Estudo da formação de hidratos de gás na presença de polímero como inibidor cinético

Abstract

Hidratos de gás são sólidos cristalinos compostos de água e gases, formados sob condições de baixas temperaturas e altas pressões. O entendimento da cinética de formação desses materiais bem como da sua dissociação é de interesse para a indústria de óleo e gás, uma vez que sua formação pode causar bloqueio de dutos com subsequente perda de produção e possíveis problemas de segurança para a indústria petrolífera. Tradicionalmente, a prevenção da formação do hidrato é feita com inibidores termodinâmicos, porém, fatores econômicos, ambientais e problemas técnicos associados à esses inibidores termodinâmicos têm motivado pesquisa e desenvolvimento para identificação de tecnologias alternativas, como aquelas empregando inibidores cinéticos. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito de diferentes polímeros na inibição cinética de hidratos de gás metano. Foram empregados polímero naturais como a pectina e o alginato de sódio, bem como, os sintéticos como poli(ácido acrílico) (PAA) e poli(cloreto de dialildimetilamônio) (PDADMAC), sendo que sistemas formados pela mistura de PAA e PDADMAC também foram estudados. Resultados de variação de pressão, realizados em células de alta pressão sob atmosfera de metano, corroboram com resultados na literatura que indicam a atuação da pectina como um inibidor cinético. Em relação aos polímeros sintéticos, para o PAA foi observado efeito da massa molar, bem como, efeitos de pH na atividade de inibição de hidratos. O efeito do pH também foi avaliado nos experimentos com o polímero natural alginato de sódio. Foi observado que as soluções do polímero PAA de massa molar 100k apresentaram melhor poder inibitório. Análises por espalhamento de luz dinâmico das misturas de PAA2k e PDADMAC mostraram que o tamanho das partículas, expressos como Zmédio, nas razões de carga de melhor efeito inibitório são da ordem de 100nm. A modelagem matemática clássica da teoria de JohnsonMehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) empregada normalmente para cristalização de materiais, com nucleação e crescimento, foi aplicada para obter informações sobre a cinética de formação desses hidratos. O expoente de Avrami (n), fornecido pelo modelo, foi utilizado como indicador das condições de nucleação, homogênea ou heterogênea, e também da dimensionalidade de crescimento dos cristais. Para todos os resultados obtidos foi possível ajustar os valores experimentais com o modelo de JMAK indicando a potencialidade do modelo para predizer a fração de hidratos formados.