Modelo para estudiar la eficiencia de aditivos que inhiben la aglomeración y el crecimiento de los asfaltenos del petróleo
Los asfaltenos contenidos en el petróleo crudo pueden desencadenar su aglomeración e incrementar la viscosidad, lo cual dificulta su transporte y manejo en las refinerías.
Introducción
Los asfaltenos son considerados las fracciones pesadas del crudo, se encuentran dispersos y, gracias a la presencia de resinas, forman una estructura de micelas. Ver figura 1.
Asimismo, son solubles en disolventes polares como el tolueno, pero insolubles en disolventes no polares como el n-heptano o el n-pentano.
La precipitación de estos hidrocarburos es un fenómeno provocado tanto por el cambio de tamaño como por el cambio de la carga. Los aglomerados generan incremento en la viscosidad, modificación de las fases e incluso pueden ocasionar precipitación, separación o hasta deposición de partículas. Un estudio reveló que cuando el crudo contiene mayor cantidad de saturados y baja cantidad de aromáticos, las resinas tienden a precipitar y viceversa.
Los asfaltenos de gran tamaño causan incremento en la viscosidad durante su producción, transportación y proceso de refinación; incluso en ocasiones es imposible bombearlos y hasta llegan a dejar sin flujo, tapan la tubería y detienen la operación. Actualmente se utilizan aditivos que inhiben la aglomeración de los asfaltenos, disminuyendo o evitando dicho fenómeno. Tales aditivos consisten en nano emulsiones, nano partículas y nano fluidos que frecuentemente tienen un tamaño menor a 100 nanómetros (nm).
Esta aplicación muestra cómo evaluar la eficiencia del aditivo. En el ejemplo que se presenta se utilizó tolueno y heptano a diferente proporcion, simulando la polaridad de los aditivos.
Ejercicio o desarrollo experimental
Solución madre de petróleo crudo en tolueno 1 mg / ml, a partir de la cual se prepararon cinco soluciones: M0, M1, M2, M3 y M4, modificando la proporción de n-heptano y tolueno. Todos los disolventes se filtraron a través de una membrana con tamaño de poro de 0.02 micrómetros, micrones o micras (µm).
Las muestras se analizaron utilizando el instrumento Litesizer 500. Se usaron celdas de cuarzo a temperatura de 20 °C y con un ángulo de 175 ⁰. La posición del filtro y el foco se optimizaron automáticamente por el instrumento Litesizer 500. En la tabla 2 se muestra la composición de cada muestra.
De manera independiente se midieron las soluciones heptano/tolueno para registrar la viscosidad y el índice de refracción a 20 ⁰C. Ver tabla 1.
Resultados y discusión
La captura de los datos y los resultados, se realizaron empleando el software Kalliope, y están expresados en radio hidrodinámico en nanómetros para cada muestra.
Se anexan los gráficos de un ejemplo donde se puede ver cómo al ir modificando la proporción del disolvente no polar, se va generando incremento en el tamaño de la partícula. La polidispersidad también aumenta, debido a la presencia de más de una población y en la solución M4 se reporta un tamaño de partícula mayor a una micra, en tanto la polidispersidad se reduce.
En la tabla 3, se muestran dos tipos de petróleo crudo, donde la partícula llega a crecer hasta 1.193 micras, y la tabla 4 refleja un crecimiento de hasta 1.801 micras.
Puede observarse la capacidad del instrumento Litesizer Anton Paar para detectar un tamaño menor a un nm, el cual corresponde a la solución M0 de la tabla 3, tabla 4 y figura 2. El programa informático Kalliope muestra las gráficas de las diferentes poblaciones, evalúa la polidispersidad y reporta el diámetro hidrodinámico.
Cada mezcla de disolvente genera diferente polaridad y eso provoca un tamaño de partícula distinto. M2 y M3 son muestras inestables. Sin embargo, M4 regresa a la estabilidad, partícula grande mayor a una micra y reduce la polidispersidad. La evaluación de la eficiencia de un aditivo que inhiba la viscosidad y el crecimiento de asfaltenos reduce el tamaño de la solución M4 y lo mantiene estable.
Dentro de nuestra experiencia, en Anton Paar se han probado aditivos que reducen el tamaño de M4 hasta 40 por ciento.
Conclusiones
Utilizando el Litesizer 500 y este protocolo experimental, se puede conocer la eficiencia de un aditivo con muestra M4 para comparar su eficiencia contra una muestra M4 sin inhibidor.
H3 – Gráficos del software Kalliope
