ÁREA
Química Analítica
Autores
Corona, R.R.B. (UFES) ; Sad, C.M.S. (UFES) ; Barros, E.V. (UFES) ; Silva, M. (UFES) ; Castro, E.V.R. (UFES)
RESUMO
Este estudo avaliou as semelhanças composicionais entre um material betuminoso comercial conhecido como gilsonita e um asfalteno obtido de um petróleo médio. A aplicação deste material como agente emulsificante em emulsões modelo de petróleo é uma novidade cientifica e precisa ser explorada. Para isto, avaliou-se o perfil composicional por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de massas de ressonância ciclotrônica de íons com transformada de Fourier (FT-ICR MS) e teor de Saturados, Aromáticos, Resinas e Asfaltenos (SARA). Os resultados são promissores devido as semelhanças entre as amostras betuminosas e além disto, a gilsonita contém 14% m/m de resina em sua composição, fator que pode auxiliar na emulsificação e dissolução deste sólido em óleo.
Palavras Chaves
Emulsão; Asfalteno; Gilsonita
Introdução
Um fluido modelo, pode ser preparado para imitar as propriedades de qualquer liquido que se queira avaliar, mas que não esteja disponível em grandes quantidades. Para aplicações na área industrial de petróleo, o uso de fluidos modelo em laboratórios em vez de óleos reais melhorará a segurança ambiental e laboratorial, e são de importância primordial para a otimização de equipamentos e desenvolvimentos de novas metodologias de extração de petróleo. É bem relatado na literatura o preparo de emulsões modelo utilizando surfactantes sintéticos como meio conciliador entre as fases (RODIONOVA; SJÖBLOM, 2015; VELAYATI; NOURI, 2020; CORONA et al., 2023). Mas recentemente, Velayati e Nouri (2021) avançam e acrescentam pela primeira vez o uso de gilsonita, material composto por asfalteno e resina, como emulsionante em combinação com o mesmo surfactante aniônico utilizado em 2020. Neste estudo, os pesquisadores utilizaram as propriedades dos fluidos modelo para compreender o papel dos asfaltenos na interface oleo/água. Gilsonita é um sistema complexo de diferentes constituintes, feitos de hidrocarbonetos e heteroátomos. Após o fracionamento da Gilsonita por solventes específicos, são obtidas quatro famílias químicas principais: saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos. A associação de folhas de asfaltenos leva à formação de macroestruturas ou “micelas” que podem formar agregados. Os diferentes constituintes do betume seguem uma lei coloidal conhecida como Índice de Instabilidade Coloidal (CII do inglês, Colloidal Instability Index).
Material e métodos
A gilsonita é uma forma natural de asfalteno, também conhecido como betume, que é solúvel em aromáticos (NCIRI et al., 2014; VELAYATI; NOURI, 2022). Nesta pesquisa, a gilsonita utilizada foi importada de Utah-USA. Para verificação das propriedades da gilsonita, uma amostra foi avaliada quanto as suas características em termos de perfil espectroscópico no FTIR, FT-ICR MS e teor de SARA. A caracterização da gilsonita será essencial para a adição, interpretação e avaliação das emulsões contendo asfalteno. O CII foi verificado calculado através dos resultados do SARA. Evidências empíricas mostraram que valores de CII ≥ 0,9 indicam betume com asfalteno instável, enquanto valores abaixo de 0,7 indicam asfaltenos estáveis. Entre 0,7 e 0,9, a estabilidade dos asfaltenos é incerta (NCIRI et al., 2014).
Resultado e discussão
A gilsonita possui a seguinte composição
química em termos de SARA: 4,33% m/m de
saturados, 31,94% m/m de aromáticos, 14,00%
m/m de resinas e 49,73% m/m de asfaltenos.
Seu valor de CII é superior a 0,9, indicando
potencial deposição de asfalteno devido aos
altos teores de asfaltenos e baixos teores de
aromáticos e resinas.
A Figura 1 exibe os espectros de
infravermelho das amostras de asfalteno e
gilsonita. Principais características do FTIR
incluem absorções alifáticas marcantes na
região de 2920 cm-1 e 2850 cm-1, associadas
ao alongamento C-H assimétrico e simétrico. O
caráter alifático está ligado à adequação
para liquefação. Sinais na banda em 1700 cm-
1, relacionados ao estiramento de carbonila
do asfalteno, destacam-se em comparação com a
Gilsonita. Isso sugere presença de grupos
funcionais específicos no asfalteno,
possivelmente em maior concentração comparado
à Gilsonita. Na região de 1000-1300 cm-1 nos
espectros, há ligações C-O em estruturas
betuminosas, observadas no espectro do
asfalteno, com absorvância reduzida na
Gilsonita.
A Figura 2a mostra perfil gaussiano de m/z
200-1200 para espectro de ESI(+)FT-ICR MS da
gilsonita, com distribuição de massa molar
média (Mw) de 620 Da. Utilizando o software
Compass DataAnalysis, identificaram-se 23,774
fórmulas moleculares.
Os dados das análises de ESI(+)FT-ICR MS
foram processados pelo Composer, permitindo a
construção do histograma de classe de
compostos (Fig. 2b) e gráfico de contornos de
isoabundância de DBE versus número de
carbonos (NC) (Fig. 2c). Nota-se
predominância da classe N (~50,5%), seguida
por compostos multi-heteroatômicos,
destacando-se a classe N2 (~28,2%).
Sobreposição dos espectros de Infravermelho \r\nmédio das amostras de asfalteno extraída do \r\npetróleo bruto de referência e gilsonita.\r\n
(a) Espectros de ESI(+)FT-ICR MS da amostra \r\nde gilsonita, (b) Histograma de classe de \r\ncompostos e (c) gráfico de DBE vs CN.
Conclusões
A análise de ESI(+)FT-ICR MS revelou que a amostra de gilsonita apresenta um espectro com perfil gaussiano característico de uma matriz complexa e derivada do petróleo de alta massa molecular, semelhante a uma amostra de asfalteno. Os resultados, no modo positivo, mostram que a amostra de gilsonita é constituída de uma variedade majoritária de compostos nitrogenados básicos, com predominância da classe N (compostos piridínicos). A análise de SARA mostrou que a gilsonita apresenta alto teor de asfalteno e aromáticos, a adição deste material pode proporcionar maior estabilidade para a fase óleo.
Agradecimentos
Os autores agradecem a organização do evento, a Associação Brasileira de Química (ABQ) e a UFES (Campus Goiabeiras).
Referências
CORONA, R. R. B.; SAD, C. M. S.; SILVA, M.; CASTRO, E. V. R.; QUINTELA, E. F.; RAMOS, R. Selecting a model fluid with properties similar to crude oil to test the formation of W/O emulsions. Geoenergy Science and Engineering, v. 221, p. 111265, 1 fev. 2023.
NCIRI, N.; SONG, S.; KIM, N.; CHO, N. Chemical Characterization of Gilsonite Bitumen. J Pet Environ Biotechnol, v. 5, p. 5, 2014.
RODIONOVA, G.; SJÖBLOM, J. Electrorheological Behavior of Crude Oil and Synthetic Reference Fluid Emulsions. Journal of Dispersion Science and Technology, v. 36, n. 10, p. 1388–1393, 2015.
VELAYATI, A.; NOURI, A. Physical features’ characterization of the water-in-mineral oil macro emulsion stabilized by a nonionic surfactant. https://doi.org/10.1080/01932691.2020.1848574, v. 43, n. 8, p. 1135–1150, 2020.
VELAYATI, A.; NOURI, A. Role of Asphaltene in Stability of Water-in-Oil Model
Emulsions: The Effects of Oil Composition and Size of the Aggregates and
Droplets. Energy and Fuels, 2021.
VELAYATI, A.; NOURI, A. Formulating a model emulsion replicating SAGD in-situ emulsions. Journal of Petroleum Science and Engineering, v. 208, p. 109528, 1 jan. 2022.
