Evaluación De Emulsiones De Crudo En Agua Con Mezclas De Surfactantes No-iónicos Y Aniónicos De Uso Potencial En La Industria Petrolera

Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería Universidad del Zulia

ISSN 0254-0770 versión impresa

Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia v.30 n.2 Maracaibo ago. 2007

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Evaluation of oil-in-water emulsions with non-ionic and anionic surfactants mixtures for potential use in the oil industry

Nacarid Delgado*, Fredy Ysambertt*, Carla Montiel, Gerson Chávez, Ana Cáceres, Bélgica Bravo and Nelson Márquez

Laboratorio de Petroquímica y Surfactantes, Departamento de Química, Facultad Experimental de Ciencias, Universidad del Zulia. Maracaibo 526, Venezuela. Teléfono ++ 58 (0) 261-8156937. Fax ++ 58 (0) 261-7598125. ndelgado@luz.edu.ve, ysambertt@yahoo.com

Abstract

In the present work, formulations to emulsify heavy crude oil in water, at crude oil/water relationship of 70/30, were evaluated. Non-ionic and anionic surfactants were used with amines of short chain as co-surfactants. Stability, viscosity, conductivity, drop size and size distribution, were evaluated. Stable emulsions were obtained with simple and multiple systems which smaller viscosities than the original crude oil, all them with external phases of water and “extended inversion zone”. The minimum drop size obtained was of 23 µm, with polydisperses distributions, unimodals and bimodals. It was concluded that non-ionic and anionic surfactants mixtures originate a positive synergy, increasing the stability of the crude oil emulsions, and as well as that short chain amines are excellent co-surfactants, because they stabilize micelles formed inside the surfactant-water-crude oil system.

Key words: Emulsion, surfactant, stability, viscosity, co-surfactant.

Evaluación de emulsiones de crudo en agua con mezclas de surfactantes no-iónicos y aniónicos de uso potencial en la industria petrolera

Resumen

En el presente trabajo se evaluaron formulaciones para emulsionar crudo pesado en agua, a una relación crudo/agua 70/30. Se utilizaron surfactantes no-iónicos y aniónicos, mientras que aminas de cadena corta se emplearon como co-surfactantes. Se evaluaron la estabilidad, la viscosidad, la conductividad, el tamaño promedio de gota y la distribución de tamaño promedio de gota. Se obtuvieron emulsiones estables para sistemas simples y múltiples, cuyas viscosidades son considerablemente menores a la viscosidad original del crudo, todas de fase externa agua y con una amplia zona de inversión. El tamaño mínimo promedio de gota obtenido fue de 23 mm, con distribuciones polidispersas, tanto unimodales como bimodales. Se concluyó que las mezclas de surfactantes no-iónicos y aniónicos originan una sinergia positiva incrementando la estabilidad de las emulsiones de crudo en agua, y que las aminas de cadena corta son excelentes co-surfactantes, ya que estabilizan las micelas formadas dentro del sistema surfactante-agua-crudo.

Palabras clave: Emulsión, surfactante, estabilidad, viscosidad, co-surfactante.

Recibido el 18 de Septiembre de 2006 En forma revisada el 14 de Mayo de 2007

Introducción

La industria petrolera debe enfrentar los problemas provocados por los fenómenos interfaciales desde las operaciones de perforación hasta el acondicionamiento de los productos acabados; es por ello que el uso de surfactantes se ha convertido en una práctica común en las operaciones de perforación, producción y refinación de petróleo [1]. Una aplicación importante de los surfactantes es la producción de emulsiones estables de crudos pesados en agua (tipo O/W, oil-in-water) con propósitos de extracción, transporte y almacenamiento del crudo [2-10]. La formación de este tipo de emulsiones para reducir la viscosidad de crudos pesados es una alternativa a métodos convencionales tales como el calentamiento o la dilución con crudos livianos o gasóleos, los cuales implican enormes costos de inversión y de funcionamiento [7].

En las últimas décadas se han utilizado surfactantes no-iónicos y aniónicos para emulsionar el crudo en agua. Los surfactantes no-iónicos tienen la ventaja de ser casi insensibles a la salinidad de la fase acuosa, mientras que algunos surfactantes aniónicos tienen la ventaja de reducir más la tensión interfacial crudo/agua, y resultan más económicos que los surfactantes no-iónicos [8]. En una formulación comercial no sólo está presente el surfactante o una mezcla de estos, sino también otra serie de compuestos, como los co-surfactantes, que pueden modificar las condiciones del sistema. En este sentido, recientemente se ha reportado la influencia de aminas de cadena corta como estabilizantes de emulsiones de crudo en agua [11-13].

Con base en estos antecedentes, se planteó como objetivo de este trabajo preparar emulsiones de crudo en agua con diferentes tipos y proporciones de mezcla de surfactantes no-iónicos y aniónicos, evaluando sus características fisicoquímicas para determinar su potencial aplicación en los distintos procesos que se llevan a cabo dentro de la industria petrolera. Adicionalmente, se estudia el efecto de la adición de aminas de cadena corta como co-surfactantes sobre las propiedades de las emulsiones.

Parte Experimental

Surfactantes y muestras

Se emplearon surfactantes comerciales no-iónicos con distinto número de unidades de óxido de etileno (EON): nonil fenol polietoxilado de 18 EON (NPE-18), y alcoholes polietoxilados (APE) de 10, 12, 14 y 18 EON, suministrados por la empresa Etoxyl de la Arch Chemical. Se utilizó el surfactante aniónico dodecil benceno sulfonato (DBS), marca Sigma (80%). Como co-surfactantes se utilizaron las siguientes aminas alifáticas de cadena corta: etilamina (Riedel de Häen, 70% w), n-butilamina (Aldrich, 99%) y ciclohexilamina (Aldrich, 99%).

Se utilizaron crudo pesado Boscán (Costa Occidental del Lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela), suministrado por PDVSA, y agua del Lago de Maracaibo recolectada en el Municipio San Francisco. Las especificaciones del crudo y del agua usada para emulsionar se muestran en las Tablas 1 y 2, respectivamente.

Tabla 1. Especificaciones del crudo Boscán [6]

Propiedad Valor

Gravedad específica @ 15°C 0,9994 g/cm3

Gravedad API 10,2

Viscosidad dinámica ± 100000 cP

Contenido de agua <1%

Tabla 2. Especificaciones del agua del Lago de Maracaibo

Propiedad Muestra (1) Muestra (2)

Salinidad (g de NaCl/ 100 mL) 8 5

pH 8 6,56

Alcalinidad (ppm como CaCO3) 64 52

Muestra 1: colectada en época seca. Muestra 2: colectada en época de lluvias.

Materiales y equipos

Material volumétrico de laboratorio,

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