ES2629156B1

ES2629156B1 - Procedimiento de extracción de hidrocarburos viscosos remanentes en tanques y tuberías

Info

Publication number: ES2629156B1
Application number: ES201600007A
Authority: ES
Inventors: Evaristo Fontecha Cuetos
Original assignee: Symiceis 2014 S L; Symiceis 2014 SL
Current assignee: Symiceis 2014 SL
Priority date: 2016-01-07
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2018-07-27
Anticipated expiration: 2036-01-07
Also published as: WO2017118766A1; ES2629156A1

Abstract

Procedimiento de extracción de hidrocarburos viscosos remanentes en tanques y tuberías.#Procedimiento caracterizado por incluir entre sus operaciones la inyección en tanques y tuberías de una corriente constituida por aire caliente con alta humedad relativa y el vapor de agua sobrecalentado preciso en cada momento para provocar el flujo de hidrocarburos hacia la zona de extracción de un modo efectivo y seguro.#- Efectivo. El vapor de agua libre y el absorbido por el aire caliente permiten transmitir grandes cantidades de calor latente; adicionalmente, el sobrecalentamiento incrementa el calor sensible y retarda las cesiones de calor latente a las distintas temperaturas de rocío, propiciando una transmisión de calor más uniforme y con mayor alcance efectivo.#- Seguro. La inyección continua de aire evita la generación de atmósferas explosivas y las condiciones de humedad generadas evitan riesgos de incendio.#El procedimiento es aplicable a tanques y tuberías de petróleo y productos petrolíferos viscosos.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento de extraction de hidrocarburos viscosos remanentes en tanques y tuberias.

Objeto de la invention

Los tanques y las tuberias de productos petroKferos deben vaciarse regularmente para realizar inspecciones periodicas, trabajos de mantenimiento, cambios de carga o demoliciones. El objeto de la presente invencion es un procedimiento de extraccion de hidrocarburos viscosos caracterizado por una operation que reduce la viscosidad de los hidrocarburos mediante la inyeccion en los tanques y tuberias de una corriente constituida por aire caliente con alta humedad relativa y vapor de agua sobrecalentado.

El procedimiento es aplicable a los tanques y tuberias de petroleo y de productos petroliferos viscosos, que se encuentran ampliamente extendidos en yacimientos petroliferos, refinerias de petroleo, terminales portuarias, buques petroleros, centrales termicas, plantas petroqtimicas, etc.

Estado de la tecnica

El procedimiento objeto de la invencion tiene como antecedentes dos procedimientos de extraccion selectiva de hidrocarburos viscosos de tanques de almacenamiento que el 28.04.2011 y el 24.01.2014 fueron objeto de solicitud de patente por el mismo inventor que el presente. La primera solicitud fue concedida el 22.07.2013 con el numero ES 2391183 B1. El informe de busqueda internacional de la citada patente senalaba como antecedentes tres documentos que no representaron ningun impedimento para su concesion (US 105085242 A Great Eastern Bermuda LTD, GB 2101475 A British Petroleum CO PLC y US 3874399 A Fuji Oil CO LTD).

La presente invencion corrige una deficiencia de sus dos procedimientos antecedentes, que es la limitada capacidad de transmision de calor que presenta el aire caliente para fluidificar los hidrocarburos remanentes en los tanques de gran tamano (0 > 60 metros) o en las tuberias de centenares de metros de longitud. Deficiencia que se hace mas evidente en condiciones invernales o en la fase final de extraccion, lo que ocasiona que en los tanques quede sin extraer finalmente una parte significativa de los hidrocarburos y que en las tuberias existan limitaciones en cuanto a su longitud. Lo que no resulta factible es incrementar la transmision de calor con aire mas caliente o con mas caudal de aire, ya que calentar el aire a temperaturas muy elevadas no es posible en las zonas donde el procedimiento se aplica (zonas clasificadas ATEX con limitaciones de temperatura para los equipos electricos, generalmente 200°C en los productos petroliferos), y aumentar los caudales de aire caliente implicaria en los tanques unos costes desorbitados de adquisicion de potentes calentadores electricos homologados para zonas ATEX y de suministro de grandes grupos electrogenos con sus correspondientes proyectos de instalacion temporal. Dificultades anadidas se presentan en las tuberias, pues incrementar los caudales de inyeccion de aire caliente implicaria aumentar la presion en las tuberias hasta unos extremos inasumibles desde el punto de vista de la seguridad, debido al riesgo de incendio asociado a las corrientes electrostaticas que se generan en las tuberias al circular aire a gran velocidad y con minima humedad relativa, riesgo que determino que las tuberias no fueran objeto de patente en los dos procedimientos antecedentes. En la segunda solicitud de patente se solucionaba el problema de aportacion de calor a los hidrocarburos remanentes en los tanques anadiendo al procedimiento una operacion espedfica basada en la recirculation de agua caliente, pero resulta una operacion compleja que en la practica ofrece resultados poco satisfactorios.

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La presente invention soluciona la referida deficiencia mediante la inyeccion en el tanque o tuberia de una corriente constituida por aire caliente con alta humedad relativa y el vapor de agua sobrecalentado que se necesite en cada momento para provocar el flujo de hidrocarburos hacia la zona de extraction de un modo efectivo y seguro, lo que supone incrementar la capacidad de transmision de calor a la capa superficial de hidrocarburos remanentes en los tanques con unos equipos de dimensiones moderadas, cuyo consumo de electricidad y de vapor de agua puede ser satisfecho mediante los suministros que habitualmente se encuentran disponibles en las instalaciones de almacenamiento de productos petroliferos. Adicionalmente, el sobrecalentamiento aumenta el calor sensible de la corriente inyectada y retarda las cesiones de calor latente a las distintas temperaturas de rodo, ampliando ostensiblemente el alcance efectivo de la transmision del calor, lo que resulta especialmente relevante para la aplicacion del procedimiento a los grandes tanques de techo flotante de petroleo (0 > 60 metros) y a las tuberias de productos petroliferos viscosos de muchos centenares de metros de longitud.

Otra ventaja concluyente del presente procedimiento respecto a los dos antecedentes es que el aire con alta humedad relativa no acumula cargas electrostaticas por presentar una conductividad muy superior al aire con reducida humedad relativa.

A la fecha de presentation de la presente invencion, los procedimientos mas utilizados en las refinerias para extraer hidrocarburos viscosos remanentes en los tanques de petroleo estan basados en la dilucion mediante la inyeccion de hidrocarburos no viscosos suministrados por las propias refinerias. En los tanques de fueloil y de otros hidrocarburos viscosos, lo mas habitual es realizar la extraccion mediante camiones de suction e impulsion, con operarios en el interior de los tanques empujando los hidrocarburos hacia las mangueras de succion. Por lo que se refiere a las tuberias de hidrocarburos viscosos, los procedimientos mas extendidos se basan en la limpieza mediante "pigs" propulsados con nitrogeno y el "flushing" mediante latiguillos y cabezales de agua a presion. El procedimiento objeto de la patente presenta importantes ventajas respecto a los procedimientos referidos anteriormente, tales como no precisar la inyeccion de hidrocarburos no viscosos en los tanques para fluidificar los hidrocarburos remanentes ni la inyeccion de nitrogeno para la inertization de los tanques y las tuberias, extraer los hidrocarburos sin mezclarlos con los contaminantes depositados en el fondo de los tanques, y hacer uso de equipos simples y de facil instalacion que eliminan la necesidad de realizar trabajos y modificaciones en los techos de los tanques o cortes en las tuberias.

Description de la invencion

El procedimiento objeto de la invencion comprende la secuencia de operaciones siguiente:

- Mediciones de las concentraciones de gases inflamables o toxicos para prevenir los riesgos asociados, controles de la temperatura de extraccion de los hidrocarburos para prevenir calentamientos excesivos y conexion a tierra de los equipos para disipar las cargas electrostaticas. Inicialmente se hacen mediciones de los gases inflamables o toxicos existentes en el interior del tanque o tuberia, procediendo a su ventilation si se superan los limites de concentration admisible. Durante la practica del procedimiento, las mediciones se realizan sobre la corriente de aire a su salida del tanque o tuberia. Las mediciones de temperatura de los hidrocarburos se realizan mediante termometros instalados en los equipos exteriores de calentamiento, filtrado o bombeo.

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- Calentamiento mediante la inyeccion en el tanque o tuberia de una corriente constituida por aire caliente con alta humedad relativa y por el vapor de agua sobrecalentado que se necesite en cada momento para provocar el flujo de hidrocarburos hacia la zona de extraccion de un modo efectivo y seguro. La inyeccion de, la corriente de aire y vapor de agua en los tanques se puede realizar con un ventilador centrifugo de alta presion con una presion estatica en torno a 100 milibares, mientras que en las tuberias se necesita mayor presion y se realiza preferentemente con una soplante que transmita una presion estatica en torno a 50 milibares en la fase inicial de extraccion y que pueda llegar a superar los 1.000 milibares en la fase final. El ventilador centrifugo de alta presion o la soplante fuerzan el paso de la corriente de aire atmosferico y de vapor de agua por un calentador electrico con deflectores convenientemente dispuestos para establecer un flujo en regimen turbulento que favorezca la absorcion de humedad por parte del aire. Teniendo en cuenta que la capacidad de absorcion de humedad del aire se incrementa con la temperatura, con el flujo en regimen turbulento del aire y del vapor de agua por un calentador electrico con deflectores se consigue que el aire se caliente y absorba una considerable cantidad vapor de agua, de modo que la humedad relativa del aire caliente aumente hasta valores tan proximos a la humedad de saturacion como permitan el dimensionamiento o configuracion del calentador electrico y la presion transmitida por el ventilador centrifugo de alta presion o la soplante. A medida que se requiere mas aportacion de calor para mantener el flujo de hidrocarburos hacia la zona de extraccion, se van agregando cantidades crecientes de vapor de agua que, tanto si resulta absorbido por el aire caliente como si permanece libre, se sobrecalienta en el calentador electrico y se inyecta en el tanque o tuberia. Se consigue asi una aportacion de calor que reduce la viscosidad de los hidrocarburos de un modo efectivo y seguro.

• Efectivo. El vapor de agua libre y el absorbido por el aire caliente permiten transmitir grandes cantidades de calor latente; adicionalmente, el sobrecalentamiento incrementa el calor sensible de la corriente inyectada y retarda las cesiones de calor latente a las distintas temperaturas de rodo, propiciando una transmision de calor mas uniforme y con mayor alcance efectivo.

• Seguro. La inyeccion continua de aire evita la generacion de atmosferas explosivas y las condiciones de humedad generadas con el vapor de agua evitan riesgos de incendio.

La normativa que afecta a los equipos electricos en zonas clasificadas ATEX establece la temperatura maxima a alcanzar en el nucleo del calentador electrico, limitando asi la temperatura a la que se puede calentar la corriente de aire y vapor de agua. En el caso del petroleo, su temperatura de autoignicion o la de los gases desprendidos determinan una limitacion de 200°C (clase de temperatura T3). El vapor de agua disponible habitualmente en las instalaciones de almacenamiento se encuentra en torno a 3 bares de presion, por lo que el vapor de agua entraria en el calentador electrico aproximadamente a 135°C y tendria un margen maximo de calentamiento de 65°C. Dicho margen no es muy significativo por lo que se refiere al incremento de calor sensible que puede obtenerse, pero si lo es en lo relativo a conseguir una transmision de calor mas uniforme y que alcance a los hidrocarburos mas alejados del punto de inyeccion de la corriente, ya que el sobrecalentamiento retarda el momento en que se van produciendo las cesiones de calor latente a las distintas temperaturas de rodo.

- Extraccion del tanque de un caudal de aire ligeramente superior al aportado, mediante un ventilador centrifugo instalado en la zona inferior externa de la envolvente del tanque y alejado todo lo posible del punto de inyeccion. Se consigue asi transmitir el calor de manera mas uniforme y forzar una leve depresion en el tanque que evite perdidas de aire caliente y de vapor de agua a traves del anillo de sellado en los tanques de techo flotante

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o a traves de los respiraderos en los tanques de techo fijo. Esta operation no es necesaria en la extraction de hidrocarburos de las tuberias, debido a que no hay perdidas posibles de aire caliente o vapor de agua, salvo por los extremos de la tuberia.

- Calentamientos adicionales, mediante dispositivos de calentamiento situados en el interior del tanque e intercambiadores de calor externos, para facilitar las operaciones de extraccion, filtrado y trasvase de los hidrocarburos al punto designado para tal efecto. Los dispositivos de calentamiento en el interior del tanque (serpentines de calentamiento, resistencias electricas ATEX, etc.) deben situarse muy proximos a las lmeas de suction o pueden estar integrados en ellas, de modo que el calentamiento de los hidrocarburos sea simultaneo a su extraccion. Sirvan como ejemplo de dispositivos integrados los dispositivos de succion y calentamiento simultaneo, que se conectan al extremo de las mangueras de succion y disponen de dos camaras diferenciadas, una camara de succion por la que circulan los hidrocarburos y otra camara de calentamiento por la que pueda circular vapor de agua o que aloje un sistema electrico de calentamiento. El resto de los equipos necesarios para la practica del procedimiento (intercambiadores de calor, filtros y bombas) son convencionales, con exception de las bombas, que han de estar homologadas para zonas con riesgo de formation de atmosferas explosivas. Una vez que la aportacion de calor deje de ser efectiva y finalice el flujo de hidrocarburos hacia la zona de extraccion, se da por finalizada la aplicacion del procedimiento. La temperatura a la que se deben calentar los hidrocarburos depende de sus caracteristicas y generalmente se encuentra entre 30°C y 70°C, temperatura alcanzable en las tuberias sin necesidad de calentamientos adicionales. La aplicacion del procedimiento a las tuberias puede exigir una extraccion previa de hidrocarburos hasta alcanzar un nivel de llenado que posibilite la circulation de la corriente de aire y vapor de agua desde un extremo al otro de la tuberia. A medida que el nivel de hidrocarburos en las tuberias lo permita, se van incrementando la presion a la que se inyecta la corriente y el caudal de vapor de agua aportado, siempre de forma controlada para no provocar avalanchas que impidan la circulacion de la corriente de aire y vapor de agua por la tuberia. El vapor de agua actua como coadyuvante del aire para completar la extraccion de los hidrocarburos y tiene un efecto desengrasante de la tuberia. La corriente de aire y vapor de agua inyectada en la tuberia ha de tener salida libre por el extremo opuesto al de inyeccion para que en su avance impulse los hidrocarburos fuera de la tuberia. Los hidrocarburos se recogen en un recipiente situado bajo el extremo de salida de la tuberia y son inmediatamente bombeados al punto designado para tal efecto. Una vez que se haya completado la extraccion de los hidrocarburos, se interrumpe la aportacion de vapor de agua y se mantiene la inyeccion de aire atmosferico caliente hasta conseguir que la tuberia quede completamente seca.

Description de la figura adjunta

En la figura 1 se representa un esquema del procedimiento aplicado a un tanque de techo flotante -1-. El ventilador centrifugo de alta presion -2- impulsa aire atmosferico y vapor de agua -3-, forzando su flujo en regimen turbulento por un calentador electrico con deflectores -4- e inyectando el aire caliente con alta humedad relativa y el vapor de agua sobrecalentado en el tanque, mientras un ventilador centrifugo -5- extrae del tanque una cantidad de aire ligeramente superior al inyectado y lo libera a la atmosfera. En la zona de extraccion de los hidrocarburos se instalan los dispositivos de succion y calentamiento simultaneo -6-, los filtros -7- para retention de solidos de gran tamano, el intercambiador de calor -8-, una unidad filtrante -9- para retencion de solidos de pequeno tamano y una bomba -10-, mediante los cuales se realiza la extraccion, el calentamiento, el filtrado y el trasvase de los hidrocarburos al punto designado para tal efecto -11-.

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Descripcion de una realizacion preferente de la invencion

Un ejemplo representativo de aplicacion del procedimiento se presenta en la extraction del petroleo remanente en los tanques de techo flotante, aplicacion muy ventajosa al encontrarse el techo flotante en su position de mantenimiento, apoyado sobre sus patas soporte en el fondo del tanque, lo que supone limitar la altura del tanque y facilitar el calentamiento del petroleo remanente. La secuencia de operaciones es la siguiente:

- Mediciones de las concentraciones de gases inflamables o toxicos, controles de la temperatura de extraccion del petroleo y conexion a tierra de los equipos. En el supuesto de que se detectasen sobrecalentamientos del petroleo o concentraciones no admisibles de gases inflamables o toxicos, se interrumpirian de inmediato los calentamientos y se mantendria la ventilation del tanque hasta recuperar las condiciones de seguridad requeridas.

- Calentamiento mediante la inyeccion en el tanque de una corriente constituida por aire caliente con alta humedad relativa y el vapor de agua sobrecalentado necesario para reducir la viscosidad de la capa superficial del petroleo remanente y provocar su flujo hacia la zona de extraccion. El calentamiento del aire, la simultanea absorcion de humedad por el aire y el sobrecalentamiento del vapor de agua se consiguen forzando el flujo en regimen turbulento de aire atmosferico y de vapor de agua por un calentador electrico con deflectores. A medida que se requiere mas aportacion de calor para mantener el flujo de petroleo hacia la zona de extraccion, se van agregando cantidades crecientes de vapor de agua. Ademas de ceder el correspondiente calor latente en el cambio de fase, el vapor de agua una vez condensado favorece el flujo de hidrocarburos hacia la zona de extraccion.

- Extraccion del tanque de un caudal de aire ligeramente superior al aportado mediante un ventilador centrifugo instalado en la boca de paso de hombre mas alejada del punto de inyeccion de la corriente, con objeto de conseguir una transmision mas uniforme del calor y forzar una leve depresion en el tanque que evite perdidas de aire caliente y de vapor de agua a traves del anillo de sellado.

- Calentamientos adicionales, mediante dispositivos de calentamiento situados en el interior del tanque e intercambiadores de calor externos, para facilitar las operaciones de extraccion, filtrado y trasvase del petroleo al punto designado para tal efecto. Una vez que la aportacion de calor deje de ser efectiva y finalice el flujo de petroleo hacia las lmeas de suction, se da por finalizada la aplicacion del procedimiento de extraccion, quedando en el fondo del tanque los lodos aceitosos y las fracciones del petroleo con elevada temperatura de fusion para su retirada por metodos convencionales.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de extraction de hidrocarburos viscosos remanentes en tanques de almacenamiento caracterizado por incluir entre sus operaciones la inyeccion en los tanques de una corriente constituida por aire caliente con alta humedad relativa y vapor de agua sobrecalentado.

El procedimiento consta de las operaciones siguientes:

- Mediciones de las concentraciones de gases inflamables o toxicos, controles de la temperatura de extraccion de los hidrocarburos y conexion a tierra de los equipos.

- Calentamiento de la capa superficial de hidrocarburos mediante la inyeccion en el tanque de una corriente constituida por aire caliente con alta humedad relativa y por la cantidad de vapor de agua sobrecalentado que se necesite en cada momento para provocar el flujo de hidrocarburos hacia la zona de extraccion. El calentamiento del aire, la simultanea absorcion de humedad por el aire y el sobrecalentamiento del vapor de agua se consiguen forzando el flujo en regimen turbulento de aire atmosferico y vapor de agua por un calentador electrico con deflectores.

- Extraccion del tanque de un caudal de aire ligeramente superior al aportado mediante un ventilador centrifugo instalado en la zona inferior externa de la envolvente del tanque y alejado todo lo posible del punto de inyeccion.

- Calentamientos adicionales de los hidrocarburos mediante dispositivos de calentamiento situados en el interior del tanque e intercambiadores de calor externos.

- Extraccion, filtrado y trasvase de los hidrocarburos al punto designado para tal efecto.
2. Procedimiento de extraccion de hidrocarburos viscosos remanentes en tuberias caracterizado por incluir entre sus operaciones la inyeccion en las tuberias de una corriente constituida por aire caliente con alta humedad relativa y vapor de agua sobrecalentado.

El procedimiento consta de las operaciones siguientes:

- Mediciones de las concentraciones de gases inflamables o toxicos, controles de la temperatura de extraccion de los hidrocarburos y conexion a tierra de los equipos.

- Extraccion previa de hidrocarburos de la tuberia, si fuera necesario, hasta alcanzar un nivel de llenado que posibilite la circulation de la corriente de aire y vapor de agua desde un extremo al otro de la tuberia.

- Calentamiento de los hidrocarburos mediante la inyeccion en la tuberia de una corriente constituida por aire caliente con alta humedad relativa y por la cantidad de vapor de agua sobrecalentado que se necesite en cada momento para provocar el flujo de hidrocarburos hacia la zona de extraccion establecida en el extremo opuesto de la tuberia. El calentamiento del aire, la simultanea absorcion de humedad por el aire y el sobrecalentamiento del vapor de agua se consiguen forzando el flujo en regimen turbulento de aire atmosferico y vapor de agua por un calentador electrico con deflectores.

- Extraccion de los hidrocarburos por el extremo de la tuberia opuesto al de inyeccion y trasvase de los mismos al punto designado para tal efecto. A medida que el nivel de

hidrocarburos en las tuberias lo permita, y siempre de forma controlada para no provocar avalanchas que impidan la circulation de la corriente de aire y vapor de agua por la tuberia, se van incrementando la presion a la que se inyecta la corriente y el caudal de vapor de agua aportado hasta completar la extraction de los hidrocarburos.

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- Inyeccion de aire atmosferico caliente en la tuberia hasta conseguir que quede completamente seca.