Manejo de Emulsiones UNAM

8/16/2019 Manejo de Emulsiones UNAM

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Teoría de Emulsiones)


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Emulsiónes

Combinación de dos líquidos inmiscibles, uno disperso en otro.


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Emulsión

• Combinación de dos líquidos inmiscibles, uno disperso en otro.• Las partículas dispersas pueden ser muy pequeñas

• Emulsión estable: Se rompe solo con tratamiento

• Emulsión Inversa: Partículas de aceite dispersas en fase contínua agua

Elementos para la formación de emulsiones

• Agua (Fase contínua o dispersa)

•

Aceite (Fase contínua o dispersa)• Agente Emulsificante (asfaltenos, resinas, ácidos orgánicos, sales, sedimentos, etc.)

• Agitación


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Características de las emulsiones

• Apariencia comúnmente café pajizo (ni agua ni aceite)

• Viscosidad generalmente mayor que la del agua y la del aceite

• Diámetro de partículas dispersas: 10 a 500 micras

• Partículas rodeadas por película generada por diferencias de tensiones

superficiales

• Estabilidad en función del tamaño de partículas



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Factores que afectan estabilidad de las emulsiones

• Grado de agitación

• Viscosidad del aceite

• Tiempo

• pH de la fase acuosa

Elementos para tratamiento de las emulsiones

• Agente químico

• Calor

• Tiempo de asentamiento• Otros (electricidad, dispositivos mecánicos, diluyentes)



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Tratamiento de crudo


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Esquema de sistema para tratamiento de crudo


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Factores a considerar al seleccionar un sistema de tratamiento

•Características de la emulsión

•Densidad relativa del crudo y el agua producida

•Características corrosivas del crudo , del agua producida del gas asociado

•Tendencia del agua producida a la deposición de sólidos y generación de

incrustaciones

•Volúmenes de fluidos a tratar y contenido de agua en el crudo

•Tendencia del crudo a la depositación de parafinas y asfaltenos

•Presiones de operación en los equipos.


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Procedimiento para establecer proceso de tratamiento

Determinar :

•Tiempo y cantidad de químicos

•Temperatura a calentar

•Dimensiones de equipo para asentamiento

Pruebas de Botella• Obtener muestra fresca representativa de la emulsión

• Medir pequeñas porciones de la muestra en cierto número de botellas

• Agregar pequeñas cantidades de los reactivos a evaluar.

• Agitar para mezclar el reactivo con la emulsión.

• Observar lo que ocurre, durante varios minutos.

•

Si no se observa presencia de agua, colocar botellas en baño maría para definirrequerimientos de calor.

• Lograda la separación tomar muestras de aceite,

• Centrifugar y determinar grado de limpieza para el mejor reactivo.



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Pruebas de Botella


Shirley MARFISI y Jean Louis SALAGER


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Inyección de reactivos químicos

Mecanismo : Floculación

(Romper y desplazar película emulsificante que rodea gota de agua)

Puntos de apl icación : (depende del tipo de agente químico)

•

Fondo de pozo• Cabeza de pozo

• Batería de separación (preferible antes de estrangulador de línea al separador)

• Cabezal de llegada de pozos

• Planta de deshidratación

• Preferible inyectar producto químico soluble en agua después de separarla• Dosificación típica: 1-5 gal / 1000 bl de emulsión

• Sobredosificación de producto puede producir emulsión mas dura



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Calentamiento de las emulsiones

Efectos:

• Debilita película que rodea partícula de agua

• Disminuye viscosidad del aceite

• Promueve diferencia de densidades

Inconvenientes:

• Equipo caro

• Consumo de combustible

• Personal especializado• Cierto grado de peligrosidad

• Encogimiento del crudo

• Mayor velocidad de corrosión

• Mayor tendencia a depositación de incrustaciones



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Temperature Effects


• Reduces the viscosity of the oil phase allowing more rapid settling

velocities.

• Dissolve the small crystals of paraffin and asphaltenes and thus

neutralizing their effect as potential emulsifiers.

• Treating temperatures normally range from 100-160 0F. In treating of heavy

crudes the temperature may be as high as 300¡F.

• Can cause a significant loss of the lower boiling point hydrocarbons (light

ends). This results in a "shrinkage" of the oil, or loss of volume.

• It make the crude oil recovered in the storage tank heavier, and thus

decreasing its value.

• It takes fuel to provide heat and the cost of fuel must be considered.


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Viscosity-temperature graph for crude oils

Fig. 6-4 Arnold


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Fig. 6-5 Arnold

Percent loss by volume vs. temperature


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Fig. 6-6 Arnold

API gravity loss vs. temperature


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Fig.6-7 Arnold

Relationship of specific gravity with temperature


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Gravity Loss 0API vs Per Cent Loss by Volume


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Viscosity vs Temperature for various API gravity oils


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Heat Input Equations

• The heat input and thus the fuel required for treating depend on thetemperature rise, amount of water in the oil, and flow rate.

• It requires about twice as much energy to heat water as it does to heat oil. For

this reason, it is beneficial to separate any free water from the emulsion to be

treated.

General heat transfer equation is expressed by:

q = heat (Btu/hr)

W = flow rate (Ib/hr)

c = specific heat (Btu/lb-0F) (approximately 0.5 for oil and 1.0 for water)

AT = temperature increase (0F)

Since water weighs 350 Ib/bbl,

Ql = liquid flow rate (bpd)


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Heat Input Equations

The total energy required to heat the stream is determined from:

qo = energy required to heat the oil

= [(350/24) SGo Qo] (0.5) ATqw = energy required to heat the water

= [(350/24) SGw Qw] (1.0) AT

qlost = energy lost to surroundings, assume 10% of total heat input (q)

Assuming that the free water has been separated from the emulsion, the water

remaining is less than 10% of the oil, and the treater is insulated to minimize heatlosses, the required heat input can be determined from


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Water Droplet Size and Retention Time

• The droplet diameter is the most important single parameter to control to

aid in water settling since this term is squared in the settling equation.

• A small increase in diameter will create a much larger increase in settling

rate.

• It would be extremely rare to have laboratory data of droplet coalescence

for a given system.

• Qualitatively we would expect droplet size to increase with retention time in

the coalescing section, and with heat input, which excites the system

leading to more collisions of small droplets.

• Droplet size could be expected to decrease with oil viscosity, which inhibits

the movement of the particles and decreases the force of the collision.


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Tratadores de emulsión

• Separación de aceite y gas

• Eliminación de agua libre

• Calentamiento

•

Agua de lavado• Filtrado

• Estabilización

• Intercambio de calor

• Campo electrostático

• Tratadores convencionales o térmicos (Verticales, horizontales)

• Tratador termoquímico (Reactivo químico y calor)

• Tratador termoelectroquímico (Calor, agente químico, campo eléctrico)

Seccion es dependiendo de requerimientos d el proceso



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Dispositivos de calentamiento directo

Apl icaciones:

• Emulsiones no corrosivas

•Baja presión

•Gasto constante

Tipos:

•Hornos de calentamiento

•Calentadores con tubos concéntricos

•Calentadores con cámara de combustión interna

•Tanques calentadores/de asentamiento


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