ÁREA: Química Orgânica
TÍTULO: CARACTERIZAÇÃO DE SUBFRAÇÕES DE BORRA RICA EM ASFALTENOS OBTIDAS USANDO MISTURAS HEPTANO–TOLUENO (HEPTOL).
AUTORES: NASSER, S. (UFRJ) ; QUINTERO, L. C. N (UFRJ) ; ZIGLIO, C. (CENPES) ; LEAL K. Z. (UFF) ; MENEZES S. M. C. (CENPES) ; SEIDL P. R. (UFRJ)
RESUMO: A complexidade dos asfaltenos, gera dificuldades para a identificação estrutural, necessária para o estudo de suas propriedades. Várias técnicas analíticas têm sido aplicadas com o propósito de auxiliar nesta identificação. Os asfaltenos, representam não uma única molécula, mas sim uma família de moléculas, esse fato de faz com que seja extremamente difícil definir sua estrutura molecular. Com a finalidade de melhorar a representação da estrutura química de asfaltenos, no presente trabalho, se fracionaram asfaltenos provenientes de uma borra rica em asfaltenos, seguindo o método IP-143 modificado, utilizando como solvente, misturas de heptano e tolueno (Heptol) em proporções variadas. Cada subfração obtida foi caracterizada estruturalmente, usando espectroscopia de RMN.
PALAVRAS CHAVES: 1.asfaltenos, 2.borra, 3 heptol
INTRODUÇÃO: A preocupação com a fração pesada do petróleo, tem aumentado sensivelmente. No Brasil, esta questão merece destaque, apresentando crescentes investimentos para o desenvolvimento de tecnologias voltadas para seu processamento e aproveitamento eficiente de seus resíduos. Frações pesadas, como parafinas e asfaltenos são conhecidas pelos problemas associados à sua deposição. Essa deposição causa o bloqueio de tubulações dentro de poços e nas linhas de produção. Os asfaltenos, mesmo em baixas concentrações apresentam tendência a agregar e precipitar gerando perdas nas fases de produção e refino. Técnicas de separação largamente usadas para o tratamento destes resíduos, baseadas no uso de solventes e/ou misturas dos mesmos tem sido estudadas, mas o comportamento das cargas nos diferentes processos depende principalmente de sua qualidade, de sua estrutura e do processo de associação de asfaltenos.
Para abordar este problema é preciso compreender a estrutura química e física dos asfaltenos. Sendo os asfaltenos moléculas grandes e complexas, fato que torna extremamente difícil definir sua estrutura molecular e seus mecanismos de agregação, existe a possibilidade de estudá-las de forma mais precisa, sub fracionando-as de acordo com a sua solubilidade em diferentes solventes. A caracterização química e estrutural dos asfaltenos e suas subfrações pode ser a chave para o entendimento de suas propriedades, seu comportamento e sua tendência à agregação e a formação de coque. O presente trabalho visa o estudo dos asfaltenos desses Resíduos de Vácuo e da Borra, caracterizando estruturalmente cada uma das suas subfrações e identificando nelas, espécies com arranjos estruturais diferentes, que possam iniciar o processo de agregação e a futura formação de coque nos processos de refino.
MATERIAL E MÉTODOS: Os asfaltenos foram precipitados de um resíduo de vácuo brasileiro (resíduos A e B) e de uma Borra (resíduo C).
O resíduo de vácuo foi aquecido até a fluidez e homogeneizado e a borra foi macerada até sua homogeneização. A precipitação dos asfaltenos foi baseada no ensaio padronizado pelo Institute of Petroleum of London (Standard Methods for Analysis and Testing of Petroleum and Related Products-vol 1, IP-143, ASTM-6500-00).
Inicialmente se procedeu a uma quantificação do teor de asfaltenos para cada proporção de Heptol usado como solvente. Aproximadamente 1 g de amostra foi pesada para cada analise dos resíduos A e B e 0,8 g de amostra foi pesada para cada analise da Borra. O solvente empregado foi uma mistura de n-heptano (P.A, 99.5%) e tolueno (P.A), Heptol em diferentes proporções, variando desde 0% v/v (asfalteno “puro”), ate 40% v/v de tolueno na mistura.
Para a obtenção das subfrações, a amostra foi dissolvida previamente na quantidade exata de tolueno na mistura, antes da adição do agente precipitante (n-heptano). A mistura foi adicionada ate 30 vezes o valor da massa pesada, e o refluxo foi mantido por um tempo de uma hora. A solução foi mantida em repouso, no escuro durante uma hora e meia, e depois filtrada a vácuo, utilizando papel de filtro Whatman n° 42, usando para a lavagem a solução equivalente de composição de Heptol utilizada durante a primeira etapa de extração. O precipitado obtido foi submetido à lavagem exaustiva com n-heptano, para remover o excesso de maltenos ou resinas, usando refluxo ate obter gotejamento claro do solvente. Posteriormente o precipitado é submetido à extração com tolueno, para evitar impurezas, ate claridade do solvente. O solvente remanescente é roto-evaporado a vácuo na presença de nitrogênio.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os asfaltenos A e B como podem ser vistos na Tabela 1, têm comportamentos semelhantes, enquanto que o asfalteno C apresenta uma particularidade, devido ao seu alto teor e sua solubilidade reduzida, mesmo na presença de heptol. Ao contrário dos outros dois, que seguem um padrão da literatura, o asfalteno C foge a esses padrões.
Os resultados mostram diferenças no núcleo que faz parte do sistema aromático para cada subfração. O conteúdo de hidrogênio aromático (Har) para o aslfalteno A e C, não revela um padrão regular. No asfalteno A, o que mais chama atenção é a subfração A – 10% e no asfalteno C por seu alto valor. Hα permanece quase constante no asfalteno A, Hβ mostra valores entre 49-57 % para o asfalteno A, 50-54 % para o asfalteno B e 43-46 % para o asfalteno C. Para o Hγ entre 14,4 e 18,1 % para o asfalteno A, 17-21 % para o asfalteno B e 13-15 % para o asfalteno C. Estes resultados mostram que existem diferenças entre cada uma das subfrações, mostrando uma maior diferença na fração A-10% (asfaltenos A) e para o C-20% (asfalteno C) e possivelmente uma maior concentração de moléculas com alta aromaticidade. Sendo que no caso do asfalteno C o conteúdo de Har é muito maior do que nos asfaltenos A e B, ou seja, este asfalteno possui uma maior aromaticidade do que os outros dois.
CONCLUSÕES: Apresentam resultados semelhantes (QUINTERO N. L. C., et al., 2007) quanto aos asfaltenos A e B, os quais são de campos diferentes. Enquanto que o asfalteno C avaliado, também de campo diferente em relação ao A e B, não apresenta tais semelhanças, mostrando ter um comportamento muito singular, devido a facilidade de formação de borra.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ALTGELT, K.; BODUSZYNSKI, M. 1994. Composition and Analysis of Heavy Petroleum Fractions. New York. Marcel Dekker Inc., pp 75-199, 203-248, 309-387.
CARAUTA, A. ET AL. (2005), b. Modeling Solvent Effects on Asphaltene Dimers. Energy & Fuels, Vol. 19N°4; 1245-1251.
LEÓN, V. 2001. Visión Molecular de la Tensión Superficial. Solubilidad y Estabilidad en un Crudo Pesado. VisiónTecnológica, v 8, No. 2, p 103-110
MURGICH, J.; RODRIGUES, J.; ARAY, M. 1996. Molecular Recognition and Molecular Mechanics of Micelles of Some Model Asphaltenes and Resins. Energy & Fuels, v. 10, No. 1, p 68-76
QUINTERO, L. C. N.; SEID, L P. R.; TASIC, L.; LEAL, K. Z.; MENEZES, S. M. C.; NUNES E. C. A. 2007. Caracterização de subfrações de asfaltenos de resíduos de vácuo obtidas usando misturas heptano-tolueno (heptol). 4o PDPETRO, Campinas, SP
SILVA, R. C. 2005. A Geração de Estruturas de Asfaltenos de Resíduos de Vácuo a Partir de Dados Analíticos. Tese de Doutorado, EQ-UFRJ.
SPEIGTH, J. G. 1991. The Chemistry and Technology of Petroleum. Segunda Edição. Marcel Decker, New York.
SPEIGHT, J. 1999. The Chemical And Physical Structure Of Petroleum: Effects On Recovery Operations. Journalof Petroleum Science & Enginnering, v 22, p 3-15
STORM, D. ET AL. 1991. Colloidal Nature of Vacuum Residue Fuel, v. 70, p 779-782
STRAUSZ, O.P. 1999. Special Section on Asphaltenes. Energy & Fuels, v13, 205
LEITE, L. F. 2000. TN Petróleo, v 14, p 60
WHIHE I, A.; KENNEDY, R, J. 2000. The Oil Compatibility Model and Crude Oil incompatibility. Energy &Fuels, p 14, 56-59
