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Title in Portuguese: Análise do grau de agregação de asfalteno e da formação de emulsão água/óleo através de modelo Coarse-Grain
Author: Silvino, Pedro Felipe Gadelha
Advisor(s): Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de
Keywords: Engenharia química
Precipitação de asfalteno
Mesoescala
Simulação molecular
Petróleo
Molecular simulation
Asphaltene
Mesoscale
Precipitation
Emulsion
Issue Date: 5-Dec-2018
Citation: SILVINO, P. F. G. Análise do grau de agregação de asfalteno e da formação de emulsão água/óleo através de modelo Coarse-Grain. 2018. 151 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: Asfaltenos são os componentes mais pesado presentes no petróleo e representam uma classe de solubilidade de compostos que são solúveis em tolueno e insolúveis em n-heptano. Devido a variações de pressão, de temperatura ou de composição, os asfaltenos podem precipitar na formação ou nos equipamentos de produção e de processamento, além disso, asfaltenos são alguns dos principais compostos responsáveis pela estabilização das emulsões água/óleo no petróleo bruto. A precipitação de asfalteno e a estabilização de emulsões são questões importantes da indústria do petróleo e aumentam o custo de produção. A simulação molecular é uma importante ferramenta para estudar os mecanismos envolvidos nesses fenômenos, trazendo informações valiosas para melhorar os métodos existentes de prevenção de precipitação e emulsão. Técnicas de dinâmica molecular de Coarse-Grain (CG) foram aplicadas para simular a precipitação de asfaltenos e a estabilização de emulsões com escalas de tempo e de espaço compatíveis com a complexidade desses sistemas. Uma proposição para um modelo CG de moléculas de asfalteno para estas simulações foi parametrizada por comparação com simulações atomísticas. O comportamento do asfalteno na interface óleo/água foi estudado através do ângulo entre as moléculas de asfalteno e a interface e através do perfil de distribuição de densidade. O efeito da concentração e do tipo de asfalteno sobre a tensão interfacial óleo/água foi validado. As evoluções temporais da agregação de moléculas de asfalteno em variados óleos modelo heptano/tolueno foram avaliadas e uma metodologia baseada em simulação foi aplicada para determinar o início da precipitação do asfalteno. A formação e a estabilização de emulsões foram simuladas, sendo possível determinar a quantidade mínima de asfaltenos necessária para evitar a coalescência das gotículas de água. Os modelos e metodologias propostos neste trabalho podem ser usados para representar sistemas petrolíferos complexos e grandes por meio de simulações com longas durações e descrever o comportamento do asfalteno em diferentes condições.
Abstract: Asphaltenes compounds are the heaviest hydrocarbon fraction in the petroleum and represent a solubility class of compounds that are toluene soluble and n-heptane insoluble. Due changes in pressure, temperature or composition, asphaltenes can precipitate in the formation or in the production and processing equipment, in addition, asphaltenes are some of the main compounds responsible for the stabilization of water/oil emulsions in crude oil. The asphaltene precipitation and the stabilization of emulsions are important petroleum industry issues that increase the production cost. Molecular simulation is an important tool to study the mechanisms involved in these phenomena bring valuable insights to improve the existing methods of precipitation and emulsion prevention. Coarse-Grained (CG) molecular dynamics techniques were applied to simulate the asphaltene precipitation and the stabilization of emulsions with time and space scales compatible with the complexity of these systems. A proposition for an asphaltene molecules CG model for these simulations was parameterized by comparison with atomistic simulations. The behavior of asphaltene at the oil/water interface was studied using the angle between asphaltenes molecules and interface and the density distribution profile. The effect of asphaltene concentration and type on the oil/water interfacial tension was validated. The temporal evolutions of asphaltenes molecules aggregation at several heptane/toluene model oils were evaluated and a simulation-based methodology was applied to determine the onset of asphaltene precipitation. The formation and stabilization of emulsions were simulated, it being possible to determine the minimum amount of asphaltenes necessary to avoid water droplets coalescence. The models and methodologies proposed in this work can be used to represent complex and large petroleum systems by long-time simulations and describe the asphaltene behavior at different conditions.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/38224
metadata.dc.type: Tese
Appears in Collections:DEQ - Teses defendidas na UFC

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