Análise da Solubilidade de Asfaltenos

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS

INSTITUTO DE QUÍMICA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA

CRISTIANO FRANCISCO DE AZEVEDO JÚNIOR

NOVAS ABORDAGENS NA CARACTERIZAÇÃO DE ASFALTENOS EM PETRÓLEOS BRASILEIROS POR ESPECTROMETRIA DE MASSAS: ESTIMAÇÃO DOS PARÂMETROS DE SOLUBILIDADE E ESTRUTURAIS

GOIÂNIA – GO

2019

CRISTIANO FRANCISCO DE AZEVEDO JÚNIOR

NOVAS ABORDAGENS NA CARACTERIZAÇÃO DE ASFALTENOS EM PETRÓLEOS BRASILEIROS POR ESPECTROMETRIA DE MASSAS: DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS DE SOLUBILIDADE E ESTRUTURAIS

Projeto de pesquisa apresentado ao programa de pós-graduação de Química, nível Mestrado, da Universidade Federal de Goiás, a ser utilizado como diretrizes para a manufatura do Trabalho de Conclusão de Curso (TCC).

Orientador: Prof. Dr. Boniek Gontijo Vaz

GOIÂNIA – GO

2019

Resumo: O petróleo pode ser diferenciado através da solubilidade, onde a fração solúvel em n-alcanos é chamada de maltenos (fração essa que engloba os compostos aromáticos, as resinas e os hidrocarbonetos saturados); e a fração insolúvel em n-alcanos, mas solúvel em aromáticos (tolueno e benzeno) é chamada de asfaltenos. Devido aos problemas de precipitação, os asfaltenos ganharam bastante atenção nos últimos anos, com vários modelos propostos para identificar sua estrutura. Os modelos mais recentes apontam para a existência de dois tipos de estruturas principais, chamadas de ilha e arquipélago, que podem coexistir em uma mesma amostra de petróleo cru. Entretanto, a predominância de cada uma dessas estruturas depende da origem do petróleo, e tal fator pode determinar como é o perfil de precipitação e solubilidade dos asfaltenos nesse petróleo. Esse projeto se propõe a estudar a composição dos asfaltenos de petróleos brasileiros, a fim de determinar a predominância de estruturas do tipo ilha ou arquipélago. Também se propõe a analisar o perfil de solubilidade do petróleo, e relacionar o resultado com as estruturas encontradas. Será feito um fracionamento dos asfaltenos, após sua purificação, visando obter cinco frações com propriedades diferentes, utilizando acetona, acetonitrila, n-heptano, n-heptano/tolueno 1:1 e tolueno. Se analisará por espectrometria de massas, usando fonte de ionização ESI (+) e ESI (-), no espectrômetro LTQ. Obtendo êxito, os resultados desse projeto permitirão definir se os asfaltenos de petróleos brasileiros estão constituídos majoritariamente por estruturas do tipo ilha ou do tipo arquipélago, e permitirá traçar um paralelo com a teoria existente, se os resultados obtidos para o perfil de solubilidade estarão condizentes com a estrutura predominante.

Abstract: The oil can be distinguished by its solubility, where the n-alkanes soluble fraction is named malthenes (which includes aromatic compounds, resins and saturated hidrocarbons); and the n-alkanes insoluble fractions, but aromatic soluble (toluene and benzene) is named asphaltenes. Due to precipitation issues, asphaltenes has been on the center of discussion for the last years, with many proposed models in order to identify its structure. More recent models have pointed to the existence of two main structures, named Island and Archipelago, which may coexist in the same sample of crude oil. Although, the dominance of each one of these structures depends on the origin of the oil, and this fact could determine how is the asphaltene solubility and precipitation profile. The present project proposes Brazilian oil asphaltene composition study, in order to define the dominance of Island and Archipelago motifs. Additionally, I propose to analyze the oil solubility profile, and relate the results to the found structures. I am going to fractionate purified asphaltenes, obtaining five fractions with different properties, using acetone, acetonitrile, n-heptane, n-heptane/toluene 1:1 and toluene. Moreover, I will analyze with mass spectrometry, using ionization source electrospray (ESI), in positive (+) and negative (-) mode, in LTQ spectrometer. Achieving it successfully, the results of this project will allow the dominance definition of Island and Archipelago motifs in Brazilian oil asphaltenes and will also allow to map a parallel with theory, if the obtained solubility profile results are in concordance with the dominant structure.

1. Introdução

1.1 O Petróleo e a problemática dos asfaltenos

O petróleo é uma das matrizes mais importantes do mundo desde meados do século XX. Responsável pelo crescimento econômico de vários países, como os países do Oriente Médio, é a partir dele que se obtêm produtos de relevância ímpar para a sociedade contemporânea, como a gasolina e o diesel - combustíveis majoritários nos automóveis do mundo todo; como o plástico sintético, classe de materiais que, devido a sua maleabilidade, se tornou parte essencial das residências, nas mais distintas formas de utensílios domésticos, e parte fundamental da indústria e do comércio, através de embalagens; dentre várias outras funções.

Além de ser uma das matrizes mais importantes, o petróleo também assume o posto de uma das matrizes mais complexas conhecidas. Uma fração do petróleo que contribui para a complexidade do petróleo é chamada de asfaltenos. Conceitualmente, os asfaltenos são aquela fração do petróleo que não é solúvel em n-alcanos de baixo número de carbono, como n-hexano, n-heptano ou n-pentano, contudo, é solúvel em hidrocarbonetos aromáticos, como benzeno e tolueno [1]. Por outro lado, a fração solúvel em n-alcanos é chamada de maltenos, e abarca as resinas, hidrocarbonetos aromáticos e saturados.

Os asfaltenos apresentam muitos usos práticos na indústria, sendo um constituinte na fabricação de asfaltos, materiais impermeabilizantes, materiais para coberturas, inibidores de corrosão, dentre outros [2]. Entretanto, se destaca também por sua contribuição negativa, que está relacionada a sua tendência em formar agregados, ocasionando sua precipitação em condições bastante variadas. O resultado desse fenômeno é a deposição de asfaltenos nos poros das rochas formadoras de petróleo, nas válvulas, bombas, tanques de armazenamento e tubulações; ou seja, em todo o processo de refino e transporte do petróleo. Essa deposição pode causar severos danos aos equipamentos, como se demonstra na figura 1, sendo, portanto, um problema com potencial de aumentar os custos da produção do petróleo e seus derivados [3].

...