BR102022021235A2 - Processo para extrair e determinar compostos nitrogenados e ácidos presentes no petróleo, derivados e nas águas de processamento antes da etapa de refino - Google Patents

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Sergio Noboru Kuriyama
Andre Luiz Castro Bonfim
Antônio Augusto Fidalgo Neto
Samuel De Oliveira Silva
Giovanni Bressiani Pedroso
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Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
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Abstract

A presente invenção propõe um processo de extração e determinação de compostos nitrogenados e ácidos nos vários tipos de petróleos, derivados ou produtos de degradação térmica e em águas de processo antes da fase de produção/refino. Quando a metodologia é aplicada a petróleos e derivados, o processo compreende as etapas de extração (1); separação (2); pré-concentração (3); e análise (4). Já quando a metodologia é aplicada aos produtos de degradação térmica, há a necessidade de uma etapa anterior para simulação do aquecimento do petróleo contendo diferentes produtos químicos (se necessário) com a finalidade de promover a degradação térmica das espécies presentes e do petróleo e gerando compostos nitrogenados de composição mais simples.

Description

Campo da invenção
[001] A presente invenção pertence ao campo técnico de abastecimento e biocombustíveis mais especificamente ao campo de coque e processos de separação, distribuição, logística e transporte, hidrorrefino e tratamentos. Podendo ser utilizada também no campo de desenvolvimento sustentável, mais especificamente, em tratamento e reuso de água bem como nos processos de produção de petróleo, tecnologias de elevação e escoamento e nas tecnologias de processamento primário.
Fundamentos da invenção
[002] O gerenciamento da água produzida de petróleo se constitui em um enorme desafio para as empresas petrolíferas já que é um subproduto bastante relevante devido ao seu elevado volume e inevitável papel na cadeia de extração, produção e refino do petróleo. As alternativas usualmente adotadas para o seu destino são o descarte, injeção e o reuso no processo.
[003] Em todos os casos é necessário o tratamento da água produzida de petróleo, a fim de evitar danos ao meio ambiente e às instalações de produção ou a fim de permitir o seu reuso sem causar prejuízos aos processos nos quais a água produzida de petróleo será utilizada.
[004] O estudo de sua composição e o entendimento de que certas operações agregam compostos a esse sistema são de suma relevância. Contudo, até hoje persiste a demanda pelo desenvolvimento de metodologias robustas no segmento de óleo & gás que permitam qualificar e quantificar os compostos na matriz oleosa, que tenham afinidade e particionem para a fase aquosa.
[005] Os poucos trabalhos que hoje reportam iniciativas analíticas focadas em classes químicas que são aplicadas no Mar do Norte e, portanto, possuem diferenças químicas relevantes e que impedem a simples reprodução deste procedimento dentro da realidade de produção brasileira.
[006] Métricas de análise como acidez total (TAN) não oferecem resposta ao desafio de extração, e as técnicas instrumentais, como cromatografia e espectroscopias, podem fazer especiação, mas ainda demandam intensivo preparo de amostra.
[007] Não existem, portanto, processos integrados destinados ao manuseio da matriz oleosa e posterior quantificação no que se refere aos ácidos carboxílicos.
[008] Em particular, para as classes de compostos nitrogenados presentes em resíduos de combustíveis, é reconhecido seu caráter de envenenamento no processo de craqueamento e refino (por exemplo, depósitos sólidos em torres de destilação fracionada utilizadas durante o processo de refino), além de diversos problemas ambientais. Devido à sua elevada complexidade, a caracterização dos compostos nitrogenados básicos (como estruturas piridínicas) e dos compostos nitrogenados neutros (em estruturas de pirróis) não é viável utilizando um protocolo simples. Além disso, espécies nitrogenadas de composição mais simples podem ser formadas a partir da degradação térmica durante o procedimento de destilação e impactar na formação de sais na região de topo de torre de destilação. Este fato se torna ainda mais complexo na presença de insumos químicos do tipo sequestrante de H2S nitrogenados. Adicionalmente, ácidos carboxílicos estão também presentes no óleo (principalmente em óleos crus, imaturos, biodegradados, nas frações e nos óleos pesados, bem como em águas de processo), sendo compostos por estruturas naftênicas entre 8 e 20 carbonos, apresentando anéis saturados e cadeia alquila lateral variável. Eventualmente ácidos com estrutura de cadeia linear ou aromático também podem estar presentes.
[009] Esta fração, em suma, inclui assim uma gama variada de compostos que igualmente incorrem em problemas e desafios operacionais, destacando-se a formação de emulsões estáveis do tipo óleo em água (e, também, água em óleo), o aumento do parâmetro de teor de óleo e graxas no descarte, a corrosão nas unidades de refino, a elevação dos custos de operação para tratamento dos efluentes, além de efeitos tamponantes e liberação de espécies oxidativas no meio.
[0010] Para evitar esses problemas, alguns processos de extração de ácidos orgânicos e naftênicos já foram propostos por técnicas anteriores, mas nenhuma envolve a metodologia desenvolvida na presente invenção tanto pela lógica de extração a partir do óleo, quanto pela sequência das etapas de processo e de preparo e análise da fração aquosa extraída.
[0011] O documento PI 9909116-0, da empresa Exxon Research and Enginnering de 1998, ensina um processo para extrair ácidos orgânicos incluindo ácidos naftênicos, metais pesados e enxofre de um óleo cru inicial compreendendo as etapas de (a) tratar o óleo cru de partida contendo ácidos orgânicos, metais pesados e enxofre com uma quantidade de amina etoxilada e água durante um período de tempo e temperatura suficientes para formar uma emulsão água-em-óleo de um sal de amina; (b) separar a emulsão da etapa (a) em diversas camadas, onde uma dessas camadas contém um óleo cru tratado que possui quantidades decrescidas de ácidos orgânicos, metais pesados e enxofre; (c) recuperar a camada da etapa (b) que contém o óleo cru tratado e com quantidades decrescidas de ácidos orgânicos, metais pesados e enxofre e as camadas contendo água e o sal de amina etoxilada.
[0012] O documento PI 9909182-0, da empresa Vetco Gray Scandinavia AS de 1998, ensina um processo muito parecido com o do PI9909116-0, no entanto utiliza amina alcoxilada para formar uma emulsão água-em-óleo de um sal de amina.
[0013] A patente US 4752381, da empresa Nalco Chemical Company (já em domínio público), ensina um processo para a neutralização da acidez orgânica no petróleo e em frações de petróleo para proporcionar um número de neutralização menor que 1,0. O processo trata a fração de petróleo com uma monoetanolamina para formar um sal de amina seguido por aquecimento, durante um período de tempo e temperatura suficientes, para formar uma amida. Essas aminas não proporcionam os resultados desejados na presente invenção uma vez que elas convertem os ácidos naftênicos em outros produtos enquanto a presente invenção extrai os ácidos naftênicos.
[0014] O documento US 4,477,337 (que é uma continuação do US 397,935 abandonado), da empresa Husky Oil Operations LTd. de 1983, ensina um método para remover sólidos e água do petróleo bruto. O documento aborda um método capaz de reduzir a um nível aceitável os teores de água e sedimentos (BSW) de uma vasta gama de crudes de inundação de óleo pesado e inundação de vapor. O documento se preocupa com a remoção de enxofre e outros sólidos e não com a remoção de ácidos e compostos nitrogenados.
[0015] O documento US 5,080,779, da empresa Betz Laboratories de 1992, ensina um método para remover ferro de petróleo bruto mas não se preocupa com a remoção de ácidos e compostos nitrogenados.
[0016] A Patente US 7,750,302, de titularidade da empresa Schlumberger Technology, se refere a métodos e aparelhos para detectar a presença e/ou medir as quantidades de ácidos naftênicos em fluidos de formação, particularmente em efluentes de reservatórios de hidrocarbonetos. De acordo com o documento, um método para determinar a concentração de ácidos orgânicos em fluidos de formação é fornecido usando as etapas de (i) bombeamento de fluidos de uma formação subterrânea para o corpo de uma ferramenta de fundo de poço e (ii) iluminação do fluxo com radiação infravermelha para obter uma absorção de infravermelho ou um parâmetro relacionado em um ou mais comprimentos de onda e converter a absorção medida na concentração dos ácidos orgânicos, usando uma matriz de calibração de vários valores que liga valores espectrais de absorção de IR a medições de concentração sob condições de fundo de poço. Essas medições de ácido naftênico no fundo do poço são então correlacionadas para estimar o número de ácido total (TAN) do óleo de hidrocarboneto produzido a partir da formação. O TAN pode ser utilizado na indústria de refino ou downstream como parâmetro para determinar o valor comercial do petróleo produzido ou como parâmetro para determinar o processamento posterior do petróleo bruto. No entanto, o documento não aborda a extração/remoção dos ácidos orgânicos do petróleo bruto.
[0017] O documento WO 01/79386A2, da empresa ExxonMobil Research and Engineering, ensina um método para reduzir o teor de ácido naftênico do petróleo bruto e suas frações das correntes de refinaria por contato de uma corrente de petróleo bruto ou destilado de petróleo na presença de uma quantidade eficaz de água, uma base selecionada a partir de hidróxidos do Grupo IA e IIA e amônio, e um agente de transferência de fase a uma temperatura eficaz por um tempo suficiente para produzir uma alimentação de petróleo tratada com um teor de ácido naftênico diminuído e uma fase aquosa contendo sais de naftenato, agente de transferência de fase e base.
[0018] Vantajosamente, este processo facilita a extração de ácidos naftênicos de maior peso molecular (além de ácidos naftênicos de menor peso molecular), que de outra forma permaneceriam na corrente de petróleo após a extração com soda cáustica. Isso resulta em menor teor de TAN e redução da corrosão do equipamento de refinaria. Além disso, a presença do agente de transferência de fase reduz a formação de emulsão após tratamento cáustico, e isso leva a uma melhor processabilidade. Apesar de se referir a um processo de extração de ácidos naftênicos, o processo é diferente do abordado na presente invenção.
[0019] O documento US 5,182,013, da Exxon Chemical de 1990, ensina um processo para inibir a corrosão causada pelo ácido naftênico em operações de refino. O documento propõe a mistura de óleo com alto teor de ácido naftênico com um óleo com baixo teor de ácido naftênico. Além disso, várias tentativas foram feitas para resolver o problema usando inibidores de corrosão para as superfícies metálicas de equipamentos expostos aos ácidos, ou neutralizando e removendo os ácidos do óleo. No entanto, o documento não aborda a extração/remoção dos ácidos orgânicos do petróleo bruto.
[0020] O documento US 4,199,440, da empresa UOP Inc. de 1978, descreve um processo para a remoção de vestígios de compostos ácidos (ácidos carboxílicos, H2S, ácidos naftênicos entre outros) de hidrocarbonetos líquidos. Os vestígios desses compostos são removidos através da injeção de uma solução alcalina aquosa diluída na corrente de hidrocarbonetos e passagem desta corrente através de um leito coalescente. O documento aborda metodologia diferente da presente invenção.
[0021] O documento US 4,634,519, da empresa Chevron Research Company de 1985, ensina um processo para extrair ácidos naftênicos de destilados de petróleo usando um sistema solvente compreendendo alcanóis líquidos, água e amônia em certas proporções críticas para facilitar a extração seletiva e fácil separação. Apesar de também apresentar uma etapa de extração, a extração é feita na etapa de refino enquanto na presente invenção a extração é realizada antes da etapa de refino. Portanto, o documento aborda metodologia diferente da presente invenção.
[0022] O documento Chinês CN 1418934, da empresa Equipment Inst Luoyang Petroch de 2001, lista etapas como neutralização, adição de desemulsificante e emprego de separador eletrostático. Logo, apresenta uma solução distante da lógica de processo apresentada pela presente invenção.
[0023] A Patente Chinesa CN 111560252, da empresa Univ China Petroleum East China de 2020, foca na remoção de espécies naftênicas de solos contaminados com óleo cru e aborda iniciativas envolvendo microemulsões. Apesar de haver análise dos compostos alvo, não há semelhança analítica com a técnica utilizada na presente invenção.
[0024] O documento US 2019/0048268, da empresa Amperage Energy Inc. de 2018, ensina o uso de solução cáustica seguida de atomização para a remoção de TAN no sistema água/óleo. Embora eficiente, o objetivo do trabalho não é comparável com a presente invenção
[0025] O documento WO 2019/099231, da empresa BL Technologies, Inc. de 2017, descreve o emprego de SPE para extração seletiva de aminas (alifáticas e de cadeia curta) a partir de óleo cru. O documento não menciona etapas de análise posterior ou, mesmo, o emprego de amostras pré- extraídas.
[0026] Além disso, a divulgação em artigos científicos publicados em periódicos de responsabilidade das principais editoras (Elsevier e Wiley) não retornou trabalhos que reproduzem o conhecimento aqui desenvolvido em sua totalidade e sim apenas de forma parcial.
[0027] Atualmente, caso seja necessário o conhecimento de algum tipo de espécie química, seja um ácido ou um composto nitrogenado, é, obrigatoriamente, necessária a coleta de água do processo, o que muitas vezes não é possível e vai depender da sua disponibilidade. Além disso, também não há nenhuma abordagem para avaliação das espécies oriundas da degradação térmica no petróleo (com ou sem produto químico presente).
[0028] O método desenvolvido pela presente invenção ao avaliar previamente as amostras de óleos e conseguir determinar os compostos nitrogenados e ácidos em petróleos permite que ações possam ser adotadas de forma prévia, considerando óleos que ainda não entraram na fase de produção/refino. Ou seja, a partir do conhecimento da presença de tais espécies, ações podem ser adotadas na condição de projeto, seja em unidades novas ou em unidades adicionais que sejam construídas.
[0029] Quando a avaliação é feita nas águas de processo, a metodologia apresenta as vantagens de reduzir o uso de ácidos na rota química de tratamento de espécies dissolvidas em água produzida para descarte o que aumenta a saúde e a segurança do processo utilizado. Além disso, permite a adoção de estratégias para a redução do teor de óleos e graxas (TOG) em água produzida; viabilizando a produção/descarte de água produzida em detrimento à reinjeção de água produzida, seleção de insumos químicos que resultem na quebra mais adequada da emulsão, favorecendo a produção; avaliação do impacto dos insumos químicos no refino de petróleo, principalmente do ponto de vista da região do topo da torre de destilação onde existe a possibilidade de formação de depósitos de sais a carretando no seu entupimento e a previsão da presença de espécies polares que eventualmente podem impactar no descarte de água produzida, considerando a produção de petróleo em ambiente offshore.
[0030] Assim, fica claro que os documentos citados e comentados acima não apresentam estudos ou processos similares e nem as possíveis vantagens técnicas da presente invenção, como relatadas acima. Logo, é possível notar que o estado da técnica carece de um processo de extração e determinação de compostos nitrogenados e ácidos aplicados aos petróleos brasileiros e em águas de processo, como detalhada a seguir.
Sumário da invenção
[0031] A presente invenção tem como um dos objetivos avaliar e estimar a presença de espécies que possam influenciar no parâmetro de descarte de efluente associado ao teor de óleos e graxas, mesmo a partir de petróleos que ainda não tenham sido produzidos e contenham baixo teor de água. Tais medidas permitem a adoção de ações ainda na etapa de projeto (tanto do ponto de vista de novas tecnologias de tratamento ou reinjeção), reduzindo de forma significativa os custos na fase de implantação. Aplicação na avaliação de estabilidade de emulsões e seleção de melhores soluções do ponto de vista químico (utilizando insumos adequados para quebra de emulsão). Avaliação de espécies com potencial corrosivo ou que possam influenciar no processamento de petróleos na etapa de refino e a adoção de ações mitigadoras ou até mesmo de minimização frente à informação obtida. Seleção de produtos nitrogenados que resultem em menor impacto na formação de sais na torre de destilação e acompanhamento de espécies que tenham potencial ou possam influenciar na formação de tais depósitos.
[0032] Para isso a presente invenção propõe um processo para extrair e determinar compostos nitrogenados e ácidos presentes no petróleo, derivados e nas águas de processamento antes da etapa de refino que compreende as macroetapas de: - extração (1); - separação (2); - pré-concentração (3); e - análise (4).
[0033] O processo pode incluir ainda uma etapa opcional de aquecimento do petróleo antes da etapa de extração quando a análise é feita nos produtos de degradação térmica do petróleo.
Breve descrição das figuras
[0034] A figura 1 é um fluxograma com as macroetapas do processo de extração e determinação de compostos nitrogenados e ácidos em petróleos, derivados ou produtos de degradação térmica da presente invenção.
Descrição detalhada da invenção
[0035] A invenção propõe um processo de extração e determinação de compostos nitrogenados e ácidos nos vários tipos de petróleos, derivados ou produtos de degradação térmica e em águas de processo antes da fase de produção/refino.
[0036] Quando a metodologia é aplicada a petróleos e derivados, o processo compreende as etapas de extração (1); separação (2); pré-concentração (3); e análise (4).
[0037] Já quando a metodologia é aplicada aos produtos de degradação térmica, há a necessidade de uma etapa anterior para simulação do aquecimento do petróleo contendo diferentes produtos químicos (se necessário) com a finalidade de promover a degradação térmica das espécies presentes e do petróleo e gerando compostos nitrogenados de composição mais simples.
[0038] Dependendo da composição dos produtos, pode ocorrer influência na formação das espécies nitrogenadas de interesse. O caso mais típico que resulta na formação de nitrogenados é a adição de sequestrante de H2S.
[0039] Portanto, a metodologia da presente invenção se baseia em uma sequência de etapas que permite o processamento de óleos com diferentes características (BSW, sólidos suspensos, teores de acidez), seus derivados e também das frações aquosas de processo com base na análise química dos óleos e/ou das frações aquosas por técnicas instrumentais complementares.
Metodologia de extração e determinação de compostos nitrogenados e ácidos nos produtos de degradação térmica
[0040] A metodologia para geração dos produtos de degradação térmica consiste em realizar em laboratório, em condições conhecidas e controladas, aquecimento em sistema de forma a simular a passagem de petróleo contendo diferentes produtos químicos e respectivos produtos de reação, nas baterias de pré-aquecimento e forno atmosférico de refinarias, onde o óleo pode ser aquecido a até 350°C, promovendo a degradação térmica dos produtos químicos presentes e gerando compostos sulfurados que se concentram na fase gasosa.
a) Adição de produtos de reação de sequestrantes de H2S no óleo
[0041] Transferir 800 mL de petróleo para um vaso de pressão metálico, manter sob agitação mecânica constante e submeter a um fluxo contínuo de mistura gasosa contendo H2S em pressão atmosférica e temperatura ambiente. Medir continuamente a concentração de H2S na fase gasosa efluente do sistema reacional até que seja constatada a saturação, quando a concentração de H2S na saída se torna igual a de entrada. Após saturação do meio reacional com a mistura gasosa, adicionar alíquota do produto químico sequestrante de H2S a ser avaliado em dosagem pré-estabelecida e fornecida pelo fabricante do produto. Manter o sistema nessa condição por 2 horas em borbulhamento contínuo de H2S, para promoção da reação do produto químico sequestrante com o H2S na máxima extensão possível.
b) Degradação térmica do óleo em produtos químicos
[0042] Para promover a degradação térmica das amostras, utiliza-se um vaso de pressão metálico (autoclave) de 500 mL em aço inox ou liga metálica de níquel, recipiente de vidro de 400 mL, interno ao vaso metálico, e instrumentação para acompanhamento e registro da pressão e temperatura. Transferir 100 mL de cada óleo (20% do volume total) previamente preparado, contendo produtos químicos e os respectivos produtos de reação, para o recipiente de vidro, acondicionar dentro do vaso de pressão, fechar vaso de pressão e submeter à temperatura pré-estabelecida (350oC). Quando a temperatura alvo é alcançada, o sistema é mantido nesta condição por 10 minutos.
Etapa de extração
[0043] As amostras oleosas são homogeneizadas mecanicamente, usualmente, por 10 min em uma rotação de ± 300 rpm, e uma alíquota de 100 a 250 mL é recolhida para extração em balão de fundo redondo.
[0044] Para a extração, o sistema é mantido sob aquecimento de 65 ± 10°C e agitação constantes (± 200 rpm), por 8 horas, com solução aquosa em razão estequiométrica de 4:1 (óleo/água), resultando em volumes finais de 500,0 - 1000,0 mL. O pH do meio influencia na classe de compostos a serem extraídos. Para extração de compostos nitrogenados, as condições de pH do meio devem ser definidas em valores abaixo de 5,0 e para extração de compostos ácidos, acima de 11,0.
Etapa de separação
[0045] Concluída a etapa de extração, as amostras devem ser centrifugadas em uma rotação de 9500 rpm por 180 min, com uso eventual de desemulsificante em uma concentração de até 2 mg/100 mL de amostra e recolhidas em funil de separação. Os desemulsificantes a serem utilizados são em geral os baseados em copolímeros de óxido de etileno/propileno, comumente utilizados na indústria de petróleo. A fração oleosa é dispensada e a fração aquosa segue para etapa posterior, mantendo monitoramento do pH dessa fração.
[0046] Se necessário, pode ser feita a quantificação de Nitrogênio básico e total (fração de 80,0 e 10,0 mL, respectivamente) além da determinação de espécies ácidas por titulação potenciométrica (10 mL) com NaOH, na fração aquosa.
Etapa de pré-concentração/clean up
[0047] As frações aquosas seguem para percolação em cartucho de extração em fase sólida pré-condicionado. De forma sucinta, o protocolo apresenta três variantes, sendo possível o uso de forma individual ou em conjunto, a depender dos objetivos: • Trocador catiônico polimérico: foco em aminas de cadeia curta. Consiste no condicionamento com 3,0 mL de hexano; 3,0 mL de metanol; 3,0 mL água (pH 5,0), percolação de amostra (pH 5,0), secagem por 30 minutos, fluxo constante (1 mL/min) e eluição com 2x 1,5 mL de fase aquosa pH 10,0 ± 0,2 (com Ca(OH)2) e 2x 1,5 mL fase aquosa pH 10,0 ± 0,2 e acetonitrila (razão 1:1); • Trocador aniônico fraco: foco em ácidos de cadeia curta. Consiste no condicionamento com 6,0 mL de Metanol + 6,0 mL de água (pH 2,5), percolação da amostra (pH 2,0), secagem por 30 minutos, fluxo constante (1 mL/min) e eluição com 2x 1,5 mL de fase aquosa (pH < 1,0); • Resina C18: foco em compostos ácidos ou nitrogenados de cadeia longa. Consiste no condicionamento com 12,0 mL de Metanol + 12,0 mL de água (pH 2,5), percolação de amostra (pH 2,5), secagem por 30 minutos, fluxo constante (2 mL/min) e eluição com 2x 2,5 mL de Metanol ou 2x 2,5 mL de Dicolometano.
Etapa de análise
[0048] A fração pré-concentrada pode ser utilizada para quantificação por cromatografia gasosa com detecção por espectrometria de massas (GC-MS), cromatografia de troca iônica com detecção de condutividade (IC) e espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) por refletância atenuada. A aplicação de cada técnica analítica depende do tipo de analito que se deseja analisar.
[0049] A metodologia considera o uso de: • IC para análise de aminas de cadeia curta: coluna 4x250mm (4um), fluxo de 0,9 mL/min, 40 °C, com fase móvel de 0,7 mmol/L de Ácido dipicolínico (1,7 mmol/L) em HNO3; injeção de 20,0 μL; • IC para análise de ácidos de cadeia curta: coluna 250x7,8mm, fluxo de 0,5 mL/min, 30 °C, com fase móvel de 0,5 mmol/L; injeção de 10,0 μL; • GC-MS para análise de compostos de cadeia longa: coluna RTx-5ms (Restek), FE 5% de fenilmetil; 95% de polidimetilsiloxano (30 m x 0.25 mm x 0.25 μm de filme), 330 °C (injeção) em modo split (50x), com ionização por impacto de elétrons em detector quadrupolo (modo Scan, 45 - 500 m/z) ; • FTIR para análise de compostos ácidos: evaporação e ressuspensão em heptano, leitura no modo reflectância, (1,0 mL amostra, leitura com 45 scans, resolução de 4 cm-1, cristal ZnSe), com monitoramento em 1690 - 1730 cm-1.
Metodologia de extração e determinação de compostos nitrogenados e ácidos nos produtos de petróleo e derivados
[0050] Quando se deseja obter informações a respeito dos compostos nitrogenados ou espécies ácidas que podem migrar para a fase aquosa, a metodologia é aplicada em petróleos e derivados diretamente. Neste caso específico, o processo compreende apenas as etapas de: extração (1); separação (2); pré-concentração (3); e análise (4), sendo basicamente as mesmas etapas já descritas acima. Para o caso específico de obtenção de dados associados a águas de processo, as etapas a serem aplicadas para obtenção de informações a respeito das espécies nitrogenadas e ácidas são: pré-concentração (3); e análise (4).
Exemplo de concretizações/testes/Resultados obtidos
[0051] A extração de compostos nitrogenados e ácidos a partir de óleos, derivados e produtos de degradação térmica visando estimar a presença desses compostos e predizer eventuais migrações para a fração aquosa (i.e. água de processo) se constitui de processo intensivo de manuseio de amostra e compreensão dos fatores relevantes para a extração, como pH, tempo e concentrações envolvidas. Além de um melhor entendimento do processo e a tomada de ações mitigadoras, ações de minimização também podem ser realizadas, a partir de intervenções no processo ou até mesmo no próprio projeto de novas unidades. Isto somente é possível a partir da análise do óleo, pois ainda não há a disponibilidade de água produzida. Assim, e de forma inédita, um protocolo reprodutível foi desenvolvido e validado frente a sistemas dopados com padrões analíticos a fim de estimar a eficiência de recuperação e a reprodutibilidade do processo.
[0052] De forma sucinta, as recuperações obtidas ficam próximas de 100% (m/m) quando mantido o sistema por 8 horas, em condições ideais de temperatura, e com pH acima de 11,0 e abaixo de 5,0, para espécies ácidas e nitrogenadas, respectivamente.
[0053] Esse resultado é ainda mais relevante considerando que se mantém mesmo com fatores de pré- concentração de até 50x, elevando a sensibilidade da metodologia de forma simultânea à eliminação de interferentes, por meio do emprego da etapa de extração em fase sólida (SPE).
[0054] Adicionalmente, o processo aqui desenvolvido se provou aplicável para amostras com BSW de até 10% (m/v), e mesmo pós-protocolos de stress térmico (> 300°C, na presença de triazina e etoxilado), sobretudo se considerado que cada amostra pode ser analisada sob diferentes condições de pH e, com isso, ter avaliada tanto as condições de extração máxima (i.e. valores mais extremos) como usuais em campo (pH entre 7,0 e 8,0).
[0055] Em relação à identificação e quantificação dos compostos de interesse nas frações aquosas extraídas e pré- concentradas, a sensibilidade ficou em cerca de 100 mg/L. Esses valores são condizentes com limites de quantificação de 2 mg/L de óleo, valores referentes a concentração de 0,2% m/m, ou seja, muito abaixo dos valores reportados na literatura (> 1,0% m/ml) como geradores de ocorrências nas plantas de refino.
[0056] Como forma de exemplificação, na tabela 1 a seguir, tem-se a comparação da análise de nitrogênio total e nitrogênio básico obtido após todas as etapas descritas. Com base nestes resultados conforma-se que o pH mais adequado para extração de espécies nitrogenadas é 5 ou menor. Além disso, torna-se possível a obtenção de dados que permitam a comparação e a avaliação da remoção de espécies nitrogenadas considerando o processo citado. Tabela 1: Resultados obtidos após aplicação das etapas de extração, separação, pré-concentração em petróleo, considerando foco no parâmetro: espécies nitrogenadas - nitrogênio total e básico em petróleo antes do processo de dessalgação (salgado) e depois do processo de dessalgação (dessalgado).
[0057] Um outro exemplo demonstra a aplicação da abordagem após degradação térmica na ausência e presença de diferentes sequestrantes de H2S a um petróleo específico, após todas as etapas citadas (1 até 4), sendo a análise realizada via FTIR para quantificação de ácidos. Observa-se o impacto do uso dos sequestrantes na formação de ácidos. Tabela 2: Resultados obtidos após aplicação das etapas de extração, separação, pré-concentração em petróleo após degradação térmica na ausência e presença de sequestrante de H2S, considerando foco no parâmetro: concentração de ácidos.
[0058] Esse resultado, se considerado como resultados de metodologias analíticas complementares envolvendo espectroscopia e cromatografia, torna este processo robusto e capaz de caracterizar amostras oleosas frente a esses compostos.

Claims (12)

1. Processo para extrair e determinar compostos nitrogenados e ácidos presentes no petróleo, derivados e nas águas de processamento antes da etapa de refino caracterizado por compreender as macroetapas de: - extração (1); - separação (2); - pré-concentração (3); e - análise (4).
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopor incluir ainda uma etapa opcional de aquecimento do petróleo antes da etapa de extração quando a análise é feita nos produtos de degradação térmica do petróleo.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a etapa de extração (1) compreende a manutenção da amostra sob aquecimento (65 ± 10 °C) e agitação constante de 200 rpm por 8 horas com solução aquosa em razão estequiométrica de 4:1 (óleo/água).
4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de que na etapa de extração (1) o pH do meio devem ser abaixo de 5,0 para extração de compostos nitrogenados e acima de 11,0 para extração de compostos ácidos.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que após a etapa de extração (1), as amostras são centrifugadas a 9500 rpm por 180 min com uso de eventual de 2 mg desemulsificante por 100 ml de amostra.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de que os desemulsificantes utilizados são, em geral, baseados em copolímeros de óxido de etileno/propileno, comumente utilizados na indústria de petróleo.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as amostras são separadas e recolhidas em um funil de separação onde a fração oleosa é dispensada e a fração aquosa segue para etapa posterior, mantendo monitoramento de seu pH.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fração aquosa depois da etapa de separação (2) é pré-concentrada passando em 3 cartuchos de extração em fase sólida pré-condicionado.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os 3 cartuchos de extração em fase sólida pré-condicionados são um trocador catiônico polimérico para separar aminas de cadeia curta, um trocador aniônico fraco para separar ácidos de cadeia curta e uma resina C18 para separar compostos de cadeia longa.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a fração aquosa pode passar nos 3 cartuchos de extração em fase sólida pré-condicionados em conjunto ou de forma individual, ficando a depender dos objetivos.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a fração aquosa, depois de pré-concentrada, é utilizada para quantificação por cromatografia gasosa com detecção por espectrometria de massas (GC-MS), cromatografia de troca iônica com detecção de condutividade (IC) e espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) por refletância atenuada, sendo que a aplicação da técnica analítica dependerá do tipo de analito que se deseje analisar.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a quantificação por cromatografia gasosa com detecção por espectrometria de massas (GC-MS) identifica os compostos de cadeia longa, a cromatografia de troca iônica com detecção de condutividade (IC) identifica as aminas e ácidos de cadeia curta e a quantificação por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) por refletância atenuada identifica os compostos ácidos.
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