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[pt] CARACTERIZAÇÃO DE CERAS DE PARAFINA EM ÓLEOS BRUTOS BRASILEIROS E SUA CORRELAÇÃO COM EMULSÕES ÁGUA-EM-ÓLEO / [en] CHARACTERIZATION OF PARAFFIN WAXES IN BRAZILIAN CRUDE OILS AND THEIR CORRELATION WITH WATER-IN-OIL EMULSIONSVITORIA REGIA MOISES NUNES GOMES 05 September 2024 (has links)
[pt] O aparecimento de emulsões tem gerado vastos desafios
operacionais e econômicos para a indústria petrolífera, principalmente na
etapa de separação de óleo e água no processamento primário do fluido
produzido de petróleo. Vários estudos anteriores sugerem que os
asfaltenos são responsáveis pela formação e estabilidade de emulsões de
petróleo. No entanto, com a descoberta do Pré-Sal, a formação de
emulsões estáveis tem sido observada mesmo a partir de óleos brutos com
baixo teor de asfaltenos, sugerindo que outras frações do óleo bruto
tenham um papel importante nestas emulsões. O levantamento
bibliográfico deste trabalho mostrou diferentes aplicações em que as ceras
de parafina podem atuar como partículas Pickering ou redes em gel que
estabilizam emulsões em outras áreas. Assim, surge a hipótese de que elas
também tenham um papel relevante na estabilização de emulsões de
petróleo. O objetivo deste estudo foi avaliar a capacidade de formação e
estabilização de emulsões água-em-óleo (A/O) por ceras de parafinas de
petróleo e sua possível interação com outras frações com atividade
interfacial. Para isso, a primeira parte do trabalho envolveu a extração de
ceras de parafina de óleos brutos brasileiros e a análise da sua composição
química e de seus respectivos óleos brutos. A segunda parte consistiu na
caracterização de emulsões formadas por óleos brutos, óleos residuais da
extração de asfaltenos ou óleos residuais da extração de ceras de
parafinas. Por fim, a terceira parte envolveu o preparo de emulsões
modelos considerando a solubilidade dos componentes dos óleos para
identificar as frações do petróleo que formam e estabilizam as emulsões.
Os resultados indicaram que a remoção de asfaltenos aumentou a
estabilidade da emulsão e, em outro resultado, a remoção das ceras
diminuiu drasticamente a estabilidade da emulsão a estabilidade das
emulsões em questão. Por outro lado, apenas as ceras de parafina não são
suficientes para promover a formação da emulsão, sendo necessária sua
combinação com outros componentes anfifílicos diferentes dos asfaltenos.
A análise de espalhamento de raios X de baixo ângulo (SAXS) revelou que
as ceras só formaram estrutura lamelar quando altamente purificadas, o
que é muito distante da mistura complexa que é o óleo bruto. Portanto, as
ceras de parafina provavelmente não formam uma rede em gel para
estabilizar as emulsões, mas formam partículas cristalinas que promovem
estabilização Pickering. Em conclusão, as emulsões modelos tiveram uma
boa correlação com os resultados de amostras reais graças à escolha de
componentes e solventes para simular emulsões de petróleo bruto. Esta
correlação indicou que outros componentes do petróleo além do asfaltenos
e ceras desempenham um papel crucial na formação de emulsões,
enquanto a cera de parafina proporciona estabilização por mecanismo de
Pickering. Portanto, este estudo aumenta a compreensão dos mecanismos
que governam as emulsões de óleos brutos brasileiros parafínicos. / [en] The appearance of emulsions has generated vast operational and economic challenges for the oil industry, mainly in separating the oil, and water fractions in the separator vessel of the produced fluid. Several previous studies suggest that asphaltenes are responsible for forming and stabilizing petroleum emulsions. However, with the discovery of the Pre-Salt, the formation of stable emulsions has been observed even from crude oils with a low asphaltene content, suggesting that other fractions of the crude oil play an important role in these emulsions. The literature review of this work showed different applications in which paraffin waxes can act as Pickering particles or gel networks that stabilize emulsions. Thus, the hypothesis arises that they also have a relevant role in the stabilization of petroleum emulsions. This study aimed to evaluate the capacity for the formation and stabilization of water-in-oil (W/O) emulsions by petroleum paraffin waxes and their possible interaction with other fractions with interfacial activity. To achieve this, the first part of the work involved the extraction of paraffin waxes from Brazilian crude oils and the analysis of their chemical composition and their respective crude oils. The second part consisted of the characterization of emulsions formed by crude oils, residual oils from the extraction of asphaltenes, or residual oils from the extraction of paraffin waxes. Finally, the third part involved the preparation of model emulsions considering the solubility of the oil components to identify the petroleum fractions that form and stabilize the emulsions. The results indicated that the removal of asphaltenes increased the stability of the emulsion, while the removal of waxes drastically decreased it. On the other hand, paraffin waxes alone are not sufficient to promote the formation of the emulsion, requiring their combination with other amphiphilic components other than asphaltenes. Small-angle X-ray scattering (SAXS) analysis revealed that the waxes only formed a lamellar structure when highly purified, which is very far from the complex mixture that is crude oil. Therefore, paraffin waxes probably do not form a gel network to stabilize emulsions, but rather form crystalline particles that promote Pickering stabilization. In conclusion, the model emulsions correlated well with the results from real samples thanks to the choice of components and solvents to simulate crude oil emulsions. This correlation indicated that polar petroleum fractions other than asphaltenes play a crucial role in the formation of emulsions, while paraffin wax provides stabilization by the Pickering mechanism. Therefore, this study increases understanding of the mechanisms that govern paraffinic Brazilian crude oil emulsions.
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