ISBN 978-85-85905-15-6
Área
Iniciação Científica
Autores
Santana, R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO) ; de Souza Lima, V. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO) ; Asthon Nunes Chrisman, E.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO)
Resumo
Para refinar o petróleo é fundamental uma avaliação de suas propriedades físico químicas dentre as quais pode-se destacar o teor de asfaltenos responsável por sérios problemas de entupimentos e desativação de catalisadores. O conhecimento químico desta fração pode ajudar a minimizar tais problemas. Sob esta ótica, três petróleos nacionais diferentes com faixas de teor de asfaltenos de 1,6 a 4,5% foram caracterizados e tiveram seus asfaltenos fracionados sequencialmente, com solventes de momento dipolo entre 1,78D e 3,92D, resultando em no máximo 15% material extraído dividido em 4 subfrações com 85% da massa total de asfaltenos não apresentando nenhuma interação com os solventes utilizados, sendo ao final extraída com tolueno.
Palavras chaves
Asfaltenos; Avaliação de petróleo; Fracionamento
Introdução
O petróleo pode ser definido como uma mistura complexa constituída predominantemente de hidrocarbonetos e derivados orgânicos sulfurados, nitrogenados, oxigenados e organometálicos. Os hidrocarbonetos presentes no petróleo podem ser classificados em 3 classes principais: saturados, aromáticos e polares (SAP). Os polares compreendem as frações de asfaltenos e resinas[1,2]. Ambas são frações complexas de massa molar elevada, alta relação carbono/hidrogênio podendo conter enxofre, oxigênio e nitrogênio, e que se diferenciam por suas solubilidades em solventes específicos sendo definidos como uma classe de solubilidade [3,4]. Os asfaltenos são responsáveis por uma série de problemas, desde a produção até o refino [5], causando entupimento de rochas reservatório, estabilizando emulsões[6], envenenando catalisadores, obstruindo tubulações de escoamento, dentre outros[7], que resultam em elevados custos de produção. Há um enorme esforço para caracterizar os asfaltenos em termos das estruturas químicas presentes nessa mistura complexa a fim de facilitar o entendimento de suas propriedades e auxiliar no desenvolvimento de metodologias que impeçam sua precipitação indesejada. Informações estruturais têm sido obtidas, porém não representam completamente a variedade química e estrutural que tais misturas podem conter[8], pois são baseadas em valores médios de parâmetros moleculares. Por isso, subfracionar essa mistura pode permitir a obtenção de dados mais consistentes dos diferentes componentes presentes. Este projeto de pesquisa tem por objetivo avaliar as propriedades físico- químicas de três petróleos nacionais e estudar a influência da utilização de solventes de diferentes polaridades no fracionamento de seu
Material e métodos
A princípio foram realizadas as análises de: teor de asfaltenos, teor de sólidos, teor de água, IAT, viscosidade, densidade e grau API. Seguindo a norma ASTM-6560 foram obtidos 10g de asfaltenos de cada petróleo em estudo. A escolha dos solventes orgânicos para o fracionamento foi baseada em seu momento de dipolo[9]. Para cada extração foi utilizada 1g de asfaltenos (A, B, C) em papel de filtro, devidamente dobrado (Figura 2A) em conjunto extrator balão acoplado em condensador de bolas e placa de aquecimento (Figura 2D) sob refluxo para testes de solubilidade individualizados. A partir desses dados foi determinado o intervalo de momento de dipolo a qual a extração ocorreu, entre 1,78D a 3,92D. E, com base nas massas obtidas foi escolhida a sequência de solventes para o fracionamento: acetonitrila, acetato de etila, cetona etílica e metílica e cetona isobutílica e metílica. Cada extração usou 1g de asfalteno com as trocas promovidas com base no gotejamento incolor (Figura 2B). A troca de solvente foi feita seguindo a sequência, a subfração solúvel foi levada a capela para secagem a temperatura ambiente (Figura 2C) e posteriormente pesada. Após o último solvente o sólido remanescente no papel de filtro foi solubilizado com tolueno.
Resultado e discussão
Analisando-se os resultados apresentados na Tabela 1 pode-se perceber
que
os petróleos escolhidos são bem diferentes entre si. O petróleo A é o
mais leve, maior ºAPI, menor viscosidade, baixo teor de água, média acidez e
médio teor de asfaltenos. O petróleo B é o mais pesado, menor ºAPI,
com
viscosidade intermediária, baixo teor de água e de sólidos, menor teor de
asfaltenos e maior índice de acidez, possivelmente pela presença de ácidos
naftênicos. O petróleo C também é pesado, ºAPI intermediário, baixa
acidez e apresenta os maiores valores de viscosidade, teor de água, teor de
sólidos e teor de asfaltenos, sendo considerado, por isso, o de maior
polaridade.
A extração com solventes apresentou resultados bem distintos como pode ser
visto
na Tabela 2. A extração com acetonitrila, de maior momento dipolo
(3,92D)
resultou em pouquíssima quantidade de material extraído, possivelmente
devido as
características estruturais dos asfaltenos que apesar de serem as espécies
de
maior polaridade no petróleo, apresentam um grande aglomerado de anéis
aromáticos de baixa polaridade. Os outros solventes extraíram uma maior
quantidade de material, dependendo das afinidades com cada tipo de
asfaltenos,
com base nas suas características estruturais particulares. O solvente que
mais
destacou as diferenças entre os asfaltenos foi a cetona isobutílica e
metílica, de maior
momento dipolo (2,80D) apresentando o maior valor extraído para o
asfalteno
C (5,7%) e menor valor para o asfalteno B (3,8%), mesmo após a
extração com cetona etílica e metílica, de momento dipolo muito próximo
(2,78D).
Características dos petróleos (Tabela 1), momento de dipolo e resultados do fracionamento seletivo (Tabela 2)
(A)Diagrama do papel de filtro. (B) Etapa de extração. (C) Subfrações. (D) Conjunto utilizado para extração. (E) Asfaltenos concentrados em becker.
Conclusões
Com base nos resultados obtidos com a avaliações físico-químicas dos petróleos e o fracionamento de seus asfaltenos pode-se concluir que existe diferenciação significativa nas estruturas presentes nessa fração principalmente pelos resultados obtidos após a passagem pela cetona etílica e metílica, reforçando a necessidade de maior conhecimento químico dessas estruturas presentes nos asfaltenos.
Agradecimentos
À Erika e a Viviane pela orientação, confiança, amizade e apoio para o desenvolvimento desse trabalho; para todos os amigos de laboratório; ao PIBIC/UFRJ pela bolsa
Referências
1.WANG, J.; FAN, T.; BUCKLEY, J. S.; (2002). “Evaluating Crude Oils by SARA Analysis”. Paper SPE-2002 (75228) Presented at SPE/DOE Improved Oil Recovery Symposium in Tulsa, Oklahoma;
2.SPEIGHT, J. G.; (2001). “Handbook of Petroleum Analysis.” John Wiley & Sons, Laramie, Wyoming;
3.HASSAN SABBAH, AMY L. MORROW, ANDREW E. POMERANTZ, AND RICHARD N. ZARE. (2011). ‘’Evidence for Island Structures as the Dominant Architecture of Asphaltenes’’, Energy Fuels, 25, 1597–1604;
4.NORDGARD ERLAND L., SØRLAND GEIR, AND SJOBLOM JOHAN, (2010). “Behavior of Asphaltene Model Compounds at W/O Interfaces”. Langmuir Article, 26(4), 2352–2360;
5.TREJO, F., ANCHEYTA J., (2007). “Characterization of Asphaltene Fractions from Hydrotreated Maya Crude Oil”. Ind. Eng. Chem. Res., 46, 7571-7579;
6.P. C. SCHORLING , D.G. KESSEL, I. RAHIMIAN. (1999), ‘’Influence of the Crude Oil Resin/Asphaltene ratio on theStability of Oil/Water Emulsions’’. ColloidsandSurfaces, A: PhysicochemicalandEngineeringAspects 152, 95–102;
7.R. PEREZ-PEREZ-HERNANDEZ; D. MENDOZA-ANAYA, G. MONDRAGON-GALICIA, M.E. ESPINOSA, V. RODRIGUEZ-LUGO, M. LOZADA, J. ARENAS-ALATORRE. (2003). ‘’Microstructural Study of Asphaltene Precipitated with Methylene Chloride and N-Hexane’’. Fuel 82 (2003) 977–982.
8.MERDRIGNACI., ESPINAT D., (2007). “Physicochemical Characterization of Petroleum Fractions:the State of the Art”. Oil & Gas Science and Technology – Rev. IFP, Vol. 62, No. 1, pp. 7-32;
9.DEAN, John A.. Lange's handbook of chemistry. 15thedn. New York: McGraw-Hill.1993
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