Procedimiento para la extracción selectiva de hidrocarburos de alta viscosidad remanentes en fondos de tanques de almacenamiento.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Cuando se realiza el vaciado operacional de los tanques de almacenamiento de hidrocarburos de alta viscosidad para proceder a su limpieza y desgasificación, siempre quedan sin extraer en los fondos cantidades importantes de hidrocarburo y diversos contaminantes decantados (agua, sedimentos, cascarilla de óxido, etc.). El objeto de la presente invención es extraer del tanque el hidrocarburo libre de los contaminantes y a una temperatura adecuada para que sea posible su reutilización o su venta.

La última directiva europea sobre residuos, Directiva 2008/98/CE, promueve que los Estados miembros adopten medidas para impulsar el reciclado y un alto nivel de eficiencia de los recursos, y establece el fin de la condición de residuo para aquellos materiales que tengan demanda de consumo y que cumplan con las especificaciones exigidas para su utilización de forma compatible con la protección del medio ambiente y de la salud humana. Por tanto, acogiéndose a la nueva reglamentación, el procedimiento objeto de la patente posibilita la reutilización del hidrocarburo por sus propietarios o su venta directa a terceros, en contraposición a los sistemas convencionales que extraen el hidrocarburo junto a los contaminantes, lo que obliga a su gestión como residuo.

Entre los hidrocarburos recuperables con el procedimiento destacan los remanentes en los tanques de techo fijo de fuelóleo y en los tanques de techo flotante de petróleo. Asimismo, el procedimiento objeto de la patente es aplicable a la recuperación del hidrocarburo de alta viscosidad remanente en tanques que se hayan contaminado accidentalmente con cantidades importantes de agua (rotura de los serpentines de vapor, filtraciones de lluvia, activación del sistema contra incendios, etc.).

Además de las ventajas económicas que conlleva la recuperación del hidrocarburo, la práctica de la invención redunda en mejoras para la seguridad de los trabajadores y el medio ambiente. Se reduce drásticamente el tiempo de estancia de los operarios en el interior de los tanques y la reutilización o venta del hidrocarburo comporta una importante reducción de residuos.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Los tanques de almacenamiento de hidrocarburos se han de limpiar regularmente para proceder a su inspección, mantenimiento, cambio de carga o demolición. En el vaciado operacional de los tanques de hidrocarburos de alta viscosidad, por debajo de la línea de aspiración de la bomba, siempre queda sin extraer una importante cantidad de hidrocarburo. A la fecha de presentación de la presente invención, la extracción de dicho hidrocarburo y de los contaminantes decantados en el fondo se realiza con camiones de vacío. Los inconvenientes de dicha extracción, resueltos por el procedimiento objeto de esta patente, son los siguientes:

- El hidrocarburo se extrae a temperatura ambiente mezclado con los contaminantes, lo que obliga a su transporte a una planta de residuos para su tratamiento mediante operaciones de calentamiento, desemulsión, decantación, centrifugación, etc.

- La alta viscosidad del hidrocarburo dificulta la extracción, el trasvase a las cisternas de transporte y la posterior descarga en destino. Estas dificultades se extreman en lugares fríos y en períodos invernales.

- La necesidad de operarios en el interior de los tanques para realizar el arrastre del hidrocarburo y el posicionamiento de las mangueras de aspiración. Los fuelóleos y otros hidrocarburos pesados se almacenan en tanques de techo fijo y el petróleo crudo y los hidrocarburos ligeros en tanques de techo flotante. La industria petrolera utiliza los tanques de techo flotante para evitar la acumulación de gases altamente inflamables en su interior, reduciendo así en gran medida las pérdidas de producto, los riesgos de explosividad y las emisiones contaminantes a la atmósfera.

En las refinerías, para la recuperación del hidrocarburo remanente en los tanques de petróleo de techo flotante, se aplican procedimientos que se basan en la inyección de crudo caliente a los tanques previamente inertizados con nitrógeno. La acción del hidrocarburo caliente y la agitación provocan la disolución de las fracciones parafínicas solidificadas en el tanque, procediéndose entonces a su extracción y envío a otro tanque de almacenamiento o directamente al proceso de refino. Estos procedimientos no son aplicables al resto de sectores industriales, debido a la indisponibilidad de crudo para su inyección al tanque y de las torres de destilación para su posterior refino, limitación de la que carece el procedimiento objeto de esta patente. Por tanto, la extracción selectiva comparte las ventajas de los procedimientos de inyección de crudo mediante un proceso notablemente más simple y flexible, ya que no requiere aporte de crudo al tanque y precisa de equipos de fácil instalación y coste muy inferior.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención describe un procedimiento para la extracción selectiva de los hidrocarburos de alta viscosidad remanentes en el fondo de los tanques de almacenamiento. El procedimiento presenta diferentes variantes para su adaptación a las características de los tanques, a los hidrocarburos almacenados y al grado de contaminación de la carga. A continuación se describe el procedimiento de extracción selectiva adaptado a los tres casos representativos siguientes: los tanques de

un Ι Λ nc rcrft ioi A A /Γ3„~Ι„ e almacenamiento de hidrocarburos de alta viscosidad de techo fijo; los tanques de almacenamiento de petróleo crudo de techo flotante; y los tanques contaminados con cantidades importantes de agua.

1.- Tanques de hidrocarburos de alta viscosidad de techo fijo.

El procedimiento de extracción selectiva de hidrocarburos de alta viscosidad, aplicado a tanques de almacenamiento de techo fijo, comprende las operaciones siguientes:

- Aplicación de las medidas preventivas de riesgos, que consisten en las mediciones de explosividad, el control de la temperatura del hidrocarburo y la conexión a tierra de los equipos. En prevención de la formación de atmósferas explosivas, se realizan mediciones de explosividad en el tanque y se controla que la temperatura de extracción del hidrocarburo en ningún momento supere su temperatura de inflamación. En prevención de riesgos de explosividad por cargas electrostáticas, se conectan a tierra los equipos.

- Instalación de los dispositivos de aspiración y calentamiento en el interior del tanque. La instalación se puede realizar bien a través de las bocas de inspección de la envolvente y del techo del tanque, o bien a través de una ventana practicada mediante corte frío en una zona convenientemente elegida del tanque. Los dispositivos de aspiración disponen de dos cámaras diferenciadas, una cámara de aspiración por la que circula el hidrocarburo y otra cámara de calentamiento por la que circula el vapor de agua. Los serpentines flexibles de calentamiento complementan el calentamiento de los dispositivos de aspiración y los circunscriben a modo de anillo con múltiples vueltas entrelazadas. Las mangueras de aspiración y de calentamiento, que han de conectar los equipos del interior con el exterior del tanque, se pueden pasar por las bocas de inspección, por tubuladuras del propio tanque o por taladros practicados mediante corte frío en la envolvente del tanque.

- Instalación de los equipos y de las mangueras de bombeo. Se coloca la tapa de conexiones en la boca de inspección de la envolvente del tanque, se conectan las mangueras de aspiración al colector y a la bomba, y se conecta la manguera de impulsión a la cisterna. Se puede instalar un filtro como protección adicional de la entrada de sólidos a las cisternas.

- Instalación de los equipos de calentamiento del aire del tanque. El equipamiento está constituido por una soplante antideflagrante, un sistema de calentamiento de aire que no presente riesgos de deflagración y las mangueras de conexión. Los grandes tanques de fuelóleo suelen disponer de intercambiadores de calor instalados en la línea de extracción de la bomba. Estos intercambiadores están sobradamente dimensionados para su utilización en el procedimiento como sistema de calentamiento del aire del tanque, tal como se representa en la figura 1, elemento 9. Si el tanque no dispone de un sistema de calentamiento adecuado, se podrá utilizar como sistema de calentamiento un intercambiador de calor convenientemente dimensionado, alimentado por vapor de agua o por aceite térmico, o bien un grupo calefactor eléctrico antideflagrante, con un amplio margen de seguridad en la limitación de la temperatura de sus resistencias respecto a las temperaturas de autoignición de los gases en el tanque. Si las condiciones de temperatura en la zona en que se realizan los trabajos son favorables (> 25 °C), se puede prescindir de esta operación de calentamiento de la atmósfera del tanque.

Los puntos de conexión de las mangueras de aspiración y descarga de aire al tanque podrán ser elegidos entre los siguientes: la tapa de conexiones, una tubuladura del tanque, una tubuladura del intercambiador de calor del tanque y taladros practicados mediante corte frío en la envolvente del tanque. Dichos puntos de aspiración y descarga han de ser elegidos de forma que el aire caliente en recirculación atraviese siempre la zona de aspiración del hidrocarburo.

- Calentamiento localizado del hidrocarburo en la zona de aspiración para reducir su viscosidad, mediante la circulación de vapor de agua por los dispositivos de aspiración y por los serpentines flexibles. La reducción de viscosidad facilita el trasvase del hidrocarburo a las cisternas de transporte y posibilita su posterior descarga en la instalación de destino.

- Calentamiento y recirculación del aire en un sector del tanque, que comprenda la zona de aspiración, para provocar la fluencia de la masa superficial del hidrocarburo hacia dicha zona de aspiración y la segregación en el fondo de los contaminantes.

- Aspiración y trasvase a cisternas del hidrocarburo caliente y libre de contaminantes para su reutilización o su venta. Una vez que ya no sea posible extraer del tanque más hidrocarburo reutilizable, se procede a la extracción del hidrocarburo residual por procedimientos convencionales y a su gestión como residuo.

2.- Tanques de almacenamiento de petróleo crudo de techo flotante.

El procedimiento de extracción selectiva de hidrocarburos de alta viscosidad, aplicado a tanques de almacenamiento de petróleo crudo de techo flotante, está caracterizado por comprender las operaciones siguientes:

- Aplicación de las medidas preventivas de riesgos, que consisten en el sellado e inertización con nitrógeno del tanque, el control de la explosividad mediante mediciones del nivel de oxígeno, el control de la temperatura del hidrocarburo y la conexión a tierra de los equipos. - Inspección del fondo del tanque y elaboración de un mapa indicativo de las zonas que presentan una mayor acumulación de lodos parafínicos solidificados. La inspección puede realizarse por diferentes procedimientos: visual, fibra óptica, ultrasonidos, etc.

- Instalación de los dispositivos de aspiración y calentamiento en el interior del tanque. Los dispositivos de aspiración disponen de dos cámaras diferenciadas, una cámara de aspiración por la que circula el petróleo crudo y otra cámara de calentamiento por la que circula el vapor de agua. Los serpentines flexibles de calentamiento complementan el calentamiento de los dispositivos de aspiración y los circunscriben a modo de anillo con múltiples vueltas entrelazadas.

- Instalación de los equipos y de las mangueras de bombeo. Se coloca la tapa de conexiones en la boca de inspección de la envolvente del tanque, se conectan las mangueras de aspiración al colector y a la bomba, y se conecta la manguera de impulsión a la línea de trasiego o a las cisternas habilitadas para ello.

- Instalación de un sistema de calentamiento de nitrógeno convenientemente dimensionado (intercambiadores de calor o calefactores eléctricos antideflagrantes) para poder alcanzar en el interior del tanque temperaturas superiores a las temperaturas de fusión de las fracciones parafínicas solidificadas.

- Inertización del tanque con nitrógeno caliente y control de la concentración de oxígeno en el tanque. Para garantizar el sellado del techo flotante con la envolvente del tanque se ha de proceder a su revisión y, si fuera preciso, a su reparación o sustitución. Se puede utilizar una manguera de diámetro y longitud adecuada para sellar el hueco perimetral entre la envolvente y el techo flotante. Para prevenir la entrada de oxígeno atmosférico, se conecta el tanque a la fuente de alimentación de nitrógeno mediante una línea con válvula de corte automatizada. Cuando el sistema de control detecta en el tanque una presión inferior a la atmosférica, se abre automáticamente la válvula para la aportación en continuo de un caudal regulable de nitrógeno. Se instala otra válvula de regulación para ventear y canalizar el exceso de presión de nitrógeno a la línea de tratamiento de gases que se habilite para tal efecto. La sobrepresión se produce por el nitrógeno inyectado, por el incremento volumétrico del nitrógeno en la fase de calentamiento o por la inyección de vapor de agua. En caso de detección de una concentración de oxígeno por encima del nivel de seguridad establecido, se disparan las alarmas visuales y acústicas y se abre automáticamente la válvula para aportación de un caudal máximo de nitrógeno al tanque, hasta alcanzar los niveles de seguridad requeridos.

- Calentamiento localizado del hidocarburo en la zona de aspiración para reducir su viscosidad, mediante la circulación de vapor de agua por los dispositivos de aspiración y por los serpentines flexibles. La reducción de viscosidad facilita el bombeo del hidrocarburo a cisternas de transporte, a otros tanques de almacenamiento o a unidades de proceso.

- Calentamiento y recirculación del nitrógeno para elevar gradualmente la temperatura en el interior del tanque y provocar la fusión de las fracciones parafínicas solidificadas, la fluencia de la masa superficial del hidrocarburo hacia la zona de aspiración y la segregación en el fondo de los contaminantes. Los puntos de aspiración y retorno del nitrógeno caliente al tanque se seleccionan de acuerdo con el mapa previamente elaborado, de forma que se favorezca un mayor calentamiento de los sectores que presenten mayor acumulación de lodos parafínicos solidificados. Se establecen los diferentes sectores y sentidos de recirculación del nitrógeno combinando convenientemente los puntos de aspiración y retorno entre las posiciones siguientes: las tapas de conexiones instaladas en las bocas de paso de hombre, las tubuladuras del techo y la envolvente del tanque, los tubos guía de las patas soporte del techo flotante y taladros practicados mediante corte frío en la envolvente del tanque.

- Bombeo del hidrocarburo caliente y libre de contaminantes a cisternas de transporte, a otros tanques de almacenamiento o a unidades de proceso. Se instalará un filtro para proteger la bomba de los fragmentos sólidos flotantes que habitualmente se generan por el deterioro del sistema de sellado.

- Inyección de vapor de agua en la fase final de extracción, como coadyuvante del calentamiento del nitrógeno, para potenciar el proceso de fusión de los lodos parafínicos. La inyección de vapor se realiza preferentemente en los sectores del tanque con mayor concentración de lodos parafínicos. Además del efecto anterior, se consigue la flotación del petróleo crudo en los condensados del vapor de agua, lo que facilita su extracción y mejora las condiciones de explosividad en el interior del tanque.

- La extracción final del hidrocarburo con alto contenido en contaminantes se realiza por procedimientos convencionales. Los condensados y el hidrocarburo residual extraído se separan en un decantador.

Los tanques de techo flotante de petróleo son generalmente de grandes dimensiones y disponen de varias bocas de inspección en la envolvente, por lo que se puede optar por instalar más equipos de aspiración y calentamiento en otras bocas de inspección e incrementar así el rendimiento de extracción.

3.- Tanques contaminados con cantidades importantes de agua.

El procedimiento de extracción selectiva de hidrocarburos de alta viscosidad, aplicado a tanques contaminados con cantidades importantes de agua, consta de las operaciones siguientes:

- Aplicación de las medidas preventivas de riesgos, que consisten en las mediciones de explosividad, el control de la temperatura del hidrocarburo y la conexión a tierra de los equipos. En prevención de la formación de atmósferas explosivas, se realizan mediciones de explosividad en el tanque y se controla que la temperatura de extracción del hidrocarburo en ningún momento supere su temperatura de inflamación. En prevención de riesgos de explosividad por cargas electrostáticas, se conectan a tierra los equipos.

- Se practican taladros mediante corte frío en la envolvente del tanque para el paso y conexión de las mangueras de aspiración y calentamiento. Los taladros se han de realizar por encima del nivel del hidrocarburo y en la vertical de la posición establecida para los dispositivos de aspiración y calentamiento.

- Se introduce un anillo de serpentines flexibles de calentamiento por la boca de inspección del techo del tanque o por una ventana practicada mediante corte frío para tal efecto. El anillo se suspende del techo del tanque en posición horizontal y ligeramente sumergido en el hidrocarburo. El calentamiento del hidrocarburo a su paso por el anillo de serpentines reduce su viscosidad y provoca por diferencia de densidades la decantación del agua y de las emulsiones contaminantes.

- Se suspenden del techo del tanque los dispositivos de aspiración y calentamiento y se posicionan en el interior del anillo de decantación para que actúen a modo de "skimmers" (aspiración del hidrocarburo superficial). De esta forma se obliga a que, instantes antes de ser aspirado, el hidrocarburo tenga que atravesar el anillo de calentamiento y decantación del agua contaminante. Las mangueras de aspiración y calentamiento se pasan con ayuda de cuerdas al exterior a través de los taladros previamente practicados.

- Instalación de los equipos de bombeo. Se conectan las mangueras de aspiración al colector y a la bomba, y se conecta la manguera de impulsión a la cisterna. - Instalación de los equipos de calentamiento del aire del tanque. El equipamiento está constituido por una soplante antideflagrante, un sistema de calentamiento de aire que no presente riesgos de deflagración y las mangueras de conexión.

- Calentamiento localizado del hidrocarburo en la zona de aspiración para reducir su viscosidad, mediante la circulación de vapor de agua por los dispositivos de aspiración y por los serpentines flexibles. La reducción de viscosidad facilita el trasvase del hidrocarburo a las cisternas de transporte y posibilita su posterior descarga en la instalación de destino.

- Calentamiento y recirculación del aire en un sector del tanque, que comprenda la zona de aspiración, para provocar la fluencia de la masa superficial del hidrocarburo hacia dicha zona de aspiración y la segregación en el fondo de los contaminantes.

- Aspiración y trasvase a cisternas del hidrocarburo caliente y libre de contaminantes para su reutilización o su venta. Hay que tener en cuenta que a medida que el nivel del tanque descienda, igualmente lo habrán de hacer los elementos suspendidos del techo del tanque. Una vez que ya no sea posible extraer del tanque más hidrocarburo reutilizable, se procede a la extracción del hidrocarburo residual por procedimientos convencionales y a su gestión como residuo.

DESCRIPCIÓN DE LA FIGURA ADJUNTA

Para facilitar la explicación del procedimiento objeto de la invención, a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo, se realiza la descripción de la figura 1. En ella se representa el tanque de almacenamiento de techo fijo -1-, los serpentines flexibles de calentamiento que circunscriben a los dispositivos de aspiración y calentamiento -2-, la tapa de conexiones -3- y el colector de las líneas de aspiración -4-. El vapor de agua generado en la caldera -5- circula por los dispositivos de aspiración y los serpentines flexibles de calentamiento para facilitar la aspiración del hidrocarburo con la bomba -6- y su descarga a la cisterna de transporte -7-. La soplante antideflagrante -8- recircula el aire del tanque a través del intercambiador de calor -9- para provocar el calentamiento y fluencia de la masa superficial del hidrocarburo hacia la zona de aspiración. Los condensados de vapor de agua generados en los calentamientos retornan desde el purgador -10- al depósito de agua de la caldera.

MODO PREFERENTE DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

Un caso representativo de aplicación del procedimiento objeto de esta patente se presenta en la extracción selectiva del hidrocarburo remanente en el fondo de un tanque de techo fijo de fuelóleo. A la vista de la figura 1 y de acuerdo con la descripción del procedimiento, la secuencia operacional es la siguiente:

- Aplicación de las medidas preventivas de riesgos (mediciones de explosividad, conexión a tierra de los equipos y control de la temperatura de extracción del fuelóleo). En el supuesto de atmósferas explosivas, se interrumpen los trabajos y se procede a la ventilación del tanque hasta restablecer las condiciones de seguridad.

- Ubicación de los dispositivos de aspiración y de los serpentines flexibles de calentamiento en el fondo del tanque, instalación de la tapa de conexiones, conexión de las mangueras de aspiración al colector y a la bomba, y conexión de la manguera de impulsión a la cisterna. Una alternativa igualmente válida sería introducir los dispositivos de aspiración y los serpentines flexibles por la boca de inspección del techo del tanque y sustituir la tapa de conexiones para el paso de mangueras por taladros practicados mediante corte frío en la envolvente del tanque. - Instalación de los equipos de calentamiento y recirculación de aire del tanque. La soplante antideflagrante se conecta mediante mangueras a la tapa de conexiones y al intercambiador de calor del propio tanque. El sentido del aire caliente a recircular se puede alternar o fijar en cada caso de la forma que se considere más ventajosa.

- Calentamiento localizado del hidrocarburo en la zona de aspiración para reducir su viscosidad, mediante la circulación de vapor por los dispositivos de aspiración y por los serpentines flexibles. La reducción de viscosidad facilita el trasvase del hidrocarburo a cisternas de transporte y posibilita su posterior descarga en destino.

- Calentamiento y recirculación del aire en un sector del tanque, que comprenda la zona de aspiración, para provocar la fluencia de la masa superficial del hidrocarburo hacia la zona de aspiración y la segregación en el fondo de los contaminantes. Puede resultar conveniente utilizar y alternar al menos dos sectores para dar tiempo a que la lenta fluencia en el tanque restablezca la altura de hidrocarburo en los sectores agotados.

- Aspiración y trasvase a cisternas del hidrocarburo caliente y libre de contaminantes para su reutilización o su venta. Una vez que ya no sea posible extraer del tanque más hidrocarburo reutilizable, se procede a la extracción del hidrocarburo residual por procedimientos convencionales y a su gestión como residuo por una empresa autorizada.