Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015. / Submitted by Cristiane Mendes (mcristianem@gmail.com) on 2015-06-29T18:17:00Z No. of bitstreams: 1 2015_EdgarAmaralSilveira.pdf: 7615094 bytes, checksum: 1fc1f5ce0f202d2f9bb3c852a0f6a3b0 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-07-03T15:20:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_EdgarAmaralSilveira.pdf: 7615094 bytes, checksum: 1fc1f5ce0f202d2f9bb3c852a0f6a3b0 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-03T15:20:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_EdgarAmaralSilveira.pdf: 7615094 bytes, checksum: 1fc1f5ce0f202d2f9bb3c852a0f6a3b0 (MD5) / Com maiores desafios impostos à atividade de E&P de petróleo offshore, torna-se imprescindível aprofundar o conhecimento sobre as fontes de impacto ambiental levando assim ao desenvolvimento de novas ferramentas e metodologias de gerenciamento. Essas permitirão o acompanhamento, avaliação e controle do desempenho cada vez mais efetivos das atividades através de uma descrição mais precisa das suas interações com o meio ambiente. O objeto principal desse estudo é o diagnóstico do desempenho ambiental, a partir da identificação das principais correntes mássicas e energéticas dos processos unitários de um modelo tecnológico genérico, de uma planta offshore de processamento primário de petróleo. Este modelo permitirá avaliar o balanço de energia e emissões em plataformas do tipo FPSO (Floating Production, Storage and Offloading), com a utilização de dados secundários e diferentes combinações de tecnologias, através de simulações e análises de sensibilidade, em diferentes cenários, que poderão identificar em quais etapas do ciclo de combustíveis fósseis o consumo de recursos e energia e as emissões de poluentes são mais significativas. O estudo utiliza a caracterização do fluxograma dos sistemas e processos de uma planta de processamento primário offshore através da metodologia da Avaliação de Ciclo de Vida e do sistema de impactos ambientais CML2001 no estudo de caso. Os módulos dos tratamentos principais do modelo foram separados em processos vinculados tanto diretamente (Processos Internos) ao processo produtivo do óleo e do gás, quanto indiretamente (Processos Externos). Os Processos Internos são: Separação, Tratamento de Óleo, Água e Gás, Geração de Energia e a Queima em tocha. Os Processos Externos são aqueles referentes à produção dos insumos que constituem os produtos químicos utilizados, a produção de combustíveis para a geração de energia e o Tratamento de Resíduos Sólidos. Os resultados aproximados mostraram que as emissões gasosas dos Processos Internos e Externos são dominadas pela Geração de Energia, 100% das emissões de CO, N2O e NO2, 80% de materiais particulados (MP), 67% de Total de Hidrocarbonetos (THC), 23% de CO2 e 25% de SO2. O Tratamento de Gás apresentou 73% das emissões de CO2, 100% das emissões de CH4 e 75% das emissões de SO2, 14% dos MP e 10% de THC. O Tratamento de Óleo detém 100% das emissões de Compostos Orgânicos Voláteis (COV) e 23% do THC. O Tratamento de Resíduos representa 4% das emissões de CO2 e 6% do MP. O Tratamento de Água aparece com 83% do potencial de ecotoxicidade terrestre e 36% do potencial de ecotoxidade aquática (marinha) devido às emissões de compostos orgânicos, inorgânicos e metais pesados para o mar. No cenário em que o gás natural é utilizado na cogeração de energia, o processo de queima em flare é utilizado apenas em situações de emergência e na queima de gás excedente sendo a sua contribuição desprezível se comparada com os outros sistemas. / With higher challenges inserted in offshore exploration and production of oil activity, it is essential to increase knowledge of the environmental impact sources thus leading to the development of new management tools and methodologies. These will enable the monitoring, evaluation and control of increasingly effective performance of activities through a more precise description of their interactions with the environment. The main object of this study is the environmental performance diagnosis by identifying the main mass and energy currents of unit processes in a generic technological model of an offshore primary oil processing plant. This will allow to evaluate the energy balance and emissions in FPSO platforms, using secondary data and different technologies combinations, through simulations and sensitivity analyzes in different scenarios that will identify which stages of the fossil fuel cycle the resource and energy consumption and pollutant emissions are more significant. The study uses the characterization of the flow diagram of the systems and processes in an offshore primary processing plant through the Life Cycle Assessment methodology and the environmental impacts system CML2001 in the case of study. The modules of the main treatments in the model were divided into processes linked either directly (Internal Processes), and indirectly (External Processes), with the oil and gas production process. Internal Processes are Separation, Oil Treatment, Water Treatment, Gas Treatment, Power Generation Plant and the Flare. External processes are those related to the production of chemicals for all the processes, fuels for power generation and Waste Treatment. The approximate results showed that gaseous emissions from internal and external processes are dominated by the Power Plant, 100% CO, N2O and NO2, 80% of particulate matter (PM), 67% of total hydrocarbons (HTC), 23% CO2 and 25% SO2. Gas Treatment presented 73% of CO2 emissions, 100% of CH4 emissions and 75% of SO2 emissions, 14% of PM and 10% of HTC. Oil Treatment holds the majority of organic emissions with 99% of VOC (volatile organic carbons) emissions and 23% of HTC. Waste Treatment present 4% of CO2 emissions and 6% of PM emissions. Water Treatment appears with 83% of the terrestrial ecotoxicity potential and 36% of aquatic ecotoxicity potential (sea water) due to emissions of organic and inorganic compounds and heavy metals into the sea. In the scenario where natural gas is used in cogeneration, the process of flaring is used only in emergency situations and in the case of surplus gas flaring being its contribution negligible compared to other systems.

Producing oil is a complex process where the fluids existing in a deep layer of the subsurface must be raised to the surface through the production well, where oil and natural gas are handled. The primary treatment of oil is basically done in two stages, the separation of gaseous and liquid phase separation, oil, water and other contaminants. Production facilities in offshore fields, which concentrates the largest and most recent discoveries of oil, the relatively small space in the production platforms has led to the employment of more compact process equipment. Pressure vessels are used in the separation of liquid phases, oil and water, imposing greater turbulence to fluids contributing to the formation and stabilization of emulsions of oil. This work aims at using CFD (Computational Fluid Dynamics) a software tool to visualize the behavior of fluid flow to analyze the dynamics of atmospheric flow in gravitational separators. To evaluate the influence of some internal atmospheric gravity separator tank known as Free Water Tank and how some its dimensions interfere with the gravitational separation. We restrict our analysis in a qualitative view of fluid dynamics in the gravitational separator and the occurrence of atmospheric phenomena that may influence its efficiency. For the separator model we could highlight the importance of the inductor tube, since the velocity profiles produced show the influence of its dimensions in the functionality of the equipment. Therefore the gravitational separators type, Free Water Tank height and diameter of the tube inducer, greatly influence the performance of the gravitational separator, thus, appears that supporting devices should be objects of analysis also at existing facilities. / Produzir petróleo é um processo complexo, no qual os fluidos existentes em uma camada profunda do subsolo devem ser elevados através do poço produtor, até a superfície, onde o petróleo e o gás natural são tratados. O tratamento primário do petróleo é realizado basicamente em dois estágios: a separação da fase gasosa e a separação da fase líquida constituída de petróleo, água e outros contaminantes. Nas unidades de produção em campos marítimos, onde se concentram as maiores e mais recentes descobertas de petróleo, o espaço físico relativamente pequeno nas plataformas de produção tem induzido ao emprego de equipamentos de processo mais compactos. Vasos de pressão são utilizados na separação das fases líquidas, nos quais ocorre grande movimentação dos fluidos, o que contribui fortemente para a formação e estabilização das emulsões de petróleo. Este trabalho objetiva com o uso de CFD (Computacional Fluid Dynamics) uma ferramenta computacional que permite visualizar o comportamento de fluidos em movimento apresentar uma análise da dinâmica de fluxo em separadores gravitacionais atmosféricos. Faz-se a avaliação da influência de alguns internos de um separador gravitacional atmosférico conhecido como Tanque de Água Livre (TAL), verificando-se como algumas dimensões dos mesmos interfere na separação gravitacional. Este trabalho restringiu-se a uma análise da dinâmica dos fluidos no separador gravitacional atmosférico e à ocorrência de fenômenos que possam influir na sua eficiência. Para o separador modelo pôde-se evidenciar a importância do tubo indutor, uma vez que os perfis de velocidade produzidos mostram a influência das dimensões deste dispositivo no desempenho do equipamento. Constatou-se que nos separadores do tipo Tanque de Água Livre a altura e o diâmetro do tubo indutor influenciam sensivelmente no desempenho do separador gravitacional, denotando a importância de analisar o efeito que estes dispositivos coadjuvantes podem ter nas instalações existentes para o tratamento primário de petróleo.