TECNOLOGA QUMICA Vol. XXIX, No. 3, 200948

EFECTO DEL TRATAMIENTO MAGNTICO ENEMULSIONES DE PETRLEO MESA 30 CON DIFERENTES

EMULGENTESMelek Campos Sofia*, Jos Falcn Hernndez**, Alina Moro Martnez**

*Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado, Universidad de Oriente; **Facultad de Ingeniera Qumica,Universidad de Oriente

El Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado desarrolla investigaciones con el objetivo deincrementar la eficiencia en diferentes procesos industriales, mediante la aplicacin del tratamientomagntico. En este trabajo se evala su utilidad para los procesos de desalinizacin y deshidratacindel crudo en las refineras de petrleo, en los que es importante la separacin de la mayor cantidaddel agua emulsionada para mejorar la eficiencia de estos procesos. Actualmente en la refineraHermanos Daz, se procesa petrleo Mesa 30, por lo que se realiza un estudio del efecto deltratamiento magntico en el comportamiento de algunas de las variables del proceso dedeshidratacin del mismo, tales como empleo de emulgente, viscosidad, tamao y distribucin delas gotas de agua, por ciento de recuperacin de agua y estabilidad de las emulsiones. Se trataronemulsiones con un campo magntico de intensidad 0,15 T, se coloc una manguera de 0,005 m dedimetro entre los dos pares de caras polares del imn, manteniendo la velocidad de exposicinentre 0,5 m/s y 1,5 m/s. Se prepararon emulsiones con el agua previamente tratada magnticamentey emulsiones sin tratamiento, como control. En las emulsiones preparadas con petrleo ligero sintratamiento magntico no se observa separacin de fases cuando se incrementa la velocidad deagitacin, las mismas se mantienen estables durante el perodo evaluado. Sin embargo, cuandostas se prepararon a 600 rpm, con agua tratada magnticamente se observ la separacin de fasesy por consiguiente, el incremento de la recuperacin de agua.Palabras clave: reologa, emulsiones, petrleo.

National Center of Applied Electromagnetism conducts research to increase the efficiency invarious industrial processes, using the magnetic treatment. In this paper was evaluated theirusefulness to the processes of dehydration and desalting of crude oil refineries, where it is importantto the separation of the largest quantity of water emulsified to improve the efficiency of theseprocesses. Hermanos Daz Refinery is processing Mesa 30 oil, which is conducting a study of theeffect of magnetic treatment on the behavior of some of the variables of the dehydration process ofit, such as use of emulsifier, viscosity, size and distribution of water droplets, percentage of recoveryof water and emulsions stability. Emulsions were treated with a magnetic field intensity of 0,15 T,a hose of 0,005 m diameter, while maintaining the speed of exposure between 0,5 m/s and 1,5 m/s. Emulsions were prepared with water previously magnetically treated and untreated emulsions,as control. Emulsions prepared with light oil without magnetic treatment is not observed phaseseparation when it increases the speed of agitation, they remain stable during the assessmentperiod. However, when they were prepared to 600 rpm, with magnetically treated water wasobserved to phase separation and thus increasing the recovery of water.Keys word: rheology, emulsions, petroleum, magnetic treatment.

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Introduccin

El petrleo se transporta a la refinera o a unpuerto mediante oleoductos, en cualquiera de loscasos se mueve mediante agua. A pesar de lainmiscibilidad del agua y el petrleo se pueden

formar emulsiones sobre todo cuando elmovimiento es turbulento /1/. Antes deltransporte, en la decantacin se producen capasbien determinadas: arena, agua prcticamentel ibre de pe t r leo , emuls in y pe t r leorelativamente puro.

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La formulacin de emulsiones se basa en unconocimiento lo ms profundo posible de suscomponentes bsicos y de sus interrelaciones: lafase oleosa, la fase acuosa y el o los emulsionantes/2/. En algunos casos para que la emulsin presenteunas propiedades funcionales aceptables estambin fundamental utilizar algn tipo deestabilizante o estabilizador. La estabilidad fsicade una emulsin est condicionada por el resultadode un balance complejo de fuerzas de atraccin yrepulsin entre las gotas de fase dispersa,condicionado por las condiciones fisicoqumicasdel medio continuo /3/. Esto constituye una situacinproblmica a la cual se dedican diferentes trabajosinvestigativos.

La tecnologa de emulsin presentas ciertasventajas, sobre todo si se puede emplear un agenteemulsionante barato y se reducen los costos deseparacin del agua del petrleo, en caso de elloser necesario.

El Grupo de Emulsiones de la Universidad deOriente ha desarrollado agentes emulsionantes apartir de productos de la pirlisis de materialeslignocelulsicos, cuyo costo resulta menos de 10veces de los ofertados en el mercado.

El campo magntico puede tener efectos sobrela rotura o la estabilizacin de la emulsin y esescasa la informacin para su aplicacin en elcaso especfico de las emulsiones acuosas depetrleo /4/, por lo que se requiere de unainvestigacin exploratoria, en la cual el problemacientfico considerado resulta: La necesidad deconocer el efecto del campo magntico sobre laestabilidad de emulsiones acuosas de petrleo

El objetivo general de esta investigacin esdeterminar el efecto del campo magntico en elproceso de deshidratacin de las emulsionesacuosas de petrleo Mesa 30.

Desarrollo

Para el desarrollo de este trabajo se emplepetrleo Venezolano Mesa 30, utilizado para elprocesamiento en la Refinera Hermanos Daz.

Se emple Emulgente B, el cual tiene comobase bileo de pirlisis rpida, producido en Brasil.El mismo presenta un pH= 8,19. Se prepar al1 % y el pH = 7,29. Adems, se utiliz EmulgenteP, agente emulsionante aplicado en la preparacinde emulsiones acuosas de combustible Diesel, ytambin se ha aplicado y estudiado en emulsionesde petrleo crudo, petrleo combustible (Fuel oil),pinturas asflticas y otras fracciones del petrleo.Este producto se obtuvo de la mezcla de lasfracciones de pirlisis de materialeslignocelulsicos (alquitrn y cido piroleoso)alcalizadas con hidrxido de sodio y alcohol etlico.

El proceso de emulsificacin se realiz a escalade laboratorio utilizando un agitador mecnicocon velocidad regulable. El perodo de tiempoempleado para la agitacin fue de 15 m. De estaforma se logra una mayor dispersin de las gotasde agua en el petrleo.

De forma general, las emulsiones se prepararonsegn el diagrama de formacin de las emulsionesque se muestra en la figura 1. Las emulsiones seprepararon a 20 % de fase interna (agua).

Fig. 1 Diagrama de preparacin de las emulsiones petrleo en agua.

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Los procedimientos principales empleados enla preparacin de las emulsiones son los siguientes:

Emulsiones patrn

Para preparar una emulsin de agua en petrleose pesa el petrleo ligero en un beaker, secoloca en el agitador mecnico y se le aadelentamente 20 % de agua, mientras se agita deforma mecnica lentamente y luego, seincrementa la agitacin hasta alcanzar lavelocidad deseada, durante 15 min.

Emulsiones con emulgente P

Se prepara una solucin de agua con emulgenteP al 1 % cuyo pH = 5,07.

Las emulsiones son preparadas segn lametodologa de la figura 2.1.

Emulsiones con emulgente B

Se prepara una solucin de agua con emulgenteB al 1 % cuyo pH= 7,29 a 28,2 C.

Las emulsiones son preparadas segn lametodologa de la figura 1.

Para cada caso se prepararon emulsionessiguiendo los mismos pasos empleando aguatratada magnticamente variando la velocidaddel fluido a travs del campo magntico(0,5 m/s, 1 m/s y 1,5 m/s).

A todas las emulsiones se les determin elcomportamiento reolgico con el viscosmetro.

Despus, se dejaron en reposo en el embudoseparador para determinar el porciento derecuperacin de agua.

Mediante el mtodo de observacin microscpicase determin el tamao de las gotas de agua enlas emulsiones.

Se determin la estabilidad de las emulsiones enel perodo de tiempo evaluado mediante elmtodo de agitacin de la emulsin.

El tratamiento magntico a las emulsiones y alagua se realiz en un magnetizador de campohomogneo de Induccin magntica de 0,15 T.

Se realizaron experimentos variando lavelocidad de agitacin a la hora de preparar lasemulsiones:

Se determin la velocidad de agitacinadecuada (600 rpm) y se realizaron experienciaspreparando las emulsiones empleando agua tratadamagnticamente variando la velocidad deexposicin al campo magntico de la misma.

Se realizaron tres rplicas de cada uno de losexperimentos.

Resultados y discusin

Para todas las emulsiones preparadas sedetermin el gradiente de velocidad () y esfuerzocortante (). En la figura 2 se muestra elcomportamiento reolgico de las mismas.

Como se puede apreciar, a medida queaumenta la velocidad de agitacin, al prepararemulsiones que no poseen agente emulsionanteexterno, se incrementa la viscosidad del sistema,por lo que existe una mayor dispersin del aguadentro del petrleo.

Este comportamiento se repite para lasemulsiones preparadas con emulgente B al igualque las anteriores, para 1 200 rpm y 2 000 rpm elcomportamiento es lineal. Sin embargo, a 600rpm, los valores se ajustan a una curva potencial.

1. E -600 rpm 2. E- 1 200 rpm 3. E- 2 000 rpm 4. EB- 600 rpm 5. EB- 1 200 rpm

6. EB- 2 000 rpm 7. EP- 600 rpm 8. EP- 1 200 rpm 9. EP- 2 000 rpm

1. E- Sin tto. 2. EP- Sin tto. 3. EB- Sin tto. 4. E- 0,5 m/s 5. EP- 0,5 m/s 6. EB- 0,5 m/s

7. E- 1 m/s 8. EP- 1 m/s 9. EB- 1 m/s 10. E- 1,5 m/s 11. EP- 1,5 m/s 12. EB- 1,5m/s.

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Las emulsiones preparadas con 1 % deemulgente P mantienen su comportamientolineal, independientemente de la velocidad deagitacin empleada. Adems, se cumpleigualmente que a mayor velocidad de agitacinaumenta la viscosidad de las mismas.

En general, independientemente del tipo deemulgente y de su empleo o no , e lcomportamiento reolgico de las emulsionespreparadas es similar. Sin embargo, para cadauno de los casos estudiados, la viscosidad delas emulsiones aumenta con el incremento de lavelocidad de agitacin y, por consiguiente, laestabilidad de la emulsin. Este criterio coincidecon lo referido en la literatura por varios autores/5/.

En las emulsiones sin emulgente y en laspreparadas con emulgente B a 600 rpm, lasl neas de tendencia potencial ajustan ydescriben satisfactoriamente como funcin y =axb, para la cual se obtuvo que R2 = 0,994 3, yR2 = 0,995 7, respectivamente. Esta funcincoincide con el modelo de Ostwald de Waelepara y = t, a = k, x = g, y b = n. Este ajuste se

realiz con el programa profesional MicrosoftOffice Excel 2003.

Distribucin y tamaos de gotas dela fase dispersa en la emulsin

Se debe destacar que en el caso de lasemulsiones preparadas con agua tratadamagnticamente, sin emulgente, existe unatendencia a la aparicin de gotas alargadas,como consecuencia de lo cual se produce laseparacin de agua en las mismas.

En la figura 3 se muestra el comportamientode l t amao de gotas observadomicroscpicamente para las emulsionespreparadas, lo cual confirma lo planteadoanteriormente.

Los tamaos de gotas de las emulsiones sinemulgente se encuentran entre 31-93 m; paralas de emulgente P, entre 9,1-15,5 m y algunasmayores de hasta 46,5 m y para las preparadascon emulgente B, alrededor de 15,5 m, aunquese encuentran gotas entre 46,5-62 m.

En la figura 4 se observan muestrasfotogrficas de las emulsiones preparadas conagua tratada magnticamente a 1 m/s. Lasemulsiones sin emulgente presentan tamaos de

Fig. 2 Influencia de la velocidad de agitacin en las emulsiones preparadas.

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gotas alrededor de 77,5 m, aunque se producengotas de hasta 155 m. Con emulgente P seproducen gotas de 31-62 m y algunas llegan atener 155 m. Las emulsiones con emulgente B,producen gotas alrededor de 77,5 m.

En la figura 5 las emulsiones preparadas conagua tratada magnticamente a 1,5 m/s, muestran

que para las que no tienen emulgente los tamaosde gotas se encuentran entre 31-46,5 m y sellegan a producir gotas hasta de 71,3 m. Conemulgente P se obtienen tamaos de gotas entre31-108,5 m, y algunas gotas de 186 m. Sinembargo, las de emulgente B entre 31-40,3 m yse llegan a producir gotas de 55,8 m.

Fig. 3 Microfotografa de emulsiones variando el tipo de emulgente, con agua tratadamagnticamente a 0,5 m/s.

E-0,5 m/s EP- 0,5 m/s EB-0,5 m/s

E- m/s EP- 1 m/s EB-1 m/s

Fig. 4 Microfotografa de emulsiones variando el tipo de emulgente, con agua tratadamagnticamente a 1 m/s.

Fig. 5 Microfotografa de emulsiones variando el tipo de emulgente, con agua tratadamagnticamente a 1,5 m/s.

E-1,5 m/s EP- 1,5 m/s EB-1,5 m/s

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La distribucin y tamaos de gotas de agua enlas emulsiones influye en la separacin de agua,de ah la importancia de determinar este parmetro,determinante en la estabilidad de las emulsiones.

Separacin de agua

Se analiz la influencia de la velocidad en eltratamiento magntico de agua para la preparacinde emulsiones.

En las emulsiones preparadas sin emulgente sesepara alrededor del 80 % de agua y, a pesar deque a 0,5 m/s se incrementa la separacin de aguaa 91 %, estas diferencias no son estadsticamentesignificativas.

En las emulsiones preparadas con emulgenteP, las cuales fueron tratadas magnticamente adiferentes velocidades de exposicin, se obtuvoque a pesar de que es mayor la cantidad de aguaseparada cuando se emplea el tratamientomagntico, las diferencias no son estadsticamentesignificativas en todos los casos, y se separamenos del 20 % de agua.

El por ciento de agua separada en las emulsionespreparadas con emulgente B al 1 %, tratadomagnticamente a diferentes velocidades deexposicin se encuentra alrededor de 70 % y noexisten diferencias estadsticamente significativasentre los tratamientos.

A pesar de que hasta el momento no se reportandiferencias significativas para los diferentestratamientos en un mismo tipo de emulsin, s sepueden apreciar diferencias estadsticamentesignificativas para un mismo tratamiento entre losdiferentes tipos de emulsiones.

Este comportamiento se repite en el caso delos tratamientos a 1 m/s y a 1,5 m/s, apareciendodiferencias estadsticamente significativas entrelas emulsiones con emulgente P y las deemulgente B.

En la figura 6 se observa el comportamiento larecuperacin de agua, para todas las emulsionesa diferentes velocidades de exposicin al campomagntico. Se muestra cmo el tratamientomagntico empleado con emulgente P, al aumentarla velocidad de exposicin al campo magnticoproduce una disminucin en el por ciento deseparacin de agua, manifestndose el efectocontrario a lo que ocurre con el emulgente B.

En general, independientemente de que paralas emulsiones con tratamiento magntico, seincrementan la frecuencia de aparicin de gotasde mayor dimetro, en el caso de las que contienenemulgente P, esto no conlleva a la unin de lasmismas ni a que se produzca la coalescencia,como ocurri en las otras emulsiones. Esto sedebe a que las gotas mayores tenan una frecuenciade aparicin menor que en ese caso.

Fig. 6. Influencia del TM a diferentes velocidades y emulgentes.

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Al parecer, en las emulsiones sin emulgente yen las que contienen emulgente B, el campomagntico influye en que se produzcan lasinteracciones a nivel de la emulsin, es decir, anivel del agua contenida en ellas, esta debe ser lacausa de que se separe mayor cantidad de aguaen menor tiempo. Sin embargo, en el caso de lasemulsiones con emulgente P, estas interaccionesse trasladan a la interfase creando unreforzamiento de las caractersticas mecnicasde la misma, esto se puede apreciar en la figura 7;lo que permite que se mantengan estables duranteun tiempo ms prolongado.

Fig. 7 Microfotografa de unaemulsin con emulgente P, con agua

tratada magnticamente a 1,5 m/s.

comportamiento de la emulsin y en el por cientode separacin de agua cuando se vara el tipo deemulgente.

Las emulsiones preparadas con agitacin de600 rpm, y 0,5 m/s de tratamiento magnticomuestran un ligero aumento en la separacin deagua respecto a las dems (alrededor de 91 %).Esto es de utilidad para los procesos como ladesalinizacin y la deshidratacin del crudo en lasrefineras de petrleo en los que es importante laseparacin de la mayor cantidad del aguaemulsionada posible para mejorar la eficiencia delproceso de destilacin.

Bibliografa1. Hunter R. J., "Foundation of Colloid Science.

Second Edition. University Press, Oxford, NewYork, 2007.

2. Muoz, Jos y col. Avances en la formulacinde emulsiones, 2007. Grasas y Aceites, 58 (1),ISSN: 0017-3495, p. 64-73.

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5. Wu X. Investigating the Stability Mechanism ofWater-in-Diluted Bitumen Emulsions throughIsolation. Energy and Fuels, 17, pg. 179-190.2003.

ConclusionesEn el rango de experimentacin empleado, la

aplicacin del tratamiento magntico de 0,15 Tproduce un efecto significativo en el