DESARROLLO DE INHIBIDORES DE CORROSIÓN PARA POZOS PRODUCTORES DE PEMEX EXPLORACIÓN PRODUCCIÓN. DR. LUIS SILVESTRE ZAMUDIO RIVERA MAYO 2012 +
CONTENIDO 1. ANTECEDENTES 2. METODOLOGÍA 3. DISEÑO TEÓRICO 4. DISEÑO EXPERIMENTAL 5. SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN 6. EVALUACIÓN DE DESEMPEÑO 7. EVALUACIÓN DE TOXICIDAD 8. PROTECCIÓN INTELECTUAL 9. CONCLUSIONES 10. PROSPECTIVAS 11. AGRADECIMIENTOS
1. ANTECEDENTES I EN EL AÑO 2000 INICIA SUS ACTIVIDADES DE MANERA FORMAL EN EL IMP EL PROGRAMA DE INGENIERÍA MOLECULAR. II DEPENDENCIA TECNOLÓGICA EN EL ÁREA DE PRODUCTOS QUÍMICOS Y MATERIALES SINTETIZADOS A PARTIR DE ESTOS. II PROBLEMATICAS QUE NO SE PUEDEN RESOLVER ADECUADAMENTE CON EL USO DE PRODUCTOS QUÍMICOS Y MATERIALES CONVENCIONALES. a) DESALADO DE CRUDO. b) CORROSIÓN. c) DEPOSITACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS PESADOS d) INCRUSTACIÓN. III ENCARECIMIENTO DE LOS TRATAMIENTOS INTEGRALES QUE UTILIZA COTIDIANAMENTE PEMEX. IV CONOCIMIENTO DE LAS PROBLEMATICAS QUE SE PUEDEN CONTROLAR EN LA INDUSTRIA PETROLERA A TRAVÉS DEL USO DE PRODUCTOS QUÍMICOS. V) EXPERIENCIA EN EL DESARROLLO DE FORMULACIONES PARA PRODUCTOS QUÍMICOS CON APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA PETROLERA. VI) LABORATORIOS DE INVESTIGACIÓN CON INFRAESTRUCTURA DE PUNTA.
OBJETIVO Diseñar nuevos prototipos de inhibidores de corrosión que resuelvan eficientemente los problemas que se presentan en ambientes ácidos, básicos y neutros característicos de la Industria Petrolera. Concentración. Coeficiente de partición. Volumen molecular Características estructúrales Superficie corroída a proteger NRF-005-PEMEX-2000 Blanco Gasolina Diesel Gasolina Gasolina Alquilada MTBE Turbosina A A A A Magna Premium Primaria A A A
ÁREAS DE ENFOQUE 1. PRODUCCIÓN. (TUBERÍA Y APAREJO DE PRODUCCIÓN; CORROSIÓN UNIFORME Y LOCALIZADA) 2. TRANSPORTE (OLEODUCTOS Y POLIDUCTOS; UNIFORME, LOCALIZADA Y MICROBIOLÓGICA) 3. CORROSIÓN Conc REFINACIÓN. (PLANTAS PRIMARÍAS, PLANTAS DE HDS, PLANTAS FCC; CORROSIÓN UNIFORME, LOCALIZADA Y AMPOLLAMIENTO). 0 CORROSIÓN UNIFORME 5 SERVICIOS. (SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO; Y LOCALIZADA). 4. a b 500 nm c Blanco 5 m d 500 nm 500 nm e f 500 nm 1 50 m AMPOLLAMIENTO POR HIDRÓGENO BLANCO Figura 20: Imágenes de AFM de las características superficiales para el blanco después de 45 hrs a 30 C de prueba. a) Imagen general densamente ampollada; b) Ampolla formada por la expansión del metal; c) Ampolla después del punto critico de tensión del metal, donde éste a cedido provocando el rompimiento de 25 PPM DEL IMP-ICIM-8000 10
Comercialización del Producto Evaluación a nivel industrial Escalamiento de la síntesis a nivel planta piloto e industrial 2. METODOLOGÍA Problemática Industrial Diseño TeóricoExperimental de PPQ Retroalimentación Estudio TécnicoEconómico Validación Investigación de desarrollo de producto Investigación Básica Síntesis y Caracterización de PPQ Evaluación de PPQ Prueba de Principio Lanzamiento Análisis de tecnologías exitosas Selección del Mejor PPQ PPQ= Prototipo de Producto Quí Químico
3.- DISEÑO TEÓRICO (PRODUCCIÓN) HEMATITA 1 2 3 ΔHr = -5.8 Kcal/mol + 1 MODELO HÍBRIDO PIRITA 4 + 5 Ramachandran, S; Tsai, B-L.; Blanco, M.; Chen, H.; Tang, Y.; Goddard III, W. A.; Langmuir 1996, 12, 6419-6428. Ramachandran, S; Tsai, B-L.; Blanco, M.; Chen, H.; Tang, Y.; Goddard III, W. A.; J. Phys. Chem. A 1997, 101, 83-89. Zamudio-Rivera, L. S.; Estrada, A.; Benavides, A.; Estrada-Buendia, A.; Benitez, J. L..; Rev. Soc. Quím. Méx. 2002, 4, 335-340. 2 6
DISEÑO TEÓRICO (PRODUCCIÓN) 5 6 Ramachandran, S; Tsai, B-L.; Blanco, M.; Chen, H.; Tang, Y.; Goddard III, W. A.; Langmuir 1996, 12, 6419-6428. Ramachandran, S; Tsai, B-L.; Blanco, M.; Chen, H.; Tang, Y.; Goddard III, W. A.; J. Phys. Chem. A 1997, 101, 83-89. Zamudio-Rivera, L. S.; Estrada, A.; Benavides, A.; Estrada-Buendia, A.; Benitez, J. L..; Rev. Soc. Quím. Méx. 2002, 4, 335-340. Olivares Xometl, O.; Likhanova, N. V.; Dominguez-Aguilar, M. A.; Hallen, J. M.; Zamudio-Rivera, L. S.; Arce, E.; Appl. Surf. Sci. 2005, 6, 2139-2152 Duda, Y.; Govea-Rueda, R.; Galicia, M.; Beltrán, H. I; Zamudio-Rívera, L. S. J. Phys. Chem. B. 2005, 109, 22674-22684
DISEÑO TEÓRICO (PRODUCCIÓN) EFECTO QUELATO + ++ X 1 ΔHr = -75.3 Kcal/mol 7 X ++ + 2 22 8 6 EFECTO QUELATO Y + ++ 1 9 Y ΔHr = -61.2 Kcal/mol +++ 10 222 6
DISEÑO TEÓRICO (PRODUCCIÓN) X + 1.931 1.9155 10 5
DISEÑO TEÓRICO (PRODUCCIÓN) X X 1.9088 1.931 + 1.9155 2 O 1.8638 10 11 4.- DISEÑO EXPERIMENTAL (PRODUCCIÓN); LÍQUIDOS ZWITTERIÓNICOS Análisis retrosintético X A + C + B Materias primas disponibles a escala comercial
5. SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN (PRODUCCIÓN); LÍQUIDOS ZWITTERIÓNICOS RMN, IR, TGA, AE, EM-CG
SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN (PRODUCCIÓN); LÍQUIDOS ZWITTERIÓNICOS Síntesis en masa consistente de dos etapas C X A + B L Espectro de RMN de 1H del compuesto X
SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN (PRODUCCIÓN); LÍQUIDOS ZWITTERIÓNICOS Espectro de RMN de 13C del compuesto X Ampliación zona de carbonos alifáticos
SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN (PRODUCCIÓN); LÍQUIDOS ZWITTERIÓNICOS Espectro de IR del compuesto X
6. EVALUACIÓN DE DESEMPEÑO EFICIENCIA DE INHIBICIÓN A LA CORROSIÓN (PRODUCCIÓN) Nace 1D-182 Evaluación de inhibidores de corrosión para ductos y tanques que almacenan aceite crudo. Temperatura 70ºC Medio Acuoso Salmuera sintética con 600+/- 50 ppm de H2S Duración de la prueba 46 horas Medio orgánico Kerosina Relación en volumen Salmuera/Medio orgánico 90/10 Volumen de la prueba 180mL ph del medio 4 Testigo de corrosión (cupones de metal) Acero SAE 1010 Sales Cantidad (g/l) NaCl 60.0 CaCl2.H2O 6.0 MgCl2.6H2O 10.48 Na2SO4 3.5 ICIM-B Blanco 93.7%, 10 ppm
EVALUACIÓN DE EFICIENCIA DE INHIBICIÓN A LA CORROSIÓN (PRODUCCIÓN) Conc. (ppm) Efic. (%) 25 82% Blanco Prototipo 1 Conc. (ppm) Efic. (%) 25 87% Prototipo 2 25ppm Medio de prueba: 16.7 % de Aceite crudo 83.3 % de salmuera sintética, saturada de H2S (ph: 4.2). Temperatura: 70ºC Tiempo: 46 hrs. Salmuera: Sal ppm (mg/l) g/l NaCl 129,693 129.693 CaCl2 152,855 152.855 MgCl2+6H2O 39,1785 39.1785 FeSO4+7H2O 3 0.003 NaHCO3 1881.2 1.8812
EVALUACIÓN DE EFICIENCIA DE DISPERSIÓN DE LA DEPOSITACIÓN DE ASFALTENOS (PRODUCCIÓN) Dispersión total *5-100 ppm como activo sobrenadante Cantidad de especies dispersas Absorbancia de la muestra Filtración sedimento Dispersión fina; partículas menores a 0.45mm 93.1% Eficiencia (Tmp Tpq ) Tref Tref x 100
EVALUACIÓN DE EFICIENCIA DE INHIBICIÓN DE LA DEPOSITACIÓN DE ASFALTENOS (PRODUCCIÓN; MÉTODO IMP-151803) Prueba de electrodepositación Blanco 93.4%
Capacidad Desemulsionante Blanco: 0%
7. EVALUACIÓN DE TOXICIDAD AGUDA CATEGORÍAS DE TOXICIDAD ESTABLECIDAS POR LA OCNS PARA CLASIFICAR LOS PRODUCTOS QUÍMICOS UTILIZADOS EN LA PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS EN EL MAR DEL NORTE. LC50 Clasificación de la toxicidad (mg/l) Categoría Extremadamente tóxico 0.01 0.1 5 Altamente tóxico 0.1 1.0 4 1 10 3 Ligeramente tóxico 10 100 2 Bajamente toxico 100-1000 1 > 1000 0 Moderadamente tóxico No tóxico Inhibidor de corrosión ligeramente tóxico (EC50: 45 mg/l)
8. PROTECCIÓN INTELECTUAL
ÁREA DE TRATAMIENTOS QUÍMICOS 9. CONCLUSIONES 1. La investigación básica orientada a problemas industriales permite el desarrollo de soluciones innovadoras con un amplio potencial de aplicación. 2. Se desarrolló un nuevo inhibidor con tecnología IMP, diferenciado tecnológicamente a nivel internacional, que a nivel laboratorio demostró que controla eficientemente problemas de corrosión uniforme y localizada, así como evita problemas de depositación de asfaltenos. 10. PROSPECTIVAS 1. Evaluar a nivel industrial, en conjunto con PEP, las bondades del nuevo inhibidor de corrosión desarrollado con tecnología IMP.
ÁREA DE TRATAMIENTOS QUÍMICOS LABORATORIO DE SÍNTESIS QUÍMICA Y ELECTROQUÍMICA 11. AGRADECIMIENTOS Dr. Raúl Hernández Altamirano (Investigador IMP) Dra Violeta Yasmin Mena Cervantes (Investigador IMP). Ing. José Huáscar Ángulo García (Coordinador Tecnológico IMP). Ing. José Adrián Reyes Fragoso (Gerente de Atención a Clientes IMP). Téc. Aristeo Estrada Buendía (Responsable de Área de Laboratorio IMP). Dr. Marcelo Lozada y Cassou (Coordinador del Programa de Ingeniería Molecular). Dr. Eduardo Buenrostro González (Jefe de Proyectos de Investigación e Investigador IMP).