Introdução
A etapa de processamento primário de petróleo é um papel fundamental na preparação desse insumo para a produção de produtos refinados. Uma das complexidades enfrentadas neste processo é a formação de emulsões, que ocorrem devido à presença de emulsionantes naturais no petróleo, água e as taxas de cisalhamento impostas durante seu transporte. Os emulsificantes mencionados são moléculas de asfaltenos, resinas e outros compostos presentes no óleo, como ácidos orgânicos (por exemplo, naftênicos, carboxílicos), os quais migram para a interface água/óleo e proporcionam a formação e estabilidade da emulsão. Além disto, outras condições são importantes no que diz respeito à estabilidade dessas emulsões, como o pH, a quantidade de água e presença de sais.
Para superar esses desafios e garantir a efetiva quebra da emulsão e separação da água do petróleo, são utilizadas formulações desemulsificantes. Além de promover a quebra das emulsões, tem como objetivos assegurar a qualidade da água gerada, da interface água/óleo e reduzir os valores de água residual na fase oleosa.
O processo para a escolha do melhor tipo de formulação desemulsificantes é demorado e trabalhoso, envolvendo muitos testes de compatibilidade entre os aditivos e também de desempenho na quebra dessas emulsões. Nesse intuito, o presente artigo visa trazer informações de práticas para acelerar a escolha desses químicos e garantir a efetiva separação água/óleo.
Antes de iniciar os estudos para a definição do melhor químico a ser utilizado no processo de desemulsificação, é importante realizar uma caracterização completa do petróleo. Para isso são realizados testes para avaliação do grau API (American Petroleum Institute), análise SARA (Saturados, Asfaltenos, Resinas e Aromáticos) e a determinação do BSW (Basic sediments and Water). O grau API é utilizado para medir a densidade relativa do óleo de interesse através da fórmula:
Onde ρ é a densidade relativa e é obtida da razão entre a massa específica do petróleo e a massa específica da água, ambos na temperatura de 60 °F.
BSW se refere a quantidade de água e sedimentos presentes no petróleo e após o processo de desemulsificação, é importante que seus valores sejam inferiores a 1% v/v a fim de garantir a qualidade do óleo produzido.
As formulações desemulsificantes são misturas complexas e compostas por diferentes produtos químicos dissolvidos em solventes. Os ativos utilizados são em sua maioria derivados de óxido de etileno e de propileno que conferem características anfifílicas e consecutivamente, atividade em interfaces. Esses ativos podem ser copolímeros EO/PO, resinas alquil fenol formaldeído alcoxiladas, derivados de resinas epóxi, aminas alcoxiladas, entre outros. As formulações são propostas através da combinação de diferentes químicas visando atender demandas específicas para cada tipo de petróleo.
Geralmente, as formulações contêm entre 30 e 40% m/m de ativos químicos e o restante da formulação são solventes. Com isso, as propriedades físico-químicas dos solventes, tais como densidade, viscosidade e ponto de fulgor influenciam diretamente nas características das formulações desemulsificantes.
O desempenho dessas formulações está diretamente relacionado aos fatores acima mencionados de características do petróleo, bem como a temperatura do processo de desemulsificação, tempo de residência nos tanques separadores, entre outros.
Principais Classes de Desemulsificantes
Como vimos, os ativos utilizados em formulações desemulsificantes são agentes anfifílicos que possuem a capacidade de atuar na interface água/óleo e deslocar os emulsificantes naturais presentes no petróleo. Esses materiais possuem solubilidades diferentes nos solventes utilizados nas formulações, ou seja, alguns são mais hidrofóbicos e outros mais hidrofílicos. A fim de se padronizar esse balanço de hidrofobicidade, é comum o uso de um parâmetro chamado RSN (Relative Solubility Number). Esse valor coloca todas as diferentes químicas em uma mesma escala, onde valores baixos de RSN identificam aditivos mais hidrofóbicos, ou seja, com maior afinidade a fases óleo. Por outro lado, valores mais altos de RSN são obtidos para bases com maior afinidade com a fase aquosa.
Após conhecer as propriedades físico-químicas de cada aditivo desemulsificante, é importante entender como ele atuará na quebra da emulsão, ou seja, se atuará na efetividade da separação, na qualidade da água gerada, ou na velocidade de quebra, por exemplo.
Rompedores de emulsão – Breakers / Droppers
Identificam-se nesse grupo os químicos com a função de conferir cinética de separação da água emulsionada em petróleo e atuam, principalmente, nas emulsões primarias (tamanho de gotículas maiores). São produtos indicados para cenários offshore, pois nesses casos, o tempo de residência é extremamente curto aproximadamente 15 a 20 minutos de ação do produto. Os RSN’s destes produtos tendem a ser de médio a altos, geralmente acima de 12. As resinas alquil-fenol formaldeído alcoxiladas, são a classe química mais comumente utilizada com esse objetivo. Esses químicos fazem parte do portofolio Indorama como linha Ultroil® EB 1000.
Produtos para tratamento – Treaters / Polishers
Geralmente produtos identificados como Treaters são utilizados com objetivo de se melhorar a qualidade de água produzida e da interface água/óleo. Essa melhora na qualidade da água deve-se principalmente a reduções no teor de óleo presente na fase aquosa separada. Cita-se aqui o uso de Copolímeros EO/PO para atender essa característica, principalmente os produtos de maior valor de RSN, geralmente acima de 18. A Indorama conta com um portfólio de Copolímeros EO/PO de diferentes propriedades físico-químicas, RSN e tipos de cadeias para atender os mais diversos desafios dessa indústria. Procure pelos produtos das linhas Ultroil® EB 2000, e Surfonic® OFD.
Os Polishers, são aditivos que atuam tanto para a acelerar a quebra das emulsões, quanto para melhorar a qualidade de água e fazem parte do portfólio Ultroil® EB 3000.
Produtos para secagem – Dryiers
Para a qualificação ideal do petróleo produzido, é necessária a mínima quantidade de água residual. Nesse sentido, são utilizados produtos químicos que atuam em sinergia com os breakers e visa flocular as gotículas de petróleo ainda presentes no óleo e assim, garantir a coalescência e secagem do petróleo produzido. Estes aditivos geralmente apresentam RSN entre 6 e 10, ou seja, possuem maior solubilidade em óleo. A Indorama possui em seu portfólio linha Ultroil® EB 4000 que atua como agente secante em formulações desemulsificantes.
Intensificadores de performance – Boosters
Alguns aditivos químicos podem ser utilizados com o objetivo de aumentar ou melhorar a eficiência de formulações de desemulsificantes. São geralmente utilizados em situações em que a composição de petróleo tem características bem específicas, como alto teor de parafinas, asfaltenos ou sólidos. Alguns exemplos desses aditivos são moléculas de surfactantes de baixa massa molar, como os Alquil Benzeno Sulfônicos, Álcoois etoxilados, entre outros. Em casos mais críticos de altas quantidades de asfalteno e parafina, pode-se utilizar inclusive agentes dispersantes para esses componentes. A Indorama conta com produtos como o Lavrex® 200 BP, a linha XOF e também o SURFONIC® OFD 750, além de um portfólio completo de álcoois graxos etoxilados.
Como escolher seu desemulsificante
A escolha dos aditivos desemulsificantes e consecutivamente da proposta de uma formulação desemulsificante está diretamente relacionada às condições e cenários específicos que se desejam tratar. É necessária avaliar-se desde as propriedades do petróleo bruto, que pode apresentar diferentes composições (análise SARA), grau API, quantidades e tipos de agentes emulsionantes, porcentagens de água e sedimentos básicos, além da salinidade do petróleo.
Além das características do petróleo, deve-se levar em conta as condições de campo, como tempo de residência e temperatura dos tanques separadores. Além disso, a escolha do solvente também é fundamental para o desempenho das formulações, sendo os mais comumente utilizados: etanol, isopropanol, xileno, solventes aromáticos pesados, entre outros. Abaixo listamos algumas indicações de uso dos produtos Indorama para cada tipo de desafio de emulsão.
Entre as principais características que definem os tipos de produtos que podem ser utilizados para cada tipo de petróleo, destacam-se: altos valores de BSW, baixa temperatura e diferentes valores de API. Essas informações podem ser consultadas em nossos boletins técnicos e/ou catálogos.
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