Origem e Composição do carvão mineral

O carvão mineral, também chamado de carvão de pedra, é considerado um dos principais combustíveis fósseis, pois resultam da transformação química do soterramento de organismos vegetais, como caule, troncos, folhas e raízes, sendo este um lento processo. Deste modo, o carvão mineral é encontrado no subsolo, nas jazidas (depósitos naturais de minérios). Possui uma coloração escura sendo utilizada nas indústrias, fabricação de plásticos, na produção de energia elétrica, entre outros. Durante a Revolução Industrial (século XVIII) começou a ser utilizado em abundância na geração de energia para as máquinas e continua a ser usado até os dias atuais. Sua extração é feita por mineração a céu aberto ou subterrâneo.

Para formar o carvão, os organismos vegetais sofrem carbonização, e como exemplo, podemos utilizar a madeira. A madeira é constituída principalmente de celulose [(C6H10O5)n], durante os milhares de anos a madeira sofre alterações, tais como temperatura e pressão, formando moléculas menores, como gás carbônico e água, sendo eliminadas na forma gasosa. Com isso, há uma concentração de carbono em um mesmo local, formando, assim, o carvão mineral. Carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio são alguns dos compostos orgânicos que, principalmente, formam o carvão, além dos compostos inorgânicos, como argilas, piritas, etc.

Pode ser classificado de acordo com o teor de carbono, o qual varia de acordo com o tempo, pressão e temperatura: Turfa (cerca de 50% de carbono) Linhito (cerca de 70% de carbono), Hulha (cerca de 85% de carbono) e Antracito (cerca de 90% de carbono). 

Curiosidades: 

- O carvão existe em todos os continentes em função das alterações climáticas que ocorreram ao longo da história.

- O carvão marrom é formado exclusivamente de fósseis de plantas.

O carvão mineral no mundo

A principal base para a industrialização do mundo foi o carvão mineral, utilizado como matéria energética pelos países pioneiros de industrialização, como Reino Unido, Alemanha, Estados Unidos e França, que possuem boas reserva

Com o desenvolvimento da indústria automobilística no século XX, pouco a pouco o carvão foi cedendo lugar ao petróleo como grande fonte de energia mundial. Apesar de o consumo mundial estar em declínio desde o início dos anos 90, no final de 1994 começaram a ser verificadas retomadas no mercado internacional. Seu crescimento no mercado envolveu os volumes produzidos e consumidos por diversos países, além dos preços específicos do mercado. 

Em 1880, cerca de 97% da energia consumida no mundo era proveniente do carvão, mas, em 1970, somente 12% desse total vinha deste recurso natural. Após a crise do petróleo, em 1973, a elevação dos preços do óleo fez com que o carvão fosse novamente valorizado, ao menos em parte, e seu consumo voltou a subir um pouco, representando aproximadamente 23% da energia total consumida no mundo, em 2004. 

Hoje o carvão mineral é bastante usado para produzir energia elétrica em usinas termelétricas e como matéria-prima para fabricar aço nas siderúrgicas. Nos grandes produtores mundiais desse recurso estão Estados Unidos, China, Cazaquistão, Rússia, Polônia, Índia, Alemanha, Austrália e África do Sul.s carboníferas.  

 

(*): Tempo que as reservas durariam, sem novas descobertas e com o nível de produção de 2002.
Fonte: BP Amoco, 2003.

Consumo mundial de carvão mineral em 2002 (milhões de tEP) 

 

Reservas mundiais de carvão mineral - situação em 2002 (milhões de toneladas) 

Carvão Mineral como fonte de matéria-prima

O carvão mineral apresenta outras finalidades além da fonte de energia assim como o petróleo, como por exemplo, na indústria de produtos químicos orgânicos, como piche, asfalto, eletrodos para baterias, corantes, plásticos, naftalina, inseticidas, tintas, benzeno e náilon. 

No Brasil 6% do consumo de carvão são na indústria de cimento, 4% na indústria de papel celulose e 5% nas indústrias de cerâmica, alimentos e secagem de grãos. E por se tratar de carvão de baixo poder calórico e quantidade de cinza elevada, isto é, de pouca qualidade, é viável para produção de indústrias siderúrgicas. 

O aproveitamento é realizado através da destilação seca, destilação destrutiva ou pirólise, que consiste no aquecimento de (600ºC a 1000ºC) na ausência de oxigênio. Formam-se substâncias líquidas e gasosas, que são liberadas, e resta um resíduo sólido rico em carbono. 

Gases: A mistura gasosa é aproveitada como combustível. Constitui-se de H2, CH4, CO, CO2, C2H6, NH3 H2S. 

Líquidos: Os compostos líquidos podem ser divididos em dois grupos as águas amoniacais e o alcatrão. O nome do primeiro é devido à mistura de substâncias contendo nitrogênio que podem ser utlizadas como fertilizantes. Assim como a turfa, e que a concentração e a multiplicação do teor de carbono da origem ao linhito, que é empregado na siderurgia, como redutor, devido à capacidade de ceder oxigênio para combustão como matéria-prima na carboquímica.

Esquema de aproveitamento 

Sólidos: O excedente sólido contém um alto teor de carbono, recebe o nome de coque e é empregado no processo de obtenção de ferro nas indústrias siderúrgicas.  E é adquirido através da hulha, sendo esta uma das variedades do carvão, composta de carbono, restos vegetais parcialmente conservados, elementos voláteis, detritos minerais e água e empregado tanto como combustível quanto como redutor de óxidos de ferro e, graças a suas impurezas, na síntese de milhares de substâncias de uso industrial. 

O antracito, a última variedade de carvão possui alto teor de carbono fixo, compostos voláteis e é rígido e resistente a queima é utilizado na metalurgia, na fabricação de eletrodos e de grafita artificial.

Referências bibliográficas

• http://cepa.if.usp.br/energia/energia1999/Grupo1A/carvao.html
• http://www.mundoeducacao.com/geografia/carvao-mineral-no-brasil.htm
• http://educacao.uol.com.br/disciplinas/geografia/fontes-de-energia-2-carvao-petroleo-gas-agua-e-uranio.htm

Carvão mineral como fonte de combustíveis

A partir do século XVIII, o carvão mineral passou a ser utilizado como fonte energética, substituindo, gradativamente, a lenha, que era a principal fonte de energia utilizada pelo homem. A intensificação do seu uso proporcionou subsídios para o desenvolvimento industrial, e o carvão mineral foi essencial durante a Primeira Revolução Industrial. As máquinas movidas a vapor, alimentadas pelo carvão, passaram a ser comercializadas na Inglaterra durante a segunda metade de 1700. Até a primeira metade do século XX, ele foi a principal fonte energética primária, sendo utilizado pelas usinas termoelétricas na geração de eletricidade, entretanto, o petróleo o superou. Conforme dados divulgados em 2008, pela Agência Internacional de Energia (AIE), 26,5% da energia elétrica mundial provém do carvão mineral; o petróleo, por sua vez, é responsável por 34%. A energia liberada varia de acordo com a porcentagem de carbono  presente no carvão, isto é, quanto maior a porcentagem de carbono, maior é a energia liberada na queima.

Os maiores produtores mundiais dessa fonte de energia são a Federação Russa, Estados Unidos, China e Canadá, respectivamente. No Brasil, existem pequenas reservas de carvão mineral, que se localizam nos estados da Região Sul (Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul). Porém, por ser um combustível não renovável, o carvão irá exaurir-se na natureza e, de acordo com a AIE, caso se mantenha o ritmo de consumo das últimas décadas, esse fenômeno ocorrerá em menos de 200 anos.

Hidrocarbonetos aromáticos e Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e câncer

Hidrocarbonetos Aromáticos 

Hidrocarbonetos Aromáticos  são substâncias formadas apenas por hidrogênios e carbonos que se ajuntam num composto cíclico com ligações simples e duplas alternadas, denominada de anel benzênico, geralmente são tóxicos, apresentam aroma e são apolares em relação a água, isto é, são insolúveis em água. 

Os hidrocarbonetos aromáticos podem ser classificados conforme o número de anéis benzênicos existentes em sua estrutura em: mononucleares, binucleares ou trinucleados, polinucleados. 

Benzeno 

O benzeno é o mais importante dos aromáticos, é uma matéria-prima muito importante na indústria petroquímica. Participa da fabricação de inúmeros produtos, como medicamentos, plásticos, detergentes, explosivos, tintas, borrachas, adesivos, loções, entre outros. 

O benzeno é obtido da hulha que é um tipo de carvão mineral oleoso, ou seja; betuminoso com teor de carbono entre 80 e 90 %, é a pedra carvão formado em eras geológicas passadas, a milhões de anos, pelo soterramento de árvores de grande porte. É encontrado no subsolo a uma profundidade entre 400 e 1000 metros. 

Outros compostos obtidos do carvão hulha é o alcatrão, que é uma substância oleosa escura de odor característico, insolúvel em água, espessa formada por centenas de compostos orgânicos, dentre os quais estão presentes os aromáticos entre os quais que mais se destacam são: os  fenóis, naftaleno, cresóis, tolueno, xilenos de um modo geral e o piche. 

Outros aromáticos importantes são: 

Naftaleno 

O hidrocarboneto com dois núcleos benzênicos, o naftaleno; usualmente conhecido como naftalina, é comercializado sob a forma de bolinhas que sofrem sublimação, isto é; passa diretamente do sólido para vapor, é usado no combate ás traças e baratas nos guarda-roupas.  

Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e câncer 

Foi verificado em 1922 que extratos orgânicos encontrados na fuligem são cancerígenos em animais de laboratório. Posteriormente uma substância presente no carvão e também na fuligem das chaminés foi isolada e caracterizada denominada benzopireno. Esse hidrocarboneto é um forte agente cancerígeno em animais. 

O benzopireno faz parte de um grupo de compostos denominados hidrocarbonetos policíclicos aromáticos de anéis condensados. É uma substância perigosa à saúde por seu potencial cancerígeno. 

Esses hidrocarbonetos policíclicos aromáticos de anéis condensados são produzidos nas queimadas em florestas, nas erupções vulcânicas e na queima de combustíveis fósseis. Estão presentes também no carvão mineral e no alcatrão dele proveniente, o que resulta na alta incidência de câncer entre os trabalhadores das minas de carvão e das indústrias que processam o alcatrão por sua exposição prolongada a esses agentes cancerígenos. 

A fumaça do cigarro também contém muitas substâncias aromáticas que compõem o alcatrão do cigarro. Entre elas, encontram-se o benzopireno e outros hidrocarbonetos policíclicos aromáticos de anéis condensados. 

Referências Bibliográficas

• http://www.infoescola.com/quimica/o-que-sao-hidrocarbonetos/
• http://www.alunosonline.com.br/quimica/hidrocarbonetos-aromaticos-sua-nomenclatura.htm
• http://aprendendoquimicaonline.blogspot.com.br/2012/05/quimica-organica-hidrocarbonetos.html

Concluindo !

O carvão mineral, utilizado de forma abundante desde a Primeira Revolução Industrial, é um dos principais combustíveis fósseis, fica somente atrás do petróleo, que resulta da transformação química do soterramento de organismos vegetais formando depósitos naturais de minérios. É formado por compostos orgânicos como nitrogênio, oxigênio, carbono e compostos inorgânicos como argilas. O teor de carbono permite a classificação do carvão em Turfa, Linhito, Hulha, e Antracito.  

O carvão mineral é uma das principais fontes de energia, sendo os Estados Unidos, A Rússia e a China os maiores detentores das jazidas e responsáveis por pelo menos 60% da sua produção. No Brasil é encontrado em maior quantidade em Santa Catarina.  

O aproveitamento para a utilização do carvão mineral como fonte de matéria prima é realizado através da destilação seca, destilação destrutiva ou pirólise, que consiste no aquecimento de (600ºC a 1000ºC) na ausência de oxigênio. Formam-se substâncias líquidas e gasosas, que são liberadas, e resta um resíduo sólido rico em carbono. 

Os hidrocarbonetos aromáticos são substâncias formadas por carbono e hidrogênio formando compostos cíclicos com ligações que formam o anel benzênico. Sendo que o principal é o benzeno que é obtido da hulha (variação do carvão mineral). A substância (hidrocarboneto policíclicos aromáticos de anéis condensados) presente no carvão, chamada benzopireno, é um forte agente cancerígeno em animais.          

  

Introdução

História 

Petróleo ( do latim petrus = pedra e oleum = óleo) é um líquido oleoso retirado de rochas subterrâneas. É uma combinação complexa de hidrocarbonetos ( átomos de carbono e hidrogênio) e composto não hidrocarbônicos tais como, nitrogênio, oxigênio e enxofre. Possui uma densidade menor do que da água, a coloração varia entre preto e laranja-amarelo, é um fonte de energia não renovável ( fóssil) e matéria-prima nas indústrias petrolíferas e petroquímicas. Em função da sua coloração e valor econômico é conhecido como “Ouro Negro”. 

Há registros de que o petróleo é utilizado pelo homem desde a antiguidade ( aproximadamente 4 mil anos A.C). Foi utilizado na torre de Babel, Arca de Noé, pelos egípcios na pavimentação de estradas, pelos fenícios, chineses na perfuração com bambu, entre outros. Na década de 1850, descobriu-se que o petróleo podia ser extraído do carvão e do xisto betuminoso e a primeira perfuração ocorreu em 1859, na Pensilvânia. O poço revelou-se produtor e a data passou a ser considerada a do nascimento da moderna indústria petrolífera. 

No Brasil, o primeiro poço foi perfurado na década de 1930, no Recôncavo Baiano. Em 1938, a discussão sobre o uso e a exploração dos recursos do subsolo brasileiro viabilizou a criação do CNP - Conselho Nacional do Petróleo. Na década de 1950, foi oficializada a criação da empresa estatal “Petróleo Brasileiro S.A.” ( Petrobrás), monopólio na atividade petrolífera. 

No ano de 1968, a empresa passou a desenvolver um projeto de extração iniciando a exploração de petróleo em águas profundas. 

Com o passar do tempo, o Brasil se tornou uma das únicas nações a dominar a tecnologia de exploração petrolífera em águas profundas e ultraprofundas. No ano de 2007, o governo brasileiro anunciou a descoberta de um novo campo de exploração petrolífera na chamada camada pré-sal. 

Após a utilização deste na vida urbana ( iluminação e transporte), foi incorporado na área industrial ( combustível para as máquinas) e outras infinitas utilizações, e por isso, é muito importante no nosso cotidiano.

Extração do petróleo

O petróleo é encontrado em bolsões profundos em terra firme e abaixo do fundo do mar. Para realizar a sua exploração são necessários basicamente três passos importantes: 

1° Prospecção: é a localização de bacias sedimentares por meio de análise detalhada do solo e do subsolo. 

O geólogo que determina a probabilidade de haver rochas-reservatório com petróleo aprisionado por meio de equipamentos ou ate mesmo imagens de satélite, são utilizados aparelhos como:  

Gravímetro: detecta sutis variações na gravidade que indicam o fluxo subterrâneo do petróleo; 

Magnetômetros: mede minúsculas mudanças no campo magnético, também causadas pelo fluxo do petróleo; 

Sniffers (farejadores): narizes eletrônicos que detectam a presença de hidrocarbonetos (constituintes do petróleo); 

Sismólogos: esses aparelhos criam ondas de choque que passam pelas rochas e depois são refletidas para a superfície. Essas ondas podem ser criadas por canhões de ar comprimido, que disparam pulsos de ar na água e, por meio de hidrofones, captam as ondas refletidas. Também é possível utilizar detonações com cargas explosivas no solo ou caminhões impactadores que golpeiam chapas pesadas dispostas no solo. 

 

2° Perfuração: uma vez descoberta jazidas de petróleo, realiza-se a marcação com coordenadas GPS e boias marcadoras sobre a água do mar. Se for na terra, realiza-se a perfuração do solo de um primeiro poço. Existindo petróleo, outros poços são perfurados e é analisado se a extração é viável economicamente. 

Essa perfuração, que pode atingir profundidades de 800 a 6.000 metros, e é feita em terra por meio de sondas de perfuração e no mar com plataformas marítimas. As torres de perfuração podem ter uma broca simples com diamantes industriais; ou um trio de brocas interligadas com dentes de aço. 

 

3° Extração: O sistema de extração do petróleo varia de acordo com a quantidade de gás acumulado na jazida. Se a quantidade de gás for grande o suficiente, sua pressão pode expulsar por si mesma o óleo, bastando uma tubulação que comunique o poço com o exterior. Se a pressão for fraca ou nula, será preciso ajuda de bombas de extração. No mar, essa extração é mais difícil, sendo feita com a utilização de equipamentos especiais de perfuração e extração por meio de bombas em plataformas e navios-sonda. 

Referências bibliográficas

• http://cepa.if.usp.br/energia/energia1999/Grupo1A/origem.html 
• http://www.colegioweb.com.br/trabalhos-escolares/geografia/petroleo/a-origem-do-petroleo.html 
• http://www.vestibulandoweb.com.br/quimica/teoria/origem-petroleo.asp 
• http://www.brasilescola.com/quimica/exploracao-extracao-petroleo.htm 

Refino

Os produtos derivados do petróleo são decorrentes do processo de refino, que engloba operações físicas e químicas, pelo qual o óleo bruto passa. Primeiramente, é necessário conhecer a estrutura física do petróleo constituída por diversos hidrocarbonetos moléculas composta por átomos de carbono e hidrogênio assim como a sua formação geológica para, em seguida, fracionar esses compostos através da utilização da destilação atmosférica, refinamento propriamente dito, ou ainda outros processos. 

O Brasil possui 14 refinarias, sendo que estas podem processar, juntas, cerca de 1,7 milhão de barris de petróleo por dia. 

Processo de refinamento e obtenção de produtos

O petróleo, na maioria das vezes, é transportado para as refinarias por meio de oleodutos, onde é guardado em tanques de armazenamento. O refino inicia-se com a transferência do petróleo para caldeiras, nas quais serão aquecido à 370 ºC e transformado, parcialmente em vapor. O que sai destas é uma mistura de gás com o restante do petróleo ainda na forma líquida. Esse composto entra na torre de destilação, onde a parte mais densa desce para o fundo da torre e a mais leve evapora, mesmo no intervalo da "queda". Na base da torre há outro aquecedor, cuja temperatura é ainda maior, e consequentemente, parte do líquido se evapora, o resíduo que resta é utilizado como asfalto. Ao longo da torre, há diversas divisões com espécies de pratos, como grades perfuradas. Conforme parte do vapor do petróleo esfria, se condensa e volta ao estado líquido e é represado nestes "pratos". As moléculas gasosas, que sobem e passam pelos furos dos pratos, serão condensadas ao entrarem em contato com partes do petróleo já em estado líquido. Como cada prato retêm apenas uma pequena parcela do líquido formado, o excedente transborda e escorre para um recipiente, denominado panela, sendo posteriormente bombeado através de dutos para fora da torre. O vapor de cada subproduto como a gasolina e o diesel se transforma em líquido em temperaturas distintas de acordo com a estratificação da torre, preenchendo panelas específicas para cada subproduto. Este após sair das torres passa por reações químicas, em tanques, cuja finalidade é quebrar e recombinar suas moléculas para purificá-los. Em seguida são armazenados em outros tanques, para então serem transferidos às indústrias petroquímicas ou às distribuidoras de combustível. 

Para se conseguir um melhor aproveitamento do petróleo, os produtos nobres são, preferencialmente, criados a partir do material pesado. A extração dos compostos mais leves pode continuar devido a um processo chamado craqueamento catalítico, que consiste na quebra das moléculas através da utilização de um catalisador, cuja a função é a acelerar essa quebra. Após esse procedimento, as moléculas mais pesadas que ainda compõe o petróleo são submetidas à técnica de hidrocraqueamento catalítico, é semelhante ao craqueamento, contudo à uma alta temperatura que permite a agregação dos hidrogênios, tornado as moléculas mais leves. Segundo lista do engenheiro Rafael Schechtman, diretor do Centro Brasileiro de Infraestrutura (CBIE), após o GLP, extraído a menos de 40°C, os produtos a serem obtidos a partir da destilação atmosférica do petróleo são a nafta, destilado na faixa entre 60°C e 100°C; a gasolina, entre 40°C e 200°C; o querosene, obtido entre 175°C e 320°C; o óleo diesel, entre 250°C e 350°C; o óleo lubrificante, de 300°C a 370°C; o óleo combustível, de 370°C a 600°C; e, por último, os resíduos asfálticos, conseguidos a partir de 600°C. 

Referências bibliográficas

• http://redeglobo.globo.com/globociencia/noticia/2012/05/entenda-o-processo-de-refino-do-petroleo-e-conheca-seus-derivados.html
• http://mundoestranho.abril.com.br/materia/como-funciona-uma-refinaria-de-petroleo
• http://www.nupeg.ufrn.br/downloads/deq0370/Curso_de_Refino_de_Petroleo_e_Petroquimica.pdf