A Í G O L O N C T E Por: Ismael Pérez López / Abraham Tapia Tapia Camacho. Ingeniero de Desarrollo / Gerente de Investigación y Desarrollo, Oxiteno México, S.A, de C.V.
Las emulsiones han sido de gran interés práctico por largo tiempo, ya que están presentes en muchos eventos de la vida cotidiana. Pueden encontrarse en importantes áreas de interés como alimentos, cosméticos, celulosa y papel, farmacéutica, industrial y agrícola. Las emulsiones se hallan también en la industria petrolera, donde típicamente son sistemas indeseables que generalmente incrementan los costos de operación y reducen la eciencia de los equi pos de proceso.
cantidades de azufre, oxígeno y nitrógeno, así como algunos constituyentes metálicos, particularmente vanadio, níkel, hierro y cobre. La composición del crudo
A
que se extrae cambia en función de la cantidad de material producido (Figura 1, Figura 2), así se puede considerar que durante este proceso se presentan tres fases,
C
B
Oil
Una emulsión es denida como un sistema que contiene un líquido disperso en otro líquido inmiscible, los tamaños de las partículas de una emulsión la ubican en la categoría de sistemas coloidales (~ 0.1 – 10 µm). Si el aceite es la fase dispersa la emulsión se nombra aceite en agua (o/w), consecuentemente, si el agua es la fase dispersa la emulsión se nombra agua en aceite (w/o); esta clasi-
cación no siempre es apropiada
Water
Oil-Water Contact
Figura 1.
A
B
C
ya que existen por ejemplo emulsiones múltiples (o/w/o). En una emulsión el área interfacial entre las gotas dispersas y la fase continua representa un incremento en la energía libre del sistema, por lo tanto las emulsiones no son termodinámicamente estables. El crudo es una mezcla compleja de hidrocarburos, con pequeñas
Figura 2.
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Tabla 1.
las cuales se caracterizan por el incremento de la cantidad de agua presente en el sistema (Tabla 1). Durante la producción y transportación de crudo, las fases oleo-
WATER DROPLET
sa y acuosa son expuestas con la suficiente energía de mezclado para formar dispersiones de agua en aceite o aceite en agua. Desafortunadamente el crudo contiene un número importante
POLAR MOLECULES
turaleza son de supercie activa, entre ellos se encuentran los asfaltenos, compuestos de vanadio, compuestos químicos resinosos y ácidos orgánicos solubles. Estos materiales actúan como agentes interfaciales que favorecen la formación de emulsiones. Se cree que los asfaltenos aportan mayor estabilidad a las emulsiones de crudoagua. La floculación de asfaltenos en los sistemas dispersos ocurre cuando se rompe el equilibrio termodinámico, esto como resultado de cambios en la presión, temperatura y alteraciones en la composición del material durante la extracción de crudo o durante la inyección de gas en operaciones de recuperación. Los asfaltenos tienden a absorberse en la interfase agua en aceite para formar
Figura 3.
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de componentes que por su na-
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Gráca 1.
una película rígida alrededor de las gotas de agua, protegiendo a la emulsión de la posible ruptura durante las colisiones entre las partículas. Debido a la factibilidad de formación de emulsiones extremadamente extremadamente estables, se requieren costosos equipos de separación. Sin embargo, con la información referente a las características del crudo y las propiedades de la emulsión es posible realizar pre-tratamientos al crudo con desestabilizadores químicos
(desemulsicantes) o a través de equipos especialmente diseñados para cada pozo con el objeto de prevenir problemas de emulsión.
En consecuencia la desemulsicación de crudo forma parte integral de la producción de este material. Lo anterior hace extremadamente importante el control
del comportamiento del uido con el objetivo de minimizar la necesidad de procesos adicionales o intervenciones costosas en el sitio de la producción.
Propiedades de los desemulsifcantes
• Polialquilén glicoles de óxido de etileno/óxido de propileno (EO/PO) > 2000 + MW
Un desemulsicante con aplicación en el tratamiento de crudo es usualmente una molécula con carácter hidrofílico/lipofílico parcialmente soluble en la fase continua (aceite) y en la fase dispersa (agua); esta propiedad permite que la molécula
• Ésteres de ácidos dibásicos de polialquilén glicoles > 3000 + MW
del desemulsicante se posicione en la interfase de la emulsión (Figura 3). Ocasionando la ruptura de la película interfacial que rodea a las partículas de la fase dispersa. Normalmente la eficiencia del desemulsificante tiene relación directa con el peso molecular. En general se ha observado que desemulsificantes con alto peso molecular presentan un mejor
desempeño (Gráca 1). Figura 4.
Entre los compuestos que presentan mejores propiedades como desemulsificantes usados en la mayoría de las formulaciones se encuentran:
• Resinas condensadas con etileno/óxido de propileno (EO/ PO)
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- p-tert butil fenol - p-amil fenol - p-nonil fenol
Evaluación de desemulsifcantes
Con el objeto de evaluar el des-
• Ácidos grasos polimerizados EO/PO
• Poliésteres EO/PO
empeño de un desemulsicante, es necesario llevar a cabo pruebas de laboratorio laboratorio con emulsión, tal cual es producida en las operaciones de campo (Figura 4).
Los desemulsicantes comercia les en todos los casos son mezclas de varios componentes, los cuales poseen distintas estructuras químicas y cubren una amplia gama de distribuciones de pesos moleculares. Cada componente del desemul-
sicante tiene diferente habilidad o actividad interfacial, la cual provee un rango de propiedades que favorecen el rompimiento de la emulsión, de las cuales cabe mencionar: a. Fuerte atracción atracción en la interfase o/w, con la habilidad de desestabilizar la película protectora que rodea a la fase dispersa. b. La habilidad de actuar como agente humectante. c. La habilidad de actuar como
oculante. d. La habilidad de cambiar las propiedades reológicas, reduciendo la viscosidad e incrementando la compresibilidad de la película interfacial.
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La prueba de botella es usada comúnmente para determinar cuál de los químicos conocidos como desemulsificantes pueden romper la emulsión proveniente de un pozo arrendado o campo. Los resultados de esta prueba indican la relación requerida de componente de tratamiento para la emulsión, que es la más pequeña cantidad necesaria del químico para romper satisfactoriamente la emulsión. La concentración de bases desemulsicante típicamente emplea da es del 1 al 5%, dependiendo de las características de la emulsión a tratar. Ésta consiste en some ter la acción del desemulsican te a una muestra representativa y evaluar, en función del tiempo, el porcentaje de agua separada. Existen señales adicionales que complementan o confirman la evaluación del producto, como cuando se vacían las botellas de prueba, en este momento se puede observar la capa pegada al envase. Si es cerosa y opaca quiere decir que el producto quí-
Figura 5.
mico no está trabajando, si por el contrario la botella tiene una película brillante delgada y con gotas de agua, el producto tuvo un buen desempeño. Otra herramienta de evaluación es observar el tamaño de las gotas formadas, si éstas son grandes y se encuentran en el fondo de la botella se puede decir que el producto es un coalescedor de alta eciencia; otros, al formar go tas más pequeñas y dispersas en la botella, son coalescedores de
mediana eciencia.
Generalmente la prueba de la botella se realiza en recipientes estándar de fondo cuadrado. No obstante, es posible usar recipientes graduados de fondo cónico, que permitan cuanticar la sepaseparación con mayor exactitud.
