ES2867101T3 - Sistema y procedimiento de recuperación de vapor - Google Patents

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Abstract

Un sistema que comprende: una torre de recuperación de vapor (20) configurada para recibir petróleo crudo, teniendo dicha torre de recuperación de vapor una boquilla de entrada de petróleo crudo (23), una boquilla de salida de petróleo crudo (25), una salida de gas (26), una entrada de vapor (28) y una salida de vapor (32), un compresor (42) en comunicación fluida con la salida de gas y la entrada de vapor de dicha torre de recuperación de vapor; un intercambiador de calor de carcasa y tubos (44) ubicado dentro de dicha torre de recuperación de vapor, con dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos que tiene una carcasa exterior y una pluralidad de tubos que pasan a través de la carcasa, estando la carcasa de dicho intercambiador de calor configurada para transferir calor del gas comprimido y/o fases de vapor que pasan a través de la carcasa hasta el petróleo crudo que pasa a través de la pluralidad de tubos, con dichos tubos que tienen un diámetro externo de 1,3 cm (0,5 pulgadas) a 2,5 cm (1 pulgada) y un espesor de pared de 0,1 cm (0,04 pulgadas) a 0,3 cm (0,12 pulgadas) y estando dicha carcasa del intercambiador de calor en comunicación fluida con dicha entrada de vapor y dicha salida de vapor, dicha boquilla de entrada de petróleo crudo colocada encima de dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos; dicha boquilla de salida de petróleo crudo colocada encima de dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos; dicha salida de gas colocada debajo de dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos; dicha entrada de vapor colocada encima de dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos; dicha salida de vapor colocada debajo de dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos; un conducto (48) configurado para funcionar a presiones que van desde 0 kPa (0 psig) a 2400 kPa (350 psig) y temperaturas que van desde 290 K (70 °F) a 410 K (275 °F), con dicho conducto que proporciona comunicación de fluido entre dicha entrada de vapor y dicho compresor en el que dicho intercambiador de calor recibe gas comprimido y/o fases de vapor de dicho compresor a través de dicha entrada de vapor y dicho intercambiador de calor está en comunicación fluida con una tubería a través de dicha salida de vapor.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento de recuperación de vapor
SUMARIO
La presente divulgación proporciona un sistema de recuperación de vapor como se reivindica en la reivindicación 1.
La presente divulgación también describe un procedimiento para usar el sistema de recuperación de vapor según se reivindica en la reivindicación 2.
Los documentos US 2015/231525, US 4617030 y US 2012/079851 divulgan sistemas de recuperación de vapor conocidos en la técnica. El documento EP 0627249 divulga un proceso para extraer residuos usando destilación de residuos industriales contaminados.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 representa una primera vista de un sistema de recuperación de vapor que incluye una torre de recuperación de vapor y una unidad de recuperación de vapor.
La Figura 2 representa una segunda vista del sistema de recuperación de vapor de la FIG. 1 tomada a noventa grados de la de la FIG. 1.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Con referencia a las FIGS., en el presente documento se divulgan sistemas y procedimientos para recoger gas del petróleo crudo. Las FIGS. representan un sistema mejorado de recuperación de vapor capaz de aumentar el rendimiento de hidrocarburos gaseosos del petróleo crudo. Reducir el componente gaseoso del petróleo crudo antes de transportar el petróleo crudo a una batería de tanques reducirá la cantidad de gas ventilado y quemado de la batería del tanque.
Como se muestra en las FIGS., el sistema de recuperación de vapor 10 incluye una torre de recuperación de vapor 20, una unidad de recuperación de vapor 40 y un intercambiador de calor 44 colocado dentro de la torre de recuperación de vapor 20. La torre de recuperación de vapor 20 incluye una entrada 22 de petróleo crudo en comunicación fluida con una tubería, no mostrada. La torre de recuperación de vapor 20 también incluye una salida 24 de petróleo crudo en comunicación fluida con una segunda tubería, no mostrada. El conducto 46 proporciona comunicación fluida entre la salida 26 de gas transportada por la torre de recuperación de vapor 20 y la unidad de recuperación de vapor 40. La unidad de recuperación de vapor 40 incluye un compresor 42 capaz de eliminar o extraer gas de la torre de recuperación de vapor 20. La torre de recuperación de vapor 20 también lleva una entrada de vapor 28 y una salida de vapor 32. El conducto 48 proporciona comunicación fluida entre la unidad de recuperación de vapor 40 y la entrada de vapor 28. La entrada de vapor 28 está en comunicación fluida con un intercambiador de calor 44. El intercambiador de calor 44 recibe vapores gaseosos calientes comprimidos de la unidad de recuperación de vapor 40. El intercambiador de calor 44 proporciona la capacidad de transferir calor de un fluido que fluye a otro fluido que fluye. En este caso, el intercambiador de calor 44 transfiere calor de los vapores gaseosos comprimidos al petróleo crudo. El intercambiador de calor 44 también está en comunicación fluida con la entrada de vapor 28 y la salida de vapor 32. La salida de vapor 32 a su vez transporta los vapores gaseosos comprimidos a una tubería 52. Por tanto, el sistema 10 ocupa un espacio no mayor que los sistemas de recuperación de vapor actuales. Sin embargo, como se analiza a continuación en el procedimiento del sistema operativo 10, el sistema de recuperación de vapor descrito mejora la recuperación de los componentes gaseosos y vaporizables del petróleo crudo antes de transportar el petróleo crudo a un parque de tanques o refinería.
El intercambiador de calor 44 puede ser cualquiera de varios diseños capaces de transferir calor de un fluido que fluye a otro fluido que fluye. Un intercambiador de calor conveniente adecuado para su uso en el sistema de recuperación de vapor 10 es un intercambiador de calor de carcasa y tubos, también conocido como intercambiador de calor de camisa y tubo. Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos se utilizan comúnmente en las refinerías de petróleo. Como saben los expertos en la técnica, un intercambiador de calor de carcasa y tubos incluye una camisa o carcasa de modo que un fluido pase a través de los tubos mientras que otro pasa sobre los tubos a través de la carcasa del intercambiador de calor. En este caso, los tubos transportarán el crudo que pasa a través de la torre de recuperación de vapor 20 mientras los componentes calientes gaseosos y vaporizables fluyen a través de la camisa y pasan por los tubos. Por tanto, dentro del intercambiador de calor de carcasa y tubos 40, el calor se transferirá desde los componentes calientes gaseosos y vaporizables al petróleo crudo. Los intercambiadores de carcasa y tubos adecuados para su uso en el presente documento tendrán tubos con diámetros externos que varían de aproximadamente 0,5 pulgadas (1,3 cm) a aproximadamente 1 pulgada (2,5 cm) y espesores de pared de aproximadamente 0,04 pulgadas (0,1 cm) a aproximadamente 0,120 pulgadas (0,3 cm). El número de tubos en la carcasa y el intercambiador de calor de tubos 40 estará limitado únicamente por el tamaño de la unidad de recuperación de vapor 20. El intercambiador de calor 40 será capaz de transferir energía térmica desde aproximadamente 2 (0,04 kJ/s) a aproximadamente 10 btu/minuto (0,2 kJ/s) por cada barril (159 litros) de petróleo procesado por día.
El procedimiento de operación del sistema de recuperación de vapor comienza con el paso de petróleo crudo desde un pozo u otra fuente a través de una tubería 14 hasta la torre de recuperación de vapor 20 a través de la entrada 22 de petróleo crudo. La torre de recuperación de vapor 20 típicamente funciona a una temperatura entre aproximadamente 40 °F (280 K) y 250 °F (390 K) y presiones de aproximadamente -5 psig (-34 kPa) a aproximadamente 25 psig (172 kPa). El caudal de petróleo crudo a través de la torre de recuperación de vapor 20 puede oscilar entre aproximadamente 10 barriles por día (1600 l) y aproximadamente 5000 barriles (820000 l) por día. En estas condiciones, el gas natural y otros componentes vaporizables se aislarán del aceite en la parte superior de la torre de recuperación de vapor 20. Como se muestra en las FIGS. el petróleo crudo entra en la torre de recuperación de vapor 20 en la entrada 22 de petróleo crudo. Después de pasar a través de la boquilla de entrada 23, el petróleo crudo pasa hacia abajo a través de la torre de recuperación de vapor 20 y a través de los tubos del intercambiador de calor 44. Posteriormente, el petróleo crudo fluye a través de un pasaje interior, no mostrado, a la boquilla 25 y pasa a la salida 24 de petróleo crudo.
Los gases y componentes vaporizables aislados por la torre de recuperación de vapor 20 salen de la torre de recuperación de vapor 20 a través de la salida 26 de gas y pasan a través de un conducto 46 a la unidad de recuperación de vapor 40. Los gases y vapores que pasan a través del conducto 46 pueden estar bajo una presión de aproximadamente menos 5 psig (-34 kPa), es decir, un vacío, a una presión positiva de aproximadamente 25 psig (172 kPa) y a temperaturas entre aproximadamente 70 °F (290 KPa) y 150 °F (340 K).
Al entrar en la unidad de recuperación de vapor 40, los gases y vapores recuperados se comprimen. Como resultado, la temperatura del gas y los vapores que salen de la unidad de recuperación de vapor 40 estará entre aproximadamente 180 °F (355 K) y aproximadamente 275 °F (410 K). El gas y los vapores comprimidos pasan a través del conducto 48 hasta la entrada 28 de vapor de la torre de recuperación de vapor 20. Después de pasar a través de la entrada de vapor 28, el gas comprimido y los vapores pasan a través de la carcasa del intercambiador de calor 40. El intercambiador de calor 40 transfiere calor del gas comprimido y los vapores al petróleo crudo que pasa a través de los tubos del intercambiador de calor 40 dentro de la torre de recuperación de vapor 20. Las fases de gas y/o vapor comprimidas pasan a través de la carcasa del intercambiador de calor 40 a una velocidad entre aproximadamente 10 mil pies cúbicos estándar por día (283 metros cúbicos estándar por día) y aproximadamente 2 millones de pies cúbicos estándar por día (56664 metros cúbicos estándar por día).
Por tanto, el sistema de recuperación de vapor 10 captura y utiliza el calor que normalmente se pierde en la atmósfera. El sistema de recuperación de vapor 10 usa el intercambiador de calor 40 para transferir la energía térmica capturada al petróleo crudo que pasa a través de los tubos del intercambiador de calor 40, induciendo así el cambio de fase de líquido a gas y vapores dentro de la torre de recuperación de vapor 20. Como se señaló anteriormente, el intercambiador de calor 44 transfiere energía térmica en el rango de aproximadamente 2 (0,04 kJ/s) a aproximadamente 10 btu/minuto (0,2 kJ/s) por cada barril de petróleo procesado por día desde el gas comprimido y los componentes vaporizables al petróleo crudo pasando a través del intercambiador de calor 40 dentro de la torre de recuperación de vapor 20. Así, por ejemplo, en un modo de realización, el intercambiador de calor 44 será capaz de transferir aproximadamente 2230 btu/minuto (40 kJ/s) cuando el petróleo crudo fluya a una velocidad de aproximadamente 750 barriles (120000 l) por día.
Como se señaló anteriormente, el intercambiador de calor 44 está en comunicación fluida con la salida de vapor 32. Así, después del paso de intercambio de calor, el gas comprimido y los componentes vaporizables fluyen desde el intercambiador de calor 40 a la salida de vapor 32 y posteriormente entran en una tubería de transmisión de ventas 52. Por consiguiente, el compresor 42 de la unidad de recuperación de vapor 40 funcionará típicamente para proporcionar una presión operativa en la salida 32 de vapor suficiente para permitir el flujo de gases y vapores hacia la tubería de transmisión de ventas 52.
Otros modos de realización de la presente invención resultarán evidentes para un experto en la técnica. Como tal, la descripción anterior simplemente habilita y describe los usos y procedimientos generales de la presente invención. Por consiguiente, las siguientes reivindicaciones definen el verdadero alcance de la presente invención.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema que comprende:
una torre de recuperación de vapor (20) configurada para recibir petróleo crudo, teniendo dicha torre de recuperación de vapor una boquilla de entrada de petróleo crudo (23), una boquilla de salida de petróleo crudo (25), una salida de gas (26), una entrada de vapor (28) y una salida de vapor (32),
un compresor (42) en comunicación fluida con la salida de gas y la entrada de vapor de dicha torre de recuperación de vapor;
un intercambiador de calor de carcasa y tubos (44) ubicado dentro de dicha torre de recuperación de vapor, con dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos que tiene una carcasa exterior y una pluralidad de tubos que pasan a través de la carcasa, estando la carcasa de dicho intercambiador de calor configurada para transferir calor del gas comprimido y/o fases de vapor que pasan a través de la carcasa hasta el petróleo crudo que pasa a través de la pluralidad de tubos, con dichos tubos que tienen un diámetro externo de 1,3 cm (0,5 pulgadas) a 2,5 cm (1 pulgada) y un espesor de pared de 0,1 cm (0,04 pulgadas) a 0,3 cm (0,12 pulgadas) y estando dicha carcasa del intercambiador de calor en comunicación fluida con dicha entrada de vapor y dicha salida de vapor,
dicha boquilla de entrada de petróleo crudo colocada encima de dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos;
dicha boquilla de salida de petróleo crudo colocada encima de dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos;
dicha salida de gas colocada debajo de dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos;
dicha entrada de vapor colocada encima de dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos;
dicha salida de vapor colocada debajo de dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos;
un conducto (48) configurado para funcionar a presiones que van desde 0 kPa (0 psig) a 2400 kPa (350 psig) y temperaturas que van desde 290 K (70 °F) a 410 K (275 °F), con dicho conducto que proporciona comunicación de fluido entre dicha entrada de vapor y dicho compresor en el que dicho intercambiador de calor recibe gas comprimido y/o fases de vapor de dicho compresor a través de dicha entrada de vapor y dicho intercambiador de calor está en comunicación fluida con una tubería a través de dicha salida de vapor.
2. Un procedimiento llevado a cabo en el sistema según la reivindicación 1 y que comprende:
hacer pasar un petróleo crudo que contiene compuestos volátiles a través de una boquilla de entrada (23) a contracorriente a través de una torre de recuperación de vapor (20);
dentro de la torre de recuperación de vapor, inducir un cambio de fase en una parte de los compuestos volátiles de una fase líquida a una fase gaseosa y/o vapor;
separar la fase gaseosa y/o vapor del petróleo crudo;
pasar la fase de gas y/o vapor separada a una unidad de recuperación de vapor (40), en la que la unidad de recuperación de vapor es un compresor (42);
comprimir dicha fase de gas y/o vapor antes de pasar dicho gas y/o vapor a través de un intercambiador de calor de carcasa y tubos (44) ubicado dentro de dicha torre de recuperación de vapor y debajo de dicha boquilla de entrada, teniendo dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos una carcasa exterior y una pluralidad de tubos que pasan a través de dicha carcasa y teniendo dicho intercambiador de calor una tasa de intercambio de calor de 0,04 kJ/s (2 btu/minuto) a 0,2 kJ/s (10 btu/minuto) por cada barril (159 litros) de aceite por día pasando a través de dicho intercambiador de calor;
pasar la fase de gas y/o vapor comprimido hacia abajo a través de la parte de carcasa de dicho intercambiador de calor, transfiriendo así calor desde la fase de gas y/o vapor comprimido al petróleo crudo que pasa hacia abajo a través de los tubos de dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos dentro de dicha torre de recuperación de vapor mejorando de ese modo el cambio de fase de los compuestos volátiles dentro de dicho petróleo crudo desde el estado líquido a un estado gaseoso y/o vapor;
pasar dicho gas comprimido y/o fase de vapor a través de una salida de vapor 32 hacia una tubería; y,
dicho petróleo crudo pasa posteriormente desde dichos tubos de dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos a través de un paso interior de dicha torre de recuperación de vapor hasta una boquilla (25), estando dicha boquilla colocada sobre dicho intercambiador de calor de carcasa y tubos.
3. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que el paso de comprimir dicha fase de gas y/o vapor aumenta la temperatura de dicha fase de gas y/o vapor a una temperatura entre 355 K (180 °F) y 410 K (275 °F).
4. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que el paso de comprimir coloca dicha fase de gas y/o vapor a una presión de 0 kPa (0 psig) a 2400 kPa (350 psig) a medida que la fase de gas y/o vapor comprimido pasa a través de dicho intercambiador de calor.
5. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicho gas comprimido y/o fase de vapor pasa a través de dicho intercambiador de calor a una velocidad entre 283 metros cúbicos estándar por día (10 mil pies cúbicos estándar por día) y 56664 metros cúbicos estándar por día (2 millones de pies cúbicos estándar por día).
6. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicha torre de recuperación de vapor funciona a una presión entre -34 kPa (-5 psig) y 172 kPa (25 psig) y una temperatura entre 280 K (40 °F) y 390 K (250 °F).
7. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que el petróleo crudo fluye a través de dicha torre de recuperación de vapor a una velocidad de 1600 l/día (10 bbl/día) a 820000 l/día (5000 bbl/día).
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