62460-PPF_-_Tratamento_do_óleo_1

7/30/2019 62460-PPF_-_Tratamento_do_leo_1

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Professora:

Iliana Guimares

PROCESSAMENTO PRIMRIO DE FLUIDOS

Petrleo e Gs

3 Ano Campina Grande/PB


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O petrleo, conforme a teoria da origem orgnica, formado pela decomposio de grandes quantidades dematerial vegetal e animal que, sob ao da presso e calor

gera misturas de compostos constitudos principalmente pormolculas de carbono e hidrognio, os hidrocarbonetos.

2 Processamento Primrio de Fluidos

OCORRNCIA E PRODUO DE PETRLEO


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Estima-se que 95% ou mais do petrleo existente no mundotenha sido originado no mar.

Plnctons - organismos marinhos que vivem na camada superficial dos oceanos.


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Geralmente, o petrleo depois de formado no se acumula narocha na qual foi gerado, a rocha geradora, mas migra, sob ao depresses do subsolo, atravs das camadas de rochas porosas epermeveis adjacentes.

No percurso desta migrao devem existir rochas impermeveis(rochas selantes), que permitam a acumulao do leo.

Processamento Primrio de Fluidos



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comum encontrar o gs natural ocupando as partes maisaltas do reservatrio, e o petrleo (leo) e a gua salgadaocupando as parte mais baixas, em funo da diferena de

densidade e da imiscibilidade entre as fases.


Distribuio de fases no interior de um reservatrio tpico de petrleo.



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Por conta da configurao no reservatrio e das condiesde produo, no apenas petrleo e gs so produzidos, mastambm gua e sedimentos (areia e outras impurezas

slidas, como material de corroso e produtos deincrustao) em quantidades variadas.




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A gua pode ser produzida como gua livre, dispersa,solvel ou emulsionada como gotculas dentro do leo.

gua livre e dispersa facilmente separada por

decantao.

gua solvel existe uma pequena solubilidade da guaem leo, que funo da temperatura e do tipo dehidrocarbonetos (s se separar do petrleo por

destilao).

gua emulsionada requer tratamentos especiais parasua remoo.




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Uma emulso a mistura de dois lquidos imiscveis, sendo umdos quais disperso no outro, sob a forma de gotculas, quemantm-se estabilizada pela ao de agentes emulsificantes.

Existem emulses do tipo leo-em-gua (O/A), onde a gua afase externa; e emulses do tipo gua-em-leo (A/O), onde o leo a fase externa.


Imagem de uma emulso de petrleodo tipo A/O por microscopia.

GERAO DE EMULSES DE PETRLEO


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Dentre os contaminantes presentes, a gua o mais difcilde ser removido, devido a quantidade e a forma(emulsionada) em que pode estar presente na fase lquida.

Esta gua presente nos fluidos produzidos (gua produzida)pode ter duas origens: ou proveniente do prprioreservatrio (gua de formao) ou foi injetada noreservatrio para aumentar a produo de petrleo (gua de

injeo).




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a gua que chega superfciecom o petrleo e o gs.

gua Produzida

gua retida nos poros e fissurasda rocha reservatrio desde a suaformao.

gua injetada no reservatriopara aumentar a produo depetrleo.

gua de injeogua de formao

O que guaproduzida?




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Esquema de um Sistema de Produo com injeo de gua do mar.


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No incio da produo de um reservatrio, o teor de gua nopetrleo produzido tende a ser zero.

Porm, com a continuidade da produo, este teor tende a

aumentar, sendo comum ultrapassar 50%.

A gua produzida pode se aproximar de 100% medida queo poo chega ao fim de sua vida produtiva.

Quando a produo de petrleo acompanhada deelevados teores de gua, diz-se que o campo maduro,sendo este teor avaliado pelo BS&W (Basic Sediments andWater) que determina tambm o teor de sedimentos.




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Volume de gua produzida em funo da idade dos poos produtores.


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Histrico e Previso de Produo e Injeo de gua na Bacia de Campos.


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No reservatrio as fases gua e leo encontram-seseparadas.

No entanto, em funo da forte agitao e do intenso

cisalhamento sofrido ao longo do processo de elevao,formam-se emulses do tipo A/O.




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A gua produzida alm de no apresentar valor econmico,apresenta sais em sua composio, como cloretos, sulfatos ecarbonatos de sdio, clcio, brio e magnsio, dentre outras

espcies qumicas, que podem provocar corroso eincrustao nas instalaes de produo, transporte e refino.

As emulses de petrleo do tipo A/O apresentamviscosidade superior a do petrleo desidratado, afetando as

operaes de elevao e escoamento, que podem levar perda de eficincia do sistema de bombeio e transferncia.




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No processamento primrio, a viscosidade das emulsesdificulta a separao da gua e causa o aparecimento deespuma, requerendo temperaturas elevadas e produtos

qumicos, como desemulsificantes e antiespumantes. Se as emulses forem submetidas a agitao e cisalhamento,

sero formadas gotas menores, tornando as emulses maisestveis, sendo necessrio temperaturas ainda mais

elevadas de processamento e maiores quantidades dedesemulsificantes.

A dificuldade de tratamento ser maior se a emulso sofrerenvelhecimento.


PROCESSAMENTO PRIMRIO DE PETRLEO


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Como o interesse econmico somente na produo dehidrocarbonetos (leo e gs), existe a necessidade de dotaros campos (martimos ou terrestres) de facilidades de

produo, que so instalaes destinadas a efetuar oprocessamento primrio dos fluidos, ou seja, a separaogs/leo/gua.




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Assim, o processamento primrio tem como finalidades:

Promover a separao gs/leo/gua;

Tratar ou condicionar os hidrocarbonetos para seremtransferidos para as refinarias ou Unidades deProcessamento de Gs Natural (UPGNs);

Tratar a gua para que seja destinada condio ambiental e

tecnicamente mais aceitvel (para descarte oureaproveitamento).




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Um sistema de produo pode ter uma planta deprocessamento simples ou complexa.

As plantas simplificadas apenas separam gs/leo/gua,

enquanto as mais completas incluem tratamento do leo,condicionamento e compresso do gs, alm do tratamentoda gua oleosa para injeo no reservatrio ou descarte.

Aps uma separao primria dos fluidos produzidos, ocorre

o tratamento individual das fases gs, leo e gua para seatingir as especificaes necessrias comercializao doleo e gs e as especificaes ambientais para o descarte dagua.




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leo

No pode conter excessivas quantidades de gua esedimentos (BS&W) e sais dissolvidos na gua.

Valores tpicos mximos so:



Principais especificaes exigidas para os fluidos aps oProcessamento Primrio:

Teor de saisRefino: mx. 570 mg/LExportao: mx. 285 mg/L

BS&W

Refino: mx. 1% volExportao: mx. 0,5% vol


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BS&W

Basic Sediments and Water= Teor de gua e sedimentos




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Gs Natural

No pode conter quantidades excessivas de CO2 e H2S e nodeve conter vapor de gua, que pode condensar e formar

hidratos ou causar corroso nas tubulaes.

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Hidrato formado em linha de produo.



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O hidrato uma estrutura cristalina formada a partir da gua edas fraes leves do petrleo (metano, etano e propano), abaixas temperaturas e em elevadas presses.



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gua Produzida

Deve possuir um valor de TOG mximo para poder serdescartada.

As regulamentaes internacionais para plataformas limitamentre 10 e 40 mg de leo por litro de gua.

No Brasil a mdia mensal offshore de 29mg/L (com valor

mximo dirio de 42mg/L). A temperatura tambm deve ser controlada para o descarte:

Temperatura mx. 40C




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Descarte Reinjeo

Onshore: Resoluo 430/2011

Limite de at 20mg/L de leos e graxas

Offshore: Resoluo 393/2007

Mdia mensal de at 29mg/L de leos egraxas, com valor mximo dirio de 42mg/L

gua Produzida

Classificao do CENPES para asguas de injeo segundo seu TOG.

TOG (mg/L) Classificao

0,0 2,40 Boa

2,50 5,00 Tolervel

> 5,00 Ruim




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CONAMA 357/05Dispe sobre a classificao doscorpos de gua e diretrizes ambientaispara o seu enquadramento, bem comoestabelece as condies e padres delanamento de efluentes.

Estabelece o teor mximo de leosminerais nos efluentes lanados noscorpos de gua em 20mg/L.

CONAMA 393/07 (complementa aResoluo 357/05).

Dispe sobre o descarte contnuo degua de processo ou de produo em

plataformas martimas de petrleo egs natural.Estabelece que o descarte de guaproduzida dever obedecer aconcentrao mdia aritmticasimples mensal de leos e graxas deat 29 mg/L, com valor mximodirio de 42 mg/L.

CONAMA 20/86

Dispe sobre a classificao doscorpos de gua e estabelecelimites para serem alcanadosou mantidos ao longo do tempoe condies para o seu uso comsegurana.Estabelece o teor mximo de

leos minerais nos efluenteslanados nos corpos de guaem 20mg/L.

CONAMA 9.433/97 - Lei das guasDispe sobre a gua ser um bem dedomnio pblico, um recurso naturallimitado e dotado de valor econmico.Estabelece que sero atribudos valoreseconmicos tanto para a captaocomo para o descarte da gua,

observando o seu volume,caractersticas e toxicidade.

CONAMA 430/11 (complementa ealtera a Resoluo 357/05).Dispe sobre as condies e padresde lanamento de efluentes.Estabelece o teor mximo de leosminerais nos efluentes lanados noscorpos receptores em 20mg/L.

Legislao no Brasil




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A presena de gua associada ao leo causa uma srie deproblemas:

Na Produo e Transporte

Necessidade de superdimensionamento das instalaes;

Maior consumo de energia;

Segurana operacional: a gua pode provocar problemas decorroso e/ou incrustao que podem resultar em acidentes.

No Refino

Corroso nas torres de destilao;

Perda de qualidade dos produtos finais.




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A eliminao da gua, portanto:

Proporciona um tempo de operao mais longo dasunidades e equipamentos;

Reduz o tempo/custo de manuteno e consumo deprodutos qumicos (inibidores de corroso e incrustao);

Propicia operaes de produo, transporte e refino dentro

dos padres de segurana e qualidade, com menores custos.

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leo + Salmoura

Salmoura

Cloretos (NaCl, MgCl2 , CaCl2)

Sulfatos

Carbonatos

Sais

Sedimentos

Areia

Argila

Lodo, etc.

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A gua produzida , na realidade, uma soluo salina(salmoura) contendo tambm partculas slidas dispersas(sedimentos).


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Vrias so as razes para a remoo dos contaminantespresentes no leo cru: problemas operacionais causadosdurante o refino, sobrecarga do sistema de bombeamento eoleodutos, alm de corroso e incrustao dos dutos eequipamentos.

As principais consequncias resultantes da presena doscontaminantes so:

Corroso nos equipamentos; Deposio de sais nos equipamentos;

Aumento do consumo de produtos qumicos;

Consequncias nos processos subsequentes.

CONSEQUNCIAS RESULTANTES DOS CONTAMINANTES32


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Os cloretos presentes na salmoura so os principais agentescausadores da corroso nos equipamentos.

Valores Mdios encontrados na salmoura:75% de NaCl , 15% de MgCl2 e 10% de CaCl2

Corroso: devido a formao de cloreto de hidrognio gasoso,principalmente pela hidrlise do MgCl2 e em menor extenso do

CaCl2. O NaCl praticamente no sofre hidrlise.

MgCl2 + 2 H2O Mg(OH)2 + 2 HCl

CaCl2 + 2 H2O Ca(OH)2 + 2 HCl

Corroso nos Equipamentos


CONSEQUNCIAS RESULTANTES DOS CONTAMINANTES


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Efeito da temperatura na hidrlise de cloretos no leo cru.

Temperatura

% de Hidrlise

Corroso

A presena de cidos (ex: naftnicos)aumenta a decomposio dos cloretos.



120 C inicia a hidrlise



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Relao entre cloretos convertidos em HCl e teor de sal no leo cru.

Teor de sal

(hidrlise mais completa)



% de cloretos convertidos em HCl

Para o mesmo leo:



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Presena de gua

Forma o cido clordrico, que atacainstantaneamente o ao carbono.

Fe + 2HCl FeCl2 + H2

Reduo de espessuras Segurana

Custos



Corroso Furos

Parada da Unidade Reparos



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Deposio de Sais nos Equipamentos


Os sulfatos e carbonatos so os principais responsveispelos problemas de incrustao nos equipamentos da

refinaria. A solubilidade destes sais na gua funo dos fatores:

concentrao, temperatura de processamento, pH, presso eteor de slidos totais dissolvidos.

Temperatura pH

A solubilidade do CaCO3 diminui com:

Exemplo:



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Aumento do Consumo de Produtos Qumicos

Inibidores de corroso

Neutralizantes de pH (amnia ou aminas)


Alm de dificultar o controle da adio destes produtosdevido a instabilidade do teor de cloretos, podendo geraradies excessivas ou insuficientes.

A corrosividade acentuada obriga um aumento do consumode:



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Consequncia em Processos Subsequentes

Envenenamentos dos catalisadores

Comprometimento na qualidade dos produtos finais

Os sais, sedimentos e os slidos diminutos podem causarproblemas como:



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TRATAMENTO DO LEOProcessamento Primrio de Fluidos

gua produzida com leo existe nasseguintes formas:

gua Livre gua Solvel guaEmulsionadagua Dispersa


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Emulses

Emulso um sistema lquido heterogneo consistindo de dois lquidosimiscveis com um dos lquidos intimamente dispersos na forma degotculas no outro lquido.

Fase dispersa: gotculas (gua)Emulso A/O

Fase contnua: fase na qual esto dispersas as gotas (leo)

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Tipos de Emulses

Emulses estveis: so caracterizadas pela sua persistncia porpelo menos 30 dias e pelo aumento da viscosidade com o passar

do tempo.

Emulses meso-estveis: possuem propriedades intermediriasentre estveis e instveis e quebram em poucos dias (1 a 3 dias).

Emulses de gua infiltrada: so apenas gua suspensa no

petrleo somente por foras viscosas. Quebram em horas,deixando ainda um pouco de gua suspensa.

Emulses instveis: so as que separam fases assim que sodeixadas decantar.

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Condies necessrias para formao de emulses estveis

1. Dois lquidos imiscveis em contato

2. Agitao

3. Agentes emulsificantes

gua e leo

Bombeamento do petrleo no fundo do poo, escoamento dofluido pela tubulao e pela cabea do poo, bombeamento nasuperfcie pelas singularidades existente nas tubulaes.

leo: asfaltenos, parafinas, resinas,compostos oxigenados e outros.

gua: sedimentos suspensos eparticulados como as argilas.

Produtos Qumicos: inibidores decorroso, biocidas, etc.

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Na Interface ocorre o desenvolvimento de um tenso entre as

fases, denominada tenso interfacial.Uma tenso interfacial alta implica em uma maior resistnciapara que uma fase se interpenetre na outra, ou seja, haveruma ntida separao de fases.


Quando dois lquidos imiscveis so colocados em contato,aparece uma interface entre eles.

Tenso interfacial

leo + gua = interface entre fases

TRATAMENTO DO LEO


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Molculas semelhantes Lquidos miscveis Tenso interfacial tende a zero.

O agente emulsificante reduz a tenso interfacial

entre leo e gua.

Dificulta a separao das fases.

leo e gua se comportam como lquidos miscveis.


leo + gua = interface entre fases

Tenso interfacial

TRATAMENTO DO LEO


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So espcies qumicas presentes no petrleo que apresentamem suas molculas regies polares e apolares que lhes

conferem um carter anfiflico (hidroflico e lipoflico), isto ,dupla afinidade, tanto pela gua como pelo leo.

A parte polar apresenta afinidade pelos solventes polares,como a gua, e dita hidroflica (ou lipfoba).

A parte apolar apresenta afinidade pelos solventes apolares,como o petrleo e os seus derivados, e dita hidrfoba (oulipoflica).


TRATAMENTO DO LEO

Agentes emulsificantes


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Molcula composta de duas partes:

Uma polar de carter hidroflico = atrao por gua

Uma apolar de carter lipoflico = atrao por leo


TRATAMENTO DO LEO



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Migram e alojam-se na superfcie das gotas de gua, criandouma barreira (pelcula ou filme interfacial), que impede o

contato entre as gotas, e portanto sua coalescncia.


Representao de uma gota de gua de uma emulso do tipo A/O.

TRATAMENTO DO LEO


A gota apresenta molculas deemulsificantes adsorvidas em sua

superfcie, dando origem a um filmeinterfacial que a reveste e protege.


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O aumento da concentrao de emulsificante reduz a tensointerfacial at um determinado valor, a partir do qual, por maiorque seja a quantidade de emulsificante presente no haver maisalterao na tenso interfacial.

Isto ocorre porque no haver mais lugar na interface para aadsoro de mais molculas de emulsificante.

As molculas em excesso formaro agregados moleculares na fase

aquosa ou na fase oleosa, dependendo da caracterstica doemulsificante.

Estes aglomerados de molculas so denominados micelas e oseu aparecimento ocorrer a partir de uma determinadaconcentrao denominada concentrao micelar crtica.


TRATAMENTO DO LEO



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Relao entre Tenso Interfacial e Concentrao de Emulsificante.

Micelas


TRATAMENTO DO LEO

Concentrao Micelar Crtica



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Compostos presentes nas fraes mais pesadas do petrleo, comoresinas, cidos naftnicos e asfaltenos, so os emulsificantesnaturais que mais se destacam na formao e na estabilizao dasemulses de petrleo do tipo A/O.

Slidos finamente divididos adsorvidos, com caractersticasanfiflicas (como as argilas), tambm so adsorvidos na superfciedas gotas, promovendo a estabilizao das emulses de petrleo

do tipo A/O.

Dependendo da natureza qumica dos emulsificantes presentes nainterface, dois mecanismos de estabilizao podem serobservados: por repulso eltrica ou por impedimento estrico.


TRATAMENTO DO LEO



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MECANISMOS DE ESTABILIZAO DA EMULSO

Repulso eltrica

Na repulso eltrica, os grupos polares dos emulsificantes socapazes de interagir eletricamente com a gua, formando umacamada eltrica superficial, que causa a repulso entre as gotas eimpede o contato entre elas.

Os slidos finamente divididos tambm possuem carga eltricasuperficial que pode causar a repulso entre as gotas.



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Impedimento Estrico

No mecanismo de estabilizao por impedimento estrico, aparte apolar das molculas dos emulsificantes adsorvidos queimpede a aproximao e o contato entre as gotas.

Este o caso dos asfaltenos, de elevado peso molecular e comcadeias complexas, que depositam-se na interface, criando umabarreira fsica, conhecida como pelcula ou filme interfacial.

MECANISMOS DE ESTABILIZAO DA EMULSO

Asfaltenos

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