Tema 6 aa demulsificantes

ACCIÓN DEL AGENTE DEMULSIFICANTE

Guido Yánez Q., PhD

GENERALIDADES

• Requisitos técnicos del desmulsificante:

– Fuerte atracción en interfase

– Buena floculación

– Buena coalescencia

– Buen humectado de sólidos

• Emulsificantes y demulsificantes son STA de similares en naturaleza, pero de diferente estructura de la parte no polar.

GENERALIDADES• El demulsificante actúa en la interfase agua-

aceite.

• Un buen demulsificante posee buena movilidada través de fase oleosa y concentración en lainterfase.

• Principal acción del demulsificante: floculación ycoalescencia en menor tiempo posible

• El demulsificante une las gotas de agua pormedio de atracción (coalescencia), adquierenpeso y se sedimentan.

GENERALIDADES

• Demulsificante no rompe continuidad de la película del emulsificante – se une a ella.

Acción de un agente

demulsificanteen una

emulsión

ACCION DEL DEMUSLFICANTE SOBRE LOS SÓLIDOS

• Las partículas sólidas que contienen limo,arcilla, lodo de perforación, hierro, sulfuros,parafina, etc. complican el proceso dedemulsificación.– Los sólidos se ubican en la interfase sólido/líquido

contribuyendo a la estabilidad

– Sólidos son los primeros materiales estabilizantes,se requiere remoción para buen tratamiento.

– Los sólidos pueden estar: dispersos en el crudo(fácil tratamiento) o mojados por el agua.

OBJETIVO DE LA DEMULSIFICACIÓN

• Debilitar película que rodea gota de agua y “romer” la emulsión.

• Se lo realiza por medio de agentes químicos y calor

• Objetivo : lograr coalescencia y sedimentación del agua por diferencia de densidades.

• Grado de agitación es un factor importante en la estabilidad:– Mayor agitación = menor tamaño de gotas = mayor

estabilidad

FACTORES QUE AFECTAN LA ESTABILIDAD DE UNA EMULSIÓN

• Viscosidad. Baja viscosidad: gotas de agua muy finas en suspensión.

• El tiempo: envejecimiento de la emulsión

• pH. interviene en la estabilidad de la emulsión (inestable en 10,5)

ELEMENTOS QUE AYUDAN A ROMPER LA EMULSIÓN

• Acción química en la interfase

• Calor

– Asentamiento más rápido (diferencia de densidad)

– Reduce viscosidad

– Rompe película que rodea al agua (expansión)

– Aumenta movimiento de partículas

• Tiempo de residencia en el tanque –sedimentación

EFECTO DEL CALOR SOBRE LA DEMULSFICACIÓN

FACTORES ESTABILIZANTES DE LAS EMULSIONES

• La concentración de agente emulsificante• Diferencia de densidad entre las fases: cuanto menor

es la diferencia entre las densidades de los líquidos inmiscibles, su separación será mas lenta, por lo que el tiempo de decantación será mayor

• Viscosidad de la fase continua: La emulsión es mas estable, cuando mayor es la viscosidad de la fase continua

• Presencia de cargas eléctricas. Cuanto mayor sea la carga eléctrica que pudieran tener las partículas dispersas (gotas de agua), mas estable es la emulsión.

• Temperatura de la emulsión• Edad de la emulsión.

TIPOS DE EMULSIONES

QUÍMICOS DEMULSIFICANTES PARA ROMPER EMULSIONES EN EL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN DEL

CRUDO

• Propiedades de los demulsificantes:– Gran actividad superficial

– Se absorban fácilmente en la interfase

– Facilitan la eliminación del agua

– Permitan obtener un crudo limpio (especificaciones)

• La adición debe hacerse en un punto de buena difusión que garantice un contacto íntimo

• La dosificación y temperatura varía según la estabilidad de la emulsión (10 a 25 ppm de demulsificante en base a los fluidos producidos.

SUSTANCIAS TENSOACTIVAS SINTÉTICAS STA

• Sustancias orgánicas de estructura asimétricas capaces de adsorberse en la interfase

• Reduce tensión superficial de la interfase

• Poseen una parte hidrofóbica (polar) + una parte hidrofílica (no polar) mismas que reducen la diferencia de polaridad de la interfase = reducción de tensión superficial del sistema.

CLASIFICACION DE LAS STA• Se fundamenta en el poder de disociación del TA

en presencia de un electrolito y de suspropiedades fisicoquímicas– Iónicos: aniónicos y catiónicos

– No-iónicos

– Anfótero

• Los iónicos pueden arrastrar consigo a lassoluciones de cadenas de hidrocarburos, porejemplo el ácido pálmico, prácticamente noionizable es insoluble, mientras que el palmitatosódico es soluble completamente ionizado.


STA NO IONICAS


• Parte no polar:

– Radicales hidrocarburos (alquilo, arilo, arilalqilo)

• Mientras menor sea la cadena del radical hidrocarburo mayor solubilidad en agua

SUSTANCIAS TENSOACTIVAS ANIÓNICAS

• Alquilsulfatos R-OSO3Me (Me=metal alcalino)

• Alquilsulfonatos R-SO3Me • R= 8-18 átomos de carbono

• Alquil sulfatos primarios – diferencia de los secundarios por propiedades físicas – diferentes actividades superficiales

SUSTANCIAS TENSOACTIVAS ANIÓNICAS

• Alquilsulfatos primarios se obtienen mediante sulfonación de sus correspondientes alcoholes primarios con SO3 o ácido sulfúrico

• Alquil sulfatos secundarios – sulfonación de olefinas o alcoholes secundarios con H2SO4.

SUSTANCIAS TENSOACTIVAS CATIONICAS

• Mas difundidas: sales cuaternarias de aminas

• Aminas cuaternarias dependen de radical unido al átomo de N

• Obtención: reacción de una amina (primaria, secundaria o tercearia) + alquil- o alquilarilhalógeno

SUSTANCIAS TENSOACTIVAS NO IONICAS

• Se usan en gran escala como demulsificantes en industria petrolera

• Obtención: condensación del óxido de etileno o prolileno con alquil fenoles, alcohol o ácidos grasos

• Amplia gama de tensoactivos y aplicaciones

• Son sustancias no polares, no generan iones

• Posee parte hidrofóbica (radical alquilo, arilo, alquilarilo) e hidrofílica (cadena oxietilénica u oxipropilénica)


• Formula general de los compuestos oxietilénicos:

R – (CH2CH20)nCH2CH2OH

DEMULSIFICANES INDUSTRIALES

• Mezcla de varias STA + agente solubilizante(tolueno, xileno, u otros derivados del petróleo)

• Característica del demulsificante en dependenciadel tipo de crudo a ser tratado.

• Factores importantes: concentración desustancias resinoasfalténicas, tipo de emulsión,porcentaje de agua, concentración de sales,temperatura, velocidad de envejecimiento,agitación, distancia entre el pozo y la estación detratamiento, turbulencia, gas, concentración deparafina, viscosidad, densidad.

TIPOS DE DEMULSIFICANES

• El demulsificante en el mercado tiene de 2 a 6componentes y agentes adicionales

• Cada agente tiene su propósito endependencia del tipo de crudo (romperemulsiones agua-petróleo, antiparáfinico,reductores de sustancias resino-asfalténicas.

• La formulación del demulsificante esmas ARTE que ciencia

TIPOS DE DEMULSIFICANES• Grupos químicos de los demulsificantes:

– Eteres polietilenglicoles de alcoholes y fenoles sustituidos

– Aminas oxietilenicas

– Polímeros de óxido de etileno y óxido de propileno en base de alcoholes y aminas

– Alquilsulfatos primarios y secundarios

– Sales de ácidos carboxílicos.

IMPORTANCIA DE LOS DEMULSIFICANTES EN LA PRESERVACION DEL MEDIO AMBIENTE

• Demulsificantes = importancia económica + ecológica

– Económicamente = incrementa recuperación de crudo, evita pérdida de crudo en agua de desecho – 10 ppm x 100000 barriles tratados = 10 barriles de crudo recuperados.

– Ecológicamente = evita contaminación de fuentes hídricas, daños en hábitat (flora+fauna)


• Comportamiento intrínseco ecológico de los demulsificantes: – Toxicidad

– Biodegradabilidad

• La EPA en 1993 – establece límite de aceites y grasas (mínimo de 29mg/lt y máximo de 42 mg/lt)

• EPA – publicoó el manual de métodos delaboratorio para investigar biodegradabilidad desustancias químicas.

BIO

DEG

RA

DA

BILID

AD

BIODEGRADABILIDAD DE LOS DEMULSIFICANTES

ETERES RAMIFICADOS POLITILENGLICOLES DE FENOLES

ETERES LINEALES POLIETILENGLICOLES DE FENOLES

AMINAS OXIETILENICAS

POLÍMEROS DE OXIDO DE ETILENO/PROPILENO EN BASE A ALCOHOLES

ETERES POLIETILENGLICOLES DE ALCOHOLES SECUNDARIOS

ETERES POLIETILENGLICOLES DE ALCOHOLES PRIMARIOS


• Los últimos, es difícil su descomposición por bacterias

• Los éteres polietilenglicoles de los alcoholes lineales se degradan hasta un 96%(30 días)

• Aminas se degradan hasta un 80%

• Métodos mas utilizados por EPA = prueba en “botella cerrada” – analiza el grado de biodegradabilidad de la sustancia analizada al día 30 de incubación de microorganismos


• Biodegradabilidad según prueba de botella cerrada

PRUEBA DE BOTELLAS DE LOS DEMULSIFICANTES

• Evalúa a nivel de laboratorio la eficiencia de los demulsificantes para resolver la emulsión agua-petróleo en condiciones estándares

• Predice artificialmente :Las dosis efectivas de los demulsificantesTemperatura requeridaTiempo de reposo

• Compara la concentración relativa del demulsificante a ser usado en una emulsión

• La prueba de botellas no garantiza excelentes resultados en el campo.

• El defecto de la prueba es que ésta se realiza en condiciones estáticas y no dinámicas

• Los resultados finales deben ser comprobados en el campo (condiciones dinámicas)

SELECCCION DEL DEMULSIFICANTE OPTIMO

• Criterios técnicos de la selección

Mayor claridad y limpieza del agua separada

Menor BSW remanente 0.15%<bsw<0.4%

Menor temperatura de tratamiento

Menor tiempo de reposo

Menor costo por barril tratado

Rango de dosificación muy variado: 5-200 ppm

Dosis común: 10-60 ppm

PROCEDIMIENTO1. Tomar una muestra representativa, fresca de crudo2. Remover el agua libre de muestra3. Llenar el numero apropiado de botellas graduadas

con 100 (200) ml de emulsión. Considerar la muestra “testigo”

4. Agregue a cada botella la dosis correspondiente de demulsificantes (comercial o solución al 10%) a ser evaluados

5. Tapar cada botella y agitar vigorosamente las botellas. El vigor y la intensidad de la agitación (200 o 500 veces) debe ser similar para todas las botellas.

6. Dejar en reposo; calentar si fuese necesario (optimo 110ºF, max 190-200 ºF)

INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS1. Mayor cantidad de agua separada

2. Calidad del agua separada: clara, ligeramenteturbia, moderadamente turbia, muy turbia,emulsificada, no detectable.

3. Naturaleza de la interfase: nítida, móbil,compacta, membranosa

Para emulsiones de bajo corte de agua, amenudo es necesario adicionar agua paradeterminar el efecto real del emulsificante.

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