MX2011002335A - Compuesto reductor de fuerzas de atraccion molecular presentes en hidrocarburos pesados y extra pesados con dificultad de fluidez. - Google Patents

Compuesto reductor de fuerzas de atraccion molecular presentes en hidrocarburos pesados y extra pesados con dificultad de fluidez.

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Abstract

Esta invención se refiere a un compuesto reductor de fuerzas de atracción molecular presentes en hidrocarburos pesados y extra pesados con dificultad de fluidez, que tiene por objetivo mejorar las condiciones de flujo al reducir contrapresiones en su proceso de transporte por ducto. La fórmula del compuesto objeto de esta invención, puede incluir en una proporción de hasta un 50% de compuestos orgánicos de origen fósil como las fracciones medias del petróleo e hidrocarburos alifáticos, combinado con una proporción de hasta 50% de compuestos orgánicos de origen no fósil tales como esteres de metilo de los ácidos grasos de aceite vegetal o animal. Esta invención además promueve la sustentabilidad ambiental y económica, ya qué es coherente con las políticas mundiales de reducción de emisiones CO2, lo anterior de debe a que la fracción no fósil presente en el mejorador de fluidez una vez dosificado en el petróleo pesado y extra pesado, forma parte de la fracción diesel que se obtendrá en su proceso de refinación.

Description

"COMPUESTO REDUCTOR DE FUERZAS DE ATRACCIÓN MOLECULAR PRESENTES EN HIDROCARBUROS PESADOS Y EXTRA PESADOS CON DIFICULTAD DE FLUIDEZ" ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La dificultad de movimiento o fluidez del petróleo pesado y extrapesado ocasiona dificultades y altos costos en su extracción de los yacimientos que lo contienen siendo uno de los retos tecnológicos más importantes dentro de la industria petrolera el mejoramiento de la fluidez de este tipo de petróleo.
La búsqueda de alternativas con sustentabilidad ambiental y económica que permitan alcanzar las metas de producción de petróleo pesado y extra pesado en las condiciones antes descritas, dieron origen al desarrollo del compuesto de origen fósil combinado con no fósil, para la reducción de fuerzas de atracción molecular presentes en petróleo pesado y extra pesado con dificultad de fluidez.
La sustentabilidad ambiental y económica antes mencionada es uno de los principales beneficios de la presente invención ya que es coherente con las políticas mundiales de reducción de emisiones C02 ya que la fracción no fósil presente en el mejorador de fluidez forma parte de la fracción diesel que se obtendrá en su proceso de refinación, promoviendo de esta manera la sustentabilidad ambiental, social y económica.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Los detalles característicos de este novedoso compuesto reductor de fuerzas de atracción molecular presentes en hidrocarburos pesados y extra pesados con dificultad de fluidez, se describen claramente en la siguiente descripción y en los dibujos que se acompañan.
En la figura 1 se muestra la representación gráfica del comportamiento característico de la fluidez o movilidad media en centipoise (cP) del petróleo pesado y extra pesado en su estado natural, a diferentes temperaturas y dosificaciones del compuesto reductor de fuerzas de atracción molecular del petróleo pesado y extrapesado ó mejorador de fluidez.
En la figura 2 se muestra un cromatrograma de la composición de cadenas de carbono contenidas en el compuesto reductor de fuerzas de atracción molecular.
En la figura 1 se describe una gráfica que representa en forma no limitativa el comportamiento característico de la fluidez media en centipoise (cP) del petróleo pesado y extra pesado en su estado natural, a diferentes dosificaciones de 0 %, 1%, 2%, y 5% (5, 6, 7 y 8) del compuesto reductor de fuerzas de atracción molecular a diferentes temperaturas de 12 °C (3) y 25 °C (4). El eje Y (2) representa la escala de centipoise (cP) como medida de fluidez con diferentes valores, y el eje X (1) representa la temperatura en grados Celsius (°C). Para cada dosificación de 0% (5), 1% (6), 2% (7) y 5% (8) de mejorador de fluidez en relación al volumen de petrolero pesado y extra pesado, las mediciones en centipoise (cP) a 12 °C (9, 10, 11 y 12) se presentan en la tabla 1 y las mediciones en centipoise (cP) a 25 °C (13, 14, 15 y 16) se presentan en la tabla 2. El porcentaje de dosificación del 0 % (5), representa al petróleo en su estado natural con una medida de 53,329 cP a 12 °C y 12,777 cP a 25 °C. Es posible observar en esta gráfica que a mayor cantidad de centipoise (cP) la dificultad de fluidez es menor.
Tabla 2. Mediciones en centipoise (cP) con dosificaciones a temperatura de 25 °C En la figura 2 se describe el cromatrograma del compuesto reductor de fuerzas de atracción molecular. Este es obtenido a partir de un cromatógrafo de gases con detector de ionización de flama marca Perkin-Elmer, con una columna Vb-5 de 30m, diámetro interior de 0.53mm con espesor de fase líquida de 0.5micrometros. De 5 a 10 gramos de muestra se realizó una extracción con un disruptor recuperando la fase líquida y concentrándola hasta 1ml_ en un equipo Kuderna-Danesh. El procedimiento de inyección y obtención de cromatrograma se realizó de acuerdo a la norma NOM-138-SEMARNAT/SS-2003. En el cromatrograma se indican los ejes de graficado, correspondiendo el eje Y a la respuesta en mV (21) y el eje X el tiempo de retención en minutos (22). Los picos 17, 18, 19 y 20 corresponden a los componentes que constituyen el reductor de fuerzas de atracción molecular. Puede notarse el contenido de cadenas de carbono de menor a 10 unidades (17), cadenas C11-C17 (18), cadenas C18-C19 (19) y cadenas C20 (20). Puede observarse, por la altura del pico, que la composición está constituida en mayor proporción por cadenas C20 (20).
El compuesto de la presente invención está formado por un conjunto de productos químicos de origen fósil y no fósil, según la tabla 3 que se presenta a continuación: Tabla 3. Composición general de reductores de fuerzas de atracción molecular en petróleo pesado y extra pesado.
Los componentes de la formulación de la tabla 3 pueden obtenerse de diferentes maneras. A continuación se presentan algunos ejemplos de la obtención de dichos componentes de formulación.
OBTENCION DE COMPONENTES DE FORMULACION Ejemplo de Formulación 1 : Esteres de ácidos grasos con hidrocarburos fósiles.
Los esteres que comprenden la presente formulación pueden, pero no están limitados a obtenerse a partir de transesterificación de aceites con puntos de fusión menor a 20°C de acuerdo a la siguiente reacción: Donde R puede ser el radical oleato, linoleato, palmitato o estearato o cualquiera obtenido a partir de un ácido graso. Los ésteres son mezclados con fracciones de petróleo C6 a C20 correspondientes a hidrocarburos aromáticos y saturados encontrados en el fluido conocido como Keroseno o Diesel. Todo el proceso se realiza en condiciones isobáricas a una temperatura recomendable entre 10°C y 50°C, añadiendo en principio la combinación de los ésteres y posteriormente los productos derivados del petróleo. En la tabla 4 podemos observar la composición de esta formulación.
Otros ésteres 1-2 fabla 4. Composición del ejemplo 1 : Reductor de fuerzas de atracción con composición predominante de ésteres de ácidos grasos.
Ejemplo de formulación 2: Compuestos parcialmente esterificados Se obtienen monoacilglicéridos y diacilglicéridos a partir de reacción controlada de triacilglicéridos provenientes de aceites vegetales por reacción con metanol u otro alcohol con cantidades de 0.8 a 1.3 o de 1.7-2.1 moles de alcohol por mol de aceite tratado e hidróxido de sodio, o cualquier otro hidróxido, en cantidades por lo menos de 2 a 5 milimoles por mol de aceite de acuerdo a: Donde R representa cualquier radical proveniente de ácidos grasos de 16 a 23 carbonos. En la tabla 5 se observan las cantidades necesarias de reactivo para producir de 90 a 110mL de la formulación con predominancia de diacilgliceroles.
En la tabla 6 se observan las cantidades necesarias de reactivo para producir de 90 a 110ml_ de la formulación con predominancia de monoacilgliceroles.
En las tablas 7 y 8 se observan los porcientos de composición de compuestos obtenidos de acuerdo a las cantidades presentadas en la tabla 5 y 6.
Tabla 5. Reactivos necesarios para la preparación de una mezcla predominante de diacilgliceroles Tabla 6. Reactivos necesarios para la preparación de una mezcla predominante de monoacilglicéridos Tabla 7. Productos de reacción en la preparación de una mezcla predominante de monoacilglicéridos Tabla 8. Productos de reacción en la preparación de una mezcla predominante de diacilglicéridos Ejemplo de formulación 3: Triacil gliceroles oxidados: Ya se ha visto que un aceite común presenta la estructura: Donde R puede ser cualquier radical proveniente de un ácido graso. El aceite presenta una oxidación normal a lo largo del tiempo auto catalizada que suele inhibirse con compuestos conocidos como "antioxidantes" como por ejemplo, los tocoferoles. El presente ejemplo se refiere al aprovechamiento de los compuestos oxidados provenientes de aceites vegetales de acuerdo al siguiente proceso: Se toma el aceite vegetal introduciéndolo a un reactor, burbujeando aire a razón de 0.5m3/min por cada metro cúbico de aceite, incrementando la temperatura a 150°C por un lapso de una hora. Después de ese tiempo se deja enfriar el aceite continuando el burbujeo a la misma razón durante 2 horas.
El mecanismo de oxidación general para el compuestos es: R-H ? R* + H* R*+O2? ROO* ROO* + R-H? R* + ROOH R* + R* ? R-R R* + ROO*? ROOR RO* + R* ? ROR 2RO* + 2ROO* ? 2ROOR + 02 Por otro lado, los compuestos reaccionan debido a las dobles ligaduras formando precursores de gomas, de acuerdo a: ROO* + R1-CH=CH-R2? R1-CH(OOR)-CH*-R2 R1-CH(OOR)-CH*-R2 + R1-CH=CH-R2? R1-CH(OOR)-CH(R2)-CH(R1)-CH*-R2 El asterisco (*) denota símbolo de "radical libre" (un electrón no apareado). Las estructuras generales para compuestos obtenidos son: R - R ROOR ROR R1 -CH(OOR)-CH(R2)-CH(R1 )-CH*-R2 En donde R, R1 y R2 puede ser cualquier radical intermediario proveniente de un ácido graso o un éster alquílico de ácido graso, o un radical proveniente de un triacilglicérido obtenido a partir de un aceite vegetal. Los compuestos oxidados obtenidos pueden utilizarse solos o acompañados con una mezcla de ésteres de ácidos grasos e hidrocarburos fósiles. La tabla 9 muestra un ejemplo de formulación cuya composición incluye compuestos oxidados derivados de aceites vegetales.
Tabla 9. Composición del a formulación a base de acilgliceroles oxidados.
Ejemplo de formulación 4: Esteres alquílicos de ácidos grasos ramificados y de alto peso molecular, provenientes de triacilglicéridos oxidados sintetizados a partir de aceites vegetales.
Como puede deducirse del ejemplo 3, un aceite común puede oxidarse de diversas formas produciendo triacilglicéridos hidroperoxidados, diacilglicéridos, politriacilglicéridos, triacilglicéridos con radicales provenientes de ácidos grasos sustituidos en dobles ligaduras carbono-carbono, entre otros. Estos compuestos presentan polaridades distintas a las de las unidades de triacilglicerol de la que provienen y pueden apoyar a la reducción de fuerzas viscosas presentes en petróleo pesado.
Los compuestos oxidados provenientes de aceites vegetales pueden reaccionar con alcoholes en medio alcalino para formar ásteres, oxidados, hidroperoxidados, precursores de gomas, entre otros, mediante el siguiente procedimiento: En un reactor a una parte de aceite vegetal oxidado se añaden de 0.05 a 0.2 partes de solución alcohólica ai 1.5% de hidróxido de sodio en metanol, calentar a una temperatura entre 50 y 70 °C por un tiempo entre 1 y 4 horas. Después de ese tiempo separar la fase orgánica de la fracción densa localizada en la parte inferior. La reacción que prevalece es la siguiente: Rox representa los radicales oxidados. Como subproducto pueden presentarse moléculas de glicerol que se separan por decantación. De esta manera podemos decir que los triacliglicéridos oxidados pueden transesterificarse para producir esteres alquílicos de ácidos grasos oxidados. Los radicales oxidados intermediarios (Rox) son de la forma CH3-0-CO-(CH2)n-CH(OOR)-CH(R2)-CH(R1)-CH*-(CH2)n-H.
Para poder demostrar el efecto de la reducción de las fuerzas de atracción molecular y la forma de calcular la medida en centipoise (cP) del petróleo (viscosidad), se realizan los siguientes experimentos que se describen a continuación.
Experimentos Para todos los experimentos se entiende por muestra a una cantidad dada de petróleo. Se realizaron las siguientes determinaciones: DETERMINACIÓN DE GRAVEDAD API (ASTM D-287): Para este experimento se utilizó el petróleo de la tabla 2 a 25 °C. Se agitó la muestra hasta homogeneizar, posteriormente se introduce a una probeta de 500 mL evitando la formación de burbujas por efecto del vaciado. Se introdujo lentamente y hasta la marca el higrómetro adecuado. Posterior a 10 minutos se tomó la lectura del higrómetro, asegurándose que ya no se encontraba en movimiento; se anotó la temperatura a la que es leído el valor registrado. Se realizó la corrección de temperatura con las tablas de medición de petróleo ASTM- IP. Con este método se obtuvo un resultado de 11 °API sin dosificación (0 %) del compuesto y de 13.5 °API dosificando en un 5% del compuesto reductor de fuerzas de atracción molecular. De esta manera se tiene un incremento en los grados API de las muestras al añadir el compuesto.
DETERMINACION DE VISCOSIDAD: Para determinar las viscosidad en centipoise (cP) de las tablas 1 y 2, se utilizó un viscosímetro marca Broookfield y se siguió el procedimiento indicado por el fabricante, eligiendo el spindle adecuado para la muestra, las RPM, y las unidades en el análisis en cP. Se colocó en un vaso de precipitado de 250mL la muestra. Se introdujo el spindle hasta la ranura de la parte más delgada. Se introdujo el sensor de temperatura para obtener el dato a la cual es dada la viscosidad. Se comenzó la determinación hasta que la lectura fue estable.

Claims (6)

REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficientemente mi invención, este compuesto reductor de fuerzas de atracción molecular presentes en hidrocarburos pesados y extra 5 pesados con dificultad de fluidez, lo considero como una novedad y por lo tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas:
1. - Un compuesto reductor de fuerzas de atracción molecular presentes en hidrocarburos pesados y extra pesados con dificultad de fluidez, caracterizado por 10 que incluye la combinación de fluidos orgánicos de origen fósil combinados con fluidos orgánicos de origen no fósil, en al menos una proporción 1 :1 conformando en total el volumen del compuesto; donde los fluidos orgánicos de origen fósil están constituido por hasta un 40% de fracciones medias del petróleo base diesel e hidrocarburos aromáticos base tolueno en menos de un 60%; donde los fluidos 15 orgánicos de origen no fósil, que corresponden a una proporción de al menos 50% del volumen del compuesto, están constituidos por una mezcla de esteres metílicos de ácidos grasos provenientes de aceite vegetal o animal compuestos por oleato de metilo en una proporción de hasta 12.5%, linoleato de metilo en una proporción de hasta 12.5%, palmitato de metilo en una proporción de hasta 20 12.5%, estereato de metilo en una proporción de hasta 12.5%, miristato de metilo en una proporción de hasta 12.5% y palmitoleato de metilo en una proporción de hasta 12.5% y compuestos oxidados e hidroperóxidos de triacilglicéridos vegetales en una proporción de hasta el 60%; donde puede añadírsele hasta un 50% de monoacilgliceroles y diacilgliceroles en combinación con compuestos 25 conformados por ésteres alquílicos de ácidos grasos
2. - Un compuesto reductor de fuerzas de atracción molecular presentes en hidrocarburos pesados y extra pesados con dificultad de fluidez, caracterizado porque tal como se describió en la reivindicación 1 , puede incluir triacilgliceroles oxidados obtenido por aireado de aceites vegetales a temperatura elevada.
3.- Un compuesto reductor de fuerzas de atracción molecular presentes en hidrocarburos pesados y extra pesados con dificultad de fluidez, caracterizado porque tal como se describió en la reivindicación 2, los triacilgliceroles oxidados está constituido por hidroperóxidos de esteres de ácidos grasos en al menos un 30%, hidroperóxidos de triacilglicéridos en al menos un 30%, compuestos de alto peso molecular debidos a reacción entre triacilglicéridos con oxígeno y todos los compuestos que se obtiene por radicales intermediarios de la forma RI-CH(OOR)-CH(R2)-CH(R1)-CH*-R2.
4 - Un compuesto reductor de fuerzas de atracción molecular presentes en hidrocarburos pesados y extra pesados con dificultad de fluidez, caracterizado porque tal como se describió en la reivindicación 3, los radicales a los que se refiere pueden ser cualquiera proveniente de un ester alquílico de ácidos grasos sintetizados a partir de una aceite vegetal, o de un radical proveniente de un triacilglicerol cualquiera.
5. - Un compuesto reductor de fuerzas de atracción molecular presentes en hidrocarburos pesados y extra pesados con dificultad de fluidez, caracterizado porque tal como se describió en la reivindicación 2, los triacilglicéridos oxidados a los que se refiere pueden transesterificarse para producir esteres alquílicos de ácidos grasos oxidados para ser utilizados como reductor de fuerzas de atracción molecular.
6. - Un compuesto reductor de fuerzas de atracción molecular presentes en hidrocarburos pesados y extra pesados con dificultad de fluidez, caracterizado porque tal como se describió en la reivindicación 5, los esteres alquílicos de ácidos grasos oxidados están constituidos por hidroperóxidos de ésteres de ácidos grasos en al menos un 30%, compuestos de alto peso molecular debidos a reacción entre ésteres de ácidos grasos con oxígeno y todos los compuestos que se obtiene por radicales intermediarios de la forma CH3-0-CO-(CH2)n-CH(OOR)-CH(R2)-CH(R1 )-CH*-(CH2)n-H.
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