Assessing technology for reducing the viscosity of heavy petroleum residues using laser

Na presente dissertação foi avaliado o uso de radiação infravermelha, produzida por um laser de CO2, na viscorredução de frações pesadas do petróleo, sendo uma tecnologia inédita na literatura. O principal critério utilizado para a avaliação da tecnologia foi comparar as viscosidades dos resíduos da destilação atmosférica antes e depois de serem irradiados sob diferentes condições operacionais do laser. Para estabelecer um perfil adequado de comparação foi realizado um amplo estudo reológico destes materiais usando-se de um reômetro de placas paralelas. Caracterizações químicas e térmicas; assim como simulações numéricas do efeito térmico do laser sobre os resíduos foram também desenvolvidas para uma melhor avaliação do processo. Os resíduos atmosféricos mostraram estar constituídos por hidrocarbonetos na faixa dos C20 a C110 e de alto grau de aromaticidade; sendo 5% da sua composição correspondente a hidrocarbonetos asfalténicos. Esta composição fez com que o comportamento newtoniano fosse obtido a temperaturas de 100 °C, para o resíduo mais pesado, e 90 ºC para o menos pesado, apresentando a estas temperaturas viscosidades de 1200 e 500 cP, respectivamente. As irradiações com o laser em modo automático permitiram reduzir estes valores em até 13%; enquanto que as irradiações em modo manual produziram o efeito contrário devido à excessiva liberação de gases. Finalmente, a simulação com o software ANSYS CFX 11.0 demonstrou a alta sensibilidade da temperatura da amostra quando realizadas pequenas modificações nos parâmetros operacionais do laser assim como o pequeno volume de amostra capaz de atingir a temperatura de craqueamento durante a irradiação.The use of infrared radiation produced by a CO2 laser in visbreaking of heavy fractions of petroleum was assessed. The main criterion used to evaluate the technology was to compare the viscosities of atmospheric distillation residues before and after being irradiated under different operating conditions of the laser. A suitable profile for comparison was developed through a large rheological study of the materials by using a parallel plate rheometer. Chemical and thermal characterizations, as well as numerical simulations of the thermal effect of laser on the atmospheric residues were also developed aiming a better evaluation of the process. The atmospheric residua analyzed shown to be composed by hydrocarbons with carbon chains ranging from C20 to C110 and a high degree of aromaticity, corresponding the 5% of its composition to asphaltenic hydrocarbons. The Newtonian behavior was obtained at temperatures of 100 ° C, for the heavier residue, and 90 ° C for the lightest one, showing viscosities of 1200 and 500 cP, at these temperatures, respectively. The irradiations with the laser in automatic mode led to a reduction of these figures by 13%, while in manual mode, the radiation produced the opposite effect due to excessive release of gases. Finally, the simulation with ANSYS CFX 11.0 demonstrated the high sensitivity of the sample temperature when carried out minor modifications to the operating parameters of the laser as well as the small sample volume that attains the cracking temperature during irradiation