WO2019039929A1 - Reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo - Google Patents

Reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo Download PDF

Info

Publication number
WO2019039929A1
WO2019039929A1 PCT/MX2018/000075 MX2018000075W WO2019039929A1 WO 2019039929 A1 WO2019039929 A1 WO 2019039929A1 MX 2018000075 W MX2018000075 W MX 2018000075W WO 2019039929 A1 WO2019039929 A1 WO 2019039929A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fluid
reactor
continuous flow
hydrodynamic cavitation
cavitation reactor
Prior art date
Application number
PCT/MX2018/000075
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Francisco Javier CIERCO GUINDAS
Original Assignee
Energy Rap Vortex Services, S.A. De C.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Energy Rap Vortex Services, S.A. De C.V. filed Critical Energy Rap Vortex Services, S.A. De C.V.
Publication of WO2019039929A1 publication Critical patent/WO2019039929A1/es

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/52—Compositions for preventing, limiting or eliminating depositions, e.g. for cleaning
    • C09K8/524—Compositions for preventing, limiting or eliminating depositions, e.g. for cleaning organic depositions, e.g. paraffins or asphaltenes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/58—Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G21/00—Refining of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by extraction with selective solvents
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • F17D1/08—Pipe-line systems for liquids or viscous products
    • F17D1/16—Facilitating the conveyance of liquids or effecting the conveyance of viscous products by modification of their viscosity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G47/00—Cracking of hydrocarbon oils, in the presence of hydrogen or hydrogen- generating compounds, to obtain lower boiling fractions

Definitions

  • the present invention is understood within the field of systems and installations implemented in the extraction, transport and refining sectors of the oil industry, and more specifically, it refers to a continuous flow reactor that allows the treatment and improvement of crude oils from of the phenomenon of hydrodynamic cavitation.
  • heavy crude or extra heavy crude oil is any type of crude oil that does not flow easily. It is called heavy because its density or specific gravity is higher than that of light crude oil. Heavy crude has been defined as that fluid that has an API gravity between 10 and 22. This result of heavy crude is a degradation due to being exposed to bacteria, water or air, which results in the loss of its lighter fractions , leaving behind its heavier fractions.
  • Plant extracts include a mixture of phosphoglycerides and vegetable oils.
  • a method for reducing the viscosity of heavy and extra heavy crudes using the viscosity reducer No aromatic base solvents are needed.
  • the viscosity reducing composition includes a mixture of phosphoglycerides, vegetable oil, non-aromatic solvent, polycyclic aromatic hydrocarbon and stabilizer.
  • Offshore heavy oil production discloses and protects a system for the production of heavy crude oil from an underwater field, and for the treatment of crude oil in order to facilitate its transportation; wherein a floating body that produces the heavy crude oil carries a hydrocarbon cracking station that cracks the heavy crude into light liquid and gaseous hydrocarbons; and that uses heat resulting from cracking to produce pressurized steam;
  • the pressurized steam is used to drive a steam-powered engine (with pistons or a turbine) that drives an electric generator whose electricity energizes the system.
  • the liquid product is improved mainly due to its substantially reduced viscosity, its increased API gravity, as well as the content of medium and light distilled fractions. While maximizing the overall performance of the liquid, improvements in viscosity and API gravity can make the liquid product suitable for pipeline transportation without the use of diluents.
  • This invention particularly relates to reducing sulfur emissions during the combustion of the by-product of coke (or coke and gas), to reduce the total acid number (TAN) of the liquid product, and to reduce the hydrogen sulfide content of one component, or more than one component, of the product.
  • the method comprises introducing a particulate heat carrier to an upflow reactor, introducing the feed material in a location above the entrance of the particulate heat carrier, allowing the heavy hydrocarbon feed material to interact with the heat carrier. For a short time, separate the vapors from the product stream of the particulate heat carrier and the liquid and solid by-product, regenerate the particulate heat carrier in the presence of the calcium compound, and collect a gaseous product and liquid of the product stream.
  • the emulsion can be used in improved methods of recovering crude, including the use of the emulsion as a driving fluid to displace hydrocarbons in an underground formation, and using the emulsion as a barrier fluid to divert the flow of fluids in the formation.
  • hydrodynamic cavitation is a recent technology which promises to be economical and effective in the improvement of crude oils.
  • hydrodynamic cavitation the sudden pressure drop that is generated on a fluid, allows the generation of bubbles, which grow and collapse, where two phenomena can occur simultaneously, namely, thermal cracking of the heavy fractions of the crude that generates the formation of lighter molecules and the formation of free radicals.
  • Vacuum cavitation or vacuum aspiration is a phenomenon that occurs when steam cavities are created within a fluid in the liquid state, in which forces respond to pressure differences, as can happen when the fluid passes at high speed through an edge. sharp, producing a decompression of the fluid due to the conservation of the Bemoulli constant. It may happen that the vapor pressure of the liquid is reached in such a way that the molecules that compose it change immediately to a vapor state, forming bubbles or, more correctly, cavities. The bubbles formed travel to areas of higher pressure and implode, that is, the vapor returns to the liquid state suddenly, abruptly crushing the bubbles and releasing a large amount of energy that will be used to break some bonds within the crude molecule, effect known as cracking or molecular cracking.
  • the bubbles need a surface to nucleate.
  • This surface can be the wall of a container or tank, impurities of the liquid or any other irregularity, but normally the temperature of the fluid that will be the possible cause of the cavitation will have to be taken into account.
  • the determining factor in cavitation is the temperature of the fluid.
  • the vapor pressure also varies considerably, making it easier or more difficult for a given local pressure to drop the vapor pressure to a value that causes cavitation.
  • cavitation in most cases where it occurs, is an undesirable event, since in devices such as propellers and pumps, cavitation can cause a lot of noise and vibrations that damage components and generate a loss of performance.
  • cavitation is an undesirable phenomenon in most circumstances, this is not always the case, since, as in the proposed invention, cavitation can also be a positive phenomenon, which in the specific case allows improving the quality of the fluid treated by reducing its heavy fractions and increasing its average and light fractions with or without the participation of a diluent, thereby obtaining a significant improvement in the quality of the crude oil and consequently improving the transport and refinement thereof.
  • There are several methods and devices by means of which the phenomenon of cavitation can be generated being these of the acoustic, optical, particle and hydrodynamic type.
  • Hydrodynamic cavitation is produced by variations in the flow velocity of a fluid in the liquid state due to the geometry of the system, causing turbulent flow inside and facilitating the formation of gas bubbles and / or vapors since the pressure in these points is lower to the vapor pressure of the fluid. These bubbles will grow until the fluid flow returns to areas of higher pressure where they finally implode.
  • Cavitation bubbles are ultra-high energy events. Some studies have reached temperatures of more than 5,000 ° C and pressures of 100,000 kPa (1, 000 Bar), conditions that naturally modify the internal molecular structure of the fluid under treatment. [61
  • the continuous flow hydrodynamic cavitation reactor achieves through the systematic integration of various operating, control and monitoring elements to define a high speed continuous flow path for a fluid under treatment, in such a way that, in the reactor the phenomenon of hydrodynamic cavitation is carried out under controlled conditions, a phenomenon with which bubbles occur within the fluid when a pressure drop occurs below the vapor pressure of the liquid. The collapse of these bubbles occurs when a zone of higher pressure is reached again. These forces generated by the collapse of the bubbles are substantially larger than the typical shear forces presented by the flowing liquids. As a result, a modification at the molecular level of the fluid under treatment, which in general improves the physical-chemical characteristics of the treated fluid, among which the decrease in viscosity of the fluid stands out.
  • the main fluid supply zone consists of an input line that allows the flow of a fluid to be treated coming from a production station to the mixing and hydrodynamic activation areas of the reactor, where the flow of the fluid to the zones referred to above is controlled by means of a control valve disposed at the beginning of the entry line, having moreover, in this line of entry a mass flow meter has been arranged which allows, among others, to measure the fluid flow to be treated.
  • the secondary fluid feed zone allows a second fluid to be directed towards the mixing zone of the reactor.
  • two types of secondary fluid have been defined, one that requires a specific treatment prior to being supplied and another that can be used. to be supplied directly, in such a way that, the secondary fluid feed zone is defined from: a previously treated secondary fluid feed line and a direct secondary fluid feed line.
  • each of the lines defining this zone implements at least one control valve that allows to define the free flow of secondary fluid with treatment, or the free flow of secondary fluid without treatment, or block the flow of secondary fluid if this is necessary according to the desired operation of the reactor.
  • the fluid mixing zone consists of a diffusing element in which the main working fluid and the secondary fluid are mixed under specific and controlled conditions in any of its two modes (direct or previously treated). It must be said that the mixture of fluids takes place in the proposed reactor when it is intended to improve through it a dilution or emulsion process, that is, when the reactor is working with two different fluids.
  • the zone of hydrodynamic activation and delivery of treated fluid consists of a pump that receives the fluid coming from the mixing zone, and elevates it to a previously determined pressure to be directed to a first and second treatment lines that directly feed the fluid of work Pressurized to paths first and second independent flow inputs of a cavitation device, device that due to its internal and external structural configuration produces in the fluid that enters the phenomenon of hydrodynamic cavitation, that is, when subjecting the fluid to a sudden pressure drop, conditions are reached below the saturation pressure of the same, generating cavities that release a large amount of energy, which will promote molecular cracking.
  • both the first and the second treatment lines that directly feed the fluid to the cavitation device each comprise a pressure control system.
  • the treated fluid is delivered to a transport line that directs said fluid to a secondary destination and away from the proposed reactor, condition with which the continuous flow of the treated fluid is perfected, this characteristic being one of the main advantages of the reactor. that is presented, since others of the same species, operate under the modality of storing the treated fluid, which in addition to requiring a storage tank of said fluid, limits the capacity of continuous operation of said treatment reactors.
  • On the transport line of treated fluid several elements have been arranged that allow to take samples of the treated fluid and monitor its physical-chemical characteristics.
  • the continuous flow hydrodynamic cavitation reactor object of the present description further comprises: storage tanks for the secondary fluid; a control panel and distribution of electrical energy through which different elements that are part of the reactor are energized either manually or automatically; digital and analogous measuring devices that allow to monitor the operating conditions of the reactor and the fluid or fluids in treatment; recirculation or bypass bypasses for flow bypass or permanent control of fluid pressure; various valves that allow to control the flow of fluid in the reactor; and an acquisition system data where the information coming from the different measuring devices installed in the reactor is recorded and stored, said data acquisition system is integrated by a programmable logic controller where all the signals coming from the temperature, flow and temperature sensors are concentrated.
  • the data acquisition system can be a control system applied to petrochemical processes, wherein the database of parameters to be compared with those of a previously established database is integrated into from all signals, variables, graphic objects, alarms and events from the measuring instruments arranged in the reactor.
  • the integration of a control system to the proposed reactor allows not only remotely monitor the variables of pressure, temperature and flow among others that occur during the operation of the reactor, but perfect tasks of adjustment, starting and / or remote emergency stop , all of them in safe operating conditions.
  • the main working fluid is supplied from a test tank that allows to heat the fluid to the actual operating conditions of the same, and can be stored in a temporary container of treated fluid.
  • An object of the present invention is to provide a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor.
  • Another objective of the present invention is to provide a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, which is defined from the systematic integration of various operative, control and monitoring elements, the combined result of which allows to carry out under specific and controlled conditions the phenomenon of hydrodynamic cavitation.
  • Another objective of the present invention is to provide a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, which, from a thermal cracking of the heavy fractions of the crude oil and the formation of free radicals from lighter organic and inorganic molecules, makes it possible to improve the characteristics physical-chemical of medium, light, heavy and extra-heavy crudes, facilitating their production, mobility and transport, generating substantial savings on the operation and in most cases; increasing the commercial value of the final fluid.
  • Another objective of the present invention is to provide a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, which allows to achieve a significant reduction in the viscosity of treated crudes, which increases their mobility and facilitates their transport from an extraction zone to another previously defined destination. .
  • Another objective of the present invention is to provide a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, from which it is possible to carry out molecular cracking processes, hydrogenation; mixing, dilution and emulsification of various working fluids.
  • Another objective of the present invention is to provide a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, which decreases the heavy fractions of the crude, generating a more environmentally friendly fluid.
  • Another objective of the present invention is to provide a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, which achieves a decrease in the density of a treated crude (API increase), which directly affects its quality and price.
  • Another object of the present invention is to provide a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, which can be operated entirely manually or automatically through a remote control system.
  • Still another object of the present invention is to provide a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, which generates significant energy and economic savings during the viscosity reduction process.
  • Figure 1 shows a block diagram from which four zones in which different components are grouped together which together define a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, made in accordance with the present invention
  • Figure 2 shows a schematic diagram of a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, carried out in accordance with the present invention, where the different elements that can be seen are shown. integrate and the way they are interconnected;
  • Figure 3 shows a schematic diagram from which the components that together define a main fluid feed zone of a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, made in accordance with the present invention
  • Figure 4 shows a schematic diagram from which the components that together define a secondary fluid feed zone of a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, made in accordance with the present invention
  • Figure 5 shows a schematic diagram from which the components that together define a fluid mixing zone of a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, made in accordance with the present invention
  • Figure 6 shows a conventional perspective of a diffuser element that is included in the fluid mixing zone of Figure 5;
  • Figure 7 shows a schematic diagram from which the components that together define a zone of hydrodynamic activation and delivery of treated fluid from a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, made in accordance with the present invention
  • Figure 8 shows a schematic diagram from which various components that intervene in the control of the different elements that together make up a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, made in accordance with the present invention
  • Figure 9 shows a schematic diagram of a preferred embodiment of a continuous flow hydrodynamic cavitation reactor, made in accordance with the present invention, wherein, for testing purposes, a fluid supplied to the reactor comes from a test tank
  • Figure 10 shows a conventional perspective of a test tank that forms part of the continuous flow hydrodynamic cavitation reactor embodiment of Figure 9
  • Y shows a conventional perspective of a test tank that forms part of the continuous flow hydrodynamic cavitation reactor embodiment of Figure 9
  • Figure 11 shows a schematic diagram of another preferred embodiment of a continuous-flow hydrodynamic cavitation reactor, made in accordance with the present invention, wherein, for testing purposes, a fluid treated in the reactor is delivered to a storage unit temporary.
  • reactor refers to a facility intended to initiate, maintain and control a physico-chemical phenomenon, in particular, that of hydrodynamic cavitation
  • line refers to a conduit formed by tubes that serves to distribute a fluid in the liquid state, wherein the material and dimensions of said tubes correspond without limitation to the type of fluid that is transported and the demand for flow required by the reactor, such that the lines referred to in the present description should not be limited to any longitudinal, diametral or specific thickness dimension, nor to any geometric shape or arrangement.
  • the continuous flow hydrodynamic cavitation reactor 10 hereinafter referred to as the reactor 10, is defined from various components that are grouped into four zones according to the function they perform. these: main fluid feed zone 100; secondary fluid feed zone 200; fluid mixing zone 300; and hydrodynamic activation zone and delivery of treated fluid 400.
  • the main fluid feed zone 100 of the reactor 10 is defined from: a main fluid feed line 110, from which it is supplied to the mixing zone of fluids 300 a flow of fluid that according to the process to be perfected with the reactor 10 can come from a production station 120, that is, directly from an oil well 121, this in case that what is sought is improve the extracted oil, or, from a storage tank 130; a through valve 140 through which the free flow of main fluid is released or blocked to the mixing zone of fluids 300; and a mass flow meter 150 that is selected from the type of main fluid that is entered into the reactor 100, said meter 150 allowing to know at all times the flow of fluid entering the reactor 10 and some physical-chemical characteristics of the fluid, such as: density and input temperature, the meter 150 is connected to a data acquisition system 540, which allows to know its readings in real time.
  • the main fluid to be supplied to the reactor 10 can be heavy crude, light crude, fuel oil, diesel, bottom waste and waste well water, among others.
  • the bypass valve 140 is preferably a ball valve, which by its operational characteristics allows the access or blocking of the fluid to be treated to the fluid mixing zone 300 with a single movement, and in one embodiment of the present invention said valve It is manual operation.
  • the mass flow meter 150 is a Coriolis type flow meter.
  • the secondary fluid supply area 200 allows the reactor 10 to be supplied with a second working fluid, fluid which according to its physical-chemical characteristics can act as: hydrogen donor for the reduction of viscosity of a fluid in treatment and improvement thereof; diluent or emulsifier in the dilution and emulsification processes of diesel and fuel oil, respectively.
  • the secondary fluid that is supplied to the reactor 10 can be a fluid according to the process that is to be carried out in said reactor 10. previously treated, or else, a fluid that is supplied directly without prior treatment, the secondary fluid supply zone 200 is defined from: a previously treated secondary fluid feed line 210; and a direct feed line 250 of secondary fluid.
  • the main purpose of the previously treated secondary fluid feed line 210 is to supply, under controlled conditions, to the fluid mixing zone 300 a secondary fluid with a specific treatment and previously defined according to its physicochemical characteristics, which treatment has object to modify its internal structure, for example, in a preferred embodiment of the present invention when the secondary fluid is water that will intervene in an emulsification process, this must be activated before being supplied.
  • the secondary fluid to be treated before being supplied to the fluid mixing zone 300 is stored in at least one storage tank 212 which contains it in sufficient quantities according to the processes to be perfected with the reactor 10, and is directed through a supply line 214 to a secondary fluid drive pump 216, wherein, the secondary fluid flow from at least one tank of storage 212 to the drive pump 216 is released or blocked through a bypass valve 218 which is preferably a ball valve, which by its operational characteristics allows access or blockage of the secondary fluid with a single movement, and in One embodiment of the present invention said valve is manual operation.
  • the secondary fluid drive pump 216 is selected according to the characteristics of the fluid to be treated, so for example, in a preferred embodiment of the present invention when water is used as a secondary fluid, a multistage pump is implemented, this being a centrifugal type pump that due to its configuration of impellers mounted in series, helps to lift the pressure of the fluid through them.
  • the secondary fluid once pressurized is directed through a pressurized fluid supply line 220 to an activation device 222, wherein the free flow or blockage of the pressurized fluid to the activation device 222 is controlled through a regulating valve 224.
  • the regulating valve 224 is a manually operated globe valve.
  • a recirculation or bypass branch 226 has been defined on the pressurized fluid supply line 220 which allows to maintain the pressure level NPSH (net positive suction head) required by the impulse pump 216 during the fluid suction stage, which flow is controlled by a regulating valve 228.
  • the regulating valve 228 is a manually operated globe valve.
  • a pressure indicator 230 that can be analog or digital allows to know the pressure with which the pressurized fluid enters the device 222.
  • this is a device that contains a set of moving parts that allows the passage of the secondary fluid through them to generate a high frequency vibration (ultrasound) which generates the activation of the hydrogen compounds by the ultrasonic cavitation effect, such that the device 222 delivers a pressurized and activated secondary working fluid to the secondary fluid line 210.
  • a regulating valve 232 has also been incorporated in the pressurized fluid supply line 220 which in one embodiment of the present invention is a manually operated globe valve, operating in combination with the regulating valve 224 which directs said fluid towards the device 222, allows the delivery of pressurized secondary fluid directly to the secondary fluid line 210, a condition that is achieved when the flow of pressurized secondary fluid is blocked in the direction of the activation device 222 by closing the regulating valve 224 while said flow it is released when the regulating valve 232 is opened.
  • the transit thereof to the fluid mixing zone 300 is controlled from a bypass valve 234 that allows the free flow or blocking of the fluid previously treated secondary to a mass flow meter 236 whose signal is directed to the data acquisition system 540, where, before allowing access of the second fluid to a diffuser element 320 of the fluid mixing zone 300 has been installed on this same line a stop or interruption valve 238 (SDV for the acronym in English of Shut Down Valve) that operates both manually and automatically and acts as a safety device in the event of an increase in pressure or leakage of the secondary fluid.
  • SDV stop or interruption valve
  • the bypass valve 234 that allows the free flow or blockage of the previously treated secondary fluid to the mass flow meter 236 is preferably a ball valve, which by its operational characteristics allows the access or blockage of the fluid with a single movement, and in one embodiment of the present invention said valve is of manual operation.
  • the direct feed line 250 of secondary fluid which is a pressurized feed line 250 which directs the secondary fluid from a storage tank 252, where the pressurization of this line 250 is achieved by means of a pump 254 which for this purpose is disposed next to the storage tank 252.
  • the control over the free flow or blockage of the secondary fluid coming from the Pressurized feed line 250 to the fluid mixing zone 300, is achieved by a through valve 256 that is preferably a ball valve, which by its operational characteristics allows access or blockage of fluid flow with a single movement.
  • the pressurized feed line 250 can also be understood as a back-up line for the supply of secondary fluid with pre-treatment in the reactor 10, the foregoing, in the event that the pre-treatment consists only of adequate pressurization of the secondary fluid.
  • the fluid mixing zone 300 where, if required in the reactor 10, the main working fluid and a secondary fluid with or without pre-treatment converge, it is understood that a mixing container 310 in which are received: the fluid coming from the main fluid supply line 0, and if so required by the process that is desired to be carried out in the reactor 10, the fluid coming from the power supply line previously treated secondary fluid 210, or else, the fluid coming from direct feed line 250 of secondary fluid.
  • a diffuser element 320 is provided inside the mixing container 310, from which any of the fluids coming from the previously treated secondary fluid supply line 210, as well as from the direct-feed line 250 of secondary fluid, is optionally received. , in contrast, the main working fluid enters the mix container 310 directly.
  • the diffuser element 320 allows a specific quantity of secondary fluid to be supplied within the mixing container 310 at a predetermined pressure so that a mixture between the main fluid and the secondary fluid takes place.
  • the diffuser element 320 is integrated from a cylindrical body 322 open at its upper end and sealed at its lower end, which has close to its upper end, at least one element of union 324 by means of which it is guaranteed: its disposition to the interior of the mixing container 310; and the connection thereof with the secondary fluid supply line, while, near its lower end it has a plurality of holes 326 whose arrangement and dimensions obey the amount of secondary fluid that it is desired to mix with the main fluid and the pressure at which said secondary fluid wishes to be supplied.
  • the fluid coming from the mixing container 310 is directed towards the hydrodynamic activation zone and delivery of the fluid. treated fluid 400, through a mixed fluid delivery line 328.
  • the hydrodynamic cavitation phenomenon takes place, a phenomenon from which the improvement of the crude treated in the reactor 10 is perfected, in particular, the stabilization of free radicals is achieved and / or the decrease in the contact area of each of the molecules of the fluids that participate in an emulsification process.
  • the fluid from the mixed fluid delivery line 328 is directed to a paddle pump 410 fed by a direct current motor 412 whose speed of rotation is controlled by means of a speed variator 414 and which allows the working fluid to be supplied at a predetermined pressure to a cavitation device 460.
  • the working pressure is determined from the composition of the fluid and the flow rate thereof, seeking at all times to reach the optimum operating pressure of the cavitation device 460, thereby achieving to supply the latter with the working fluid and / or, where appropriate, the mixture with a secondary fluid at a pressure that allows the development of the hydrodynamic cavitation phenomenon.
  • the pump 410, the direct current motor 412 that feeds it and the speed variator 414 that accompanies them are selected according to the specific pressure requirements that are desired to reach for the fluid of work.
  • the pressurized fluid by action of the vane pump 410 is directed to a first 420 and a second 440 treatment lines, which is due to the fact that the cavitation device 460 comprises two independent entries of fluid, in such a way that with said two entrances a shock is caused between the fluids that are entered into said cavitation device 460.
  • the first treatment line 420 comprises a pressure control system which is integrated by a first through valve 422, a pressure relief valve 424 (PSV by the acronym in English of Pressure Safety Valve) and a second through valve 426 , in such a way that, these three valves define as a whole a recirculation or bypass branch 428 that prevents the passage of fluid and / or return thereof in case it is necessary to isolate the first treatment line 420, likewise, for the case that it is desired to release or block the first treatment line 420 without using the bypass 428 is furthermore provided with a regulating valve 430, which in one embodiment of the present invention is a manually operated balloon valve, from from which the fluid flow that will be directed to one of the two fluid inlets of the cavitation device 460 is regulated. 18 000075
  • first 422 and second 426 bypass valves are ball valves, which by their operational characteristics allow the access or blockage of the fluid with a single movement in its manual operation mode.
  • an analogous pressure indicator 432 whose reading is reinforced by a digital pressure indicator 434; and a temperature indicator 436, which allows to know the properties of the fluid before it enters the cavitation device 460, where its readings are also sent to the data acquisition system in order to have registration and control over them.
  • the second treatment line 440 has the same configuration as the first 420, as can be seen in what is illustrated in figures 2 and 7, notwithstanding the foregoing, in order to avoid any possible confusion, below describes the integration of the second line 440.
  • the second treatment line 440 comprises a pressure control system which is integrated by a first passage valve 442, a pressure relief valve 444 (PSV by the acronym in English of Pressure Safety Valve) and a second passage valve 446 , such that these three valves together define a recirculation or bypass branch 448 that prevents the passage of fluid and / or return thereof in case it is necessary to isolate the second treatment line 440, likewise for the case that it is desired to release or block the first treatment line 440 without using the bypass 448 is further provided with a regulating valve 450, which in one embodiment of the present invention is an operating balloon valve X2018 / 000075
  • first 442 and second 446 through valves are ball valves, which by their operational characteristics allow the access or blockage of the fluid with a single movement in its manual operation mode.
  • an analogous pressure indicator 452 whose reading is reinforced by a digital pressure indicator 454; and a temperature indicator 456, which allows to know the properties of the fluid before it enters the cavitation device 460, where its readings are also sent to the data acquisition system in order to have registration and control over them.
  • the cavitation device 460 promotes the phenomenon of hydrodynamic cavitation, since, by virtue of its internal and external structural configuration, it produces a decrease in pressure and molecular cracking in the fluid entering it. , which under controlled conditions allows, on the one hand, in a process of crude improvement, to stabilize the molecules of a working fluid once these have been separated into smaller fractions, and on the other, in an emulsification process, to generate stable emulsions water-diesel and / or water-fuel oil from the reduction of the contact area of each of the molecules of the participating fluids.
  • the cavitation device 460 is comprised of a first 462 and a second 464 fluid inlets, in such a manner, the first inlet 462 receives the 18 000075
  • the configuration previously defined allows to generate a pressure drop below the bubble pressure of the fluid to be treated, in such a way that bubbles or cavities are generated that their subsequent shock release a large amount of energy, allowing the cracking of the heavier molecule. Additionally with the shock of the fluid coming from each of the two treatment lines, the mixture increases the contact area between a possible hydrogen donor and the fluid to be treated, which allows a more efficient mixing.
  • the working fluid Once the working fluid has been modified in the cavitation device 460, it is directed to a treated fluid delivery line 470 in which a pressure gauge 472 and a temperature gauge 474 have been arranged, through which it is possible to know the proper conditions of the fluid once it has been treated. As with all measuring instruments arranged in reactor 10, the readings from these pressure meters 472 and temperature 474 are sent to the data acquisition system 540 in order to have registration and control over them.
  • a recirculation or bypass branch 476 has been configured which operates in support of a possible pressure drop generated by the suction of the pump 410, this bypass 476 operates through a regulating valve 478 , which in one embodiment of the present invention is a manually operated balloon valve, which determines the return of treated fluid to the line feeding the pump 410. It is important to note that in the reactor 10 the return is not a desired condition anymore. that it is not necessary to treat the fluid that has already been treated a second time, in any case and as has already been mentioned above, the bypass 476 has only been defined so that in an emergency case the integrity of the pump 410 is protected.
  • the treated fluid delivery line 470 further comprises; a sampling 480 which allows through the operation of a regulating valve 482, which in one embodiment of the present invention is a manually operated balloon valve, sampling of treated fluid.
  • This line allows samples to be taken without stopping the fluid treatment process; and a water cut meter in line 490 (BSW for the abbreviations in English of Basic Sediment and Water), which allows to determine the percentage of free water within the flow treated, with the assembly and adaptation corresponding to the needs of the meter.
  • This meter 490 is connected to the data acquisition system 540. The presence of this meter 490 is mainly due to the fuel emulsion process, since it is in these where the water fluid is present.
  • the treated fluid is delivered through line 470 to its final destination, which may be, but not limited to: a refining station, an oil pipeline, a ship or a battery, thus improving the continuous flow of the fluid treated in the reactor 10.
  • valves that are part of the reactor 0 can without any limitation be of manual, automatic operation, or a specific combination of both, condition that is determined from the processes that are desired to be perfected in said reactor. , or, of the final disposition of this one, that is, close or remote to an operator.
  • reactor 10 elements such as electric motors, automatic operation valves and digital meters , are energized through a control panel 510, which can receive instructions from an operator manually through a plurality of buttons or operating knobs 512, or remotely from instructions coming from a computer personal (PC) 520, this when an operator's order is entered, processed and sent to a 530 signal distribution board from where specific instructions are sent to the control panel 510.
  • PC computer personal
  • the control panel 510 further comprises; a plurality of light indicators 514 that allow to know the state (energized / de-energized) of the controlled elements; and a total stop button 516 of the reactor 10, which allows in the event of any contingency to manually cut off the supply of electrical energy and thereby propitiate the total shutdown of the reactor 10.
  • a programmable logic control PLC by the abbreviations in English of Programmable Logic Controller
  • PLC programmable logic control
  • the PLC 532 receives signals from both the 510 control panel and the electric motors, valves automatic operation and meters that integrate the reactor, said signals corresponding to operating states (on / off), operating conditions (n normal / abnormal) and measurements of flow, pressure, temperature and density among others, where the signals received through the PLC 532 are sent to the PC 520 for processing and registration.
  • the PLC 532 allows sequentially automate the processes that take place in the reactor 10, and together with the PC 520 and a program or control interface 522 operated from the PC 520 integrate the data acquisition system 540.
  • the data generated from the data acquisition system 540 can be displayed on a screen 524 that allows complete tracking of what happens in the reactor. 00075
  • the reactor 10 can be configured and installed to carry out only laboratory tests, where continuous flow is not necessary, since, in this embodiment of the invention, it is sought to evaluate properties of a treated fluid and therefore no mass production is sought, a condition that excludes the property of the continuous flow of the reactor 10 exposed above.
  • the main fluid feed line 110 from which it is supplied to the fluid mixing zone 300 a flow of fluid according to the process to be perfected with the reactor 10, is fed from a test tank 600 working fluid and not from a production station 120. So, due to the configuration of said test tank 600 it is possible to raise the temperature of the working fluid until reaching the actual operating conditions thereof.
  • the test tank 600 has an approximate capacity of 0.14 m 3 (38 gal) where the crude oil is loaded to perform the tests, although this capacity can be modified depending on the specific needs of the test that is to be performed.
  • test tank 600 is comprised of a container 602 inside which, in addition to working fluid, an electrical resistance 604 is placed, which is immersed within the fluid, through which the temperature of said fluid rises to a level wanted.
  • the electrical resistance 604 a! just like a temperature meter 606 that allows to know the temperature of the fluid inside the tank 604 are controlled and monitored in the same way as that described for the other elements of the reactor 10.
  • the test tank 600 delivers the working fluid to the reactor 10 through a supply line 608 whose flow is controlled by a bypass valve 610, and receives the processed fluid in the reactor through a recirculation line 612 whose flow it is controlled by a second passage valve 614.
  • the first 610 and second 614 step valves are preferably ball valves, which due to their operational characteristics allow the access or blockage of the fluid with a single movement, and can be manual or automatic, having the control and monitoring of said first 610 and second 614 step valves of the test tank 600 are refined in the same way as that detailed above for the other valves of the reactor 10.
  • the temporary storage unit 700 is formed by a plurality of storage tanks 702 which can be made of plastic and / or stainless steel, and which together define a preferred storage capacity not less than 3,028 m 3 (800 gal) of test fluid.
  • the different components that make up the reactor 10 are supported on a base unit or chassis (not illustrated) from which it is possible to arrange them. and assure them jointly either on a test space or laboratory (not illustrated), or on a work surface defined for that purpose.
  • a base unit or chassis not illustrated
  • the systematic integration of the different elements that integrate it, as well as the integration of the different lines that are part of the processes to be developed in said reactor 10 attend and comply fully with the provided by the applicable building regulations, in particular the standards of the American National Standards Institute (ANSI) and the American Petroleum Association (API). ).

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, que logra a través de la integración sistemática de diversos elementos operativos, de control y monitoreo definir un ruta de flujo continuo de alta velocidad para un fluido en tratamiento, de tal manera que, en el reactor se lleva a cabo en condiciones controladas el fenómeno de cavitación hidrodinámica, en donde, los diferentes elementos que lo integran se agrupan de acuerdo con la función que realizan en cuatro zonas, siendo estas: una zona de alimentación de fluido principal; una zona de alimentación de fluido secundario; una zona de mezcla de fluidos; y una zona de activación hidrodinámica y entrega de fluido tratado.

Description

REACTOR DE CAVITACIÓN HIDRODINÁMICA
DE FLUJO CONTINUO
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se comprende dentro del campo de los sistemas e instalaciones implementados en los sectores de extracción, transporte y refinamiento de la industria petrolera, y más específicamente, se refiere a un reactor de flujo continuo que permite el tratamiento y mejoramiento de crudos a partir del fenómeno de cavitación hidrodinámica.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Una de las actividades más complejas de investigación en la industria petrolera es el desarrollo de crudos pesados, extra-pesados y bitúmenes. Dichas investigaciones son una respuesta unánime al fenómeno de agotamiento de las reservas convencionales de crudo y la creciente demanda energética de nuestra época. [ ]
El máximo aprovechamiento de este tipo de reservas produjo la fuerte necesidad de enfrentar una serie de retos en las diferentes actividades de la industria, las cuales abarcan las áreas de exploración, explotación, producción, comercialización y refinación.
Uno de los principales inconvenientes de las actividades en el desarrollo de los hidrocarburos pesados es el transporte del mismo, ya que las características de su composición y sus propiedades físico-químicas, tales como altas viscosidades, ocasionan que este tipo de crudos por su baja movilidad presenten dificultades operacionales tales como obstrucción tanto en las líneas como en las bombas de subsuelo y de superficie así como la dificultad para realizar el proceso de deshidratación del crudo desde los lugares de producción hasta los sitios de aprovechamiento. La solución requiere de la implementación de tratamientos o de equipos innovadores que permitan mejorar el transporte de este tipo crudos. Es pertinente señalar que crudo pesado o crudo extra pesado es cualquier tipo de petróleo crudo que no fluye con facilidad. Se le denomina pesado debido a que su densidad o peso específico es superior a la del petróleo crudo ligero. Crudo pesado se ha definido como aquel fluido que presenta una gravedad API entre 10 y 22. Este resultado del crudo pesado es una degradación por estar expuesto a las bacterias, el agua o el aire, que tiene como consecuencia la pérdida de sus fracciones más ligeras, dejando atrás sus fracciones más pesadas.
En este orden de ideas, se tiene que, el transporte del crudo pesado presenta problemas especiales en comparación con el transporte del crudo ligero. Así, por ejemplo, para el transporte del crudo pesado inicialmente se podría pensar en una solución sencilla al implementar el uso de bombas con mayores potencias a las utilizadas en un proceso convencional, sin embargo, debido a su alta viscosidad a condiciones de yacimiento la tubería convencional no es adecuada para el transporte de hidrocarburos pesados t2]; la implementación de bombas con especificaciones más robustas también se traduce en mayores gastos energéticos y por ende, económicos. Dicha consecuencia no es deseable debido a los altos costos de mantenimiento y reparaciones, además ésta no sería una solución tan viable si se trata de hidrocarburos pesados teniendo en cuenta que éstos manejan mayores costos en cuanto a los métodos de producción, para ejemplificar, se puede hablar de la energía térmica usada en el yacimiento para el logro de dicho objetivo, sin llegar a tocar a fondo la temática de un tratamiento continuo en tuberías como el calentamiento en estaciones para su movilización hacia puntos lejanos. [3] En lo referente al transporte de hidrocarburos pesados y debido a lo anteriormente mencionado, numerosos estudios se enfocan en el manejo y control de la viscosidad, siendo ésta una de las propiedades más relevantes al momento de hablar de transporte de fluidos y los costos asociados, y así, se puede decir que a la fecha existen algunos métodos convencionales que permiten disminuir la viscosidad del crudo pesado para poder transportarlo por oleoductos, y en general estos pueden ser agrupados en tres categorías principales, a saber: [4)
1. Reducción de viscosidad a partir de: tratamiento térmico o calentamiento; dilución convencional; emulsificación; y reducción del punto de fluidez;
2. Reducción de fricción a partir de: aditivos reductores del arrastre; y flujo anular de núcleo; y
3. Mejoramiento in situ. Uno de los métodos antes referidos más utilizados a nivel mundial es la dilución de crudo pesado, es decir, una mezcla del hidrocarburo con una sustancia de menor viscosidad y mayor gravedad API que permite reducir la viscosidad en un porcentaje aceptable y económicamente rentable. Entre los diluyentes existentes el más utilizado es la NAFTA con una gravedad API que oscila en un rango de 55° a 90°. [5]
A la fecha, dentro del campo de aplicación de la invención propuesta, los métodos convencionales antes referidos, se materializan en diferentes propuestas que tienen como objetivo superar las complejidades técnicas en las etapas de transporte y refinación de los crudos pesados, de tal manera que, no obstante su composición química (asfáltenos, resinas aromáticos, parafinas de alto peso molecular, contaminantes azufrados y compuestos metálicos de vanadio, níquel y hierro), alcancen ciertas especificaciones de calidad para su transporte y refinación. Ejemplo de algunas enseñanzas que actualmente forman parte del estado de la técnica, relacionadas con la invención propuesta, se encuentran en los siguientes documentos:
La patente US 9,453,157 B2 propiedad de Oil and Gas Tech Enterprises C. V., otorgada el 27 de septiembre de 2016, para la invención titulada "Reductor de viscosidad para crudo pesado" en la que se describe y protege un reductor de viscosidad basado en extractos vegetales de origen natural. Los extractos vegetales incluyen una mezcla de fosfoglicéridos y aceites vegetales. También se divulga un método para reducir la viscosidad de crudos pesados y extra pesados utilizando el reductor de viscosidad. No se necesitan solventes de base aromática. Mediante el uso del reductor de viscosidad basado en extractos vegetales se logra una reducción en el uso de diluyentes. La composición reductora de viscosidad incluye una mezcla de fosfoglicéridos, aceite vegetal, solvente no aromático, hidrocarburo aromático policíclico y estabilizador.
En la patente AU 2012366724 B2 concedida a MEG Energy Corp el 23 de julio de 2015 con el título "Conversión de hidrocarburos pesados de baja complejidad y alto rendimiento", se da a conocer un proceso para producir materias primas listas para oleoducto y/o refinería a partir de hidrocarburos pesados utilizando un proceso de extracción con solventes de alto desempeño con relaciones locales altas entre solvente y fluido de proceso y aun manteniendo relaciones bajas generales entre solvente y fluido de proceso, llevando a cabo primero un craqueo térmico leve en los hidrocarburos y luego separando las fracciones ricas en asfáltenos de un fluido térmicamente afectado resultante para que así la relación alta en ia porción solvente a petróleo del proceso sólo actúe en las fracciones ricas en asfálteno y produciendo un asfálteno sólido y seco como un producto final. La patente US 9,062,525 B2 otorgada el 23 de junio de 2015 a Single Buoy Moorings, Inc., para la invención denominada "Producción de petróleo pesado costa afuera" divulga y protege un sistema para la producción de petróleo crudo pesado desde un yacimiento submarino, y para el tratamiento del petróleo crudo a fin de facilitar su transporte; en donde un cuerpo flotante que produce el petróleo crudo pesado lleva una estación de craqueo de hidrocarburos que craquea el crudo pesado en hidrocarburos líquidos y gaseosos ligeros; y que utiliza calor resultante del craqueo para producir vapor presurizado; el vapor presurizado es utilizado para accionar un motor energizado por vapor (con pistones o una turbina) que acciona un generador eléctrico cuya electricidad energiza el sistema.
A su vez en la patente US 7,572,365 B2 de fecha 11 de agosto de 2009, se protege a favor de Ivanhoe Energy, Inc., un "Procesamiento térmico modificado de alimentación de hidrocarburos pesados", invención que está dirigida al mejoramiento de aceites de petróleo pesado de alta viscosidad y baja gravedad API que típicamente no son adecuados para transporte en oleoducto sin el uso de diluyentes. Dicho procesamiento utiliza un reactor pirolítico de corto tiempo de permanencia, que opera bajo condiciones que dan como resultado una rápida destilación pirolítica con formación de coque. Los cambios tanto físicos como químicos que tienen lugar llevan a una reducción global del peso molecular en el producto líquido y el rechazo de ciertos componentes con el sub-producto de coque. El producto líquido es mejorado principalmente debido a su viscosidad sustancialmente reducida, su gravedad API incrementada, al igual que el contenido de las fracciones destiladas media y ligera. Mientras se maximiza el rendimiento global del líquido, las mejoras en la viscosidad y la gravedad API pueden hacer que el producto líquido sea adecuado para transporte en oleoducto sin el uso de diluyentes. Esta invención se refiere particularmente a reducir las emisiones de azufre durante la combustión del sub-producto de coque (o coque y gas), a reducir el número de ácido total (TAN) del producto líquido, y a reducir el contenido de sulfuro de hidrógeno de un componente, o más de un componente, de la corriente de producto. El método comprende introducir un portador de calor en partículas a un reactor de flujo ascendente, introducir el material de alimentación en un lugar sobre la entrada del portador de calor en partículas, permitir que el material de alimentación de hidrocarburos pesados interactúe con el portador de calor por un corto tiempo, separar los vapores de la corriente de producto del portador de calor en partículas y el líquido y la materia sólida de sub-producto, regenerar el portador de calor en partículas en presencia del compuesto de calcio, y recolectar un producto gaseoso y líquido de la corriente de producto.
La patente US 7,419,939 B2 de fecha 2 de septiembre de 2008 otorgada a ExxonMobil Upstream Research Company, para la invención identificada como: "Tratamiento térmico mejorado con ácido mineral para la reducción de viscosidad de crudos (ECB-0002)", en la que se describe un método para disminuir la viscosidad de crudos y residuo utilizando una combinación de tratamiento térmico y ácido. Además, la invención describe un método para preparar una emulsión agua en crudo (directa) o una emulsión crudo en agua (inversa) estabilizada en sólidos con una viscosidad reducida. La emulsión se puede usar en métodos mejorados de recuperación de crudo, incluyendo el uso de la emulsión como fluido impulsor para desplazar hidrocarburos en una formación subterránea, y usar la emulsión como fluido de barrera para desviar el flujo de fluidos en la formación.
Y finalmente, la patente US 6,279,653 B1 otorgada el 28 de agosto de 2001 a Phillips Petroleum Company para la invención denominada "Producción y reducción de viscosidad de crudo pesado", patente en la que se dan a conocer un equipo y un proceso para producir crudo pesado en fondo de pozo. De acuerdo con el proceso propuesto, se introduce una solución química acuosa alcalina en el pozo penetrando en la formación. La solución química acuosa alcalina se mezcla y reacciona con el crudo pesado in situ; posteriormente se emiten ondas ultrasónicas para formar una emulsión. La viscosidad de la emulsión formada es menor que la del crudo o la mezcla de crudo y agua que fluye en el pozo, lo que permite que el crudo sea bombeado más eficientemente a la superficie y transportado para su posterior procesamiento. De las enseñanzas que se desprenden del estado la técnica antes presentado y otras que sin ser reveladas forman parte del campo de aplicación de la invención propuesta, es posible establecer que la mayoría de las actuales propuestas para tratar crudos pesados tienen como objetivo principal sólo mejorar el flujo en la tubería a partir de la dilución con: solventes, aplicación de depresores de punto de nube, calentamiento del fluido y tuberías, o reductores de arrastre, mientras que sólo algunas están encaminadas a mejorar la calidad del hidrocarburo y por ende su movilidad.
No obstante que a la fecha, el estado de la técnica confirma un continuo perfeccionamiento de los sistemas, aparatos y métodos tradicionales para la reducción de viscosidad en crudos pesados y extra pesados, se debe decir que, en la práctica cotidiana del transporte de crudos, cada uno de las propuestas hasta ahora conocidas presenta ciertas complicaciones y desventajas que resultan en altos costos de movilidad de crudos, así por ejemplo, para el caso de la dilución y emulsificación, se debe decir que su implementación requiere de hasta un 50% de diluyente, al tiempo que se tiene un diseño sobredimensionado de la tubería a partir de la cual circula el crudo, en tanto que el craqueo (térmico-catalítico) representa en sí mismo una operación de alto riesgo, toda vez que, se involucran temperaturas de hasta 540 °C y presiones de hasta 13.9 MPa (138 atm), y finalmente, en relación a los procesos térmicos se debe destacar que éstos traen aparejado, por un lado, el uso de materiales aislantes que resultan ajenos al proceso de transporte de crudo, y por otro, un alto consumo de energía, condiciones que en su conjunto encarecen el proceso de transporte o movilidad de los crudos de interés, es decir, en general estas propuestas presentan los inconvenientes de: ser costosas; y de tener limitaciones para su aplicación in situ.
Por otro lado, dentro de las propuestas que no sólo buscan mejorar la movilidad de los crudos pesados, sino su calidad, destacan las de combustión in situ, mejora parcial (parcial upgrading) y cavitación.
Al respecto, se debe decir que, la cavitación hidrodinámica es una tecnología reciente la cual promete ser económica y efectiva en el mejoramiento de crudos. En la cavitación hidrodinámica la caída de presión súbita que se genera sobre un fluido, permite la generación de burbujas, las cuales crecen y se colapsan, en donde dos fenómenos pueden ocurrir simultáneamente, a saber, craqueo térmico de las fracciones pesadas del crudo que genera la formación de moléculas más livianas y la formación de radicales libres.
Es por lo anterior que, con el título de "Reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo", se presenta esta novedosa invención en la que a partir de la integración de diversos elementos operativos, de control y de monitoreo es posible generar en condiciones específicas el fenómeno de cavitación hidrodinámica con el cual se pueden mejorar las características físico-químicas de crudos, facilitando junto con ello su producción, movilidad y transporte. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La cavitación o aspiraciones en vacío es un fenómeno que se produce cuando se crean cavidades de vapor dentro de un fluido en estado líquido, en el que actúan fuerzas que responden a diferencias de presión como puede suceder cuando el fluido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bemoulli. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implosionan, es decir, el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, aplastándose bruscamente las burbujas y liberando una gran cantidad de energía que será aprovechada para romper algunos enlaces dentro de la molécula del crudo, efecto conocido como craqueo o cracking molecular.
Para que la cavitación se produzca, las burbujas necesitan una superficie donde nuclearse. Esta superficie puede ser la pared de un contenedor o depósito, impurezas del líquido o cualquier otra irregularidad, pero normalmente ha de tenerse en cuenta la temperatura del fluido que en gran medida va a ser la posible causa de la cavitación.
El factor determinante en la cavitación es la temperatura del fluido. Al variar la temperatura del fluido varía también la presión de vapor de forma importante, haciendo más fácil o difícil que para una presión local ambiente dada la presión de vapor caiga a un valor que provoque cavitación.
La cavitación en la mayoría de los casos en donde ésta se presenta, resulta un suceso indeseable, toda vez que, en dispositivos como hélices y bombas, la cavitación puede causar mucho ruido y vibraciones que dañan componentes y generan una pérdida de rendimiento. No obstante que la cavitación es un fenómeno indeseable en la mayoría de las circunstancias, esto no siempre es así, pues tal y como ocurre en la invención propuesta, la cavitación puede ser también un fenómeno positivo, que en el caso concreto, permite mejorar la calidad del fluido tratado al reducir sus fracciones pesadas y aumentar sus fracciones medias y livianas con o sin la participación de un diluyente, obteniéndose con ello una mejora significativa en la calidad del crudo y consecuentemente mejora en el transporte y refinamiento del mismo. Existen varios métodos y aparatos por medio de los cuales se puede generar el fenómeno de cavitación, siendo estos del tipo acústico, óptico, de partícula e hidrodinámico.
La cavitación hidrodinámica es producida por las variaciones de velocidad del flujo de un fluido en estado líquido debido a la geometría del sistema, originando flujo turbulento al interior y facilitando la formación burbujas de gas y/o vapores ya que la presión en dichos puntos es menor a la presión de vapor del fluido. Estas burbujas crecerán hasta que la corriente del fluido vuelva a zonas de mayor presión donde finalmente implosionan.
Las burbujas de cavitación son eventos de ultra-alta energía. Algunos estudios han alcanzado condiciones de temperaturas de más de 5,000 °C y presiones de 100,000 kPa (1 ,000 Bar), condiciones que naturalmente modifican la estructura molecular interna del fluido en tratamiento. [61
El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, objeto de la presente descripción, logra a través de la integración sistemática de diversos elementos operativos, de control y de monitoreo definir un ruta de flujo continuo de alta velocidad para un fluido en tratamiento, de tal manera que, en el reactor se lleva a cabo en condiciones controladas el fenómeno de cavitación hidrodinámica, fenómeno con el cual se producen burbujas en el seno del fluido al producirse una caída de presión por debajo de la presión de vapor del líquido. El colapso de estas burbujas se produce cuando se alcanza nuevamente una zona de mayor presión. Estas fuerzas generadas por el colapso de las burbujas son sustancialmente más grandes que las fuerzas cortantes típicas que presentan los líquidos que fluyen. Teniéndose como resultado una modificación a nivel molecular del fluido en tratamiento, que en general mejora las características físico-químicas del fluido tratado entre las que destaca la disminución de viscosidad del fluido.
Además de lo anterior, es importante señalar que la configuración estructural del reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo que se presenta, le permite perfeccionar tareas tales como: reducción de viscosidad; dilución; generación de mezclas y emulsiones a partir de diferentes fluidos de trabajo.
En el reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo que se presenta, los diferentes elementos que lo integran se agrupan de acuerdo con la función que realizan, y se identifican como integrantes de cuatro zonas propias del reactor, a saber: zona de alimentación de fluido principal; zona de alimentación de fluido secundario; zona de mezcla de fluidos; y zona de activación hidrodinámica y entrega de fluido tratado. La zona de alimentación de fluido principal, consiste de una línea de entrada que permite el flujo de un fluido a tratar proveniente de una estación de producción hacia las zonas de mezcla y activación hidrodinámica del reactor, en donde, el flujo del fluido hacia las zonas antes referidas se controla por medio de una válvula de control dispuesta al inicio de la línea de entrada, teniéndose además que en esta línea de entrada se ha dispuesto un medidor de flujo másico que permite entre otros medir el flujo de fluido a tratar.
La zona de alimentación de fluido secundario permite dirigir si así resulta necesario un segundo fluido hacia la zona de mezcla del reactor, en general, se han definido dos tipos de fluido secundario, uno que previo a ser suministrado necesita un tratamiento específico y otro que puede ser suministrado directamente, de tal manera que, la zona de alimentación de fluido secundario se define a partir de: una línea de alimentación de fluido secundario previamente tratado y una línea de alimentación directa de fluido secundario. A efecto de controlar el flujo de fluido secundario, cada una de las líneas que definen esta zona implementa cuando menos una válvula de control que permiten definir el libre flujo de fluido secundario con tratamiento, o el libre flujo de fluido secundario sin tratamiento, o bien, bloquear el flujo de fluido secundario si ello resulta necesario de acuerdo a la operación deseada del reactor.
La zona de mezcla de fluidos cosiste de un elemento difusor en el cual se mezclan en condiciones específicas y controladas el fluido principal de trabajo y el fluido secundario en cualquiera de sus dos modalidades (directo o previamente tratado). Se debe decir que la mezcla de fluidos tiene lugar en el reactor propuesto cuando se pretende perfeccionar a través de él un proceso de dilución o emulsión, es decir, cuando en el reactor se trabaja con dos fluidos diferentes.
La zona de activación hidrodinámica y entrega de fluido tratado, consta de una bomba que recibe el fluido proveniente de la zona de mezcla, y lo eleva a una presión previamente determinada para ser dirigido a una primera y segunda líneas de tratamiento que alimentan directamente el fluido de trabajo presurizado a sendas primera y segunda entradas independientes de flujo de un dispositivo de cavitación, dispositivo que debido a su configuración estructural tanto interna como externa produce en el fluido que ingresa el fenómeno de cavitación hidrodinámica, es decir, que al someter el fluido a una repentina caída de presión, se alcanzan condiciones por debajo de la presión de saturación del mismo, generando cavidades que liberan gran cantidad de energía, las cuales promoverán el craqueo molecular. Se debe resaltar que tanto la primera como la segunda líneas de tratamiento que alimentan directamente el fluido al dispositivo de cavitación comprenden cada una de ellas un sistema de control de presión. El fluido tratado es entregado a una línea de transporte que dirige dicho fluido a un destino secundario y apartado del reactor propuesto, condición con la que se perfecciona el flujo continuo del fluido tratado, siendo esta característica la que resalta una de las principales ventajas del reactor que se presenta, ya que otros de su misma especie, operan bajo la modalidad de almacenar el fluido tratado, lo que además de obligar a tener un depósito de almacenamiento de dicho fluido, limita la capacidad de operación continua de dichos reactores de tratamiento. Sobre la línea de transporte de fluido tratado se han dispuesto diversos elementos que permiten tomar muestras del fluido tratado y monitorear sus características físico-químicas.
El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo objeto de la presente descripción, comprende además: tanques de almacenamiento para el fluido secundario; un tablero de control y distribución de energía eléctrica a través del cual se energizan ya sea de manera manual o automática diferentes elementos que forman parte del reactor; dispositivos de medición digitales y análogos que permiten monitorear las condiciones de operación del reactor y del fluido o fluidos en tratamiento; derivaciones de recirculación o bypass para desvío de flujo o control permanente de presión de fluido; diversas válvulas que permiten controlar el flujo de fluido en el reactor; y un sistema de adquisición de datos en donde se registra y almacena la información proveniente de los diferentes dispositivos de medición instalados en el reactor, dicho sistema de adquisición de datos se integrada por un controlador lógico programable en donde se concentran todas las señales provenientes de los sensores de temperatura, flujo y presión del reactor, señalas que son enviadas a una computadora personal que genera reportes de actividades periódicos, en esta zona todas las variables son monitoreadas en una pantalla que permite el seguimiento completo de la unidad. En una modalidad preferida de la presente invención, el sistema de adquisición de datos puede ser un sistema de control aplicado a procesos petroquímicos, en donde la base de datos de parámetros a comparar con los propios de una base de datos previamente establecidos, se integra a partir de todas las señales, variables, objetos gráficos, alarmas y eventos provenientes de los instrumentos de medición dispuestos en el reactor. La integración de un sistema de control al reactor propuesto, permite no sólo monitorear a distancia las variables de presión, temperatura y flujo entre otras que ocurren durante la operación del reactor, sino perfeccionar tareas de ajuste, arranque y/o paro de emergencia a distancia, todas ellas en condiciones seguras de operación.
En otra modalidad preferida de la presente invención, sólo para efectos de poder llevar a cabo pruebas de laboratorio a partir del reactor propuesto, el fluido principal de trabajo se suministra desde un tanque de prueba que permite calentar el fluido a las condiciones reales de operación del mismo, y puede almacenarse en un depósito temporal de fluido tratado.
OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, el cual se define a partir de la integración sistemática de diversos elementos operativos, de control y monitoreo, cuyo resultado conjunto permite llevar a cabo en condiciones específicas y controladas el fenómeno de cavitación hidrodinámica.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, que a partir de un craqueo térmico de las fracciones pesadas del crudo y la formación de radicales libres a partir de moléculas orgánicas e inorgánicas más ligeras, permite mejorar las características físico-químicas de crudos medios, livianos, pesados y extra pesados, facilitando junto con ello su producción, movilidad y transporte, generando ahorros sustanciales sobre la operación y en la mayoría de los casos; aumentando el valor comercial del fluido final.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, que permite alcanzar una reducción significativa de la viscosidad de crudos tratados, lo que incrementan su movilidad y facilita su transporte desde una zona de extracción hasta otra de destino previamente definida.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, a partir del cual es posible llevar a cabo procesos de craqueo molecular, hidrogenación; mezcla, dilución y emulsificación de diversos fluidos de trabajo.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, que disminuya las fracciones pesadas del crudo, generando un fluido más amigable con el medio ambiente. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, que logra una disminución de la densidad de un crudo tratado (aumento del API), lo cual incide directamente en su calidad y precio.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, que puede ser operado en su totalidad de forma manual o automática a través de un sistema de control a distancia.
Aun otro objetivo de la presente invención es proporcionar un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, que genera un significativo ahorro energético y económico durante el proceso de reducción de viscosidad. Los objetivos de la presente invención antes referidos y aun otros no mencionados, así como los aspectos característicos y ventajas de la invención propuesta serán evidentes a partir de la descripción de la invención y las figuras que con carácter ilustrativo y no limitativo la acompañan, y que a continuación se presentan.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA FIGURAS.
La figura 1 , muestra un diagrama de bloques a partir del cual se representan cuatro zonas en las que se agrupan diferentes componentes que en su conjunto definen un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, realizado de conformidad con la presente invención;
La figura 2, muestra un diagrama esquemático de un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, realizado de conformidad con la presente invención, en donde se aprecian los diferentes elementos que lo integran y la manera en que estos se encuentran interconectados;
La figura 3, muestra un diagrama esquemático a partir del cual se representan los componentes que en su conjunto definen una zona de alimentación de fluido principal de un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, realizado de conformidad con la presente invención;
La figura 4, muestra un diagrama esquemático a partir del cual se representan los componentes que en su conjunto definen una zona de alimentación de fluido secundario de un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, realizado de conformidad con la presente invención;
La figura 5, muestra un diagrama esquemático a partir del cual se representan los componentes que en su conjunto definen una zona de mezcla de fluidos de un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, realizado de conformidad con la presente invención;
La figura 6, muestra una perspectiva convencional de un elemento difusor que se encuentra comprendido en la zona de mezcla de fluidos de la figura 5;
La figura 7, muestra un diagrama esquemático a partir del cual se representan los componentes que en su conjunto definen una zona de activación hidrodinámica y entrega de fluido tratado de un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, realizado de conformidad con la presente invención;
La figura 8, muestra un diagrama esquemático a partir del cual se representan diversos componentes que intervienen en el control de los diferentes elementos que en su conjunto integran un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, realizado de conformidad con la presente invención; La figura 9, muestra un diagrama esquemático de una modalidad preferida de un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, realizado de conformidad con la presente invención, en donde, para efectos de prueba un fluido suministrado al reactor proviene de un tanque de prueba; La figura 10, muestra una perspectiva convencional de un tanque de prueba que forma parte de la modalidad del reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo de la figura 9; y
La figura 11 , muestra un diagrama esquemático de otra modalidad preferida de un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, realizado de conformidad con la presente invención, en donde, para efectos de prueba un fluido tratado en el reactor se entrega a una unidad de almacenamiento temporal. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La siguiente descripción se proporciona para dar a conocer los aspectos novedosos y relevantes, así como diversas modalidades de un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo. Los técnicos especializados en la materia podrán apreciar modalidades y/o variantes adicionales de la presente invención que se extienden más aliá de lo aquí descrito. Los términos incluidos por cualquier reivindicación deben interpretarse como se definen dentro de esta descripción. Las formas singulares deben leerse para contemplar y describir alternativas plurales. De forma similar, las formas plurales deben leerse para contemplar y describir alternativas singulares. Las conjunciones deben leerse como inclusivas excepto cuando se indique de otra forma.
Las expresiones tales como "al menos un o una" deben leerse para permitir la inclusión de un elemento de forma singular o en combinación con otros de sus mismas características. Todos los números, mediciones y valores se proporcionan como aproximaciones a menos que se indique expresamente de otra forma.
A continuación se describirán diversos aspectos de la presente invención en detalle, sin limitación. En la siguiente descripción, se dará a conocer la integración de diversos componentes y sus características particulares, de tal forma que, a partir de dicha integración se define un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo. Aquellos con experiencia en la técnica apreciarán que el término "reactor" se refiere a una instalación destinada a que pueda iniciarse, mantenerse y controlarse en ella un fenómeno físico-químico, en particular, el de cavitación hidrodinámica; y que el término "línea" se refiere a un conducto formado por tubos que sirve para distribuir un fluido en estado líquido, en donde el material y dimensiones de dichos tubos corresponden sin limitación alguna al tipo de fluido que se transporta y la demanda de flujo requerida por el reactor, de tal manera que, las líneas a las que se hace referencia en ia presente descripción, no deberán ser limitadas a ninguna dimensión longitudinal, diametral o de espesor específica, así como tampoco a forma o arreglo geométrico alguno.
No es la intención de esta descripción realizar ninguna reclamación adicional sobre la manera en la que independiente opera cada uno de los elementos que integran el reactor propuesto, ni los métodos o formas de operar dicho reactor para obtener un resultado concreto. Sin embargo, es la intención de esta descripción enfocarse en la configuración estructural de un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, la cual es resultado de la integración sistemática y operativamente funcional de diversos elementos o dispositivos que en su conjunto definen de forma novedosa y única un reactor capaz de mejorar los crudos pesados en los términos y condiciones que se presentan a continuación, con las ventajas declaradas en el apartado de objetivos de la invención, previamente presentado.
Con referencia en lo que se ilustra en las figuras 1 a 11 , ahora se discutirá la composición del reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo en mayor detalle.
Tal y como se representa en la figura 1 , el reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo 10, en lo sucesivo denominado el reactor 10, se define a partir de diversos componentes que de acuerdo con la función que realizan se agrupan en cuatro zonas, siendo estas: zona de alimentación de fluido principal 100; zona de alimentación de fluido secundario 200; zona de mezcla de fluidos 300; y zona de activación hidrodinámica y entrega de fluido tratado 400.
De acuerdo con lo que se ilustra en las figuras 2 y 3, la zona de alimentación de fluido principal 100 del reactor 10 se define a partir de: una línea de alimentación 110 de fluido principal, desde la cual se suministra a la zona de mezcla de fluidos 300 un flujo de fluido que de acuerdo al proceso que se desea perfeccionar con el reactor 10 puede provenir de una estación de producción 120, es decir, directamente de un pozo petrolífero 121 , esto para el caso de que lo que se busque sea mejorar el crudo extraído, o bien, desde un depósito de almacenamiento 130; una válvula de paso 140 a través de la cual se libera o bloquea el libre flujo de fluido principal hacia la zona de mezcla de fluidos 300; y un medidor de flujo másico 150 que es seleccionado a partir del tipo de fluido principal que se ingresa al reactor 100, permitiendo dicho medidor 150 conocer en todo momento el flujo de fluido que ingresa al reactor 10 y algunas características físico-químicas del fluido, tales como: densidad y temperatura de entrada, el medidor 150 está conectado a un sistema de adquisición de datos 540, lo que permite conocer sus lecturas en tiempo real.
El fluido principal que se suministrar al reactor 10 puede ser crudo pesado, crudo liviano, combustóleo, diésel, residuos de fondo de vacío y aguas de residuos de pozo, entre otros.
La válvula de paso 140 preferentemente es una válvula de bola, la cual por sus características operacionales permite el acceso o bloqueo del fluido a tratar a la zona de mezcla de fluidos 300 con un solo movimiento, y en una modalidad de la presente invención dicha válvula es de operación manual.
En una modalidad preferida de la presente invención el medidor de flujo másico 150 es un medidor de flujo tipo Coriolis. La zona de alimentación de fluido secundario 200 de acuerdo con lo que se ilustra en las figuras 2 y 4, permite suministrar al reactor 10 un segundo fluido de trabajo, fluido que de acuerdo a sus características físico-químicas puede actuar como: donante de hidrógeno para la reducción de viscosidad de un fluido en tratamiento y mejoramiento del mismo; diluyente o emulsificante en los procesos de dilución y emulsificación de diésel y combustóleo, respectivamente.
Dado que el fluido secundario que se suministra al reactor 10 puede de acuerdo al proceso que se quiera llevar a cabo en dicho reactor 10 ser un fluido previamente tratado, o bien, un fluido que se suministra directamente sin tratamiento previo, la zona de alimentación de fluido secundario 200 se define a partir de: una línea de alimentación de fluido secundario previamente tratado 210; y de una línea de alimentación directa 250 de fluido secundario.
No obstante la existencia de las dos líneas de suministro de fluido secundario en el reactor 10, se debe tener presente que la operación de dicho reactor 0 puede requerir para la ejecución de algunos procesos el libre flujo de fluido secundario con tratamiento; o bien, el libre flujo de fluido secundario sin tratamiento para otros, e incluso puede no requerir de la aportación de un fluido secundario, condiciones que se controlan a partir de diversas válvulas que al efecto han sido dispuestas en la zona de alimentación de fluido secundario 200 y cuya disposición se detalla más adelante. La línea de alimentación de fluido secundario previamente tratado 210, tiene como objetivo principal suministrar en condiciones controladas a la zona de mezcla de fluidos 300 un fluido secundario con un tratamiento específico y previamente definido de acuerdo a sus características físico-químicas, tratamiento que tiene por objeto modificar su estructura interna, así por ejemplo, en una modalidad preferida de la presente invención cuando el fluido secundario es agua que intervendrá en un proceso de emulsificación, ésta deberá ser activada antes de ser suministrada.
El fluido secundario que habrá de tratarse antes de ser suministrado a la zona de mezcla de fluidos 300, se almacena en al menos un tanque de almacenamiento 212 que lo contiene en cantidades suficientes de acuerdo a los procesos que se desean perfeccionar con el reactor 10, y es dirigido a través de una línea de suministro 214 a una bomba de impulsión de fluido secundario 216, en donde, el flujo de fluido secundario proveniente de al menos un tanque de almacenamiento 212 hacia la bomba de impulsión 216 se libera o bloque a través de una válvula de paso 218 que preferentemente es una válvula de bola, la cual por sus características operacionales permite el acceso o bloqueo del fluido secundario con un solo movimiento, y en una modalidad de la presente invención dicha válvula es de operación manual.
La bomba de impulsión de fluido secundario 216, se selecciona de acuerdo a las características del fluido que será tratado, así por ejemplo, en una modalidad preferida de la presente invención cuando se utiliza agua como fluido secundario se implementa una bomba multietapas, siendo ésta, una bomba de tipo centrifuga que debido a su configuración de impulsores montados en serie, ayuda al levantamiento de presión del fluido a través de las mismas. Así, el fluido secundario una vez presurizado es dirigido a través de una línea de suministro de fluido presurizado 220 hacia un dispositivo de activación 222, en donde, el libre flujo o bloqueo del fluido presurizado hacia el dispositivo de activación 222 se controla a través de una válvula reguladora 224. En una modalidad de la presente invención la válvula reguladora 224 es una válvula de globo de operación manual. Sobre la línea de suministro de fluido presurizado 220 se ha definido una derivación de recirculación o bypass 226 que permite mantener el nivel de presión NPSH (Cabeza de succión positiva neta) requerido por la bomba de impulsión 216 durante la etapa de succión de fluido, cuyo flujo se controla mediante una válvula reguladora 228. En una modalidad de la presente invención la válvula reguladora 228 es una válvula de globo de operación manual.
Cuando el libre flujo de fluido presurizado se permite a través de la válvula reguladora 224, éste se dirige hacia el dispositivo de activación 222, en 00075
24 donde, un indicador de presión 230 que puede ser analógico o digital permite conocer la presión con la que el fluido presurizado ingresa al dispositivo 222.
En relación al dispositivo de activación 222 se debe decir que éste es un dispositivo que contiene un conjunto de partes móviles que permite que al paso del fluido secundario a través de las mismas se genere una vibración de alta frecuencia (ultrasonido) la cual genera la activación de los compuestos hidrogeno por el efecto de cavitación ultrasónica, de tal manera que, el dispositivo 222 entrega un fluido secundario de trabajo presurizado y activado a la línea de fluido secundario 210.
Dado que los procesos que tienen lugar en el reactor 10 pueden demandar el suministro de un fluido secundario de trabajo, cuyo único tratamiento previo consista en una adecuada presurización, es decir, sin que a su paso sea modificado por efectos del dispositivo de activación 222, se ha incorporado también en la línea de suministro de fluido presurizado 220 una válvula reguladora 232 que en una modalidad de la presente invención es una válvula de globo de operación manual, que operando en combinación con la válvula reguladora 224 que dirige dicho fluido hacia el dispositivo de activación 222, permite la entrega de fluido secundario presurizado directamente a la línea de fluido secundario 210, condición que se logra cuando el flujo de fluido secundario presurizado se bloquea en dirección del dispositivo de activación 222 cerrando la válvula reguladora 224 al tiempo que dicho flujo se libera cuando se abre la válvula reguladora 232.
Una vez que el fluido secundario de trabajo ha recibido el tratamiento previo que le es debido y es entregado a la línea de fluido secundario 210, el tránsito de éste hacia la zona de mezcla de fluidos 300 se controla a partir de una válvula de paso 234 que permite el libre flujo o bloqueo del fluido secundario previamente tratado hacia un medidor de flujo másico 236 cuya señal es dirigida al sistema de adquisición de datos 540, en donde, antes de permitirse el acceso del segundo fluido a un elemento difusor 320 de la zona de mezcla de fluidos 300 se ha instalado sobre ésta misma línea una válvula de paro o interrupción 238 (SDV por las siglas en ingles de Shut Down Valve) que opera tanto en forma manual como automática y que actúa como dispositivo de seguridad ante una eventual elevación de presión o fuga del fluido secundario.
La válvula de paso 234 que permite el libre flujo o bloqueo del fluido secundario previamente tratado hacia el medidor de flujo másico 236 es preferentemente una válvula de bola, la cual por sus características operacionales permite el acceso o bloqueo del fluido con un solo movimiento, y en una modalidad de la presente invención dicha válvula es de operación manual.
Para el caso de que la intención sea suministrar a la zona de mezcla de fluidos 300 un flujo determinado de fluido secundario sin tratamiento previo, se tiene la línea de alimentación directa 250 de fluido secundario, que es una línea de alimentación presurizada 250 que dirige el fluido secundario desde un tanque de almacenamiento 252, en donde, la presurización de esta línea 250 se logra mediante una bomba 254 que al efecto se dispone próxima al tanque de almacenamiento 252. El control sobre el libre flujo o bloqueo del fluido secundario proveniente de la línea de alimentación presurizada 250 hacia la zona de mezcla de fluidos 300, se logra mediante una válvula de paso 256 que preferentemente es una válvula de bola, la cual por sus características operacionales permite el acceso o bloqueo del flujo de fluido con un solo movimiento. La línea de alimentación presurizada 250 también puede ser entendida como una línea de respaldo de suministro de fluido secundario con tratamiento previo en el reactor 10, lo anterior, para el caso de que el tratamiento previo consista tan sólo en una adecuada presurización del fluido secundario.
Tal y como se ilustra en las figuras 2 y 5, la zona de mezcla de fluidos 300 en donde en caso de así ser requerido en el reactor 10 convergen el fluido principal de trabajo y un fluido secundario con o sin tratamiento previo, se comprende de un contenedor de mezcla 310 en donde se reciben: el fluido proveniente de la línea de alimentación 0 de fluido principal, y si así lo demanda el proceso que se desea llevar a cabo en el reactor 10, el fluido proveniente de la línea de alimentación de fluido secundario previamente tratado 210, o bien, el fluido proveniente de línea de alimentación directa 250 de fluido secundario.
Al interior del contenedor de mezcla 310 se ha dispuesto un elemento difusor 320 a partir del cual se recibe a elección cualquiera de los fluidos provenientes tanto de la línea de alimentación de fluido secundario previamente tratado 210, como de línea de alimentación directa 250 de fluido secundario, en contraste, el fluido principal de trabajo ingresa al contenedor de mezcla 310 de forma directa. El elemento difusor 320 permite suministrar dentro del contenedor de mezcla 310 una cantidad específica de fluido secundario a una presión previamente determinada para que con ello tenga lugar una mezcla entre el fluido principal y el fluido secundario.
Tal y como se aprecia en detalle en la figura 6, el elemento difusor 320 se integra a partir de un cuerpo cilindrico 322 abierto en su extremo superior y sellado en su extremo inferior, que presenta próximo a su extremo superior, al menos un elemento de unión 324 por medio de la cual se garantiza: su disposición al interior del contenedor de mezcla 310; y la unión de éste con la línea de alimentación de fluido secundario, en tanto que, próximo a su extremo inferior presenta una pluralidad de barrenos 326 cuya arreglo y dimensiones obedecen a la cantidad de fluido secundario que se desea mezclar con el fluido principal y la presión a la que dicho fluido secundario desea ser suministrado.
El fluido que proveniente del contenedor de mezcla 310, ya sea éste el resultado de una mezcla en condiciones controladas entre fluido principal y fluido secundario, o bien, el fluido principal en su estado puro, se dirige hacia la zona de activación hidrodinámica y entrega de fluido tratado 400, a través de una línea de entrega de fluidos mezclados 328.
En la zona activación hidrodinámica y entrega de fluido tratado 400 tiene lugar el fenómeno de cavitación hidrodinámica, fenómeno a partir del cual se perfecciona el mejoramiento de los crudos tratados en el reactor 10, de manera particular, se logra la estabilización de radicales libres y/o la disminución del área de contacto de cada una de las moléculas de los fluidos que participan en un proceso de emulsificación. Con base en lo que se ilustra en las figuras 2 y 7, se tiene que a efecto de lograr los resultados deseados en el reactor 10, el fluido proveniente de la línea de entrega de fluidos mezclados 328, se dirige hacia una bomba de paletas 410 alimentada a través de un motor de corriente directa 412 cuya velocidad de giro se controla por medio de un variador de velocidad 414 y que permite suministrar el fluido de trabajo a una presión previamente determinada a un dispositivo de cavitación 460. La presión de trabajo se determina a partir de la composición del fluido y el caudal de éste, buscando en todo momento alcanzar la presión óptima de operación del dispositivo de cavitación 460, logrando con ello suministrar a éste el fluido de trabajo y/o en su caso la mezcla con un fluido secundario a una presión que permite el desarrollo del fenómeno de cavitación hidrodinámica.
Se debe decir que, en la invención propuesta la bomba 410, el motor de corriente directa 412 que la alimenta y el variador de velocidad 414 que los acompaña, se seleccionan de acuerdo a las necesidades específicas de presión que se deseen alcanzar para el fluido de trabajo.
El fluido presurizado por acción de la bomba de paletas 410 es dirigido a una primera 420 y una segunda 440 líneas de tratamiento, lo cual obedece al hecho de que el dispositivo de cavitación 460 comprende dos entradas independientes de fluido, de tal forma que con dichas dos entradas se propicia un choque entre los fluidos que son ingresados a dicho dispositivo de cavitación 460.
La primera línea de tratamiento 420 comprende un sistema de control de presión que se integra por una primera válvula de paso 422, una válvula de alivio de presión 424 (PSV por las siglas en ingles de Pressure Safety Valve) y una segunda válvula de paso 426, de tal manera que, estas tres válvulas definen en su conjunto una derivación de recirculación o bypass 428 que impide el paso de fluido y/o retorno del mismo en caso de que resultara necesario aislar la primera línea de tratamiento 420, así mismo, para el caso de que se desee liberar o bloquear la primera línea de tratamiento 420 sin necesidad de utilizar el bypass 428 se cuenta además con una válvula reguladora 430, que en una modalidad de la presente invención es una válvula de globo de operación manual, a partir de la cual se regula el flujo de fluido que será dirigido a una de las dos entradas de fluido del dispositivo de cavitación 460. 18 000075
29
En una modalidad preferida de la presente invención la primera 422 y segunda 426 válvulas de paso son válvulas de bola, las cuales por sus características operacionales permite el acceso o bloqueo del fluido con un solo movimiento en su modalidad de operación manual.
Al final de la primera línea de tratamiento 420 y antes de que el fluido ingrese al dispositivo de cavitación 460 se han dispuesto: un indicador de presión análogo 432 cuya lectura es reforzada por un indicador de presión digital 434; y un indicador de temperatura 436, que permiten conocer las propiedades del fluido antes de que éste ingrese al dispositivo de cavitación 460, en donde sus lecturas además son enviadas al sistema de adquisición de datos a efecto de tener registro y control sobre ellas.
La segunda línea de tratamiento 440, presenta la misma configuración que la primera 420, tal y como se puede apreciar en lo que se ilustra en las figuras 2 y 7, no obstante lo anterior, con objeto de evitar cualquier posible confusión, a continuación se describe la integración de la segunda línea 440.
La segunda línea de tratamiento 440 comprende un sistema de control de presión que se integra por una primera válvula de paso 442, una válvula de alivio de presión 444 (PSV por las siglas en ingles de Pressure Safety Valve) y una segunda válvula de paso 446, de tal manera que estas tres válvulas definen en su conjunto una derivación de recirculación o bypass 448 que impide el paso de fluido y/o retorno del mismo en caso de que resultara necesario aislar la segunda línea de tratamiento 440, así mismo para el caso de que se desee liberar o bloquear la primera línea de tratamiento 440 sin necesidad de utilizar el bypass 448 se cuenta además con una válvula reguladora 450, que en una modalidad de la presente invención es una válvula de globo de operación X2018/000075
30 manual, a partir de la cual se regula el flujo de fluido que será dirigido a una de las dos entradas de fluido del dispositivo de cavitación 460.
En una modalidad preferida de la presente invención la primera 442 y segunda 446 válvulas de paso son válvulas de bola, las cuales por sus características operacionales permite el acceso o bloqueo del fluido con un solo movimiento en su modalidad de operación manual.
Al final de la segunda línea de tratamiento 440 y antes de que el fluido ingrese al dispositivo de cavitación 460 se han dispuesto: un indicador de presión análogo 452 cuya lectura es reforzada por un indicador de presión digital 454; y un indicador de temperatura 456, que permiten conocer las propiedades del fluido antes de que éste ingrese al dispositivo de cavitación 460, en donde sus lecturas además son enviadas al sistema de adquisición de datos a efecto de tener registro y control sobre ellas.
Como ya se ha mencionada previamente, el dispositivo de cavitación 460 propicia el fenómeno de cavitación hidrodinámica, toda vez que, por virtud de su configuración estructural tanto interna como externa produce en el fluido que ingresa a él, una disminución de presión y un craqueo molecular, que en condiciones controladas permite, por un lado, en un proceso de mejoramiento de crudo, estabilizar las moléculas de un fluido de trabajo una vez que estas han sido separadas en fracciones más pequeñas, y por otro, en un proceso de emulsificación, generar emulsiones estables agua-diesel y/o agua-combustóleo a partir de la disminución del área de contacto de cada una de las moléculas de los fluidos participantes.
El dispositivo de cavitación 460 se comprende de una primera 462 y una segunda 464 entradas de fluido, de tal manera, la primera entrada 462 recibe el 18 000075
31 fluido a tratar desde la primera línea de tratamiento 420, en tanto que, la segunda entrada 464 recibe el mismo fluido a tratar desde la segunda línea de tratamiento 440. Se debe decir que, entre la primera 462 y la segunda 464 entradas de fluido del dispositivo de cavitación 460 se guarda una relación de perpendicularidad, es decir, que entre ambas entradas se respeta una separación angular de 90°, de tal manera que la primera 462 permite el ingreso del fluido de forma directa alineado con respecto de la línea de tratamiento de la cual proviene, en tanto que, la segunda entrada 464 permite el ingreso del fluido de forma perpendicular con respecto de la primera línea, esta segunda entrada 464 guarda una relación tangencial con respecto del centro vertical del dispositivo de cavitación 460. La configuración antes definida permite, generar una caída presión por debajo de la presión de burbuja del fluido a tratar, de tal manera que, se generan burbujas o cavidades que con su posterior choque liberan gran cantidad de energía, permitiendo el craqueo de la molécula más pesada. Adicionalmente con el choque del fluido que proviene de cada una de las dos líneas de tratamiento, la mezcla aumenta el área de contacto entre un posible donante de hidrogeno y el fluido a tratar, lo que permite un mezclado más eficiente.
Una vez que el fluido de trabajo ha sido modificado en el dispositivo de cavitación 460, éste es dirigido a una línea de entrega de fluido tratado 470 en la cual han sido dispuestos un medidor de presión 472 y un medidor de temperatura 474, a través de los cuales es posible conocer las condiciones propias del fluido una vez que éste ha sido tratado. Al igual que sucede con todos los instrumentos de medición dispuestos en el reactor 10, las lecturas provenientes de estos medidores de presión 472 y temperatura 474 son enviadas al sistema de adquisición de datos 540 a efecto de tener registro y control sobre ellas. Sobre la misma línea de entrega de fluido tratado 470 se ha configurado una derivación de recirculación o bypass 476 que opera en auxilio de una posible caída de presión generada por la succión de la bomba 410, este bypass 476 opera a través de una válvula reguladora 478, que en una modalidad de la presente invención es una válvula de globo de operación manual, que determina el retorno de fluido tratado hacia la línea que alimenta la bomba 410. Es importante señalar que en el reactor 10 el retorno no es una condición deseada ya que no resulta necesario tratar por segunda vez el fluido que ya ha sido tratado, en todo caso y como ya ha sido antes referido el bypass 476 solo se ha definido para que en un caso de emergencia se proteja la integridad de la bomba 410.
La línea de entrega de fluido tratado 470 comprende además; una toma de muestras 480 que permite a través de la operación de una válvula reguladora 482, que en una modalidad de la presente invención es una válvula de globo de operación manual, la toma de muestras de fluido tratado. Esta línea permite tomar muestras sin que se detenga el proceso de tratamiento de fluido; y un medidor de corte de agua en línea 490 (BSW por las siglas en inglés de Basic Sediment and Water), que permite determinar el porcentaje de agua libre dentro del flujo tratado, con el montaje y adaptación correspondientes a las necesidades del medidor. Este medidor 490 se encuentra conectado al sistema de adquisición de datos 540. La presencia de este medidor 490 obedece principalmente al proceso de emulsión de combustibles, ya que es en estos donde se encuentra presente el fluido agua. P T/MX2018/000075
33
De esta manera, el fluido tratado es entregado a través de la línea 470 a su destino final, pudiendo ser éste de manera enunciativa más no limitativa: una estación de refinación, un oleoducto, un buque o una batería, perfeccionándose así el flujo continuo del fluido tratado en el reactor 10.
Se debe mencionar que las diferentes válvulas que forman parte del reactor 0, pueden sin limitación alguna ser de operación manual, automática, o bien una combinación específica de ambas, condición que se determina a partir de los procesos que se desean perfeccionar en dicho reactor 10, o bien, de la disposición final de éste, es decir, próxima o remota a un operador.
Un vez descritos los diferentes elementos cuya integración sistemática define el reactor 10, ahora con base en lo que se ilustra en la figura 8, se dará a conocer la manera en la que de forma convencional son operados y controlados aquellos elementos que necesitan para su operación ser energizados, o bien, aquellos cuyas lecturas o mediciones deberán ser almacenas y procesadas para redefinir las variables de operación de un proceso realizado en el reactor 10. En el reactor 10, los elementos tales como motores eléctricos, válvulas de operación automática y medidores digitales, se energizan a través de un panel de control 510, el cual puede recibir instrucciones de un operario de forma manual a través de una pluralidad de botones o perillas de operación 512, o bien, de forma remota a partir de instrucciones provenientes desde una computadora personal (PC) 520, esto cuando una orden del operador es introducida, procesada y enviada a un tablero de distribución de señales 530 desde donde se envían instrucciones específicas al panel de control 510. El panel de control 510 comprende además; una pluralidad de indicadores luminosos 514 que permiten conocer el estado (energizado/desenergizado) de los elementos controlados; y un botón de paro total 516 del reactor 10, que permite en caso de alguna contingencia cortar de forma manual el suministro de energía eléctrica y con ello propiciar el paro total del reactor 10. A efecto de que en el tablero de distribución de señales 530 se puedan recibir señales remotas de operación provenientes de una PC 520 y ser éstas debidamente enviadas al panel de control 510, en dicho tablero 530 se ha implementado un control lógico programable (PLC por las siglas en inglés de Programmable Logic Controller) 532 a partir del cual es posible procesar múltiples señales de entrada y salida relacionadas con la operación, control y monitoreo del reactor 10. Así, se debe decir también que, el PLC 532 recibe señales provenientes tanto del panel de control 510 como de los motores eléctricos, válvulas de operación automática y medidores que integran el reactor, correspondiendo dichas señales a estados de operación (encendido/apagado), condiciones de operación (normal/anormal) y mediciones de flujo, presión, temperatura y densidad entre otros, en donde, las señales recibidas a través del PLC 532 son enviadas a la PC 520 para su procesamiento y registro. En general se puede decir que el PLC 532 permite automatizar secuencialmente los procesos que se desarrollan en el reactor 10, y junto con la PC 520 y un programa o interfase de control 522 operado desde la PC 520 integran el sistema de adquisición de datos 540. En una modalidad preferida de la presente invención los datos que se generan a partir del sistema de adquisición de datos 540, se pueden visualizar en una pantalla 524 que permite el seguimiento completo de lo que ocurre en el reactor. 00075
35
En otra modalidad preferida de la presente invención, el reactor 10 puede ser configurado e instalado para llevar a cabo sólo pruebas de laboratorio, en donde el flujo continuo no es necesario, toda vez que, en esta modalidad de la invención se busca evaluar propiedades de un fluido tratado y por ende no se busca producción masiva, condición que excluye la propiedad del flujo continuo del reactor 10 expuesta líneas arriba.
De acuerdo con lo que se muestra en las figuras 9 y 10, para el caso en donde se utiliza el reactor 10 para pruebas de laboratorio, la línea de alimentación de fluido principal 110, desde la cual se suministra a la zona de mezcla de fluidos 300 un flujo de fluido de acuerdo al proceso que se desea perfeccionar con el reactor 10, se encuentra alimentada desde un tanque de prueba 600 de fluido de trabajo y no desde una estación de producción 120. De tal manera que, debido a la configuración de dicho tanque de prueba 600 es posible elevar la temperatura del fluido de trabajo hasta alcanzar las condiciones operacionales reales del mismo.
El tanque de prueba 600 tiene una capacidad aproximada de 0.14 m3 (38 gal) donde es cargado el crudo para realizar las pruebas, no obstante que dicha capacidad se puede modificar dependiendo de las necesidades específicas de la prueba que se quiera realizar.
Al efecto, el tanque de prueba 600 se comprende de un contenedor 602 en cuyo interior además de fluido de trabajo se dispone una resistencia eléctrica 604 que se sumerge dentro dei fluido, a través de la cual se eleva la temperatura de dicho fluido hasta un nivel deseado.
La resistencia eléctrica 604 a! igual que un medidor de temperatura 606 que permite conocer la temperatura del fluido al interior del tanque 604 son controlados y monitoreados de igual forma en la que se ha descrito para los demás elementos del reactor 10.
El tanque de prueba 600 entrega el fluido de trabajo al reactor 10 a través de una línea de suministro 608 cuyo flujo es controlado por una válvula de paso 610, y recibe el fluido procesado en el reactor a través de una línea de recirculación 612 cuyo flujo es controlado por una segunda válvula de paso 614.
Las primera 610 y segunda 614 válvulas de paso preferentemente son válvulas de bola, que por sus características operacionales permite el acceso o bloqueo del fluido con un solo movimiento, y pueden ser de operación manual o automática, teniéndose que el control y monitoreo de dichas primera 610 y segunda 614 válvulas de paso del tanque de prueba 600 se perfecciona de la misma manera en la que se ha detallado antes para las demás válvulas del reactor 10.
Para el caso de que la prueba se perfeccione a través de un proceso de emulsificación o dilución, es decir cuando el fluido resultante sea diferente al fluido de trabajo proveniente del tanque de prueba 600, se ha dispuesto que la línea de entrega de fluido tratado 470 dirija dicho fluido a una unidad de almacenamiento témpora! 700 tal y como se ilustra en la figura 11. La unidad de almacenamiento temporal 700 está formada por una pluralidad de tanques de almacenamiento 702 que pueden ser de plástico y/o acero inoxidable, y que en su conjunto definen una capacidad preferida de almacenamiento no menor a 3.028 m3 (800 gal) de fluido de prueba.
Aún en otra modalidad preferida de la presente invención los diferentes componentes que integran el reactor 10, se encuentran soportados sobre una unidad de base o chasis (no ilustrada) a partir de la cual es posible disponerles y asegurarles de forma conjunta ya sea sobre un espacio de prueba o laboratorio (no ilustrado), o bien sobre una superficies de trabajo definida para tal efecto. Finalmente, se debe decir que en el reactor 10, la integración sistemática de los diferentes elementos que lo integran, así como la integración de las diferentes líneas que forman parte de los procesos a desarrollar en dicho reactor 10, atienden y cumplen a cabalidad con lo dispuesto por las disposiciones normativas de construcción aplicables, en particular las normas del Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI por las siglas en ingles de American National Standards Institute) y de la Asociación Americana del Petróleo (API por las siglas en ingles de American Petroleum Institute).
Aunque se han descrito diversos aspectos del reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo 10, dicha descripción se presenta para efectos de que ilustre y no limite el alcance de la invención. El reactor propuesto se define por el alcance de las reivindicaciones anexas y no por las ilustraciones y ejemplos proporcionados en la descripción anterior. Los técnicos especializados apreciarán aspectos adicionales de la invención, que pueden realizarse en modalidades alternativas, después de tener el beneficio de la descripción anterior. Otros aspectos, ventajas, modalidades y modificaciones se encuentran dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
[ [2], [3] y [4] Hart, A. (2014). Una revisión de las tecnologías para el transporte de petróleo crudo pesado y betún a través de tuberías. Revista de exploración de petróleo y tecnología de producción, 4(3), 327-336. (A review of technologies for transporting heavy crude oil and bitumen via pipelines. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 4(3), 327-336) Disponible para su consulta en : httPs://doi.orq/10.1007/s13202-013-0086-6.
[5] Chinóme, L. M. O., & Zapata, R. B. (2012). Adaptación de Modelos para Estimar la Viscosidad de Mezclas Multicomponentes de algunos Crudos Pesados Colombianos. Ingeniería y Región, 9, 7-14.
[6] Suslick, K. S., & Price, G. J. (1999). Aplicaciones del ultrasonido a la química de los materiales. Revisión anual de la ciencia de los materiales, 29(1 ), 295- 326. (Applications of ultrasound to materials chemistry. Annual Review of Materials Science, 29(1 ), 295-326.)

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, de los del tipo que se utilizan en la industria petrolera para el tratamiento y mejoramiento de crudos, que permite perfeccionar, entre otros, procesos de reducción de viscosidad; dilución; generación de mezclas, emulsificación, craqueo molecular , hidrogenación y mejoramiento de °API, que se caracteriza porque; se comprende de:
un dispositivo de cavitación que tiene una primera y una segunda entradas de fluido, a través de las cuales se hace circular hacia el interior de dicho dispositivo un fluido en tratamiento a efecto de que dicho fluido experimente un craqueo y la formación de radicales libres, condiciones que en su conjunto modifican las características físico-químicas del fluido tratado;
una bomba de paletas alimentada a través de un motor de corriente directa cuya velocidad de giro se controla por medio de un variador de velocidad y que permite suministrar a una presión previamente determinada el fluido en tratamiento al dispositivo de cavitación;
un contenedor de mezcla desde el que se dirige a la bomba de paletas el fluido que se desea tratar, en donde, dicho contenedor de mezcla integra un elemento difusor, que en caso de así ser requerido en el reactor, permite suministrar dentro del contenedor de mezcla una cantidad específica de un fluido secundario a una presión previamente determinada para con ello propiciar una mezcla entre dicho fluido secundario y un fluido principal de trabajo;
una línea de alimentación de fluido principal, desde la cual se suministra al contenedor de mezcla un flujo de fluido que de acuerdo al proceso que se desea perfeccionar con el reactor puede provenir de una estación de producción, o bien, desde un depósito de almacenamiento de fluido principal; una línea de alimentación de fluido secundario previamente tratado, que tienen por objeto suministrar en condiciones controladas al elemento difusor del contenedor de mezcla, un fluido secundario con un tratamiento específico y previamente definido de acuerdo a sus características físico-químicas;
una línea de alimentación de fluido secundario sin tratamiento previo, que opera en forma alterna con la línea de alimentación de fluido secundario previamente tratado, y que tienen por objeto suministrar al elemento difusor del contenedor de mezcla un fluido secundario presurizado proveniente un tanque de almacenamiento, en donde, la presurizacion de esta línea se logra mediante una bomba que al efecto se dispone próxima al tanque de almacenamiento; una línea de entrega de fluido tratado que dirige el fluido proveniente del dispositivo de cavitación a su destino final, línea sobre la cual se dispone una toma de muestras y un medidor de corte de agua en línea;
un panel de control, a través del cual se energizan diferentes elementos que integran el reactor;
un tablero de distribución de señales desde donde se envían instrucciones específicas al panel de control;
una computadora personal que permite el envío de señales remotas al panel de control a través del tablero de distribución, y la recepción de otras generadas en el reactor; y
un sistema de adquisición de datos a partir del cual es posible recopilar información de lo que se sucede en el reactor durante el desarrollo de un proceso determinado.
2. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; entre la primera y la segunda entradas de fluido del dispositivo de cavitación se guarda una relación de perpendicularidad, es decir, que entre ambas entradas se respeta una separación angular de 90°.
3. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; la segunda entrada de fluido del dispositivo de cavitación guarda una relación tangencial con respecto del centro vertical de dicho dispositivo.
4. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; la primera y la segunda entradas de fluido del dispositivo de cavitación reciben un fluido a tratar desde una primera y una segunda líneas de tratamiento respectivamente.
5. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 4, que se caracteriza porque; tanto la primera como la segunda líneas de tratamiento comprenden un sistema de control de presión que se integra por una primera válvula de paso, una válvula de alivio de presión y una segunda válvula de paso, de tal manera que, estas tres válvulas definen en su conjunto una derivación de recirculación o bypass que impide el paso de fluido y/o retorno del mismo en caso de que resulte necesario aislar la línea de tratamiento, y comprenden también una válvula reguladora para el caso de que se desee liberar o bloquear la línea de tratamiento sin necesidad de utilizar el bypass. 6. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 5, que se caracteriza porque; las válvulas de paso son válvulas de bola, y la válvula reguladora es una válvula de globo.
7. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 4, que se caracteriza porque; al final tanto de la primera como de la segunda líneas de tratamiento y próximos al dispositivo de cavitación se han dispuesto: un indicador de presión análogo cuya lectura es reforzada por un indicador de presión digital; y un indicador de temperatura, que permiten conocer las propiedades del fluido antes de que éste ingrese al dispositivo de cavitación.
8. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; la bomba de paletas, el motor de corriente directa que la alimenta y el variador de velocidad que los acompaña, se seleccionan de acuerdo a las necesidades específicas de presión que se deseen alcanzar para el fluido de trabajo. 9. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; el elemento difusor que se dispone al interior del contenedor de mezcla, se integra a partir de un cuerpo cilindrico abierto en su extremo superior y sellado en su extremo inferior, que presenta próximo a su extremo superior, al menos unvelemento de unión por medio de la cual se garantiza: su disposición al interior del contenedor de mezcla; y la unión de éste con la línea de alimentación de fluido secundario, en tanto que, próximo a su extremo inferior presenta una pluralidad de barrenos cuya arreglo y dimensiones obedecen a la cantidad de fluido secundario que se desea mezclar con el fluido principal y la presión a la que dicho fluido secundario desea ser suministrado.
10. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; el contenedor de mezcla comprende una línea de entrega de fluidos mezclados a través de la cual se entregan dichos fluidos tanto a la primera como la segunda líneas de tratamiento.
1 1. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; la línea de alimentación de fluido principal comprende una válvula de paso a través de la cual se libera o bloquea el libre flujo de fluido principal hacia el contenedor de mezcla; y un medidor de flujo másico que es seleccionado a partir del tipo de fluido principal que se ingresa al reactor.
12. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 1 , que se caracteriza porque; la válvula de paso es una válvula de bola, la cual por sus características operacionales permite el acceso o bloqueo del fluido con un solo movimiento.
13. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 1 , que se caracteriza porque; el medidor de flujo másico es un medidor de flujo tipo Coriolis. 14. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; la línea de alimentación de fluido secundario previamente tratado comprende:
al menos un tanque de almacenamiento de fluido secundario;
una línea de suministro desde la cual se dirige el fluido secundario proveniente de al menos un tanque de almacenamiento a una bomba de impulsión;
una válvula de paso que se dispone sobre la línea de suministro a través de la cual se libera o bloquea el flujo del fluido secundario hacia una bomba de impulsión;
una bomba de impulsión de fluido secundario que se selecciona de acuerdo a las características del fluido secundario que será tratado;
una línea de suministro de fluido presurizado a través de la cual se dirige el fluido secundario proveniente de la bomba de impulsión hacia un dispositivo de activación; una derivación de recirculación o bypass que se define sobre la línea de suministro de fluido presurizado y que permite mantener el nivel de presión NPSH (Cabeza de succión positiva neta) requerido por la bomba de impulsión durante la etapa de succión de fluido, cuyo flujo se controla mediante una válvula reguladora;
una válvula reguladora que se dispone sobre la línea de suministro de fluido presurizado a través de la cual se libera o bloquea el flujo del fluido secundario presurizado hacia un dispositivo de activación;
un dispositivo de activación que comprende un conjunto de partes móviles que permite que al paso del fluido secundario a través de las mismas se genere una vibración de alta frecuencia (ultrasonido) la cual genera la activación de los compuestos hidrogeno por el efecto de cavitación;
una válvula de paso que permite el libre flujo o bloqueo del fluido secundario previamente tratado hacia un medidor de flujo másico;
un medidor de flujo másico que permite determinar entre otros el flujo de fluido entregado por el dispositivo de activación; y
una válvula de paro o interrupción que actúa como dispositivo de seguridad ante una eventual elevación de presión o fuga del fluido secundario antes de la entrega de éste al contenedor de mezcla. 5. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 14, que se caracteriza porque; a través de una válvula reguladora que opera en combinación con la válvula reguladora que dirige el fluido presurizado hacia el dispositivo de activación, es posible entregar el fluido secundario al contenedor de mezcla sin que dicho fluido haya sido tratado en el dispositivo de activación.
16. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 14, que se caracteriza porque; las válvulas de paso son válvulas de bola, las cuales por sus características operacionales permiten el acceso o bloqueo del fluido secundario con un solo movimiento.
17. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 14, que se caracteriza porque; las válvulas reguladoras son válvulas de globo.
18. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 14, que se caracteriza porque; la válvula de paro o interrupción es una válvula tipo SDV que opera tanto en forma manual como automática.
19. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 14, que se caracteriza porque; sobre la línea de suministro de fluido presurizado se dispone un indicador de presión que permite conocer la presión con la que el fluido presurizado ingresa al dispositivo de activación.
20. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; la toma de muestra que se dispone sobre la línea de entrega de fluido tratado permite a través de una válvula reguiadora tomar muestras sin que se detenga el proceso de tratamiento de fluido que se perfecciona en el reactor. 21. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 20, que se caracteriza porque; la válvula reguladora es una válvulas de globo.
22. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; sobre la línea de entrega de fluido tratado se configura una derivación de recirculación o bypass que opera en auxilio de una posible caída de presión generada por la succión de la bomba de paletas, y que opera a través de una válvula reguladora, la cual determina el retorno de fluido tratado hacia la línea que alimenta la bomba de paletas.
23. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 22, que se caracteriza porque; la válvula reguladora es una válvulas de globo.
24. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; sobre la línea de entrega de fluido tratado se disponen un medidor de presión y un medidor de temperatura, a través de los cuales es posible conocer las condiciones propias del fluido una vez que éste ha sido tratado en el reactor.
25. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; las diferentes válvulas que forman parte del reactor, pueden sin limitación alguna ser de operación manual, automática, o bien una combinación específica de ambas.
26. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; el panel de control puede recibir instrucciones de un operario de forma manual a través de una pluralidad de botones o perillas de operación, o bien, de forma remota a partir de instrucciones provenientes desde una computadora personal.
27. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; el panel de control comprende una pluralidad de indicadores luminosos que permiten conocer el estado de los elementos controlados; y un botón de paro total que permite en caso de alguna contingencia cortar de forma manual el suministro de energía eléctrica y con ello propiciar el paro total del reactor.
28. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; el tablero de distribución de señales incorpora un control lógico programable partir del cual es posible procesar múltiples señales de entrada y salida relacionadas con la operación, control y monitoreo del reactor, señales que son enviadas a la computadora personal para su procesamiento y registro.
29. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 28, que se caracteriza porque; un programa o interíase de control operado desde la computadora personal permite el adecuado procesamiento y registro de la información recibida desde los diferentes elementos que las generan en el reactor. 30. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; el sistema de adquisición de datos se define a partir de la integración del control lógico programable, la computadora personal y el programa o interfase de control que en ella se dispone.
31. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; los datos que se generan a partir del sistema de adquisición de datos, se visualizan en una pantalla que permite el seguimiento completo de lo que ocurre en el reactor.
32. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; dicho reactor puede ser configurado e instalado para llevar a cabo sólo pruebas de laboratorio para con ello evaluar propiedades de un fluido tratado.
33. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 32, que se caracteriza porque; la línea de alimentación de fluido principal, desde la cual se suministra a la zona de mezcla de fluidos un flujo de fluido de acuerdo al proceso que se desea perfeccionar con el reactor, se encuentra alimentada desde un tanque de prueba de fluido de trabajo.
34. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 33, que se caracteriza porque; en una prueba de laboratorio el tanque de prueba permite elevar la temperatura del fluido de trabajo hasta alcanzar las condiciones operacionales reales del mismo.
35. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 33, que se caracteriza porque; el tanque de prueba se comprende de un contenedor en cuyo interior además de fluido de trabajo se dispone una resistencia eléctrica que se sumerge dentro del fluido, a través de la cual se eleva ia temperatura de dicho fluido hasta un nivel deseado.
36. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 33, que se caracteriza porque; el tanque de prueba entrega el fluido de trabajo al reactor a través de una línea de suministro cuyo flujo es controlado por una válvula de paso, y recibe el fluido procesado en el reactor a través de una línea de recirculación cuyo flujo es controlado por una segunda válvula de paso, siendo ambas válvulas de paso, válvulas de bola.
37. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 33, que se caracteriza porque; la operación del tanque de prueba y el monitoreo de su comportamiento se realiza a través del sistema de adquisición de datos.
38. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 32, que se caracteriza porque; el fluido resultante en línea de entrega de fluido tratado es dirigido a una unidad de almacenamiento temporal.
39. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 38, que se caracteriza porque; la unidad de almacenamiento temporal está formada por una pluralidad de tanques de almacenamiento.
40. El reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo, tal y como se ha reclamado en la reivindicación 1 , que se caracteriza porque; los diferentes componentes que integran el reactor, se encuentran soportados sobre una unidad de base o chasis a partir de la cual es posible disponerles y asegurarles de forma conjunta ya sea sobre un espacio de prueba o laboratorio, o bien, sobre una superficies de trabajo definida para tal efecto.
PCT/MX2018/000075 2017-08-22 2018-08-21 Reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo WO2019039929A1 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MXMX/A/2017/010759 2017-08-22
MX2017010759A MX2017010759A (es) 2017-08-22 2017-08-22 Reactor de cavitacion hidrodinamica de flujo continuo.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019039929A1 true WO2019039929A1 (es) 2019-02-28

Family

ID=65439467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/MX2018/000075 WO2019039929A1 (es) 2017-08-22 2018-08-21 Reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo

Country Status (3)

Country Link
CO (1) CO2017012657A1 (es)
MX (1) MX2017010759A (es)
WO (1) WO2019039929A1 (es)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150367313A1 (en) * 2014-06-18 2015-12-24 Arisdyne Systems, Inc. Method for conducting sonochemical reactions and processes
US20160046878A1 (en) * 2014-08-12 2016-02-18 Roger K. Lott Ultrasonic cavitation reactor for processing hydrocarbons and methods of use thereof
US9303216B2 (en) * 2011-01-19 2016-04-05 Arisdyne Systems, Inc. Method for upgrading heavy hydrocarbon oil
US20160346758A1 (en) * 2015-06-01 2016-12-01 Cetamax Ventures Ltd. Systems and methods for processing fluids
CN106701161A (zh) * 2017-02-24 2017-05-24 哈尔滨工业大学 声空化协同供氢剂的重油改质系统与方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9303216B2 (en) * 2011-01-19 2016-04-05 Arisdyne Systems, Inc. Method for upgrading heavy hydrocarbon oil
US20150367313A1 (en) * 2014-06-18 2015-12-24 Arisdyne Systems, Inc. Method for conducting sonochemical reactions and processes
US20160046878A1 (en) * 2014-08-12 2016-02-18 Roger K. Lott Ultrasonic cavitation reactor for processing hydrocarbons and methods of use thereof
US20160346758A1 (en) * 2015-06-01 2016-12-01 Cetamax Ventures Ltd. Systems and methods for processing fluids
CN106701161A (zh) * 2017-02-24 2017-05-24 哈尔滨工业大学 声空化协同供氢剂的重油改质系统与方法

Also Published As

Publication number Publication date
MX2017010759A (es) 2019-03-07
CO2017012657A1 (es) 2018-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Investigation on heavy crude-water two phase flow and related flow characteristics
CN105229121B (zh) 利用超临界水对原油提质加工和脱硫的方法
US8256519B2 (en) System and method for sub-cooling hydrocarbon production fluid for transport
CN104318845B (zh) 一种模拟深水区水下溢油的装置与方法
CN103344539A (zh) 渗透压力和相分比例可控的岩石长期多场耦合实验装置与测试方法
US20120192480A1 (en) Automated fuel polishing system and methods
US8898018B2 (en) Methods and systems for hydrocarbon production
Wang et al. Batch transportation of oil and water for reducing pipeline corrosion
WO2019039929A1 (es) Reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo
Gudmundsson et al. Laboratory for continuous production of natural gas hydrates
Mao et al. Flow pattern analysis of the oil-water batch transportation using a wheel flow loop
WO2019039928A1 (es) Método de craqueo molecular realizado en un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo
Homayuni et al. The viscosity reduction of heavy and extra heavy crude oils by a pulsed magnetic field
Sagin et al. Ensuring the safety of maritime transportation of drilling fluids by platform supply-class vessel
WO2019039927A1 (es) Método de craqueo molecular, donación de hidrógeno y mejoramiento de crudos realizado en un reactor de cavitación hidrodinámica de flujo continuo
CN109248623B (zh) 酸化用酸液连续混配工艺及其装置
CN112051390B (zh) 油田破乳脱水性能评价系统及评价方法
Skjefstad et al. Subsea water separation: a state of the art review, future technologies and the development of a compact separator test facility
Silva Filho et al. Impact of crude oil emulsion on pipeline corrosion
CN213023040U (zh) 油田破乳脱水性能评价模拟装置
US20220204868A1 (en) Methods for reducing the viscosity of a liquid & increasing light hydrocarbon fractions
CN107758596B (zh) 一种液化烃罐车装车方法及装置
Hill et al. Destratification by mechanical mixers: Mixing efficiency and flow scaling
CN107198892B (zh) 开排沉箱内油水分离及传热性能的实验装置及实验方法
Nurullayev et al. ON METHODS OF MINIMIZING THE RISKS OF CAVITATION IN UNDERWATER PIPELINES

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18847657

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18847657

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18847657

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1