Síntesis, caracterización y evaluación de bipolímeros acrílicos como agentes desemulsionantes de aceite crudo

Abstract

RESUMEN: La producción de aceite crudo con alto contenido de agua ya sea libre o emulsionada ha sido uno de los principales problemas con el que la industria petrolera se enfrenta, debido a las afectaciones provocadas a la calidad del aceite crudo para su exportación y procesamiento, así como los daños producidos a la infraestructura. Es por eso, que se han aplicado diversos métodos para el deshidratado del petróleo entre los cuales se encuentran los tratamientos térmicos, eléctrico, mecánico, químico o la combinación de estos con la finalidad de obtener un proceso optimo, capaz de separar el agua emulsionada la cuál es más difícil eliminarla. Por esta razón, en este trabajo de tesis se desarrollaron cuatro bipolímeros acrílicos para su aplicación como agentes desemulsionantes (agentes químicos) con la finalidad de lograr la remoción total del agua emulsionada en aceite crudo pesado. Los bipolímeros se sintetizaron por polimerización en emulsión con relaciones en peso igual a 90/10, 80/20, 70/30 y 60/40 de los monómeros A (de carácter hidrofiílico) y E (de carácter lipofiílico) identificándolos como A-E-1, A-E-2, A-E-3 Y A-E-4. Además, se caracterizaron mediante espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier (FT-IR), cromatografía de exclusión de tamaños (CET) y termogravimetría (TGA). Determinando la obtención de los bipolímeros acrílicos a partir de la polimerización total de los monómeros, los biopolímeros A-E-1, A-E-2, A-E-3 Y A-E-4 presentaron masas moleculares promedio en número de 20 890, 22 380, 23 930 y 25 405 g·mpl-1 e índices de polidispersidad igual a 1.75, 7.49, 1.31 y 1.16. Finalmente, se obtuvo que la temperatura de degradación de los bipolímeros comienza a partir de los 283ªC. Para realizar la evaluación de los bipolímeros acrílicos como agentes desemulsionantes se utilizó un aceite crudo, el cual fue etiquetado como aceite crudo ACA, debido a la influencia directa de sus propiedades con la estabilidad de las emulsiones se caracterizó para la obtención de su gravedad API, contenido de sal, contenido de parafina, agua por destilación, agua y sedimentos, temperatura de escurrimiento, insolubles en n-heptano, análisis SARA y osmometría de presión de vapor. Con los resultados obtenidos se determinó que la gravedad API del aceite crudo dio de 20.2 ºAPI, correspondiente a un aceite crudo pesado, contenido de sal ˃4300.00 g·m-3 (˃151.00 lb por 1000 bbl), contenido de parafina 0.85% p, agua por destilación 0.0 %v, agua y sedientos 0.1 %v, temperatura de escurrimiento -18 ºC e insolubles en n-heptano 12.70 %p. De acuerdo con el análisis SARA el 17.98m 17.13, 50.07 y 14.72 %p, corresponden a cada una de las ¡fracciones Saturados, Aromáticos, Resinas y Asfaltenos, determinando a partir de estás el índice de inestabilidad coloidal de 0.4865, lo que permitió deducir que el aceite crudo pesado estaba estable y en efecto la ruptura de la emulsión sería difícil. Los resultados obtenidos por osmometría de presión de vapor de las fracciones SARA fueron 388.2, 437.0, 853.2 y 446.2 g·mol-1. Se realizaron pruebas de solubilidad con diversos solventes orgánicos, determinando al xileno como el solvente capaz de solubilizar a los bipolímeros; subsecuentemente, se prepararon las soluciones de los cuatro bipolímeros acrílicos a una concentración del 5 %p. De acuerdo con los resultados referentes al agua por destilación, así como a los del agua y sedimentos, el aceite crudo ACA no contenía agua, por lo tanto, para la evaluación de los bipolímeros acrílicos, se formuló una emulsión sintética al 21 %v de agua destilada. La evaluación de los biopolímeros acrílicos como agentes desemulsionantes para el deshidratado de petróleo pesado se llevó a cabo a las concentraciones de 1500, 1000 y 500 ppm, mediante prueba de botella bajo condiciones dinámicas a 60 y 80 ºC. La eficiencia de los nuevos agentes desemulsionantes se comparó con un líquido iónico utilizado a nivel laboratorio y una formulación comercial base poliéteres, siendo la última de amplio uso en la industria petrolera. Se comprobó que el bipolímero acrílico A-E-1 presenta el mejor desempeño agente desemulsionante a 1500 ppm y 80 ºC, se alcanzó la misma eficiencia de remoción al disminuir la temperatura a 60 ºC, sin embargo, requirió más tiempo en lograr la remoción total del agua debido a la depreciación de su velocidad de coalescencia. El bipolímero A-E-2 por parte, presentó mejor eficiencia que el bipolímero A-E-1 a menor concentración (1000 y 500 ppm) a 80 y 60 ºC a menor velocidad de coalescencia en comparación con la evaluación a 1500 ppm y 80 ºC. Por último, los bipolímeros A-E-3 Y A-E-4 presentan menor eficiencia. Se concluye que la masa molecular afecta la eficiencia de bipolímeros, siendo los bipolímeros A-E-1 y A-E-2 con menor masa molecular promedio en número los que presentaron mejor eficiencia que los bipolímeros A-E-3 y A-E-4 con mayor masa molecular promedio en número. Confirmando que los bipolímeros presentan mejor eficiencia a la concentración de 1500 ppm y a temperatura de 80ºC. Para finalizar, los bipolímeros acrílicos inducen la ruptura de la emulsión, promueven la coalescencia de las gotas y remueven el agua emulsionadas con excelente clarificación, por lo que se determinó que los bipolímeros acrílicos son moléculas trifuncionales.