ES2251341T3 - Granulos de residuo de petroleo, procedimiento y aparato para su produccion. - Google Patents
Granulos de residuo de petroleo, procedimiento y aparato para su produccion.Info
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Abstract
Un procedimiento para granular un residuo de petróleo, que comprende: calentar el residuo a una temperatura a la que se encuentre en estado líquido; alimentar continuamente el residuo caliente a la entrada de una cabeza de formación de perlas por centrifugación, que comprende una pluralidad de orificios de descarga agrupados radialmente; hacer girar la cabeza de formación de perlas para descargar el residuo caliente desde los orificios a un espacio libre en un extremo superior de una vasija de granulación que tiene un diámetro mayor que un diámetro de descarga del residuo descargado; dejar que el residuo descargado se rompa, separándose, y adopte la forma de gránulos sustancialmente esféricos en una zona de alta temperatura de la vasija de granulación en la que el residuo es líquido y que caiga a un baño de medio de refrigeración líquido mantenido a una temperatura efectiva para solidificar los gránulos en una forma sustancialmente esférica; retirar una suspensión de gránulos solidificadosy medio de refrigeración de la vasija de granulación; y separar sustancialmente lor gránulos del medio de refrigeración.
Description
Gránulos de residuo de petróleo, procedimiento y
aparato para su producción.
El presente invento se refiere a un método y a un
aparato para granular un residuo de petróleo, en el que el residuo
es configurado a modo de perlas en estado fundido usando una cabeza
giratoria para formación de perlas, las partículas líquidas del
residuo proporcionadas por la cabeza se conforman a modo de esferas
antes que solidifiquen, y las partículas esféricas son, luego,
enfriadas bruscamente y solidificadas con una forma sustancialmente
esférica. El presente invento se refiere, también, a gránulos de
residuo de petróleo que pueden ser almacenados y/o transportados a
temperatura ambiente. El invento se refiere, asimismo, al
endurecimiento de un residuo de petróleo relativamente blando
mediante oxidación controlada con aire a temperaturas elevadas a fin
de formar un residuo de petróleo duro que se pueda granular y que
pueda ser almacenado/transportado a temperatura ambiente.
El residuo resultante de la destilación del
petróleo tiene gran número de usos, incluyendo el de combustible y
como asfalto para pavimentación. El asfalto de calidad para
pavimentación empleado en la construcción de carreteras debe
satisfacer varias especificaciones, incluyendo la más reciente
especificación SHRP en cuanto a viscosidad (usualmente
200-5000 poises a 15,6ºC (60ºF)), penetración
(usualmente mayor que 30 a 200 dmm), relación de penetración
-9,4ºC/-3,9ºC (15ºF/25ºF) (usualmente superior a 0,3,
aproximadamente), ductilidad, susceptibilidad a la temperatura
y
otros.
otros.
El contacto de la fracción residual de petróleo
con aire a temperatura elevada, denominado, también, "soplado con
aire", es una forma usual de mejorar las características de
determinadas calidades de residuo para convertirlos de forma que
resulten adecuados para uso como asfalto para pavimentación. Sin
embargo, no parece que la técnica anterior haya descrito la
aplicación práctica del soplado con aire sobre un residuo
relativamente blando para obtener un residuo relativamente duro que
puede ser conformado en gránulos para su almacenamiento y/o
transporte. Tal como se utiliza en la presente memoria descriptiva
y en las reivindicaciones, la expresión "residuo blando" o la
expresión "temperatura de punto de reblandecimiento baja",
hacen referencia a un residuo de petróleo que tiene una penetración
superior a 0 y una temperatura de punto de reblandecimiento obtenida
por el método de anillo y bola (R&B), inferior a 93,3ºC (200ºF).
La expresión "residuo duro" o la expresión "temperatura de
punto de reblandecimiento alta", hacen referencia a un residuo de
petróleo que tiene una penetración de, esencialmente, 0 y una
temperatura de punto de reblandecimiento obtenida por el método de
anillo y bola, superior a 93,3ºC
(200ºF).
(200ºF).
Las referencias representativas que divulgan un
equipo y una metodología para soplado con aire de asfalteno o
residuo, incluyen las patentes norteamericanas 2.616.837 de
Roediger; 2.627.498 de Fink y otros; 2.861.939 de Biribauer y otros;
2.889.296 de Morris y otros; 3.462.359 de Fauber; 3.598.716 de
Fauber; 3.751.278 de Alexander; 3.779.892 de Forster y otros;
3.868.315 de Forster y otros; 3.935.093 de Senolt y otros; 3.989.616
de Pagen y otros; 4.052.290 de Cushman y otros; 4.207.117 de
Espenscheid y otros; 4.283.230 de Clementoni y otros; 4.332.671 de
Boyer; 4.933.067 de Rankel; 4.975.176 de Begliardi y otros;
5.228.977 de Moran y otros; 5.320.739 de Moran y otros; 5.932.186 de
Romine y otros; y 5.939.474 de Gooswilligen y otros. La tecnología
de soplado con aire está comercialmente disponible, por ejemplo, con
la denominación registrada BITUROX.
En contraste con el asfalto para pavimentación,
las especificaciones para el residuo de petróleo con calidad de
combustible que se quema como tal, son mucho menos estrictas. El
residuo tiene, en general, un poder calorífico superior y mejores
características de combustión en comparación con el carbón y el
coque de petróleo, razón por la cual se ha añadido dicho residuo al
carbón y al coque como aditivo combustible para mejorar la
combustión. Sin embargo, el residuo pesado, con una temperatura baja
de punto de reblandecimiento es difícil de almacenar y/o transportar
sin satisfacer exigencias importantes relativas a su manipulación y
envasado. Con el tiempo, aún cuando inicialmente puedan parecer
sólidos en condiciones ambiente, estos materiales con bajo punto de
reblandecimiento, a temperaturas elevadas presentan características
que les hacen fluir como líquidos. Estos materiales han sido
transportados, típicamente, como un producto semisólido, como un
producto netamente líquido o como un producto líquido diluido. La
forma semisólida debe transportarse en un recipiente cerrado para
evitar escapes y vertidos, habitualmente tiene que volver a
calentarse antes de su uso, y el elevado coste que supone el envasar
y manipular el material de esta manera limita, usualmente, su
aplicación a volúmenes de producto relativamente
pequeños.
pequeños.
Como producto netamente líquido, el residuo
pesado es mantenido a temperatura elevada, suficiente para mantener
el material en estado líquido. Este método es, igualmente, caro y
tiene una aplicación práctica limitada.
Como producto líquido diluido, el residuo pesado
se mezcla con fracciones hidrocarbonadas ligeras como diluyentes, a
fin de mantener la mezcla en estado líquido a temperaturas más
bajas. Como resultado, se degrada sustancialmente el valor de los
hidrocarburos más ligeros con que se mezcla el residuo.
Un residuo granulado que se mantenga sólido
fluiría libremente y podría almacenarse, envasarse, transportarse y
manipularse fácilmente. Los intentos previos para granular un
residuo con una temperatura baja de punto de reblandecimiento, se
han basado en la encapsulación del residuo mediante un recubrimiento
sólido. El recubrir el residuo complica el proceso de
encapsulamiento, tiene como consecuencia un producto con una
composición heterogénea, aumenta el coste debido a la naturaleza,
generalmente cara del material de recubrimiento, no siempre es
eficaz debido a la ruptura del recubrimiento y/o la disolución de
éste en agua si el recubrimiento es soluble en agua y, también, el
recubrimiento puede afectar adversamente a las características de
combustión del residuo. Referencias representativas que enseñan
diversos aparatos y metodologías de encapsulamiento, incluyen las
patentes norteamericanas 3.015.128 de Somerville; 3.310.612 de
Somerville; 4.123.206 de Dannelly; 4.128.409 de Dannelly; 4.386895
de Sodickson, y 5.637.350 de Ross.
La patente norteamericana 4.931.231 de Teppo y
otros describe un método para fabricar gránulos discretos de
material asfáltico haciendo fluir el material asfáltico en forma
fundida como una corriente anular alargada directamente en agua de
refrigeración, a fin de solidificar y fragmentar la corriente
alargada en forma de partículas sólidas discretas. Las partículas
formadas como resultado de la fragmentación no son esféricas y
poseen características de flujo y/o de manipulación indeseables. Por
ejemplo, las partículas pueden estar libres de polvo al obtenerlas
pero, debido a la existencia de bordes irregulares, el resultado
podría ser la formación de una cantidad considerable de polvo
durante su manipulación.
La patente norteamericana 3.877.918 de Cerbo
describe un aparato para producir partículas esféricas de vidrio
proyectando por centrifugación partículas sólidas de vidrio
trituradas en el tubo de aspiración de un horno de cuentas empleando
un receptáculo giratorio. El receptáculo giratorio forma una nube de
partículas sólidas de vidrio dispersadas uniformemente, que se
dirigen hacia arriba, a la cámara de expansión del horno para
calentar y conformar las partículas de vidrio obteniendo esferas
gracias a la tensión superficial.
La solicitud de patente GB 1.089.719 de Chicago
Bridge and Iron Co., describe un aparato para pulverizar materiales
en un proceso de formación de perlas, específicamente un aparato
mediante el cual se producen gotitas a través de una pluralidad de
boquillas de pulverización estacionarias. El documento alega que las
gotitas son esféricas y uniformes antes de abandonar la cámara
"caliente".
La patente norteamericana núm. 2.887.723 de
Hallie y otros, describe un procedimiento para granular material,
específicamente un procedimiento en el que una cabeza distribuidora
giratoria, perforada, para dispersar gotas de un material fundido en
una columna de aceite, donde son expuestas a la acción de un
material de siembra y se les deja cristalizar y endurecer.
La patente norteamericana núm. 3.197.413 de
Wingerd, describe un procedimiento para atomizar asfalto,
específicamente un procedimiento para producir suspensiones acuosas
de asfalto atomizado. El documento describe un procedimiento para
pulverizar asfalto fundido a través de una cabeza atomizadora
directamente en un rociado de agua fría con el fin de crear
partículas de asfalto sólidas que se recogen en el fondo de la
cámara de recogida con agua para formar una suspensión.
La técnica anterior no describe, en principio, un
método ni un aparato para fabricar gránulos esféricos de residuo de
petróleo alimentando el residuo en estado fundido a una cabeza
giratoria de formación de perlas, dejando que el residuo descargado
desde la cabeza de formación de perlas se rompa formando partículas
y éstas adopten la configuración de esferas debido a la tensión
superficial del residuo fundido cuando las partículas pasan, por
gravedad, por una zona en la que reina una temperatura elevada, y
enfriando luego bruscamente el material fundido en un medio
refrigerante para que las partículas solidifiquen en su forma
sustancialmente esférica. Ni tampoco parece que exista ninguna
divulgación anterior de la existencia de gránulos de residuo de
petróleo sustancialmente esféricos, homogéneos desde el punto de
vista de su composición (sin revestir) con una temperatura de punto
de reblandecimiento elevada, ni acerca de un método o un aparato
para la fabricación de gránulos esféricos de residuo para
almacenamiento y transporte a temperatura ambiente, para uso en
procesos de combustión como combustible o como aditivo
combustible.
El presente invento produce partículas
sustancialmente esféricas a partir de un material tal como residuo
de petróleo que, normalmente, es sólido a temperatura ambiente, pero
que puede licuarse a temperatura elevada. El presente invento
proporciona un producto de residuo de petróleo granulado, de
composición sustancialmente homogénea, adecuado para almacenamiento
y transporte a temperatura ambiente, antes de su uso final. Los
gránulos son relativamente duros y tienen una temperatura de punto
de reblandecimiento superior a los 93,3ºC (200ºF), de manera que no
se pegan entre ellos a la temperatura ambiente a la que se almacenan
y transportan. Si el material de alimentación de residuo no es lo
bastante duro, puede ser endurecido mediante oxidación con aire a
temperatura elevada. El residuo es conformado a modo de perlas a las
temperaturas de fusión empleando una cabeza giratoria para la
formación de perlas, que descarga el residuo fundido en un espacio
en el que hay vapor a alta temperatura. A medida que el residuo es
descargado desde la cabeza de formación de perlas y cae por
gravedad, se rompe en pequeñas piezas que adoptan la forma de
esferas mientras están en estado líquido. Después de que se forman
las esferas en estado líquido, los gránulos son enfriados y
solidificados, por ejemplo, haciendo pasar las esferas por una
niebla de agua y recogiéndolas en un baño de agua.
En términos generales, el invento proporciona un
procedimiento para granular un residuo de petróleo. El procedimiento
comprende (1) calentar el residuo a una temperatura a la que se
encuentra en estado líquido, (2) alimentar de forma continua el
residuo fundido a una entrada de una cabeza centrífuga de formación
de perlas que comprende una pluralidad de orificios de descarga
agrupados radialmente, en comunicación de fluido con la entrada, (3)
hacer girar la cabeza de formación de perlas para descargar el
residuo de los orificios en un espacio libre cerca de un extremo
superior de una vasija de granulación de diámetro mayor que un
diámetro de expulsión del residuo descargado, (4) dejar que el
residuo descargado se rompa formando gránulos sustancialmente
esféricos en una zona de alta temperatura de la vasija de
granulación en la que el residuo es líquido, y caiga hasta entrar en
contacto con un medio de refrigeración en el que el residuo es
insoluble y que se mantiene a una temperatura efectiva para
enfriar/solidificar los gránulos, (5) retirar una mezcla de gránulos
solidificados y medio de refrigeración de la vasija de granulación,
y (5) separar sustancialmente los gránulos del medio de
refrigeración.
Los orificios de descarga de la cabeza de
formación de perlas están agrupados, de preferencia, en una
circunferencia de la misma, en una pluralidad de filas superiores e
inferiores, verticalmente espaciadas. La fila o las filas inferiores
pueden estar dispuestas en una circunferencia de diámetro menor,
respecto al eje de rotación de la cabeza de formación de perlas, que
la fila o las filas superiores. La cabeza de formación de perlas
tiene, preferiblemente una circunferencia que se estrecha desde la
fila más superior de orificios hacia la fila más inferior, y puede
ser hecha girar a desde unas 10 a unas 5000 rpm. La cabeza de
formación de perlas tiene un diámetro, preferiblemente, de unos 5,08
cm (2 pulgadas) a unos 152,4 cm (5 pies), los orificios tienen un
diámetro de desde unos 0,0794 cm (1/32 de pulgada) a unos 2,54 cm (1
pulgada) y una capacidad de producción de desde 453,59 g/h a 453,59
kg/h (1 a 1000 lbs/hr), aproximadamente, de residuo por orificio, el
diámetro de descarga es de desde 30,48 cm a 457,2 cm (1 pie a 15
pies), aproximadamente, y los gránulos tienen un margen de tamaños
que va desde 0,1 mm a 10 mm, aproximadamente.
El medio de refrigeración es, de preferencia,
agua y el baño de agua se mantiene en la vasija de granulación a una
temperatura comprendida entre 4,4ºC (40ºF) y 87,8ºC (190ºF),
aproximadamente. El agua se introduce, preferiblemente, en la vasija
de granulación en forma de pulverización dirigida hacia dentro, por
ejemplo, como una fina niebla, en una zona de refrigeración por
encima del baño, para enfriar, al menos parcialmente, los gránulos
esféricos antes de que entren en el baño. La suspensión retirada de
la vasija de granulación no está, preferiblemente, más de 10ºC
(50ºF) más caliente que el agua introducida en la zona de
refrigeración. El procedimiento puede incluir, también, las
operaciones de recoger agua de la operación de separación, y
filtrar, enfriar y hacer recircular el agua enfriada, hacia la zona
de refrigeración.
El procedimiento puede incluir, igualmente, la
operación de ventilar el vapor cerca de un extremo superior de la
vasija de granulación y/o la operación de calentar un extremo
superior de la vasija de granulación a fin de mantener una zona a
temperatura sustancialmente constante en las proximidades de la
cabeza de formación de perlas. El procedimiento puede comprender,
además, la operación de transportar los gránulos recuperados a
temperatura ambiente hasta un lugar alejado de la vasija de
granulación, donde los gránulos son utilizados para quemarlos, como
mejorador de la combustión o como aditivo para coque y/o carbón,
mezclados con un diluyente para gasóleo o similares.
El residuo de petróleo alimentado a la operación
de calentamiento tiene, de preferencia, una penetración de,
esencialmente, 0 y una temperatura de punto de reblandecimiento
comprendida entre 93,3ºC (200ºF) y 204,4ºC (400ºF), más
preferiblemente de entre 110ºC (230ºF) y 176,7ºC (350ºF),
aproximadamente. El residuo se obtiene, preferiblemente, como la
fracción rica en asfalteno a partir de un procedimiento de
desasfaltación con disolvente. La alimentación de residuo se
calienta, de preferencia, a una temperatura comprendida entre
176,7ºC (350ºF) y 371,1ºC (700ºF), aproximadamente, y los gránulos
recuperados de la separación pueden tener un contenido de agua
residual comprendido entre el 0,1 y el 10 por ciento en peso. El
procedimiento también puede incluir quemar los gránulos de residuo
transportados, por ejemplo, como combustible, como aditivo en la
combustión de carbón y/o coque de petróleo o como un componente
mezclado con diluyente en un gasóleo.
El procedimiento puede comprender, también, la
operación de poner en contacto un residuo de petróleo blando con
aire a una temperatura comprendida entre 176,7ºC (350ºF) y 371,1ºC
(700ºF), aproximadamente, durante un período de tiempo efectivo para
reducir la penetración del residuo a, esencialmente, 0 e incrementar
la temperatura de punto de reblandecimiento hasta por encima de los
93,3ºC (200ºF), para formar un residuo duro adecuado para uso como
alimentación de residuo para la formación de perlas. El residuo
blando puede obtenerse como residuo en una torre atmosférica o como
fracción rica en asfalteno a partir de la desasfaltación con
disolvente de un residuo de petróleo, especialmente la
desasfaltación con propano. La operación de puesta en contacto con
el aire se realiza, preferiblemente, durante un período de tiempo
comprendido entre, aproximadamente, 2 y, aproximadamente 5
horas.
En otro aspecto del invento, se proporciona un
procedimiento para fabricar gránulos de residuo de petróleo a partir
de un residuo de petróleo sólido. El procedimiento incluye poner en
contacto un residuo blando, con una penetración mayor que 0 y una
temperatura de punto de reblandecimiento inferior a unos 93,3ºC
(200ºF), con aire a una temperatura comprendida entre unos 176,7ºC
(350ºF) y unos 371,1ºC (700ºF) durante un periodo de tiempo efectivo
para formar un residuo duro con una penetración de, esencialmente, 0
y una temperatura de punto de reblandecimiento superior a 93,3ºC
(200ºF) y darle al residuo duro la forma de gránulos. El
procedimiento puede incluir, también, quemar los gránulos, por
ejemplo, como combustible o como aditivo combustible.
En otro aspecto del invento, se proporciona un
granulador para fabricar gránulos esféricos de un material tal como
residuo de petróleo que es normalmente sólido a temperatura
ambiente, pero que puede licuarse a temperatura elevada. El
granulador incluye una vasija de granulación erecta que tiene una
zona superior de formación de perlas, una zona caliente de formación
de esferas situada debajo de la zona de formación de perlas, una
zona de refrigeración debajo de la zona de formación de esferas, y
un baño inferior de refrigeración con líquido bajo la zona de
refrigeración. Una cabeza de formación de perlas está dispuesta
centralmente en la zona de formación de perlas y puede ser hecha
girar según un eje vertical. La cabeza de formación de perlas tiene
una pluralidad de orificios de descarga para expulsar el material
fundido radialmente hacia fuera. Un diámetro de expulsión de la
cabeza de formación de perlas es menor que un diámetro interior de
la vasija de granulación. Se prevé una conducción de tratamiento
para suministrar el material a la cabeza de formación de perlas. La
altura de la zona de formación de esferas es suficiente para
permitir que el material líquido descargado desde la cabeza de
formación de perlas adopte una forma sustancialmente esférica
mientras se encuentra en estado líquido. Pueden preverse boquillas
para pulverizar medio de refrigeración líquido, preferiblemente agua
en forma de niebla, hacia dentro, en la zona de refrigeración para
enfriar y solidificar al menos una superficie exterior de las
esferas que han de recogerse en el baño. Se prevé otra conducción
para suministrar agua a las boquillas y al baño a fin de mantener en
un valor relativamente bajo la temperatura del baño en la vasija de
granulación. Se prevé otra conducción para retirar una suspensión de
los gránulos en el agua del baño. Se prevé un separador de
líquidos-sólidos para deshidratar los gránulos a
partir de la suspensión.
El granulador incluye, también, un recipiente de
oxidación para poner en contacto un residuo blando, con una
penetración mayor que 0 y, de preferencia, menor que 100 dmm, con
aire a una temperatura comprendida entre, aproximadamente, 176,7ºC
(350ºF) y, aproximadamente, 371,1ºC (700ºF) durante un período de
tiempo efectivo para reducir la penetración del residuo hasta,
esencialmente, 0 e incrementar la temperatura de punto de
reblandecimiento hasta por encima de 93,3ºC (200ºF) a fin de formar
un residuo duro adecuado como alimentación para la cabeza de
formación de perlas. El granulador puede incluir, además, una unidad
de desasfaltación con disolvente para obtener el residuo blando como
fracción de asfalteno a partir de la desasfaltación con disolvente
de un residuo de
petróleo.
petróleo.
Los orificios de descarga de la cabeza de
formación de perlas están agrupados, de preferencia, en una
circunferencia de la cabeza de formación de perlas, en una
pluralidad de filas superiores e inferiores, verticalmente
espaciadas, de las que la fila o las filas inferiores están
dispuestas en un diámetro menor, respecto al eje de rotación de la
cabeza de formación de perlas, que la fila o las filas superiores.
La cabeza de formación de perlas puede tener una circunferencia que
disminuya, de forma continua o escalonada, desde una fila superior,
con un diámetro relativamente grande, hasta una fila inferior, de
diámetro relativamente pequeño. En una realización alternativa, la
cabeza de formación de perlas comprende, preferiblemente, una
pluralidad de anillos de diferente diámetro, con orificios formados
en una circunferencia exterior de cada anillo, estando los anillos
asegurados a la cabeza de formación de perlas de manera descendente,
teniendo cada anillo sucesivamente situado más abajo un diámetro
menor que el del anillo precedente. El granulador tiene, de
preferencia, un accionamiento para hacer girar la cabeza de
formación de perlas a desde 10 a 5000 rpm, aproximadamente, teniendo
la cabeza de formación de perlas un diámetro comprendido entre unos
5,08 cm (2 pulgadas) y unos 152,4 cm (5 pies) y teniendo los
orificios un diámetro comprendido entre unos 0,0794 cm (1/32 de
pulgada) y unos 2,54 cm (1 pulgada), y una capacidad de producción
comprendida entre unos 453,59 g/h y unos 453,59 kg/h (entre 1 y 1000
libra/hora), aproximadamente, de material fundido por
orificio.
orificio.
El medio refrigerante es, preferiblemente, agua y
el granulador incluye también, de preferencia, un refrigerador para
mantener el baño de la vasija de granulación a una temperatura
comprendida entre unos 4,4ºC (40ºF) y unos 87,8ºC (190ºF). El baño
acuoso contiene, preferiblemente, una cantidad menor de un agente
tensioactivo no espumante. La vasija tiene, preferiblemente, un
fondo cónico que contiene el baño y una descarga en un extremo
inferior del fondo cónico, para alimentar la suspensión a la
conducción de retirada. Puede estar previsto un filtro para filtrar
el agua recuperada del separador de
líquidos-sólidos, un refrigerador previsto para
enfriar el agua filtrada y una conducción de recirculación para
hacer recircular el agua enfriada a la conducción de suministro.
Preferiblemente, hay prevista una conducción de
ventilación para retirar vapor de la vasija de granulación, cerca de
un extremo superior de la misma. También puede estar previsto un
calentador para calentar un extremo superior de la vasija con el fin
de mantener una zona de temperatura sustancialmente constante
adyacente a la cabeza de formación de perlas, particularmente
durante las operaciones de puesta en marcha. En una realización
preferida, está prevista una conducción para introducir vapor de
agua en la zona de formación de esferas.
El separador de líquidos-sólidos
comprende, preferiblemente, un tamiz vibratorio. El granulador puede
comprender, además, una cinta transportadora para trasladar los
gránulos desde el tamiz vibratorio para almacenarlos, envasarlos y/o
transportarlos, a temperatura ambiente.
En otro aspecto, el presente invento proporciona
gránulos de residuo de petróleo homogéneos, sustancialmente
esféricos, adecuados para quemarlos, con un tamaño comprendido en el
margen que va desde 0,1 a 10 mm, una penetración de, esencialmente,
0, una temperatura de punto de reblandecimiento de desde 93,3ºC
(200ºF) a unos 204,4ºC (400ºF), preferiblemente desde unos 110ºC
(230ºF) a unos 176,7ºC (350ºF), un contenido de agua residual de
desde 0,1 a 10 por ciento en peso, y un contenido de azufre menor
del 10 por ciento en peso. Los gránulos de residuo pueden comprender
un residuo duro obtenido mediante un procedimiento que comprende
poner en contacto un residuo blando con aire a temperatura elevada
durante un período de tiempo efectivo para convertir el residuo
blando en residuo duro, de preferencia, de 2 a 5 horas.
La Fig. 1 es un diagrama de proceso simplificado
de una realización del método de granular un residuo de petróleo
duro, de acuerdo con el presente invento.
La Fig. 2 es un diagrama de proceso simplificado
de una realización del método de la Fig. 1, que incluye la oxidación
con aire de un residuo blando para convertirlo en un residuo duro
antes de la formación de las perlas.
La Fig. 3 es un diagrama de proceso simplificado
de un granulador de acuerdo con una realización del invento.
La Fig. 4 es un esquema simplificado de una
realización de una cabeza de formación de perlas de acuerdo con el
presente invento.
La Fig. 5 es un esquema simplificado de una
realización alternativa de una cabeza de formación de perlas de
acuerdo con el presente invento.
Los residuos de petróleo que son adecuados para
granulación de acuerdo con el presente invento incluyen cualquier
material rico en asfalteno, particularmente la fracción de asfalteno
procedente de una desasfaltación con disolvente, con propano u otro
disolvente, según la práctica seguida en la tecnología de los
procedimientos de desasfaltación con disolvente comercialmente
disponible bajo las denominaciones registradas ROSE, DEMEX, SOLVAHL
y similares. El término "residuo", como se utiliza en la
presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones abarca,
también, otras fuentes que contienen asfalteno procedentes de
residuos de petróleo tales como, por ejemplo, fondos de torres
atmosféricas, fondos de torres de vacío, residuo de reductor de
viscosidad, residuo de craqueo térmico, residuo de reacción, residuo
de hidrotratamiento, residuo de hidrocraqueo y similares. El residuo
puede tener una temperatura de punto de reblandecimiento comprendida
entre -17,8ºC y 204,4ºC (0º a 400ºF), una penetración de desde 0 a
100 dmm y un contenido de azufre de desde 0 a 10 por ciento en peso.
Los residuos de desasfaltación con propano y los fondos de torres
atmosféricas tienen, típicamente, una temperatura de punto de
reblandecimiento inferior a 93,3ºC (200ºF). Residuos de petróleo
representativos y sus propiedades se enumeran en la Tabla 1 como
sigue:
| Residuo | Fuente o proceso | R \textamp B | Penetración | Azufre |
| ºC (ºF) | (dmm) | (% en peso) | ||
| Asfaltenos | Desasfaltación | -17,8 - 204,4 | 0 - 100 | 0 - 10 |
| con disolvente | (0 - 400) | |||
| Desasfaltación | -17,8 - 93,3 | 0 - 100 | 0 - 10 | |
| con propano | (0 - 200) | |||
| Proceso ROSE | -17,8 - 204,4 | 0 - 100 | 0 - 10 | |
| Proceso DEMEX | (0 - 400) | |||
| Proceso SOLVAHL | -17,8 - 204,4 | 0 - 100 | 0 - 10 | |
| (0 - 400) | ||||
| -17,8 - 204,4 | 0 - 100 | 0 - 10 | ||
| (0 - 400) | ||||
| Atmosférico | Torre | -17,8 - 93,3 | 0 - 100 | 0 - 10 |
| atmosférica | (0 - 200) | |||
| Vacío | Torre de vacío | -17,8 - 204,4 | 0 - 100 | 0 - 10 |
| (0 - 400) | ||||
| Reducción de | Reductor de | -17,8 - 204,4 | 0 - 100 | 0 - 10 |
| viscosidad | viscosidad | (0 - 400) | ||
| Térmico/ | Craqueo térmico | -17,8 - 204,4 | 0 - 100 | 0 - 10 |
| Catalítico | (0 - 400) | |||
| Reactor | -17,8 - 204,4 | 0 - 100 | 0 - 10 | |
| (0 - 400) | ||||
| Hidrotratamiento | -17,8 - 204,4 | 0 - 100 | 0 - 10 | |
| (0 - 400) | ||||
| Hidrocraqueo | -17,8 – 204,4 | 0 - 100 | 0 - 10 | |
| (0 - 400) |
Los residuos de petróleo pueden dividirse en dos
grupos: residuos blandos y residuos duros, que se diferencia entre
sí por sus temperaturas de punto de reblandecimiento R&B medidas
según la norma ASTM D3461-85 y por la penetración
medida según la norma ASTM D5. Las temperaturas de punto de
reblandecimiento R&B de residuos blandos serán, generalmente,
inferiores a 93,3ºC (200ºF) y sus penetraciones serán mayores que 0;
los residuos duros tendrán temperaturas de punto de reblandecimiento
R&B de, aproximadamente, 93,3ºC (200ºF) y superiores y una
penetración de, esencialmente, 0. La temperatura de punto de
reblandecimiento R&B para un residuo de petróleo se define como
la temperatura a la cual la viscosidad del residuo es de,
aproximadamente, 1.000.000 cSt y a la cual tiene lugar la
transformación de fase, de sólido a semisólido. Los gránulos
obtenidos a partir de los residuos más blandos pueden pegarse entre
sí y tener malas propiedades de almacenamiento y transporte en
condiciones ambiente. Así, los residuos blandos son, en general,
inadecuados para ser comercializados en forma de gránulos, a no ser
que sean tratados con anterioridad para modificar químicamente (por
oxidación con aire o mediante otro proceso apropiado) estos
materiales o se encapsulen los gránulos resultantes con un
recubrimiento impermeable. Por el contrario, los gránulos obtenidos
a partir de residuos duros pueden tener buenas características de
almacenamiento y transporte sin tratamiento previo.
De acuerdo con el presente invento, los residuos
blandos se oxidan, primero, en un reactor usual de soplado con aire
que funciona, típicamente, a una presión ligera (<3,51
kg/cm^{2})(<50 lbs/pulgada^{2})) y una temperatura moderada
(176,7ºC a 371,1ºC) (350ºC a 700ºF) mediante aspersión de aire. El
residuo endurece con un tiempo de soplado con aire a temperatura
constante y con un caudal, también constante, de aire por peso
unitario. El tiempo típico de soplado con aire es de 2 a 5 horas.
Sin embargo, el tiempo de soplado con aire puede reducirse
incrementando la temperatura y/o el caudal de aire por peso unitario
del residuo. Algunas de las resinas presentes en el residuo blando
se oxidan y se convierten en asfaltenos. Algunas de las resinas y
asfaltenos se convierten en hidrocarburos ligeros, líquidos con
hidrocarburos ligeros y gases de escape (conteniendo CO, CO_{2},
hidrocarburos gaseosos y H_{2}). El procedimiento de soplado con
aire reduce, generalmente, el poder calorífico del residuo pero
incrementa la temperatura de punto de reblandecimiento R&B y el
contenido de oxígeno del residuo. El residuo oxidado con un R&B
por encima de 93,3ºC (200ºF), resulta adecuado para su conversión en
gránulos.
El invento consiste en un procedimiento para
producir gránulos o perlas de residuos de petróleo, tanto blandos
como duros. De acuerdo con una realización del invento, el residuo
duro 10, es decir, el que tiene una temperatura de punto de
reblandecimiento R&B superior a 93,3ºC (200ºF), puede ser
convertido en gránulos directamente, es decir, sin tratamiento
previo alguno (véase la Fig. 1). El residuo blando 12 es sometido
primero, preferiblemente, a oxidación o soplado con aire 14 a
temperatura elevada y presión ligera, para convertirlo en un residuo
duro con una temperatura de punto de reblandecimiento R&B de
93,3ºC (200ºF) y superior, para hacerle más adecuado para su
conformación en gránulos (Fig. 2). La formación en gránulos de ambos
residuos, duro y blando endurecido, se lleva a cabo en una operación
16 de granulación, empleando un dispositivo centrífugo de formación
de perlas. El dispositivo centrífugo de formación de perlas tiene
una elevada capacidad de formación de perlas, flexibilidad para
producir gránulos de diversos tamaños y a partir de una diversidad
de residuos, es de funcionamiento sencillo, posee características
de auto-limpieza y es fácil de poner en marcha y de
parar.
La granulación 16 proporciona gránulos que son
sustancialmente esféricos con buenas características de
almacenamiento, transporte y combustión. Los gránulos obtenidos a
partir de la operación 16 de granulación, son enviados opcionalmente
al almacenamiento 18 (Fig. 1) en un bloque o en un barril, silo,
depósito o bidón, o el almacenamiento puede incluir su envasado en
bolsas, cajas, bidones o similares. Los gránulos pueden ser
enviados, luego, para su transporte en 20 por carretera,
ferrocarril, vía marítima o fluvial o similares. Los gránulos
también ser almacenados tras su transporte, como se ve en la Fig.
2. Deseablemente, los gránulos se quema luego con aire en un equipo
usual 22 de combustión, diseñado apropiadamente para la combustión
de residuos, como es conocido en la técnica, para obtener un gas de
chimenea 24 del que, típicamente, se recupera calor. Sin embargo, el
invento no se limita, necesariamente, a la combustión de los
gránulos, pudiendo tener otras utilidades.
Con referencia a la Fig. 3, el residuo duro 10 (o
el residuo blando endurecido procedente de una unidad de soplado con
aire o de otras unidades de tratamiento que puedan producir residuos
blandos endurecidos) es alimentado a un tambor de separación 30. El
propósito del tambor de separación 30 es eliminar el disolvente
residual contenido en el residuo (por ejemplo, procedente de los
asfaltenos recuperados a partir de procesos de desasfaltación con
disolvente), que es ventilado por la conducción 32 en la parte
superior y, también, proporcionar una carga de aspiración positiva
para la bomba 34 de desplazamiento positivo. La bomba 34 de
desplazamiento positivo entrega el residuo a la vasija 36 de
granulación a un caudal deseable. Una disposición de retorno de
derrames, que incluye la válvula 38 de control de la presión y la
conducción de retorno 40, mantiene los niveles de residuo en el
tambor 30 de separación y, también, regula las fluctuaciones en la
producción de gránulos. El residuo procedente de la bomba 34 de
desplazamiento positivo circula por un calentador 42 de compensación
del residuo en el que el residuo es calentado hasta la temperatura
de funcionamiento deseada para conseguir una granulación
satisfactoria. Una temperatura típica de salida del calentador 42 de
compensación del residuo está comprendida entre unos 176,7ºC (350ºF)
y unos 315,6ºC (600ºF) o 371,1ºC (700ºF), dependiendo de la
viscosidad y de la temperatura de punto de reblandecimiento R&B
del
residuo.
residuo.
El residuo caliente circula por la conducción 44
hasta la parte superior de la vasija 36 de granulación, donde pasa a
la cabeza giratoria 46 de formación de perlas. La cabeza giratoria
46 está montada directamente en la parte superior de la vasija 36 de
granulación y es hecha girar mediante un motor eléctrico 48 o
mediante otro órgano de accionamiento usual. La cabeza giratoria 46
es hecha girar a velocidades comprendidas en el margen de desde unas
10 a unas 5000 rpm.
La cabeza giratoria 46 puede tener diseños
variables, incluyendo el de cesta cónica 46a o el de cabeza 46b de
múltiples diámetros, representados respectivamente en las Figs. 4 y
5, pero sin limitarse a ellos. Los orificios 50 están uniformemente
espaciados en la circunferencia de las cabezas 46a, 46b, en una o
más filas, con un paso triangular o cuadrado, o según cualesquiera
otras disposiciones, como se describe con mayor detalle en lo que
sigue.
El diámetro de los orificios 50 puede variar
entre aproximadamente 0,8 y aproximadamente 25 mm (aproximadamente
0,03 a aproximadamente 1 pulgada) para producir la distribución y el
tamaño de gránulos deseados. La combinación del diámetro de la
cabeza giratoria 46, la velocidad de giro, el tamaño de los
orificios 50 y la temperatura (viscosidad) del fluido, controla el
tamaño de los gránulos y la distribución de tamaños, el rendimiento
de residuo por orificio y el diámetro de descarga de los gránulos.
Cuando el residuo entra en la cabeza giratoria 46, la fuerza
centrífuga descarga largos y delgados cilindros del residuo al
espacio libre en la parte superior de la vasija 36 de granulación. A
medida que el residuo se desplaza hacia fuera y/o hacia abajo a
través de la vasija 36 de granulación, el residuo se rompe formando
gránulos esféricos cuando la fuerza de la tensión superficial supera
a las fuerzas combinadas de la inercia y la viscosidad. Los gránulos
caen siguiendo una trayectoria helicoidal en el baño 52 de agua de
refrigeración (véase la Fig. 3) que es mantenido en un fondo,
preferiblemente cónico, 54 de la vasija 36 de granulación. La
distancia horizontal existente entre el eje de rotación de la
cabeza giratoria 46 y el punto en que el gránulo cesa su alejamiento
de la cabeza 46 y comienza a caer, se denomina radio de descarga. El
diámetro de descarga, es decir, el doble del radio de descarga, es,
de preferencia, menor que el diámetro interior de la vasija 36 de
granulación, para evitar que los gránulos choquen con la pared de la
vasija 36 y se acumulen en ella.
Dentro de la sección superior de la vasija de
granulación, pueden preverse bobinas eléctricas de calentamiento,
vapor de agua u otros elementos 56 de calentamiento para mantener
caliente el área adyacente a la cabeza 46 mientras el residuo
circula fuera de la cabeza giratoria 46. El calentamiento del área
dentro de la sección superior de la vasija 36 de granulación es
utilizado, principalmente, durante la puesta en marcha, pero también
puede utilizarse para mantener una temperatura constante del vapor
dentro de la vasija 36 de granulación durante el funcionamiento
regular. Si se desea, puede introducirse vapor de agua por la
conducción 57 para calentar el recipiente 36 para la puesta en
marcha en lugar, o además, de los elementos de calentamiento 56. La
introducción de vapor de agua en la puesta en marcha también puede
ayudar a desplazar el aire de la vasija 36 de granulación, el cual
podría oxidar, de manera indeseable, los gránulos de residuo. El
mantenimiento de una temperatura constante del vapor parecida a la
temperatura de la alimentación 44 de residuo, ayuda a superar las
fuerzas de la viscosidad y puede ayudar a reducir el diámetro de
descarga y el encadenamiento del residuo. Los vapores generados por
el residuo caliente y el vapor de agua generado por el agua de
refrigeración vaporizada, abandonan la parte superior de la vasija
36 por una conducción 58 de ventilación y son recuperados o
quemados, según se desee.
Los gránulos bajan siguiendo una trayectoria
helicoidal hasta el baño 52 de agua de refrigeración que se mantiene
en la sección inferior de la vasija 36 de granulación. Una niebla de
agua, generada mediante boquillas 60 de pulverización proporciona,
de preferencia un enfriamiento y un endurecimiento instantáneos de
la superficie de los gránulos que, en esta etapa, pueden tener,
todavía, un alma fundida. Los gránulos, con su superficie
endurecida, caen en el baño 52 de agua en donde ésta entra en la
sección inferior de la vasija 36 de granulación de manera turbulenta
con el fin de facilitar la retirada de los gránulos de la vasija 36
de granulación y, también, proporcionar el enfriamiento adicional
de los gránulos. Pueden utilizarse en el agua refrigerante bajos
niveles (menos de 20 ppm) de uno o más agentes tensioactivos, no
espumantes, de diversos fabricantes, incluyendo los disponibles
bajos las denominaciones registradas TERGITOL y TRITON, aunque sin
limitarse a ellos, para facilitar el aterrizaje suave de los
gránulos con vistas a reducir el aplanamiento de los gránulos
esféricos. El caudal de agua refrigerante se mantiene, de
preferencia, para conseguir un incremento de temperatura de desde
unos -12,2ºC (10ºF) a unos 10ºC (50ºF), más preferiblemente desde
-9,4ºC (15ºF) a -3,9ºC (25ºF), aproximadamente, entre el suministro
de agua de entrada a través de las conducciones 62, 64 y la
conducción de salida 66.
Los gránulos y el agua refrigerante circulan como
una suspensión saliendo de la vasija 36 de granulación para ir a un
dispositivo de separación, tal como un tamiz vibratorio 68, en el
que los gránulos son deshidratados. Los gránulos pueden tener un
contenido de agua residual de hasta, aproximadamente, un 10 por
cieno en peso, preferiblemente tan bajo como 1 o, incluso, 0,1 por
ciento en peso o menor. Los gránulos pueden ser transportados a un
silo usual, un foso abierto, una unidad de ensacado o a una
instalación para la carga en camiones (no mostrada) mediante una
cinta transportadora 70. El agua procedente del tamiz 68 de
deshidratación circula al sumidero 72. El sumidero 72 proporciona
una carga de aspiración positiva suficiente para la bomba 74 de agua
refrigerante. Alternativamente, el agua puede ser aspirada
directamente a la parte de aspiración de la bomba desde el tamiz de
deshidratación (no mostrado). El agua refrigerante es bombeada de
vuelta al granulador a través de un elemento 76 para la eliminación
de sólidos tal como, por ejemplo, un filtro en el que se eliminan
finos y sólidos. El agua refrigerante es enfriada a temperatura
ambiente, por ejemplo mediante un refrigerador 78 de aire, por
intercambio de calor con un sistema de agua de refrigeración de
refinería (no mostrado) o por cualesquiera otros medios
refrigeradores usuales, para recirculación a la vasija 36 de
granulación por la conducción 80.
\newpage
La condiciones típicas de funcionamiento para el
granulador de la Fig. 3 son como se muestra en la siguiente
Tabla 2:
Tabla 2:
| Condición | Margen | Margen preferido |
| Temperatura de alimentación | 176,7 a 371,1ºC | 204,4 a 315,6ºC |
| del residuo | (350 a 700ºF) | (400 a 600ºF) |
| Presión | 1 atmósfera a 14,06 | Menos de 3,51 kg/cm^{2} |
| kg/cm^{2} (200 psig) | (50 psig) | |
| Diámetro de la cabeza | 5,08 a 152,4 (2 a 60) | 5,08 a 91,4 (2 a 36) |
| cm (pulgadas) | ||
| Velocidad de giro de la | 10 a 5000 | 200 a 3000 |
| cabeza (rpm) | ||
| Tamaño de los orificios | 0,076 a 2,54 (0,03 a 1) | Menos de 1,27 (0,5) |
| cm (pulgadas) | ||
| Paso de los orificios | Triangular o cuadrado | |
| Capacidad de los orificios | 453,59 g/h a 453,59 kg/h | Hasta 181,14 kg/h |
| (1 a 1000 lbs/h) por orificio | (400 lbs/h) por orificio | |
| Diámetro de descarga | 30,48 a 457,2 cm | 60,96 a 304,8 cm |
| (1 a 15 pies) | (2 a 10 pies) | |
| Entrada de agua refrigerante. ºC (ºF) | 4,4 a 73,9 (40 a 165) | 15,6 a 60 (60 a 140) |
| Salida de agua refrigerante. ºC (ºF) | 21,1 a 87,8 (70 a 190) | 23,9 a 73,9 (75 a 165) |
| \DeltaT del agua refrigerante ºC (ºF) | -12,2 a 10 (10 a 50) | -9,4 a -3,9 (15 a 25) |
| Tamaño de gránulos (mm) | 0,1 a 10 | 0,5 a 5 |
El presente invento describe el uso del
dispositivo 46 de extrusión centrífuga para obtener gránulos de
residuos de petróleo. El dispositivo 46 de extrusión centrífuga
constituye un dispositivo de bajo coste, gran rendimiento, flexible
y auto-limpiante, para formar gránulos con los
residuos. Los orificios 50 están situados en la circunferencia de la
cabeza giratoria 46. El número de orificios 50 necesarios para
conseguir la producción deseada se incrementa aumentando el diámetro
de la cabeza 46 y/o reduciendo la distancia entre orificios 50 en
una fila y separando axialmente los orificios 50 en múltiples
niveles. Los orificios 50 pueden separarse axialmente en una
disposición triangular o cuadrada o con otra configuración.
La cabeza giratoria 46 puede tener diseños
variables incluyendo el de cesta estrechada 46a o el de cabeza 46b
con múltiples diámetros, representados en las Figs. 4 y 5,
respectivamente, pero sin limitarse a ellos. La combinación del
diámetro de la cabeza 46 y la velocidad de giro, determina la fuerza
centrífuga con que el residuo es extrudido desde la cabeza
centrífuga 46. Se cree que, por ejemplo, proporcionando orificios 50
en distintas circunferencias de la cabeza 46b, se reduce al mínimo
cualquier tendencia a que se produzcan colisiones de partículas
fundidas/pegajosas, ya que habrá diferentes diámetros de descarga,
evitándose así la aglomeración de partículas de residuo antes de
que puedan enfriarse y solidificarse. Si se desea, diferentes
anillos 47a-c de la cabeza 46b pueden ser hechos
girar a distintas velocidades, por ejemplo para obtener
aproximadamente la misma fuerza centrífuga en las respectivas
circunferencias.
Además de la velocidad de rotación y del diámetro
de la cabeza 46, los otros parámetros operativos son el tamaño de
los orificios 50, la temperatura del residuo, la temperatura del
ambiente circundante, el tamaño de los canales para circulación del
residuo dentro de la cabeza 46 (no mostrados), la viscosidad y la
tensión superficial del residuo. Estas variables y su relación con
el tamaño de los gránulos, el régimen de producción por orificio, el
diámetro de descarga y la longitud de rotura del chorro, se explican
en lo que sigue.
El tamaño de los orificios 50 afecta al tamaño de
los gránulos. Orificios 50 de menor tamaño producen gránulos más
pequeños, mientras que orificios de mayor tamaño producen gránulos
mayores para una viscosidad (temperatura), una velocidad de
rotación, un diámetro de la cabeza 46 y un rendimiento dados. El
diámetro de descarga aumenta al disminuir el tamaño de los orificios
50 para las mismas condiciones de funcionamiento. Ajustando la
velocidad de rotación, el diámetro de la cabeza 46 y el rendimiento,
pueden producirse gránulos con un variado margen de tamaños.
Dependiendo del rendimiento, el número de orificios 50 puede ser de
desde 10 o menos hasta de 700 o más.
La velocidad de rotación y el diámetro de la
cabeza centrífuga 46 afectan a la fuerza centrífuga con que tiene
lugar la extrusión del residuo. Al aumentar el número de rpm
disminuye el tamaño e los gránulos y aumenta el diámetro de
descarga, suponiendo que el resto de las condiciones permanecen
constantes. Al aumentar el diámetro de la cabeza 46 se incrementa la
fuerza centrífuga y, para mantener constante la fuerza centrífuga,
pueden reducirse las rpm de forma proporcional a la raíz cuadrada de
la relación existente entre los diámetros de la cabeza 46. Para
conseguir un régimen de producción superior por cada orificio 50, se
requiere, generalmente, una mayor velocidad de rotación. El margen
de rpm típico es de 10 a 5000. El diámetro de la cabeza centrífuga
46 puede variar desde 5,08 cm a 152,4 cm (2 pulgadas a 5 pies).
La viscosidad del residuo aumenta, en general, de
forma exponencial al disminuir la temperatura. La viscosidad del
residuo a diversas temperaturas puede estimarse por interpolación,
empleando la técnica ASTM conocida de los expertos en la técnica,
suponiendo que se conocen las viscosidades a dos temperaturas. La
viscosidad afecta al tamaño de los gránulos producidos,
proporcionando una mayor viscosidad del residuo gránulos mayores
suponiendo constantes las otras condiciones restantes.
Experimentos 1 y
2
Se llevaron a cabo experimentos con dos residuos
de petróleo obtenidos por desasfaltación con disolvente, con
temperaturas de punto de reblandecimiento R&B de 129,4ºC (265ºF)
y 144,4ºC (292ºF). La instalación experimental consistía en un horno
con depósito de alimentación, una bomba de residuo de granulador,
una conducción de alimentación calentada, juntas para transferir el
residuo a la cabeza de centrifugación, una cabeza de centrifugación
con múltiples orificios, un motor y una correa para hacer girar la
cabeza y una bandeja para la recogida de gránulos. El residuo se
calentó hasta la temperatura de funcionamiento deseada en el horno
de tambor y se bombeó a la cabeza giratoria de centrifugación
mediante la bomba de residuo de granulador. La bomba de residuo de
granulador era una bomba de engranajes capaz de bombear hasta 18,92
l/min (5 gpm). Las juntas para alta temperatura y presión moderada
proporcionaron una conexión positiva a prueba de fugas entre la
conducción de alimentación y la cabeza de centrifugación mientras se
transfería el residuo.
Se calibró la bomba antes de cada experimento de
granulación. A medida que el residuo entraba en la cabeza de
centrifugación, la fuerza centrífuga descargaba largos cilindros
delgados de residuo al espacio libre de la parte superior del
granulador. A medida que el residuo descendía en el espacio con
vapor, el residuo se rompía en gránulos esféricos cuando la fuerza
de la tensión superficial superaba a las fuerzas combinadas de la
viscosidad y la inercia. Los gránulos caían siguiendo una
trayectoria helicoidal a la bandeja de recogida, donde se mantenía
un baño de agua de refrigeración.
La cabeza de centrifugación experimental estaba
alojada en una cámara metálica y el vapor contenido en la cámara se
mantenía a una temperatura parecida a la temperatura de alimentación
del residuo empleando dos calentadores que quemaban queroseno para
calentar el aire. La cabeza centrífuga se calentaba hasta, casi, la
temperatura del residuo empleando calentadores de bobinas de
inducción. La cámara metálica se calentaba para superar la
viscosidad a fin de formar gránulos esféricos, y esto también
reducía el diámetro de descarga al tiempo que evitaba el
encadenamiento del residuo. Se llevaron a cabo experimentos con
orificios únicos y múltiples y se produjeron gránulos de manera
satisfactoria con un elevado rendimiento. Mientras se trabajaba con
orificios múltiples, los gránulos no se aglomeraron en el espacio
con vapor ni mientras caían a la bandeja de recogida de
gránulos.
Los Ejemplos 1 y 2 ilustran el funcionamiento del
aparato de granulación de residuos empleando un dispositivo de
extrusión centrífugo de acuerdo con los principios de este invento y
demuestran la capacidad de este aparato para producir gránulos de
manera satisfactoria. Las propiedades del residuo y los parámetros
operativos se presentan en la Tabla 2 siguiente:
| Propiedad/Parámetro | Ejemplo 1 | Ejemplo 2 |
| Propiedades del residuo | ||
| Punto de reblandecimiento | 129,4 (265) | 144,4 (292) |
| R \textamp B ºC (ºF) | ||
| Azufre, % en peso | 1,7 | 4,1 |
| Ensayo de almacenamiento a 65,6ºC | Superado | Superado |
| (150 ºF) con carga axial | ||
| Ensayo de friabilidad, | <2% en peso | <2% en peso |
| finos, % en peso | ||
| Poder calorífico, neto, Kcal/kg (Btu(lb) | 9362 (16.900) | 9268 (16730) |
| Tamaño de gránulo, mm | 0,5 a 3 | 0,5 a 3 |
| Parámetros operativos | ||
| Diámetro de la cabeza de | 6,1 (2,4) | 6,1 (2,4) |
| centrifugación cm (pulg.) |
| Propiedad/Parámetro | Ejemplo 1 | Ejemplo 2 |
| Número total de orificios | 32 | 32 |
| Número de orificios utilizados | 1 | 1 y 4 |
| Configuración de los orificios | Triangular | Triangular |
| Diámetro de los orificios | 0,07938 (0,03125) | 0,07938 (0,03125) |
| cm (pulgadas) | ||
| Diámetro de descarga cm (pies) | 106,7 a 152,4 (3,5 a 5) | 91,4 a 152,4 (3 a 5) |
| Temperatura de alimentación del | 260 (500) | 279,4 (535) |
| residuo ºC (ºF) | ||
| RPM | 900 - 1500 | 900 - 1500 |
| Rendimiento por orificio | 88,45 (195) | 45,36 (100) |
| (kg/h) (lbs/hr) |
Se describen un método y un aparato para fabricar
gránulos de residuo de petróleo homogéneos, sustancialmente
esféricos, con un margen de tamaños comprendido entre 0,1 y 10 mm,
una penetración de, esencialmente, 0, una temperatura de punto de
reblandecimiento de desde unos 93,3ºC (200ºF) a unos 204,4ºC
(400ºF), un contenido de agua residual de desde 0,1 a 10 por ciento
en peso, y un contenido de azufre inferior al 10 por ciento en peso.
El procedimiento incluye alimentar el material en estado fundido a
una cabeza giratoria de formación de perlas para descargar el
material en un espacio libre en un extremo superior de una vasija de
granulación, de diámetro mayor que un diámetro de descarga del
material descargado, dejar que el material descargado se rompa
separándose, darle la forma de gránulos líquidos, sustancialmente
esféricos y dejar que caigan en una pulverización de líquido y/o un
baño para solidificar los gránulos. El aparato tiene una vasija de
granulación erecta con una zona superior de formación de perlas, una
zona de formación de esferas por debajo de la zona de formación de
perlas, una zona de refrigeración por debajo de la zona de formación
de esferas, un baño por debajo de la zona de refrigeración y una
cabeza de formación de perlas en la zona de formación de éstas, que
puede ser hecha girar según un eje vertical y que tiene una
pluralidad de orificios de descarga para expulsar material fundido
radialmente hacia fuera. La altura de la zona de formación de
esferas es suficiente para permitir que el material descargado desde
la cabeza de formación de perlas forme gránulos líquidos
sustancialmente esféricos. Hay previstas boquillas para pulverizar
agua hacia dentro, a la zona de refrigeración, para enfriar y
solidificar, al menos parcialmente, los gránulos líquidos que han de
recogerse en el baño. También se describe el tratamiento previo de
un residuo blando (con una temperatura de punto de reblandecimiento
inferior a 93,3ºC (200ºF)) mediante oxidación con aire, para
producir un residuo duro adecuado para alimentarlo a la cabeza de
formación de perlas.
Claims (36)
1. Un procedimiento para granular un residuo de
petróleo, que comprende:
calentar el residuo a una temperatura a la que se
encuentre en estado líquido;
alimentar continuamente el residuo caliente a la
entrada de una cabeza de formación de perlas por centrifugación, que
comprende una pluralidad de orificios de descarga agrupados
radialmente;
hacer girar la cabeza de formación de perlas para
descargar el residuo caliente desde los orificios a un espacio libre
en un extremo superior de una vasija de granulación que tiene un
diámetro mayor que un diámetro de descarga del residuo
descargado;
dejar que el residuo descargado se rompa,
separándose, y adopte la forma de gránulos sustancialmente esféricos
en una zona de alta temperatura de la vasija de granulación en la
que el residuo es líquido y que caiga a un baño de medio de
refrigeración líquido mantenido a una temperatura efectiva para
solidificar los gránulos en una forma sustancialmente esférica;
retirar una suspensión de gránulos solidificados
y medio de refrigeración de la vasija de granulación; y
separar sustancialmente los gránulos del medio de
refrigeración.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
que el residuo tiene una penetración de, esencialmente, 0, una
temperatura de punto de reblandecimiento de desde 93,3ºC (200ºF) a
204,4ºC (400ºF), y el residuo es calentado hasta una temperatura de
desde unos 176,7ºC (350ºF) a unos 371,1ºC (700ºF).
3. El procedimiento de la reivindicación 2, que
comprende además la operación de poner en contacto un residuo
blando, con una penetración mayor que 0, medida según la norma ASTM
D5 y una temperatura de punto de reblandecimiento inferior a unos
93,3ºC (200ºF) con aire a una temperatura comprendida entre unos
176,7ºC (350ºF) y unos 371,1ºC (700ºF) durante un período de tiempo
efectivo para reducir la penetración del residuo a, esencialmente, 0
e incrementar la temperatura de punto de reblandecimiento a por
encima de 93,3ºC (200ºF), a fin de formar un residuo duro, adecuado
para utilizarlo como alimentación de residuo en el
calentamiento.
4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el
que la operación de puesta en contacto con aire se lleva a cabo
durante un período de tiempo comprendido entre unas 2 horas y unas 5
horas.
5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
que los orificios de descarga están agrupados en una circunferencia
de la cabeza de formación de perlas en una pluralidad de filas
superiores e inferiores, verticalmente espaciadas, de las que la o
las filas más bajas están dispuestas según un diámetro menor,
respecto al eje de rotación de la cabeza de formación de perlas, que
la o las filas situadas más altas.
6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el
que la cabeza de formación de perlas tiene una circunferencia que se
estrecha desde una fila más superior de orificios de descarga, hasta
una fila situada más baja.
7. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
que la cabeza de formación de perlas es hecha girar a entre 10 y
5000 rpm, aproximadamente, la cabeza de formación de perlas tiene un
diámetro que va desde unos 5,08 cm (2 pulgadas) a unos 152,4 cm (5
pies), los orificios tienen un diámetro comprendido entre unos
0,0794 cm (1/32 pulgadas) y unos 2,54 cm (1 pulgada), y una
capacidad de producción de desde, aproximadamente, 453,59 g/h (1
lbs/hr) a, aproximadamente, 453,59 kg/h (1000 lbs/hr) de material
fundido por orificio, el diámetro de descarga es de desde 30,48 cm
(1 pie) aproximadamente a 457,2 cm (15 pies) aproximadamente, y los
gránulos tienen un margen de tamaños comprendido entre,
aproximadamente 0,1 mm y, aproximadamente, 10 mm.
8. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
que el medio de refrigeración comprende agua.
9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el
que el baño es mantenido en la vasija de granulación a una
temperatura comprendida entre unos 4,4ºC (40ºF) y unos 87,8ºC
(190ºF).
10. El procedimiento de la reivindicación 9, en
el que el agua se introduce en la vasija de granulación en forma de
pulverización dirigida hacia dentro en una zona de refrigeración por
encima del baño para enfriar, al menos parcialmente, los gránulos
esféricos antes de que entren en el baño.
11. El procedimiento de la reivindicación 9, en
el que la suspensión retirada de la vasija de granulación no está
más de, aproximadamente, 10ºC (50ºF) más caliente que el agua
introducida en la zona de refrigeración.
12. El procedimiento de la reivindicación 8, que
comprende, además, las operaciones de recuperar el agua procedente
de la separación, filtrar el agua recuperada, enfriar el agua
recuperada y hacer recircular el agua recuperada a la zona de
refrigeración.
13. El procedimiento de la reivindicación 8, en
el que el material de alimentación comprende un residuo de petróleo
con una temperatura de punto de reblandecimiento de desde unos 110ºC
(230ºF) a unos 176,7ºC (350ºF) y los gránulos recuperados a partir
de la separación tienen un contenido de agua residual que va del 0,1
al 10 por ciento en peso.
14. El procedimiento de la reivindicación 1, que
comprende, además, la operación de ventilar vapor desde cerca de un
extremo superior de la vasija de granulación.
15. El procedimiento de la reivindicación 1, que
comprende, además, la operación de calentar un extremo superior de
la vasija de granulación para mantener una zona a temperatura
sustancialmente constante junto a la cabeza de formación de perlas,
durante la puesta en marcha.
16. El procedimiento de la reivindicación 1, que
comprende, además, introducir vapor de agua en la vasija de
granulación, entre la cabeza de formación de perlas y el baño.
17. El procedimiento de la reivindicación 1, que
comprende, además, la operación de transportar los gránulos
recuperados a temperatura ambiente hasta un lugar alejado de la
vasija de granulación.
18. Un procedimiento para la combustión de un
residuo, que comprende quemar los gránulos transportados en la
reivindicación 17 en forma de combustible o de aditivo
combustible.
19. Gránulos de residuo de petróleo de
composición homogénea, sustancialmente esféricos, adecuados para
quemarlos, que tienen un margen de tamaños que va desde 0,1 a 10 mm,
una penetración de, esencialmente, 0, medida según la norma ASTM D5,
una temperatura de punto de reblandecimiento de desde 93,3ºC (200ºF)
a 204,4ºC (400ºF), un contenido de agua residual de desde 0,1 a 10
por ciento en peso, y un contenido de azufre inferior al 10 por
ciento en peso.
20. Los gránulos de residuo de la reivindicación
19, que comprenden un residuo duro producido mediante un
procedimiento que comprende poner en contacto un residuo blando, con
una temperatura de punto de reblandecimiento inferior a 93,3ºC
(200ºF) y una penetración mayor que 0, medida según la norma ASTM
D5, con aire a temperatura elevada durante un período de tiempo
efectivo para convertir el residuo blando en residuo duro.
21. Un granulador para fabricar gránulos
esféricos a partir de un material de alimentación normalmente
sólido, que puede fundirse a temperatura elevada, que comprende:
una vasija de granulación erecta que tiene una
zona superior de formación de perlas, una zona de formación de
esferas por debajo de la zona de formación de perlas, una zona de
refrigeración por debajo de la zona de formación de esferas, y un
baño de refrigeración inferior situado por debajo de la zona de
refrigeración;
una cabeza de formación de perlas dispuesta
centralmente en la zona de formación de perlas, que puede ser hecha
girar según un eje vertical y que tiene una pluralidad de orificios
de descarga para expulsar el material de alimentación radialmente
hacia fuera, en la que un diámetro de descarga de la cabeza de
formación de perlas es menor que un diámetro interior de la vasija
de granulación;
una conducción para suministrar el material de
alimentación fundido a la cabeza de formación de perlas;
siendo la altura de la zona de formación de
esferas suficiente para permitir que el material descargado de la
cabeza de formación de perlas forme gránulos líquidos
sustancialmente esféricos;
boquillas para pulverizar un medio de
refrigeración líquido hacia dentro, a la zona de refrigeración y
solidificar, al menos parcialmente, los gránulos líquidos que han de
recogerse en el baño;
una conducción para suministrar medio de
refrigeración a las boquillas y al baño, con el fin de mantener la
profundidad del baño en la vasija de granulación;
una conducción para retirar una suspensión de
gránulos en el medio de refrigeración;
un separador de líquidos-sólidos
para recuperar los gránulos de la suspensión;
un recipiente de oxidación para poner en contacto
un residuo blando con una penetración mayor que 0 y una temperatura
de punto de reblandecimiento inferior a unos 93,3ºC (200ºF) con aire
a una temperatura comprendida entre aproximadamente 176,7ºC (350ºF)
y aproximadamente 371,1ºC (700ºF) durante un período de tiempo
efectivo para reducir la penetración del residuo a, esencialmente, 0
e incrementar la temperatura de punto de reblandecimiento hasta por
encima de 93,3ºC (200ºF), a fin de formar un residuo duro adecuado
como material de alimentación para la cabeza de formación de perlas;
y
una conducción de tratamiento para suministrar el
residuo duro a la conducción de suministro de material de
alimentación en fusión.
22. El granulador de la reivindicación 21, que
comprende, además, una unidad de desasfaltación con disolvente para
obtener el residuo blando como fracción de asfalteno a partir de la
desasfaltación con disolvente de un residuo de petróleo.
23. El granulador de la reivindicación 21, que
comprende un calentador para calentar el material suministrado a la
cabeza de formación de perlas.
24. El granulador de la reivindicación 21, en el
que los orificios de descarga están agrupados en una circunferencia
de la cabeza de formación de perlas, en una pluralidad de filas
superiores e inferiores, verticalmente espaciadas, de las cuales, la
o las filas inferiores están dispuestas con un radio menor, respecto
del eje de rotación de la cabeza de formación de perlas, que la o
las filas superiores.
25. El granulador de la reivindicación 24, en el
que la cabeza de formación de perlas tiene una circunferencia que se
estrecha desde una fila superior hacia una fila inferior.
26. El granulador de la reivindicación 24, en el
que la cabeza de formación de perlas comprende una pluralidad de
anillos de distinto diámetro, con orificios formados en una
circunferencia exterior de cada anillo, en el que los anillos están
asegurados a la cabeza de formación de perlas en una configuración
descendente, en la que cada anillo sucesivamente más bajo, tiene un
diámetro menor que el anillo precedente.
27. El granulador de la reivindicación 21, que
comprende, además, un órgano de accionamiento para hacer girar la
cabeza de formación de gránulos a desde 10 a 5000 rpm,
aproximadamente, en el que la cabeza de formación de perlas tiene un
diámetro de desde 5,08 cm (2 pulgadas) a 152,4 cm (5 pies),
aproximadamente, y en el que los orificios tienen un diámetro
comprendido entre unos 0,0794 cm (1/32 pulgadas) y unos 2,54 cm (1
pulgada), y una capacidad de producción de desde, aproximadamente,
453,59 g/h (1 lbs/hr) a, aproximadamente, 453,59 kg/h (1000 lbs/hr)
del material de alimentación por orificio.
28. El granulador de la reivindicación 21, en el
que el medio de refrigeración comprende agua y, además, comprende un
refrigerador para mantener el baño de la vasija de granulación a una
temperatura comprendida entre unos 4,4ºC (40ºF) y unos 87,8ºC
(190ºF).
29. El granulador de la reivindicación 28, en el
que el baño comprende una cantidad menor de un agente tensioactivo
no espumante.
30. El granulador de la reivindicación 21, en el
que el recipiente comprende un fondo cónico que contiene el baño y
una descarga en un extremo inferior del fondo cónico para alimentar
la suspensión a la conducción de retirada.
31. El granulador de la reivindicación 30, que
comprende, además, un filtro para filtrar el medio de refrigeración
recuperado del separador de líquidos-sólidos, un
refrigerador para enfriar el medio de refrigeración recuperado y una
conducción de recirculación para hacer recircular el medio de
refrigeración enfriado a la conducción de suministro.
32. El granulador de la reivindicación 21, que
comprende, además, una ventilación para retirar vapor cerca de un
extremo superior de la vasija de granulación.
33. El granulador de la reivindicación 21, que
comprende, además, un calentador para calentar un extremo superior
de la vasija a fin de mantener una zona a temperatura
sustancialmente constante junto a la cabeza de formación de
perlas.
34. El granulador de la reivindicación 21, en el
que el separador de líquidos-sólidos comprende un
tamiz vibratorio.
35. El granulador de la reivindicación 21, que
comprende, además, una cinta transportadora para transportar los
gránulos desde el tamiz vibratorio a un almacenamiento a temperatura
ambiente.
36. El granulador de la reivindicación 21, que
comprende, además, una conducción para introducir vapor de agua en
la zona de formación de esferas.
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