programa de recursos humanos da agencia nacional de petrÓleo para o setor petrÓleo e gÁs...
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PROGRAMA DE RECURSOS HUMANOS DA
AGENCIA NACIONAL DE PETRÓLEO PARA O
SETOR PETRÓLEO E GÁS PRH–ANP/MME/MCT
Tema: Sistemas Mecânicos aplicados
ao tratamento de emulsões na
indústria do petróleo.
Autor: Gustavo Cristovão Siqueira
Orientador: Prof. Marcos Aurélio de Souza
Objetivo da pesquisa
Analisar o escoamento e comparar os
resultados da separação da emulsão no
separador óleo/água montado no laboratório da
Mecânica.
Introdução
Nesta pesquisa será analisado o método
de tratamento gravitacional, sendo dividido em
duas partes:
• estudo teórico sobre emulsão e
equipamentos;
• e testes com um separador gravitacional.
Teoria da emulsão
Emulsão é um sistema
líquido heterogêneo consistindo de
dois líquidos imiscíveis com um dos
líquidos intimamente disperso na
forma de gotículas no outro líquido.
Quando a água forma uma
emulsão estável com o óleo e não
pode ser removida em tanques de
armazenamento convencionais,
deve se utilizar os métodos de
tratamento de emulsão.
Métodos utilizados no tratamento de emulsão
Três passos básicos são requeridos para separação de
emulsão óleo/água em duas fases distintas, tais como:
• Desestabilização do agente emulsificante. Geralmente feito
adicionando calor ou química na mistura.
• Após a quebra das películas, as gotículas começam a
coalecer. Agitação moderada ou aplicação de campo elétrico
auxiliam este processo.
• Certo tempo em repouso as gotas coalesceram, a partir da
diferença de densidade entre as fases, os líquidos começam a
se separar.
Equipamentos utilizados no tratamento
da emulsão de petróleo
A característica da emulsão a ser tratada deve ser
entendida antes do sistema de tratamento ser selecionado.
Os equipamentos existentes no mercado para
tratamento de fluido são:
• Separador gravitacional;
• Tratador de emulsão vertical e horizontal;
• Hidrociclone;
• Centrífuga;
• Tratador de emulsão eletrostático;
Separador gravitacional óleo/água
O fluido é levado ao
tanque de decantação,
onde ficará armazenado
por um certo tempo. Por
diferença de densidade os
fluidos irão se separar.
Aquecimento e adição de
agentes químicos auxiliam
a separação.
Teste no separador gravitacional - Descrição do Projeto
O separador gravitacional foi desenvolvido
para visualizar o comportamento da emulsão
durante todo o percurso desta.
Todas as amostras coletadas serão levadas a
um aparelho que realiza a medida do tamanho das
gotas pelo princípio do espalhamento da luz laser
(marca Malvern, modelo mastersize).
Os valores obtidos serão comparados com os
valores do diâmetro crítico para cada ensaio.
Descrição do separador
O separador gravitacional foi desenvolvido para
visualizar o comportamento da emulsão durante todo o
percurso desta.
Foto do separador
Foto do separador
Na foto abaixo pode se notar os vórtices no escoamento
causados na entrada do separador. A turbulência se propagou por
todo o escoamento até que no final torna se laminar, permitindo a
separação do óleo, no tamanho de gota previsto em projeto.
Formulação teórica de Plat
Robert Plat desenvolveu formulas que a partir da vazão
(Q) e outras variáveis pode se determinar um diâmetro máximo
que o separador consegue separar, também conhecido como
diâmetro crítico. A formula é a seguinte:
gLW
QD
OW
wc
18
Análise das amostras
Resultados obtidos no 1º ensaio:
P artic le D iam e te r (µ m .)
V o lum e (% )
0
10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 .1 1 .0 10 .0 100 .0 1000 .0
P a rtic le D ia m e te r (µ m .)
V o lu m e (% )
0
1 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
0 .1 1 .0 1 0 .0 1 0 0 .0 1 0 0 0 .0
Entrada Saída
Análise das amostras
Resultado obtido na entrada do 1º ensaio modificada com o
diâmetro crítico da formula de Plat:
P artic le D iam e te r (µ m .)
V o lum e (% )
0
10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 .1 1 .0 10 .0 100 .0 1000 .0
Entrada Entrada modificada com diâmetro
crítico = 23,16 μm
P a rtic le D ia m e te r (µ m .)
V o lu m e (% )
0
1 0
2 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
0 .1 1 .0 1 0 .0 1 0 0 .0 1 0 0 0 .0
Análise das amostras
Após análise no equipamento, pode se observar os resultados obtidos.
1º ensaio:Diâmetro médio das gotas de entrada
P artic le D iam e te r (µ m .)
%
0
10
20
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 .1 1 .0 10 .0 100 .0 1000 .0
sa ida -2
en t-1
Dcent = 23,16 μm
Análise das amostras
2º ensaio:Diâmetro médio das gotas de entrada
P artic le D iam e te r (µ m .)
%
0
10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 .1 1 .0 10 .0 100 .0 1000 .0
sa ida -6
en t-3
Dcent = 25,23 μm
Análise das amostras
3º ensaio:Diâmetro médio das gotas de entrada
P a rtic le D ia m e te r (µ m .)
%
0
1 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
0 .1 1 .0 1 0 .0 1 0 0 .0 1 0 0 0 .0
sa id a -9
e n t-1 1
Dcent = 19,07 μm
ConclusãoEsta pesquisa permitiu um melhor entendimento sobre o
problema da separação da emulsão enfrentado pela indústria do
petróleo por todos estes anos.
Com os resultados obtidos em análise no aparelho Malvern e
com o diâmetro crítico, pode se concluir que:
• houver uma redução dos diâmetros na saída do separador em
comparação com a entrada;
• os valores dos diâmetros na saída e na entrada modificada são
aproximados;
• a variação dos diâmetros na saída do separador é devido ao
coalescimento das gotas próximo a saída e/ou no momento da
coleta das amostras.