ANTIFOAMWHAT IS IT? HOW DOES IT WORK? WHY DO THEY SAY TO LIMIT ITS USE?Stephen A. von Phul, D-Foam, Incorporated, Weatherford, Texas Lon Stern, Shell Global Solutions US, Houston, Texas

IntroductionD-Foam, Inc. personnel contacted a number of gas processing plants in Texas, New Mexico, and the Canadian province of Alberta, and asked about the occurrences of foaming problems. In every case the answer was "seldom if any occurrences". When asked about antifoam use, not a single plant was operating without it! Antifoam injection frequencies varied from once per month to continuous. A few plants even reported that amine solutions had to have an excess concentration of antifoam in order to run properly. One large gas plant in New Mexico had control loops from their differential pressure sensors to their antifoam injection pumps to facilitate their injection responses. If the tower differential pressure rose above a certain level, the pumps automatically gave the plant a dose of chemical antifoam. Chemical addition was not even an operator decision any longer. Over the past 4 years of concentrating on amine solution foaming problems, we have been asked numerous times to explain; what antifoam is, how it works, how to tell which one and how much to use, and why occasionally it seemed to stop working. One of the disturbing things we haven't been asked is, "if antifoam hurt the plant in any way." For a substance to be added so frequently by so many plants there does not seem to be much known about antifoam in the gas processing industry. There is a need for an article that explains, in plain language, how gas - liquid interfaces are affected by surface active chemical compounds, especially as it relates to foaming and the use of antifoam in amine sweetening solutions.

What is Antifoam?Antifoams are chemicals designed to prevent the formation of foam. De-foamers break existing foam. In the normal gas treating plant's recirculating solution circuit, antifoaming additives are intended to act as both antifoams and de-foamers. Antifoams may be added to the solution prior to foaming symptoms occurring, but normally injections take place as a response. Antifoam that is injected eventually disburses throughout the plant's solution inventory to prevent foam generation as the solution is agitated in stripping and absorber columns. There are thousands of different antifoams. Anything that has destabilizing affects on foam is antifoam. The efficiency is dependent upon the bulk solution chemistry, operating conditions and surface active agents (surfactants) creating the foam. The most productive antifoams have traditionally been synergistic mixtures of hydrophobic liquids and solids. Examples classified by major constituent would include: 1. Non-polar oils, like minerals, silicones; 2. Polar oils, such as fatty alcohols, fatty acids, alkyl amines, alkyl amides; and 3. Hydrophobic solids, i.e., treated silica, aluminum oxide, polypropylene. These compounds almost always contain additional surfactants to enhance other properties required in the finished blend, i.e., surface wetting, emulsification, particle dispersion, or detergency. One of the confusing aspects of surfactant applications is a chemical compound that has

Table 1 Examples of Oil Field Surfactants Surfactant Catetory I Type I Used In Products of Type* EB, CI AF AF CI CI, BC CI EB CI CI, BC, EB CI EB BC, CI, EB CI Alkyl aryl sulfonates Anionic Alkyl sulfates Anionic Alkyl ethoxylate sulfates Anionic Phosphate esters Anionic Quaternary ammonium Cationic compounds salts Fatty amine Cationic Fatty acid amides Cationic Imidazolines Cationic Alkyl phenol ethoxylates Non-ionic Alkyl poly glycosides Non-ionic Ethoxylate-Propoxylate polymers Non-ionic Fatty alcohol ethoxylates Non-ionic Amphoteri Betaines c

*Key, AF, antifoam; BC, biocide; CI, corrosion inhibitor; EB, emulsion breaker

antifoaming properties in one application might be used as an emulsion breaker in another. Table 1 lists examples of surfactants and their reported applications in the petroleum industry. At least two of the non-ionic families listed are being used as antifoams in natural gas processing applications. The vast formulation library reflects the complexity of interfacial physical chemistry, and widespread need to control foams. Antifoam "recipes" are normally proprietary; therefore seldom published in detail. Even if the recipes were published it would be extremely difficult, given the state of the art, to distinguish which components were actually causing the antifoaming action at any given time in any particular application, hence, the trial and error application requirement. In many ways, the art of breaking or preventing foam is as complex as its formation. Certainly it is a subject that has, and is currently undergoing intense study. There are no hard and fast rules governing the efficacy of a given antifoam formulation in any particular application. For the most part, each application is based on emperical data, usually bench level trials. There are, however, some physical and chemical factors consistent among observations made while studying antifoams and their functionality under different conditions. Factors that affect antifoam performance include: 1.Solubility Most antifoams exhibit extremely low solubility in aqueous solutions. 2.Droplet size The entry force required to allow the antifoam droplet to enter the bubble wall generally increases as antifoam droplets become smaller. 3.Presence of hydrophobic solids Liquid/solid mixtures are usually more effective than either component used alone. 4.Environmental shear Some antifoams are inactivated by too much shear. This is principally due to solid/liquid separation, and antifoam droplets being too small to bridge the bubble lamellae. Shear also plays a major role in the differences between dynamic and equilibrium surface tensions. If the interfacial area increases faster than the surfactant molecules can occupy it, the dynamic surface tension will be higher. Equilibrium surface tension represents the fully saturated surfactant film along the interfacial area. The same dynamic affects apply to antifoaming surfactants ability to occupy interfacial area.

5.Repeated exposure to foaming Often, repeated exposure to foaming eventually exhausts the antifoam's ability to inhibit formation. This is probably due to the separation of hydrophobic solids and/or reduced droplet size. (See #4. above) Multiple shake test experiments have shown that some antifoams gradually lose their antifoaming ability. 6.Competing chemical constituents Other surface active chemical constituents have been found to occupy interfacial area and reduce the affects of antifoams. This is one reason why some antifoams work better in high shear environments where gas liquid interfaces are constantly being formed, and not so well when added to existing foams. The presence of an antifoam co-surfactant may also cause inhibition. 0.Surfactant concentration Higher surfactant concentrations tend to reduce antifoam effectiveness by increasing the entry force necessary to bridge the interfacial film. 1.Dissolved salt species and concentration The presence of high valence metal ions reduces antifoam effectiveness. Counter-ions surround the polar ends of the surfactant molecules, reducing their electrostatic interaction with other surfactant molecules in the film. The two antifoam types described most by gas processing plant personnel are: 1. Silicones, mixtures of non-polar siloxane oils and hydrophobic silica solids, 2. Glycols or high molecular weight alcohols, mixtures of polar oils and other high molecular weight surfactants. Silicone Antifoams The most prevalent types of antifoams in the gas processing industry are "silicones". (See figure 1). The majority of these antifoams are made up of siloxane oils mixed with silica particles in varying concentrations; although some do not contain silica. Chemically, siloxane oils have long, hydrophobic "R" hydrocarbon groups attached to silicon atoms which render them very insoluble in aqueous solutions. Most silicone antifoams contain silica particles that are treated to make them hydrophobic so they will remain suspended, preferentially, in the silicone oils. The photomicrograph in figure 1 shows a silicone oil droplet with suspended silica particles. The droplet appears granular. The synergism between the silicone oil and the hydrophobic silica particles is described as their acting as "pins", breaking the surfactant film surface and subsequently reducing the antifoam droplet's entry force requirement. While the silicone family of antifoams have Figure 1 Silicone Antifoam unquestioned antifoaming ability, there have been serious concerns with their use in gas processing systems. These concerns include: 1. their tendency to exhaust in service; 2, their potential impact on heat transfer and corrosion inhibitor function due to their surface wetting or coating tendency. Premature fouling of mechanical filters and activated carbon due to surface coating and insolubility have long been associated with the use of silicone antifoams. Most recently, mass transfer inhibition has proven to be a concern as well.

Silicone antifoams exhaust in service when the silica particles separate from the oil fraction. Interestingly, simply adding more siloxane oil revives the antifoaming ability, but is not any more costly than simply adding new antifoam. Overdosing silicone antifoam has gained the reputation of actually creating foam. In fact, studies show that these antifoams reach a critical concentration where they do not cause foaming; but rather, simply fail to inhibit it. At elevated concentrations the antifoam gets tied up in micelle structures in the bulk solution. Once tied up in micelles, it can no longer spread on the interface, form lenses, and be incorporated in the foam's structure. Polar Oil Antifoams The polar oil family of antifoams combines electrochemically neutral hydrophilic moieties with long hydrophobic hydrocarbon groups. These antifoams are formulated from, and usually named some variant of: poly-glycol copolymer, polypropylene or ethylene block polymer, polyoxyethylene/oxypropylene esters of C8-C30 fatty acids, oxy/ethoxylated alcohols, and other non-ionic surfactants. As with silicone oil formulations, insolubility in aqueous solutions is the key property of these antifoams. They are most effective above their cloud points. Below their cloud point, some non-ionic surfactants have been shown to actually cause surfactant films to become thicker and more stable due to long range electrostatic repulsion between the monomers. Above their cloud points, studies have shown that they produce insoluble droplets that are incorporated into the interfacial films as other insoluble oils. Figure 2 antifoams, the most Non-ionic surfactants offer several other properties not found in siliconePolar Oil Antifoam obvious of which is the lack of a synergistic solid component. The micrograph in Figure 2 shows droplets of polyglycol antifoam in an MDEA solution. Note the lack of droplet granularity. This lack of a solids fraction eliminates in situ exhaustion due to separation. Interestingly, non-ionic surfactants are also used as "foam boosters" in products like shampoos and soaps where foaminess is desirable. They reduce the oil droplets' entry into the foam films. They are normally included in the product as a co-surfactant with other surface active chemicals that have high detergency and foaming tendencies, i.e., anionic surfactants. They have also been shown to reduce the micelle stability of other foam producing surfactants, thereby sustaining the foaming tendency rather than inhibiting it.

0

-

Foaming FundamentalsIn order to understand antifoaming mechanisms a basic understanding of foam is necessary. Foam bubbles are liquid polyhedral cells encapsulating a gas (See figure 3). The Lamellae are the faces separating two cells. The Plateau Border is the thicker junction between lamellae. Vertexes are the junctions of four Plateau Borders.Figure 3 Foam Anatomy .Lamella (face)" ..

Plateau Border

Vertex

Figure 4 Bubble Lamella Figure 6 Surfactant Interactions

The Plateau Borders and Vertexes can be thought of as the foam structure's plumbing network. Plateau Borders are continuous through the foam structure, and are the foams drainage

,,6,, conduit. Excess liquid in the foam structure drains, via the connecting 70m Plateau Borders, to equilibrium between gravity and the film's capillary force. It is the foam's liquid content that gives it elasticity. As a foam structure drains the bubbles change shape from round to polyhedral, and become more rigid (see figure 4). The surfactant film that forms the lamella is the target of fast antifoams since it is the thinnest and weakest part of the cell. The film structure is a surfactant solution sandwich where some Figure 5 Dry Foam Structure of the bulk solution is captured between two surfactant layers, as shown in figure 5. As the foam structure drains the lamella thins, and the two surfactant films get closer together. When they get very close, the molecules begin to repel electro-chemically. They also compress side to side along the length of the lamella. It is this electro-chemical interaction that causes the bubble structure to become more crystalline, take on a polyhedral shape, and become more rigid. Surfactants naturally form interfacial films due to their chemical structures (see figure 6 #1). They preferentially orient toward different phases due to their chemical structures. Figure 7 shows the how the traditional head and tail graphic represents polar and non-polar moieties of a classic surfactant. The carboxyl group is the polar, hydrophilic head. The chain of methyl groups in the acid make up the non-polar ;; hydrophobic tail of the surfactant. A more realistic graphic representationh

Gay

G as

of t he hydrophobi c group i s shown i n fi gure 6, #2. At low concentrations, surfactants exist as monomers in solution 4E 4. iota (figure 6 #3). They orient and form interfacial films when gas liquid interfaces are formed, e.g., bubbles rising through amine solutions. If the concentration increases, surfactants begin to orient themselves in 1 . z. bunches called micelles (figure 6 #4). The concentration at which these structures form is called the critical micelle concentration. Surfactant molecules tied up in micelles are not free to form interfacial films. The solution's foaming tendency Gas 541 -w o o and surface tension become more constant at concentrations --above the CMC. A good rule of thumb for the CMC's of the Liquid -2 to different families of surfactants would be approximately 10 3 . 4 10 -3 mole, at ambient temperature and low counter-ion concentration. The irregular spacing shown between surfactant 110 1 71 molecules in the film and micelle in figure 6 represent what happens when more than one surfactant species is present in the solution or at the gas liquid interface. The variable spacing caused by the hydrophobic tails of the different surfactant molecules reduces the stability of both the resulting films and micelles. Solutions of mixed surfactants produce less stable films and micelles. Less stable micelles react to shear by breaking up; thereby providing surfactant monomers for film development. However, the films that are generated are, in turn, less stable. One of the strategies used in antifoam formulation is to destabilize surfactant films by including other surfactants that have very,1

Droplet Bridging Across Film2.37 um

long hydrocarbon tails which create large intermolecular distances between surfactants producing interfacial films. Oil Droplet Stretching 15.27 um Surfactants normally decrease the interfacial or surface tension of aqueous solutions. Surface tension is a measure of the molecular interaction at the gas liquid interface. Clean water has a Non-polar "R" Group surface tension of approximately 72 dynes/cm 2. A clean, operating, Film 40% MDEA solution sampled down stream of the surge drum might Rupture have a surface tension in the 55 dyne/cm 2 range two days after an P o l a r G r o u p antifoam injection. If the same sample were taken a few hours after Figure 7 Surfactant Morphology (carboxylic acid) the injection the surface tension would probably be different. In aqueous solutions, lower surface tensions normally mean higher surfactant concentrations at the interface. However, Oil Droplet Entry Into Film surface tension data taken alone can be misleading. For example trying to predict a gas treating solution's foaming tendency due to surfactant contamination cannot be done with surface tension alone. Some surfactants, e.g., antifoams and liquid hydrocarbon, reduce the solution's foaming tendency while also reducing surface tension. Figure 9 Antifoam trapped in Bubble's Plateau Border (top) and Vertex (bott Since these compounds are surface active, they will affect the surface tension in the same way a foam causing surfactant would. Another expensive example of misinterpreted surface tension data would be assuming activated carbon exhaustion due to low surface tension readings.H-C-N HH-C?1 H-C-H H-C-H N-C-H H N-C-H HO 0

Figure 8 Antifoaming Mechanism

Foam Destruction Mechanisms of Antifoam The most widely agreed upon mechanism of antifoaming action is summarized in figure 8.0. Emulsified droplets of insoluble oil suspended in a solution enter the lamella formed by surfactant films as a gas bubble is displaced above the bulk surface. The force required for the droplet to be incorporated into the film is known as the entry barrier. Studies have shown that the suspended hydrophobic solids in the antifoams reduce the droplet entry barrier into the film thereby making them more efficient. The foam structure begins to drain immediately after forming causing the lamella to thin. The incorporated antifoam droplet bridges across the film creating an oil "lens". The droplet is stretched as the film contracts, and eventually ruptures breaking the bubble. This action takes place in only a few seconds, and is characteristic of "fast" antifoams. If the oil droplet fails to enter the lamella and destroy the foam, it normally becomes trapped in the foam bubble's Plateau borders as the excess liquid in the foam

structure drains (see Figure 9). If the capillary pressure becomes greater than the required entry barrier force, the droplet may enter the lamella and break the foam. This is characteristic of "slow" antifoams. Figure 10 Antifoam/Solids Agglomerate 1. Any non acid gas absorbing foreign chemical species that competes with an amine molecule's position at the interface of gas to liquid mass transfer area has to reduce the solution's acid gas removal efficiency. Surface active chemical compounds naturally accumulate at these interfaces. Studies have confirmed gas to liquid mass transfer inhibition caused by surfactants. One recent study that included antifoam as a surfactant showed a 55% reduction in MDEA 0 efficiency. Studies have also show surfactants' ability to affect introduction, transfer as well. do not consider foaming to be problem as long as antifoam injection heat most plants 1.0um 2.Studies have even shown that some antifoam formulations become inactive with otler /F x increased concentration.79.1urn 0.Antifoam does not remove or chemically inactivate foam causing surfactants. It only temporarily reduces the stability of the foam 1.Activated carbon adsorbs large insoluble organic Figure 11 Antifoam/Solids Agglomerate molecules like hydrocarbon condensate. The larger, and more branched the molecular structure, the more efficiently they are adsorbed. It has long been known that activated carbon removes silicone antifoams quite efficiently. Studies have also shown that it adsorbs non-ionic antifoams as well.

g

0.Figures 10 and 11 are photomicrographs of antifoam bubbles adsorbing suspended iron sulfide particles, and forming large agglomerates in amine solutions sampled from operating gas plants. They show how antifoam droplets can prematurely plug activated carbon beds and mechanical filters even if the droplets would pass through without being adsorbed. 2.Antifoams, being surfactants themselves, affect surface tension measurements. Use of manufacturer or laboratory surface tension data to indicate the presence of soluble, foam causing surfactants becomes impossible. 3.The presence of antifoam in the system severely inhibits the differentiation of mechanical versus chemical causes of foaming symptoms since both are affected to some degree by the surface tension reduction.

ConclusionProcess foaming is a problem that requires immediate action for operating plants in all industries. This is especially true for operators of amine sweetening processes in natural gas plants and petroleum refineries. Learning as much as possible about the nature and affects of chemical additives used in these plants should be the goal of everyone involved. The injection of chemical antifoams into recirculating amine solutions is an everyday practice for many gas treating plants. It should be well understood that, although antifoam may offer a short term operating remedy, there are potentially severe consequences from its misuse. The need to inject antifoam on anything other than an occasional basis is a symptom of a problem, not a solution.

pengenalan D-Foam, personil Inc menghubungi beberapa pabrik pengolahan gas di Texas, New Mexico, dan provinsi Alberta Kanada, dan bertanya tentang kejadian masalah berbusa. Dalam setiap kasus jawabannya adalah "jarang jika ada kejadian". Ketika ditanya tentang penggunaan antifoam, bukan satu pabrik itu beroperasi tanpa itu! Frekuensi injeksi antifoam bervariasi dari sekali per bulan untuk terus-menerus. Sebuah beberapa tanaman bahkan melaporkan bahwa solusi amina harus memiliki konsentrasi kelebihan antifoam dalam rangka untuk berjalan dengan baik. Satu gas pabrik besar di New Mexico telah loop kontrol dari sensor tekanan mereka diferensial untuk pompa injeksi mereka antifoam untuk memfasilitasi respon injeksi mereka. Jika tekanan diferensial menara naik di atas tingkat tertentu, pompa otomatis memberikan dosis pabrik kimia antifoam. Selain itu bahan kimia bahkan tidak keputusan operator manapun lagi. Selama 4 tahun terakhir berkonsentrasi pada solusi amina berbusa masalah, kami telah diminta beberapa kali untuk menjelaskan, apa antifoam, bagaimana ia bekerja, bagaimana cara memberitahu yang satu dan berapa banyak digunakan, dan mengapa kadang-kadang sepertinya untuk berhenti bekerja. Salah satu hal yang mengganggu kita belum diajukan adalah, "jika antifoam menyakiti tanaman dengan cara apapun." Untuk substansi yang akan ditambahkan sehingga sering oleh begitu banyak tanaman ada sepertinya tidak akan banyak diketahui tentang antifoam dalam industri pengolahan gas. Ada kebutuhan untuk sebuah artikel yang menjelaskan, dalam bahasa sederhana, bagaimana gas - antarmuka cair dipengaruhi oleh senyawa kimia permukaan aktif, terutama yang berkaitan dengan berbusa dan penggunaan pemanis antifoam dalam solusi amina. Apa Antifoam? Antifoams adalah bahan kimia yang dirancang untuk mencegah pembentukan busa. De-foamers istirahat busa yang ada. Di sirkuit sirkulasi solusi pabrik gas yang normal mengobati itu, aditif antifoaming dimaksudkan untuk bertindak sebagai antifoams dan de-foamers. Antifoams dapat ditambahkan ke solusi sebelum gejala berbusa terjadi, tetapi biasanya suntikan berlangsung sebagai respon. Antifoam yang disuntikkan akhirnya mencairkan seluruh persediaan solusi tanaman untuk mencegah generasi busa sebagai solusi yang gelisah dalam kolom stripping dan penyerap. Ada ribuan antifoams berbeda. Apa pun yang telah destabilisasi mempengaruhi pada busa antifoam. Efisiensi tergantung pada kimia solusi massal, kondisi operasi dan agen aktif permukaan (surfaktan) menciptakan busa. Yang paling produktif antifoams tradisional telah sinergis campuran cairan dan padatan hidrofobik. Contoh diklasifikasikan oleh konstituen utama akan mencakup: 1. Non-polar minyak, mineral seperti, silikon; 2. Polar minyak, seperti alkohol lemak, asam lemak, amina alkil, alkil amida, dan 3. Hidrofobik padatan, yaitu, silika diobati, aluminium oksida, polypropylene. Senyawa ini hampir selalu mengandung surfaktan tambahan untuk meningkatkan sifat lain yang diperlukan dalam campuran selesai, yaitu, permukaan pembasahan, emulsifikasi, dispersi partikel, atau deterjen. Salah satu aspek yang membingungkan dari aplikasi surfaktan adalah senyawa kimia yang memiliki properti antifoaming dalam satu aplikasi dapat digunakan sebagai pemutus emulsi yang lain. Tabel 1 daftar contoh dari surfaktan dan aplikasi mereka dilaporkan dalam industri perminyakan. Setidaknya dua dari keluarga non-ionik yang tercantum adalah digunakan sebagai antifoams dalam aplikasi pengolahan gas alam. Perpustakaan formulasi yang luas mencerminkan kompleksitas kimia fisik antarmuka, dan perlu luas untuk mengontrol busa. Antifoam "resep" yang biasanya eksklusif, sehingga jarang dipublikasikan secara detail. Bahkan jika resep diterbitkan akan sangat sulit, mengingat keadaan seni, untuk membedakan komponen yang benar-benar menyebabkan tindakan antifoaming pada waktu tertentu dalam aplikasi tertentu, karenanya, percobaan dan persyaratan kesalahan aplikasi. Dalam banyak hal, seni melanggar atau mencegah busa serumit pembentukannya. Tentu saja adalah

subjek yang memiliki, dan saat ini menjalani studi intensif. Tidak ada aturan yang keras dan cepat yang mengatur efektivitas formulasi antifoam diberikan dalam aplikasi tertentu. Untuk sebagian besar, setiap aplikasi didasarkan pada data empiris, biasanya bangku uji tingkat. Namun demikian, beberapa faktor fisik dan kimia konsisten di antara pengamatan yang dilakukan saat belajar antifoams dan fungsi mereka dalam kondisi yang berbeda. Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja antifoam meliputi: 1. Kelarutan - antifoams Paling menunjukkan kelarutan sangat rendah dalam larutan air. 2. Ukuran tetesan - yang memaksa masuk diperlukan untuk memungkinkan tetesan antifoam untuk memasuki dinding gelembung umumnya meningkat sebagai antifoam tetesan menjadi lebih kecil. 3. Kehadiran padatan hidrofobik - campuran cair / padat biasanya lebih efektif daripada komponen yang digunakan baik saja. 4. Geser Lingkungan - Beberapa antifoams dinonaktifkan oleh geser terlalu banyak. Hal ini terutama karena pemisahan padat / cair, dan antifoam tetesan yang terlalu kecil untuk menjembatani lamellae gelembung. Geser juga memainkan peran utama dalam perbedaan antara ketegangan permukaan dinamis dan keseimbangan. Jika daerah antarmuka meningkat lebih cepat dari molekul surfaktan dapat menempati itu, tegangan permukaan dinamis akan lebih tinggi. Kesetimbangan tegangan permukaan merupakan film surfaktan sepenuhnya jenuh sepanjang daerah antarmuka. Dinamika yang sama berlaku untuk antifoaming mempengaruhi kemampuan surfaktan untuk menempati daerah antarmuka. 5. Pemaparan berulang terhadap berbusa - Sering kali, diulang paparan berbusa akhirnya knalpot kemampuan antifoam untuk menghambat pembentukan. Hal ini mungkin karena pemisahan padatan hidrofobik dan / atau ukuran tetesan berkurang. (Lihat # 4 di atas.) Percobaan goyang Beberapa tes telah menunjukkan bahwa beberapa antifoams secara bertahap kehilangan kemampuan mereka antifoaming. 6. Bersaing konstituen kimia - Lain konstituen kimia aktif permukaan yang telah ditemukan menduduki daerah antarmuka dan mengurangi pengaruh antifoams. Inilah salah satu alasan mengapa beberapa antifoams bekerja lebih baik di lingkungan geser tinggi dimana gas - antarmuka cair yang terus-menerus terbentuk, dan tidak begitu baik ketika ditambahkan ke busa yang ada. Kehadiran co-surfaktan antifoam juga dapat menyebabkan inhibisi. 7. Konsentrasi Surfaktan - konsentrasi surfaktan yang lebih tinggi cenderung mengurangi efektivitas antifoam dengan meningkatkan kekuatan entri yang diperlukan untuk menjembatani film antarmuka. 8. Spesies garam terlarut dan konsentrasi - Keberadaan ion logam valensi tinggi mengurangi efektivitas antifoam. Counter-ion mengelilingi ujung kutub dari molekul surfaktan, mengurangi interaksi elektrostatik mereka dengan molekul surfaktan lain dalam film. Kedua antifoam dijelaskan jenis yang paling oleh personil pabrik pengolahan gas adalah: 1. Silikon, campuran minyak non-polar siloxane dan padatan silika hidrofobik, 2. Glikol atau alkohol berat molekul tinggi, campuran minyak kutub dan lainnya tinggi berat molekul surfaktan. Silicone Antifoams Jenis yang paling umum dari antifoams dalam industri pengolahan gas adalah "silikon". (Lihat gambar 1). Sebagian besar antifoams terbuat dari minyak siloksan dicampur dengan partikel silika dalam berbagai konsentrasi, walaupun beberapa tidak mengandung silika. Kimia, minyak siloksan telah lama, hidrofobik kelompok "R" hidrokarbon melekat pada atom silikon yang membuat mereka sangat larut dalam larutan berair. Antifoams silikon paling mengandung partikel silika yang diperlakukan untuk membuat mereka hidrofobik sehingga mereka akan tetap ditangguhkan, preferentially, dalam minyak silikon. Para photomicrograph pada Gambar 1 menunjukkan tetesan minyak silikon dengan partikel silika ditangguhkan. Tetesan muncul granular. Sinergisme antara minyak silikon dan partikel silika hidrofobik digambarkan sebagai bertindak mereka sebagai "pin", melanggar permukaan film surfaktan dan kemudian mengurangi persyaratan masuk memaksa tetesan antifoam itu.

Sementara keluarga silikon dari antifoams telah kemampuan antifoaming dipertanyakan, ada yang serius keprihatinan dengan penggunaan mereka dalam sistem pengolahan gas. Keprihatinan ini meliputi: 1. mereka kecenderungan untuk buang dalam pelayanan, 2, dampak potensial mereka terhadap perpindahan panas dan korosi inhibitor fungsi karena pembasahan permukaan mereka atau kecenderungan pelapisan. Prematur fouling filter mekanik dan karbon aktif karena pelapisan permukaan dan terpecahkannya telah lama dikaitkan dengan penggunaan antifoams silikon. Baru-baru ini, penghambatan transfer massa telah terbukti menjadi perhatian juga. Silicone antifoams knalpot dalam pelayanan ketika partikel silika terpisah dari fraksi minyak. Menariknya, hanya menambahkan lebih banyak minyak siloksan menghidupkan kembali kemampuan antifoaming, tetapi tidak lebih mahal daripada hanya menambahkan antifoam baru. Overdosis silikon antifoam telah memperoleh reputasi benar-benar menciptakan busa. Bahkan, studi menunjukkan bahwa antifoams mencapai konsentrasi kritis di mana mereka tidak menyebabkan berbusa, melainkan, hanya gagal untuk menghambat itu. Pada konsentrasi tinggi antifoam mendapat terikat dalam struktur misel dalam larutan massal. Setelah terikat dalam misel, tidak dapat lagi menyebar pada interface, lensa bentuk, dan dimasukkan dalam struktur busa. Minyak kutub Antifoams Keluarga antifoams minyak polar gugus hidrofilik menggabungkan elektrokimia netral dengan gugus hidrokarbon hidrofobik panjang. Antifoams ini dirumuskan dari, dan biasanya menyebutkan beberapa varian dari: poli-glikol kopolimer, polypropylene atau etilena polimer blok, polioksietilena / oxypropylene ester dari C8-C30 lemak asam, alkohol oxy / teretoksilasi, dan non-ionik surfaktan. Seperti dengan formulasi minyak silikon, terpecahkannya dalam larutan air adalah properti kunci ini antifoams. Mereka yang paling efektif poin di atas awan mereka. Bawah titik awan mereka, beberapa surfaktan non-ionik telah terbukti benar-benar menyebabkan film menjadi lebih tebal surfaktan dan lebih stabil karena tolakan elektrostatik jangka panjang antara monomer. Di atas mereka awan poin, studi telah menunjukkan bahwa mereka menghasilkan tetesan larut yang dimasukkan ke dalam film antarmuka sebagai larut lainnya minyak. Surfaktan non-ionik menawarkan sifat beberapa lainnya tidak ditemukan dalam antifoams silikon, yang paling jelas yang adalah kurangnya komponen padat sinergis. Mikrograf pada Gambar 2 menunjukkan tetesan poliglikol antifoam dalam larutan MDEA. Perhatikan kurangnya granularity tetesan. Kurangnya sebagian kecil padatan menghilangkan kelelahan in situ karena pemisahan. Menariknya, surfaktan non-ionik juga digunakan sebagai "penguat busa" dalam produk seperti sampo dan sabun mana foaminess yang diinginkan. Mereka mengurangi masuknya tetesan minyak 'ke dalam film busa. Mereka biasanya termasuk dalam produk sebagai co-surfaktan dengan bahan kimia aktif permukaan lainnya yang memiliki kecenderungan detergensi tinggi dan berbusa, yaitu surfaktan anionik. Mereka juga telah ditunjukkan untuk mengurangi stabilitas busa misel surfaktan lainnya memproduksi, sehingga mempertahankan kecenderungan berbusa bukan menghambat itu. berbusa Fundamental Dalam rangka untuk memahami mekanisme antifoaming pemahaman dasar busa diperlukan. Gelembung busa sel polyhedral cairan encapsulating gas (Lihat gambar 3). Lamellae ini adalah wajah memisahkan

dua sel. Perbatasan Plateau adalah persimpangan tebal antara lamellae. Vertexes adalah persimpangan dari empat Borders Plateau. Batas Dataran Tinggi dan vertexes dapat dianggap sebagai jaringan pipa struktur busa. Batas Dataran Tinggi yang berkelanjutan melalui struktur busa, dan drainase busa ,, 6,, " saluran. Kelebihan cairan dalam struktur busa mengalir, melalui Plateau Borders menghubungkan, untuk keseimbangan antara gravitasi dan 70m film kapiler kekuatan. Ini adalah konten cairan busa yang memberikan elastisitas. Sebagai struktur busa mengalir bentuk gelembung berubah dari bulat untuk polyhedral, dan menjadi lebih kaku (lihat gambar 4). Film surfaktan yang membentuk lamella adalah target antifoams cepat karena itu adalah bagian tertipis dan paling lemah dari sel. Struktur film adalah surfaktan - sandwich yang mana beberapa solusi Gambar 5 Struktur Cleaning Foam dari solusi massal yang ditangkap antara dua lapisan surfaktan, sebagai ditunjukkan pada Gambar 5. Sebagai struktur busa mengalir menipis lamella, dan dua film surfaktan lebih dekat bersama-sama. Ketika mereka menjadi sangat dekat, molekul mulai mengusir elektro-kimia. Mereka juga kompres sisi ke sisi sepanjang lamella. Ini adalah interaksi elektro-kimia yang menyebabkan struktur gelembung untuk menjadi lebih kristal, mengambil sebuah polyhedral bentuk, dan menjadi lebih kaku. Surfaktan alami membentuk film antarmuka karena struktur kimia mereka (lihat gambar 6 # 1). Mereka lebih cenderung berorientasi ke arah yang berbeda Homo karena struktur kimianya fase. Gambar 7 menunjukkan bagaimana kepala tradisional dan ekor grafis mewakili gugus polar dan non polar dari surfaktan klasik. Gugus karboksil adalah kepala, kutub hidrofilik. Rantai gugus metil dalam asam make up non-polar;; Gas ekor hidrofobik surfaktan. Sebuah representasi grafis yang lebih realistis h kelompok hidrofobik ditunjukkan pada gambar 6, # 2. Pada konsentrasi rendah, surfaktan ada sebagai monomer dalam 4E4 solusi. sedikit juapun (Gambar 6 # 3). Mereka mengarahkan dan membentuk antarmuka film ketika gas antarmuka cair terbentuk, misalnya, gelembung naik melalui solusi amina. Jika konsentrasi meningkat, surfaktan mulai menyesuaikan diri dalam tandan yang disebut misel (gambar 6 # 4). Konsentrasi di mana ini membentuk struktur yang disebut misel konsentrasi kritis. Surfaktan molekul terikat dalam misel tidak bebas untuk membentuk antarmuka film. Solusi ini kecenderungan berbusa dan tegangan permukaan menjadi lebih konstan pada konsentrasi - - atas CMC. Aturan praktis yang baik untuk CMC tentang keluarga yang berbeda dari surfaktan akan sekitar 10-2 10-3 mol untuk, pada suhu kamar dan rendahkonsentrasi ion kontra. Jarak tidak teratur ditampilkan antara molekul surfaktan dalam film dan misel dalam gambar 6 mewakili apa yang terjadi ketika lebih dari satu spesies surfaktan hadir dalam larutan atau di gas - antarmuka cair. Variabel jarak disebabkan oleh ekor hidrofobik dari molekul surfaktan yang berbeda mengurangi stabilitas dari kedua film yang dihasilkan dan misel. Solusi dari campuran surfaktan memproduksi film kurang stabil dan

misel. Misel kurang stabil bereaksi terhadap geser dengan memecah; sehingga memberikan monomer surfaktan untuk pengembangan film. Namun, film-film yang dihasilkan adalah, pada gilirannya, kurang stabil. Salah satu strategi yang digunakan dalam formulasi antifoam adalah untuk menggoyahkan film surfaktan dengan termasuk surfaktan lain yang sudah sangat hidrokarbon panjang ekor yang membuat besar jarak antarmolekul antarmuka film. Surfaktan biasanya menurunkan tegangan permukaan atau permukaan larutan berair. Tegangan permukaan adalah ukuran dari interaksi molekul pada gas - antarmuka cair. Air bersih memiliki tegangan permukaan sekitar 72 dynes/cm2. A, bersih operasi, 40% MDEA solusi sampel ke aliran gelombang drum mungkin memiliki tegangan permukaan dalam rentang 55 dyne/cm2 dua hari setelah suntikan antifoam. Jika sampel yang sama diambil beberapa jam setelah injeksi tegangan permukaan mungkin akan berbeda. Dalam larutan berair, ketegangan permukaan bawah normal berarti konsentrasi surfaktan yang lebih tinggi pada antarmuka. Namun, data diambil tegangan permukaan saja dapat menyesatkan. Misalnya mencoba untuk memprediksi kecenderungan solusi gas mengobati itu berbusa karena kontaminasi surfaktan tidak dapat dilakukan dengan tegangan permukaan saja. Beberapa surfaktan, misalnya, antifoams dan hidrokarbon cair, mengurangi kecenderungan solusi yang berbusa sementara juga mengurangi tegangan permukaan. Karena senyawa ini aktif permukaan, mereka akan mempengaruhi tegangan permukaan dengan cara yang sama busa menyebabkan surfaktan akan. Contoh lain mahal dari data permukaan disalahartikan ketegangan akan karbon aktif dengan asumsi kelelahan karena pembacaan tegangan permukaan rendah. Mekanisme Penghancuran busa Antifoam Yang paling banyak disepakati mekanisme aksi antifoaming diringkas dalam Gambar 8.0. Emulsi tetesan minyak tidak larut dalam suatu larutan tersuspensi masukkan lamella dibentuk oleh film surfaktan sebagai gelembung gas di atas permukaan pengungsi massal. Gaya yang dibutuhkan untuk tetesan untuk dimasukkan ke film ini dikenal sebagai entry barrier. Penelitian telah menunjukkan bahwa padatan tersuspensi hidrofobik dalam antifoams mengurangi entry barrier tetesan ke dalam film sehingga membuat mereka lebih efisien. Struktur busa mulai mengalir segera setelah membentuk menyebabkan lamella untuk tipis. Yang tergabung antifoam tetesan jembatan di film menciptakan sebuah minyak "lensa". Tetesan ditarik sebagai kontrak film, dan akhirnya pecah memecah gelembung. Tindakan ini terjadi hanya dalam beberapa detik, dan merupakan karakteristik "cepat" antifoams. Jika tetesan minyak gagal masuk lamella dan menghancurkan busa, biasanya menjadi terperangkap di perbatasan Dataran Tinggi gelembung busa sebagai cairan berlebih dalam busa Struktur saluran (lihat Gambar 9). Jika tekanan kapiler menjadi lebih besar dari gaya entry barrier diperlukan, tetesan dapat memasukkan lamella dan memecahkan busa. Ini adalah karakteristik dari "lambat" antifoams. Mengapa membatasi penggunaan antifoam? Sebagian besar produsen dan pemasok solusi amina merekomendasikan penggunaan jangka pendek dan terbatas antifoams dengan produk mereka, tetapi jarang memberikan cukup alasan yang meyakinkan selain mengatasi penyebab berbusa. Seperti dijelaskan dalam pengantar artikel ini, tanaman yang paling tidak menganggap berbusa menjadi masalah asalkan mereka mendapat injeksi antifoam ke hari operasi

berikutnya. Para produsen dan pemasok benar. Jika antifoam harus ditambahkan ke solusi, tanaman memiliki masalah. Berikut ini adalah beberapa konsekuensi menambahkan antifoam pada lebih dari secara berkala: 1. Setiap gas menyerap asam non spesies kimia asing yang bersaing dengan posisi molekul amina di antarmuka gas ke daerah transfer massa cair untuk mengurangi gas asam solusi itu efisiensi penyisihan. Permukaan senyawa kimia aktif alami menumpuk di interface ini. Studi telah mengkonfirmasikan transfer massa gas cair yang disebabkan oleh penghambatan surfaktan. Satu studi terbaru yang disertakan antifoam sebagai surfaktan menunjukkan penurunan 55% dalam MDEA efisiensi. Studi juga menunjukkan kemampuan surfaktan 'untuk mempengaruhi perpindahan panas juga. 1,0 mm 2. Penelitian telah menunjukkan bahwa bahkan beberapa formulasi antifoam menjadi tidak aktif dengan konsentrasi meningkat. 3. Antifoam tidak menghapus atau menonaktifkan kimia surfaktan menyebabkan busa. Ini hanya sementara mengurangi stabilitas dari struktur busa yang mereka hasilkan. otler / Fx 79.1urn 4. Karbon aktif adsorbsi Gambar organik besar larut 11 Antifoam / Padat menggumpal molekul seperti hidrokarbon kondensat. Semakin besar, dan lebih bercabang struktur molekul, semakin efisien mereka yang teradsorpsi. Telah lama diketahui bahwa karbon aktif menghilangkan antifoams silikon cukup efisien. Studi juga menunjukkan bahwa non-ionik adsorbsi antifoams juga. 5. Angka 10 dan 11 adalah fotomikrograf gelembung antifoam menyerap partikel besi sulfida ditangguhkan, dan membentuk aglomerat besar dalam solusi amina sampel dari tanaman gas yang beroperasi. Mereka menunjukkan bagaimana tetesan antifoam prematur bisa pasang tempat tidur karbon aktif dan filter mekanik bahkan jika tetesan akan melewati tanpa teradsorpsi. 6. Antifoams, karena surfaktan itu sendiri, mempengaruhi pengukuran tegangan permukaan. Penggunaan produsen atau data permukaan ketegangan laboratorium menunjukkan adanya larut, surfaktan menyebabkan busa menjadi tidak mungkin. 7. Kehadiran antifoam dalam sistem sangat menghambat diferensiasi dibandingkan penyebab mekanik kimia berbusa gejala karena keduanya dipengaruhi sampai tingkat tertentu oleh penurunan tegangan permukaan. Kesimpulan Proses berbusa merupakan masalah yang memerlukan tindakan segera untuk mengoperasikan pembangkit di semua industri. Hal ini terutama berlaku untuk operator proses pemanis amina pada tanaman gas alam dan kilang minyak bumi. Belajar sebanyak mungkin tentang alam dan mempengaruhi aditif kimia yang digunakan dalam tanaman ini harus menjadi tujuan setiap orang yang terlibat. Injeksi antifoams kimia menjadi solusi amina sirkulasi merupakan praktek sehari-hari bagi banyak pabrik gas mengobati. Ini harus dipahami bahwa, meskipun antifoam mungkin menawarkan obat jangka pendek operasi, ada konsekuensi berpotensi parah dari penyalahgunaannya. Kebutuhan untuk menyuntikkan antifoam pada apa pun selain secara berkala merupakan gejala dari masalah, bukan solusi.