El mecanismo de los demulsionantes de petróleo crudo se basa en el principio de transferencia de fase-deformación inversa. Al añadir un demulsionante, se produce una transición de fase: surgen surfactantes capaces de generar un tipo de emulsión opuesto al formado por el emulsionante (conocidos como demulsionantes de fase inversa). Estos demulsionantes reaccionan con emulsionantes hidrófobos para formar complejos, despojando así al emulsionante de su capacidad emulsionante.
Otro mecanismo es la ruptura de la película interfacial por colisión. Bajo condiciones de calentamiento o agitación, el demulsionante tiene amplias posibilidades de colisionar con la película interfacial de la emulsión, ya sea adsorbiéndose en ella o desplazando y reemplazando partes de las sustancias tensioactivas, rompiendo así la película. Esto reduce drásticamente la estabilidad, provocando la floculación y la coalescencia que conducen a la demulsificación.
Las emulsiones de petróleo crudo surgen con frecuencia en la producción y refinación de productos petrolíferos. La mayoría de los crudos primarios del mundo se obtienen en estado emulsionado. Una emulsión consta de al menos dos líquidos inmiscibles, uno de los cuales está finamente disperso (gotitas de aproximadamente 1 μm de diámetro) dentro del otro.
Uno de estos líquidos suele ser agua, el otro, generalmente petróleo. El petróleo puede estar tan finamente disperso en agua que la emulsión se convierte en aceite en agua (O/W), donde el agua es la fase continua y el petróleo la fase dispersa. Por el contrario, si el petróleo forma la fase continua y el agua la fase dispersa, la emulsión es agua en petróleo (W/O); la mayoría de las emulsiones de petróleo crudo pertenecen a esta última categoría.
Las moléculas de agua se atraen entre sí, al igual que las moléculas de aceite; sin embargo, entre las moléculas individuales de agua y aceite existe una fuerza repulsiva activa en su interfaz. La tensión superficial minimiza el área interfacial, por lo que las gotas en una emulsión W/O tienden a la esfericidad. Además, las gotas individuales favorecen la agregación, cuya área superficial total es menor que la suma de las áreas de las gotas separadas. Por lo tanto, una emulsión de agua pura y aceite puro es inherentemente inestable: la fase dispersa gravita hacia la coalescencia, formando dos capas separadas una vez que se contrarresta la repulsión interfacial, por ejemplo, mediante la acumulación de productos químicos especiales en la interfaz, lo que reduce la tensión superficial. Tecnológicamente, muchas aplicaciones aprovechan este efecto mediante la adición de emulsionantes bien conocidos para producir emulsiones estables. Cualquier sustancia que estabilice una emulsión de esta manera debe poseer una estructura química que permita la interacción simultánea con las moléculas de agua y aceite; es decir, debe contener un grupo hidrófilo y un grupo hidrófobo.
Las emulsiones de petróleo crudo deben su estabilidad a las sustancias naturales presentes en el petróleo, que a menudo contienen grupos polares como grupos carboxílicos o fenólicos. Estos pueden existir como soluciones o dispersiones coloidales, ejerciendo una influencia particular al unirse a las interfases. En tales casos, la mayoría de las partículas se dispersan en la fase oleosa y se acumulan en la interfase petróleo-agua, alineándose unas junto a otras con sus grupos polares orientados hacia el agua. De este modo, se forma una capa interfacial físicamente estable, similar a una vaina sólida similar a una capa de partículas o a una red cristalina de parafina. A simple vista, esto se manifiesta como un recubrimiento que envuelve la capa interfacial. Este mecanismo explica el envejecimiento de las emulsiones de petróleo crudo y la dificultad para romperlas.
En los últimos años, la investigación sobre los mecanismos de demulsificación de emulsiones de petróleo crudo se ha centrado principalmente en el estudio a pequeña escala de los procesos de coalescencia de gotitas y el impacto de los demulsificantes en las propiedades reológicas interfaciales. Sin embargo, debido a la alta complejidad de la acción de los demulsificantes sobre las emulsiones, y a pesar de los amplios estudios en este campo, no se ha desarrollado una teoría unificada del mecanismo de demulsificación.
Actualmente se reconocen varios mecanismos:
③ Mecanismo de solubilización: Una sola molécula o unas pocas moléculas del demulsionante pueden formar micelas; estas bobinas o micelas macromoleculares solubilizan las moléculas del emulsionante, precipitando la descomposición del petróleo crudo emulsionado.
④ Mecanismo de deformación plegada: Las observaciones microscópicas revelan que las emulsiones W/O poseen capas de agua dobles o múltiples, con capas de aceite intercaladas entre ellas. Bajo la acción combinada del calentamiento, la agitación y la acción demulsionante, las capas internas de las gotas se interconectan, lo que provoca la coalescencia y la demulsificación de las gotas.
Además, las investigaciones nacionales sobre los mecanismos de demulsificación para sistemas de petróleo crudo emulsionado O/W sugieren que un demulsificador ideal debe cumplir los siguientes criterios: fuerte actividad superficial; buen rendimiento de humectación; suficiente poder de floculación y capacidad de coalescencia efectiva.
Los demulsionantes vienen en una gran variedad; clasificados por tipos de surfactante, incluyen variedades catiónicas, aniónicas, no iónicas y zwitteriónicas.
Demulsionantes aniónicos: carboxilatos, sulfonatos, ésteres de sulfato de ácidos grasos de polioxietileno, etc. — las desventajas incluyen dosis altas, poca eficacia y susceptibilidad a un rendimiento reducido en presencia de electrolitos.
Demulsionantes catiónicos: principalmente sales de amonio cuaternario, eficaces para aceites ligeros pero inadecuados para aceites pesados o envejecidos.
Demulsionantes no iónicos: copolímeros de bloque iniciados por aminas; copolímeros de bloque iniciados por alcoholes; copolímeros de bloque de resina de alquilfenol-formaldehído; copolímeros de bloque de resina de fenol-amina-formaldehído; demulsionantes a base de silicona; demulsionantes de peso molecular ultra alto; polifosfatos; copolímeros de bloque modificados; y demulsionantes zwitteriónicos representados por demulsionantes de petróleo crudo a base de imidazolina.
Hora de publicación: 04-dic-2025