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PROTECCIÓN MEDIOAMBIENTAL
DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE TRATAMIENTO DE LOS LODOS PETROLEROS
1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS LODOS PETROLEROS
En la forma más simple los lodos petroleros están constituidos por sistemas físico-químicos agregados estables y multicompuestos, constituidos principalmente por derivados del petróleo, agua y aditivos minerales (arena, óxidos metálicos, etc.).
Debido a la dispersión sustancial de la composición de los lodos petroleros el diferencial de variación de sus características físico-químicas también es muy amplio. La densidad de los lodos petroleros fluctúa en los límites desde 830 a 1700 kg/m³, la temperatura de congelación es de -3о С hasta +80о С. La temperatura de explosión se encuentra en el diapazón de 35 a 120о С.
En toda la gama de características de los diferentes desechos petroleros en todo su tipo general, todos los lodos pueden ser clasificados en tres grupos en correpondencia con las condiciones de su formación: lodos de suelo, de fondo y de tanque.
Los lodos de suelo se forman como resultado de los derrames de derivados petroleros al suelo en el proceso de operaciones industriales, o en caso de averías.
Los lodos de fondo aparecen al sedimentar los derrames de productos petroleros en el fondo de depósitos y espacios acuáticos, y los lodos de tanque, se forman durante el almacenamiento y la transportación de los derivados petroleros en tanques de diferentes diseños.
1.1. LODOS DE SUELO.
Con la rotura de pipelines petroleros, si existe la posibilidad, toda la capa superficial del suelo se evacúa hacia depósitos donde se le agregan tratamientos con biopreparados, se le agregan tierras y se deja a una descomposición natural.
La causa principal (a excepción de financiamiento) del problema de los lodos petroleros- es la ausencia de empresas especializadas, capaces de liquidar de una manera rápida y efectiva el derrame en condiciones de ausencia total de una infraestructura.
La segunda causa es: La ausencia del equipamiento especial correspondiente.
1.2. lodos de fondo.
La situación con los lodos de fondo en todo el mundo en la actualidad se caracteriza como catastrófica, ya que nadie sabe qué hacer con esas capas de un metro y más de derivados petroleros en el fondo de los puertos de carga y trasbordo de productos petroleros.
Las causas del problemas son las mismas que en el punto 1.1.
1.3. lodos de tanque.
Los lodos de tanque se forman durante la limpieza tecnológica de los parques de tanques por el propietario del equipamiento. Durante las limpiezas tecnológicas todos los lodos petroleros deben ser sometidos a reciclaje, es decir, a ser enviados a polígonos especiales.
La causa fundamental de la formación de los lodos de tanque es la interacción físico-química de los productos petroleros en el volumen del espacio receptor de los productos petroleros con la humedad, el oxígeno contenido en el aire, y con las impurezas mecánicas, y también con el material de las paredes del tanque. Como resultado de estos procesos ocurre la oxidación parcial de los productos petroleros iniciales con la formación de uniones parecidas a la resina y la oxidación de las paredes de los tanques. También la entrada de humedad al volumen del producto petrolero y de las impurezas mecánicas conllevan a la formación de emulsiones acuo-aceitosas y de dispersiones minerales. Por cuanto, cualquier lodo petrolero se conforma como resultado de la interacción con el medio concreto que lo rodea con sus condiciones propias y en el transcurso de un período de tiempo determinado, entonces lodos semejantes en su composición y características físico-químicas no existen en la naturaleza.
Según resultados de muchas investigaciones en los lodos de tanque la correlación de derivados petroleros, de agua y de impurezas mecánicas (partículas de arena, arcilla, herrumbre, etc.) fluctúa en diferenciales muy amplios: los hidrocarburos están en el orden de 5-90%, el agua 1-52%, las impurezas sólidas 0,8-65%.
Las empresas propietarias de los parques de tanques (compañías petroleras, refinerías) crean fosas de tipo abierto, lagos evaporadores, etc. para el almacenamiento de los desechos petroleros.
Durante el almacenamiento a largo plazo de los lodos de tanque con el transcurso del tiempo se dividen en varias capas con característcias propias para cada una de ellas.
La capa superior está representada por un producto petrolero acuoso con un contenido de hasta el 5% de impurezas mecánicas de dispersión fina y corresponde al tipo de emulsión “agua en aceite” . En la composición de esta capa entra el 70-80% de los aceites, 6-25% de los asfaltenos, 7-20% de resinas, 1-4% de parafinas. El contenido de agua no supera el 5-8%. Muy a menudo la parte orgánica de la capa fresca del lodo petrolero por su composición es muy semejante al producto petrolero inicial almacenado en el tanque. Esta situación es muy común en los tanques de almacenamiento de las estaciones gasolineras.
La capa media que comparativamente no es muy grande por su volumen está representada por una emulsión del tipo “aceite en el agua” . Esta capa contiene el 70-80% de agua y el 1,5-15% de impurezas mecánicas.
La capa siguiente está compuesta totalmente por agua mineralizada estancada con una densidad de 1,01-1,19 g/cm³. Y al final, la capa de fondo (lodo de fondo) habitualmente está representado por una fase sólida, que incluye hasta el 45% de masa orgánica; el 52-88% de impurezas sólidas, incluyendo óxidos ferrosos. Por cuanto el lodo de fondo constituye una masa hidratada, el contenido de agua en ella puede llegar hasta el 25%.
Los lodos petroleros de tanque constituyen la parte más tecnológica del volumen total de los lodos petroleros que puede ser “levantada” y reintegrada a la tecnología de producción petrolera.
Sin embargo, los lodos petroleros continúan siendo no una fuente de materia prima para su futuro procesamiento, sino un gran problema ecológico.
Las causas del problema son las mismas que en el punto 1.1.
Además de ello, también influye que los responsables de los desechos petroleros no desean tener riesgos financieros y de otro tipo relacionados con la extracción, y otros, y con el procesamiento de yacimientos tecnogénicos.
2. SOLUCIÓN DEL PROBLEMA DEL PROCESAMIENTO DE LOS LODOS PETROLEROS.
Hemos diseñado, elaborado y certificado en V&V RENDING S.A y socios los complejos estacionarios y móviles para el levante, la limpieza de las impurezas mecánicas, eliminación y tratamiento del agua y eliminación de sales de los lodos de fondo (de fosa) tanto frescos como de almacenamiento prolongado, para la obtención a partir de los mismos de mercancías comercializables y para el procesamiento posterior hastabitúmenes para la construcción y combustible marítimo con la consecuente regeneración de los suelos.
A continuación expondremos sobre los complejos móviles de procesamiento de lodos petroleros, porque los complejos estacionarios diseñados en base a nuestra tecnología son dignos de un tópico aparte.
Estos complejos móviles permiten realizar todas las operaciones tecnológicas con un pequeño gasto energético y en lugares apartados de almacenamiento de los lodos, apartados de las zonas industriales y de zonas urbanas, que por lo tanto no poseen una infraestructura productiva.
La movilidad de los complejos permite realizar todo el ciclo de las operaciones directamente “sobre ruedas” sin la construcción de obras temporales y de otros tipos.
Estos complejos no tienen análogos en el mundo.
Las exigencias de protección de patentes han sido ejecutadas por la patente de la Federación Rusa № 2203482 del 01.11.2001.
Tabla de comparación del complejo con un análogo estacionario (refinería).
№ Indicador Refinería Complejo
1. Autonomía (generador diesel) – Sí
2. Movilidad (Transportable) – Sí
3. Expulsiones a la atmósfera Sí No
4. Consumo de energía por m³, kWt 50-100 5-11
2.1. instalaciÓn de limpieza de lodos petroleros.
LA INSTALACIÓN DE LIMPIEZA DE LODOS PETROLEROS es una instalación para el levante, eliminación del agua, y de las sales de los lodos de fondo (de fosa) y para el procesamiento posterior en refinerías o en la INSTALACIÓN DE PROCESAMIENTO DE LODOS PETROLEROS.
La instalación constructivamente está ejecutada en un módulo único, lo que disminuye el tiempo de puesta en marcha antes del comienzo de los trabajos y en posición de transportación a la terminación de los mismos. La gran ventaja de la instalación es su movilidad. El alto grado de limpieza permite enviar los lodos procesados a una refinería para su posterior procesamiento.
LA INSTALACIÓN DE LIMPIEZA DE LODOS PETROLEROS está compuesta de un contenedor (20’) dividido en dos compartimientos por medio de paredes divisorias internas y se compone de:
· Tanque para el lodo procesado;
· Compartimiento de máquinas.
En el compartimiento de máquinas se encuentran los siguientes equipos:
· Vibrodeshidratador de vacío;
· Deshidratador eléctrico;
· Bloque flotador;
· Inductor magnético Decarbon®;
· Bloque catiónico de tratamiento de agua;
· Bombas eyectoras;
· Bombas de vacío;
· Generador diesel;
· Juego de implementos de ingeniería de la instalación.
El esquema de trabajo del complejo para el levante y limpieza de los lodos petroleros de fondo (de fosa) consiste en un esquema de tres escalones de desemulsificación continua (separación) de los lodos del agua con las impurezas mecánicas.
La bomba sumergible de cuello 1 produce el levante y el bombeo del lodo hacia el intercambiador de calor 10. En el intercambiador se produce el calentamiento de la emulsión hasta Т³40оС. Al paso por el Decarbon® 4 ocurre la coagulación preliminar de las cápsulas de agua, que sedimentan en el vibrodeshidratador de vacío 5. En la segunda etapa la emulsión se bombea al dispersador eyector 12, donde ocurre la mezcla con el agua de alimentación catódica tratada en el equipo 13. Luego en la tercera etapa, la emulsión obtenida se mezcla en el deshidratador eléctrico de Biefield-Brown 7, donde y ocurre la sedimentación final de las aguas. Por medio de las bombas 8 y 9 se bombea el agua y/o el petróleo correspodiente para la utilización posterior con fines tecnológicos. La limpieza fina del agua del petróleo ocurre en el flotador 14.
La señal de mando, recibida de los sensores de flujo de agua 11, permite controlar el equipamiento tecnológico en régimen de tiempo real semiautomático.
Adicionalmente se puede instalar un filtro hidrofóbico para llevar el contenido de agua en el derivado petrolero hasta 0,1 % y menos.
Esquema tecnológico de la INSTALACIÓN DE LIMPIEZA DE LODOS PETROLEROS
2.2. INSTALACIÓN DE PROCESAMIENTO DE LODOS PETROLEROS
LA INSTALACIÓN DE PROCESAMIENTO DE LODOS PETROLEROS es una instalación para la producción de combustible marítimo de baja viscosidad IFO-180, IFO-380 a partir de lodos petroleros de fondo (de fosa), procesados y preparados por LA INSTALACIÓN DE LIMPIEZA DE LODOS PETROLEROS.
El combustible marítimo de baja viscosidad es un combustible de destilación media, destinado para la utilización en motores diesel de barcos de alta y media velocidad de rotación en lugar de combustibles de turbinas de gas y de motor.
Los componentes del combustible marítimo son los destilados deshidratados y no deshidratados atmosféricos y de vacío, los productos de procedencia secundaria son los gas oils ligeros del craqueo catalítico y térmico, de la carbonización.
Los principales indicadores de calidad de los combustibles marítimos son:
· La viscosidad que garantiza la atomización normal del combustible en los atomizadores;
· El contenido de azufre que constituye el componente más agresivo del combustible;
· La carbonización, que caracteriza la posibilidad de carburización de las piezas del sistema de combustible;
· El contenido de cenizas, que determina la aparición de sedimentaciones en el sistema de alimentación de combustible;
· El índice cetánico que caracteriza los índices de economía y de potencia del motor.
El esquema de obtención de combustible marítimo a partir de lodos petroleros está conformado por novedosos logros tecnológicos, los cuales no tienen análogos en la práctica internacional.
En la etapa inicial los lodos se limpian de las impurezas mecánicas y del agua en LA INSTALACIÓN DE LIMPIEZA DE LODOS PETROLEROS. En caso de necesidad durante la limpieza se realiza desalinización de la materia prima inicial. El derivado listo se bombea hacia el depósito de derivados 2 de LA INSTALACIÓN DE PROCESAMIENTO DE LODOS PETROLEROS.
Esquema composicional de LA INSTALACIÓN DE PROCESAMIENTO DE LODOS PETROLEROS.
En el tanque 2 ocurre el calentamiento preliminar del derivado petrolero hasta una temperatura de 60-80оС a cuenta del calor secundario del enfriamiento del residual y del gas durante el proceso de obtención de vacío del reactor vibrante de torbellino 4. Luego el derivado es bombeado por medio de las bombas 35 y 33 a través del horno de calentamiento del derivado (en el esquema no está reflejado) y se bombea al reactor vibrante de torbellino 4, constituido de dos escalones continuos. La bomba 9 bombea el derivado bajo una presión de 1,0 MPa al reactor vibrante de torbellino 4 a través del dispersador hidrodinámico (no está reflejado en el esquema). El dispersador hidrodinámico constituye un equipo de tecnología de ultrasonido de procesamiento industrial preferentemente de líquidos hidrocarburantes. El método de exitación de resonancia del líquido pasante incluye la transmisión al mismo de la energía de oscilaciones mecánicas con la ayuda de su formador (creador) que es un resonador volumétrico hueco, que se encuentra situado entre dos válvulas de diferente diámetro para la exitación de resonancia de las moléculas del derivado petrolero en dos frecuencias acústicas diferentes.
Al pasar por el dispersador hidrodinámico ocurre la disminución de la viscosidad del derivado petrolero inicial, la disminución de la temperatura de flash, lo que a fin de cuentas, conlleva al aumento de la salida de productos claros durante la destilación al vacío. En el reactor vibrante de torbellino 4 ocurre la destilación al vacío del derivado calentado preliminarmente hasta 150-180оС en el horno de calentamiento del derivado petrolero (en el esquema no está reflejado). El tipo de movimiento intensivo de vibración-oscilación del derivado en el reactor vibrante de torbellino conduce a que el proceso de destilación al vacío a gas oil de vacío y residual se realice a menor temperatura y en un período de tiempo menor que en los procesos tecnológicos estándar.
El gas oil de vacío se extrae por medio del eyector 10, se enfría en el intercambiador por aire de petróleo 7 con la ayuda del ventilador 6. El gas oil licuado se bombea hacia el tanque de gas oil 3, donde se enfría hasta una temperatura de 60-70оС. Los gases acompañantes del depósito 3se bombean hacia el horno de calentamiento del derivado petrolero para el quemado y calentamiento de la materia prima inicial.
El residual se bombea mediante la bomba 13, se enfría en el depósito de materia prima de petróleo 2 y se envía al eyector 12. En el eyector ocurre la mezcla uniforme del gas oil de vacío y del residual y el componente básico del combustible marítimo se bombea al depósito del derivado petrolero 1. El bombeo del producto final se produce mediante la bomba 14. La dosificación y el suministro del aditivo depresante se realiza a través de la cámara de vacío del eyector 12.
En base a estudios realizados han sido elaboradas las tecnologías y las composiciones orientativas del combustible marítimo de baja viscosidad, obtenidos a partir del procesamiento de los lodos petroleros de fondo (de fosa). Para la obtención de combustible con un contenido de azufre menor a 1,5 % (por la mаsa) cuando el material incial posee alto contenido de azufre se hace necesaria una limpieza más profunda de las uniones sulfurosas con la utilización de catalizadores modernos.
Esquema tecnológico de LA INSTALACIÓN DE PROCESAMIENTO DE LODOS PETROLEROS.
Los consumidores potenciales de los servicios y los complejos como tal son:
· Bases de almacenamiento de derivados, terminales de transporte, de transbordo y llenado de derivados petroleros;
· Empresas extractoras de crudo con alto contenido de agua en las emulsiones acuoso-petrolíferas;
· Refinerías de petróleo crudo;
· Centrales eléctricas a base fuel oil;
· Empresas de limpiezas comunales;
· Empresas del ferrocarril;
· Subdivisiones del Ministerio de Emergencias;
· Estructuras de conservación medioambiental.