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O documento mostra os processos de dessalgação do petróleo
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Autor: Agnaldo Cardozo Filho Orientadores: Prof. Alexandre Ferreira Santos, D. Sc. Profª. Rosana Lopes Fialho Vieira de Melo, D.Sc.
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“Abracem a alegria estampada em meu rosto. A alegria da luta, da dedicação, da paciência, da crença e da esperança que um dia espero ver no rosto de minha filha”
“Abracem também parte do meu futuro do qual vocês semearam todos esses anos. Divido com vocês os méritos desta conquista, porque ela nos pertence”
Aos meus maravilhosos pais, Meus eternos irmãos, Minha linda e paciente esposa E a minha maior fonte de dedicação Izzadora.
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Chegou a hora de reconhecer e agradecer aqueles que foram postos em meu caminho, com o intuito de me orientar, de me fazer compreender e de me ajudar a ser quem sou hoje.
Ao meu pai Agnaldo e a minha mãe Alinete, que estão sempre do meu lado, me apoiando, incentivando e acreditando em mim.
Ao meu irmão Fabrício e a minha irmã Arethusa, que juntos e com união, vamos vencer os obstáculos e barreiras postos em nossos caminhos. Amo vocês!!!!!!
A minha esposa Rafaela, que há 10 anos vem acreditando com paciência em mim e na realização dos meus sonhos. Estamos conseguindo!!!!!!!
A minha filha Izzadora “fonte de energia renovável”, que consegue me mostrar a felicidade nos momentos mais difíceis.
Ao meu amigo irmão Léo, sempre comigo, acompanhando o meu crescimento.
Ao tio Raimundo José. Muito obrigado.
Aos tios, primos e amigos que contribuíram de alguma forma.
A Universidade Tiradentes, pela oportunidade que nos oferece de adentrar na comunidade científica.
Ao Reitor e Vice-Reitora Jouberto Uchoa e Amélia Maria Uchoa.
Ao pró-reitor administrativo Jouberto Uchoa Júnior. Ao pró-reitor adjunto de pós-graduação e pesquisa Temisson.
Ao meu orientador Alexandre, que estava sempre ao meu lado me tranqüilizando nos momentos de angústia.
A minha orientadora Rosana, que aprendi a escutá-la como se fosse minha mãe. Não tenho palavras para definir o quanto você foi importante durante esses dois anos.
A professora Montserrat, que me passou vários ensinamentos.
Ao coordenador André, sempre depositando confiança em mim. Obrigado!!!!.
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Resumo da Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia de Processos da Universidade Tiradentes como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Processos.
Agnaldo Cardozo Filho
Na indústria de petróleo, há uma grande variação do teor de sais dos óleos crus, dependendo principalmente da origem, e possivelmente dos poços de produção ou das zonas existentes em um campo de produção. Na maioria dos casos, o teor de sais existente no óleo cru existe sob a forma de sais dissolvidos em pequenas gotas de água que são dispersas no cru. O sal presente no óleo cru acarreta diversos problemas durante o transporte e as operações de refino, incluindo corrosão das linhas, incrustações, e também a desativação dos catalisadores empregados nas refinarias. Em razão disso, as refinarias estão geralmente equipadas com sistemas de dessalgação que são capazes de remover os sais existentes no óleo antes do processamento na refinaria. A dessalgação de petróleos é considerada uma operação crítica para a refinaria devido à importância de se alcançar as especificações de quantidades aceitáveis de sal e água no óleo tratado. Por estas razões, a medição dos teores de sal e água em óleos é de alta importância para toda a cadeia do setor petróleo, incluindo produção, processamento, transporte e refino. O principal objetivo deste trabalho é determinar o teor de sais em óleos via condutivimetria e analisar se o sinal de condutividade pode ser utilizado na predição da salinidade de emulsões de petróleo em tempo real. Mostra-se que o sinal de condutividade é sensível a ambos os teores de sal e água, e que modelos empíricos bastante simples podem ser construídos para correlação entre as propriedades e o sinal de condutividade com ajuste bastante adequado. Por fim, mostra-se que os modelos permitem a avaliação em tempo real do teor de sais de emulsões de petróleo via condutivimetria, mesmo quando se empregam teores de água até 20% (v/v) e petróleos distintos.
Palavras-chaves: petróleo, monitoramento, condutivimetria, dessalgação, tratamento eletrostático.
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Abstract of Dissertation presented to the Process Engineering Graduate Program of Universidade Tiradentes as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)
Agnaldo Cardozo Filho
In the petroleum industry, there is a great variation in the salt content of crude oils depending mainly on the source and, possibly, on the producing wells or zones within a field. In almost all cases, the salt content of the crude oil consists of salt dissolved in small droplets of water that are dispersed in the crude. The presence of salt in the crude oil leads to several problems during transporting and the refining processes, including corrosion of lines, fouling, and also the deactivation of catalysts employed at the refinery. As a consequence, the refinery sites are generally equipped with desalting systems which are able to perform the desalination of the crude oil to be processed in the refinery. The desalting is considered a critical operation at the refinery due to the importance of meeting the specifications of the acceptable quantities of salt and water in the treated oil. For these reasons, measurements of salt and water content in crude oils are very important in all oil industry operations including crude oil production, processing, transportation and refining. The main objective of this work is evaluating the salt content of crude oils using conductivimetry and observing whether the conductivity signal may be used for predicting the salinity of water-in-crude oil emulsions at real time conditions. It is shown that the conductivity signal is sensitive to changes of both salt and water contents, and that empirical models may be built to correlate these properties with the signal fairly well. Finally, it is shown that these models allow the on-line evaluation of salt content in water-in- crude oil emulsions with conductivimetry, even when 20% water contents (v/v) and different crude oils are employed.
Keywords: crude oil, monitoring, desalting, conductivimetry, electrostatic treatment.
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Considerações dos Experimentos no Labcomp 2100. .........................................................
Apêndice II ..............................................................................................................................
Dinâmica da Condutância e do Teor de Sais (experimental, “Mod a” e “Mod b”) no Tempo. .............................................................................................................................................
Apêndice III.............................................................................................................................
Construção do Condutivímetro “LQP-ITP” ........................................................................
Índice de Figuras
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Índice de Tabelas
Tabela 1. Condições de operação da dessalgadora Q&A/NPRA (COLLINS, 2004)...............
Tabela 2. Petróleos utilizados no estudo e avaliação da técnica de condutivimetria na determinação do teor de sais. (amostras de referência) ....................................................
Tabela 3. Perfil de Condutância com a Concentração de Sais. ................................................
Tabela 4. Óleos utilizados no Experimento_1..........................................................................
Tabela 5. Estimação dos Parâmetros do Mod 3. ......................................................................
Tabela 6. Estimação dos Parâmetros do Mod a........................................................................
Tabela 7. Estimação dos Parâmetros do Mod b. ......................................................................
CAPÍTULO I – Introdução
As unidades dessalgadoras não possuem instrumentos confiáveis capazes de fornecer dados sobre o desempenho da dessalgação, sendo então operadas como “caixa-preta”. A despeito de oscilações freqüentes na qualidade do petróleo processado, incluindo variações de BSW, distribuição de tamanho de gotas da água emulsionada, composição do petróleo e teor de sais, as condições de operação do equipamento são usualmente mantidas constantes. Esta ausência de um controle “ feedback ” se deve em grande parte à falta de instrumentação adequada ao monitoramento da dessalgação. A conseqüência direta disso é que a dessalgadora opera em condições sub-ótimas na maior parte do tempo, requerendo então a adição de quantidades excessivas de produtos químicos para inibição de corrosão e controle de pH, implicando grande geração de efluentes para tratamento. O controle da qualidade dos óleos dessalgados tem sido tarefa exclusiva de laboratórios, os quais geralmente efetuam análises destrutivas das amostras para avaliação da salinidade das correntes. Contudo, mesmo em laboratório a caracterização de petróleos é complexa. Apesar dos métodos utilizados obedecerem a normas técnicas padronizadas, o que poderia assegurar a adequação dos procedimentos, a prática tem mostrado que nem sempre as normas são apropriadas para determinados tipos de petróleo. De fato, tais normas são geralmente elaboradas com base em poucos tipos de petróleos, sendo impossível que sua validade se estenda para todas as gamas de petróleos existentes na natureza. Assim, a despeito da existência de normas técnicas de caracterização consagradas internacionalmente, é comum por parte das companhias a implementação de modificações às normas existentes, ou a elaboração de novos métodos alinhados com o inventário de petróleos da companhia. Em alguns casos, estas modificações são incorporadas à norma, provando mais uma vez que o procedimento padrão é passível de atualizações, não podendo ser visto como um método definitivo.
Diante deste cenário de falta de instrumentação adequada para monitoramento do processo de dessalgação e da complexidade da caracterização de petróleos em laboratório, percebe-se a importância prática de se desenvolverem instrumentos capazes de fornecer estimativas confiáveis sobre o teor de sais das correntes da dessalgadora.
Por ser um instrumento muito simples, leve e barato, o condutivímetro tem sido empregado em análises rotineiras de condutividade de soluções, seja em laboratório ou em atividades de campo. Uma das aplicações mais corriqueiras da condutivimetria é a determinação da concentração de substâncias iônicas, bastando para isto uma curva de calibração que associe a condutividade de soluções conhecidas com a concentração das mesmas. Em particular, já existem algumas normas técnicas para medição de salinidade em
CAPÍTULO I – Introdução
petróleos baseadas na medida de condutância de petróleos diluídos em mistura de solventes. Porém, dentre as dificuldades da utilização do procedimento para fins de monitoramento em tempo real da salinidade estão a necessidade de preparação de solventes e a reconhecida influência que a temperatura e o BSW exercem sobre as medidas de condutividade. Assim, pouco tem sido feito para adaptação do instrumento para medidas da salinidade de petróleos em tempo real.
Diante do relato, e tendo sido detectada a possibilidade de se utilizar a condutivimetria para o monitoramento em tempo real de propriedades de correntes de petróleo salgado, este trabalho busca atingir os seguintes objetivos:
1 - desenvolver um sistema de monitoramento em tempo real da concentração de sais, baseado na técnica de condutivimetria;
2 - estabelecer uma estratégia de calibração do instrumento para inferência da concentração de sais em petróleos e emulsões;
3 - utilizar o sistema de monitoramento para avaliação da concentração de sais de correntes contendo petróleos com diferentes características.
A apresentação do trabalho foi organizada em 5 capítulos. No Capítulo 2 é feita uma revisão da literatura sobre dessalgação de petróleos, considerando as técnicas disponíveis para o acompanhamento do processo. Apresenta-se também uma revisão sobre condutivimetria, destacando fundamentos e aplicações em sistemas pouco condutivos, envolvendo uma fase orgânica. No Capítulo 3 são apresentados os materiais e métodos utilizados no estudo experimental para caracterização de petróleos salgados e dessalgados, além dos procedimentos utilizados para calibração do condutivímetro comercial. O Capítulo 4 trata do desenvolvimento de uma estratégia de avaliação de salinidade via condutivimetria, adaptada para emulsões de petróleo. Discute-se também a capacidade da técnica no monitoramento em tempo real da salinidade de correntes contendo petróleos com diferentes características. No Capítulo 5 são apresentadas conclusões e algumas sugestões para trabalhos futuros.
CAPÍTULO III – Materiais e Métodos
O objetivo deste capítulo é apresentar uma breve revisão da literatura sobre os temas abordados nesta dissertação. Inicialmente são apresentadas características básicas de petróleos e emulsões. Em seguida, uma descrição do processo de dessalgação, dos métodos de caracterização existentes, enfatizando aplicações, vantagens e desvantagens. Maior destaque é dado ao processo de dessalgação, que é foco principal desta dissertação e que encerra os maiores fatores motivacionais: dessalgação eficiente com monitoramento em tempo real , redução da geração de efluentes e a redução de custo associado às análises laboratoriais de rotina. Em seguida, são revisados trabalhos recentes sobre a aplicação da técnica de condutivimetria dentro e fora da indústria de petróleo, destacando tipos de medidas, tipos de equipamentos, vantagens e desvantagens.
O petróleo é constituído, por uma mistura de compostos químicos orgânicos (hidrocarbonetos), cujo estado físico considerando condições normais de temperatura e pressão é predominantemente líquido, podendo assumir o estado gasoso quando a mistura contém uma maior porcentagem de componentes com baixo peso molecular (THOMAS, 2004).
O petróleo geralmente se apresenta associado à água, que por sua vez contém sais minerais em solução. Essa associação é devida, sobretudo, à tendência natural de acúmulo da água salgada gerada pelas formações geológicas para as partes inferiores de reservatórios de petróleo. Com métodos adequados e racionais de produção, é possível obtê-lo com o mínimo teor de água salgada. Todavia, à medida que o campo vai sendo explorado, há a tendência de aumentar a proporção de água no óleo extraído (PERRONE, 1965; RAMALHO, 2002; MARIANO, 2005).
Diante da complexidade de sua composição, não existem dois petróleos idênticos. As diferenças na composição, além de influírem nas suas propriedades, têm igualmente ponderável influência sobre a técnica de refino e, freqüentemente, determinam os produtos que podem ser obtidos. Desta maneira, é óbvio que nem todos os derivados podem ser obtidos
