INGENIERIA CONCEPTUAL DEL USO DE DEMULSIFICANTES

Formación de emulsiones en el proceso previo a la refinación del petróleo crudo.

Durante el proceso de producción, desde el yacimiento hasta la extracción del petróleo crudo, diversas fuentes de agua aportan de ella a la producción de crudo que la contiene como agua libre, de fácil separación, o como emulsión.

Posteriormente durante el transporte por barco nuevas cuotas de agua se adicionan al volumen principal de crudo.

El agua que trae el crudo al llegar a las plantas de refinación contiene diversas sales, en especial cloruros, además de otras partículas sólidas como asfaltenos, sílice fina, arcillas y SFe, en un film muy fino que cubre las gotas de agua. Estos mismos sólidos finos vienen dispersos en el crudo formando sedimentos.

Los finos sólidos del film y la acidez orgánica del crudo son los factores responsables de la estabilidad de las emulsiones dado que impiden la coalescencia, y por tanto la aglomeración y posterior decantación del agua.

Tanto el agua, como las sales y los sedimentos que contiene el crudo, provocan diversos problemas al proceso de refinación y a los equipos, dado que tienden a depositarse principalmente en las superficies calientes produciendo ensuciamiento de intercambiadores lo que afecta la transferencia de calor, y generando puntos calientes en los tubos de los hornos los que dan lugar a oxidación exterior y roturas con las graves consecuencias previsibles.

Los cloruros promoverán además la formación de coke al interior de los tubos del horno, obstruyéndolos parcial o totalmente.

Además la descomposición de las sales en particular los cloruros, provocará corrosión en el tope de la fraccionadora.

Por todo lo anterior es necesario producir la separación del agua, sales y sedimentos y su posterior eliminación.

El agua libre es de fácil separación por la diferencia de densidad con el petróleo crudo y con breve tiempo de reposo. Ello da lugar a su decantación y posterior eliminación por operación de drenado.

El agua emulsionada necesita mayor tiempo para su decantación y requiere favorecer la coalescencia de las finas gotas en que se encuentran dispersas para que la aglomeración

y siguiente decantación ocurra en los períodos de almacenamiento del crudo antes de ser alimentado a la unidad de topping.

Una vez alimentado a la planta es conveniente aprovechar las condiciones bipolares de las gotas de agua por su contenido de sales, para someterlas a un campo eléctrico y conseguir su coalescencia y decantación. Para esto último se utilizan desaladores electrostáticos.

Para mejorar el desempeño de los desaladores en la eliminación de sales, es aconsejable agregar a la carga de crudo antes de la entrada al desalador una solución diluida de soda cáustica a no más del 10% para neutralizar la acidez y conseguir un PH de 8 a 9, y una cierta dosis de demulsificante, todo ello para acelerar la ruptura de las emulsiones al facilitar la coalescencia por su efecto tenso activo que asegura una rápida aglomeración de las gotas de agua y finalmente la decantación.

Así se consigue que el máximo de agua decantada que contiene las sales y que incluye el agua de lavado que habitualmente se agrega antes de los desaladores para eliminar sólidos dispersos como sedimentos, pueda ser eliminada con el mínimo de hidrocarburos sin efectos medio-ambientales.

El efecto final es un mínimo contenido de agua , y por tanto de sales, en el crudo que sale del desalador y avanza en el proceso de refinación, y un mínimo contenido de aceite en el agua efluente del desalador que facilita su disposición en el marco de las normas medio ambientales.

-Qué es la coalescencia.

Coalescencia es la propiedad o capacidad de ciertas sustancias para unirse o fundirse con otras en una sola.Para favorecer la coalescencia se debe disminuir la tensión superficial que hace que las partes de la sustancias sean más refractarias a unirse.

-Qué son los Demulsificantes.

Los demulsificantes son productos químicos utilizados para romper las emulsiones agua-aceite (hidrocarburos en el sector petrolero) lo que consiguen modificando la tensión superficial de las gotas de agua que la mantiene dispersa como fase discontinua, permitiendo de esta manera su separación en dos fases claramente definidas.

Existen dos tipos de demulsificantes, dependiendo de cual sea la fase continua en la mezcla a separar.

Cuando la fase continua es el aceite o hidrocarburo, el demulsificante se denomina directo y cuando por el contrario la fase continua es el agua, el demulsificante se denomina inverso.

Los demulsificantes directos, son en general resinas etoxiladas, disueltas en un solvente que actúa como vehículo, con características hidrofílicas o hidrofóbicas, dependiendo del tipo de emulsión a tratar.

Los demulsificantes inversos son por lo general polímeros catiónicos de bajo peso molecular solubles en agua.

-Como Actúan los demulsificantes

Los demulsificantes actúan básicamente mediante dos mecanismos que los hacen capaces de separar en una emulsión las partículas acuosas de las partículas oleosas.

Para ello, tienen una carga iónica que los hace repeler o atraer las partículas de agua o hidrocarburo según sea el caso y una característica que los hace mas oleofílicos o más hidrofilicos según sea el caso a tratar, de manera de obtener una separación de fases en donde el demulsificante permanezca con el agua o el hidrocarburo, de acuerdo a la necesidad.

Factores importantes en la eficiencia de los demulsificantes son: la temperatura, la calidad de la mezcla emulsión-demulsificante, el tiempo de contacto entre ambos y el tiempo de reposo que permite la separación de las fases.

De esta manera existen demulsificantes que son diseñados para actuar muy rápidamente, cuándo el tiempo de separación disponible es bajo, y otros que actúan mas lentamente, pero en forma muy eficiente en términos de % de agua separada, cuando existe el tiempo de separación disponible

-Cual es el uso de los Demulsificantes.

Los demulsificantes se usan en diversas etapas del proceso productivo en la Industria Petrolera.

Pueden ser inyectados a la cabeza de pozo en los campos de producción, para dar un buen tiempo de contacto entre el crudo y el demulsificante, asegurando además una buena e íntima mezcla entre ambos.

Pueden ser agregados también a la llegada de los estanques en las baterías de producción, para servir como el primer paso de separación agua-hidrocarburo, retornando el agua al yacimiento y evitando transportar agua junto con el crudo.

Otro punto muy utilizado es a la llegada del crudo a los terminales de recepción de crudo, en donde generalmente se logra obtener una buena mezcla y un buen tiempo de contacto y separación.

Finalmente, un punto crítico de dosificación es en la entrada de los desaladores, que tienen como función eliminar sales del crudo.Estas sales está disueltas en agua, por lo

tanto mientras mayor sea la remoción de agua, mayor será también la remoción de dichas sales.

-Beneficios del uso de Demulsificantes.-

Los siguientes son los beneficios más importantes que se obtienen con el uso de demulsificantes:

-Evitar o disminuir el costo del transporte de agua junto con el crudo.

-Disminuir los problemas de corrosión en piping, estanques de almacenamiento al tener un crudo con menor contenido de agua.

-Disminuir los problemas de corrosión en las unidades atmosféricas, puesto que una menor cantidad de agua en el crudo de alimentación, conlleva una menor cantidad de sales disueltas entrando al proceso.

-Disminución de depósitos, ya sea por disminución de productos de corrosión (óxidos metálicos), de sedimentos (sílice, arcillas, naftalenos y otros) o por disminución de las sales contenidas en el agua.

- Disminución del ensuciamiento de intercambiadores y pérdida de transferencia de calor por menor contenido de sales y sedimentos

-Disminución de pérdidas de energía de bombeo por menor ensuciamiento de circuitos, intercambiadores y tubos de hornos.

-Disminución de la formación de coke al interior de los tubos del horno, y de puntos calientes que aceleran la oxidación exterior y posterior rotura de los tubos.

-Mejora en la calidad del agua a la salida del Desalador, en términos de menor contenido de hidrocarburos, permitiendo re-utilizar esa agua en otro proceso y/o descartarla dentro de las especificaciones requeridas para los Riles.

-Puntos de recomendados para la dosificación del demulsificante.

Los puntos recomendados para la dosificación de demulsificante al crudo que se alimentará al topping, son básicamente dos:

El primero ubicado en la línea de recepción de crudo desde el barco antes de la válvula de entrada al estanque de almacenamiento.La dosificación es conveniente hacerla durante el tiempo de descarga desde el buque tanque, para asegurar una buena mezcla, un buen tiempo de residencia del producto actuando en el estanque, y evitar costos de energía de bombeo.

De no ser posible lo anterior, la segunda opción para el crudo que se recibe del barco, es dosificar el producto a la succión de una bomba de recirculación del estanque.

El segundo punto recomendado es antes de la entrada del crudo al Desalador, lo que se puede hacer a la succión de la bomba de carga a la planta o bien antes de la válvula de mezclamiento ubicada a la entrada del desalador (válvula de globo).

En ambos casos recomendamos utilizar sistemas de dosificación que consisten básicamente en un estanque de almacenamiento y alimentación de demulsificante, con una bomba dosificadora apropiada a la presión y caudal requeridos.Esta bomba debe tener regulación manual de recorrido y frecuencia y debe también tener la posibilidad de ser enclavada tanto a la bomba de alimentación al desalador, y a la bomba de recirculación del estanque de almacenamiento si esa fuera la opción en la aplicación al estanque.Se adjunta un esquema de los puntos de dosificación recomendados.

2007-11-30