MXPA98002191A - Surfactante natural con aminas y alcohol etoxilado - Google Patents

Abstract

Una emulsión estable de hidrocarburo en agua incluye una fase de hidrocarburo que contiene surfactante natural;una fase de agua que tiene un contenido de electrólito mayor que 10 ppm (peso) y menos que o igual a 100 ppm (peso9 con respecto a la fase de agua;y un aditivo de surfactante que incluye una amina y un alcohol etoxilado en cantidades adecuadas para poder activar el surfactante natural y estabilizar la emulsión.

Description

PREPARACIÓN USANDO UN ADITIVO SURFACTANTE .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a una emulsión de un hidrocarburo en agua, preferiblemente bitumen en agua, el cual es estable y adecuado para ser usado como una sustancia combustible.

Las emulsiones de bitumen en agua son una fuente de combustible líquido en el mercado mundial de la energía. Típicamente, la emulsión está formada utilizando surfactantes que pueden aumentar de manera significativa el costo de la emulsión. Además, algunos surfactantes como los alquil-fenol-etoxilados son considerados como indeseables para el ambiente, y un número de organizaciones, tales como la Comunidad Económica Europea, tienen reglas, las cuales prohiben el uso de los alquil-fenol-etoxilados en los combustibles líquidos y en otras aplicaciones.

Por lo tanto, queda la necesidad de encontrar una emulsión de hidrocarburo en agua y el método para preparar la misma, en donde la emulsión se forma y se estabiliza, al utilizar materiales que son económicamente y ambientalmente deseables.

Por consiguiente, el principal objetivo de la presente invención es proporcionar una emulsión que se forma y se estabiliza sin tener que usar el alquil-fenol-etoxilado.

Otro objetivo de la presente invención es proveer una emulsión en donde los surfactantes naturales contenidos en el hidrocarburo o la fase de bitumen son activados y utilizados para formar y estabilizar la emulsión.

Todavía otro objetivo de la presente invención es proveer un método para hacer una emulsión de hidrocarburo en agua en donde se necesita cantidades reducidas del aditivo de surfactante.

Otro objetivo de la presente invención es proveer un aditivo de surfactante, el cual es eficaz para formar las emulsiones de hidrocarburo viscoso o bitumen en agua en donde la emulsión no es sensible a los cambios en el pH o la salinidad de la fase acuosa.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una emulsión de hidrocarburo en agua y un método para la formación de la misma, en donde se puede usar un espectro más amplio de agua de dilución.

Todavía otro objetivo de la presente invención es proporcionar un método para formar emulsiones de hidrocarburo viscoso o bitumen en agua.

Otros objetivos y ventajas de la presente invención serán ampliados más adelante.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la presente invención, los objetivos y ventajas anteriores son fácilmente obtenidos .

De acuerdo con la presente invención, se provee una emulsión estable de hidrocarburo en agua que comprende: una fase de hidrocarburo que contiene un surfactante natural; una fase de agua que tiene un contenido de electrólito mayor que o igual a 10 ppm (peso) y menos que o igual a 100 ppm (peso) con respecto a la fase de agua; y un aditivo de surfactante que comprende una amina y un alcohol etoxilado en cantidades adecuadas para activar dicho surfactante natural y estabilizar la emulsión.

Adicionalmente, de acuerdo con la presente invención, se provee un aditivo de surfactante que comprende un aditivo de surfactante para la preparación de una emulsión de hidrocarburo en agua, la cual comprende una amina y un alcohol etoxilado en una relación en peso de amina a alcohol etoxilado entre 5 : 1 y 1 :2.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Se provee a continuación una descripción detallada de las realizaciones preferidas de la presente invención, en referencia a los dibujos anexos.

La Figura 1 ilustra la tensión interfacial en las emulsiones de bitumen en agua incluyendo solamente tridecanol polietoxilado, y las emulsiones que incluyen una mezcla de tridecanol polietoxilado, monoetanolamina e iones de sodio ; La Figura 2 ilustra la tensión interfacial para las emulsiones de bitumen en agua que tienen diferentes concentraciones de monoetanoíamina y 5667 ppm de tridecanol polietoxilado ; La Figura 3 ilustra el diámetro promedio de gota de las emulsiones que tienen diferentes concentraciones de monoetanolamina y 20 ppm de iones de sodio para las emulsiones con una relación de bitumen a agua de 85 : 15.

La Figura 4 ilustra el diámetro promedio de gota de las emulsiones que tienen diferentes concentraciones de tridecanol etoxilado en relaciones de bitumen a agua de 85 : 15 y 70: 30, con monoetanolamina y sodio agregados durante la formación de la emulsión y tridecanol etoxilado añadido durante la dilución.

La Figura 5 ilustra la distribución del diámetro de las gotas para las emulsiones, uno con solamente monoetanolamina y sodio y otro con monoetanolamina, sodio y tridecanol etoxilado ; La Figura 6 muestra la relación de la proporción de Df/Di al tiempo de corte para las emulsiones que tienen 800 ppm de monoetanolamina, 20 ppm de sodio y cantidades variables de tridecanol etoxilado ; La Figura 7 muestra la relación de la proporción de Df/Di al tiempo de corte para las emulsiones que tienen 600 ppm de monoetanolamina, 20 ppm de sodio y cantidades variables de tridecanol etoxilado; La Figura 8 muestra la relación de la proporción de Df/Di al tiempo de corte para las emulsiones que tienen 1000 ppm de tridecanol etoxilado y cantidades variables de monoetanolamina con 20 ppm de iones de sodio ; La Figura 9 muestra el tamaño promedio de la gota con relación al tiempo de almacenamiento para las emulsiones que tienen 800 ppm de monoetanolamina, 20 ppm de iones de sodio y cantidades variables de tridecanol etoxilado, en donde la emulsión es almacenada a 25 °C; La Figura 10 muestra la relación entre el diámetro promedio de gota y el tiempo de almacenamiento para las emulsiones que tienen 800 ppm de monoetanolamina, 20 ppm de iones de sodio y cantidades variables de tridecanol etoxilado , en donde las emulsiones son almacenadas a 45°C; La Figura 1 1 muestra las relaciones del área superficial específica con relación al tiempo de almacenamiento para las emulsiones que tienen 800 ppm de monoetanolamina, 20 ppm de iones de sodio y diferentes concentraciones de tridecanol etoxilado, en donde la emulsión es almacenada a 45°C; La Figura 12 muestra la relación entre ei área superficial específica al tiempo de almacenamiento para las emulsiones que tienen 800 ppm de monoetanolamina, 20 ppm de iones de sodio y diferentes concentraciones de tridecanol etoxilado, en donde las emulsiones son almacenadas a 25°C; La Figura 13 muestra la distribución del tamaño de las gotas para una emulsión que tiene 800 ppm de monoetanolamina, 20 ppm de iones de sodio y 1000 ppm de tridecanol etoxilado el día 0 y el día 30 después del almacenamiento a 25 °C.

La Figura 14 ilustra la distribución del diámetro de las gotas para una emulsión que tiene 800 ppm de monoetanolamina, 20 ppm de iones de sodio y 1000 ppm de tridecanol etoxilado el día 0 y el día 30 después del almacenamiento a 45°C; La Figura 15 ilustra la viscosidad con el tiempo para las emulsiones que tienen 800 ppm de monoetanolamina, 20 ppm de iones de sodio y diferentes concentraciones de tridecanol etoxilado después de almacenar a 25 °C; La Figura 16 muestra la relación entre la viscosidad y el tiempo para las emulsiones que tienen 800 ppm de monoetanolamina, 20 ppm de iones de sodio y diferentes concentraciones de tridecanol etoxilado durante un almacenamiento a 45 °C.

DESCRIPCIÓN DETALLADA La invención se refiere a una emulsión estable de hidrocarburo en agua, con un aditivo de surfactante que es eficaz para la formación de la emulsión y a un método para formar las emulsiones al utilizar el aditivo de surfactante a fin de activar el surfactante natural contenido en el hidrocarburo .

De acuerdo con la presente invención, las emulsiones estables de hidrocarburo en agua se forman y se obtienen al utilizar un aditivo de surfactante, el cual es deseable tanto ambientalmente como económicamente. Las emulsiones preferidas son aquellas formadas por un bitumen de hidrocarburo , idealmente, el bitumen proveniente de Cerro Negro que incluye surfactantes naturales. El aditivo de surfactante de la presente invención sirve de manera ventajosa para activar los surfactantes naturales del bitumen, a fin de formar la emulsión deseada de hidrocarburo en agua, y sirve además para estabilizar la emulsión contra los factores tales como la variación en la fase acuosa del pH y/o salinidad.

Una fase típica de hidrocarburo que se usa de acuerdo con la presente invención es un bitumen de Cerro Negro, típicamente con una composición establecida en la Tabla 1 : TABLA 1 COMPONENTES Gravidad API 8. 1 S aturado (%) 29.4 Aromáticos (%) 35.6 Resina (%) 18.9 Asfalteno 16. 1 Acido (mg/KOH/g) 3.02 Carbón (%) 80.3 Hidrógeno ( ) 9.9 Nitrógeno (ppm) 6188 Azufre (%) 3.7 Vanadio (ppm) 367.4 Níquel (ppm) 95.5 Sodio (ppm) 1 1.8 Carbón Conradson ( ) 17.2 Contenido de Agua ( ) 0. 1 El bitumen, tal como está descrito anteriormente en la Tabla 1 , es usado en la preparación de una emulsión de hidrocarburo en agua vendida por Bitor, S .A. , bajo la marca comercial de ORIMULSION , y esta emulsión es adecuada para la combustión como un combustible líquido y también para otros fines, tales como el transporte hasta una refinería para procesos adicionales y similares. De acuerdo con la presente invención, se obtiene una emulsión similar al utilizar un aditivo de surfactante, el cual proporciona a la emulsión propiedades reológicas y estabilidad deseadas; este aditivo es deseable tanto económicamente como ambientalmente.

Además, aunque se encontró que las emulsiones formadas convencionalmente son sensibles al contenido de electrólito en el agua de emulsión de más de 10 ppm, las emulsiones formadas al usar el aditivo de surfactante de la presente invención pueden ser preparadas utilizando el agua con un contenido de electrólito hasta de 100 ppm. Esto permite usar de manera ventajosa un mayor espectro de agua para la preparación de la emulsión de la presente invención.

El material de hidrocarburo viscoso más natural, incluyendo el bitumen de Cerro Negro como se describió anteriormente, contiene un surfactante inactivo comprendiendo los ácidos carboxílicos, fenoles y esteres, los cuales, bajo condiciones propias, pueden ser activados como surfactantes. De acuerdo con la presente invención, se provee un aditivo de surfactante el cual activa estos surfactantes naturales, y el cual además sirve para estabilizar una emulsión que se forma al usar los surfactantes naturales, a fin de reducir la sensibilidad de la emulsión a la variación del pH y la salinidad del agua. Adicionalmente, el aditivo de surfactante de la presente invención puede ser usado para reemplazar los aditivos de surfactantes indeseables para el ambiente como por ejemplo el alquil-fenol-etoxilado.

De acuerdo con la presente invención, se provee un aditivo de surfactante, el cual comprende una amina y un alcohol etoxilado .

De acuerdo con la presente invención, se encontró que la amina activa, los surfactantes naturales del bitumen, y la porción de alcohol etoxilado sirve para estabilizar la emulsión y reducir la sensibilidad de la emulsión a las variaciones en el pH y los cambios en la salinidad de la fase acuosa de la emulsión.

Además, y como se demostrará más adelante, el aditivo de surfactante de la presente invención puede ser usado para obtener emulsiones estables al utilizar cantidades tan pequeñas de las porciones de alcohol y amina, que el aditivo de surfactante llega a ser deseable desde el punto de vista económico también.

De acuerdo con la presente invención, la amina es preferiblemente seleccionada del grupo constituido por monoetanolamina, propilamina, sec-propilamina, dipropilamina, isopropilamina, butilamina, sec-butilamina, hidróxido tetrametilamónico, hidróxido tetrapropilamónico y sus mezclas. Preferiblemente, la amina es un etanolamina, más preferiblemente monoetanolamina.

El componente de alcohol etoxilado del aditivo de surfactante de la presente invención es preferiblemente seleccionado del grupo constituido por polietoxilado C 12-C 14, saturado polietoxilado C 16-C 18 , insaturado polietoxilado C 16-C 18 y sus mezclas, más preferiblemente tridecanol polietoxilado (C 13).

Un alcohol particularmente adecuado para ser usado según la presente invención es un tridecanol polietoxilado provisto por Hoechst de Venezuela bajo la marca comercial de Genapol X- 159 que tiene las siguientes propiedades físicas: equilibrio hidrofílico y lipofílico de 15.4; número promedio de moles, óxido de etíleno de 15 ; punto de enturbiamiento de 83 °; 90% activo.

De acuerdo con la presente invención, se obtiene preferiblemente la emulsión con un aditivo de surfactante que incluye amina en una cantidad de por lo menos 300 partes por millón (ppm) (peso) y con alcoho l etoxilado en una cantidad de por lo menos 100 ppm (peso) con respecto a la fase de hidrocarburo . Más preferiblemente, se encontró que la amina es particularmente efectiva entre 500 ppm y 1500 ppm, y más preferiblemente a 800 ppm. El alcohol etoxilado está preferiblemente presente entre 100 ppm y 3000 ppm, y más preferiblemente entre 500 ppm y 1500 ppm, también en base al peso con respecto a la fase de hidrocarburo .

Como se describió anteriormente, el agua puede ser usado para la fase de agua de la emulsión con un contenido de electrólito mayor que 10 ppm, y hasta 100 ppm (peso) con respecto a la fase de agua, por lo tanto se provee de manera ventajosa una fuente de agua adecuada para ser usada en la preparación de la emulsión.

El aditivo de surfactante de la presenta invención sirve para mantener la estabilidad de la emulsión a pesar de la presencia del contenido más alto de electrólito.

De acuerdo con la presente invención, las emulsiones son preferiblemente obtenidas con una relación de la fase de hidrocarburo o bitumen a la fase de agua entre 90: 10 y 70:30. Como se discutirá más adelante en relación con el proceso para la preparación de la emulsión, es preferible preparar una emulsión a intermedia con una relación de 85: 15, y posteriormente, diluir la emulsión en una relación de 70:30. Estas relaciones son basadas en el volumen de hidrocarburo y agua.

La emulsión final de la presente invención preferiblemente tiene un tamaño promedio de gota de menos que o igual a 30 micrones, y una viscosidad a 30° C y 1 sec' 1 de menos que o igual a 1500 cp.

La emulsión de la presente invención está formada mezclando el bitumen con una fase acuosa o de agua y el aditivo de surfactante con suficiente energía de mezclado, para poder emulsionar la mezcla y obtener una emulsión de la fase dispersa de bitumen en la fase continua acuosa y con un tamaño deseado de gota y viscosidad.

De acuerdo con un arreglo de la presente invención, se encontró que se mejora la estabilidad de la emulsión resultante, al formar la emulsión en un proceso de dos etapas, en donde el primer paso comprende mezclar la fase de hidrocarburo o bitumen con una porción de la fase de agua con un contenido de electrólito menos que o igual a 10 ppm y el aditivo de surfactante, a fin de formar una emulsión intermedia. En una subsecuente o segunda etapa, se diluye la emulsión con el resto de la fase acuosa o de agua deseada, la cual puede tener un contenido más alto de electrólito, hasta 100 ppm, a fin de obtener la emulsión estable final de hidrocarburo en agua deseada, de acuerdo con la presente invención.

En el proceso de dos etapas, la etapa de formación de la emulsión intermedia puede realizarse a fin de obtener la emulsión intermedia deseada con una relación de bitumen a agua por volumen de 90: 10, más preferiblemente 85 : 15, y la etapa de dilución preferiblemente incluye la dilución de la emulsión intermedia hasta una relación final de hidrocarburo a agua de 70: 30 por volumen.

De acuerdo con la presente invención, el aditivo de surfactante per se según la presente invención incluye una amina y un alcohol etoxilado, preferiblemente en una relación de la porción de amina a la porción de alcohol etoxilado de entre 5 : 1 y 1 :2, más preferiblemente entre 2: 1 y 1 : 2.

Como se explicó anteriormente, el proceso de la presente invención produce una emulsión con una estabilidad mejorada y una reducida sensibilidad a las variaciones en el pH y la salinidad como también un contenido más alto de electrólito en el agua de la emulsión.

La etapa o las etapas de mezclado de la presente invención se realizan preferiblemente a fin de proporcionar suficiente energía a la mezcla para producir una emulsión con las características físicas deseadas del producto final, especialmente el tamaño de las gotas y la viscosidad. Generalmente, las gotas más pequeñas requieren más energía de mezclado , una mayor concentración del aditivo de surfactante, o las dos. De acuerdo con la presente invención, la emulsión se mezcla preferiblemente con suficiente energía de mezclado para poder producir un tamaño promedio de gota de 30 µm o menos. Esta emulsión tendrá una viscosidad por debajo de 1500 cp a 30°C y 1 sec' 1. Por ejemplo, una mezcladora convencional puede ser usada a fin de mezclar la emulsión a una velocidad de por lo menos 500 rpm.

De acuerdo con la presente invención, el aditivo de surfactante de amina y alcohol etoxilado es adecuado según la presente invención para formar emulsiones estables con las propiedades reológicas deseadas, utilizando cantidades de amina y alcohol etoxilado, cada una de las cuales es significativamente menos que la cantidad requerida para formar una emulsión con cualquiera de las porciones del aditivo sólo . Además, la sensibilidad de la emulsión a las variaciones en el pH, la concentración de sal bivalente y/o contenido de electrólito representan típicamente un problema con las emulsiones formadas al activar el surfactante natural del bitumen; este problema disminuye con la emulsión formada de acuerdo con la presente invención.

Los siguientes ejemplos además ilustran los lineamientos y las características ventajosas de la emulsión, el proceso para formar una emulsión y el aditivo de surfactante de acuerdo con la presente invención.

EJEMPLO 1 Este ejemplo ilustra la tensión interfacial mejorada por un sistema con una interfase (MEA) y tridecanol etoxilado de acuerdo con la invención (bitumen/H2O MEA/Na/tridecanol etoxilado) comparado a un sistema con una interfase usando solamente tridecanol etoxilado (bitumen/H2O tridecanol etoxilado) .

La interfase (bitumen/H2O MEA/Na/tridecanol etoxilado) fue hecha usando 4533 mg/l MEA, CON 20 MG/1 Na+ en el agua de formación, y con cantidades crecientes de tridecanol polietoxilado, y fue probado por tensión interfacial usando un tensiómetro interfacial giratorio de gotas diseñado por la Universidad de Texas y designado como UTSDT-500. La interfase (bitumen/H2O tridecanol etoxilado) fue probado también con cantidades crecientes de tridecanol etoxilado. Con referencia a la Figura 1 , la tensión interfacial se presenta para el sistema hecho al usar el aditivo de surfactante según la presente invención incluyendo tridecanol etoxilado y monoetanolamina. Como se puede observar, el aditivo de surfactante, según la invención, proporcionó de manera ventajosa una tensión interfacial substancialmente más baja que aquella provista por el tridecanol etoxilado sólo . La Figura 1 también muestra que por encima de ciertos niveles, la tensión interfacial para los dos sistemas llega a ser substancialmente estable a pesar de las cantidades crecientes de tridecanol etoxilado.

La Figura 2 muestra la tensión interfacial para los sistemas preparados como se describió anteriormente con cantidades variables de monoetanolamina e hidróxido de sodio (Na+), y 5667 ppm de tridecanol polietoxilado. Para el sistema representado en la Figura 2, los iones de sodio están presentes en una concentración de 281 partes por millón basado en la fase acuosa. Las concentraciones de monoetanolamina y tridecanol polietoxilado están provistas en términos de partes por millón en peso con respecto al agua en la emulsión de 85 : 15.

Las medidas de la tensión interfacial fueron tomadas a 60°C. Como se puede observar, para los valores de monoetanolamina de 1000 ppm y más, la tensión interfacial se mantiene substancialmente constante a 0.2 dinas/cm.

EJEMPLO 2 Un número de emulsiones fueron preparadas usando una palita Rushton adaptada a un motor Heidolph. Las emulsiones fueron formadas utilizando el bitumen Cerro Negro reconstituido como se describió anteriormente en la Tabla 1. Las emulsiones fueron preparadas con una relación inicial de bitumen:agua de 85 : 15, a una temperatura de formación de 60°C, bajo mezclado a 200 rpm durante dos minutos seguido a 1500 rpm durante un minuto. Después que las emulsiones respectivas se formaron, las emulsiones 85 : 15 fueron diluidas en una emulsión final con una relación de bitumen: agua de 70:30. En un primer grupo de emulsiones, las emulsiones fueron preparadas al añadir tridecanol polietoxilado en el agua de formación en concentraciones de 500, 1000 y 1500 ppm, en combinación con 800 ppm de monoetanolamina. Estas concentraciones son provistas en términos de ppm en peso con respecto a la fase de bitumen.

En un segundo grupo, las emulsiones fueron preparadas agregando monoetanolamina en el agua de formación junto con una fuente de hidróxido de sodio, y posteriormente agregando tridecanol en la porción de dilución del agua. Las emulsiones fueron preparadas con 0, 150, 250, 350, 550, 1000 y 1500 ppm de tridecanol polietoxilado para cada uno de 600 y 800 ppm de monoetanolamina, y fueron también preparadas a 1000 ppm de tridecanol etoxilado con 300, 400 y 500 ppm de monoetanolamina. En cada caso, se agregó el hidróxido de sodio en el agua de formación en una concentración de 20 ppm de iones de sodio con respecto a la emulsión final.

El diámetro promedio de gota y las distribuciones del diámetro de gota fueron determinadas para las emulsiones preparadas como se indicó anteriormente. La Figura 3 muestra el tamaño de la gota para una emulsión de 85: 15 formada al emplear solamente monoetanolamina con 20 ppm de iones de sodio en el agua de formación. Se puede observar que en concentraciones de monoetanolamina de 800 ppm o más, se forma una emulsión con un diámetro promedio de gota de menos de 15 µm. Sin embargo, al diluir estas emulsiones con agua fresca hasta la relación final deseada de bitumen:agua de 70: 30, el diámetro promedio de gota de estas emulsiones se incrementó indeseablemente. Sin estar limitado por cualquier teoría particular, se cree que el agua fresca adicional provoca un decrecimiento en el pH de la fase acuosa, y además que el agua fresca, que contiene una cierta cantidad de electrólitos como Ca+2, resulta en una disminución en la actividad del surfactante natural del bitumen.

La Figura 4 muestra el diámetro promedio de las gotas para las emulsiones intermedias preparadas como anteriormente con una relación de 85 : 15, y una emulsión final con una relación de 70:30 para las emulsiones formadas empleando 800 ppm de monoetanolamina y 20 ppm de iones de sodio en el agua de formación y cantidades variables de tridecanol etoxilado en el agua de dilución. Como se puede observar, la emulsión final de 70: 30 proporcionó diámetros promedio de gotas deseables de 15 µm a un nivel de tridecanol etoxilado de 200 ppm y más. Se debe notar que el valor del diámetro promedio de la gota para la emulsión de 70: 30 con 0 ppm de tridecanol etoxilado es de 30 µm.

La Figura 5 muestra la distribución del tamaño de las gotas para las emulsiones finales con una relación en volumen de bitumen: agua de 70:30 para las dos emulsiones, una preparada con 800 ppm de monoetanolamina y 20 ppm de iones de sodio en el agua de formación y 1000 ppm de tridecanol etoxilado en el agua de dilución, y la otra preparada con 800 ppm de etanolamina y 20 ppm de iones de sodio en el agua de formación y 0 ppm de tridecanol etoxilado en el agua de dilución. Como se puede observar, la emulsión formada de acuerdo con la presente invención y empleando el aditivo de surfactante de la presente invención tiene una distribución del tamaño de gota más estrecha y más deseable.

EJEMPLO 3 Este ejemplo demuestra la estabilidad dinámica de las emulsiones formadas de acuerdo con la presente invención. Un número de emulsiones fueron preparadas según la presente invención y cizalladas a una velocidad de 5000 rpm por 60 minutos a una temperatura de 30°C. Durante este tiempo, las muestras fueron tomadas cada 5 minutos durante los 20 primeros minutos, y cada 10 minutos después, y a cada muestra se les determinó la distribución y el diámetro promedio de gota, como también la viscosidad antes y después del cizallamiento . Las medidas de viscosidad fueron tomadas usando un viscosímetro , Modelo Haake RV 20, con cilindros concéntricos del tipo MV- 1. Se determinó la distribución del diámetro promedio de gota utilizando un analizador de partículas (Mastersizer/E Malvern) y se aplicó una energía de mezclado, empleando un mezclador (T.K. Analizador de Mezclado MA-2500) con una paleta de alta viscosidad . Refiriéndose a la Figura 6, los resultados de la prueba dinámica de estabilidad están ilustrados usando una emulsión final con una relación de 70:30, la cual fue preparada con 800 ppm de monoetanolamina y 20 ppm de iones de sodio en el agua de formación y que fue diluida con agua fresca que contiene tridecanol etoxilado con concentraciones entre 150 y 1500 ppm. Los resultados de estas medidas están expuestos en la siguiente Tabla 2.

TABLA 2 Tiempo de Diámetro Promedio de Gota (µ) Cizallamiento Tridecanol Etoxilado Concentración ppm (min) 150 250 350 500 1000 1500 0 15.24 14.14 16.31 20.16 13.05 13.88 5 14.05 13.69 14 20.3 12.97 13.83 10 14.12 14.09 14.85 20.22 12.86 13.61 15 14.21 14.38 14.7 20.45 12.96 13.85 20 14.18 14.48 14.83 20.26 12.8 13.97 30 14.98 14.86 14.37 20.4 12.62 14.01 40 15 14.87 13.93 20.42 12.86 14.23 50 14.92 15.06 14.38 20.34 12.74 13.99 60 14.96 15.06 14.75 20.13 12.97 13.94 Viscosidad 529 638 723 1013 1000 865 Inicial (mPas) Viscosidad 671 658 543 935 978 825 «nal Con referencia a la Figura 6, es evidente que la relación del diámetro final de gota al diámetro inicial de gota Df/Di, queda substancialmente constante durante el tiempo de mezclado como es deseable, indicando por lo tanto una emulsión estable.

Refiriéndose a la Figura 7, resultados similares fueron obtenidos para una emulsión formada según el mismo procedimiento, pero con un contenido de monoetanolamina de 600 ppm. La siguiente Tabla 3 también contiene este dato.

TABLA 3 Tiempo de Diámetro Promedio de gota (µ) Cizallamiento Tridecanol etoxilado Concentración ppm Min 150 250 350 500 1000 1500 0 16.14 14.94 17.05 22.91 23.27 24.37 5 13.5 15.36 16.77 19 21.25 22.67 0 10 13.62 15 16.73 20.6 20.74 21.8 15 13.36 14.98 16.64 18.34 20.74 21.92 20 14.63 14.88 16.64 19.63 20.02 22.31 30 14.64 15.23 17.2 19.15 20.44 21.53 40 14.6 16.05 16.42 20.07 21.12 21.38 50 15.47 15.08 16.85 20.95 20.05 21.59 60 16.46 15.33 16.83 21.76 21.11 22.09 Viscosidad 687 689 693 791 764 603 5 inicial (mPas) Viscosidad 618 713 721 708 653 660 final (mPas) 0 Como se muestra en la Figura 7, la relación Df/Di todavía se encuentra substancialmente constante cuando se usa 600 ppm de etanolamina. También, refiriéndose a las Tablas 2 y 3, los números finales de viscosidad son semejantes a la viscosidad 5 inicial antes de la aplicación de la energía de mezclado.

La siguiente Figura 8 y Tabla 4 muestran otros datos para las emulsiones preparadas y probadas como anteriormente, empleando concentraciones de tridecanol etoxilado de 1000 ppm £n la fl dilución, y 20 ppm Na+ en el agua de formación con monoetanolamina en concentraciones de 300, 400 y 500 ppm.

Tabla 4 Tiempo de Diámetro Promedio de gota (µm) Cizallamiento Concentración de monoetanolamina (min) 300 400 500 0 18.39 18.02 14.51 5 17.79 18.06 14.93 10 17.9 17.74 14.71 15 18.09 17.64 14.56 20 18. 12 17.73 15. 1 30 18.26 18.28 16.09 40 18. 14 17.85 15.58 50 18.07 16.59 16.05 60 18.78 17.7 16.4 Vise. Inicial 925 978 1023 (mPas) Vise. Final 915 762 859 (mPas) Refiriéndose a la Figura 8, es obvio que la relación Df/Di queda substancialmente constante para todas las concentraciones de monoetanolamina probados. Además, la Tabla 4 muestra que las variaciones en los valores de viscosidad inicial y final son pocos.

Las emulsiones analizadas de acuerdo a los datos de las Figuras 6-8, muestran claramente que las emulsiones bitumen en agua formadas al emplear el aditivo de surfactante de la presente invención, y de acuerdo con el proceso de la presente invención, resultan en emulsiones que tienen una estabilidad dinámica alta sobre grandes variaciones de concentración de tanto la monoetanolamina como también del tridecanol etoxilado . Esto es provechoso porque se obtiene así un alto grado de flexibilidad operacional, lo cual permite la selección de los niveles de monoetanolamina y/o tridecanol etoxilado adecuados para otras características deseadas de la emulsión.

EJEMPLO 4 Este ejemplo ilustra la estabilidad estática de las emulsiones preparadas de acuerdo con la presente invención. Las emulsiones fueron preparadas con varios contenidos de monoetanolamina, iones de sodio y tridecanol polietoxilado de acuerdo con el proceso de la presente invención, y almacenadas en un recipiente de vidrio herméticamente cerrado en baños termostáticos a 25 °C y 45 °C. A intervalos de tiempo regulares, las muestras fueron tomadas de los recipientes y analizadas para determinar las distribuciones del tamaño de gota, el diámetro promedio de gota y la viscosidad, usando un equipo como se describió anteriormente.

Las Figuras 9 y 10 respectivamente muestran el diámetro promedio de gota como una función del tiempo de almacenamiento para las emulsiones formadas con 800 ppm de monoetanolamina, 20 ppm de sodio proveniente del hidróxido de sodio y 500, 1000 y 1500 ppm de tridecanol etoxilado, respectivamente almacenadas a 25°C y 45°C. Las Figuras 9 y 10 muestran un ligero aumento en el diámetro promedio de gota el primer día, seguido por un diámetro promedio de gota substancialmente estable sobre el resto del período de almacenamiento .

Se midió también el área superficial específica de las emulsiones, y los resultados están ilustrados en la Figura 1 1 para el almacenamiento a 45 °C y en la Figura 12 para el almacenamiento a 25 °C. Como se muestra en estas figuras, las emulsiones preparadas de acuerdo con la presente invención tienen un área superficial específica substancialmente constante sobre todo el I5 tiempo de almacenamiento , indicando por lo tanto poca o ninguna coalescencia y también una estabilidad excelente de la emulsión.

Las Figuras 13 y 14 muestran la distribución de gota para las emulsiones formadas con 800 ppm de monoetanolamina y 20 ppm 20 de iones de sodio en el agua de formación y 1000 ppm de tridecanol etoxilado en el agua de dilución, en donde la emulsión se almacena a 25°C y 45°C respectivamente. Como se puede observar, la distribución del día 30 no cambia de manera substancial en comparación con la distribución del día 0, lo cual o r , indica además que las emulsiones formadas de acuerdo con la presente invención tienen una estabilidad excelente.

Finalmente, la viscosidad de las emulsiones formadas de acuerdo con la presente invención con 800 ppm de monoetanolamina y 20 0 ppm de iones de sodio en el agua de formación y diferentes concentraciones de tridecanol etoxilado se muestra en las Figuras 15 y 16 como una función del tiempo de almacenamiento para las emulsiones formadas respectivamente a 25 °C y 45 °C. Las Figuras 15 y 16 muestran que la viscosidad de las emulsiones formadas según la presente invención y empleando el aditivo de surfactante de la presente invención aumenta ligeramente durante el primer día, y después se estabiliza a un valor prácticamente constante a partir del segundo día de almacenamiento . El aumento inicial en la viscosidad puede ser atribuido a una tendencia natural de flocular que muestran los sistemas dispersos.

EJEMPLO 5 Este ejemplo ilustra la estabilidad de las emulsiones según la presente invención con el agua de la emulsión teniendo niveles de electrólito mayor que 10 ppm y hasta 100 ppm.

Las emulsiones fueron preparadas de acuerdo con la presente invención empleando el agua de emulsión con niveles de electrólito de 20 ppm, 40 ppm y 60 ppm de Mg++. Las emulsiones fueron formadas según el proceso de la presente invención usando 800 ppm de monoetanolamina y 100 ppm de tridecanol etoxilado . Las emulsiones así formadas fueron luego probadas con relación al tiempo de almacenamiento y temperaturas de almacenamiento de 30°C y 45°C para su estabilidad estática. Los resultados de esta prueba son determinados en la siguiente Tabla 5.

TABLA 5 ppm Mg+ + Tiempo de Temperatura de Temperatura de Almacenamiento Almacenamientos 30°C Almacenamientos 45 °C (días) Dg (µ m) Vise, l /s (mPas) Dg (µ m) Vise , l/s ( mPas) 0 12.81 675 12.81 675 1 12.81 483 13.11 555 2 13.53 591 13.37 518 5 13.7 631 13.58 692 12 13.75 • 620 14.2 542 14 13.28 614 14.23 508 21 13.77 694 13.60 593 30 13.64 483 14.42 629 40 ppm Mg+i Tiempo de Temperatura de Temperatura de Almacenamiento Almacenamientos 30°C Almacenamientos 45°C (dfas) D g (µm) Vise, l /s (mPas) Dg (µ m) Vise, l /s (mPas) 0 13.23 513 13.23 513 1 14 462 13.63 395 2 12.67 374 13.35 425 3 13.63 429 12.96 489 6 13.43 548 13.03 483 13 13.97 420 12.84 387 15 14.09 454 14.59 420 21 14.75 503 14.28 516 30 14.6 501 14.32 424 60 ppm Mg + + Tiempo de Temperatura de Temperatura de Almacenamiento Almacenamientos 30°C Almacenamientos 45°C (dfas) Dg (µm) Vise, l /s (mPas) Dg (µ m) Vise, l /s (mPas) 0 16.22 478 16.22 478 1 16.59 452 16.36 314 2 16.7 439 16.45 426 3 16.68 405 16.88 336 7 15.86 410 16.32 433 10 16.29 369 17.35 370 15 16.8 420 17.00 393 21 16.83 412 17.21 284 30 16.71 484 17.13 349 Como se muestra en la Tabla 5, las emulsiones formadas de acuerdo con la presente invención que usan agua de dilución con niveles de electrólito de 20, 40 y 60 ppm Mg++ presentan una estabilidad estática excelente como se demuestra por el diámetro de gota substancialmente constante y la viscosidad con el tiempo tanto a 30°C como a 45°C.

Un número de emulsiones fueron preparadas de acuerdo con la presente invención con 800 ppm de monoetanolamina y 1000 ppm de tridecanol etoxilado, y con agua de dilución teniendo niveles de electrólito de 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 y 100 ppm de Mg++. La estabilidad dinámica de estas emulsiones fueron verificadas según el procedimiento del Ejemplo 3 determinado anteriormente. La Tabla 6 muestra los resultados de esta prueba.

TABLA 6 DIÁMETRO PROMEDIO DE GOTA Tiempo de 10 20 30 0 50 60 70 80 90 100 Cizallamiento ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm PPm (min) Mg++ Mg++ Mg++ Mg++ Mg++ Mg++ Mg++ Mg++ Mg++ Mg++ 0 17.88 15.56 14.85 15.25 16.04 17.05 16.41 17.66 20.72 18.83 I S.34 15.79 15.88 15.95 16.76 17.99 17.41 17.88 19.61 19.1 18. 9 16.21 15.98 16.85 16.8 18.19 18.33 18.36 18.62 20.94 17.27 16 16.66 16.48 16.86 18.37 17.1 19.59 20.83 20.97 18.35 16. 8 16.94 16.97 17 17.56 17.54 19.47 22.05 22.49 0 18.45 17.21 16.76 16.84 17.55 19.2 16.36 20.89 20.68 25.22 40 19.62 17.13 17.12 17.54 17.51 20.2 18.85 23.21 21.65 28.59 50 19.91 18.5 17.71 18.65 18.16 21.85 21.55 24.98 23.25 33.02 60 20.27 17.88 17.76 19.5 18.44 19.3 22.39 27.18 25.43 37.42 Vise. Inicial 523 6 5 690 392 364 456 363 333 324 345 20 l/s mPas Vise. Final 583 660 618 540 552 579 509 562 594 20 l/s mPas Como se determinó en la Tabla 6, las emulsiones preparadas de acuerdo con la presente invención con monoetanolamina y tridecanol etoxilado muestran una estabilidad excelente para las emulsiones formadas con agua de dilución teniendo un contenido de electrólito que exceda 10 ppm Mg++ y hasta 100 ppm Mg++.

Esto es en contraste con las emulsiones formadas al utilizar solamente monoetanolamina, las cuales no son estables cuando son formadas con agua que tiene un contenido de electrólito de hasta 10 ppm Mg++.

Por lo tanto, este ejemplo demuestra claramente las características ventajosas del proceso y del aditivo de surfactante de la presente invención, en donde el agua de dilución puede ser usada con un nivel mayor de electrólito . Obviamente, esto representa una ventaja económica, por cuanto se puede formar las emulsiones según la presente invención sin el costo adicional de asegurar un abastecimiento de agua con un nivel de electrólito de menos de 10 ppm.

Los ejemplos anteriores además demuestran que las emulsiones, el proceso y el aditivo de surfactante de la presente invención proporcionan una emulsión de bitumen en agua estable que tiene una muy alta estabilidad y propiedades reológicas aceptables y que se obtiene al usar un aditivo con características provechosas económica y ambientalmente. Adicionalmente, las emulsiones así formadas son estables y substancialmente menos sensibles a las variaciones en el pH, la salinidad del agua y/o el contenido de electrólito que las emulsiones estabilizadas con solamente surfactante natural del bitumen activadas con monoetanolamina.

A la luz de lo anteriormente expuesto, es evidente que una emulsión, un proceso para formar la emulsión y un aditivo de surfactante cumplen fácilmente con los objetivos y las ventajas provistos por la presente invención.

La presente invención puede ser realizada de otras maneras y llevada a cabo de otras formas sin alejarse del espíritu y características esenciales de la misma. Por lo tanto, la presente realización debe ser considerada en todos sus aspectos como de carácter ilustrativo y no restrictivo. Las reivindicaciones anexas indican el alcance de la invención y pretenden abarcar todos los cambios que encuentren cabida en el significado y rango de equivalencia de la presente invención.

Claims (35)

REIVINDICACIONES

1. Una emulsión estable de hidrocarburo en agua comprende: Una fase de hidrocarburo que contiene un surfactante natural; - Una fase de agua con un contenido de electrólito mayor que 10 ppm (peso) y menos que o igual a 100 ppm (peso) con respecto a la fase de agua; y - Un aditivo de surfactante que comprende una amina y un alcohol etoxilado en cantidades eficaces para activar dicho surfactante natural y estabilizar la emulsión.

2. Una emulsión de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde dicha amina está presente en una cantidad mayor que o igual a 300 ppm (peso) y dicho alcohol etoxilado está presente en una cantidad mayor que o igual a 100 ppm (peso) con respecto a dicha fase de hidrocarburo .

3. Una emulsión de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde dicha amina está presente en una cantidad entre 300 ppm (peso) y 1500 ppm (peso) con respecto a dicha fase de hidrocarburo .

4. Una emulsión de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde dicha amina está presente en una cantidad de 800 ppm (peso) con respecto a dicha fase de hidrocarburo.

5. Una emulsión de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde dicho alcohol etoxilado está presente en una cantidad entre 100 ppm (peso) y 3000 ppm (peso) con respecto a dicha fase de hidrocarburo .

6. Una emulsión de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde dicho alcohol etoxilado está presente en una cantidad entre 500 ppm (peso) y 1500 ppm (peso) con respecto a dicha fase de hidrocarburo . 10

7. Una emulsión de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde dicha amina es seleccionada del grupo constituido por monoetanolamina, etilendiamina, etilamina, dietilamina, trietilamina, propilamina, sec-propilamina, dipropilamina, I5 isopropilamina, butilamina, sec-butilamina, hidróxido de tetrametilamonio, hidróxido de tetrapropilamonio y sus mezclas.

8. Una emulsión de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde dicha amina es un etanolamina. 20

9. Una emulsión de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde dicha amina es monoetanolamina.

10. Una emulsión de acuerdo con la reivindicación 1 , en 25 donde dicho alcohol etoxilado es seleccionado del grupo constituido por polietoxilado C 12-C 14, saturado polietoxilado C 16-C 18 , insaturado polietoxilado C 16-C 18 y sus mezclas.

1 1. Una emulsión de acuerdo con la reivindicación 10, en donde dicho alcohol etoxilado es tridecanol polietoxilado (C 13 ) .

12. Una emulsión de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde dicha fase de hidrocarburo es bitumen.

13. Una emulsión de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde dicha fase es bitumen Cerro Negro.

14. Una emulsión de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde dicha fase final de hidrocarburo y dicha fase de agua están presentes en una relación en volumen de dicha fase de hidrocarburo a dicha fase de agua entre 90: 10 y 70:30.

15. Una emulsión de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde dicha emulsión tiene un tamaño promedio de gota de menos que o igual a 30 micrones.

16. Un método para formar una emulsión estable de hidrocarburo en agua comprende los pasos siguientes: - Proveer una fase de hidrocarburo que contiene surfactante natural; - Proveer una fase de agua teniendo un contenido de electrólito mayor que 10 ppm (peso) y menos que o igual a 100 ppm (peso) con respecto a dicha fase de agua; - Mezclar dicha fase de hidrocarburo y dicha fase de agua con un aditivo de surfactante que comprende una amina y un alcohol etoxilado en cantidades adecuadas para activar dicho surfactante natural y estabilizar la emulsión.

17. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicha amina está presente en una cantidad mayor que o igual a 300 ppm (peso) y dicho alcohol etoxilado está presente en una cantidad mayor que o igual a 100 ppm (peso) con respecto a dicha fase de hidrocarburo .

18. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicha amina está presente en una cantidad entre 300 ppm (peso) y 1500 ppm (peso) con respecto a dicha fase de hidrocarburo.

19. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicha amina está presente en una cantidad de 800 ppm (peso) con respecto a dicha fase de hidrocarburo .

20. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicho alcohol etoxilado está presente en una cantidad entre 100 ppm (peso) y 3000 ppm (peso) con respecto a dicha fase de hidrocarburo .

21. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicho alcohol etoxilado está presente en una cantidad entre 500 ppm (peso) y 1500 ppm (peso) con respecto a dicha fase de hidrocarburo.

22. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicha amina es seleccionada del grupo constituido por monetanolamina, etilendiamina, etilamina, dietilamina, trietilamina, propilamina, sec-propilamina, dipropilamina, isopropilamina, butilamina, sec-butilamina, hidróxido de tetrametilamonio , hidróxido de tetrapropilamonio y sus mezclas.

23. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicha amina es un etanolamina. 10

24. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicha amina es monoetanolamina.

25. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en 15 donde dicho alcohol etoxilado es seleccionado del grupo constituido por polietoxilado C- 12-C 14, saturado polietoxilado C 16-C 18, insaturado polietoxilado C 16-C 18 y sus mezclas.

26. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en 20 donde dicho alcohol etoxilado es tridecanol polietoxilado (C 13).

27. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicha fase de hidrocarburo es bitumen. 25

28. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicha fase de hidrocarburo es bitumen Cerro Negro .

29. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicha fase de hidrocarburo y dicha fase de agua están 30 presentes en una relación en volumen de dicha fase de hidrocarburo a dicha fase de agua entre 90: 10 y 70: 30.

30. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicho paso de mezclado comprende: mezclar dicha fase de hidrocarburo con una porción de dicha fase de agua que tiene una contenido inicial de electrólito menos que o igual a 10 ppm (peso) y dicho aditivo de- surfactante, a fin de activar dicho surfactante natural y formar una emulsión intermedia, y posteriormente, diluir dicha emulsión intermedia con el resto de dicha agua que tiene un contenido secundario de electrólito mayor que 10 ppm (peso) y menos que o igual a 100 ppm (peso), a fin de diluir dicha emulsión intermedia y obtener una emulsión final de hidrocarburo en agua.

31. Un método de acuerdo con la reivindicación 30, en donde dicha emulsión intermedia tiene una relación de la fase de hidrocarburo a la fase de agua en volumen de 85 : 15, y dicha emulsión de hidrocarburo en agua tiene una relación de la fase de hidrocarburo a la fase de agua de 70:30.

32. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde dicho paso de mezclado provee una emulsión final de hidrocarburo en agua con un tamaño promedio de gota de menos que o igual a 30 micrones.

33. Un aditivo de surfactante para la preparación de una emulsión de hidrocarburo en agua comprende una amina y un alcohol etoxilado en una relación en peso de amina a alcohol etoxilado de 5:1 y 1:2.

34. Un aditivo de surfactante de acuerdo con la reivindicación 33, en donde dicha relación está entre 2:1 y 1:2.

35. Una emulsión estable de hidrocarburo en agua está formada de acuerdo con el proceso de la reivindicación 15.