Formulação de betumes da refinaria de Matosinhos

Abstract

No presente trabalho foi avaliada a introdução de resíduos de visbreaker da Refinaria de Matosinhos no fabrico de betumes, recorrendo à preparação laboratorial de diversas formulações e sua caraterização, a fim de verificar se cumpriam as especificações de mercado em termos de parâmetros como a penetração, temperatura de amolecimento, índice de penetração, temperatura de Fraass, resistência ao envelhecimento, viscosidade cinemática e ductilidade. Adicionalmente, averiguou-se o efeito da adição de ácido polifosfórico (APF) em algumas das formulações de betume preparadas. Parte das formulações foram ainda observadas ao microscópio ótico e caraterizadas por ressonância magnética nuclear de protão e de fósforo. Os resultados obtidos indicam que o resíduo de visbreaker do crude Roncador (RVB Roncador) pode ser utilizado no fabrico de betumes de diferentes grades. As formulações que cumpriram as especificações apresentam, em termos de composição, resíduo asfáltico (RA) + 0,8% APF (betume 10/20), 70% RA + 30% RVB Roncador (betume 35/50), e 60% RA + 40% RVB Roncador + 0,8% APF (betume 50/70). A produção de betumes 160/220 aparenta também ser possível utilizando este resíduo de visbreaker. A atuação do APF, em termos de alteração da penetração, mostrou ser mais notória no resíduo de vácuo (RV) e no RVB Roncador, enquanto que, no tocante à variação da temperatura de amolecimento, mostrou ser mais evidente no RA. A observação de algumas amostras de betume ao microscópio ótico permitiu detetar a existência de material insolúvel nas formulações contendo RVB Roncador. Os resultados mostram também que o APF promove a formação desse material nas formulações contendo resíduo de visbreaker. Adicionalmente, foi verificado que o APF torna os betumes menos suscetíveis ao envelhecimento, sobretudo os que contêm resíduo de visbreaker. Relativamente ao método utilizado para separar o betume nas suas frações SARA (ASTM D 2007-11), constatou-se que fornece resultados pouco fiáveis. Os resultados obtidos por 1H RMN não revelaram diferenças significativas na composição química das amostras de betume analisadas, mas indiciaram que o APF provoca no material a clivagem das ligações entre carbonos α e β, ocorrendo a ligação de hidrogénios e/ou de anéis aromáticos aos carbonos α. O ácido parece ainda provocar alguma condensação aromática no betume. Por fim, as análises de 31P RMN evidenciaram que ocorre reação entre o APF e o betume, e que a adição de RVB ao RA, bem como a utilização de 2% de APF introduzem pequenas alterações nos espetros, corroborando as diferenças observadas nas propriedades macroscópicas das formulações de betume.

In this work it was tested the applicability of some visbreaker residues of the Refinery of Matosinhos in the manufacturing of bitumens. Accordingly, various formulations were prepared and characterized, in order to confirm if they met market specifications in terms of penetration, softening point, penetration index, Fraass breaking point, aging resistance, kinematic viscosity and ductility. Additionally, it was analyzed the effect of the polyphosphoric acid (PPA) upon some prepared bitumen formulations. Some of them were also observed in an optical microscope and were characterized by proton and phosphorous nuclear magnetic resonance. The results obtained show that the visbreaker residue from the crude oil Roncador (Roncador VBR) can be used in the production of different penetration grade bitumens. It was verified that the formulations containing asphaltic residue (AR) + 0.8% PPA (10/20 bitumen), 70% AR + 30% Roncador VBR (35/50 bitumen) and 60% AR + 40% Roncador VBR + 0.8% PPA (50/70 bitumen) satisfy the market specifications. The production of 160/220 penetration grade bitumens seems also possible with this visbreaker residue. The effect of PPA, in terms of penetration modification, showed to be more notorious in the vacuum residue (VR) and in the Roncador VBR, whereas, regarding the softening point variation, showed to be more notorious in the AR. The existence of insoluble material in the formulations containing Roncador VBR was observed in an optical microscope. The addition of PPA to bitumens containing visbreaker residue seems also to promote the formation of this material. Besides, it was verified that PPA reduces bitumens aging susceptibility, especially of those containing visbreaker residue. The method adopted to separate the bitumen into four SARA fractions (ASTM D 2007-11) showed to produce poor reliability results. The results obtained by 1H NMR did not evidence significant differences in the chemical composition of the bitumen samples analyzed, but suggested that PPA favors the cleaving of the bonds between α and β carbons, leading to the linkage of hydrogens and/or aromatic rings to the α carbons. PPA seems also to promote some aromatic condensation in bitumen. Finally, the 31P NMR analysis indicated that PPA reacts with bitumen, and that the addition of visbreaker residue to asphaltic residue, as well as the use of 2% PPA, introduces small changes in the spectrums, corroborating the differences observed in the macroscopic properties of the bitumen formulations.