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MODELAGEM MATEMÁTICA DO PROCESSO DE epqb.eq.ufrj.br/download/desidratacao-eletrostatica-de-  · PDF filexvi, 125 f.: il.: 29,7 cm Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal

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MODELAGEM MATEMTICA DO PROCESSO DE

DESIDRATAO ELETROSTTICA DE

PETRLEOS

Patricia Suemar Mello Duarte da Cunha

DISSERTAO DE MESTRADO

Orientadores:

Prof. Mrcio Nele de Souza, D.Sc.

Dr. Elizabeth Ferreira da Fonseca, D.Sc.

Agosto de 2008

ii

MODELAGEM MATEMTICA DO PROCESSO DE DESIDRATAO

ELETROSTTICA DE PETRLEOS

Patricia Suemar Mello Duarte da Cunha

Dissertao submetida ao corpo docente da Ps-graduao em Tecnologia de Processos

Qumicos e Bioqumicos da Escola de Qumica da Universidade Federal do Rio de

Janeiro, como parte dos requisitos necessrios obteno do grau de Mestre em

Cincias (M.Sc.).

Aprovada por:

_____________________________________________ - Orientador

Prof. Mrcio Nele de Souza, D.Sc.

_____________________________________________ - Orientador

Dr. Elizabeth Ferreira da Fonseca, D.Sc.

_____________________________________________

Prof. Enrique Luis Lima, D.Sc.

_____________________________________________

Prof. Frederico Wanderley Tavares, D.Sc.

_____________________________________________

Dr. Montserrat Fortuny Heredia, D.Sc.

Rio de Janeiro, RJ Brasil

Agosto de 2008

iii

CUNHA, PATRICIA SUEMAR MELLO DUARTE DA

Modelagem Matemtica do Processo de Desidratao

Eletrosttica de Petrleos / Patricia Suemar Mello Duarte da Cunha,

Rio de Janeiro: UFRJ/ EQ, 2008.

xvi, 125 f.: il.: 29,7 cm

Dissertao (Mestrado) Universidade Federal do Rio de

Janeiro, programa de Ps-Graduao em Tecnologia de Processos

Qumicos e Bioqumicos, 2008.

Orientadores: Mrcio Nele de Souza, D.Sc.

Elizabeth Ferreira da Fonseca, D.Sc.

1. Eletrocoalescncia; 2. Emulses de gua em petrleo; 3.

Modelagem.

I. Ttulo.

II. Dissertao (Mestrado UFRJ / EQ)

iv

"Tudo loucura ou sonho no comeo. Nada do que o homem fez no mundo teve incio

de outra maneira - mas j tantos sonhos se realizaram que no temos o direito de

duvidar de nenhum."

(Monteiro Lobato)

A Deus,

minha famlia,

memria do meu querido pai e da amiga Luciana.

v

AGRADECIMENTOS

Ao meu orientador Mrcio Nele, pela pacincia, pela orientao, pelas brincadeiras para

me acalmar e por ter acredito em mim.

minha orientadora e amiga Beth, pelos abraos, pelas conversas, pelo ensinamento e

pela convivncia to agradvel.

Ao Xande, pelo amor, pelo carinho, pela pacincia e por ter cuidado de tudo durante

estes anos em que estive parte do tempo trancada no escritrio.

Ao Joo Pedro, por todos os eu te amo mame que faziam toda preocupao e

angustia desaparecerem na mesma hora. Por ter sido um homenzinho que entendeu que

a mame, por muitas vezes, no podia brincar e dar ateno para ele, pois tinha que

estudar. Por ter sido o DJ da trilha sonora da redao desta dissertao, High School

Musical.

minha me Sued, por ter sido meu brao direito e meu brao esquerdo nos ltimos

anos, cuidando to bem do meu filho. Pelo amor e pela ateno que tem conosco.

Ao meu pai Itamar, que apesar de no estar mais aqui para comemorar esta conquista

comigo, com certeza est cheio de orgulho de mais esta vitria de sua raspa da panela.

minha irm Alba, pela amizade e por ser este exemplo de pessoa e profissional.

Ao meu irmo Jorge, pela amizade e por todos os momentos divertidos.

s minhas sobrinhas Camila, Natlia e Ana Paula, por serem maravilhosas, inteligentes

e autnticas.

Zlia, por todo apoio e carinho durantes estes anos de convivncia.

vi

minha grande amiga Elenice, por todos esses anos de cumplicidade, carinho e

amizade.

Raquel, minha amiga e fonte de inspirao para a execuo deste estudo. Por ser a

profissional que eu tanto admiro, a minha professora em dessalgao e a amiga de todas

as horas.

Beth Marsiglia, por ser uma referncia na rea de dessalgao, pelo carinho e pela

amizade.

Gabriela, pela amizade e pelos dias inesquecveis na melhor fase da equipe de

dessalgao.

Aos amigos Ana Lucia, Danilo e Alosio, pela ateno, pelo carinho e por tornarem meu

dia to alegre.

Vivian, por ter ajudado tanto com a pesquisa bibliogrfica.

Aos amigos Rafael e Thiago, que muito mais que executantes dos testes em escala

piloto, foram parceiros durante a obteno dos dados industriais. Com certeza este

estudo no seria o mesmo sem eles.

Ao lson, nosso piloto da UPTE. Pela sabedoria e por ter se dedicado tanto a este

trabalho.

Ao Cerbino, por ser meu professor de eltrica, por ter revisado minha dissertao e por

ter me ajudado com o levantamento e anlise dos dados de eltrica.

Solange, por ter me trazido para a equipe de dessalgao, por ter me apoiado quando

resolvi fazer o mestrado, pelo carinho e por acreditar no meu trabalho.

Ao Washington, pelo incentivo, pela amizade e pela sensibilidade.

vii

Aos amigos do CS e da EB, pela convivncia agradvel e por todo apoio.

Aos colegas do TPAP, Roberto Carlos, Robson, Bianca, Ramalho e Alcimar, pela

possibilidade de fazer este trabalho na UPTE e pelas discusses tcnicas.

Aos colegas da QM, Maria Luiza, lvaro, Alexandre, Rogrio, Llia, Flvio e Mrcia

Porto, pelas diversas amostras analisadas e pelas discusses tcnicas.

Ao Edlson, Tabosa, Tas, Jos Roberto, Jnior, Leyla e demais colegas da RPBC que

deram todo apoio durante o teste.

Ao Rudy e demais colegas da REPAR que deram todo apoio durante o teste.

Finalmente, Petrobras, pela oportunidade de estudar e me capacitar na minha rea de

interesse.

viii

Resumo da Dissertao apresentada ao corpo docente da Ps-graduao em Tecnologia

de Processos Qumicos e Bioqumicos da Escola de Qumica da Universidade Federal

do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessrios obteno do grau de Mestre

em Cincias (M.Sc.).

MODELAGEM MATEMTICA DO PROCESSO DE DESIDRATAO

ELETROSTTICA DE PETRLEOS

Patricia Suemar Mello Duarte da Cunha

Agosto, 2008

Orientadores: Mrcio Nele de Souza, D.Sc.

Elizabeth Ferreira da Fonseca, D.Sc.

A indstria de petrleo trata emulses de gua em leo nas unidades de

produo e refino, sendo a eletrocoalescncia empregada largamente para este fim. A

complexidade dos fenmenos envolvidos em eletrocoalescncia dificulta o uso de

modelos fenomenolgicos rigorosos para a modelagem matemtica do processo,

restando como opo prtica a construo de modelos empricos e/ou semi-empricos.

Neste estudo foram utilizados dados de desidratao eletrosttica obtidos em planta

piloto, com emulses artificialmente geradas a partir de sete petrleos nacionais, para a

proposio de um modelo matemtico emprico do processo. As variveis do processo

foram analisadas, concluindo-se que o gradiente de tenso entre eletrodos, o tempo de

residncia entre eletrodos, a viscosidade dinmica do petrleo na temperatura de

operao e a diferena de massa especfica entre a fase aquosa e o petrleo deveriam ser

contemplados no modelo. Dados em escala industrial foram obtidos em refinarias da

PETROBRAS S.A. e reproduzidos em escala piloto. O modelo desenvolvido com os

dados obtidos em escala piloto foi testado para os dados industriais e mostrou-se

eficiente para a predio do desempenho do processo em unidades industriais,

correlacionando as variveis do processo com o teor de gua no petrleo tratado.

ix

Abstract of the Dissertation presented to the Curso de Ps-graduao em Tecnologia de

Processos Qumicos e Bioqumicos - EQ / UFRJ, as partial fulfillment of the

requirements for the degree of Master Science (M.Sc.).

MATHEMATICAL MODELING OF THE CRUDE OIL ELECTROSTATIC

DEHYDRATION PROCESS

Patricia Suemar Mello Duarte da Cunha

August, 2008

Advisors: Mrcio Nele de Souza, D.Sc.

Elizabeth Ferreira da Fonseca, D.Sc.

The oil industry treats water in oil emulsion in the production and refining steps

and uses predominately electrostatic coalescence to carry it. The complexity of the

phenomena involved in electrostatic coalescence hinders the development of rigorous

phenomenological models to describe the process, as a result empirical or semi-

empirical models for practical purposes. In this study, electrostatic dehydration pilot

plant data from artificially generated emulsions, from seven Brazilian crude oils, was

used to propose an empirical mathematical model. The process variables were

investigated, concluding that voltage gradient between electrodes, residence time

between electrodes, dynamic viscosities (at the treatment temperature) and the density

difference between water and crude oil should be used in the model. Industrial data was

collected in PETROBRAS refineries and reproduced in pilot plant. The model

developed from pilot plant data was tested against industrial data and it was efficient to

predict the performance of the industrial units, correlating the process variables and

final water cut.

x

SUMRIO

1 INTRODUO E MOTIVAO..........................

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