OBJETO OE LA INVENCIÓN

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Los tanques de almacenamiento y los equipos de proceso deben vaciarse regularmente para realizar inspecciones reglamentarias, trabajos de mantenimiento, cambios de carga o demoliciones. El objeto de la presente invención es un procedimiento de extracción de hidrocarburos viscosos de0 tanques de almacenamiento y da equipos da proceso caracterizado por In cluir una operación con la que se consigue inyectar en el tanque o equipo una comente de gases homogenizada mediante un proceso irreversible de difusión turbulenta, estando la corriente constituida por gases en retircuía- ción del propio tanque o equipo, vapor de agua y gas inerte.

5 El procedimiento es aplicable a ios tanques de almacenamiento y los equipos de proceso de hidrocarburos existentes en yacimientos petrolíferos, explotaciones de“fracking ^* . refinerías de petróleo, plantas petroquímicas, terminales portuarias, etc Como aplicaciones representativas dei pro cedimiento, cabe señalar los tanques de techo flotante de petróleo y losQ equipos de proceso provistos de '“demisters" fdesnebulizadores) de hidro carburos gaseosos,

ESTADO DE LA TÉCNICA 5 El procedimiento objeto de la invención tiene como antecedentes tres procedimientos de extracción selectiva de hidrocarburos viscosos de tanques de almacenamiento que fueron objeto de solicitud de patente por el mismo inventor que el presente procedimiento, con las fechas y ios números de solicitud que se indican a continuación: 28.04.201 1 / P201 100484;0 24.01 .2014 / P2G140GQ80; y 07.01 .2010 / P201800Q07.

Los procedimientos de las dos primeras invenciones establecen la inyección de aire caliente en el tanque, pero no ía inyección de vapor de agua que sí establece el procedimiento de ¡a tercera invención. La capacidad de calentamiento del vapor de agua es muy superior a la del aíre caliente, por lo que el procedimiento de la tercera invención es mucho más efectivo para calentar y extraer los hidrocarburos que sus dos antecedentes, aunque con 5 el inconveniente de obligar al tratamiento de los hidrocarburos extraidos para eliminar los condensados que genera el vapor de agua. El procedimiento de la presente invención tiene también el inconveniente de que el vapor de agua genera condensados, pero es más efectivo que el de la tercera invención, ya que para obtener los mismos resultados precisa de un menor contó sumo de vapor de agua y energía eléctrica. La homogenización de la corriente de gases imposibilita el libre movimiento ascendente del vapor de agua inyectado, con lo que se consigue reducir el porcentaje de vapor de agua que se condensa ineficazmente en el techo del tanque o equipo e incrementar el que se condensa sobre los hidrocarburos, cediéndoles directamente 15 grandes cantidades de calor latente (539,4 cal/g a 100 ^a C). Además, ai recir cular los gases se evitan grandes pérdidas energéticas por la emisión a la atmósfera de gran cantidad de gases calientes y de vapor de agua.

Cuando se utiliza el tercer procedimiento antecedente, la concentración de oxigeno dentro dei tanque se mantiene próxima al 21 %, excepto en 20 las zonas próximas a la inyección del vapor de agua, por lo que existen riesgos de incendio y explosión cuando se supera en el interior dei tanque la temperatura de inflamación de los hidrocarburos. En cambio, con el proce dimiento de la presente invención se puede superar en condiciones totalmente seguras la temperatura de inflamación de ios hidrocarburos, ya que 25 se inyecta gas inerte en el tanque o equipo para mantener la concentración de oxigeno en valores que aseguren un rango de inflamabilidad nulo.

La eliminación de las emisiones contaminantes empleando ios proce dimientos antecedentes conllevaría costes inasumibles de depuración de ga ses, mientras que con el procedimiento de la presente invención la recircula-

30 ción de gases del propio tanque o equipo evita por si sola la mayor parle de las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera y posibilita además eliminar prácticamente ia totalidad de las emisiones a un coste asumióle. Por lo expuesto, e! procedimiento objeto de esta invención resulta más efectivo, segure y respetuoso con el medio ambiente que los tres procedi mientos antecedentes,

A le feche de presentación de le presente invención, los procedimientos más utilizados en ias refinerías para extraer hidrocarburos viscosos remanentes en los tanques de petróleo están basados en la dilución con crudo ligero suministrado por ias propias refinerías. El procedimiento objeto de la invención presenta importantes ventajas respecto a los procedimientos de dilución mencionados, tales como no precisar el suministro de crudo ligero para diluir ios hidrocarburos remanentes, extraer tos hidrocarburos sin mezclarlos con los contaminantes depositados en el fondo de ios tanques, evitar peligrosas fugas y extensas contaminaciones de suelos inherentes a operaciones de dilución con crudo ligero en tanques con fondos no estancos, y hacer uso de equipos de extracción simples y fáciles de instalar que reducen en gran medida los costes de ejecución. Por lo que se refiere a ios equipos de proceso, los procedimientos más extendidos se basan en la limpieza con agua a presión y en la limpieza química, frente a los que el presente procedimiento tiene las ventajas de tener unos costes de ejecución más reducidos y de generar menos residuos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION

El procedimiento de extracción de hidrocarburos de tanques de almacenamiento y de equipos de proceso objeto de la presente invención está basado en someter a un proceso irreversible de difusión turbulenta una corriente constituida por gases en recirculación del propio tanque o equipo y por ias cantidades de vapor de agua y de gas inerte que se precisen en cada momento para calentar y extraer los hidrocarburos de un modo efectivo, seguro y respetuoso con el medio ambiente.

Efectivo. La difusión turbulenta fuerza una rápida e irreversible ho o- genizadón de la corriente de gases que imposibilita el libre movimiento ascendente del vapor de agua en el tanque o equipo, pese a su menor densi- dad, y ¡a recirculación establece flujos de vapor de agua homoganizado con los oiros gases entre puntos del tanque o equipo convenientemente elegidos. Si el vapor de agua no se homogenizase con ios otras gases, la mayor parte se condensarla ineficazmente en el techo del tanque o equipo mientras que con la homogenizadón se consigue ceder grandes cantidades de calor latente a los hidrocarburos {539,4 cal/g a 100 ^ft C) al condensarse sobre ellos un porcentaje mucho mayor de vapor da agua. La corriente de ga ses homogenízada genera a su vez flujos difusivos de vapor de agua y de gas inerte en el resto del tanque o equipo En estados estacionarios, la primera ley de F¡ck relaciona el flujo difusivo con el gradiente de la concentración de los gases y la segunda ley de Flck predice ¡os cambios de la concentración de los gases con el tiempo. Los flujos difusivos del gas inerte in yectado son efectivos para mantener la concentración de oxigeno en todas las zonas de los tanques o equipos en valores que aseguren un rango de i n ^¬ flamabilidad nulo, pera los flujos difusivos del vapor de agua resultan menos efectivos de lo que establecen las leyes de Fíck debido a las disminuciones en el porcentaje de vapor de agua que van experimentando los flujos de ga ses dentro del tanque o equipo con las condensaciones. Por este motivo, en tanques de grandes dimensiones pueden ser necesarios varios posíciona- m lentos de los equipos con los que se lleva a cabo la extracción de los hidrocarburos, de modo que el vapor de agua de la corriente homogenízada vaya cubriendo todos ios sectores dei fondo del tanque.

Seguro. El procedimiento establece operaciones que eliminan los riesgos de incendio y explosión mediante la aportación inicial de gas inerte, hasta alcanzar una concentración de oxigeno que asegure un rango de inflamabilidad nulo, y las posteriores aportaciones de gas inerte ai disposi tivo de difusión turbulenta para contrarrestar los aumentos de concentra ción de oxigeno por la entrada de aire en el tanque o equipo durante la aplicación del procedimiento. En cambia, sería económicamente invíable la aportación dei gas inerte que se necesitarla si se fuese liberando directa mente a la atmósfera un volumen de gasas equivalente al de ios gases in yectados El vapor de agua de la corriente homogenízada también contri- huye a reducir la concentración de oxígeno en el tanque o equipo.

Respetuoso con el medio ambiente. La redrculación de tos gases evita por sí sola la mayor parte de las emisiones contaminantes o los costes ínasumibles que supondría depurar caudales de gases equivalentes a ios Inyectados en el tanque o equipo. El procedimiento posibilita además eliminar prácticamente la totalidad de las emisiones contaminantes a un coste asumidle, sellando el tanque o equipo y dejando una línea de venteo a ia que se conecta una unidad de depuración de gases. Se pueden evitar con ello emisiones contaminantes en la operación inicial de inyección de gas Inerte, en la operación final de ventilación del tanque o equipo, en los aumentos de volumen que experimentan ios gases ai subir ia temperatura dentro del tanque o equipo y en tos momentos en que la cantidad de gases que se inyecta en el tanque o equipo sea superior a la de los gases en recirculación y el vapor de agua que se condensa.

El procedimiento de extracción de hidrocarburos viscosos de tanques de almacenamiento y de equipos de proceso comprende ia secuencia de operaciones siguiente:

Operaciones previas: instalación de los equipos necesarios para llevar a cabo la extracción de los hidrocarburos, conexión a tierra de toa equipos de extracción que mantengan contacto con los hidrocarburos; sella- do del tanque o equipo de proceso manteniendo una linea de venteo, e inyección de gas inerte en el tanque o equipo hasta conseguir una concentración de oxigeno que asegure un rango de inflamabilidad nulo, lo que implica en hidrocarburos con baja temperatura de inflamación tener que alcanzar porcentajes de oxígeno inferiores al 8%. La linea de venteo se puede conectar a una unidad de depuración de gases, que precisarla de un pequeño ventilador centrifugo para conducir ios gases a la unidad de depuración si el sellado del tanque o equipo no fuese posible.

- Inyectar en el tanque o equipo una comente de gases homogeniza- da medíante un proceso irreversible de difusión turbulenta, estando la corriente constituida por gases en recirculación dei propio tanque o equipo y por las cantidades de vapor de agua y de gas inerte que se precisen en ca- da momento para mantener la concentración de oxígeno en «alores que que fluyan ios hidro-

su uíihzadón en atmósferas potenciaimente explosivas El caudal de gases en recirculación debe regularse de modo que se alcance una velocidad de paso por los detectores del dispositivo de difusión turbulenta que asegure la ho ogeni aoión de la corriente de gases. La cantidad de vapor de agua que debe añadirse a la corriente de gases se va regulando de modo que la ce- sión de calor a los hidrocarburos haga que fluyan en cantidad equivalente a la demandada por la bomba. El gas inerte contrarresta los incrementos de la concentración de oxigeno por entrada de aire en el tanque o equipo, aña diéndose a la corriente de gases en la cantidad que se determine mediante mediciones bien en el tanque o equipo o bien en el circuito externo de gases en recirculación. En el caso de hidrocarburos con alta temperatura de in- ffamacion como ios asfaltos, no se necesita agregar gas inerte. Para recircular los gases y forzar su flujo turbulento a través del dispositivo de difusión, se emplean uno o varios ventiladores centrífugos aptos para su uso en atmósferas potenciaimente explosivas (ventiladores centrífugos ATEX). Se podrán utilizar soplantes ATEX con las ventajas respecto a los ventilado- res centrífugos de incrementar la velocidad de paso de los gases por los detectores del dispositivo de difusión turbulenta y de producir en la compresión un calentamiento de ios gases en recirculación del tanque o equipo sin alcanzar en ningún momento ia temperatura de autoignición de los hidrocarburos. El dispositivo de difusión turbulenta está provisto de detectores o componentes análogos que propicien flujos turbulentos y de una linea de purga para extraer los condensados que se vayan formando en las cesiones de calor latente dal vapor de agua ai propio dispositivo y a los gases que lo atraviesan. La temperatura del vapor de agua, que no alcanza en ningún momento la temperatura de autoignición de los hidrocarburos, está com~ prendida generalmente entre 120 y 200 ^H G. El calentamiento de la corriente de gases en recirculación y del gas inerte se realiza mediante las cesiones de calor del vapor de agua en el dispositivo de difusión turbulenta, calor sensible y principalmente calor latente al condensarse Se podrá utilizar un dispositivo de difusión turbulenta provisto de un sistema propio de calenta miento de ¡os gases que lo atraviesan para evitar que la temperatura del va por de agua descienda a valores que afecten negativamente a la efectividad del procedimiento. El sistema de calentamiento de! dispositivo de difusión turbulenta, que no alcanza en ningún momento la temperatura de a uto ignición de los hidrocarburos, puede estar constituido por resistencias eléctricas ATEX o por un intercambiador de calor por el que circula un fluido térmico Los puntos entre los que se recirculan los gases deben estar situados en las zonas inferiores de los tanques o equipos. Se pueden utilizar como puntos de recircu ¡ación las bocas de hombre de los tanques o equipos instalando en ellas tapas con racores para la conexión de mangueras de aspiración e impulsión do gases. En tanques de tamaño medio y en equipos de proceso, es suficiente con un único posicionamiento de los equipos necesarios para llevar a cabo la extracción de los hidrocarburos, preferentemente entre dos bocas de hombre o puntos diametralmente opuestos. En tanques de reduci do tamaño y en equipos de proceso, la redrculación de gases puede establecerse entre dos puntos situados en la misma boca de hombre pero orientando las mangueras de aspiración e impulsión de los gases en recírcu- lación de modo que se favorezca el flujo da vapor da agua por el fondo del tanque o equipo. En tanques de gran tamaño, pueden ser necesarios hasta cuatro posicionamientos, preferentemente entre bocas de hombre situadas a 90 ^a , de forma que con cada posicionamiento el vapor de agua de la corriente ho ogenizada y sus flujos difusivos circulen por un sector equívalen- te a una cuarta parte de la superficie del fondo del tanque.

- Extraer los hidrocarburos mediante una bomba apta para su uso en atmosferas potencialmente explosivas, podiendo realizarse calentamientos adicionales de los hidrocarburos para facilitar la extracción y los posteriores trasvases. Los calentamientos adicionales se pueden realizar mediante dis positivos de calentamiento situados dentro del tanque o equipo y en las pro ximidades de la línea de succión de la bomba (resistencias eléctricas ATEX, serpentines de vapor, etc ) o bien mediante una banda de calentamiento de la franja inferior externa del tanque o equipo. La banda de calentamiento debe colocarse próxima a la línea de succión de la bomba y puede calentarse eléctricamente o haciendo circular aire callente y vapor de agua entre la propia banda y la franja de superficie metálica del tanque o equipo cubierta por la banda Los dispositivos de calentamiento adicional no alcanzan en ningún momento la temperatura de autoignición de los hidrocarburos. El trasvase de los hidrocarburos se realiza al punto designado para su tratamiento, transporte en cisternas o almacenamiento en un tanque contiguo. Una vez que la aportación de calor deje de ser efectiva y finalice el flujo de hidrocarburos hacia las lineas de succión, se da por finalizada la extracción. Se inspeccionará el interior del tanque o equipo y, si quedan cantidades significativas de hidrocarburos en alguna zona del tanque o equipo, se continuará con la extracción eligiendo los puntos de recirculación de gases del tanque o equipo de modo que el vapor de agua de la corriente homo- genizada atraviese ía zona en que se encuentran los hidrocarburos Al fina lizar la extracción de los hidrocarburos, quedan en el fondo del tanque o equipo agua, sedimentos aceitosos o hidrocarburos con elevada temperatu ra de fusión, que han de ser retirados por métodos convencionales.

En la figura 1 se representa un esquema del procedimiento aplicado a un tanque de petróleo que dispone de un techo flotante -1- y de varias bo- cas de hombre en las que se instalan las tapas con racores de conexión -2-. Un ventilador centrifugo -3- y una soplante -4- utilizadles en atmósferas potencialmente explosivas fuerzan la recirculación y el flujo turbulento de gases del tanque por un dispositivo de difusión turbulenta -5- provisto de detectores -8- y una linea de purga de condensados -7 , en el que se homo- genizan los gases en recirculación del tanque con el vapor de agua y el nitrógeno aportadas respectivamente por la caldera de vapor -8- y el genera dor de nitrógeno -9-, mientras la unidad de depuración de gases -10- evita las emisiones contaminantes. Los hidrocarburos se van extrayendo median- te una bomba -1 1- utilizadle en atmósferas potencialmente explosivas, que está protegida por un filtro -12-, mientras el dispositivo de calentamiento -13-, que se sitúa junto a la linea de succión de la bomba, facilita la extracción y el trasvase de ios hidrocarburos ai punto -14- para su tratamiento, trans- porte o almacenamiento.

DESCRIPCION DE UNA REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

Un ejemplo de aplicación preferente del procedimiento se da en la extracción de los hidrocarburos viscosos e inflamables acumulados en el fondo de los tanques de techo flotante de petróleo, aplicación muy ventajosa por encontrarse el techo flotante posicionado en el fondo del tanque sobre sus patas soporte (aproximadamente a 2 metros de altura) y quedar así muy reducido el volumen del tanque.

La secuencia de operaciones del procedimiento es la siguiente:

- Operaciones previas: instalación de los equipos necesarios para llevar a cabo la extracción del petróleo; conexión a tierra de ios equipos de extracción que estén en contacto con el petróleo o sus gases; sellado del tanque manteniendo una linea de venteo; e Inyección de nitrógeno en el tanque hasta conseguir una concentración de oxigeno inferior al 8%. Se podrá conectar la linea de venteo a una unidad de depuración de gases para eliminar prácticamente la totalidad de las emisiones contaminantes.

- Inyección en el tanque de una corriente de gases homogenizada mediante un proceso irreversible de difusión turbulenta, estando la corriente constituida por gases en recirculación del propio tanque y por las cantidades de vapor de agua y de nitrógeno que se precisen en cada momento para mantener ia concentración de oxigeno por debajo del 8% y para hacer que fluya el petróleo en cantidad equivalente a ia demandada por una bomba ATEX. Previamente se instalan en dos bocas de hombre diametralmente opuestas dos tapas con racores a las que se conectan mediante mangueras dos ventiladores centrífugos ATEX y un dispositivo de difusión turbulenta provisto de detectores y una línea de purga de condensabas. Se regula el cauda! de gasas en recirculacíón de modo que se alcance una velocidad de paso por los detectores del dispositivo de difusión turbulenta que asegura la homogen i _l ación de la corriente de gases. La cantidad de vapor de agua que debe añadirse a la corriente de gasas se va regulando de modo que la cesión de calor ai petróleo haga que fluya en cantidad equivalente a la demandada por la bomba. Además de ceder calor, el vapor de agua una vez condensado en el tanque hace que flote y fluya por diferencia de densidades el petróleo que pueda quedar retenido entre acumulaciones de sedimentos o en las deformaciones del fondo del tanque. La cantidad de nitrógeno aportada para mantener la concentración de oxigeno en el tanque por debajo del 8% se determina realizando mediciones en el tanque o en el circuito externo de gases en recirculacíón del tanque.

- Extracción del petróleo mediante una bomba ATEX, con calente- m lentos adicionales que faciliten ia extracción los posteriores trasvases. Los calentamientos adicionales del petróleo viscoso se pueden realizar instalando dispositivos de calentamiento situados dentro del tanque en las pro ximidades da la linea de succión de la bomba o mediante una banda de ca lentamiento colocada sobre la franja inferior externa del tanque, también próxima a ia linea de succión de ia bomba. El trasvase del petróleo se realiza a! punto designado para su tratamiento, transporte en cisternas o alma cenamiento en un tanque contiguo Una vez que la aportación de calor deje de ser efectiva y finalice el flujo de petróleo hada las lineas de succión, se da por finalizada la extracción. Se inspeccionará el interior del tanque y, si quedan cantidades significativas de petróleo en alguna zona del tanque, se continuará con la extracción eligiendo las bocas de hombre o los puntos entre los que se recireuian los gases de modo que el vapor de agua de la corriente ho ogenizada atraviese la zona en que se encuentra el petróleo. Al finalizar la extracción del petróleo, quedan en el fondo del tanque agua, sedimentos aceitosos y en ocasiones parafinas sólidas o compuestos aromáticos y naffánícos con elevada temperatura de fusión, que han de ser retira dos por métodos convencionales.