Predição da solubilidade mútua de água em hidrocarbonetos e óleos utilizando modelo COSMO-SAC

Abstract

O petróleo é um recurso natural e matéria prima para diversos segmentos industriais. Essa commodity envolve um mercado de movimentações financeiras massivas além de interesses de instituições de pesquisa pelo constante desenvolvimento de tecnologias visando o aumento da eficiência e rendimentos das operações. Especificamente sobre processos de extração, neste trabalho foi estudada a modelagem do equilíbrio de fases líquidas e a sua dependência com a temperatura da mistura não-ideal do processo de tratamento primário do petróleo cru. Modelos de energia de Gibbs de excesso emergentes quanto a suas bases teóricas e preditividade, COSMO-SAC e F-SAC, foram comparados quantitativamente no que se refere à estimação da solubilidade da água na fase rica em óleos e qualitativamente nas solubilidades de ambas as fases no sistema formado por água e hidrocarbonetos de estrutura definida. A técnica de pseudocomponentes foi aplicada para caracterização dos petróleos estudados e aproximações quanto às estruturas desses pseudocomponentes foram avaliadas visando à determinação de parâmetros geométricos necessários para a estimação das interações entre os componentes das fases líquidas. O simulador de processos iiSE foi utilizado para o cálculo do equilíbrio termodinâmico entre as fase. Os modelos F-SAC e COSMO-SAC foram comparados entre si. Ambos modelos foram acoplados à EoS de SRK e regra de mistura SCMR. O erro absoluto médio foi calculado com base nas curvas de solubilidade e pontos experimentais das referências sendo o modelo F-SAC um pouco superior ao COSMO-SAC quanto à qualidade de predição com 0,2108 contra 0,2681. Não houve indícios que a aproximação estrutural dos pseudocomponentes de massa molar definida por unidades repetidoras de grupos –CH3 e –CH2– implicou em erros significativos.

Oil is a natural resource and a feedstock to several industrial segments. This comodity embraces a market of massive financial transactions and interests of research and constant development of technologies to increase the efficiency and yield of operations. Specificaly about the extraction processes, in this work the non-ideal liquid-liquid equilibria of primary oil treatment was studied and modelled considering the temperature dependency. Excess Gibbs free energy arising models, COSMO-SAC and F-SAC, were quantitatively compared in the prediction of water solubility in the oil-rich phase and qualitatively regarding both phases in the system composed of water and well-defined hidrocarbons. Pseudization technique was applied to characterize the studied crude oils and the hypothesis of the molecular pseudostructures was evaluated aiming to determinate the geometrical parameters needed to estimate the interactions between components of liquid phases. The calculation o the thermodinamic equilibrium was performed in the iiSE process simulator. The models F-SAC and COSMO-SAC were compared against each other. These models were coupled to SRK EoS and SCMR mixing rule. The absolute average deviation was calculated based on the solubility curves and experimental data from literature, being the F-SAC model slightly better than COSMO-SAC regarding it’s prediction quality with 0,2108 of absolute average deviation against 0,2681. There were not indications that the structural assumption of well-defined molar mass pseudocomponents consisting in repeating units of the groups –CH3 and –CH2– implicated in significant errors.