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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22098
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Estudo da estabilidade de asfaltenos em função da temperatura e contribuição das interações entre asfaltenos via modelagem coloidal |
Título(s) alternativo(s): | Study of the stability of asphaltenes as a function of temperature and contribution of interactions between asphaltenes via colloidal modeling |
Autor: | Santos, Mischelle Paiva dos ![]() |
Primeiro orientador: | Lima, Eduardo de Almeida Rocha |
Segundo orientador: | Paredes, Márcio Luís Lyra |
Primeiro membro da banca: | Costa, André Luiz Hemerly |
Segundo membro da banca: | Dariva, Claudio |
Terceiro membro da banca: | Rolemberg, Marlus Pinheiro |
Quarto membro da banca: | Nunes, Rita de Cássia Pessanha |
Quinto membro da banca: | Reis, Rodrigo Azevedo dos |
Resumo: | Nesta tese foi realizado o estudo de estabilidade de asfaltenos em óleo cru, em função da temperatura, comparando diferentes técnicas de detecção do início da precipitação (onset), por meio da identificação e quantificação das partículas de asfalteno e de sua distribuição de tamanhos, impondo ciclos de variação de temperatura. Na análise de microscopia, foi possível obter fotos das lâminas, que posteriormente foram tratadas com o auxílio do software ImageJ. Em seguida, foi realizado o estudo experimental da evolução da distribuição dos asfaltenos em função temperatura, um ciclo de temperatura foi realizado, aquecimento seguido de resfriamento com retorno para a temperatura inicial. A comparação das diferentes técnicas de detecção do início da precipitação permitiu concluir que a microscopia óptica apresenta resultados mais confiáveis para o início desta detecção, mas requer treinamento do analista para identificar o início da floculação, principalmente quando a amostra é óleo, devido à presença de outros componentes além dos asfaltenos. A análise do índice de refração pode ser usada em conjunto com a densidade para ajudar a inferir rapidamente a região onde começa a precipitação do asfalteno, mas essa análise deve ser feita com cuidado, pois o onset pode não ser identificado. O uso apenas do índice de refração não levou à identificação do onset. A análise por espectroscopia UV-Vis apresentou algumas limitações, portanto a sugestão para trabalhos futuros é o uso de espectroscopia de refletância difusa ou usar caminhos ópticos menores, ou ainda um possível uso de DLS (Dynamic light scattering) para identificar pequenos aglomerados que não foram detectados por microscopia óptica devido à limitação do tamanho de detecção. Os dados obtidos através da microscopia óptica foram tratados permitindo quantificar a distribuição de tamanhos de partículas, em função das condições do sistema. A análise estatística dos resultados da microscopia óptica permitiu uma análise detalhada do fenômeno. Ao comparar os volumes dos precipitados antes e depois do resfriamento, é possível observar que o volume das partículas menores não varia significativamente em cada classe, mas o volume das partículas maiores continua aumentando mesmo com o resfriamento, mostrando que o fenômeno é irreversível. Outra contribuição é a modelagem das forças de interação, que foi realizada através da análise teórica com base na teoria de Hamaker e na teoria repulsiva De Gennes. Quando os parâmetros do termo atrativo e do termo repulsivo do modelo foram mantidos constantes, verificou-se maior estabilidade com o aumento da temperatura, diferente do que foi encontrado experimentalmente. Por outro lado, observou-se que a redução do parâmetro relacionado ao comprimento das cadeias alquílicas pode explicar o comportamento macroscópico experimental do Shale oil estudado e alguns comportamentos diferentes relatados na literatura, como aumento do volume de floculado com o aumento da temperatura. Esta redução de tamanho do comprimento das cadeias alquila pode ser atribuída a um efeito de dessolvatação. Assim, a parametrização adequada do modelo pode mimetizar o comportamento do efeito da temperatura. Além disso, o uso adequado desta teoria parece ser uma forma promissora de representar interações microscópicas em sistemas asfaltenos, incluindo resultados anteriores da literatura. |
Abstract: | In this thesis, a study of the stability of asphaltenes in crude oil was carried out, as a function of temperature, comparing different techniques for detecting the onset of precipitation (onset), through the identification and quantification of asphaltene particles and their size distribution, imposing temperature variation cycles. In the microscopy analysis, it was possible to obtain photos of the slides, which were later treated with the help of ImageJ software. Next, an experimental study of the evolution of the distribution of asphaltenes as a function of temperature was carried out, a temperature cycle was carried out, heating followed by cooling with a return to the initial temperature. The comparison of different techniques for detecting the beginning of precipitation allowed us to conclude that optical microscopy presents more reliable results for the beginning of this detection but requires analyst training to identify the beginning of flocculation, especially when the sample is oil, due to the presence of components other than asphaltenes. Refractive index analysis can be used in conjunction with density to help quickly infer the region where asphaltene precipitation begins, but this analysis must be done with caution as the onset may not be identified. Using only the refractive index did not lead to the identification of the onset. The analysis by UV-Vis spectroscopy presented some limitations, therefore the suggestion for future work is the use of diffuse reflectance spectroscopy or using smaller optical paths, or even a possible use of DLS (Dynamic light scattering) to identify small clusters that were not detected by optical microscopy due to limitation of detection size. The data obtained through optical microscopy were processed allowing the particle size distribution to be quantified, depending on the system conditions. Statistical analysis of optical microscopy results allowed a detailed analysis of the phenomenon. When comparing the volumes of precipitates before and after cooling, it is possible to observe that the volume of smaller particles does not vary significantly in each class, but the volume of larger particles continues to increase even with cooling, showing that the phenomenon is irreversible. Another contribution is the modeling of interaction forces, which was carried out through theoretical analysis based on Hamaker theory and De Gennes repulsive theory. When the parameters of the attractive term and repulsive term of the model were kept constant, there was greater stability with increasing temperature, different from what was found experimentally. On the other hand, it was observed that the reduction of the parameter related to the length of the alkyl chains can explain the experimental macroscopic behavior of the Shale oil studied and some different behaviors reported in the literature, such as an increase in the flocculate volume with increasing temperature. This size reduction in the length of the alkyl chains can be attributed to a desolvation effect. Thus, adequate parameterization of the model can mimic the behavior of the temperature effect. Furthermore, proper use of this theory appears to be a promising way to represent microscopic interactions in asphaltene systems, including previous results from the literature. |
Palavras-chave: | Asphaltene precipitation Temperature effect Crude oil Precipitação de asfaltenos Efeito da temperatura Óleo cru Engenharia química Asfaltenos Petróleo |
Área(s) do CNPq: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
Citação: | SANTOS, Mischelle Paiva dos. Estudo da estabilidade de asfaltenos em função da temperatura e contribuição das interações entre asfaltenos via modelagem coloidal. 2023. 180 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2023. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22098 |
Data de defesa: | 1-Set-2023 |
Aparece nas coleções: | Doutorado em Engenharia Química |
Arquivos associados a este item:
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