Processamento primrio: Mtodos de desestabilizao das emulses de petrleo.

Processamento primrio: Mtodos de desestabilizao das emulses de petrleo.

Carlos Henrique Thomazini CordeiroHigor Loos AltoNatanael Jnior Brommenschenkel da ConceioPaulo Ricardo Vasconcelos PinhaRaul Cezar Partelli Libardi

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPRITO SANTOCENTRO UNIVERSITRIO NORTE DO ESPRITO SANTO

So Mateus, 2014SumrioIntroduoDesemulsificantesTratamento TermoqumicoTanques de LavagemCentrifugaoPlacas CoalescentesCoalescncia EletrostticaAgitaoFiltraoFibrous PackingSedimentao por GravidadeTempo de RetenoDestilaoConcluso

IntroduoO petrleo geralmente produzido em simultaneidade com a gua;O processamento primrio do petrleo tem como objetivo a separao e o tratamento das trs fases;A eficincia da desemulsificao especifica e depender diretamente das caractersticas do leo e do tempo de permanncia entre este e o processo.

Figura 1: Emulso de gua em leo.Fonte: cienciahoje.uol.com.brDesemulsificantesAmplamente utilizados;

Apresentam propriedades interfaciais;

Adsorvem na interface gua-leo mudando as propriedades fsico qumicas;

Favorecem a coalescncia entre as gostas de gua.

DesemulsificantesPropriedades procuradas nos desemulsificantes:

Altas velocidades de adsoro na interface gua-leo;

Deslocamento dos emulsificantes naturais que estabilizam as emulses e a formao de pelculas finas e frgeis na interface gua-leo.

DesemulsificantesPara cada sistema de gua-leo, a eficincia depender da composio qumica e da concentrao do desemulsificante;

Apesar dos esforos que tm sido feitos na quantificao da eficincia dos desemulsificantes a escolha do tipo de desemulsificante e a definio da concentrao tima so determinadas a partir de testes experimentais de separao.

DesemulsificantesQuatro aes so necessrias nos desemulsificante qumicos:

Forte atrao para a interface leo / gua;

Floculao;

Coalescncia;

Slidos Humedecedores.

Tratamento TermoqumicoExpostas a temperaturas entre 50 e 60 graus Celsius junto a fluidos que evitam a formao de emulses ou auxiliam na separao mais rpida dela;

Demulsificantes;

Tratamento TermoqumicoUm dos benefcios do tratamento termoqumico a reduo da viscosidade da emulso de petrleo que permite a forte coliso das molculas de gua e assim tornando-as liquidas mais rapidamente

Figura 2: Relaes aproximadas de viscosidade/temperatura do petrleo bruto.Fonte: ARNOLD, Kenneth E., 2007

Tratamento TermoqumicoTratamento TermoqumicoAumento do movimento das gotas ajuda na aglutinao (coalescncia) e proporciona maior frequncia na coliso entre elas.

Coutinho, Raquel C. C. APUD et all, 2008.Figura 3: Coalescncia de gotas de gua dispersas em leoFonte: Coutinho, Raquel C. C. APUD et all, 2008.

Tratamento TermoqumicoCalor pode desativar o emulsificante ( ex: dissolver cristais de parafina ) ou aumentar ao dos produtos qumicos.

Outro benefcio do aquecimento em temperaturas inferiores a 180F (82,22C) pode aumentar a diferena entre as densidades da gua e o leo, ajudando assim a sedimentao mais rpida;

Tratamento Termoqumicoleos leves so tratados em temperaturas inferiores a 180F (82,22C);

Adio do calor pode causar significativas perdas no menor ponto de ebulio, provocando o encolhimento do petrleo consequentemente a perda de volume;

Figura 4: Relao da densidade com a temperatura para trs leos brutos.Fonte: ARNOLD, Kenneth E., 2007

Tratamento TermoqumicoTratamento TermoqumicoInfluencia do clima no tratamento das emulses

Muitas vezes o tratamento de emulses de petrleo bruto no vivel financeiramente;

A adio de desimulsificantes, realizada sempre procurando equilbrio financeiro entre o aquecimento e produtos qumicos a serem utilizados;

Tratamento TermoqumicoAs temperaturas de tratamento das emulses podem variar at numa mesma formao ou em um mesmo campo.

Influencia da quantidade de gua no leo no tratamento de emulses

Tanques de LavagemSo tanques atmosfricos de grande capacidade para a separao gua-leo;

campos com alta produo de gua, e pouca de gs, so adicionados separadores de gs liquido antes do tanque de lavagem.Tanques de Lavagem

Figura 5: Desenho esquemtico de um tanque de lavagem.Fonte: Modificado de, ARNOLD, K. E. and SMITH, H. V., 1992.Tanques de LavagemA utilizao deste equipamento ocorre em campos com alta produo de gua livre;

A presena destes equipamentos gera uma grande economia de energia durante o processo.CentrifugaoDevido diferena de densidade entre o leo e gua, fora centrfuga pode ser usada para quebrar uma emulso e separar gua em leo;

Alguns centrifugadores tm sido instalado em campos de petrleo para processar emulses.

CentrifugaoA separao gravitacional pode ser muito lenta devido a vrios fatores:

Tamanho pequeno das partculas;

Densidades prximas da partcula e do fluido;

Foras associativas que mantm componentes ligados.

CentrifugaoO uso da fora centrfuga aumenta muitas vezes a fora que atua sobre o centro de gravidade das partculas, facilitando a separao e diminuindo o tempo de residncia no equipamento.

Figura 6: Processo de separao de uma centrfuga (slido vesus lquido).Fonte: ARNOLD, K. E. and SMITH, H. V., 1992.CentrifugaoComponentes de uma centrfuga:

Carcaa, Transmisso, Capuz, Tambor, Bomba centrpeta e Motor de acionamento.

Placas CoalescentesPlacas defletoras posicionadas de forma adequada auxiliam na desemulsificao.;Quando usadas erroneamente pode provocar turbulncia excessiva, o que aumenta a emulsificao e impede a aglutinao das gotas de gua.

Figura 7: Separador Trifsico Vertical.Fonte: JUSTINO, Diuiane G. J., 2010Placas CoalescentesPlacas defletoras onduladas tambm proporcionam superfcies para coalescncia da gua;Permitem o fluxo atravs das placas, mas proporciona mudanas de direo, para permitir que as gotas de gua entrem em contato com as placas e coalesa formando uma pelcula sobre a superfcie das mesmas.

Figura 8: Bloco de Placas defletoras onduladas.Fonte: ARNOLD, Kenneth E., 2007Coalescncia EletrostticaAs pequenas gotas de gua que se encontram dispersas no leo bruto podem coalescer quando a emulso gua em leo submetida a um campo eltrico de alta tenso;Trs fenmenos fsicos podem fazer com que as partculas condutoras ou gotculas se combinem:As gotas de gua se tornam polarizados e tendem a alinhar-se com as linhas de fora do campo eltrico;

Figura 9 (a): Atrao entre gotas de gua (Emulso sob efeito de um campo eltrico).Fonte: KUNERT, Rosana, 2007Coalescncia EletrostticaUma carga eltrica induzida atrai as gotas de gua para um eletrodo;

O campo eltrico se distorce e enfraquece a pelcula em torno das gotculas de gua.

Figura 9 (b): Movimento das gotas de gua entre os eletrodos (Emulso sob efeito de um campo eltrico).Fonte: KUNERT, Rosana, 2007Figura 9 (c): Alongamento das gotas de agua (Emulso sob efeito de um campo eltrico).Fonte: KUNERT, Rosana, 2007Coalescncia EletrostticaExistem 2 tipos de tratadores eletroestticos na indstria de petrleo:

O de baixa velocidade, utilizados pela E&P;

Figura 10: Tratador eletroesttico de baixa velocidadeFonte: KUNERT, Rosana, 2007Coalescncia EletrostticaO de alta velocidade utilizado nas refinarias, no qual o fluxo turbulento.

Figura 11: Tratador eletroesttico de alta velocidadeFonte: KUNERT, Rosana, 2007AgitaoO nmero de Reynolds calculado pela seguinte equao:

Onde: = massa especifica do fluido; = viscosidade dinmica do fluido; = velocidade de escoamento; D = dimetro da tubulao.

AgitaoNecessria para formar uma emulso em leo bruto;Quando a turbulncia controlada pode ajudar a quebrar a emulso;Segundo Cunha (2007) quanto maior a agitao, maior a probabilidade da emulso se converter numa emulso complexa ou mltipla.Um nmero de Reynolds entre 50.000 e 100.000 geralmente se atingir boas condies de coalescncia.

AgitaoUm caminho de fluxo sinuoso, como no dispositivo mostrado na figura abaixo, consegue-se diminuir a extenso da tubulao necessria para realizao do processo de emulses atravs de tubos longos.

Figura 12: Pacote de serpentina coalescente.Fonte: ARNOLD, Kenneth E., 2007FiltraoA filtragem no um mtodo de tratamento comum de ser utilizado em emulso de leo bruto por causa da dificuldade em obter e manter o efeito de filtragem desejada;

Um exemplo de material filtrante a madeira cortada em pequenos pedaos ou fibras, o feno;

Tambm existem filtros de fibra de vidro, plstico e metal.

Fibrous PackingNo so comumente utilizados em tratamento de leo;

O Fibrous Packing uma seco ou compartimento em um tanque de tratamento de emulso ou navio que se encontra cheio de um material molhado em gua;

Fibrous PackingA pelcula de leo que contm o agente emulsionante que rodeia as partculas de gua dispersas deve ser quebrada antes que estas gotculas sejam aderidas a um meio de coalescncia.

A l de vidro pode ser usada como material de coalescncia em navios de tratamento da emulso.

Sedimentao por GravidadeSedimentao por gravidade por o mais antigo, mais simples, e o mtodo mais utilizado para o tratamento de emulses de petrleo bruto;A fora gravitacional e a fora de arrasto so iguais, uma velocidade constante atingida, que pode ser calculado a partir da lei de Stokes:

Sedimentao por GravidadeQuanto maior a gota de gua, maior a sua velocidade descendente ;

Quanto maior a diferena de densidade entre a gotcula de gua e a de leo, maior a velocidade descendente;

Quanto mais elevada for a temperatura, mais baixa a viscosidade do leo.Tempo de RetenoEm uma decantao por gravidade, a coalescncia ir ocorrer, mas por causa das pequenas foras no trabalho, a taxa de contato entre as gotas de gua baixa, e realizando a coliso das gotculas;

O tempo de reteno pode no afetar significativamente o tamanho das gotculas de gua, que devem ser separadas por gravidade para satisfazer a qualidade do leo pretendido;

Utilizao de tanque mais alto ou de maior dimetro, pode aumentar o tempo de reteno.DestilaoDestilao pode ser usada para remover a gua a partir de emulses de leo bruto;O nico uso atual de destilao est no "sistema flash" que usado em 15 API ou mais baixos de petrleo;

Figura 13: Sistema tpico de destilao flash para a desidratao de emulses de leos crus, pesados e viscosos.Fonte: ARNOLD, Kenneth E., 2007DestilaoDesvantagens:

A principal desvantagem da destilao seu custo elevado de processamento;

Todos os slidos dissolvidos e suspensos na gua permanecem no leo quando essa removida por evaporao.ConclusoCom o passar do tempo insero de novas tecnologias os processos de desemulsificao apresentaram um grande avano;

A sedimentao por gravidade o mtodo mais empregado no tratamento de emulses de petrleo bruto;

Alguns mtodos j caram em desuso;

Novas tcnicas iro surgir.

Referncias BibliogrficasARNOLD, K. E. and SMITH, H. V. Crude Oil Emulsions, In: Petroleum Engineering Handbook, 3rd Ed., Richardson-Texas-EUA, society of Petroleum Engineer, 1992.

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cienciahoje.uol.com.br/noticias/2010/09/separacaoamigavel/?searchterm=Separa%C3%A7%C3%A3o%20amig%C3%A1vel. Acessado em 13 de Fevereiro de 2014 s 11horas e 30 minutos.

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