-se a um ou dois outros  átomos de carbono,  pelo menos um átomo de carbono pode ligar-se a outros três formando uma "cadeia ramificada" do que uma cadeia recta. As moléculas de cadeia recta são "normais" ou "n-parafinas", os mebros de cadeia ramificada são "isoparafinas" (Figura 4).




 















Figura 4. Estrutura de um isoparafina (http://forensic.to/webhome/arson/arson/slide0068_image069.jpg).


Os conmpostos n-parafina e isoparafina são "saturados"; eles contêm muitos átomos de hidrogénio à medida que a natureza tetravalente dos átomos de carbono permite. Não são reactivos particularmente. O homólogo mais próximo de nafteno, o butileno (C4H8), é "insaturado". Ele contém dupla ligação entre os átomos de carbono, e estes átomos de carbono podem ligarem-se a números diferentes de átomos de hidrogénio. A dupla ligação pode quebrar-se para permitir a reacção com outras moléculas. Isómeros diferentes têm propriedades físicas diferentes, incluido doferentes pontos de ebulição.
Desta maneira, o número de espécies de hidrocarbonetos num petróleo bruto não tratado pode ser maior. Nem todos têm propriedades desejadas por muitos utilizadores diferentes, e é o objectivo do refinador fazer as modificalões necessárias. A base da refineção é a destilação ordinária ou "fraccionação", na qual o petróleo é aquecido até que as suas várias moléculas componentes evaporem na ordem  dos seus pontos de ebulição crescentes.
A destilação revela que 70-80% da maior parte dos petróleos brutos  consistem de hidrocarbonetos mais que C10.  As percentagens dos produtos que caem  dentro duma sucessão de números de carbono  determinam o valor do petróleo. A ordem de destilação no processo é como se segue:
(1) Gasolina e nafta, com benzeno e outros petróleos voláteis (4-10 átomos de carbono);
(2) Queroceno e petróleo de iluminação (11-13 átomos de carbono);
(3) Dísel e petróleo de gás leve (14-18 átomos de carbono);
(4) Petróleo de gás pesado, petróleos de aquecimento doméstico (19-25 átomos de carbono);
(5) Óleos de lubrificação, petróleos de combustíveis leves (25-40 átomos de carbono); e
(6) Petróleo de combustível residual e pesado (mais de 40 átomos de carbon).

As fracções 2-4 são chamados de "destilados médios" centrais. O que resta no fim do processo é "resíduo" consistente sobretudo de "não hidrocarbonetos alifáticos".

1.4 Constituinte não hidrocarbonetos de petróleo e gás natural
Os constituintes não hidrocarbonetos comumente encontrados nos petróleos brutos e gases naturais são enxofre (S), nitrogénio (N), e  oxigénio (O) e os seus compostos (chamados compostos ou heterocompostos de S-N-O) e organocompostos de certos metais pesados (principalmente vanádio e níquel). O gases naturais também podem conter hidrogénio, hélio, ou ragon; os dois últimos não têm nada a ver com a geração de petróleo.

1.4.1 Enxofre e os seus compostos
O enxofre é o mais importante dos heterocompostos. Poucos petróleos estão completamente sem ele; poucos contêm mais de 3% por peso dele. O conteúdo de enxofre é mais alto nos petróleos pesados do que nos leves,  estando concentrado no peso molecular mais elevado, pinto de ebulição mais elevado e fracções mais polares (resinas e asfaltenos).

MINERAÇÃO

sexta-feira, outubro 16, 2009 Edit This 0 Comments »
1 Introdução

Mineração é um termo que abrange os processos, actividades e indústrias cujo objectivo é a extracção de substâncias minerais a partir de depósitos ou massas minerais. Podem incluir-se aqui a exploração de petróleo e gás natural e até de água. Como actividade industrial, a mineração é indispensável para a manutenção do nível de vida e avanço das sociedades modernas em que vivemos. Desde os metais às cerâmicas e ao betão, dos combustíveis aos plásticos, equipamentos eléctricos e electrónicos, cablagens, computadores, cosméticos, passando pelas estradas e outras vias de comunicação e muitos outros produtos e materiais que utilizamos ou de que desfrutamos todos os dias, todos eles têm origem na actividade da mineração. Pode-se sem qualquer tipo de dúvida dizer que sem a mineração a civilização actual, tal como a conhecemos, pura e simplesmente não existiria, facto do qual a maioria de nós nem sequer se apercebe.

A imagem um tanto negativa desta actividade junto da sociedade em geral, sobretudo nas últimas décadas, deve-se sobretudo aos profundos impactos que ela pode ter no ambiente (sobretudo os negativos) e que têm sido a causa de numerosos acidentes ao longo dos tempos.

Por último, não nos podemos esquecer que a capacidade desta actividade em fornecer à sociedade os materiais que esta necessita não é infinita, pois muitos dos recursos minerais explorados são, pelo contrário, bastante finitos.

2 História da mineração

2.1 Pré-história

Os primeiros mineiros, datam provavelmente de 300 000 a.C., e ocupavam-se sobretudo da obtenção de sílex e cherte para a fabricação de utensílios e armas de pedra. As suas pedreiras e cortas levaram à criação primeiro de galerias e mais tarde de poços e finalmente às primeiras explorações subterrâneas durante o neolítico. Surpreendentemente, algumas destas minas subterrâneas, escavadas em giz no sul da Inglaterra e norte de França atingiam os 90 metros de profundidade. A partir daqui a humanidade passou a dirigir a sua atenção também para os minérios metálicos. Inicialmente os metais eram apenas apreciados como pedras ornamentais. Por volta de 40 000 a.C. era extraída hematite, na actual Suazilândia, para utilização em pinturas rituais. Entre 7000 a.C. e 4000 a.C. desenvolveu-se a metalurgia do cobre até à produção de ligas com características variáveis de fusão, dureza e flexibilidade. A tecnologia pirometalúrgica apareceu pela primeira vez no Médio oriente por volta de 6000 a.C..

2.2 Antiguidade

O bronze seria produzido a partir de 2600 a.C.. Cerca de 2000 a.C. os povos do mediterrâneo oriental eram já capazes da produção em massa de cobre, chumbo e prata a partir de minérios de óxidos e sulfuretos de metais, bem como de várias ligas metálicas. Por esta mesma altura, os povos pré-Hititas já utilizavam o ferro e os chineses iniciavam a extracção de carvão para utilização como combustível.

As minas de prata e chumbo de Laurium, próximo de Atenas, Grécia foram inicialmente exploradas e posteriormente abandonadas pelos micénios, no 2º milénio a.C.. Eram explorações a a céu aberto com pequenas galerias. Os atenienses retomariam a sua exploração cerca de 600 a.C., construindo numerosos poços de acesso e ventilação e utilizando o método de câmaras e pilares. O progresso da escavação era lento, estimando-se que um mineiro conseguisse um avanço de 1.5 m/mês na escavação de poços.

Cerca de 950 a.C. os Fenícios iniciam a exploração da mina de Rio Tinto, Espanha, para obtenção de prata. Por volta de 700 a.C. são utilizadas as primeiras ferramentas de ferro na extracção de sal-gema na Áustria e em 600 a.C. os chineses descobrem o petróleo e o gás natural em explorações de sal. As primeiras armas de aço aparecem na China em 600 a.C..

2.3 Idade média

Em 265 a.C. iniciam-se as Guerras Púnicas pelo controle dos depósitos argentíferos da Península Ibérica e pela mesma altura Teofrasto escreve a sua obra Sobre as pedras. Cerca do ano 900, os chineses inventam a porcelana. A maior contribuição romana para a mineração foram os dispositivos de remoção de água das minas, destacando-se a nora e o parafuso de Arquimedes.

2.4 Idade moderna

Em 1553 são utilizados pela primeira vez carris para movimentação de minérios, na República Checa e em 1556 é publicada a primeira edição de De Re Metallica de Agrícola, o primeiro registo abrangente sobre métodos mineiros e metalúrgicos. Em 1627 faz-se a primeira utilização de explosivos em mina na Hungria e em 1768 inicia-se a utilização bombas movidas a vapor para retirar água das minas de estanho da Cornualha.

2.5 Idade contemporânea

Em 1815 é fabricada a primeira lanterna de segurança para uso em minas de carvão, em 1825 é legalizado o primeiro sindicato mineiro em Inglaterra e em 1829 aparecem as primeiras jigas. 1848 é o ano do início da corrida ao ouro na Califórnia, em 1850 aparece em França, a primeira máquina de perfuração de rocha, em 1864 surge a primeira broca de diamante e em 1865 Alfred Nobel inventa a dinamite. Em 1876 são utilizados pela primeira vez martelos pneumáticos, na Alemanha. Os britadores de maxilas e os moinhos de bolas são aplicados pela primeira vez na Cornualha em 1880 e a primeira máquina de extracção a electricidade começa a funcionar em 1888, em Aspen, Colorado.

Em 1897 é inventada a mesa de Wilfley e em 1900 a lâmpada de acetileno; em 1901 é patenteado o processo de flutuação e em 1904 são utilizadas as primeiras locomotivas eléctricas (Inglaterra). Em 1950 inicia-se o uso de ANFO em mineração, em 1952 é inventada a mineração de urânio por lixiviação e em 1953 é apresentada a primeira máquina tuneladora. a mineraçao fez a primeira lanterna de segurança para o uso de minhas de carvão.

3 Fases da vida de uma exploração mineira

A vida de uma exploração mineira (mina ou pedreira) é composta por um conjunto de etapas que se podem resumir a:

  1. Pesquisa para localização do minério.
  2. Prospecção para determinação da extensão e valor do minério localizado.
  3. Estimativa dos recursos em termos de extensão e teor do depósito.
  4. Planeamento, para avaliação da parte do depósito economicamente extraível.
  5. Estudo de viabilidade para avaliação global do projecto e tomada de decisão entre iniciar ou abandonar a exploração do depósito.
  6. Desenvolvimento de acessos ao depósito que se vai explorar.
  7. Exploração, com vista à extracção de minério em grande escala.
  8. Recuperação da zona afectada pela exploração de forma a que tenha um possível uso futuro.

De notar que entre a fase de pesquisa e o início da exploração podem decorrer vários anos ou mesmo décadas, sendo os investimentos necessários nesta fase muito elevados (podendo ser da ordem das centenas de milhões de dólares) e o seu retorno não assegurado, o que ilustra bem o risco associado a esta actividade.

4 Métodos de lavra

Relativamente ao modo de escavação as minas podem dividir-se em dois tipos principais: minas subterrâneas e minas a céu aberto.

A escolha do método de lavra depende em grande parte da localização e forma do depósito mineral, devendo ser escolhido o método mais seguro e ao mesmo tempo mais económico. O desmonte do minério pode ser efectuado por meios mecânicos (por exemplo com escavadoras hidráulicas) ou com recurso a explosivos (na grande parte dos casos)

4.1 Operações de lavra

As operações executadas com vista à extracção de um minério e até ao seu processamento são sequenciais e podem ser resumidas da seguinte forma (no caso de desmonte com explosivos):

  1. Perfuração – o minério é furado utilizando máquina de perfuração hidráulicas; a perfuração é executada com diâmetro, comprimento e distâncias entre furos previamente calculadas;
  2. Desmonte – os furos previamente executados são preenchidos (ou carregados) com explosivo, procedendo-se então à detonação deste e consequente fragmentação do minério;

  1. Remoção – o minério assim fragmentado é carregado em caminhões, vagonetas ou outro meio de transporte, até à instalação de processamento, geralmente situada próximo da mina.


5 Problemas ambientais

Atualmente as companhias mineiras são obrigadas a cumprir normas ambientais, de encerramento e de funcionamento bastante estritas, de forma a assegurar que a área afectada pela exploração mineira regressa à sua condição inicial, ou próxima da inicial e em alguns casos até melhor que a inicial. Alguns métodos de exploração antiquados tiveram, e continuam a ter em países com fraca regulamentação, efeitos devastadores no ambiente e na saúde pública. Pode ocorrer contaminação química grave do solo nas áreas afectadas, a qual pode ser ampliada e disseminada por exemplo pela água, criando situações de contaminação maciça.

Outros problemas ambientais possíveis são a erosão, subsidência, abandono de resíduos perigosos, perda de biodiversidade e contaminação de aquíferos e cursos de água.

No entanto, as explorações mineiras modernas têm práticas que diminuíram significativamente a ocorrência destes problemas, sendo alvo de apertado escrutínio ambiental.


6 Fonte:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Minera%C3%A7%C3%A3o#Fases_da_vida_de_uma_explora.C3.A7.C3.A3o_mineira


TEMPERATURA DE FECHO

segunda-feira, outubro 12, 2009 Edit This 0 Comments »
Na datação radiométrica (ver o seu artigo principal), a temperatura de fecho (ou de bloqueio) refere-se à temperatura de um sistema, tal como mimneral, num tempo dado pela sua data/idade radiométrica. Em termos físicos, a temperatura de fecho á qual um sistema arrefeceu tal que já não haja qualquer troca de isótopo pai ou filha com o ambiente externo. Esta temperatura varia vastamente entre minerais diferentes e também difere dependendo dos átomos pai e filha a serem considerados.


Tabela de valores

Os valores seguintes são valores estimados de temperature de fecho de certos minerais alistados pelo sistema isotópico a ser usado. Estes valores são aproximações; os valores melhores de temperatura de fecho requer cálculos mais precisos e caracterizaçoes de caracter´risticas de difusão de grão mineral a ser usado.



Método de potássio-argon

Mineral

Temperature de fecho (oC )

Hornblende

530±40

Muscovite

~350

Biotite

280±40


Método de urânio-chumbo

Mineral

Temperature de fecho (°C)

Titanite

600-650

Rutilo

400-450

Apatite

450-500

Zircão

>1000

Monazite

>1000


Fonte:
http://en.wikipedia.org/wiki/Closure_temperature
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