Tecnología de desalación de petróleo: descripción y principios

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

Las refinerías de petróleo reciben productos de los depósitos de pozos como materia prima. Básicamente, estos son recursos de petróleo y gas que se extraen en forma de emulsión con impurezas y sales minerales. Sin pretratamiento, tales mezclas pueden dañar el equipo de proceso incluso en las primeras etapas del procesamiento de la materia prima, por lo que se utilizan métodos de deshidratación y desalinización del aceite, que pueden compararse con la filtración en términos de efectos.

Principios generales de las tecnologías de deshidratación y desalinización

Una mezcla de aceite e impurezas asociadas, por regla general, se forma a partir de varios tipos de líquidos, que pueden incluir partículas sólidas. En las emulsiones más simples, el componente de agua se mezcla con el petróleo crudo en gotas finas a lo largo de la estructura molecular. Cabe señalar que los procesos de deshidratación y desalinización del petróleo pueden estar asociados no solo a la contaminación natural y dilución del blancoproducto en el pozo y durante la producción. La tecnología de operación de puente aéreo de pozos prevé la dilución intencional del recurso para extraerlo a la superficie bajo presión de fondo de pozo. El aire o los gases de hidrocarburos pueden actuar como medios de elevación activos, por lo que la refinación adicional del petróleo es una medida tecnológica obligatoria para la preparación de recursos. Otra cosa es que el bajo contenido de oxígeno en la técnica del puente aéreo facilita el proceso de separación de las materias primas.

La aplicación más común de las tecnologías de refinación de petróleo implica la separación de la sal y el agua a nivel molecular. En particular, las tecnologías más simples para la desalinización de petróleo incluyen el efecto de un campo electrostático creado por electrodos con fuente de alimentación de transformador a un voltaje de 12-25 kV. El campo electrostático hace que las moléculas de agua se muevan, choquen y se peguen. A medida que se acumula el volumen de líquido, es posible sedimentarlo con la subsiguiente separación de la fase oleosa. Este es uno de los principios generales de funcionamiento de los métodos de deshidratación y desalinización, pero también se utilizan ampliamente tecnologías que implican la adición de varios componentes activos que aceleran y optimizan los procesos de separación.

Petróleo crudo y sus características

El petróleo crudo producido también contiene emulsionantes naturales con impurezas dispersas y cloruros mineralizados. En algunos casos, dependiendo de la tecnología de desarrollo del pozo, los componentes del gas también se pueden conservar: volátiles yinorgánico. Todos estos componentes son activos y pueden considerarse obligatorios para la conservación o indeseables: su estado está determinado por los requisitos para el producto final y en las etapas de procesamiento determina la lista de métodos aceptables para deshidratar y desalar aceite, que también afectará la elección de equipos para refinerías de petróleo. Es decir, incluso algunos de los componentes útiles pueden dañar las unidades tecnológicas, por lo tanto, en ciertas etapas de procesamiento, también se excluyen y luego se reintroducen.

El proceso de deshidratación se considera uno de los básicos. Se implementa mediante la destrucción del medio agua-aceite con la adición de desemulsionantes que, durante la adsorción en el límite de separación de fases, separan las gotas de líquido en el aceite. Como componente activo, se debe usar una composición que en sí misma se separe fácilmente del producto objetivo. Por ejemplo, los desemulsionantes utilizados para la deshidratación y desalinización del aceite no afectan las propiedades de la materia prima que se purifica y no reaccionan con el agua. Estos son compuestos sintetizados que también son inertes para los equipos y respetuosos con el medio ambiente. Los desemulsionantes del grupo soluble en aceite se mezclan fácilmente con emulsiones que contienen aceite y, al mismo tiempo, se lavan mal con agua. También hay desemulsionantes orgánicos no electrolíticos, cuyas características incluyen una función de disolución en relación con los emulsificantes de aceite. Como resultado de la acción química, la viscosidad de la materia prima también disminuye.

Justificación de la necesidad de desalinización del petróleo

La utilidad de reducir la concentración de sales en el crudo va mucho más allá del daño que los procesos de corrosión provocan en los equipos. Debe tenerse en cuenta que en los procesos de producción y en el suministro de infraestructura de transporte se utilizan productos derivados del petróleo con determinados conjuntos de propiedades físicas y químicas establecidas por estrictas normas. Por lo tanto, la desalinización del aceite es, en principio, un procedimiento completamente racional - otra cosa es que se pueden utilizar diferentes tecnologías para realizar esta tarea, por no hablar de las diferencias en el grado de reducción de la concentración. Por ejemplo, en áreas donde se planea la conservación del agua, se puede introducir un proceso de desalinización de dos etapas.

¿De qué manera varían los enfoques de gestión de la sal? Depende de la técnica subyacente. Entonces, en los métodos eléctricos, los parámetros actuales importarán, y en el marco del tratamiento químico para la deshidratación y desalinización del aceite, se utilizan una amplia gama de sustancias activas, que inicialmente afectan el contenido de ciertos elementos de diferentes maneras. En su mayoría, estos son los mismos productos químicos del grupo general de demulsificantes que se introducen en la emulsión bajo ciertas condiciones. Por ejemplo, para asegurar una mezcla densa de una sustancia con materias primas aceitosas, debe dirigirse aguas arriba a una distancia estándar desde el tanque de lavado o la zona de separación.

Calefacción de crudo

Una de las medidas preparatorias, cuyo objetivo es crear un régimen de temperatura suficiente para la implementación efectiva del proceso de desalinización.¿Para qué sirve? La calefacción tiene dos funciones básicas:

• En condiciones de alta temperatura, las partículas de agua se mueven a mayor velocidad, lo que hace que el proceso de fusión de moléculas en una sola estructura sea más activo. En consecuencia, aumenta el proceso de desalinización del petróleo, del que se eliminan grandes compuestos de agua.
• La reducción de la viscosidad también es consecuencia de la regulación de la temperatura. La viscosidad como tal indica la capacidad de un fluido para resistir el flujo. Si este indicador disminuye, entonces los componentes extraños se eliminan más fácilmente, ya que son contrarrestados por una fuerza menor del obstáculo.

Pero, ¿qué tipo de régimen de temperatura será óptimo para la emulsión de aceite en términos de un impacto positivo en los procesos de separación posteriores? Se establece un indicador específico teniendo en cuenta las características de una muestra en particular. Por ejemplo, para emulsiones ligeras de baja viscosidad, se utilizan temperaturas medias moderadas para evitar la ebullición de la fase oleosa, y para mezclas de hidrocarburos pesados, tiene sentido aumentar la barra de efecto térmico. En la mayoría de los casos, la temperatura de calentamiento de 100 a 120 °C se toma como el modo óptimo para la desalinización. El modo hasta 140 °C se considera elevado.

Tratamiento de aceite químico

El procesamiento o la destrucción de la estructura de la emulsión de esta manera también requiere una formación especial. En particular, los métodos químicos de deshidratación y desalinización del aceite se llevan a cabo en las siguientes condiciones físicas:

• Parapara asegurar el contacto entre el componente oleoso y la sustancia activa, la película interfacial debe destruirse previamente. Esto permitirá agregar a la emulsión el desemulsionante necesario para el proceso posterior.
• Se debe proporcionar un número suficiente de colisiones de partículas de agua dispersas durante un cierto período de tiempo. En otras palabras, al agitar o rotar el contenido de la emulsión, la actividad de las partículas de agua desestabilizadas aumenta artificialmente.
• Se ha mantenido el tiempo de sedimentación, durante el cual las partículas grandes de agua formarán un precipitado en el contexto de la coagulación.

A partir de este momento se puede empezar a preparar la emulsión para el proceso de desalinización del aceite por calentamiento. Todas las propiedades positivas de aumentar la temperatura de la fase oleosa operan con un método de separación química, pero es importante tener en cuenta las limitaciones, ya que un aumento excesivo de la temperatura puede tener consecuencias negativas. En algunas plantas de separación, cuando la temperatura se estima incorrectamente, el aceite se evapora en el contexto de una disminución en la densidad de la sustancia y la pérdida de volumen. Para evitar tales efectos, muchas empresas utilizan temperaturas de calefacción más bajas como red de seguridad. Para compensar la f alta de energía térmica, se utiliza un mayor volumen de desemulsionante y equipos de mayor potencia.

Deshidratadores eléctricos para desalación de aceite

En los esquemas más simples para la implementación de procesos electromecánicos para separar la sal y el agua de un producto petrolífero, se utilizan deshidratadores eléctricos. es multifuncionalequipo que realiza varias tareas por fases, incluyendo calefacción, impacto eléctrico, separación y sumidero. Los deshidratadores eléctricos horizontales para la deshidratación y desalación de aceite se basan en un tanque en el que se llevan a cabo procesos de separación en una o dos etapas. Los modelos con función de calentamiento (separadores térmicos) también contienen un contenedor en el centro del diseño, pero se complementa con una sección de calentamiento de entrada.

Los deshidratadores electromecánicos están diseñados con unidades coalescentes, rejillas electrostáticas y el mismo equipo de calefacción. Una característica distintiva de esta modificación es la implementación de dispositivos coalescentes diseñados para trabajar con fases en formato líquido/líquido. Este tipo de deshidratador eléctrico para desalación de aceite se utiliza en el mantenimiento de emulsiones problemáticas.

En la tecnología general de uso de deshidratadores electromecánicos, la etapa final es el procedimiento de precipitación. En su marco, se mantiene un flujo de aceite separado, durante cuyo movimiento se garantiza la liberación de gas y se normalizan los indicadores de temperatura.

El principio de funcionamiento del deshidratador eléctrico

Cuando un componente del petróleo crudo entra en un campo eléctrico, las moléculas de agua con carga negativa comienzan a moverse, tomando una gota en forma de pera, frente al electrodo positivo. En el camino hacia este último, las gotas chocan y forman una gran fracción, lista para una mayor precipitación y separación. La dificultad radica en el hecho de que un ciclo de procesamiento de la emulsiónno será suficiente para separar el agua y la sal. Aunque las sales se disuelven naturalmente en el medio acuático, no pueden eliminarse por completo en altas concentraciones. Para una limpieza más eficiente, se puede añadir agua dulce a la mezcla, que, tras varios ciclos de acción eléctrica, eliminará la parte salada. Además del tratamiento eléctrico, la unidad de desalinización de aceite con deshidratador realiza la sedimentación (función de sedimentación). Para ello se utilizan equipos opcionales, los cuales pueden tener diferentes formas, dimensiones y herramientas auxiliares de control de procesos.

Aunque los deshidratadores eléctricos son equipos tecnológicamente complejos y costosos, cada vez son más utilizados no solo por las refinerías grandes, sino también por las pequeñas. Esta demanda se explica por las siguientes ventajas de las unidades:

• Ahorros. Como muestra la práctica, tanto en términos de costo de consumibles como de consumo de energía, los deshidratadores eléctricos son la solución más rentable para la separación de aceite en su clase.
• Ergonomía. Este es un equipo relativamente nuevo, por lo que su diseño fue desarrollado ya en las primeras generaciones con énfasis en formas modernas de control con automatización y tableros de control de despacho electrónico.
• Calidad de procesamiento. Un sistema de diseño bien pensado, junto con una amplia gama de catalizadores químicos, proporciona prácticamente un tratamiento de aceite con calidad de laboratorio para una variedad de procesos tecnológicos en industrias críticas.
• Alto grado de fiabilidad de la tecnología. ALa composición prevé dispositivos de protección con automatización que, de acuerdo con los algoritmos integrados, controlan las operaciones tecnológicas con un ligero riesgo de error. Al mismo tiempo, las funciones del personal se reducen al mínimo y, en las versiones de alta tecnología, se reemplazan por sistemas de control inteligente.

Separación de emulsión de aceite complejo

Si los deshidratadores eléctricos se usan específicamente para las tareas de separar el aceite limpio del agua y las sales, entonces los separadores industriales en el complejo implementan la función de separar la emulsión en componentes. Por ejemplo, cuando se prueba un pozo, es necesario obtener un análisis general de la capa dura en el fondo del pozo a partir de la muestra extraída. En estas actividades, la desalinización del aceite se puede considerar como una tarea indirecta junto con la determinación de la concentración de hierro o magnesio, pero esto no resta utilidad al separador. El hecho es que, en la práctica, las propias refinerías de petróleo están interesadas no tanto en la extracción puntual de sal del producto objetivo, sino en su preparación integral para su uso posterior. En este sentido, la exclusión de impurezas sólidas junto con la deshidratación y la desalinización es bienvenida.

Los separadores de alto rendimiento también funcionan con la provisión de lodos de entrada y lodos de gas. Este tipo de instalaciones se utilizan para la desalinización de agua en instalaciones de tratamiento de aceite para empresas consumidoras con un ciclo final de producción. Es decir, la salida debe ser aceite comercial puro, cuyas características permitan su uso como combustible u otros materiales. Por ejemplo, un separador prepara aceiteuna emulsión con características que permiten la producción de betún, lubricantes, caucho sintético, etc. Esta alta calidad de aceite se obtiene al pasar por varias etapas de procesamiento, que incluyen depuradores, coalescedores, tanques de lavado, separadores térmicos y otras unidades funcionales en diferentes configuraciones.

Tecnología de desalinización profunda

La desalinización insuficiente de la emulsión de aceite también afecta el estado del equipo de proceso y la calidad del producto final. Por lo tanto, para los productores exigentes, las plantas de procesamiento producen productos que han sufrido una separación profunda. En este caso, los equipos de desalinización de aceite reducen la cantidad de sales a 3-5 mg/l. ¿Cómo se logra tal resultado? Se pueden utilizar diferentes tecnologías, pero el método electrotermoquímico combinado se considera óptimo.

Es posible lograr altas tasas de separación profunda con limpiezas complejas con la conexión de diversos métodos para la eliminación de sales en el medio acuático. En este caso, debe garantizarse una deposición intensiva en el líquido de lavado con una fuerte corriente eléctrica. En cuanto al método químico, también está conectado en forma de adición de desemulsionantes activos.

Otra forma de garantizar una desalinización profunda es la hidromecánica. En este caso, no se aplican influencias químicas y eléctricas. Se hace hincapié en la función gravitatoria, que contribuye a la exfoliación natural del medio acuático del petróleo. La unidad de desalinización en este esquema es un tanque de sedimentación cilíndrico con una capacidad de 100 - 150 m3. Prevé zonas para la separación de fracciones, en las que los líquidos fluyen bajo una presión de hasta 1,5 MPa. También se mantiene el régimen de temperatura de 120 a 140 °C, lo que contribuye a los procesos de separación de medios.

Tecnología de impacto de campo AC-Direct

Este método también se denomina campo CC/CA. Es decir, se basa completamente en la acción eléctrica proporcionada por el rectificador en el transformador. En condiciones de corriente continua, la red electrostática adquiere polaridad (negativa o positiva), lo que contribuye al movimiento de las moléculas de agua en la dirección del electrodo. Como resultado de la atracción mutua de las moléculas entre sí, se forma una capa de agua, que se muestra de acuerdo con el esquema más conveniente.

La complejidad de utilizar una instalación eléctrica para la deshidratación y desalinización del aceite radica en que el proceso de coalescencia del medio acuático conlleva riesgos de cortocircuito. Esto se debe al hecho de que los electrodos negativos y positivos pueden contactarse entre sí debido a los puentes que se forman durante el movimiento de las partículas de agua. Este factor negativo es eliminado por un tiristor de triodo, pero solo en forma de una reducción parcial en la probabilidad de un cortocircuito. En el procesamiento de fracciones de petróleo pesado, la tecnología AC-Direct no está permitida o limitada por otras razones. En dichos medios, incluso bajo exposición térmica, la actividad de las moléculas de agua no es tan activa, lo que en principio reduce la intensidad y la calidad general del proceso.separación.

De una forma u otra, el método de acción eléctrica en sí tiene una ventaja sobre otros métodos como el más práctico, fácil de usar y poco exigente en términos de organización técnica. Las dificultades son causadas solo por los requisitos para garantizar la seguridad del proceso, que se expresa en la necesidad de utilizar bloques de seguridad, unidades de prevención de cortocircuitos, estabilizadores de tensión, etc.

Funcionalidad adicional de las desaladoras

Debido a que las refinerías de petróleo y las refinerías suelen combinar el refinado de petróleo con una variedad de otros pasos del proceso, el equipo de separación también cuenta con una variedad de características auxiliares, que incluyen:

• Funciones de control y medida. Se utilizan instrumentos de medición tanto obligatorios como opcionales secundarios. Por ejemplo, manómetros, dispositivos hidrostáticos, multímetros, dosímetros, etc. En las plantas de desalinización de aceite químico también se utilizan dispositivos especiales para determinar el tipo y la cantidad de desemulsionantes.
• Operaciones de lavado y limpieza. La función se refiere a los sistemas de autoservicio: después de bombear el aceite procesado, se activa el lavado del tanque y los canales que aseguran el transporte de la emulsión.
• Herramientas de administración de energía. En las instalaciones eléctricas, como ya se ha comentado, un cambio en los parámetros actuales afecta a la calidad de los procesos de desalinización del aceite, por lo que la corrección de la fuente de alimentación puede considerarse comofunción reguladora. Para ello, se utilizan paneles de control especiales, conectados a amperímetros, voltímetros y un convertidor de corriente.

Planta Desaladora Completa

En las grandes refinerías de petróleo, donde los procesos de limpieza y separación se llevan a cabo con materias primas que se mueven en la corriente, se utilizan unidades especiales con principios de operación de flotación y centrífuga. Las capacidades de la planta desalinizadora de aceite en línea UPON permiten procesar hasta 500 m3/h de materia prima, proporcionando un nivel de salinidad de hasta 3 g/m3. Sin embargo, para mantener altas tasas de separación, es necesaria una presión adecuada en el circuito de suministro de aceite. Para esto, se utilizan unidades compresoras separadas o integradas. Por lo tanto, la presión promedio en la entrada de la línea de procesamiento es de 1,1 a 1,5 MPa.

Bajo las condiciones de implementación de un esquema simplificado con mezcla de una etapa, la emulsión se diluye preliminarmente con agua, luego de lo cual la mezcla se envía a la válvula mezcladora y entra a la unidad de separación. A través de la tubería de entrada, la unidad de desalinización de aceite en línea distribuye la solución preparada a lo largo de toda la longitud del recipiente de separación, lo que permite separar las fracciones de manera efectiva. Durante la separación mecánica, también puede ocurrir una acción electrostática. En la etapa final, el aceite ya purificado se libera en el canal de circulación común con dirección a la siguiente etapa tecnológica de procesamiento o almacenamiento temporal. Cabe señalar que la calidad de la desalinización en línea es bastante baja debido a la exclusión de la funciónsumidero, sin embargo, en algunas áreas, los requisitos para un alto rendimiento en la preparación de un producto de aceite ponen la velocidad de procesamiento en primer lugar.

Sistemas auxiliares de tratamiento de lodos

La mayoría de las plantas deshidratadoras y separadoras utilizan por defecto un paso de filtración gruesa con drenaje del componente de lodo. Este procedimiento no debe confundirse con la eliminación de impurezas, ya que los lodos son un efecto secundario de la producción de aceite y pueden dañar los sistemas de purificación fina de las materias primas en las primeras etapas del procesamiento. Por lo tanto, las impurezas pesadas se eliminan incluso antes de los procesos de desalinización del aceite. En este caso, se entiende por lodo a los sedimentos de rocas, arena y otras partículas gruesas que ingresaron a la emulsión en diferentes etapas de la operación del pozo del campo.

¿Cómo se realiza la limpieza de lodos? Se prevén varios procesos de eliminación, pero todos ellos se basan en métodos mecánicos de filtración con drenaje y lavado. En las instalaciones industriales de deshidratación y desalinización de aceite, se conecta a estos procesos una soplante de presión de 4 bar o más. En casos excepcionales, el lodo se somete a un tratamiento térmico y químico; esto se aplica a compuestos estables especiales, cuyo tratamiento de drenaje es ineficaz.

Conclusión

Los problemas de preparación del aceite para los principales procesos de procesamiento tecnológico para su uso posterior en el sector manufacturero se resuelven por diferentes medios y métodos. Las tecnologías de deshidratación y desalinización están lejos de ser las más importantesoperaciones de este espectro, pero es imposible prescindir de ellas. La industria moderna está tratando de aplicar métodos más optimizados y energéticamente eficientes para resolver los problemas de separación, lo que se manifiesta en la conexión de nuevas instalaciones de alta tecnología. En particular, las generaciones modernas de aparatos de deshidratación y desalinización de aceite se están desarrollando activamente para aumentar la funcionalidad y la ergonomía. Esto se evidencia con la aparición de transformadores autorreguladores y sensores de medición de alta precisión, que le permiten tener bajo control todos los parámetros principales del proceso de limpieza. Los sistemas de seguridad no se dejan desatendidos. Tanto en los métodos de separación química como en el uso de deshidratadores eléctricos, se utilizan medios de protección aislantes y protectores tanto para el propio equipo como para los operadores involucrados en el procesamiento tecnológico del aceite.