Asphaltene aggregation via dissipative particle dynamics
| Ano de defesa: | 2021 |
|---|---|
| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | eng |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Brasil Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química UFRJ |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
|
| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://hdl.handle.net/11422/25993 |
Resumo: | Asphaltenes compose the heaviest fraction of crude oil that can form nanoaggregates. These fractions can precipitate, clog pipes during extraction and processing, which can make the production process unfeasible. The kinetic conditions of asphaltene precipitation depend on the structure and size of the nanoaggregates formed. In this work, the molecular simulation was used to study the characteristics of asphaltene aggregation both in solution and on water-oil interfaces. The asphaltene aggregation process takes place over a large time scale, when compared to other atomistic phenomena. Diluted solutions of asphaltenes in toluene were analyzed, and the results of the radial distribution function and diffusion coefficient represented the experimental data well. In water-asphaltene-oil systems, cyclohexane was chosen as the oil phase. The decay curve of the interfacial tension as a function of the asphaltene concentration and the estimated critical micelle concentration is consistent with experimental data from the literature. The linear density profile of the asphaltene molecules at the interface was measured, as well as the distribution of contact angles between asphaltene molecules and the water/oil interface. In conclusion, the DPD method can be appropriately used to simulate both the structural and dynamic characteristics of asphaltenes in solution, moreover, it also describes well the asphaltene properties at the water/oil interface. |
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Asphaltene aggregation via dissipative particle dynamicsSimulação molecularDPDAsfaltenosReologiaAgregação de asfaltenosDinâmica de partículas dissipativasReologia de suspensõesAsphaltene aggregationDissipative particle dynamicsSuspension rheologyCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS ORGANICOSAsphaltenes compose the heaviest fraction of crude oil that can form nanoaggregates. These fractions can precipitate, clog pipes during extraction and processing, which can make the production process unfeasible. The kinetic conditions of asphaltene precipitation depend on the structure and size of the nanoaggregates formed. In this work, the molecular simulation was used to study the characteristics of asphaltene aggregation both in solution and on water-oil interfaces. The asphaltene aggregation process takes place over a large time scale, when compared to other atomistic phenomena. Diluted solutions of asphaltenes in toluene were analyzed, and the results of the radial distribution function and diffusion coefficient represented the experimental data well. In water-asphaltene-oil systems, cyclohexane was chosen as the oil phase. The decay curve of the interfacial tension as a function of the asphaltene concentration and the estimated critical micelle concentration is consistent with experimental data from the literature. The linear density profile of the asphaltene molecules at the interface was measured, as well as the distribution of contact angles between asphaltene molecules and the water/oil interface. In conclusion, the DPD method can be appropriately used to simulate both the structural and dynamic characteristics of asphaltenes in solution, moreover, it also describes well the asphaltene properties at the water/oil interface.Asfaltenos são as frações mais pesadas do petróleo que podem formar agregados moleculares. Durante a extração e processamento, estas frações podem precipitar, entupir as tubulações, o que pode danificá-las ou mesmo inviabilizar o processo de produção. As condições cinéticas da precipitação dos asfaltenos dependem da estrutura e do tamanho dos nanoagregados formados. Neste trabalho, a simulação molecular foi usada para estudar as características da agregação de asfaltenos tanto em solução quanto em interfaces água-óleo. O processo de agregação dos asfaltenos acontece em uma escala de tempo grande, quando comparada a outros fenômenos atomísticos. Soluções diluídas de asfaltenos em tolueno foram analisadas e os resultados de função de distribuição radial e coeficiente de difusão representaram bem os dados experimentais. Nos sistemas água-asfalteno-óleo, o ciclohexano foi escolhido como fase óleo. Foi calculada a curva de decaimento da tensão interfacial em função da concentração de asfalteno na solução, e a concentração micelar crítica estimada está em consistência com dados experimentais da literatura. O perfil de densidade linear das moléculas de asfalteno na interface foi medido assim como a distribuição de ângulos de contato entre moléculas de asfalteno e a interface água/óleo. Concluise, desta maneira, que o método DPD pode ser apropriadamente utilizado para calcular tanto as características estruturais e dinâmicas de asfaltenos em solução quanto as suas propriedades na interface água/óleo.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUFRJTavares, Frederico Wanderleyhttp://lattes.cnpq.br/7493008178841307http://lattes.cnpq.br/7873191268083557Maia, João Manuel Luís LopesSouza Mendes, Paulo Roberto dehttp://lattes.cnpq.br/8378753616240875Correia, Júlio Cesar Guedeshttp://lattes.cnpq.br/8232304691647043Menezes, Sônia Maria Cabral dehttp://lattes.cnpq.br/1897375573814602Souza, Márcio Nele dehttp://lattes.cnpq.br/2742026944490151Oliveira, Fellipe Carvalho de2025-06-03T11:13:13Z2025-06-05T03:00:10Z2021-03info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisOLIVEIRA, Fellipe Carvalho de. Asphaltene aggregation via dissipative particle dynamics. 2021. 182 f. Tese (Doutorado) - Programa de Engenharia Química, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.http://hdl.handle.net/11422/25993enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJ2025-06-05T03:00:10Zoai:pantheon.ufrj.br:11422/25993Repositório InstitucionalPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestpantheon@sibi.ufrj.bropendoar:2025-06-05T03:00:10Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false |
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Asphaltenes compose the heaviest fraction of crude oil that can form nanoaggregates. These fractions can precipitate, clog pipes during extraction and processing, which can make the production process unfeasible. The kinetic conditions of asphaltene precipitation depend on the structure and size of the nanoaggregates formed. In this work, the molecular simulation was used to study the characteristics of asphaltene aggregation both in solution and on water-oil interfaces. The asphaltene aggregation process takes place over a large time scale, when compared to other atomistic phenomena. Diluted solutions of asphaltenes in toluene were analyzed, and the results of the radial distribution function and diffusion coefficient represented the experimental data well. In water-asphaltene-oil systems, cyclohexane was chosen as the oil phase. The decay curve of the interfacial tension as a function of the asphaltene concentration and the estimated critical micelle concentration is consistent with experimental data from the literature. The linear density profile of the asphaltene molecules at the interface was measured, as well as the distribution of contact angles between asphaltene molecules and the water/oil interface. In conclusion, the DPD method can be appropriately used to simulate both the structural and dynamic characteristics of asphaltenes in solution, moreover, it also describes well the asphaltene properties at the water/oil interface. |
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