JUAN SEBASTIN OTLORA VARGASUD18229SCH26062

AIU CURRICULUM DESING OIL EMULSIONS

Students ProfileMy Life in Buenos Aires, Argentina

ATLANTIC INTERNATIONAL UNIVERSITYHONOLULU, HAWAIFALL 2012

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INDICE

1. INTRODUCCIN..42. DESCRIPCIN Y ANLISIS GENERAL.42.1 DEFINCIONES.42.2 EMULSIONES EN LA INDUSTRIA PETROLERA..42.3 CLASIFICACIN DE LAS EMULSIONES52.3.1 Segn la naturaleza de la fase externa..52.3.2 Segn el tamao de las partculas dispersas..52.4 PROPIEDADES DE LAS EMULSIONES.52.4.1 Tamao de gota..62.4.2 Conductividad elctrica.62.4.3 Inversin..62.4.4 Viscosidad62.4.5 Estabilidad..72.4.6 Tensin Interfacial.72.4.7 Tensin superficial...72.5 AGENTES EMULSIONANTES82.5.1Surfactantes..82.5.1.1 Definicin...82.5.1.2 Clasificacin..82.5.1.3 Propiedades102.5.1.3.1 Concentracin micelar crtica. .102.5.1.3.2 BHL del surfactante.......102.5.2 Materiales que se presentan en la naturaleza112.5.3 Slidos finamente divididos.112.6 DESHIDRATACION DE PETROLEO112.6.1 Teora bsica de la separacin de emulsiones122.6.1.1 Coalescencia.....................122.6.1.2 Sedimentacin.133 ACTUALIZACIN, DISCUSIN Y RECOMENDACIN..183.1 TRATAMIENTO DE LAS EMULSIONES.183.1.1 Mtodos de tratamiento de emulsiones193.1.1.1 Mtodo trmico..193.1.1.2 Mtodo qumico...............203.1.1.3 Mtodo mecnico.............203.1.1.4 Mtodo gravitacional..203.1.1.5.- Mtodo elctrico............203.2 DESHIDRATACIN ESTTICA...213.3 DESHIDRATACIN DINMICA.233.3.1Principios del proceso de tanques de lavado.244. CONCLUSIONES....305. BIBLIOGRAFIA...30

1. INTRODUCCIN.La materia a desarrollar es OilEmulsions, el mismo tiene los siguientes objetivos:

Productos qumicos Desemulsionantes. Estudiar los conceptos de formacin de la emulsin en petrleo Estudio de Tratamiento de las emulsiones. Estudio de Metodologas de Deshidratacin del Petrleo

2. DESCRIPCIN Y ANLISIS GENERAL.

2.1 DEFINCIONES.Una emulsin es un sistema heterogneo formado por dos lquidos inmiscibles, uno de los cuales se encuentra disperso en otro en forma de pequeas gotas, cuyos dimetros exceden de 0.1 m, estabilizadas por cargas elctricas y agentes emulsificantes como productos tensoactivos, slidos finamente divididos.La fase dispersa, en forma de gotitas es la fase interna y la fase externa, se encuentra rodeando la fase dispersa y est en forma continua. Una emulsin de fase interna baja (FIB), es decir, que en su fase interna pocas gotitas se encuentran dispersas, asume las caractersticas de la fase externa. Por otra parte, las emulsiones de fase interna alta (FIA), exhiben mayores viscosidades aparentes.

2.2 EMULSIONES EN LA INDUSTRIA PETROLERA.Las salmueras estn asociadas principalmente con crudo debido a que generalmente el agua salada se encuentra asociada al petrleo en la formacin geolgica de donde es extrado. Con los mtodos de completacin y produccin es posible abrir pozos que inicialmente no producen agua salada, pero a medida que la produccin se extiende, proporciones mayores de agua salada son producidas con el crudo. El agua producida con el crudo vara en la cantidad de sales que contienen en solucin, pero sus concentraciones pueden ser mayores que las del agua del mar. Algunas tienen densidades mayores de 1.20 gr/cm3 y los contienen en solucin, pero sus concentraciones pueden ser mayores que las del agua del mar. Algunas tienen densidades mayores de 1.20 gr/cm3 y los iones que usualmente poseen en su composicin son Na+, Ca++ Mg++, Cl-, HCO3-, S04=.La coproduccin de agua y petrleo por algn proceso de recuperacin puede formar mezclas o emulsiones, las cuales son difciles de separar. Dos requerimientos principales son necesarios para que las mezclas de crudo-agua puedan formarse con algn grado de estabilidad: Primero, la energa necesaria en el mezclado de petrleo y agua debe ser suficiente para dispersar el agua en el petrleo o viceversa en mnimas gotas de dimetros menores de 100m. La turbulencia producida en el flujo de fluidos desde el fondo del pozo al sitio de tratamiento en los equipos mecnicos tales como bombas, obturadores, separadores de gas, tuberas, es suficiente para generar el grado de dispersin requerida para formar la emulsin. Un segundo requerimiento es la presencia de agentes emulsificantes o surfactantes para prevenir la coalescencia de las gotas dispersadas. El petrleo contiene agentes emulsificantes naturales como: asfaltenos, resinas, parafinas, compuestos naftnicos, porfirinas y slidos finamente dispersados como arcillas, sedimentos, incrustaciones, productos de corrosin que se orientan en la interfase agua-petrleo creada por el mezclado formando un pelcula o piel contrctil que ofrece una resistencia mecnica a la coalescencia de las gotas .

2.3 CLASIFICACIN DE LAS EMULSIONES.Las emulsiones pueden ser clasificadas en base a: La naturaleza de la fase externa. Segn el tamao de las partculas dispersadas.

2.3.1 Segn la naturaleza de la fase externa.(a) Emulsiones de agua en petrleo (W/0), donde la fase dispersa es el agua y la fase continua el petrleo, comprenden aproximadamente el 99% de las emulsiones presentes en el campo, variando el contenido de agua entre 0 y 80%, aunque usualmente se encuentra entre 10 y 35%; representando sto, serios problemas de transporte en los campos de produccin y de tratamiento en las refineras. Las emulsiones W/0 conducen pobremente la electricidad, pueden ser diludas con solventes, contienen ms aceite (crudo), resisten secado o prdida de agua, aunque realmente pierden solvente voltil, son difciles de deshidratar, son menos corrosivas, y, en general, dependen de la fase aceite, exhiben las propiedades de la fase continua crudo.(b) Emulsiones de petrleo en agua (O/W), donde gotitas de crudo se encuentran dispersas en la fase contnua de agua. Este tipo de emulsiones ocurre en aproximadamente 1% en la industria petrolera.Las emulsiones O/W conducen electricidad, son diluidas con agua, contienen ms agua, secan (pierden agua) rpidamente, pueden ser deshidratadas, son ms corrosivas y exhiben las propiedades acuosas de la fase contnua.

(c) Tambin existen algunos casos de emulsiones mltiples, tales como emulsiones de petrleo en agua en petrleo, las cuales son muy complejas, ya que gotas de petrleo estn dispersas en una fase contnua de petrleo. Se encuentran generalmente en reas donde el petrleo tiene alta viscosidad y gravedad especfica o el agua es relativamente blanda y fresca.

2.3.2 Segn el tamao de las partculas dispersas.Pueden ser: (a) Macroemulsiones: en este tipo de emulsin, las partculas dispersas tienen un tamao de 0.2-50 micrmetros (m) y microscpicamente visibles.(b) Microemulsiones: cuyo tamao de partculas est comprendido entre 0.01-0.2m.

2.4 PROPIEDADES DE LAS EMULSIONES.Las propiedades de una emulsin dependen de las propiedades de la fase contnua, de su proporcin con respecto a la fase dispersa, del tipo de agente emulsificante y del dimetro de gota.Las propiedades de la fase contnua determinan dispersabilidad (en agua o aceite) y conductividad elctrica, y en combinacin con otras propiedades bsicas, viscosidad y caractersticas de mojabilidad. Las propiedades de la fase interna son mucho menos importantes con respecto a las propiedades de la emulsin final. Ellas estn relacionadas a las caractersticas de inversin y facilidad de preparacin. Entre las propiedades ms resaltantes, se encuentran:

2.4.1 Tamao de gota.El tamao de gota de una emulsin est relacionado con el mtodo de preparacin, la energa suministrada, la diferencia de viscosidad entre las fases y el tipo y cantidad de surfactante usado. El tamao de gota generalmente disminuye con agitacin vigorosa, pequeas diferencias entre las dos fases y el uso de suficientes cantidades del surfactante adecuado.Actualmente, el tamao de gota es determinado por tcnicas fotomicroscopicas, contadores de tamaos de gota, etc. El tamao de gota de emulsiones de O/W puede ser estudiado por medio de un contador Coulter, un dispositivo que mide el cambio de conductividad de la fase contnua cuando cada partcula pasa a travs de un pequeo orificio. Todos los sistemas de medicin requieren de diluciones, por lo cual las medidas no son realizadas en la emulsin original.

2.4.2 Conductividad elctrica.Ya se dijo que la conductividad de la emulsin depende de la fase contnua, y que por ser el agua buena conductora de electricidad, las emulsiones de petrleo en agua O/W tienen mayor conductividad elctrica. De aqu que la conductividad sea parmetro de medida para identificar el tipo de emulsin.

2.4.3 Inversin.Se refiere al cambio en el tipo de emulsin, es decir, de una emulsin de agua en aceite (W/0) a una aceite en agua (W/0) o viceversa. Este fenmeno depende fundamentalmente de la agitacin, temperatura, naturaleza y concentracin del agente emulsificante, relacin de volmenes de las fases en la emulsin y de la naturaleza del electrolito. Estudios de emulsiones de dos lquidos inmiscibles sin emulsificante muestran que en una cierta relacin de los dos lquidos la inversin toma lugar. La relacin de volmenes de las fases en el punto de inversin fue encontrado ser igual a la raz cuadrada de la relacin de las viscosidades de los dos componentes.

2.4.4 Viscosidad.Las emulsiones pueden ser fluidos diluidos o densos, pastas o geles y pueden exhibir comportamientos tixotrpicos o dilatantes.La viscosidad es influenciada por (1) las caractersticas de la fase externa, incluyendo aditivos(2) la relacin de volmenes de las dos fases (3) del tamao de gota en la emulsin.La viscosidad de una emulsin es esencialmente la viscosidad de la fase externa tanto como esta represente ms de la mitad del volumen total.La viscosidad de la emulsin puede ser reducida al ser incrementada la proporcin de la fase contnua, usualmente agua. La adicin de solventes polares, tales como alcohol o solvente que pueden reducir la viscosidad, normalmente causan una reduccin marcada en la estabilidad de la emulsin.

2.4.5. Estabilidad.(Fiocco (1971) ha clasificado los factores que afectan la estabilidad de las emulsiones en cuatro categoras: factores fsicos, cargas elctricas superficiales de repulsin, factores de energa superficial y factores estticos.Los factores fsicos incluyen la proporcin de fase dispersa, la viscosidad de las fases y la diferencia de densidad. Las cargas elctricas superficiales de repulsin originadas por la absorcin de, material activo de superficie inica o por accin mecnica pueden impedir aglomeracin y coalescencia. La presencia de surfactantes no inicos contribuye a los factores de energa superficial. Un mtodo para caracterizar estos factores es el balance hidroflico-lipoflico (BHL), escala en la cual est basada la solubilidad del surfactante en cada fase y en la interfase Entre los factores estricos estn la presencia de slidos mojados por petrleo mediante la adsorcin de asfaltenos y resinas del crudo y la formacin de pelculas pseudoplsticas que encapsulan las gotas de petrleo.La alta estabilidad de emulsiones de agua en aceite combustible ha sido atribuida a pelculas asflticas muy estables. Petror y otros (1969) y Levchenko y otros (1970) atribuyen la estabilidad de las emulsiones petrleo-agua a los asfaltenos y resinas de silicagel dependiendo del crudo en particular. Berridge y otros (1968) encuentran que la estabilidad de la emulsin est relacionada a las cantidades de asfalteno y vanadio. Strassner (1968) sugiere que los aditivos qumicos pueden ser agregados solubilizando los constituyentes de la interfase responsables de la formacin de pelculas altamente viscosas. En tales situaciones, contrario a lo que se esperara, la adicin de qumicos pueden promover la coalescencia.La estabilidad de las emulsiones (W/0) a elevadas temperaturas disminuye al disminuir la viscosidad del petrleo en la fase externa, lo que promueve la floculacin de las gotas. La temperatura influye en la tasa de rompimiento de pelculas interfaciales al variar la tasa de absorcin del emulsificante y las caractersticas de la interfase aceite/agua. Tambin influye la compresibilidad de las pelculas interfaciales por cambios en la solubilidad de los surfactantes de crudo en la fase contnua. En general, aumentos de temperaturas permiten una desestabilizacin de las pelculas interfaciales aceite/agua en el crudo, y entonces muchas pelculas incompresibles no-relajantes comienzan a relajarse permitiendo coalescencia de las gotas pero adicional a esto, aumenta exponencialmente la frecuencia de los choques entre las gotas.

2.4.6 Tensin Interfacial.La tensin interfacial es la tensin lmite que se origina cuando dos lquidos inmiscibles se ponen en contacto formando una interfase, como consecuencia de un desequilibrio de fuerzas de atraccin del tipo de Van der Waals, pero de magnitudes diferentes, y cuyo valor se encuentra dentro de las tensiones individuales superficiales de los dos lquidos.

2.4.7 Tensin superficial.Segn Shaw D.J. (1977), la tensin superficial de un lquido se define como la fuerza que acta en forma perpendicular, a cualquier lnea de longitud unidad sobre la superficie del lquido; pero tambin se puede definir como la energa requerida para aumentar a temperatura constante e irreversiblemente, el rea de una superficie en una unidad.

2.5 AGENTES EMULSIONANTES.En el punto anterior se estudi el papel que juegan los agentes emulsionantes en cualquier consideracin de la estabilidad de las emulsiones. De aqu que se desee ampliar la informacin sobre la qumica de agentes emulsionantes. Para esto, se dividirn los agentes emulsionantes en tres clases principales: Productos tensoactivos o surfactantes. Materiales que se presentan en la naturaleza. Slidos finamente divididos.

2.5.1Surfactantes.2.5.1.1 Definicin.Los surfactantes son agentes tensoactivos con capacidad para absorberse sobre la interfase del sistema a muy bajas concentraciones, en forma de una capa monomolecular orientada o monocapa modificando as las tensiones superficial e interfacial (Fig. 1).Las molculas de surfactantes tienen estructura polar-apolar. La porcin polar se caracteriza por su alto grado de solubilidad en solventes polares, es decir, que es hidroflica y la porcin no polar es soluble en solventes organicos no polares, por lo que es lipoflica o hidrofbica.

2.5.1.2 Clasificacin.Hay tres clases de surfactantes segn la naturaleza del grupo hidroflico:a) Los que se pueden disociar en iones o tensoactivos inicos.b) Los no-inicos.c) Los anfotricos.a) Los inicos pueden ser aninicos o catinicos, segn que el grupo qumico hidroflico sea negativo o positivo respectivamente.b) Los no-inicos, son surfactantes covalentes que no se ionizan en agua, no son afectados por el pH ni la dureza del medio y son insolubles en compuestos orgnicos.c) Los surfactantes anfotricos son tambin molculas orgnicas cuyo grupo hidrfilo puede cargarse positiva y negativamente o estar descargada. Dependiendo del pH del sistema, los surfactantes anfotricos pueden exhibir propiedades aninicas, catnicas o no-inicas. En la Fig. 2 se presenta un esquema que simplifica estos conceptos.FIG.1 ABSORCIN DEL AGENTE EMULSIFICANTE EN LAINTERFACE PETRLEO-AGUA

FIG.2 CLASIFICACIN DE LOS SURFACTATES

2.5.1.3 Propiedades.Entre las propiedades ms resaltantes de los surfactantes se encuentran: la concentracin micelar crtica (c.m.c.) y el BHL del surfactante.

2.5.1.3.1 Concentracin micelar crtica.Existe una concentracin especfica del surfactante en la cual, tal como lo expone Mc Bain, ocurre la formacin de agregados electroltos coloidales o micelas de iones de surfactantes en los que las cadenas hidrocarbonadas se orientan hacia el interior de la micela sin absorberse en la superficie (saturacin), mientras que los grupos hidroflicos quedan en contacto con el medio acuoso.Davies y Bury han designado la concentracin por sobre la cual se observa la agrupacin de molculas de surfactante o existencia de micelas "concentracin micelar crtica". A esta concentracin cambian repentinamente las propiedades fsicas de las sustancias tensoactivas.

2.5.1.3.2 BHL del surfactante.El balance hidroflico-lipoflico es una expresin que relaciona la atraccin simultnea de un emulsionante sobre el agua y el aceite (o sobre las dos fases del sistema de emulsin considerado). Este es determinado por la composicin qumica y la fuerza de ionizacin de un emulsificante dado.La escala BHL ideada por Griffin (1949) asigna un nmero entre cero, para una tendencia lipoflica y un valor de veinte para una tendencia hidroflica. De estas forma, el BHL determina el tipo de emulsin que se tiende a formar. As, los emulsificantes con BHL bajos forman emulsiones W/0 . La Tabla 1 indica el BHL requerido para varios sistemas.Tabla 1. Escala de BHLRANGO BHLAPLICACIONCARACTER3-6Emulsionante W/0BHL < 9:7-9Agente de MojadoLipoflco8-18Emulsionante O/WBHL >11:13-15DetergenteHidroflico15-18Solubilizante9 5000.40.0CD = 0.4

FIG.4 SEDIMENTACION DE UNA PARTICULA EN EL SENO DE UN FLUIDO

FIG.5 CORRELACION DEL COEFICIENTE DE ARRASTRE PARA PARTICULAS ESFERICAS

Regin de StokesCD = 24/NRLog CD= Log NR +Log 24Regin de transicinCD = 18.5/14 NR0.6Log CD = 0.6 Log NR + Log 18.5Regin de NewtonCD = 0.4Log CD = Log 0.4 = 0.0 Log CD + Log 0.4Entonces, la curva en la Fig. 5 es aproximadamente reemplazada por tres segmentos en lnea recta con pendientes de -1; -0,6; 0.0, respectivamente.Los procesos de sedimentacin de agua en las emulsiones agua en petrleo ocurren en la regin de Stokes.As, sustituyendo CD =24/ NR 24 pL/(d x vt x Pl)* en la ec. 4 y simplificando es obtenida la expresin de la Ley de Stokes, por la cual se determina la velocidad de sedimentacin o asentamiento de las gotas de agua desde la fase contnua:Para un problema especfico en la regin de Stokes (conocidas Pp, P1, y u1 ) la Ec. 4 se escribe como:donde K es una constante, la cual en forma logartmica se expresa:Vt = K d2(8)Log vt = 2 Log d + Log K = 2 Log d + c (9)Siendo c una constante.

FIG6. GRAFICA LOGARITMICA DE VELOCIDAD DE ASENTAMIENTO Vs DIAMETRO DE GOTA

Entonces, una grfica logartmica de vt vs d resulta en una lnea recta de pendiente igual a 2 para la regin de Stokes. Igualmente, en la regin de Newton, CD = 0.4, la ec. 4 resulta:t = K' d1/2 (10)donde K' es una constante, que expresada en forma logartmica, queda:Log vt = 1/2 Log d + Log K' =1/2 Log d + C' donde c' es una constante y la grfica Log vt vs d resulta en una lnea recta de pendiente 0.5 para la regin de Newton.Para la zona de transicin:CD = 18.5/NR 0.6 = (18.5 x m1,O.6 )/(do.6x vt 0.6 x P1 0.6Sustituyendo este valor en la ec. 4 y simplificando se obtiene:v t = [(4g/55.5)(p1 0.6/m0.6 ) (pP-p1 ) /p1 /4 d 1.143 = K" d1.143donde K" es una constante. En forma logaritmica:Log vt = 1.143 Log d + Log K" = 1.143 Log d + Cildonde C" es una constante. Entonces, la grfica Log vt vs d da una lnea recta de pendiente 1.143 para la regin de transicin.Analizando los parmetros sealados en la ec. 7 para el caso de sedimentacin de gotas de agua en las emulsiones agua-petrleo (w/o), se tiene que la viscosidad es el parmetro que mayor influencia ejerce en la tasa de sedimentacin debido a su marcada sensibilidad en la temperatura, tal como se muestra en la Fig. 7. No as, es el caso para la diferencia de densidad, puesto que los coeficientes de expansin trmica para el agua de formacin y el petrleo son muy semejantes, por lo que las curvas de densidad para ambos son casi paralelas para un amplio rango de temperatura (Fig. 8). En los decantadores o tanques de asentamiento donde son tratadas estas emulsiones a medida que las gotas de la fase dispersa agua-petrleo caen hasta conseguir la interfase, la fase contnua (petrleo limpio) se mueve verticalmente en forma ascendente desde la entrada hasta la salida del tanque. Idealmente, la fase contnua se mueve en un flujo pistn uniforme a una velocidad tal que no ocasiona arrastre de las gotas de la fase dispersa llamada velocidad de contra-flujo o velocidad de ascenso. Es decir, que el tamao mnimo de las gotas dispersas debera dar una velocidad de separacin un poco mayor que la velocidad de ascenso. Por tanto, es condicin necesaria para que ocurra el proceso de deshidratacin que se cumpla que:donde:Qc = caudal de la fase contnua.A = rea de la interfase suponindola plana.vt = velocidad de'separaci6n de la gota dispersa.

3 ACTUALIZACIN, DISCUSIN Y RECOMENDACIN.3.1 TRATAMIENTO DE LAS EMULSIONES.Cuando se refiere al tratamiento de las emulsiones, simplemente se habla de los procesos que se han desarrollado para romperlas emulsiones y separar el petrleo limpio del agua, la arena, los slidos qumicos y otros sedimentos producidos con ste.FIG 7. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Y DIUCION DEL CRUDO EN LA VELOCIDAD DE SEDIMENTACION

FIG.8 GRAVEDAD ESPECFICA Vs TEMPERATURA

Las funciones que deben desempear los procesos de separacin para controlar una efectiva desemulsificacin de las emulsiones de petrleo, se pueden enumerar as:1. Desestabilizacin y rompimiento de las emulsiones de petrleo tan pronto como sea posible despus que ha sido formada y producida.2 Separacin del gas presente en la emulsin producida.3 Promocin de la coalescencia de las gotas de agua para formar gotas grandes, las cuales precipitarn ms rpidamente.4 Disminucin de la viscosidad de la fase petrleo para acelerar la separacin del agua desde la fase petrleo.5 Permitir suficiente tiempo para que ocurra una completa separacin del agua.

3.1.1 Mtodos de tratamiento de emulsiones.Las funciones anteriormente enumeradas son llevadas a cabo, por aplicacin de diversos mtodos mediante los cuales la deshidratacin de petrleo-crudo puede llevarse a cabo:i) Mtodo trmico.ii) Mtodo qumico.iii) Mtodo mecnico.iv) Mtodo convencional.v) Mtodo elctrico.Usualmente combinacin de estos mtodos son aplicados en el campo para el tratamiento de emulsiones estables de crudos pesados.

3.1.1.1 Mtodo trmico.En el mtodo trmico de tratamiento, el proceso involucro la aplicacin de calor para romper las emulsiones agua-petrleo por efecto de una reduccin en la tensin superficial de la partcula interfacial, debido a que:1) aumenta la solubilidad del petrleo en el agente emulsificante y aumenta la dispersin del agente en la fase petrolfera, 2) reduce considerablemente la viscosidad del petrleo, lo cual promueve la separacin por gravedad, 3) acelera la velocidad con que un compuesto qumico demulsificador, se deposita en la interfase de las gotas de agua aumentando as la velocidad de accin del desemulsificante,4) la aplicacin del calor sobre el crudo aumenta la cantidad de energa en el sistema causando corrientes trmicas, las cuales promueven el choque entre las pequeas gotas de agua al aumentar el movimiento Browniano de las mismas, lo que permite que colidan, rompan la pelcula y coalescan, y5) tambin la aplicacin de calor ocasiona una expansin de las gotas de agua debido al gradiente de temperatura y as asiste en la ruptura del agente emulsificante.

.3.1.1.2 Mtodo qumico.Existen dos fuerzas antagnicas en la nterfase entre las fases de una emulsin:1) la tensin superficial del agua, que permite a las gotas formar otras ms grandes, las cuales cuando son suficientemente grandes precipitan debido a la fuerza de gravedad, y 2) la coherencia de la pelcula del agente emulsificante que rodea a las gotas, tiende a evitar la unin de las mismas y an despus del choque entre ellas, tiende a permanecer entre las gotas y evita la coalescencia. Qumicamente el ataque sobre el agente emulsificante puede ser hecho por destruccin o por neutralizacin al convertirlo en una forma inefectiva para que las gotas de agua puedan unirse. Para esto, un agente desemulsificante debe ser adicionado que lo disuelva y entonces lo reemplace en la interfase debilitando o fragilizando la pelcula y permitiendo la coalescencia de las gotas.Los desemulsificantes son adicionados en los fluidos producidos para contrarestar los efectos de los emulsificantes naturales del petrleo. Para que estos sean efectivos, deben ser distribuidos uniformemente a travs de los fluidos producidos y estar en toda la interfase de la emulsin antes de ser tratados en los equipos de deshidratacin.

3.1.1.3 Mtodo mecnico.El mtodo mecnico de tratamiento es el ms simple de todos los mtodos y probablemente el menos estudiado. Este involucro el uso de deflectores arreglados e instalados dentro de los tanques de tratamiento, tal que permitan la desgasificacin del fluido entrante, control de la direccin del flujo del fluido, control y lmite de las corrientes trmicas y mejor promocin de la coalescencia de las gotas de la emulsin.

3.1.1.4 Mtodo gravitacional.El mtodo gravitacional o de asentamiento es nada ms que la utilizacin de la fuerza de gravedad para hacer su papel de sedimentacin de las gotas. Este es, una funcin del tiempo y es dependiente del grado de estabilidad de la emulsin. Se utiliza principalmente para separar el agua libre producida con el petrleo.En la Fig. 9, se muestra una instalacin tpica para tratamiento de emulsiones por medios qumicos en fro con un tanque de almacenamiento utilizado como asentador para drenar el agua libre.

3.1.1.5.- Mtodo elctrico.El mtodo elctrico de tratamiento de emulsiones de petrleo involucro el uso de campos elctricos o electrostticos con el propsito de causar que las pequeas gotas dispersadas se muevan, colidan y coalescan .FIG.9 INSTALACION TIPICA PARA TRATAMIENTO DE EMULSIONES EN FRIO

El fenmeno es producido debido a que las partculas suspendidas en un medio con una constante dielctrica ms baja, como es el caso del agua en petrleo, son atradas entre s, cuando se forma un campo elctrico de alto voltaje en el sistema. Mientras mayor resistividad tenga el medio (petrleo) es mayor el esfuerzo elctrico que puede sostener sin romperse y por lo tanto, las fuerzas que producen la coalescencia son mayores.Los procesos de deshidratacin elctrica requieren considerablemente mayor temperatura que los procesos qumicos. Debido a esta mayor temperatura, el proceso es siempre desarrollado bajo presin, lo cual es ventajoso en los casos de excesiva vaporizacin del crudo.En las Figs. 10, 11 y 12 se muestran esquemas tpicos de deshidratacin por mtodos elctricos, qumicos y trmicos.

3.2 DESHIDRATACIN ESTTICA.La deshidratacin esttica comprende el mtodo de tratamiento gravitacional o de asentamiento, acompaado en muchos casos de tratamiento qumico y calentamiento. Este tipo de deshidratacin se lIeva a cabo en baches o por carga y es conocido como el mtodo de llenado-sedimentacin-drenaje y bombeo. Esto significa que el petrleo despus que se ha llenado el tanque es dejado esttico para que sedimente el agua contenida en l.Muchos tanques de almacenamiento son usados como tanques de asentamiento, tienen la entrada en el fondo con ninguna disposicin para distribucin del flujo sobre el plano del tanque. Los tanques en este sistema estn constantemente en un estado de disturbio durante las operaciones de llenado. Adems, todo el gas que se desprende tiene que fluir a la superficie, lo cual perturba el proceso de sedimentacin. Es difcil visualizar el comportamiento del flujo en el tanque de almacenamiento durante las operaciones de llenado. Sin embargo, los siguientes puntos deben ser considerados cuando los tanques de almacenamiento son usados como tanques de asentamiento:

FIG.10 DIAGRAMA DE FLUJO DEL METODO DE DESHIDRATACION ELECTRICA

FIG.11 DIAGRMA DE FLUJO DEL METODO DE DESHIDRATACION QUIMICA

FIG.12 DIAGRMA DE FLUJO DEL METODO DE DESHIDRATACION TERMICA

La tasa de llenado del tanque (velocidad de ascenso del fluido) no debe exceder la velocidad de sedimentacin para un cierto tamao de gota, a fin de reducir el tiempo de sedimentacin.1. Durante las operaciones de llenado una capa interfacial est siendo formada. El espesor de esta capa es una funcin de la tasa de llenado del tanque.2. La capa interfacial puede separarse completamente, diferencindose una interface defina entre el agua y el petrleo, la cual puede ser drenada fuera del tanque con el agua, produciendo una emulsin severa del fluido drenado.3. Altos porcentajes de agua pueden resultar en un bajo factor de utilizacin del tanque, lo cual significa un pobre factor de eficiencia de capacidad de almacenamiento.4. El lquido de entrad en el tanque debe ser una emulsin desestabilizada para evitar retratamientos costosos de la carga recibida.5. El agua producida es corrosiva, lo que aumentar los costos de mantenimiento.Investigaciones llevadas a cabo en varios tanques de almacenamiento en los terminales de petrleo han indicado claramente que la capa interfacial creada durante las operaciones de llenado no sedimentan completamente y tienen un espesor de 1,20 mts (4 pies). Muchos de estos son drenados a unos separadores API o se conserva la emulsin dentro del tanque para tratarla nuevamente.

3.3 DESHIDRATACIN DINMICA. La deshidratacin dinmica es un mtodo continuo de tratamiento de petrleo, tambin conocido como mtodo de tanques de lavado. Constantemente entra al tanque de lavado petrleo emulsionado por el fondo y sale por el tope petrleo limpio con menos del 1% de agua. Este mtodo fue desarrollado para flujos de crudos pesados por las siguientes razones:1. Mejor separacin.2. Menos requerimientos de capacidad de almacenamiento.3. Un proceso continuo resulta a menudo en menos fuerza hombre y supervisin.4. Promueve la coalescencia de las pequeas gotas de agua, lo cual debera resultar en una mejor separacin del petrleo y el agua y tambin en menos consumo de qumica.5. El efluente de agua drenada es menos contaminado con emulsin.6. Menos equipo asociado para el tratamiento de la emulsin y el efluente de agua.7. Un petrleo mejor desgasificado entrando a los tanques de almacenamiento contribuye a operaciones ms seguras en el patio de tanque.

3.3.1Principios del proceso de tanques de lavado.Los tanques de lavado han sido diseados para promover la separacin de agua y petrleo mediante la promocin de una condicin favorable, tal que cada gota pueda ser absorbida por contacto con un gran volumen del mismo tipo de agua. Por distribucin de estas gotas sobre la mayor rea posible deben separarse todas cercanamente al petrleo y el agua. Las minsculas gotas de agua incoalescente que permanecen en el petrleo no debern excederse de las especificaciones de embarque.En los tanques de lavado se pueden diferenciar tres zonas:i) Una zona de agua en el fondo o colchn de agua, donde entra la emulsin petrleo-agua y es lavada promoviendo coalescencia de las gotas, separndose el agua libre.ii) La zona intermedia o interfase donde las gotas de agua una vez que coalescen, sedimentan desprendindose de la fase petrleo que asciende, y iii) la zona de petrleo, donde el petrleo sube ya con mnima cantidad de agua, saliendo del tanque limpio (con menos de 1% de agua) por gravedad (Fig. 13).Los inconvenientes para lograr una eficiente separacin por gravedad en los tanques de lavado pueden ser causados por los siguientes factores:a) la presencia de gas.b) Altas velocidades de flujo a travs de los calentadores, lneas del sistema del patio de tanques y entrada de los tanques.c) Re-emulsificacin debido a las cadas de presin inesperadas en las instalaciones del proceso.d) Perturbaciones en los procesos de sedimentacin debido a las corrientes por conveccin como resultado de los cambios de temperatura ambiente.e) Diferencia por gravedad causados por cambios en la temperatura en el fluido de entrada creada por la canalizacin en los tanques de lavado.f) Recirculacin de emulsin drenada recuperada desde otras instalaciones.g) Flujos ms altos que los que fueron asumidos para el diseo de instalacin.De aqu que los principios bsicos para lograr un eficiente funcionamiento de los procesos con tanques de lavado son:

FIG. 13 ESQUEMA DEL TANQUE DE LAVADO

1. Emulsin desestabilizada agua-petrleo.2. Facilidad para desgasificacin.3. Permitir la coalescencia (contacto y tiempo).4. Permitir la sedimentacin (velocidad y tiempo).5. Evitar cambios de temperatura en el tanque.6. Evitar canalizacin y reas muertas.7. Facilidad para recibimiento y manejo de emulsiones tratadas.

1 Emulsin desestabilizada agua-petrleo.La corriente de entrada en cualquier tanque de lavado o sedimentacin debe estar en un estado desestabilizado debido a que ningn proceso toma lugar en estos tanques. Ellos solo proveen una facilidad para la coalescencia y sedimentacin.Puede ocurrir que la inyeccin de qumica falle y una emulsin estable sea recibida en el tanque. Es por ello recomendable muestrear la corriente de entrada a intervalos frecuentes y corregir esta situacin en el campo. De manera de reducir alguna condicin indeseada en el tanque, facilidades cerca del tanque de lavado deben ser instaladas para inyectar desemulsificante adicional. Sera til que el tanque de lavado pueda manejar tales condiciones por medio de una zona buffer antes de que el ciclo de lavado tome lugar. La entra de la alimentacin en la mayora de los tanques de lavado est en la seccin de agua con lo cual entonces rpidamente se distorsiona el proceso.

2 Facilidades para desgasificacin.El flujo de entrada de crudo frecuentemente est cargado de gas libre, resultado del bombeo desde los separadores gas-petrleo en las estaciones de produccin. Este gas saldr fuera de solucin cuando la presin del sistemas cae. Si la corriente de petrleo es calentada en el tanque, derivados livianos son vaporizados y ms gas sale de solucin.De la eficiencia de separacin del gas y el petrleo depende la quietud del fluido en la seccin de sedimentacin. Es imperativo que no ocurra escape de gas en solucin o libre en esta zona para evitar turbulencia y movimientos. Un separador de gas o separador atmosfrico es por esto frecuentemente adicionado al sistema. Este separador puede estar colocado fuera o dentro del tanque. Consiste en una tubera de gran dimetro en posicin vertical. La entrada del separador est normalmente encima del nivel del lquido del tanque. La seccin del tope contiene el gas separado desde el petrleo y es conectado al tope del tanque, de donde se une a un sistema de venteo. El fondo del separador est conectado a la alimentacin en el fondo del tanque. Es difcil medir la eficiencia de la separacin en los separadores de gas.

3 Permitir la coalescencia (contacto y tiempo).La coalescencia de las gotas de agua comienza a ocurrir despus que el desemulsificante ha sido inyectado y apropiadamente mezclado con el crudo emulsionado en la lnea de flujo o lnea de transferencia de petrleo, donde a las gotas de agua se les da suficiente oportunidad de colidir y caer.El flujo total de petrleo y agua (emulsin desestabilizada) entrar en la seccin de agua de un tanque de lavado convencional, por dispersin apropiada o distribucin en la mayor rea posible, cada gota de agua puede ser absorbida por contacto con un gran volumen del mismo tipo de agua. El flujo ascendente de petrleo puede cargar pequeas gotas de agua incoalescentes, las cuales entonces tienen que sedimentar por gravedad en la seccin de sedimentacin despus de la seccin de agua (lavado).La coalescencia de las gotas y la separacin del agua y petrleo toma lugar a una cierta altura en el tanque, la cual es conocida como una capa interfacial entre el agua y la seccin final de sedimentacin y no en la seccin de agua como generalmente es asumido.La eficiencia de la coalescencia durante la fase de lavado fluyendo a travs de la capa interfacial, depende principalmente de la distribucin sobre la mayor rea posible y de la velocidad de ascenso del petrleo. Cuando la velocidad de ascenso es mayor que la velocidad de ciertos tamaos de gotas (Ley de Stokes), es obvio que las gotas de agua permanecern en el petrleo y no tendrn oportunidad de entrar en contacto con el agua disponible en la capa interfacial.El espesor de la capa interfacial depende de la gravedad del petrleo, la viscosidad de la emulsin, la temperatura de tratamiento, el tamao y distribucin de las gotas de agua, la efectividad del desemulsificante, la presencia de slidos y la velocidad de ascenso de flujo, etc. El espesor de la capa puede variar entre 1 a 3 metros (3 a 10 pies).

4 Permitir la sedimentacin (velocidad y tiempo).Como. ya se explic anteriormente, la ley de Stokes dar la velocidad de sedimentacin para un tamao de gota de agua especfico, la cual debe ser retenida en el tanque de manera de obtener una calidad de petrleo aceptable con un lmite de porcentaje de agua. Por esto, al dimensionar un tanque de lavado debe ser usada la velocidad de flujo ascendente de diseo, lo cual determinar el tipo de patrn de flujo de ascenso en el tanque. Es posible visualizar en el rebosadero de crudo al centro cerca de tope del tanque que el patrn de flujo ptimo sobre la capa interfacial tiene forma de cono, como se muestra en la Fig. 14-a. Este patrn de flujo al ser influenciado por la presencia de gas en el lquido y los cambios de temperatura diurnos resulta en un patrn de flujo como el que se muestra en la Fig. 14-b. El patrn de flujo ascendente actual sobre la seccin transversal total del tanque es por esto no paralelo y reas muertas son creadas, las cuales no contribuyen a la etapa de sedimentacin. Esto resulta en una velocidad de ascenso de flujo ms alta con mucho menos tiempo de residencia que el calculado. El porcentaje de agua obtenido a la salida de petrleo es por tanto, tambin ms alto que el esperado.

a) PATRON DE FLUJO DENTRO DEL TANQUE EN FORMA CONICA, QUE MINIMIZA AREAS MUERTAS

b) PATRON DE FLUJO DENTRO DEL TANQUE INFLUENCIADOPOR PRESENCIA DE GAS O CORRIENTES TERMICAS CREANDO CANALIZACION DE PETROLEO EN EL CENTRO Y AREAS MUERTAS FIG.14 MODELOS DE PATRONES DE FLUJO EN LOS TANQUES DE LAVADO

5 Evitar cambios de temperatura en el tanqueEn el punto anterior ya ha sido mencionado que el patrn de flujo en un tanque puede ser influenciado por los cambios de temperatura diurnos. La densidad de un fluido es afectada por la temperatura. Los cambios de temperatura de la pared del tanque tambin cambiar la temperatura del fluido cerca de la pared, lo cual influenciar en el patrn de flujo debido a las corrientes de conveccin cerca de la periferia del tanque. Como resultado de esto, un flujo hacia abajo en esta rea puede ser visualizado, lo, cual agrava la canalizacin como se muestra en la fig. 14-b.

La velocidad de flujo ascendente cerca del centro del tanque ser incrementada como consecuencia de esto, lo cual afecta la sedimentacin de las pequeas gotas de agua incoalescentes. El contenido de agua en la salida del petrleo es frecuentemente ms alto durante las noches y en las estaciones de lluvia, la temperatura de la emulsin entrante (desde las lneas de flujo y recoleccin) son tambin influenciadas. El uso de calentadores en el sistema tambin puede ocasionar pequeas variaciones en la temperatura de la emulsin entrante. Todas estas fluctuaciones de temperatura deben ser evitadas tanto sea posible, ya que ellos afectan el patrn de flujo en el tanque y la eficiencia de los procesos de sedimentacin.

6 Evitar canalizacin y reas muertasDe manera de minimizar reas muertas en los tanques, varios tipos de distribuidores y estructuras internas, tales como compartimientos, placas deflectadoras, distribuidores de entrada en U, casquetes de entradas tipo burbujas, comportamientos en forma de espiral dentro del tanque, etc, han contribuido a mejoras evidentes en el patrn de flujo por incrementos en el tiempo de residencia actual y por reduccin de la canalizacin de fluido.

En la Fig. 15 se muestra grficamente, la accion de varios sistemas de distribucin, resultados de un experimento piloto llevado a cabo con tanques modelos con capacidad de cinco galones de petrleo a los cuales se les inyect gas natural a una tasa de inyeccin controlada. A uno de los tanques se le dej asentar sin agitacin mientras que a los otros tres se les dio agitacin inyectando gas en diferentes formas:(1) en un punto sencillo de inyeccin, (2) por inyeccin mltiple en lnea recta (3) por inyeccin mltiple en crculo De lo que pudo ser concluido que la inyeccin en crculo da mejores resultados debido a que la distribucin de la alimentacin en un crculo radial evita que la densidad de flujo en el centro del tanque sea mayor que cerca de la periferia no ocasionando canalizacin Otro punto que debe ser considerado en los sistemas de distribucin es cuando el agua libre est presente en el flujo laminar de entrada. El agua libre estar en el fondo a la mitad de la lnea entrante y el petrleo en la otra mitad, por lo que el agua libre saldr del sistema de distribucin en el rea ms cercana a las ramificaciones de entrada (ver Fig. 16-a). Cuando las salidas estn en el fondo de las lneas del distribuidor, lo cual es lo ms comn, la emulsin es entonces distribuida al final del sistema esparcidor (Fig. 16-b), lo que resulta en distribucin del flujo en la mayor rea seccional del tanque disminuyendo reas muertas.

Las lneas de drenaje de agua cuando estn localizadas cerca del rea de flujo del agua de alimentacin, tambin pueden influir en la distribucin del lquido de entrada por creacin de un flujo preferencial (efectos de succin ), por lo que es importante considerar el sistema de drenaje de agua y la localizacin de los puntos de drenaje en el diseo del sistema distribuidor de la entrada, a fin de evitar canalizacin o flujos preferenciales que reduce el tiempo de residencia del agua en la seccin de lavado del tanque ocasionando un contenido mayor de petrleo en el efluente de agua.

FIG.15 EFECTO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCION

a) EL AGUA LIBRE Y PETROLEO SALEN DE LOS ORIFICIOS MAS CERCANOS A LAS RAMIFICACIONES DE ENTRADA PRODUCINDOSE CANALIZACION EN EL TANQUE

a) EL DISEO DEL DISTRIBUIDOR DEBE SER TAL, QUE PERMITA LA SALIDA DE LA EMULSION HACIA LA PERIFERIA DEL TANQUE, EVITANDO ASI AREAS MUERTAS Y CANALIZACION FIG.16 DISTRIBUCION DEL FLUJO DE ENTRADA

4. CONCLUSIONESCon el presente estudio se analiza los distintos tipos de emulsiones presentes en la mezcla Agua-Petrleo, las propiedades de los mismos y cules son los distintos tipos de tratamiento qumicos, mecnicos y elctricos que se pueden realizar en las Plantas para deshidratar el petrleo y tambin con el fin de bajar la emulsin presente en la mezcla agua-petrleo.

Para poder realizar determinar cul es el mejor qumico Desemulsionante para utilizar en las Plantas de Tratamiento de petrleo, es necesario realizar las metodologas de ensayo de botella y posteriormente el ensayo de campo, as se podrn seleccionar los mejores desemulsionantes que se podrn utilizar en una Planta de proceso.

6. BIBLIOGRAFIA. SYGNUS. El Petrleo: Estudio y Tratamiento de Emulsiones, Editorial ARG, Argentina, Neuqun, Marzo de 2011.

MORE, Tan. Glosario: Industria Petrolera, Editorial REM, Argentina, Buenos Aires, Enero 2009.

NEWBERY, Jorge. Industria Petrolera: El Petrleo, Editorial Colihue, Argentina, Cordoba, Febrero 2009.

GPA. Manual de Aguas Coproducidas con Petrleo y Gas, Argentina, Editorial YPF, Argentina, Buenos Aires, Marzo de 2010.

YPF. Manual de Seleccin y Control de Productos Qumicos, Argentina, Buenos Aires, Julio de 2011.