Obtención de las distribuciones de tamaño de partículas en el umbral de precipitación de asfaltenos de crudos de petróleo. influencia del uso de aditivos

Abstract

La producción y refino del petróleo supone un difícil reto para la industria petrolera, especialmente en los últimos años, ya que, debido a su escasez, se explotan cada vez pozos más profundos y crudos más pesados. Estos crudos contienen elevadas cantidades de asfaltenos y parafinas, cuya tendencia a precipitar ocasiona múltiples problemas en la extracción y procesado del petróleo. Los asfaltenos se definen en función de la solubilidad como la fracción orgánica del petróleo que es insoluble en disolventes parafínicos de cadena lineal como el nheptano y soluble en tolueno y otros solventes como disulfuro de carbono y cloroformo. Sus moléculas están formadas por anillos aromáticos ligados con cadenas alquílicas y cicloalcanos, concentrando la mayoría de los heteroátomos presentes en un crudo, tales como nitrógeno, azufre y oxígeno, y más de un 90% de los metales, principalmente hierro, níquel y vanadio. Cabe destacar que durante las etapas de exploración y producción del crudo de petróleo de un yacimiento, los asfaltenos, debido a una variación en la presión del sistema en un punto localizado de la tubería, pueden dificultar considerablemente el proceso, desestabilizándose y depositándose en ese punto. La estabilidad de los asfaltenos también puede estar influenciada por la mezcla de distintos crudos de petróleo de diferente naturaleza en una única corriente durante el transporte o en la refinería. El objetivo del proyecto se basa en el estudio de la agregación de asfaltenos al provocar su precipitación con disolventes parafínicos en las inmediaciones del punto inicial de precipitación y la influencia de aditivos sobre ella mediante mediciones de reflexión de un haz de láser siguiendo la técnica FBLR, Focused Beam Laser Reflectance. Cuando el haz incide sobre la muestra de los crudos con partículas sólidas de asfaltenos, el equipo calcula las longitudes de cuerda, permitiendo obtener una medida cuantitativa del tamaño de las partículas en un sistema dinámico por acumulación en un tiempo. El cálculo del tamaño de partículas de asfaltenos está basado en un modelo teórico de partículas esféricas de Hukkanen y Braatz. Asimismo, se han utilizado tres técnicas para caracterizar los dos crudos de partida: la resonancia magnética nuclear de protón (RMN,H+), osmometría de presión de vapor (OPV) y espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR). Para analizar la influencia de aditivos, se han estudiado las distribuciones de tamaños de partículas de asfaltenos y cinéticas a partir del punto inicial de precipitación para ambos crudos con tres aditivos distintos en concentraciones diferentes. Se destaca para ambos crudos que el punto de precipitación de asfaltenos aumenta a medida que aumenta la concentración de aditivo añadido. En las cinéticas se puede analizar para cada caso cual es la concentración crítica de cada aditivo, siendo distinta para cada uno de ellos, por la diferente naturaleza de los mismos. La baja homogeneidad y elevada viscosidad del crudo A no ha permitido la obtención de resultados concluyentes. En cambio el uso del crudo B, de naturaleza parafínica y menor aromaticidad ha permitido determinar cual es la mejor concentración para cada uno de los aditivos. De esta forma, el aditivo A 3, inhibidor del crecimiento de asfaltenos, presenta una cierta actividad ya en bajas concentraciones (25 ppm). Para los otros aditivos (A 1 y A 2), que presentan una actividad dispersante sobre los asfaltenos formados, las concentraciones necesarias para observar su efecto en las distribuciones de tamaño de partícula (DTP) ha de ser mayor, de 50 y 100 ppm respectivamente. Se determina que un aditivo comienza a actuar evitando la deposición de asfaltenos cuando las DTP se desplazan a valores del máximo de partículas cada vez más pequeñas, es decir, cuando el tamaño de los asfaltenos disminuye pero su número aumenta. Para ambos crudos al aumentar la concentración de aditivo, aumenta el valor de la relación de umbral. Se ha realizado la mezcla de los dos crudos del estudio den porcentajes distintos determinándose tanto las DTP como las cinéticas de agregación en el umbral. Además, también se ha determinado a modo comparativo el umbral mediante microscopía. Se ha observado que todas las mezclas presentan un valor de umbral de precipitación de asfaltenos inferior al que tiene cada crudo por separado, es decir, los asfaltenos de las mezclas son menos estables, siendo este efecto mayor cuanto mayor es el porcentaje del crudo más ligero y parafínico, el crudo B. Como conclusión se puede decir que la técnica FBLR permite determinar las DTP de asfaltenos en un crudo así como las cinéticas de agregación de los mismos. Mediante estas medidas se puede estudiar el efecto de diferentes aditivos sobre la estabilidad de los asfaltenos determinándose la concentración crítica para cada uno de ellos, siempre que el crudo no presente elevadas heterogeneidades. El uso de este equipo permite también el estudio de mezclas de crudos en la misma dirección.