Síntese e avaliação de inibidores de incrustação obtidos através da polimerização radicalar convencional e controlada

Abstract

Os desafios existentes para o aumento da produção do petróleo em águas ultra profundas potencializam o surgimento de condições severas, como: altas temperaturas, pressões e salinidade extrema, além das altas concentrações de dióxido de carbono. Especificamente relacionado à garantia de escoamento em dutos e tubulações, os inibidores de incrustação apresentam um papel fundamental para minimizar o impacto da deposição inorgânica. Este trabalho trata da síntese e avaliação dos inibidores de incrustação poliméricos preparados a partir da polimerização radicalar em solução, comparando o preparo através da rota convencional e RAFT (reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization), tendo como objetivo principal a obtenção de novos materiais poliméricos em bloco. A seleção de monômeros potenciais iniciou pelo preparo de homopolímeros pela técnica convencional, obtendo materiais com grupos funcionais distintos (sulfônico, carboxílico e fosfônico) e com massa molares variáveis de 1.000 a 43.100 Da. Os testes de eficiência estática e dinâmica mostraram excelentes resultados para condição de sulfato e incrustações múltiplas para o monômero estireno sulfonato de sódio (NaSS), com massa molar numérica média de 13.000 Da. Para homopolimerizações RAFT com o CPP, os melhores resultados foram os utilizando DMSO como solvente e a relação [CTA]/[I] = 5,0. Foi possível obter até 65% de conversão e dispersidade inferior a 2,0. Nos homopolímeros RAFT com CMP, melhores resultados foram alcançados com o sistema aquoso (ou em combinação com metanol), com até 95% de conversão e dispersidade próxima a 2,0. A partir do estudo realizado com os homopolímeros (convencional e RAFT), novos materiais em di- e tribloco foram preparados com conversões próximas a 100% e massas molares numérico médias próximas a 3.500 Da. Combinando os diferentes testes de eficiência estática (KTT e DSL), foi possível evidenciar que o copolímero dibloco RB1C-AB 1 (copolímero de ácido acrílico e estireno sulfonato de sódio) atuou preferencialmente pelo mecanismo dispersivo, enquanto os copolímeros tribloco RB2C-AB 2 (copolímero de ácido acrílico e estireno sulfonato de sódio) e RB2C-AC 3 (copolímero de ácido acrílico e ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfônico) atuaram preferencialmente no mecanismo de retardo da nucleação.

The current challenges for increasing oil production in ultra deepwater potentiate the severe conditions, such as: high temperatures, pressures and extreme salinity, in addition to high concentrations of carbon dioxide. Specifically related to flow assurance in ducts and pipes, scale inhibitors play a key role to minimize the impact of inorganic deposition. This work is related to the synthesis of polymeric scale inhibitors prepared from radical polymerization in solution, comparing the preparation through the conventional route and RAFT (reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization), with the main objective of obtaining new block polymeric materials. The selection of potential monomers started with the preparation of homopolymers using the conventional technique, obtaining materials with distinct functional groups (sulfonic, carboxylic and phosphonic) and with molecular weight ranging from 1,000 to 43,100 Da. The static and dynamic efficiency tests showed excellent results for sulfate condition and multiple scale for the monomer sodium styrene sulfonate (NaSS), with an average numerical molecular weight of 13,000 Da. For the definition of RAFT polymerization conditions, the initial approach again was based on homopolymers, and the best results with CPP were using DMSO as solvent and the ratio [CTA]/[I] = 5.0. It was possible to obtain up to 65% conversion and a dispersity of less than 2.0. In RAFT homopolymers with CMP, better results were achieved with the aqueous system (or in combination with methanol), with up to 95% conversion and dispersity close to 2.0. From the study carried out with the homopolymers (conventional and RAFT), new materials in di- and triblock were prepared with conversions near to 100% and average numerical molecular weight close to 3,500 Da. The materials obtained showed distinct architecture-dependent anti scale behavior. Combining the different static efficiency tests (KTT and DSL), it was possible to show that the diblock copolymer RB1C-AB 1 (acrylic acid / sodium styrene sulfonate copolymer) acted preferentially by the dispersive mechanism, while the triblock copolymers RB2C-AB 2 (acrylic acid / sodium styrene sulfonate copolymer) and RB2C-AC 3 (acrylic acid / AMPS copolymer) acted preferentially on the nucleation delay mechanism.