Obtenção de Propriedades Físico-Químicas de Misturas de Hidrocarbonetos em Baixa e Alta Pressão Visando a Caracterização e a Modelagem

The composition of petroleum may change from well to well and its resulting characteristics influence significantly the refine products. Therefore, it is important to characterize the oil in order to know its properties and send it adequately for processing. Since petroleum is a multicomponent mixture, the use of synthetic mixtures that are representative of oil fractions provides a better understand of the real mixture behavior. One way for characterization is usually obtained through correlation of physico-chemical properties of easy measurement, such as density, specific gravity, viscosity, and refractive index. In this work new measurements were obtained for density, specific gravity, viscosity, and refractive index of the following binary mixtures: n-heptane + hexadecane, cyclohexane + hexadecane, and benzene + hexadecane. These measurements were accomplished at low pressure and temperatures in the range 288.15 K to 310.95 K. These data were applied in the development of a new method of oil characterization. Furthermore, a series of measurements of density at high pressure and temperature of the binary mixture cyclohexane + n-hexadecane were performed. The ranges of pressure and temperature were 6.895 to 62.053 MPa and 318.15 to 413.15 K, respectively. Based on these experimental data of compressed liquid mixtures, a thermodynamic modeling was proposed using the Peng-Robinson equation of state (EOS). The EOS was modified with scaling of volume and a relatively reduced number of parameters were employed. The results were satisfactory demonstrating accuracy not only for density data, but also for isobaric thermal expansion and isothermal compressibility coefficients. This thesis aims to contribute in a scientific manner to the technological problem of refining heavy fractions of oil. This problem was treated in two steps, i.e., characterization and search of the processes that can produce streams with economical interest, such as solvent extraction at high pressure and temperature. In order to determine phase equilibrium data in these conditions, conceptual projects of two new experimental apparatus were developed. These devices consist of cells of variable volume together with a analytical static device. Therefore, this thesis contributed with the subject of characterization of hydrocarbons mixtures and with development of equilibrium cells operating at high pressure and temperature. These contributions are focused on the technological problem of refining heavy oil fractionsA composição do petróleo pode variar de poço para poço e as suas características influenciam significativamente os produtos obtidos no processo de refino. Sendo assim, é de suma importância caracterizar o petróleo para que se possam conhecer suas características e assim destiná-lo de maneira adequada para o seu processamento. Como o petróleo é uma mistura multicomponente, utilizar misturas sintéticas representativas das frações proporciona um melhor entendimento do comportamento da mistura. Um caminho para a caracterização de frações é geralmente através de correlação entre propriedades físicoquímicas de fácil medição em que algumas dessas propriedades como massa específica, densidade, viscosidade e índice de refração são freqüentemente utilizadas. Visando a caracterização de frações de petróleo, neste trabalho foram obtidos dados de massa específica, viscosidade e índice de refração de misturas binárias n-heptano + hexadecano, ciclohexano + hexadecano e benzeno + hexadecano em baixa pressão e temperaturas de 288,15 K a 310,95 K e esses dados foram utilizados no desenvolvimento de uma proposta de caracterização de frações de frações de petróleo através da relação de propriedades físico-químicas com a composição. Os resultados obtidos mostraram uma ferramenta promissora e flexível na caracterização termofísica de misturas de hidrocarbonetos. Adicionalmente, foi realizada a medição de massa específica em alta pressão e temperatura da mistura binária ciclohexano + n-hexadecano numa faixa de 6,895 a 62,053 MPa e 318,15 a 413,15 K e a partir desses dados, uma proposta de modelagem de densidade de líquidos comprimidos utilizando o modelo de Peng-Robinson e escalonamento de volume foi desenvolvida, utilizando um número menor de parâmetros que outros modelos da literatura. Os resultados foram satisfatórios mostrando a acurácia do modelo não apenas para massa específica, mas também para coeficiente de expansão térmica e compressibilidade isotérmica. Esta tese visou contribuir de maneira cientifica com o problema tecnológico de refino de óleos pesados, que pode ser configurado como um problema de caracterização e de busca de processos que possibilitem a obtenção de correntes fracionadas com interesse comercial, como por exemplo a extração com solventes em alta temperatura e pressão. Visando obter dados de equilíbrio de fases nessas condições, foram desenvolvidos projetos conceituais de dois dispositivos experimentais, que consiste de uma célula de volume variável como componente de um aparato de equilíbrio estático analítico. Sendo assim, essa tese contribuiu com propostas de caracterização de misturas de hidrocarbonetos e com projetos de montagem de uma célula de equilíbrio operando em alta temperatura e alta pressão, o que pode contribuir para o problema tecnológico de refino de óleos pesado