Estudo de estabilidade de petróleos e modelagem do parâmetro de solubilidade de petróleos e asfaltenos - Santos, David Caetano (2017)
O desenvolvimento de modelos para a previsão do parâmetro de solubilidade de petróleos e frações pesadas é o principal motivador deste estudo. Esta propriedade vem se tornando uma referência para inúmeras aplicações na indústria de petróleo e tem encontrado sua maior aplicação para previsão da compatibilidade e estabilidade de petróleos. O parâmetro de solubilidade é uma propriedade termodinâmica que nasce dentro da concepção de uma teoria de soluções - a chamada teoria das soluções regulares - idealizada por J. H. Hildebrand e pode ser facilmente calculada a partir da entalpia de vaporização e dados de composição de misturas. No entanto, a obtenção dos dados dessas duas propriedades para petróleos é uma etapa crítica, desde que são misturas extremamente complexas em termos composicionais e possuem frações que não vaporizam, as quais são justamente as principais responsáveis por problemas relacionados à incompatibilidade e instabilidade de misturas de petróleos. Desta forma, nesta tese, foram realizadas várias ratificações relacionadas a um método experimental para previsão do parâmetro de solubilidade de petróleos o qual é baseado em dados de floculação dos asfaltenos. O valor numérico obtido a partir desse método é considerado um dado pseudoexperimental e se tornou uma ferramenta útil para mensurar a qualidade dos resultados obtidos a partir dos novos modelos propostos nessa tese. A partir de então, exploraram-se as informações termodinâmicas existentes entre a energia coesiva e à pressão interna para calcular o parâmetro de solubilidade dos petróleos. Embora esta relação já tenha sido objeto de numerosos estudos, ainda não tinha sido explorada sistematicamente para petróleos. Dados de velocidade do som, densidade e capacidade calorífica a pressão constante de hidrocarbonetos puros foram utilizados para ajustar os modelos. Portanto, são propostos modelos para estimar o parâmetro de solubilidade de petróleos em uma forma termodinamicamente consistente usando apenas propriedades monofásicas ao invés dos dados usuais de vaporização. Novas correlações empíricas baseadas na relação da energia potencial e em simplificações da expressão analítica da pressão interna também são propostas. A modelagem termodinâmica dos dados experimentais de floculação dos asfaltenos foi realizada a partir de modificações dos chamados modelos de solubilidade . Como resultado, são demonstradas algumas modificações e estratégias numéricas para a utilização desses modelos que renderam bons resultados tanto qualitativos quanto quantitativos. Por fim, foi desenvolvida uma equação de estado cúbica parametrizada somente com dados de sistemas monofásicos mais o parâmetro de solubilidade. Com esta proposta, além do parâmetro de solubilidade, o coeficiente de compressibilidade isotérmica, o coeficiente de expansão térmica, a velocidade do som e a densidade de hidrocarbonetos tipicamente encontrados nas frações C7+ foram adequadamente modelados. Além disso, o modelo proposto prevê um fator de compressibilidade crítico dependente da substância. Na medida em que (até onde se pôde averiguar) nenhuma equação de estado cúbica disponível na literatura foi capaz de prever o parâmetro de solubilidade, mantendo uma descrição adequada das propriedades PVT (especialmente a compressibilidade de líquidos), esses resultados são importantes, pois demonstram que estratégias numéricas diferenciadas para a parametrização desse tipo de equação são eficazes e possibilitam avançar em aplicações em que as equações de estado cúbicas encontram dificuldades