MXPA01013134A - Composicion desemulsionante mejorada para deshidratar y desalar aceite crudo maya. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a una composicion desemulsionante para deshidratar y desalar aceite crudo 100% Maya, denotada como IMP-FDM-9822 composicion que actualmente se emplea en el ámbito industrial y es propiedad del Instituto Mexicano del Petroleo, la cual comprende hasta un 20% en peso de un compuesto de resina fenolica oxialquilada; 10% en peso de un compuesto poliol polimerizado; hasta un 20% en peso de un copolímero de oxidos de etileno y propileno; y hasta un 50% en peso de un vehículo solvente aromático. Esta composicion desemulsionante IMP-FDM-9822, presenta una alta capacidad para reducir la tension interfacial y una elevada eficiencia para el rompimiento de emulsiones de crudos pesados, favoreciendo la obtencion de fases bien definidas.

Description

COMPOSICIÓN DESEMULSIONANTE MEJORADA PARA DESHIDRATAR Y DESALAR ACEITE CRUDO MAYA DESCRIPCIÓN CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una composición desemulsionante para deshidratar y desalar aceite crudo 100% Maya, denotada como IMP-FDM-9822 composición que actualmente se emplea en el ámbito industrial y es propiedad del Instituto Mexicano del Petróleo, la cual comprende hasta un 20% en peso de un compuesto de resina fenólica oxialquilada; 10% en peso de un compuesto poliol polimerizado; hasta un 20% en peso de un copolímero de óxidos de etileno y propileno; y hasta un 50% en peso de un vehículo solvente aromático.

Esta composición desemulsionante IMP-FDM-9822, presenta una alta capacidad para reducir la tensión interfacial y una elevada eficiencia para el rompimiento de emulsiones de crudos pesados, favoreciendo la obtención de fases bien definidas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los aceites crudos tal como son extraídos de los estratos subterráneos, generalmente traen consigo agua o salmuera que emergen a la superficie con el aceite crudo en forma violenta. Este efecto, ayudado por los emulsionantes naturales presentes provoca que se forme una emulsión, que dependiendo de la naturaleza del emulsionante puede ser de tipo aceite en agua o agua en aceite.

De cualquier forma, ya sea el agua o la salmuera son indeseables por diversos motivos: costo de transporte extra (cualquiera que sea el tipo que se emplee) espumación, corrosión en las unidades de procesamiento, etc., por consiguiente es indispensable separarlas.

En el proceso de desalado de los aceites crudos se remueve la mayor parte de las sales inorgánicas presentes en las salmueras específicamente algunos contaminantes tales como, arcillas, productos de corrosión y sales de sodio, calcio, magnesio, principalmente en forma de cloruros, con el propósito de evitar problemas de corrosión y ensuciamiento en los equipos de proceso.

En este proceso se requiere el uso de agentes modificadores de la tensión interfacial para activar el rompimiento de las emulsiones presentes en los aceites crudos, obteniéndose en la mayoría de los casos el efecto deseado: desestabilización de la emulsión, coalescencia de la fase dispersa (agua) y la separación de las sales.

De acuerdo a lo anterior, la presente invención proporciona una composición surfactante que contiene componentes de alto valor agregado que permiten incrementar la velocidad de separación de agua durante el proceso de deshidratación y desalado de aceites crudos pesados y particularmente de aceite crudo 100% Maya.

Después de efectuar diversos ensayos experimentales, se obtuvo una composición surfactante que mejora significativamente la definición de la interfase y coalescencia de las gotas de agua de la emulsión agua-aceite, y que reduce el contenido de aceite en las salmueras drenadas de las desaladoras.

Es por lo tanto, un objeto de la presente invención, el proporcionar una composición desemulsionante para deshidratar y desalar aceite crudo 100% Maya. Otro objeto de la presente invención, es el de liberar de aceite las salmueras drenadas en las desaladoras, para reducir hasta nivel de trazas el aceite, se considera la tecnología que se proporciona un avance notable en el campo de desemulsionantes de aceite crudo 100% Maya, ya que presenta una alta capacidad para reducir la tensión interfacial, elevada eficiencia para el rompimiento de emulsiones de aceites pesados, favoreciendo la obtención de fases bien definidas y la remoción de sales, dando con esto, una protección para la corrosión y ensuciamiento en los equipos de proceso, también comprende el uso de agentes tensoactivos de tipo no iónico, esencialmente una resina fenólica oxialquilada de un 10 % en peso, hasta un 20 % en peso de un copolímero de óxidos de etileno y propileno y hasta un 50 % en peso de un poliol polimerizado disueltos en un solvente aromático.

Un objeto adicional de la presente invención, es el de reducir la corrosión en las líneas y equipo de proceso, que ocasiona el agua o la salmuera que contiene el aceite crudo Maya; así como la reducción de costos de energía y consumo de productos para el control de la corrosión.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Con el propósito de obtener un entendimiento claro y preciso se hará referencia a las figuras que se acompañan en la composición desemulsionante para deshidratar y desalar aceite crudo 100% Maya.

Figura N°. 1 Muestra los puntos de inyección del desemulsionante y agua de lavado.

Figura N°. 2 Muestra el efecto de la ubicación del punto de inyección del agua de lavado durante el desalado de aceites crudos.

Figura N°. 3 Muestra los puntos de inyección del desemulsionante y agua de lavado recomendados para el desalado de aceite crudo 100% maya.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención está relacionada con una composición desemulsionante, para deshidratar y desalar aceite crudo 100 % Maya, llamada IMP-FDM-9822 no cáustica ni corrosiva, de color ámbar cristalino y de olor característico no desagradable.

La composición está constituida por 10 a 35% en peso de un aducto de resina fenólica oxialquilada; 10 a 35% en peso de un aducto de copolímero de óxidos de alquileno y propileno; 5 a 25% en peso de un aducto de poliol polimerizado y 35 a 60% en peso de un solvente aromático.

El surfactante de tipo aducto de resina fenólica oxialquilada es un producto insoluble en agua y soluble en la mayoría de los solventes convencionales como alcoholes, cetonas e hidrocarburos aromáticos. Se obtienen por la reacción entre resinas fenólicas y óxidos de alquileno.

El surfactante de tipo copolímero de óxidos de alquileno, es un producto que presenta excelentes propiedades dispersantes para sales de calcio y magnesio, el cual es soluble en agua, así como en muchos solventes polares como cetonas alifáticas, esteres, alcoholes, glicoles, glicoéteres e insoluble en hidrocarburos aromáticos. Este aducto es no iónico a base de óxido de propileno y óxido de etileno en bloque, constituyendo el óxido de propileno la parte central de la molécula.

Las propiedades dispersantes de materiales inorgánicos y de compuestos polares presentes en el aceite crudo que exhibe este surfactante, se aprovechan para evitar la acumulación de asfáltenos en la ¡nterfase agua-aceite, los cuales favorecen la estabilización de las emulsiones y la perdida de eficiencia de los equipos de desalado.

El surfactante aducto poliol polimerizado es un producto de un alto valor agregado, que se origina por la reacción de un poliol seleccionado previamente en pruebas de desemulsificación, el cual se condensa con una amina grasa, en presencia de un ácido dicarboxílico; el producto de esta reacción es más efectivo que el producto original y que en pequeñas cantidades produce efectos sinergísticos.

Las características de las materias primas que se utilizaron para elaborar el compuesto IMP-FDM-9822, son las siguientes: RESINA FENOLICA OXIALQUILADA PRUEBA MÉTODO UNIDADES VALOR TÍPICO Aspecto Visual Líquido ámbar Densidad a 25°C ASTMD 1298 g/cm3 0.94 Viscosidad cinemática a 20°C ASTMD 445 mPa-s 100 Punto de inflamación DIN 51 755 °C 25 Punto de solidificación DIN 51 583 °C < - 60 Miscibilidad — Alcoholes e Hidrocarburos Número de agua IMP-QA-220 ml/g 9.2 COPOLÍMERO DE ÓXIDOS DE ETILENO Y PROPILENO PRUEBA MÉTODO UNIDADES VALOR TÍPICO Peso específico 20/4°C ASTM D1298 — 1.05 Viscosidad cinemática a 40°C ASTM D445 cPs 550 índice de Refracción — 1.4575 Número de agua IMP-AQ-220 ml/g 23.9 POLIOL POLIMERIZADO PRUEBA MÉTODO UNIDADES VALOR TÍPICO Peso específico 20/4°C ASTM D 1298 — 0.988 Viscosidad cinemática a 40°C ASTM D445 cPs 1500-2500 Número de agua IMP-AQ-220 ml/g 5.0 VEHÍCULO SOLVENTE AROMÁTICO PRUEBA MÉTODO UNIDADES VALOR TÍPICO Peso específico 20/4°C ASTM D1298 — 0.92-0.95 Viscosidad cinemática a 40°C ASTM D445 cPs 1500-2500 Temp. inicial de ebullición °C 138 Destilado (95%) °C 139 Punto seco °C 143 Corrosión al cobre ASTM D 130 — negativa Azufre total ASTM D3120 ppm 0.5-1.0 EJEMPLOS Ejemplo NM En un reactor de acero inoxidable o al carbón de la capacidad adecuada, provisto de agitación mecánica y sistemas de calentamiento y enfriamiento, se cargaron 50 partes en peso de un solvente aromático y se inicia la agitación. Posteriormente se cargaron 20 partes en peso del aducto de resina fenólica oxialquilada agitando por 20 minutos para su completa disolución, 10 partes en peso de poliol polimerizado dando el mismo tiempo de incorporación y finalmente 20 partes en volumen de copolímero de óxidos de etileno y propileno agitando por 20 minutos.

La composición desemulsificante IMP-FDM-9822 obtenida presenta las siguientes características químicas y físicas.

PRUEBA MÉTODO UNIDADES VALOR TÍPICO Peso específico 20/4°C ASTM D1298 — 0.943 Viscosidad cinemática a 40°C ASTM D445 cPs 17.8 Contenido de agua ASTM E203 % peso 0.1 Punto de inflamación ASTM D93 °C 30 Punto de congelación ASTM D97 °C -35 Número de agua IMPQA 220 ml 5.9 pH en solución al 5% en Isopropanol/agua (75/25 vol.) ASTM E70 — 8.8 Ejemplo N°. 2 Con objeto de determinar la eficiencia de la composición a que se refiere la presente invención, se llevaron a cabo las pruebas con aceite crudo 100% Maya cuyas características químicas y físicas son descritas a continuación: CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL CRUDO 100% MAYA PROPIEDAD VALOR Peso específico 60/60°F 0.9261 Gravedad API 21.29 Viscosidad cinemática a 25°C 197.56 cPs CONTAMINANTES PROPIEDAD VALOR Azufre total 3.79 %peso Nitrógeno total 3108 ppm Cenizas 0.051 %peso METALES PROPIEDAD VALOR Vanadio 286.4 ppm Niquel 50.70 ppm Fierro 1.00 ppm Cobre 0.62 ppm Carbón Ramsbottom 11.68 ppm Contenido de sal 48.00 lbs/1000 bis Se determinaron los valores promedio del contenido de sal en una corriente de aceite crudo 100% Maya después de ser sometida al proceso de desalado en desaladora piloto, así como, el valor promedio del contenido de aceite en el agua drenada de la desaladora. Posteriormente se adicionó la composición desemulsionante preparada de acuerdo con el ejemplo N°.1 , en una concentración de 30 ppm. Los resultados obtenidos se muestran en la tabla NM donde se puede apreciar la disminución en el contenido de sal en el aceite, así como en el contenido de aceite en el agua drenada de la desaladora.

Adicionalmente, para determinar la eficiencia de la composición preparada de acuerdo al ejemplo N°.1 , se efectuaron pruebas comparativas con otros desemulsionantes comerciales en una desaladora piloto, utilizando crudo 100% Maya.

Procedimiento Se llenaron cuatro tubos de centrifuga con rosca con capacidad de 100 ml con muestras de una emulsión formada por 95% en volumen de aceite crudo Maya y 5% en volumen de agua. El tubo N°.1 se tomó como blanco, en el tubo N°.2 se adicionó un aditivo comercial "A", en el tubo N°.3 se adicionó un aditivo comercial "B" y en el tubo N°.4, el ejemplo No.1 se adicionó la composición desemulsionante preparada denominada IMP-FDM-9822, todas en concentraciones de 20, 30 y 40 ppm.

Los tubos se dejaron reposar durante 5 minutos y se agitaron con un sistema de agitación mecánica a 17,000 rpm durante 30 segundos, se colocaron en la desaladora a 85°C durante 15 minutos, se agitaron durante otros 3 minutos y finalmente se calentaron a 85°C y con descarga eléctrica de 1800 volts en la desaladora durante 25 minutos.

En cada uno de los tubos se tomaron lecturas correspondientes al agua residual mediante observación directa, en intervalos de 5 minutos de reposo.

Los resultados obtenidos se muestran en la tabla N°.2, donde puede apreciarse que con el empleo de la composición a que se refiere la presente invención, se logra separar una mayor cantidad de agua de la emulsión.

Como puede observarse la composición IMP-FDM-9822 alcanza su mayor eficiencia a una concentración de 30 ppm, lo cual, representa un beneficio técnico-económico ya que daría un menor consumo de producto; adicionalmente se observa una mayor velocidad de separación de agua y que la eficiencia de separación es más del doble que la de los productos comerciales "A" y "B", específicamente a las dosificaciones de 20 y 30 ppm.

Ejemplo N°. 3 En el desalado a nivel industrial de aceite crudo 100% Maya (A), se dosificaron 30 ppm de la composición IMP-FDM-9822 (B) y 6% de agua de lavado (C) antes de la bomba de carga (1 ) a la planta de destilación (2), manteniendo las siguientes condiciones de operación en el equipo: Temperatura 120°C Presión 14.7 Kg/cm2 ?P en la válvula mezcladora 1.0 Kg/cm2 Voltaje 3,000 volts Tiempo de residencia 20 minutos Posteriormente se determinó la salinidad del crudo desalado por el método ASTMD-3230 observando en promedio un valor de 2.5 LMB (libras por cada mil barriles), con una eficiencia de desalado de 94.8% (D) El valor de salinidad fue mayor a la especificación establecida (1.0 LMB).

Con respecto al contenido de agua y sedimento, se observó en promedio un valor de 0.8% en volumen, utilizando el procedimiento de centrifugación (E) (2,000 rpm durante 10 minutos), el cual también estuvo por arriba de la especificación 0.4% en volumen.

EJEMPLO N°. 4 Con el propósito de mejorar la eficiencia de deshidratación y desalado del aceite crudo 100% Maya, se cambiaron los puntos de inyección del desemulsionante y del agua de lavado a un punto situado antes de la bomba de descarga (X) y antes de los intercambiadores de precalentamiento (Y) y antes de la válvula mezcladora (Z), con el fin de reducir la tendencia a la emulsificación producida al inyectar tanto el desemulsionante como el agua de lavado en la succión de la bomba de carga.

Operando la desaladora en las mismas condiciones de operación reportadas en el ejemplo N°.3, se observó una sensible disminución en la salinidad y en el contenido de agua y sedimento del crudo desalado, como se indica a continuación.

Salinidad del crudo de carga 48 LMB Salinidad del crudo desalado 0.9 LMB Eficiencia de desalado 98.1 % Contenido de agua y sedimento Antes de la válvula mezcladora 6.4% vol Contenido de agua y sedimento en el crudo desalado 0.4% vol Eficiencia de deshidratación 93.8% El incremento de la eficiencia de deshidratación y desalado observado al cambiar el punto de inyección del desemulsificante y del agua de lavado se debe básicamente a la reducción del nivel de agitación del aceite crudo y el agua de lavado ya que al inyectar el agua de lavado en la bomba de carga se favorece la formación de emulsiones muy estables, difíciles de tratar y en ocasiones microemulsiones, factor que debe evitarse particularmente durante el desalado de crudos pesados como el crudo 100% Maya.

Como referencia, se reportan en la Fig. N°.2, los niveles de agitación relativos que pueden obtenerse en la sección de carga, precalentamiento y de desalado de una planta de destilación de crudo.

En el ejemplo N°.3, se aplicó un nivel de agitación inicial muy elevado y posteriormente una agitación de menor intensidad, manteniendo una ?P de 1 Kg/cm2 (postmixing), la composición desemulsionante para deshidratar y desalar aceite crudo 100% Maya (A), que dio lugar a la presencia de agua y emulsión residual en el crudo desalado (C) con el consiguiente arrastre de sales al efluente acuoso (D). Lo anterior indica la conveniencia de inyectar el agua de lavado (B), particularmente en el desalado de crudos pesados, después de la bomba de carga (de un 10 a un 25% en volumen) (1) con el fin de obtener una agitación suave y favorecer la limpieza de los intercambiadores de precalentamiento (2) y el restante 90 - 75% en volumen antes de la válvula mezcladora (3) como se indica en la Fig. N°. 3.

TABLAS Tabla N°. 1 CONTENIDO DE SAL EN EL ACEITE Y CONTENIDO DE SAL EN LA SALMUERA Tabla N°. 2 EFICIENCIA DE SEPARACIÓN DE AGUA DE LA EMULSIÓN EN %

Claims (5)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito suficientemente la invención, se considera como una 5 novedad y por lo tanto, se reclaman como de nuestra propiedad lo contenido en las siguientes cláusulas:

1.- Una composición desemulsionante mejorada para la deshidratación y desalado de aceite crudo Maya, caracterizada porque comprende hasta un — 10 20% en peso de una resina fenólica oxialquilada; hasta un 10% en peso de poliol polimerizado; hasta un 20% de un copolímero de óxidos de etileno y propileno; y hasta un 50% de un vehículo solvente aromático.

2.- Una composición desemulsionante mejorada para la deshidratación 15 y desalado de aceite crudo Maya, de conformidad con la cláusula 1 , caracterizada por incluir en su formulación un copolímero de óxidos de etileno y propileno, soluble en agua, así como en otros solventes polares como: cetonas esteres, alcoholes, glicoles y glicoéteres, el cual presenta excelentes propiedades dispersantes para las sales de calcio y magnesio, y 20 de compuestos orgánicos polares presentes en el aceite crudo, como es el caso de asfáltenos de alto peso molecular.

3.- Una composición desemulsionante mejorada para la deshidratación y desalado de aceite crudo Maya, de conformidad con las cláusulas 1 y 2, caracterizada porque la resina fenólica es ¡nsoluble en agua y soluble en la mayoría de los solventes convencionales como alcoholes, cetonas e hidrocarburos aromáticos.

4.- Una composición desemulsionante mejorada para la deshidratación y desalado de aceite crudo Maya, de conformidad con las cláusulas 1 a 3, caracterizada porque el poliol polimerizado es de un alto valor agregado, que se originan por la reacción de un poliol seleccionado previamente en pruebas de desemulsificación, el cual se condensa con una amina grasa, en presencia de un ácido dicarboxílico, y en pequeñas cantidades produce efectos sinergísticos.

5.-Una composición desemulsionante mejorada para la deshidratación y desalado de aceite crudo Maya, de conformidad con las cláusulas 1 a 4, caracterizada por su alta eficiencia para la deshidratación y desalado de aceite crudo 100% Maya, lo cual da lugar a una reducción significativa en los costos de energía y consumo de aditivos en las plantas primarias donde se procesa este tipo de crudo.