Princípio dos desemulsificantes e suas aplicações

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Este tópico foi editado pela última vez por sdos34 em 2016-6-2, às 11:59. Princípios e aplicações dos demulgentes. Demulgentes são substâncias utilizadas para separar sólidos de soluções aquosas. Como alguns sólidos são difíceis de se dissolver em água, quando um ou vários desses sólidos estão presentes em grandes quantidades em uma solução aquosa, sob a ação de forças hidráulicas ou de outros fatores externos, esses sólidos podem permanecer na forma de emulsão na água, formando assim uma mistura turva. Teoricamente, esse sistema é instável. No entanto, na presença de alguns surfactantes (como partículas de solo), o estado de emulsão torna-se muito grave, tornando difícil a separação das duas fases. Um exemplo típico disso é a mistura de óleo e água na separação de óleos e águas, bem como a mistura de água e óleo no tratamento de esgotos. Nesses casos, formam-se estruturas relativamente estáveis de óleo envolvendo água ou água envolvendo óleo. A base teórica para isso é a “estrutura de dupla camada elétrica”. Nesse caso, são adicionados alguns agentes químicos para destruir a estrutura estável do duplo camada elétrica, bem como para estabilizar o sistema emulsificado, com o objetivo de conseguir a separação das duas fases. Os agentes utilizados para destruir a emulsão são chamados de desemulsionantes. Uso principal: O desemulsificante é uma substância surfactante que permite a destruição da estrutura líquida em estado de emulsão, com o objetivo de separar as diferentes fases presentes na emulsão. A desemulsificação do petróleo bruto refere-se ao uso de agentes desemulsionantes, cuja ação química permite separar o óleo e a água presentes em uma mistura em estado de emulsão. Dessa forma, é possível eliminar a água presente no petróleo bruto, garantindo assim que as condições de umidade do petróleo sejam adequadas para seu transporte. Para uma separação eficaz entre a fase orgânica e a fase aquosa, um dos métodos mais simples é utilizar desemulsificantes, que eliminam a formação de uma interface de emulsão com certa resistência, permitindo assim a separação das duas fases. No entanto, diferentes desemulsionantes têm capacidades diferentes para desemulsionar a fase orgânica. O desempenho do desemulsionante afeta diretamente a eficácia da separação das duas fases. No processo de produção da penicilina, um passo importante é a extração da penicilina do líquido resultante da fermentação, utilizando solventes orgânicos (como o butirato de ácido acético). Como o líquido de fermentação contém proteínas, açúcares, micélios e outras substâncias complexas, a interface entre a fase orgânica e a fase aquosa não é clara, formando uma zona de emulsão que afeta significativamente a taxa de obtenção do produto final. Para isso, é necessário usar um desemulsificante para quebrar a emulsão, eliminando o fenômeno de emulsão e permitindo uma separação rápida e eficaz das duas fases. Emulsificantes desemulsionizantes comuns: Atualmente, os emulsificantes desemulsionizantes não iônicos mais utilizados nos campos petrolíferos são os seguintes: 1. Emulsificantes desemulsionizantes do tipo SP. O componente principal desses emulsificantes é o éter de polioxietileno e poliopropileno octadecanol. Sua estrutura teórica é R(PO)x(EO)y(PO)zH, onde EO representa polioxietileno ； PO-Polióxipropileno ； R-alcoóis graxos ； x, y, z – Grau de polimerização. O demulsificante do tipo SP tem aparência de substância pastosa de cor amarelo-claro, com valor de HLB entre 10 e 12; é solúvel em água. Os demulsificantes não iônicos do tipo SP apresentam um bom efeito de demulsificação em petróleo bruto à base de parafina. Sua parte hidrofóbica é composta por cadeias de hidrocarbonetos com 12 a 18 átomos de carbono. Já seu grupo hidrofílico permite que a molécula se ligue à água por meio de ligações de hidrogênio, formadas pelos grupos hidroxila (-OH) e éter (-O-) presentes na molécula. Como os grupos hidroxila e éter possuem baixa capacidade de hidratação, apenas um ou dois desses grupos não são suficientes para fazer com que as cadeias de hidrocarbonetos com 12 a 18 átomos de carbono se tornem hidrofóbicas em meio aquoso. É necessário ter vários desses grupos hidrofílicos para que haja solubilidade na água. Quanto maior o peso molecular do desemulsionante não iônico, quanto mais longa for sua cadeia molecular e quanto mais grupos hidroxila e éter ela possuir, maior será sua força de tração, e maior será sua capacidade de desemulsionar emulsões de petróleo bruto. Outra razão pela qual o desemulsionante do tipo SP é adequado para petróleo bruto à base de parafina é o fato de que esse tipo de petróleo não contém ou contém muito pouco gelatina e asfaltenos. Além disso, há poucos surfactantes lipofílicos nele, e sua densidade relativa é baixa. Para petróleo bruto com alto teor de goma e asfalteno (ou com umidade superior a 20%), a capacidade de desemulsificação dos desemulsionantes do tipo SP é menor. Isso se deve à estrutura molecular simples desses desemulsionantes, que não possuem estruturas ramificadas ou aromáticas. 2. Desemulsificantes do tipo AP: Os desemulsificantes do tipo AP são poliolefinopoliaminas que atuam como iniciadores, sendo, na verdade, polióxietileno-polioxipropileno-poliesteres. Trata-se de surfactantes não iônicos de estrutura molecular ramificada, cuja fórmula é: D(PO)x(EO)y(PO)zH. Onde: EO = polióxietileno ； PO-Polióxipropileno ； R-alcoóis graxos ； D-Polietilamina: grau de polimerização x, y, z. Os desemulsificantes do tipo AP são utilizados para desemulsionar emulsões de petróleo bruto à base de parafina. Seu desempenho é melhor do que o dos desemulsificantes do tipo SP. Eles são mais adequados para desemulsionar petróleo bruto com teor de água acima de 20%, além de permitirem uma desemulsificação rápida mesmo em condições de baixa temperatura. Enquanto os desemulsionantes do tipo SP conseguem realizar a desemulsificação em 55–60°C, em um período de 2 horas, os desemulsionantes do tipo AP precisam apenas de 45–50°C e de 1,5 hora para realizar essa função. Isso se deve às características estruturais das moléculas dos desemulsionantes do tipo AP. O agente de iniciação, a polietileno-poliamina, determina a estrutura molecular: as cadeias moleculares são longas e possuem muitos ramificações, o que confere uma maior capacidade hidrofílica em comparação com os desemulsificantes do tipo SP, cuja estrutura molecular é mais simples. As características de suas múltiplas cadeias determinam que os desemulsificantes do tipo AP possuem um alto poder de umidificação e penetração. Quando se desemulsiona uma emulsão de petróleo bruto, as moléculas dos desemulsificantes do tipo AP conseguem penetrar rapidamente na membrana que separa o óleo da água. Isso permite que elas ocupem uma área de superfície maior do que as moléculas dos desemulsificantes do tipo SP, que formam uma membrana monomolecular vertical. Por isso, é necessário usar menos desses desemulsificantes, e o efeito de desemulsificação é ainda melhor. Atualmente, esse tipo de desemulsionante é um dos desemulsionantes não iônicos mais utilizados no campo petrolífero de Daqing. 3. Desemulsificante do tipo AE: O desemulsificante do tipo AE é um polioleito-polipropileno-poliéter, cujo agente de iniciação é a polietilenopoliamina. Trata-se de um surfactante não iônico de estrutura ramificada. Em comparação com os demulsificantes do tipo AP, o que difere os demulsificantes do tipo AE é o fato de serem polímeros de dois estágios, com moléculas pequenas e ramificações curtas. A fórmula estrutural molecular é: D(PO)x(EO)yH, onde: EO = polioxietileno; PO = polioxipropileno; D = polivinilpoliamina ； x, y – Grau de polimerização. Embora haja grandes diferenças na estrutura molecular dos demulsificantes do tipo AE e do tipo AP, suas composições moleculares são as mesmas; a diferença está apenas na quantidade de monômeros utilizados e na ordem de polimerização. (1) Nos dois tipos de desemulsificantes não iônicos, a quantidade de matéria-prima utilizada na parte inicial e na parte final da sua estrutura é diferente, o que faz com que o comprimento das moléculas resultantes também seja diferente. (2) As moléculas dos emulsionantes do tipo AP são de estrutura bifásica; o polietilenopoliamina atua como agente iniciador, e ele se polimeriza com polioxietileno e polioxipropileno para formar um copolímero em blocos. Já as moléculas dos emulsionantes do tipo AE também são de estrutura bifásica, mas o polietilenopoliamina atua como agente iniciador, e ele se polimeriza com polioxietileno e polioxipropileno para formar um copolímero de duas fases. Portanto, as moléculas dos emulsionantes do tipo AP devem ser mais longas do que as moléculas dos emulsionantes do tipo AE. O tipo AE é um desemulsionante para petróleo bruto com estrutura de dois segmentos e vários componentes, sendo igualmente adequado para a desemulsão de emulsões de petróleo bruto rico em asfaltenos. Quanto maior a quantidade de surfactantes lipofílicos no petróleo bruto à base de asfalto, maior será a viscosidade. Além disso, a diferença de densidade entre o óleo e a água é menor, o que torna mais difícil a separação dos dois. Além disso, o desemulsionante do tipo AE permite uma velocidade rápida de desemulsificação. Ao mesmo tempo, o desemulsionante do tipo AE também é um bom agente para prevenir a formação de cera e reduzir a viscosidade. Devido à sua estrutura molecular ramificada, é fácil que se formem redes microscópicas. Isso faz com que os cristais de parafina já presentes no petróleo bruto fiquem presos nessas redes, impedindo que eles se movam livremente e se conectem entre si. Assim, forma-se uma estrutura em rede de parafina, o que reduz a viscosidade e o ponto de congelamento do petróleo bruto. Além disso, isso impede a aglomeração dos cristais de parafina, alcançando assim o objetivo de prevenir a formação de ceras. 4. Desemulsificantes do tipo AR: Os desemulsificantes do tipo AR são um novo tipo de desemulsificante não iônico solúvel em óleo, formado a partir da resina alquilfenolftalâmica (resina AR) combinada com polioxietileno e polioxipropileno. Seu valor HLB fica entre 4 e 8, e a temperatura necessária para sua ação desemulsificante é de 35 a 45°C. A fórmula estrutural molecular é: AR(PO)x(EO)y H, onde: EO = polioxietileno ； PO-Polióxipropileno ； Resina AR ； x, y, z – Grau de polimerização. Na síntese dos desemulsificantes, a resina AR atua tanto como agente iniciador quanto faz parte das moléculas do desemulsificante, funcionando como grupo lipofílico. As características dos desemulsificantes do tipo AR são as seguintes: suas moléculas são pequenas, o que permite que eles tenham bons efeitos de dissolução, difusão e penetração quando o ponto de congelamento do petróleo bruto é superior a 5°C. Isso faz com que as gotas de água emulsionadas se aglomerem. Eles conseguem remover mais de 80% da água presente no petróleo bruto, cujo teor de umidade está entre 50% e 70%, em um período de 45 minutos, a temperaturas inferiores a 45°C. Isso é algo que os desemulsificantes do tipo SP e AP não conseguem fazer.