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Título: Equilíbrio de fases experimental de hidratos de dióxido de carbono e metano na presença de isopropanol e cloreto de sódio
Título(s) alternativo(s): Experimental phase equilibria of carbon dioxide and methane hydrates in the presence of isopropanol and sodium chloride
Autor(es): Vasconcelos, Luiz Fernando Santos de
Orientador(es): Marcelino Neto, Moises Alves
Palavras-chave: Hidratos
Dióxido de carbono
Metano
Cloreto de sódio
Termodinâmica - Inibidores
Métodos de Simulação
Hydrates
Carbon dioxide
Methane
Sodium chloride
Thermodynamics - Inhibitors
Simulation methods
Data do documento: 28-Mai-2021
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: VASCONCELOS, Luiz Fernando Santos de. Equilíbrio de fases experimental de hidratos de dióxido de carbono e metano na presença de isopropanol e cloreto de sódio. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.
Resumo: Em certas condições termodinâmicas, as moléculas de água podem se combinar com moléculas de baixo peso molecular para formar estruturas cristalinas conhecidas como hidratos. O bloqueio de tubulações devido à formação de hidratos é uma grande preocupação na garantia de escoamento, que pode causar danos e impedir a operação de produção nas indústrias de petróleo e gás. Inibidores termodinâmicos (como MEG, NaCl e isopropanol) atuam alterando a atividade da água, modificando o equilíbrio de fases, na intenção de atingir uma condição operacional segura. Na literatura, o isopropanol é dito como um inibidor termodinâmico para hidratos de dióxido de carbono, apesar disso, alguns relatos o apontam como promotor de hidratos quando submetido a sistemas com gases de ajuda, como o metano ou propano. A água das linhas de produção é naturalmente inibida pela presença de sais, como o NaCl. A precisão dos modelos e softwares de previsão de formação de hidratos (como MultiflashTM, PVTSimTM, CSMGemTM e o NUEMhyd) dependem de dados experimentais para otimização de parâmetros. No presente trabalho, dados experimentais para equilíbrio de fases de hidratos de dióxido de carbono e metano inibidos foram obtidos para pressões entre 20 e 260 bar, sob concentrações variando de 1 a 25%, em massa, de isopropanol e concentrações de 5 e 10%, em massa, de NaCl, em uma célula de pressão, utilizando o método isocórico de caracterização experimental. Sistemas inibidos com misturas de isopropanol e NaCl também foram avaliados experimentalmente. Um modelo termodinâmico, desenvolvido anteriormente, foi aplicado e validado com as condições de equilíbrio de hidrato obtidas. Esse modelo utiliza a equação de estado Cubic Plus Assosiation (CPA) para as fases fluidas e uma abordagem estatística, baseada na teoria de van der Waals-Platteeuw, para a fase hidratada. Os dados experimentais obtidos foram utilizados para realizar otimizações de parâmetros de interações binárias, assim como parâmetros de kihara, dada a escassez de dados na literatura. Concluiu-se que o isoprapanol foi caraterizado como inibidor de hidratos de CO2 e promotor de hidratos de CH4, colaborando na transição estrutural do tipo sI para o tipo sII.
Abstract: Under certain thermodynamic conditions, water molecules can combine with low molecular weight molecules to form crystalline structures known as hydrates. Blocking pipes due to the formation of hydrates is a major concern in ensuring flow, which can cause damage and prevent normal operation in the oil and gas industries. Thermodynamic inhibitors (such as MEG, NaCl and isopropanol) act by altering water activity, modifying the phase balance in order to achieve a safe operating condition. In oil exploration and production, isopropanol is a by-product often used during stimulation and to improve workover operating conditions. In the open literature isopropanol is said to be a thermodynamic inhibitor for some hydrated systems, however some reports point it as a hydrate promoter when it is on systems where a help gas such as methane or propane exist. The water from production lines is naturally inhibited by the presence of salts, such as NaCl. The accuracy of prediction software products and models (such as MultiflashTM, PVTSimTM and CSMGemTM) rely on experimental data for parameter optimization. In the present work, new experimental data for the equilibrium phase of inhibited carbon dioxide and methane hydrates were obtained for pressures between 20 and 260 bar, under concentrations ranging from 1 to 25%, in mass, of isopropanol and concentrations of 5 and 10%, in mass, of NaCl, in a high-pressure cell, using the isochoric method of experimental characterization. Systems with pure water and aqueous isopropanol and NaCl solutions also were evaluated experimentally. A thermodynamic model, previously developed, was applied and validated with the hydrate equilibrium conditions. This model uses the Cubic Plus Assosiation (CPA) equation of state for the fluid phases and a statistical approach, based on the van der WaalsPlatteeuw Theory, for the hydrated phase. The experimental data were obtained to optimize parameters of binary interactions, as well as kihara parameters, given the scarcity of data in the literature. Isopropanol was characterized as an inhibitor of CO2 hydrates and a promoter of CH4 hydrates, collaborating in the structural transition from the sI type to the sII type.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25542
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