Apresentação - Visão geral dos processos

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Processamento primário de petróleo
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Visão geral dos processos
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Porque é necessário processar o petróleo?
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Como vimos anteriormente, não é possível a produção de um fluido
do reservatório isoladamente.
Em função da forte agitação imposta ao longo do processo de
elevação e do intenso cisalhamento causado pela forte
despressurização através da válvula choke, podem-se formar emulsões
do tipo água em óleo.
A separação da água produzida com o petróleo faz-se necessária,
pois, além de não apresentar valor econômico, a água apresenta sais
em sua composição, tais como cloretos, sulfatos e carbonatos de
sódio, cálcio, bário e magnésio, dentre outras espécies químicas, que
podem provocar a corrosão e a formação de depósitos inorgânicos nas
instalações de produção, transporte e refino.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Porque é necessário processar o petróleo?
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Todo o processamento na instalação de produção visa a atender aos
requisitos de exportação do gás e do óleo, bem como aos requisitos
de descarte da água produzida, de forma que:
• O gás natural úmido deve estar disponível em uma pressão
especificada para exportação e não deve conter teores excessivos
de H2S, CO2 e H2O (vapor);
• O petróleo não pode conter mais do que 1% de BSW e o teor de sais
dissolvidos na água deve ser de, no máximo, 285 mg/L de óleo;
• A água produzida deve ser tratada antes de ser descartada para
atender às regulamentações ambientais vigentes;
• O fluido utilizado para a recuperação secundária atenda as
especificações necessárias para injeção no reservatório.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Porque é necessário processar o petróleo?
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Segue abaixo a tabela com algumas especificações necessárias para
cada fluido produzido:
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Fluxogramas típicos do PPP
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Esquemático do processamento primário em uma plataforma de produção.
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Petróleo
Gás
Água
Fluxogramas típicos do PPP
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Esquemático do processamento do óleo e água produzida em uma plataforma 
de produção.
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Fluxogramas típicos do PPP
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O petróleo chega na plataforma através de risers, passa pelos
manifolds, pré-aquecedores e aquecedores, e é encaminhado ao
separador de produção. No manifold há injeção de produtos químicos,
geralmente desemulsificante e antiespumante.
No primeiro separador, chamado separador de produção ou de
primeiro estágio, o óleo, a água e o gás são separados e
encaminhados, cada um deles, para os respectivos tratamentos.
Este primeiro separador opera a uma alta pressão, por isso ele pode
ser chamado também de separador HP (High Pressure).
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Fluxogramas típicos do PPP
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O óleo segue para o segundo separador, onde um pouco mais de água
e gás são separados do mesmo. Este separador opera a uma pressão
menor, por isso é também conhecido como separador LP (Low
Pressure).
Em seguida o óleo passa no separador eletrostático, para se
enquadrar no teor de BSW. Este separador tem a função de aumentar
a coalescência das gotículas d’água, para que seu teor no óleo seja o
menor possível.
Finalmente o petróleo é resfriado e enviado aos tanques de
estocagem para posterior transferência para os navios petroleiros.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Fluxogramas típicos do PPP
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A água retirada nestes processos segue para o tratamento de água
produzida, com a finalidade de reduzir ao máximo o teor de óleo
residual na água e torna-la própria para descarte.
A água é tratada primeiro em uma bateria de hidrociclones, onde a
gira a uma alta velocidade gerando um campo centrífugo. As gotículas
de óleo se aglomeram no interior e a água nas paredes do
hidrociclone e, por diferença de densidade, esta desce e aquele sobe.
Posteriormente, a água chega ao flotador, onde ocorre o “polimento”
final, para se enquadrar no TOG. Por fim a água é descartada ou
reinjetada no reservatório. O óleo efluente destes processos é
reaproveitado e volta para o separador de produção.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Fluxogramas típicos do PPP
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Esquemático do processamento do gás em uma plataforma de produção.
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Fluxogramas típicos do PPP
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Os gases do separador HP e LP são enviados para o tratamento.
Primeiro passam por vasos chamados “Safetys K.O.”, onde o pouco de
líquido é separado do gás, para que não prejudique a compressão do
gás.
O gás, então passa por turbo (ou moto) compressores, onde são
comprimidos a altas pressões. Sempre após a compressão existem
resfriadores e vasos depuradores para retirar o condensado formado.
Se o gás for “doce” ele é enviado para o módulo de desidratação.
Caso contrário é necessário retirar os gases ácidos (CO2 e H2S) através
de tratamento em torres de Amina.
Para evitar a formação de hidratos no(s) duto(s) de exportação, o gás
passa por uma torre de desidratação, onde geralmente são usados
glicóis como líquidos absorventes. O mais comum é o trietilenoglicol
(TEG).
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Fluxogramas típicos do PPP
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Esquemático do processamento de água de injeção.
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
compressor 
booster
Biocida 
Contínuo
teor máximo 
de oxigênio 
residual: 
10ppb
Biocida 
Choque
CAIXA DE 
MAR
filtro 
cesto de 
500m
eletroclorador
água para 
usos diversos
filtros 
cartucho
5 m
seqüestrante 
de oxigênio
bomba 
de 
injeção 
de água
gás de stripping
pré-filtro 
de 25 um
permutador 
de placas
seqüestrante 
de oxigênio
flare
Hipoclorito
(NaClO)
água para sistema 
de água potável
bomba 
booste
r
desaeradora
Fluxogramas típicos do PPP
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A água é captada na caixa de mar ou caison (tubulão) e enviada para
o topside da plataforma através de bombas centrífugas de alta
capacidade de vazão. Antes das bombas sempre há filtros de tela com
uma “micragem” alta para evitar a sucção da vida marinha pelas
bombas.
A água captada passa por trocadores de calor (geralmente de placas)
para resfriar outras correntes do processo.
A água segue para a filtração, passando por filtros grossos (coarse
filters) e filtros cartucho. Após isso a água do mar é enviada para a
desaeradora para retirada do oxigênio dissolvido.
Dependendo do projeto, podemos ter arranjos com ou sem plantas de
dessulfatação, com desaeradora montante ou jusante. Os projetos
mais novos geralmente possuem dessulfatação e desaeradora a
jusante.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Equipamentos de separação
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O Processamento Primário de Petróleo (PPP) utiliza em larga escala a
separação gravitacional, embora outras tecnologias de separação mais
eficientes estejam sendo desenvolvidas.
Devido à diferença de massa específica entre os fluidos produzidos,
esse tipo de separação é preponderante no PPP por sua simplicidade.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Equipamentos de separação
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Os separadores gravitacionais podem ser classificados da seguinte
forma:
 Quanto aonúmero de fases: bifásicos ou trifásicos;
 Quanto ao arranjo físico: horizontal ou vertical;
 Quanto à função: separador de água livre, separador de produção,
separador de teste, separador atmosférico, depurador de gás
(scrubber), etc.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Equipamentos de separação – separadores bifásicos
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Promove a separação vapor-líquido e pode ser vertical ou horizontal.
Quando presente, normalmente está em plataformas-satélite que
enviam a fase líquida para uma plataforma central para separação e
tratamento.
Outra aplicação frequente é como depurador de líquido ou
condensados em uma linha de gás (scrubber).
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Equipamentos de separação – separadores trifásicos
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Promove a separação água-óleo-vapor de uma corrente multifásica
proveniente dos poços de produção. Deve fornecer um tempo de
residência maior ao líquido, de forma que haja uma separação
líquido-líquido.
A separação líquido-líquido ocorre através do transbordamento da
fase superior (óleo) por sobre um vertedouro, acumulando-se em um
compartimento de óleo. Por esta razão, há necessidade de um
controle do nível da interface óleo-água.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Equipamentos de separação – separadores trifásicos
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Separadores trifásicos horizontal e vertical.
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Equipamentos de separação – separadores verticais
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Nesse tipo de separador a capacidade para o gás não é influenciada
pelo volume (altura de interface) da fase líquida. Necessita de menor
área disponível para instalação.
Em sistemas flutuantes de produção há um menor efeito dos
movimentos da unidade na estabilidade das fases líquidas no interior
do vaso.
Quando empregado como separador trifásico tem como única
vantagem significativa maior facilidade de remoção dos sólidos
eventualmente acumulados.
Normalmente não é vantajoso como separador trifásico, devido à área
de contato relativamente pequena entre as fases.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Equipamentos de separação – separadores horizontais
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Esses separadores podem ser bifásicos ou trifásicos e são
preferencialmente utilizados quando a ênfase da separação está na
fase líquida (prioridade na especificação do líquido).
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Equipamentos de separação – separadores horizontais
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Apresentam as seguintes vantagens em relação aos verticais:
 A direção de escoamento dos fluidos é normal à direção do campo
gravitacional que promove a separação e, portanto, a velocidade
da fase contínua não se opõe à velocidade de migração da fase
dispersa;
 Para um mesmo volume de líquido apresenta uma superfície maior
de contato entre os fluidos, o que favorece a separação das fases;
 Esta disposição física propicia menor variação do nível de interface
com as flutuações de carga, inerentes, aos processos produtivos
(golfadas). Porém, em havendo variação de nível, a área disponível
para o escoamento do gás é afetada.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Separação dos fluidos
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O Processamento Primário de Petróleo (PPP) utiliza em larga escala a
separação gravitacional.
Ao se estudar as separações gás-líquido e óleo-água há duas
abordagens teóricas complementares a serem adotadas:
• Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio):
Permite prever, para uma dada carga de processo bem caracterizada
(Composição, T, P), quais serão volumes (massas) e composições das
fases líquida e vapor obtidas nas condições de separação. Essa
abordagem é relevante principalmente na separação gás-líquido.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Separação dos fluidos
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• Abordagem Fluidodinâmica (físico química):
Leva em consideração as interações entre as partículas (gotícula ou
bolha dispersa) com o fluido que a cerca (fase contínua) e os
fenômenos interfaciais envolvidos. Baseia-se no estudo do
escoamento de sistemas particulados.
Permite otimizar a separação das fases reduzindo a contaminação de
uma fase com outra devido ao carreamento cruzado entre as fases.
É relevante tanto na separação gás-líquido (névoas) quanto na
separação óleo-água (dispersões).
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Separação dos fluidos - abordagem termodinâmica
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Separação flash e diferencial:
Dois casos diferentes podem ser estabelecidos para a separação gás-
líquido:
• Separação flash:
o gás liberado do óleo à medida que a pressão é reduzida é mantido
em contato com o óleo.
 a composição total do sistema permanece constante;
 assume-se que o equilíbrio termodinâmico é atingido todo o vapor
dissolvido passa para a fase gasosa.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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• Separação diferencial:
O gás liberado do óleo à medida que a pressão é reduzida vai sendo
retirado do contato com o óleo.
 a composição da mistura sob separação vai se alterando;
 não se estabelece equilíbrio termodinâmico entre as fases;
 parte dos vapores permanecem dissolvidos;
 o processo pode ser levado até a pressão atmosférica.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Separação dos fluidos - abordagem termodinâmica
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• Separação flash e diferencial:
Os dois processos citados levam a resultados diferentes no que diz
respeito à quantidade total de líquido e gás produzido.
Separação flash => maximiza a produção de gás (maior Bo).
Separação diferencial => maximiza a produção de líquido (menor Bo).
Em um sistema de produção real, o processo situa-se em um ponto
intermediário entre o caso puramente flash e puramente diferencial.
Durante o processamento primário na planta de processo o sistema
pode se aproximar mais ou menos de uma separação diferencial, a
depender do número de estágios de separação empregados.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Etapa de remoção do vapor em
contato com o líquido após uma
etapa de redução da pressão.
Separação dos fluidos - abordagem termodinâmica
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• O que se pode afirmar com certeza é:
Os dois processos citados levam a resultados diferentes no que diz
Mais estágios de separação => mais próximo da separação diferencial
=> maior volume de óleo recuperado
Como a proporção entre óleo e gás produzido muda em função da
forma de descompressão(flash ou diferencial), uma análise econômica
é necessária para se avaliar a melhor configuração da separação.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Separação dos fluidos - abordagem termodinâmica
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• Condições ótimas de separação:
Um estudo termodinâmico do sistema de produção permite a
determinação das condições ótimas de separação.
As condições de separação mais importantes a serem determinadas
são:
 Pressão ótima de separação
 Número de estágios de separação
 Temperatura de separação
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Separação dos fluidos - abordagem termodinâmica
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• IMPORTANTE:
Tanto pressão, como temperatura, como número de
estágios de separação normalmente não são variáveis
operacionais.
São características definidas no projeto da unidade,
através de simuladores de processo e análise econômica.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Separação dos fluidos - abordagem termodinâmica
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• Pressão ótima de separação:
Em princípio, a pressão ótima de separação é aquela que fornece uma
maior quantidade de hidrocarboneto líquido (maior volume de óleo).
Como a separação ocorre normalmente em mais de um estágio, a
pressão ótima de separação é, na verdade, o conjunto de pressões nos
separadores que maximiza a produção de óleo.
Pressão ótima de separação = menor encolhimento do óleo
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Separação dos fluidos - abordagem termodinâmica
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Separação dos fluidos - abordagem termodinâmica
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Estudo da pressão ótima de separação.
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
• Número de estágios de separação:
Como visto anteriormente, com um maior número de estágios de
separação, maior é a semelhança com uma separação diferencial =>
maior volume de óleo no tanque.
Além disso, um maior número de estágios de separação tende a
diminuir os gastos de energia na compressão do gás pois:
 Reduz a quantidade de gás a comprimir;
 Parte do gás que seria separado em baixa pressão passa a ser
separado em pressões intermediárias;
 Reduz as frações pesadas do gás que são condensadas e recicladas
nos depuradores entre os estágios de compressão.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Separação dos fluidos - abordagem termodinâmica
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Separação dos fluidos - abordagem termodinâmica
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Número de estágios de separação.
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PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Entretanto, um maior número de estágios significa também:
 Maior investimento (vaso do separador, instrumentação, linhas,
etc.);
 Maior custo operacional;
 Maior espaço e peso ocupado na plataforma.
Assim, é necessário um estudo econômico baseado em simulações de
processo para verificar se o volume adicional de óleo recuperado
justifica os custos associados.
• Temperatura de separação:
A temperatura de separação é normalmente definida em função da
viscosidade da fase óleo necessária para uma velocidade adequada de
decantação das gotas d’água dispersas no óleo. Portanto, diz respeito
a um aspecto fluidodinâmico da separação.
Por outro lado, afeta sensivelmente a quantidade e composição do
gás separado nos separadores gravitacionais, influenciando portanto
os aspectos termodinâmicos da separação.
Em campos marítimos, normalmente é necessário o aquecimento do
petróleo antes da separação das fases. Isso ocorre devido ao
resfriamento do petróleo nas linhas submarinas e risers.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Separação dos fluidos - abordagem termodinâmica
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• Temperatura de separação:
Com uma elevação da temperatura ocorre:
 Menor risco de parafinação dos internos;
 Menor formação de espuma;
 Maior facilidade de desemulsificação;
 Maior eficiência na dispersão dos produtos químicos adicionados.
Entretanto, temperaturas elevadas também causam:
 Maior consumo de energia (para aquecimento e resfriamento);
 Necessidade de permutadores de maior capacidade;
 Maiores taxas de corrosão;
 Maior perda de compostos leves do óleo.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Separação dos fluidos - abordagem termodinâmica
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Separação dos fluidos – abordagem fluidodinâmica
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No Processamento Primário de Petróleo o princípio geral de separação
de fases é o gravitacional, baseado na segregação de fases por
diferença de massa específica.
De um modo geral, tanto a decantação das gotas de água no óleo
como a decantação de gotas de líquido no gás podem ser aproximadas
pela decantação de uma partícula sólida em um fluido sob efeito da
força gravitacional.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Separação dos fluidos – abordagem fluidodinâmica
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Nessas condições, a partícula será acelerada pela força da gravidade,
à qual se opõe uma força de arrasto devida ao fluido.
A força de arrasto é dependente da velocidade relativa entre a
partícula e o fluido. Assim, a partícula será acelerada até que a força
de arrasto contrabalance a força gravitacional, após esse ponto a
partícula cairá com uma certa velocidade terminal constante.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Separação dos fluidos – abordagem fluidodinâmica
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Assim, no caso específico de uma partícula rígida, esférica, sem
interação com partículas vizinhas e em condições de baixo número de
Reynolds para a partícula o fenômeno de decantação é regido pela
Equação de Stokes:
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Separação dos fluidos – abordagem fluidodinâmica
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No caso de um separador vertical a velocidade terminal de uma
partícula líquida é equivalente à velocidade de escoamento do gás na
qual uma partícula de diâmetro característico permanece suspensa no
gás sem se movimentar nem para cima nem para baixo.
Os princípios básicos da separação água-óleo são regidos pela Eq. de
Stokes. Entretanto esta equação assume que não há interferência
entre as partículas, o que normalmente não ocorre na prática.
Assim, o dimensionamento de equipamentos de separação óleo-água
deve ser feito a partir de dados experimentais (quando possível) ou a
partir de correções do modelo teórico a partir de dados
experimentais.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
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Separação dos fluidos – abordagem fluidodinâmica
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Além disso, para gotículas muito pequenas o movimento browniano
torna-se significativo (efeito do movimento browniano predomina
sobre o efeito gravitacional)
Isto implica que a separação gravitacional, por si só, é inadequada
para a separação de sistemas particulados com gotículas muito
pequenas (emulsões).
Para a separação da água emulsionada ao óleo se faz necessário
induzir o processo de coalescência, de forma a aumentar o diâmetro
médio das gotículas, acelerando assim as velocidades de separação
gravitacional.
PROCESSAMENTO PRIMÁRIO DE PETRÓLEO
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014
Visão geral dos processos
—
FIM
Guilbert Lima Ayub: Versão: 01 23/09/2014