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Title:
SYSTEM FOR COPROCESSING OIL DRILLING WASTE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2024/054105
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention describes coprocessing consisting in converting oil drilling waste into a material with technical properties that may be used as an alternative fuel or raw material for a specific petrochemical process. The coprocess involves recovering solid components, oil and water forming the waste and is self-sustainable, thereby reducing gas emissions into the atmosphere and providing savings in the operational costs concerning the process.

Inventors:
ECHAVARRI FRANCO NESTOR IVAN (MX)
ACEVEDO MARTINEZ EFREN (MX)
Application Number:
PCT/MX2023/050036
Publication Date:
March 14, 2024
Filing Date:
June 19, 2023
Export Citation:
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Assignee:
GONZALEZ TORRES JESUS ANGEL (MX)
TORRES PADILLA CARLOS GILBERTO (MX)
ECHAVARRI FRANCO NESTOR IVAN (MX)
ACEVEDO MARTINEZ EFREN (MX)
MANDUJANO GARCIA GABRIEL ENRIQUE (MX)
International Classes:
E21B21/06; B01D3/38; B01D21/01; B09B3/00
Domestic Patent References:
WO2005046894A12005-05-26
WO2017074197A12017-05-04
WO2007087595A12007-08-02
Foreign References:
US20030155158A12003-08-21
Attorney, Agent or Firm:
LOPEZ AVILA, Esther (MX)
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Claims:
^ ^ Reivindicaciones 1.-Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación petrolera caracterizado porque dichos residuos pasan por las ^^ siguientes etapas para recuperar sólidos, agua y fluidos de perforación: 1. Análisis del residuo aceitoso que se alimentará al proceso (1), 2. Eliminación de residuos sólidos a la mezcla (2), se ^^^ separa cualquier objeto metálico (4), 3. Pre- acondiciona con un segregador mecánico (5) para aumentar la eficiencia del efecto del surfactante (10 y 11) en el mezclador de alta eficiencia de velocidad variable (9), ^^^ 4. Secado de los sólidos en el secador de paletas de alta eficiencia térmica (13), 5. Hidratación de solidos (36), 6. Tratamiento térmico de solidos (38), 7. Salida de fluidos evaporados por la parte superior ʹ^^ del secador de paletas 8. Doble separación de partículas sólidas por medio de dos ciclones colocados en paralelo (15), 9. Condensación de sales de álcalis. ^ ^ 10. Choque térmico de los gases limpios mediante intercambiadores de calor (18 y 22), 11. Recuperación del condensado de hidrocarburos de fracción media (20) en el primer intercambiador, ^^ 12. Recuperación de condesando de hidrocarburos ligeros (24), 13. Recuperación del agua (21 y 25) es usada en los sistemas de enfriamiento del proceso 14. Sistema de oxidación catalítica de los gases no ^^^ condensados (28 y 29). 2.- Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación petrolera de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque en la etapa de eliminación de residuos sólidos se le retira cualquier objeto sólido por arriba de ½ pulgada de^^^ diámetro y se separa cualquier objeto se pre- acondiciona con un segregador mecánico para incrementar el área superficial reactiva del sólido, aumentando la eficiencia del efecto del surfactante en el mezclador. 3.- Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación ʹ^^ petrolera de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque en el secador de paletas de alta eficiencia térmica (13) los sólidos libres de hidrocarburos salen por la parte inferior 4.- Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación petrolera de conformidad con la reivindicación 3 caracterizado ^ ^ porque en el secador de de alta eficiencia térmica, adicionalmente al proceso de convección en el secador se liberan los fluidos mediante un proceso de destilación por arrastre de vapor de agua, estos dos procesos de transferencia ^^ de calor hacen altamente eficiente la descontaminación del sólido de los fluidos hidrocarbonados. 5.- Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación petrolera de conformidad con la reivindicación 3 caracterizado porque en el secador de paletas de alta eficiencia térmica los ^^^ sólidos libres de hidrocarburos salen por la parte inferior de la última sección transversal del secador a una temperatura entre los 250 a 280°C. 6.-Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación petrolera de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado ^^^ porque en la etapa de hidratación de solidos (36), se adiciona un catalizador inorgánico a base de microsílice (34 y 35) y un hidratador químico (32 y 33) para conformar un material compuesto (37). 7.- Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación ʹ^^ petrolera de conformidad con la reivindicación 6 caracterizado porque en la etapa de hidratación de sólidos, los sólidos pasan por un proceso de hidratación mediante un helicoidal de paletas de alto esfuerzo de corte. ^ ^ 8.- Un sistema de de residuos de la perforación petrolera de conformidad con la reivindicación 6 caracterizado porque en la etapa de hidratación de sólidos, el catalizador inorgánico a base de microsílice se obtiene de la quema de la ^^ fibra de palma y acelera las reacciones de hidratación y forma una liga hidráulica a base de silicato de calcio hidratado y forma un material compuesto. 9.-Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación petrolera de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado ^^^ porque en la etapa del tratamiento térmico (38) se incrementan las propiedades mecánicas 10.- Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación petrolera de conformidad con la reivindicación 9 caracterizado porque el material compuesto es sometido a un ^^^ tratamiento térmico donde el catalizador a base de microsilice permite el crecimiento del grano generando una reducción de la porosidad intergranular incrementando las propiedades físicas, químicas y térmicas. Durante este proceso la fase liquida (ligante químico a alta temperatura) transforma los metales ʹ^^ pesados en óxidos evitando la contaminación al medio ambiente y pueden ser usado en la industria de la construcción, por presentar estabilidad estructural permitiendo la conformación de un material compuesto denso tipo ladrillo de dimensiones estándar de buenas propiedades y con <300ppm de hidrocarburos. ^ ^ 11.-Un sistema de de residuos de la perforación petrolera de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque los fluidos evaporados de hidrocarburos y agua salen por la parte superior del secador de paletas de alta eficiencia ^^ térmica a una temperatura entre 240 a 260°C. Los gases entran al sistema de separación de partículas sólidas que consta de dos ciclones colocados en paralelo (18 y 22), mediante la fuerza tangencial generada dentro de los ciclones por la velocidad del flujo de los gases, generando que las partículas ^^^ sólidas colisionen con las paredes del ciclón y enviadas a la parte baja del mismo para ser retiradas. 12.-Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación petrolera de conformidad con la reivindicación 11 caracterizado porque en la etapa del choque térmico de los gases limpios ^^^ mediante intercambiadores de calor (18 y 22), los intercambiadores son colocados en serie para generar un proceso de condensación flash y evitar la formación de compuestos aromáticos altamente contaminantes. 13.-Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación ʹ^^ petrolera de conformidad con la reivindicación 11 caracterizado porque los gases libres de las partículas sólidas que salen a una temperatura de entre 210 a 220°C pasan a una segunda etapa de separación, capturando las partículas micrométricas por efecto de la condensación de sales de álcalis reduciendo la ^ ^ temperatura entre 20 y generando la aglomeración de partículas sólidas suspendidas en la corriente de gases, para ser retiradas posteriormente por la parte inferior de manera mecánica y enviadas a la celda de alimentación donde se mezclan ^^ los residuos aceitosos. 14.-Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación petrolera de conformidad con la reivindicación 11 caracterizado porque los gases limpios salen de una temperatura de 160°C y son sometidos a un choque térmico con una corriente de agua ^^^ fría (30°C) en un arreglo de intercambiadores de calor. 15.-Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación petrolera de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque los intercambiadores están colocados en serie para garantizar la condensación de hidrocarburos de fracción media y ^^^ ligera. En la parte baja del primer intercambiador se recupera el condensado de hidrocarburos de fracción media de C-14 a C- 18. En el segundo intercambiador se obtiene un condensado de los hidrocarburos ligeros (menores a C- 14). 16.-Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación ʹ^^ petrolera de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque en la etapa de recuperación del condensado de hidrocarburos de fracción media (20) en el primer intercambiador., se recupera un aceite con buenas propiedades para formular lodos de perforación de emulsión inversa. ^ ^ 17.-Un sistema de de residuos de la perforación petrolera de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque en la etapa de recuperación de condesando de hidrocarburos ligeros (24) que es usado en el proceso de ^^ combustión (14 y 28), el proceso es auto sustentable y evita emisiones de gases a la atmosfera. 18.-Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación petrolera de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque en la etapa de oxidación catalítica de los gases no ^^^ condensados (28 y 29) se queman todos los contaminantes que saldrán por la chimenea (30) a la atmósfera. 19.-Un sistema de coprocesamiento de residuos de la perforación petrolera de conformidad con la reivindicación 18 caracterizado porque los gases no condensados pasan al sistema de oxidación ^^^ catalítica donde un ventilador de tiro inducido envía los gases a un intercambiador de calor para posteriormente enviarlos a la cámara de combustión en donde se queman todos los gases contaminantes adicionalmente pasa a un neutralizador de lecho fijo el cual absorbe los contaminantes restantes para volver al ʹ^^ intercambiador de calor como la fase caliente para finalmente salir la corriente de gases no condensables por la chimenea libre de contaminantes dañinos a la atmosfera.
Description:
^ ^ SISTEMA DE COPROCESAMIENTO RESIDUOS DE LA PERFORACIÓN PETROLERA. Campo de la Invención ^^ La presente invención se encuentra en el campo de los procesos de tratamiento de residuos de la industria petrolera, más específicamente en el coprocesamiento que consiste en convertir los residuos en un material con características que puedan valorarse como combustible o materia prima alternativa ^^^ para un proceso petroquímico específico, en donde se recuperan los componentes que lo conforman (sólido, aceite y agua) con la finalidad de ser aprovechados obteniendo productos y subproductos que presentan características técnicas tales que pueden ser reutilizado para formular fluidos de perforación y ^^^ para producir energía calorífica necesaria como insumo en el mismo proceso, siendo un proceso auto sustentable, reduciendo las emisiones de gases a la atmosfera, acompañado de un ahorro en el costo de operación del proceso. Antecedentes de la Invención ʹ^^ Considerando la necesidad de tener procesos de tratamiento de residuos en la industria petroquímica, más específicamente los residuos de la perforación petrolera, en la industria se han desarrollado procesos y coprocesos con la finalidad de la reutilización de los productos, así como para evitar ^ ^ contaminación, los que se encuentran en estado de técnica que describen y dan a conocer estos procesos son: El documento CN216377876 (U) ― 2022-04-26 es un modelo de utilidad se relaciona con el campo técnico del tratamiento de ^^ lodos a base de aceite de desecho de perforación de petróleo, en particular a un sistema de equipo de limpieza y reducción de lodo a base de aceite de desecho de perforación de petróleo método. El equipo comprende estructuralmente un soporte, un primer transportador en espiral está dispuesto sobre el ^^^ soporte, un extremo del primer transportador en espiral se utiliza para la alimentación, el otro extremo del primer transportador en espiral está conectado con una secadora giratoria, la secadora giratoria está conectada con una máquina centrífuga horizontal a través de una tubería en la pared ^^^ exterior de una carcasa de máquina de la secadora giratoria, y un segundo transportador en espiral está dispuesto en una salida en la parte inferior de la secadora giratoria. Una salida de lodo de la máquina centrífuga horizontal se comunica con el segundo transportador de tornillo, y la máquina ʹ^^ centrífuga horizontal se comunica con un pozo de perforación a través de una tubería y se utiliza para transportar el lodo a base de aceite residual tratado para la perforación. De acuerdo con la perforación de petróleo durante la perforación sistema de equipo de limpieza y reducción de lodo a base de aceite ^ ^ residual,se adopta equipo sin aterrizaje de lodo, se reduce y recicla el lodo residual y, además, se puede lograr la separación y el reciclaje del lodo residual y los escombros de roca. Sin embargo, el documento CN216377876 (U), no describe ni ^^ da a conocer un sistema que trate tanto los residuos sólidos como los fluidos (aceite y agua) Objeto de la Invención Es el objeto de la invención un coprocesamiento de residuos de manejo especial de la industria petrolera donde se ^^^ recuperan los componentes que lo conforman (sólido, aceite y agua). En donde el aceite recuperado es reutilizado para formular fluidos de perforación y para producir energía calorífica necesaria como insumo en el mismo proceso, siendo un proceso auto sustentable, reduciendo las emisiones de gases a ^^^ la atmosfera, acompañado de un ahorro en el costo de operación del proceso. El agua es empleada en los sistemas de enfriamiento. Los sólidos libres de hidrocarburos son usados en los siguientes porcentajes: 60% de estos sólidos son usados para nivelar y ʹ^^ rellenar terrenos bajos, otro 20% es usado para base y sub-base en la conformación de caminos y carreteras, el resto (20%) para conformar un material compuesto de matriz cerámica de altas propiedades evitando la contaminación por la emisión de partículas suspendidas en el aire que dañan la salud de los ^ ^ trabajadores, eliminando almacenamiento de grandes cantidades de sólidos inertes con alto contenido de metales pesados en celdas de confinamiento, cumpliendo de esta manera con las legislaciones ambientales nacionales e internacionales ^^ Breve descripción de la invención En la presente invención se debe entender coproceso al proceso que consiste en convertir los residuos en un material con características que puedan valorarse como combustible o materia prima alternativa para un proceso industrial ^^^ específico, es decir, el coprocesamiento es un proceso en el cual se aprovechan los residuos no reciclables para generar energía y usarla para la fabricación de materia prima. Un coproceso de residuos de la perforación petrolera en donde el proceso inicia con el análisis del residuo aceitoso ^^^ que se alimentará al proceso (1) para conocer los porcentajes de cada uno de los componentes (agua, aceite y sólido), para ajustar los parámetros de operación del proceso. Posteriormente a la mezcla se le retira cualquier objeto sólido (2) y se separa cualquier objeto metálico (4), consecuentemente se pre- ʹ^^ acondiciona con un segregador mecánico (5) para aumentar la eficiencia del efecto del surfactante (10 y 11) en el mezclador de alta eficiencia de velocidad variable (9). Los sólidos entran al secador de paletas de alta eficiencia térmica (13) donde los sólidos libres de ^ ^ hidrocarburos salen por la inferior y entran a un proceso de hidratación (36), en el cual se adiciona un catalizador inorgánico a base de microsílice (34 y 35) y un hidratador químico (32 y 33) para conformar un material compuesto (37), ^^ que es sometido a un tratamiento térmico (38) para incrementar las propiedades mecánicas. Los fluidos evaporados salen por la parte superior del secador de paletas y entran a la primera separación de partículas sólidas que consta de dos ciclones colocados en ^^^ paralelo (15), los gases libres de sólidos pasan a una segunda etapa de separación (16), en la cual el objetivo es generar una captura de partículas micrométricas por efecto de la condensación de sales de álcalis. Los gases limpios son sometidos a un choque térmico mediante intercambiadores de ^^^ calor (18) colocados en serie para generar un proceso de condensación flash y evitar la formación de compuestos aromáticos altamente contaminantes. En la parte baja del primer intercambiador se recupera el condensado de hidrocarburos de fracción media (20), este aceite ʹ^^ tiene buenas propiedades para formular lodos de perforación de emulsión inversa. En el segundo intercambiador se obtiene un condensado de hidrocarburos ligeros (24) que es usado en el proceso de combustión (14 y 28) permitiendo que el proceso sea auto sustentable y evitando emisiones de gases a la atmosfera. ^ ^ El agua recuperada (21 y es usada en los sistemas de enfriamiento del proceso y los gases no condensados pasan al sistema de oxidación catalítica (28 y 29) donde se queman todos los contaminantes para finalmente salir por la chimenea (30) a ^^ la atmósfera. Descripción breve de los dibujos La figura 1, muestra un diagrama de proceso en donde se observan las partes que conforman el coprocesamiento de residuos de manejo especial que tiene como objetivo principal ^^^ la recuperación de los líquidos usados en la perforación y descontaminar el sólido para su reutilización en la industria de perforación y construcción respectivamente. El diagrama de proceso está conformado por los siguientes elementos: 1. Celda de recepción de los residuos aceitosos. ^^^ 2. Equipo de control de sólidos. 3. Celda de alimentación. 4. Separador de partículas magnéticas. 5. Segregador mecánico. 6. Transportador de rastras. ʹ^^ 7. Tolva de alimentación. 8. Válvula rotatoria1 9. Mezclador de alta eficiencia. 10. Tanque de almacenamiento de surfactante. 11. Bomba dosificadora de surfactante. ^ ^ 12. Válvula rotatoria 2. 13. Secador de paletas de alta eficiencia térmica 14. Cámara de combustión para el secador de paletas. 15. Ciclón dual de alta eficiencia. ^^ 16. Separador de partículas micrométricas. 17. Raspador mecánico de sólidos. 18. Intercambiador de calor para condesar aceite de C-14 a C- 18. 19. Tanque separador del IC-IA. ^^^ 20. Condensado de aceite para fluido de emulsión inversa. 21. Condensado de agua del IC-IA. 22. Intercambiador de calor para condensar aceite menor a C-14. 23. Tanque separador del IC-AI. 24. Condensado de aceite para consumo en cámara de combustión. ^^^ 25. Condensado de agua del IC-AI. 26. Ventilador de tiro inducido. 27. Intercambiador de calor de gases de combustión. 28. Cámara de combustión para gases No condensados. 29. Neutralizador de lecho fijo. ʹ^^ 30. Chimenea. 31. Válvula rotatoria 3. 32. Tanque de almacenamiento del hidratador químico. 33. Bomba dosificadora del hidratador químico. 34. Tanque de almacenamiento del catalizador base microsílices. ^ ^ 35. Bomba dosificadora del 36. Helicoidal de paletas de alto esfuerzo de corte. 37. Extrusión de sólidos para tabiques. 38. Tratamiento térmico al material compuesto. ^^ Descripción detallada de la invención La presente invención referente a un coproceso de residuos de la perforación petrolera con la finalidad de ser reutilizados en la industria de perforación y de la construcción. ^^^ El principio del proceso de la presente invención es una combinación de dos métodos: un proceso químico (adición de surfactante) y un proceso físico (secado por transferencia de calor por convección combinado con un proceso de destilación por arrastre de vapor de agua en un sistema hermético) acoplado ^^^ a un sistema de separación de sólidos finos y una condensación tipo flash. Inicialmente se toma una muestra del residuo a ser coprocesado y se analiza para conocer los porcentajes de agua, aceite y sólidos, para ajustar los parámetros de operación del ʹ^^ proceso. Posteriormente en la preparación de la alimentación, a la mezcla se le retira cualquier objeto sólido por arriba de ½ pulgada de diámetro y se separa cualquier objeto metálico, consecuentemente se pre-acondiciona con un segregador mecánico para incrementar el área superficial reactiva del sólido, ^ ^ aumentando la eficiencia efecto del surfactante en el mezclador. A la entrada del mezclador de alta eficiencia de velocidad variable se agrega un surfactante a través de una flauta ^^ dosificadora asegurando la integración del reactivo en la mezcla aceitosa con el objetivo de reducir la tensión interfacial entre el fluido agua- aceite y la tensión superficial del fluido con el sólido, cambiando la mojabilidad y favoreciendo la liberación del aceite atrapado en la matriz ^^^ intergranular. A la salida del mezclador el residuo con surfactante entra a un secador hermético. El secador es alimentado por gases calientes generados por una cámara de combustión, estos impactan a los sólidos que se desplazan por la parte baja del ^^^ secador generando una transferencia de calor por convección mediante 4 secciones transversales. En cada sección hay un helicoidal de paletas de alto esfuerzo de corte permitiendo el paso de los sólidos entre secciones generando una alta eficiencia térmica. Adicional al proceso de convección en el ʹ^^ secador se liberan los fluidos mediante un proceso de destilación por arrastre de vapor de agua, estos dos procesos de transferencia de calor hacen altamente eficiente la descontaminación del sólido de los fluidos hidrocarbonados. ^ ^ Los sólidos libres de salen por la parte inferior de la última sección transversal del secador a una temperatura entre los 250 a 280°C. Finalmente, los sólidos pasan por un proceso de hidratación mediante un helicoidal de ^^ paletas de alto esfuerzo de corte. El 60% de estos sólidos son usados para nivelar y rellenar terrenos bajos, otro 20% es usado para base y sub-base en la conformación de caminos y carreteras, el resto (20%) se adiciona con un catalizador inorgánico a base de microsílice obtenida de la quema de la ^^^ fibra de palma y considerada como un residuo del proceso en la obtención de aceite vegetal para acelerar las reacciones de hidratación y formar una liga hidráulica a base de silicato de calcio hidratado y formar un material compuesto, la microsílice acelera las reacciones puzolánicas proporcionando resistencia ^^^ en verde. El coprocesamiento del sólido permite eliminar las emisiones de polvo a la atmosfera y el almacenamiento de grandes cantidades de sólidos inertes en celdas de confinamiento, el cual es un problema ambiental actualmente. Finalmente, el material compuesto es sometido a un tratamiento ʹ^^ térmico donde el catalizador a base de microsilice permite el crecimiento del grano generando una reducción de la porosidad intergranular incrementando las propiedades físicas, químicas y térmicas. Durante este proceso la fase liquida (ligante químico a alta temperatura) transforma los metales pesados en óxidos ^ ^ evitando la contaminación al ambiente y pueden ser usado en la industria de la construcción, por presentar estabilidad estructural permitiendo la conformación de un material compuesto denso tipo ladrillo de dimensiones estándar de buenas ^^ propiedades y con <300ppm de hidrocarburos. Las fases presentes en los sólidos libres de hidrocarburos son las mismas en cada etapa del proceso y son principalmente BaSO 4 , SiO 2 , CaCO 3 , CaSO 4 y (Na0 .84 Ca 0.16 )Al 1.16 Si 2.84 O 8 ) y no se modifica la estructura cristalina por el efecto térmico, a excepción de la ^^^ (Na 0.84 Ca 0.16 )Al 1.16 Si 2.84 O 8 que tiene la propiedad de expandirse o contraerse por efecto de la temperatura sin llegar a romper o modificar la misma. Estos resultados están en acorde a las predicciones termodinámicas realizadas con el software FactSage 5.5 con la composición química determinada mediante ^^^ fluorescencia de rayos. Los fluidos evaporados de hidrocarburos y agua salen por la parte superior del secador de paletas de alta eficiencia térmica en la última sección transversal a una temperatura entre 240 a 260°C. Estos gases entran al sistema de separación ʹ^^ de partículas sólidas que consta de dos ciclones colocados en paralelo, mediante la fuerza tangencial generada dentro de los ciclones por la velocidad del flujo de los gases, generando que las partículas sólidas colisionen con las paredes del ciclón y enviadas a la parte baja del mismo para ser retiradas, estas ^ ^ contienen un porcentaje de residual alto, por lo tanto, son enviadas nuevamente a la celda de alimentación del proceso. Los gases libres de las partículas sólidas que salen a una ^^ temperatura de entre 210 a 220°C pasan a una segunda etapa de separación, en la cual el objetivo es generar una captura de partículas micrométricas por efecto de la condensación de sales de álcalis reduciendo la temperatura entre 20 y 30°C, generando la aglomeración de partículas sólidas suspendidas en la ^^^ corriente de gases, para ser retiradas posteriormente por la parte inferior de manera mecánica y enviadas a la celda de alimentación donde se mezclan los residuos aceitosos. Los gases limpios salen de una temperatura de 160°C y son sometidos a un choque térmico con una corriente de agua fría ^^^ (30°C) en un arreglo de intercambiadores de calor tipo tubo y coraza, generando un proceso de condensación flash para evitar la formación de compuestos aromáticos altamente contaminantes. En esta etapa los intercambiadores están colocados en serie para garantizar la condensación de hidrocarburos de fracción ʹ^^ media y ligera. En la parte baja del primer intercambiador se recupera el condensado de hidrocarburos de fracción media de C- 14 a C-18, este aceite tiene buenas propiedades para formular lodos de perforación de emulsión inversa. En el segundo intercambiador se obtiene un condensado de los hidrocarburos ^ ^ ligeros (menores a C- 14), último puede reutilizarse en el proceso de combustión permitiendo que el proceso sea sustentable evitando emisiones de gases a la atmosfera. Los gases no condensados pasan al sistema de oxidación catalítica ^^ donde un ventilador de tiro inducido envía los gases a un intercambiador de calor para posteriormente enviarlos a la cámara de combustión en donde se queman todos los gases contaminantes adicionalmente pasa a un neutralizador de lecho fijo el cual absorbe los contaminantes restantes para volver al ^^^ intercambiador de calor como la fase caliente para finalmente salir la corriente de gases no condensables por la chimenea libre de contaminantes dañinos a la atmosfera. Alimentación Los recortes se trasladan hacia un el sistema de ^^^ alimentación, este está diseñado a prueba de taponamientos, cuya malla vibratoria retira cualquier objeto sólido por arriba de media pulgada de diámetro y separa cualquier objeto, mediante la vibración de dos vibra motores de 2.5 HP cada uno, los cuales permiten que el material se deslice lentamente, ʹ^^ evitando acumulación de este. El material que pase a través de la malla llega a un transportador de arrastras, la cual cumple con la función de subir el material a la parte más alta del mezclador de alta eficiencia de velocidad variable. Posteriormente a la mezcla se ^ ^ le separa cualquier objeto mediante un separador rotativo de partículas magnéticas, consecuentemente se pre- acondiciona con un segregador mecánico que incrementa el área superficial reactiva de los recortes de región marina que en su ^^ mayoría son hojuelas tipo escalpe que mantienen a los hidrocarburos atrapados en el sólido. Antes de entrar al mezclador, la mezcla cae a una tolva de pesaje continuo que cuantifica la alimentación en ton/h, mediante el desplazamiento de la válvula rotatoria instalada en ^^^ la parte baja de la tolva y que está controlada mediante un variador de frecuencia de modo que se ejerza una columna de presión que garantice el flujo continuo y que haga un sello para impedir el retroceso de vapores generados en el interior del secador de paletas de alta eficiencia. ^^^ Mezclador de alta eficiencia de velocidad variable A la entrada del mezclador de alta eficiencia de velocidad variable se agrega un surfactante en solución en relación de 0.1 a 1% de concentración en peso a través de una flauta dosificadora, asegurando la integración del reactivo con la ʹ^^ mezcla aceitosa con el objetivo de reducir la tensión interfacial entre el fluido agua-aceite y la tensión superficial del fluido con el sólido, cambiando la mojabilidad y favoreciendo la liberación del aceite atrapado en la matriz intergranular. El mezclador es accionado por un motor de 25 HP, ^ ^ acondicionado a un reductor gobernado por un mecanismo de control de velocidad variable, operado desde el cuarto de control. Este sistema permite variar el tiempo de residencia de la carga alimentada de residuo y acondicionar los parámetros de ^^ operación que son la concentración de surfactante y la temperatura, en cada equipo en los rangos establecidos en la Tabla 1. Tabla 1. Condiciones de operación Equipo Temperatura ^^^ ^ ^ Secador de paletas de eficiencia térmica El mezclador de alta eficiencia de velocidad variable envía el material hacia un secador de paletas de alta eficiencia térmica de 2.4 m de diámetro, generando un proceso ^^ de destilación por arrastre de vapor, por efecto de los gases calientes que son suministrados a través de una cámara de combustión que está operando a niveles sub-estequiométricos para evitar las reacciones de combustión de los vapores de hidrocarburos liberados del sólido. Los gases calientes ^^^ impactan a los sólidos a través de cuatro secciones transversales que generan una convección forzada y los helicoidales de transición colocados entre las secciones generan una mayor transferencia de los gases a los sólidos por el alto esfuerzo de corte logrando descontaminar los residuos, ^^^ cumpliendo con los niveles permisibles por las autoridades ambientales (< 300 PPM). El objetivo del secador de paletas de alta eficiencia es separar las fases sólida y líquida, para lo cual la temperatura de los recortes se incrementará hasta valores por encima de los ʹ^^ puntos de vaporización del agua 100ºC y de los hidrocarburos 288ºC - 482ºC. Los sólidos se descargan en la parte final del secador de paletas libres de hidrocarburos a través de una válvula rotatoria para mantener hermético los gases generados y entran ^ ^ a un proceso de hidratación sólidos, en el cual se adiciona un catalizador inorgánico a base de micro sílice y un hidratador químico para conformar un material compuesto. El tiempo de residencia en el secador de paletas de alta ^^ eficiencia energética es de 10 minutos, parámetro crítico en esta fase, ya que un tiempo de retención menor provocaría un secado incompleto, por lo tanto, el material tratado no podría ser dispuesto en el medio ambiente por presentar contenidos no permisibles de aceite. Para cumplir con este parámetro, el ^^^ mezclador será accionado por dos motores de 25 HP. El primer motor está acoplado a un reductor helicoidal, que transmite rotación a través de una cadena doble paso 120 que engrana y acciona la primera sección, el helicoidal de transición y la segunda sección. El variador electrónico de velocidad ^^^ suministra rotación entre 35 y 40 RPM a la máxima carga. El segundo Motor acciona la segunda sección helicoidal de transición, tercera sección y tercer helicoidal y cuarta sección. El secador de paletas se encuentra conectado a una cámara ʹ^^ de combustión con paredes aisladas de ladrillo refractario (Refmex 40/60). Esta cámara cuenta con dos quemadores diseñados para quemar diésel recuperado, los cuales alcanzan a transferir una carga térmica real de calor de 10 MMBTU/h. En la parte frontal, este horno cuenta con una entrada hombre para ^ ^ revisión, inspección y de la cámara. La tapa metálica está sellada con ladrillo y mortero refractario, para evitarla entrada de oxígeno y la pérdida de vapores al medio ambiente. Además de todo lo anterior, el secador de paletas ^^ cuenta con dos helicoidales de paletas colocados entre secciones para permitir el paso entre secciones. El desplazamiento del material dentro del secador de paletas en la primera sección es de suma importancia y está diseñada en espiral para permitir el libre paso de los gases ^^^ calientes. La primera sección está sometida a altos esfuerzo de corte y a alta temperatura, para proteger esta sección se implementó un sistema de enfriamiento interno, que consiste en hacer pasar agua de enfriamiento por el centro del tubo de cada sección. Las paletas son de una aleación cromo carbón para ^^^ combatir la abrasión, erosión y soportar las altas temperaturas de los gases calientes de la cámara. Por efectos del calor, los recortes presentan la tendencia de adherirse a las paredes y formar una gruesa capa de material muy dura y difícil de remover, ocasionando muchos problemas, ʹ^^ dado que la transferencia de calor hacia el interior del secador de paletas disminuye sustancialmente, ocasionando una disminución en la eficiencia del proceso. Para ello, dentro del secador se cuenta con tres helicoidales de paletas que giran al mismo sentido, desplazando así el material entre secciones. ^ ^ En caso de que se una falla o corte imprevisto de la corriente eléctrica, un generador de energía eléctrica entra inmediatamente en funcionamiento, para mantener la rotación de las secciones internas del secador hasta desalojar el material ^^ cargado y de esta manera, evitar que exista riesgo de incendio internamente, debido a la acumulación de material y vapores. El secador de paletas de alta eficiencia energética genera dos salidas que deben ser tratados para cumplir las legislaciones ambientales nacionales e internacionales. ^^^ 1) Sólidos inertes, libres de hidrocarburos que salen por la parte inferior de la última sección transversal del secador a alta temperatura (280-300°C), para su posterior tratamiento. 2) Fluidos evaporados compuestos por hidrocarburos, agua, y ^^^ gases como son NOx, SO2, CO y CO2 que salen por la parte superior del secador de paletas y entran a la primera separación de partículas sólidas que consta de dos ciclones colocados en paralelo, los gases libres de sólidos pasan a una segunda etapa de separación, en la ʹ^^ cual el objetivo es generar una captura de partículas micrométricas por efecto de la condensación de sales de álcalis. Los gases limpios son sometidos a un choque térmico mediante intercambiadores de calor para generar ^ ^ un proceso de flash y evitar la formación de compuestos aromáticos altamente contaminantes. Tratamiento a los sólidos inertes Los sólidos calientes libres de hidrocarburos pasan a ^^ través de una válvula rotatoria de 20”, cuya función principal es evitar la entrada de aire al interior del secador de paletas. Seguido a esto, el material seco se descarga a un sistema hidratador de sólidos que está formado por dos helicoidales de paletas de 12” de diámetro, generando un ^^^ proceso de hidratación en el cual se adiciona un catalizador inorgánico a base de micro sílice H 2 O+Na 2 SiO 3 para acelerar las reacciones puzolánicas que proporcionan resistencia mecánica al material compuesto. Los sólidos húmedos entran a una extrusora para conformar un material denso que al secarse adquiere buena ^^^ resistencia mecánica en verde permitiendo manipular el material compuesto gracias al catalizador adicionado durante la hidratación. Finalmente, el material compuesto es sometido a un tratamiento térmico donde el catalizador a base de microsilice permite el crecimiento del grano generando una reducción de la ʹ^^ porosidad intergranular, incrementando las propiedades físicas, químicas y térmicas. Durante este proceso, la fase líquida (lígante químico a alta temperatura) transforma los metales pesados en óxidos, evitando la contaminación al medio ambiente ^ ^ y el material denso puede usado en la industria de la construcción. Tratamiento de la mezcla de vapores. Los fluidos evaporados de hidrocarburos y agua salen a una ^^ temperatura de 240 a 260 °C a través de una campana colocada en la parte superior de la última sección transversal del secador de paletas de alta eficiencia térmica. La campana está diseñada para generar colisión de partículas por efecto de las mamparas, logrando retener sólidos granulados que caen por efecto de la ^^^ gravedad y son retirados del secador por la válvula rotatoria. Estos gases entran a través de un ducto rectangular a dos ciclones colocados en paralelo, mediante la fuerza tangencial generada por la velocidad del flujo de los gases, ocasionan que las partículas sólidas colisionen en las paredes del ciclón y ^^^ por efecto de la gravedad caen a la parte baja del mismo para ser retiradas, por contener un porcentaje de hidrocarburo residual alto 1,000 ppm, por lo tanto, son enviados nuevamente a la celda de acondicionamiento del proceso. Los ciclones colocados en paralelo retiran sólidos finos ʹ^^ por efecto del rompimiento del vórtice, donde las corrientes de vapores de hidrocarburos libres de las partículas sólidas salen a una temperatura de 200 a 220 °C a través de un ducto colocado en la parte central de cada ciclón, que los conduce a una segunda etapa de separación para captura partículas ^ ^ micrométricas por efecto la condensación de sales de álcalis. En esta segunda etapa de separación, los vapores de hidrocarburos disminuyen su temperatura entre 30 y 40 °C por ^^ efecto de tres ventiladores de 3 HP colocados en el exterior que operan dependiendo la temperatura de salida de los vapores de hidrocarburos, generando la condensación de hidrocarburos pesados presentes en la corriente. Posteriormente, las partículas aglomeradas son retiradas por la parte inferior de ^^^ manera mecánica y enviadas a la celda de acondicionamiento del proceso. Los gases limpios salen del separador de partículas micrométricas a una temperatura de 170°C a 190°C y son sometidos a un choque térmico en un arreglo de intercambiadores ^^^ de calor tipo tubo y coraza, generando un proceso de condensación flash para evitar la formación de compuestos aromáticos altamente contaminantes. El intercambiador está conformado por un arreglo interior de 450 a 485 tubos, preferentemente 470 tubos, por los cuales se hace circular agua ʹ^^ recuperada proveniente de la torre de enfriamiento, mientras que el vapor circula por la parte exterior, produciendo un intercambio de calor con los vapores calientes. La condensación del tipo flash se da al llevar los vapores al punto de rocío, logrando la condensación de vapores de agua e hidrocarburos. El ^ ^ vapor condensado se almacena en el colector de condensados, ubicado en la parte inferior del intercambiador. Dentro del colector, se localiza un interruptor de corriente tipo flotador, que accionará la bomba para evacuar el líquido ^^ al alcanzar cierto nivel. La torre de enfriamiento se utiliza para remover el calor del sistema y una vez que ha cumplido su función, el agua utilizada regresa a la misma, de modo que el sistema funciona como circuito cerrado, con un flujo de recirculación de 3,785 ^^^ LPM (1,000 GPM), con una presión aproximada de 3.52 kg/cm2 (50 PSI). La torre de enfriamiento, el intercambiador de calor y el sistema de condensación tienen la capacidad de remover 10 MM BTU/h de calor del sistema al máximo promedio de temperatura del punto de rocío, logrando recupera los hidrocarburos de ^^^ fracción media (C-14 a C-18) en el primer intercambiador, mientras que en el segundo se obtiene un condensado de hidrocarburos ligeros (menores a C-14) usado en el proceso de combustión permitiendo que el proceso sea auto sustentable. El intercambiador cuenta con dos salidas: ʹ^^ 1) Los vapores condensados (ahora en estado líquido) en ambos intercambiadores se envían a su correspondiente tanque separador para su tratamiento. 2) Una fracción de los vapores que no se logra condensar, debe destruirse. Para cumplir este objetivo, se cuenta con ^ ^ un oxidador térmico, cual tiene un quemador que convierte los vapores en CO y CO2, utilizando 5 MM BTU/h. El oxidador térmico está diseñado para quemar únicamente una pequeña cantidad de combustible. Además, por seguridad ^^ se cuenta con un atrapador de llamas, el cual aísla al oxidador del resto del sistema e impide que las llamas producidas ingresen al intercambiador. No obstante, previo a la llegada al oxidador térmico, los vapores entran a un intercambiador de calor, el cual funciona como último ^^^ sistema de condensación para finalmente salir la corriente de gases no condensables por la chimenea libre de contaminantes dañinos a la atmosfera. La condensación es el factor crítico en la operación de la planta, ya que un bajo rendimiento del sistema se debe al ^^^ taponamiento en los fluxes del intercambiador de calor y se manifiesta en una acumulación alta de vapor en el secador de paletas, a tal punto que sus sellos pueden ceder y dejar escapar el material volátil. El vapor de aceite, a temperaturas elevadas y expuesto al aire, puede producir fuego. Sin embargo, ʹ^^ como medida de prevención, se cuenta con un sistema de irrigación de agua en el interior de los equipos y ductos, que entra en funcionamiento al haber presencia de llama. El paso de agua se controla por una válvula de solenoide. Si llegase a ^ ^ suceder un taponamiento en intercambiador de calor, la planta debe pararse para realizar el mantenimiento respectivo. Tratamiento de los vapores condensados Una vez que la fase gaseosa se ha separado de la fase ^^ líquida, puede procederse a la separación de los componentes de esta última, es decir, el agua y el aceite. La unidad de separación agua/aceite, consta de los siguientes 2 tanques: • Tanque de recolección de condensados. • Tanque de separación de agua-aceite. ^^^ El primer tanque cumple la función de recibir los condensados del intercambiador de calor 1, con el fin de separar los mismos en la mezcla. Los sólidos separados se envían por gravedad a la celda de recepción de acondicionamiento, mientras que la fase líquida pasa ^^^ directamente al tanque de separación agua-aceite. Este tanque tiene las características de tanque separador gravitacional y gran parte de los líquidos drenados, van directamente al tanque de almacenamiento de aceite. Como segundo tanque se tiene el tanque separador. En esta ʹ^^ fase del proceso, el líquido condensado se separa por diferencia de densidades, se estratifican tres niveles claramente diferenciados: aceite, agua y sólidos, cada uno se recupera y se envía a los tanques de almacenamiento correspondientes.