ES2380720T3

ES2380720T3 - Procedimiento y sistema para evaluar el rendimiento de aceites crudos

Info

Publication number: ES2380720T3
Application number: ES07864509T
Authority: ES
Inventors: Vijaysai Prasad; Yatin Tayalia; Sunil Shirish Shah; Colin W. Cross
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2012-05-17
Anticipated expiration: 2027-11-16
Also published as: TWI440998B; CA2670958C; US7813894B2; MY148188A; EP2102727A2; WO2008076570A3; US20080147365A1; CA2670958A1; CN101558364A; TW200844699A; WO2008076570A2; CN101558364B; PL2102727T3; EP2102727B1; ATE546769T1

Abstract

Un sistema para evaluar el riesgo de procesar crudos o mezclas de crudos de calidad inferior en operaciones de refinería, incluyendo dicho riesgo la propensión al ensuciamiento de los crudos o mezclas de rudos , comprendiendo dicho sistema: Una base de datos que almacena datos relativos a al menos un crudo o mezcla de crudos; y Un motor predictivo que comprende un modelo de propensión al ensuciamiento para ejecutar al menos una predicción de la propensión al ensuciamiento de un intercambiador de calor en una red de intercambio de calor, caracterizado porque el motor predictivo toma una información de crudo de entrada, al menos una de temperatura de superficie o de piel y la velocidad del crudo a través del intercambiador de calor, y al menos una de las características de transferencia de masa, naturaleza reactiva de las especies ensuciadoras en el crudo y temperatura de superficie en masa.

Description

Procedimiento y sistema para evaluar el rendimiento de aceites crudos

Campo de la invenciÃ³n

La presente invenciÃ³n se refiere al procesamiento de aceites crudos, y mÃ¡s particularmente a un procedimiento y a un sistema para predecir el rendimiento de aceites crudos y mezclas de aceites crudos. EspecÃficamente, el presente procedimiento proporciona un medio para permitir que las refinerÃas de petrÃ³leo procesen mezclas de aceites crudos que incluyen aceites menos Ã³ptimos, mientras se reducen los riesgos implicados debido al ensuciamiento del equipo operativo, particularmente redes de intercambio de calor, operando de este modo la refinerÃa de petrÃ³leo de maneras mÃ¡s econÃ³micas y ecolÃ³gicamente beneficiosas.

Antecedentes de la invenciÃ³n

Las refinerÃas de petrÃ³leo se encuentran bajo una intensa presiÃ³n para procesar crudos de menor calidad en razÃ³n del precio o de la disponibilidad, o ambos. Por desgracia, en muchos casos, las refinerÃas de petrÃ³leo no poseen suficiente informaciÃ³n y conocimiento acerca de algunos crudos o mezclas de crudos y acerca de la manera de comportarse en un entorno operativo para hacer viable el procesamiento de estos crudos. Las refinerÃas individuales solo tienen acceso a la informaciÃ³n y el conocimiento de los crudos que han ensayado y usado de manera efectiva,

En un esfuerzo de solucionar el problema de no poseer informaciÃ³n acerca de algunos crudos y de la manera en que se comportan en un entorno operativo, algunas refinerÃas han empezado a usar simulaciones en laboratorio para desarrollar modelos predictivos de algunos rendimientos. Estos modelos, sin embargo, son limitados y no solucionan problemas especÃficos a menudo complejos que pueden originarse durante el procesamiento de estos crudos y la manera en que estos problemas se pueden paliar usando soluciones de tratamiento quÃmico apropiadas. La patente de los Estados Unidos 5.412.581 divulga y reivindica un procedimiento para predecir y evaluar las propiedades fÃsicas de hidrocarburos usando espectrometrÃa.

TambiÃ©n se han aplicado sistemas de programaciÃ³n lineales que se centran en definir el corte de crudos y el correspondiente rendimiento de crudos, pero estos sistemas no solucionan el uso de productos quÃmicos de tratamiento en el modo de selecciÃ³n de crudos, ni evalÃºan la cantidad de ensuciamiento del equipo durante el procesamiento para permitir una evaluaciÃ³n de riesgos de los crudos mÃ¡s econÃ³micos. Estos procedimientos no pueden decir a los refinadores como las mezclas de crudos afectarÃ¡n a las operaciones y al equipo. Por lo tanto, las refinerÃas carecen de la informaciÃ³n crÃtica que necesitan para acceder al riesgo y a la viabilidad econÃ³mica del uso de crudos de calidad inferior.

El ensuciamiento en el tren de precalentamiento de crudos no es un fenÃ³meno bien entendido. Muchas veces los refinadores no tienen suficiente informaciÃ³n para determinar si el uso de un nuevo crudo o mezcla de crudos estÃ¡ o no ensuciando el equipo de la refinerÃa, en particular las redes de intercambio de calor. El ensuciamiento de la red de intercambio de calor puede dar como resultado una reducciÃ³n rÃ¡pida de temperatura en la entrada del horno y conducir a importantes consecuencias econÃ³micas y medioambientales. Aunque un tratamiento quÃmico apropiado puede alargar la vida de los intercambiadores de calor, la falta de comprensiÃ³n cuantitativa del fenÃ³meno hace que la proposiciÃ³n de un tratamiento sea mÃ¡s compleja. Por lo tanto, es deseable tener la capacidad de cuantificar la propensiÃ³n de ensuciamiento de un crudo particular que se estÃ¡ procesado y su impacto sobre las condiciones operativas.

En consecuencia, existe una necesidad de medios para valorar y evaluar la selecciÃ³n de crudos, y predecir el coste y el riesgo asociado a los mismos.

MÃ¡s particularmente, existe una necesidad de determinar la dosificaciÃ³n Ã³ptima de los crudos con productos quÃmicos de tratamiento para que las mezclas de crudos que incluyen crudos mÃ¡s baratos se puedan utilizar sin efectos nocivos sobre el equipo operativo de las refinerÃas, tales como el ensuciamiento de las redes de intercambio de calor.

MÃ¡s particularmente, lo que se necesita es una metodologÃa y un sistema que permitan a las refinerÃas procesar crudos mÃ¡s baratos o de calidad inferior, o mezclas que comprenden crudos de calidad inferior, usando modelos para predecir la propensiÃ³n al ensuciamiento de dichos crudos. La metodologÃa deberÃa permitir a las refinerÃas conseguir beneficios del uso de crudos mÃ¡s baratos, costes inferiores en los potenciales productos quÃmicos de tratamiento, aumentar la producciÃ³n, prolongar el ciclo de producciÃ³n y reducir los costes operativos todo en un entorno mÃ¡s ecolÃ³gicamente beneficioso.

El documento EP0241233 divulga un procedimiento para determinar la tendencia al ensuciamiento de los hidrocarburos. Se determina una relaciÃ³n y se compara con un grÃ¡fico de relaciones.

Sumario de la invenciÃ³n

La presente invenciÃ³n proporciona un sistema para evaluar el riesgo de procesar crudos o mezclas de crudos de calidad inferior en operaciones de refinerÃa, incluyendo dicho riesgo la propensiÃ³n al ensuciamiento de los crudos o mezclas de crudos, comprendiendo dicho sistema: una base de datos que almacena datos relativos a al menos un crudo o una mezcla de crudos; y un motor predictivo que comprende un modelo de propensiÃ³n al ensuciamiento para ejecutar al menos una predicciÃ³n de la propensiÃ³n al ensuciamiento de un intercambiador de calor en una red de intercambio de calor, caracterizado porque el motor predictivo toma como informaciÃ³n de crudo de entrada al menos una de la temperatura de superficie o de piel y la velocidad del crudo a travÃ©s del intercambiador de calor, y al menos uno de las caracterÃsticas de transferencia de masa, naturaleza reactiva de la especie ensuciadora e el crudo y la temperatura de la superficie en masa.

La invenciÃ³n tambiÃ©n proporciona un procedimiento segÃºn la reivindicaciÃ³n 5.

Las realizaciones de la invenciÃ³n actualmente reivindicada permiten a los refinadores procesar mayores porcentajes de crudos de calidad inferior recomendando relaciones Ã³ptimas de mezclas y condiciones Ã³ptimas de proceso, en particular la temperatura de superficie y la velocidad de los crudos. Asimismo, se cuantifica cualquier reducciÃ³n futura en la limpieza porcentual de cada intercambiador de calor en la red. Una vez en posiciÃ³n de esta informaciÃ³n, los refinadores pueden determinar el tratamiento quÃmico necesario determinado cuantificando el impacto de varios productos quÃmicos, permitiendo la selecciÃ³n del mejor tratamiento posible para mitigar la degradaciÃ³n de rendimiento de la red de intercambio de calor, cuantificar la mejora en el rendimiento mediante la quÃmica apropiada y optimizar la dosificaciÃ³n de los productos quÃmicos de tratamiento en funciÃ³n del crudo que se estÃ¡ procesando.

Breve descripciÃ³n de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de bloques de una realizaciÃ³n ilustrativa de un sistema para recomendar mezclas Ã³ptimas de crudos y tratamientos quÃmicos de estas mezclas.

La figura 2 es un diagrama de bloques de una realizaciÃ³n ilustrativa de una estructura de predicciÃ³n de ensuciamiento del tren de pretratamiento de crudo.

La figura 3 es un grÃ¡fico que muestra una estimaciÃ³n de parÃ¡metros.

DescripciÃ³n detallada de la invenciÃ³n

Las formas singulares “un” “una” y “el” o “la” incluyen los referentes plurales a menos que el contexto indique claramente otra cosa.

El modificador “aproximadamente” usado junto con una cantidad es inclusive del valor establecido y tiene el significado dictado por el contexto “por ejemplo, incluye el grado de error asociado a la mediciÃ³n de la cantidad particular).

“Opcional” u “opcionalmente” significa que el evento o la circunstancia descrita a continuaciÃ³n puede o no producirse, o que el material identificador a continuaciÃ³n puede o no estar presentes, y que la descripciÃ³n incluye casos en los que el evento o la circunstancia se produce o en los cuales el material estÃ¡ presente, y casos en los que el evento o la circunstancia no se produce o el material no estÃ¡ presente.

Los crudos y las mezclas de crudo se usan de manera intercambiable y cada uno estÃ¡ destinado a incluir tanto un solo crudo como mezclas de crudos.

Se enseÃ±a un procedimiento y un sistema para evaluar crudos y mezclas de crudos, especÃficamente que caracterizan el impacto de varios constituyentes de los crudos en el ensuciamiento de los intercambiadores de calor y que recomiendan tratamientos quÃmicos Ã³ptimos para reducir al mÃnimo el ensuciamiento y de este modo reducir la proporciÃ³n de reducciÃ³n de la temperatura de entrada del horno. El sistema y el procedimiento de la invenciÃ³n se describen en el presente documento con referencia a las figuras 1 y 2. Con referencia a la figura 1, se muestra un diagrama de bloques de una realizaciÃ³n del sistema para detectar los parÃ¡metros de los crudos, predecir el rendimiento de la red de intercambio de calor y proponer el tratamiento quÃmico designado generalmente por el nÃºmero de referencia 100. El sistema 100 comprende una base de datos propietaria 106, mÃ¡s particularmente conocida como un simulador de proceso de lÃquido caliente (HLPS”) que almacena una cantidad masiva de datos., incluyendo datos experimentales, relativos a diferentes tipos de crudos 102, sus caracterizaciones, condiciones operativas y de refinerÃa en las cuales los crudos se procesaron junto con cualesquiera dificultades de procesamiento y/o parÃ¡metros de rendimiento o de riesgo, y datos de simulaciÃ³n de laboratorio. El procedimiento y el sistema usan los datos como base para al menos un modelo de rendimiento predictivo y/o al menos un modelo de evaluaciÃ³n de riesgo destinado a optimizar la composiciÃ³n de mezclas, el tratamiento quÃmico y/o las condiciones operativas 120 de la red de intercambio de calor.

La informaciÃ³n contenida en la base de datos comprende informaciÃ³n de crudos 102, que se obtuvo como se muestra en la figura 2. Se proporciona la informaciÃ³n detectada de cada crudo 202, junto con la mezcla de crudos particular 201, en cuyo punto se realiza una determinaciÃ³n en cuanto a si o no la mezcla es compatible., a continuaciÃ³n la informaciÃ³n avanza hacia la base de datos. Si la determinaciÃ³n es no, entonces se sugiere no usar el crudo 205. Esta informaciÃ³n de crudo 102 se almacena entonces en la base de datos HLPS 106. Se pueden realizar estudios a escala de laboratorio para determinar parÃ¡metros particulares para crudos individuales. Las propiedades se estiman entonces para la mezcla que tiene diferentes crudos en cantidades conocidas. Los parÃ¡metros sÃ extraÃdos se corrigen entonces para las condiciones operativas especÃficas de la refinerÃa y se usan en el motor predictivo de proporciÃ³n de ensuciamiento 108 en una etapa posterior.

Una etapa en la metodologÃa comprende los medios para identificar y detectar parÃ¡metros del modelo de propensiÃ³n al ensuciamiento 110. Esta etapa busca principalmente detectar la propensiÃ³n al ensuciamiento de muestras de crudos individuales, que a continuaciÃ³n se usarÃ¡n para predecir la tendencia al ensuciamiento 112 de las mezclas de crudos que incorporan dicho crudo particular. Dos condiciones operativas que impactan la proporciÃ³n de ensuciamiento son la temperatura de superficie o piel y la velocidad del crudo a travÃ©s de los intercambiadores de calor. ParÃ¡metros adicionales que se pueden considerar Ã³ptimamente en esta etapa son las caracterÃsticas de la transferencia de masa, la naturaleza reactiva de las especies ensuciadoras en el crudo, y la temperatura de superficie en masa.

Los datos sobre los crudos se pueden usar tambiÃ©n para definir y recomendar relaciones de mezclas compatibles, asÃ como mezclas Ã³ptimas dependientes de las condiciones operativas de una refinerÃa particular.

AdemÃ¡s incluido en el sistema 100 se encuentra el motor predictivo 108 usado para predecir el rendimiento de la red de intercambiadores de calor. La figura 2 muestra un diagrama de bloques que representa una realizaciÃ³n del sistema global 200 para la estructura de predicciÃ³n de ensuciamiento del tren de precalentamiento del crudo. Como se ha mencionado anteriormente, la informaciÃ³n de crudo 102 correspondiente a un crudo o mezcla de crudo particular se introduce para determinar su compatibilidad. Si se encuentra compatibilidad, entonces la informaciÃ³n de crudo 102 avanza hacia la base de datos HLPS 106. La informaciÃ³n se usarÃ¡ entonces para predecir el rendimiento de intercambiadores individuales sometiendo los datos al modelo de propensiÃ³n al ensuciamiento 110, que evaluarÃ¡ la propensiÃ³n al ensuciamiento de cada intercambiador en la red 112 y se calificarÃ¡n los intercambiadores. Se indicarÃ¡n como a) intercambiadores que tendrÃ¡n ensuciamiento acelerado; b) intercambiadores que podrÃan estar marginalmente en riesgo de ensuciamiento acelerado; y c) intercambiadores que no se verÃ¡n afectado de manera significativa.

El motor predictivo 108 podrÃ¡ entonces usar la informaciÃ³n compilada para determinar la futura tendencia de ensuciamiento para cada uno de los intercambiador y a continuaciÃ³n para toda la red de intercambio de calor. Los parÃ¡metros clave usados en el modelo son el coeficiente de difusiÃ³n, la concentraciÃ³n ensuciadora, la constante de proporciÃ³n de reacciÃ³n y la energÃa de activaciÃ³n. Esta informaciÃ³n se compila y proporciona, junto con datos adicionales, como las condiciones de la refinerÃa 101. De este modo, esta estructura proporciona la predicciÃ³n de temperatura de entrada de horno como una funciÃ³n del crudo o l mezcla de crudos que se estÃ¡n procesando.

Asimismo, la informaciÃ³n sobre los crudos y el motor predictivo 108 se puede usar para definir condiciones de procesamiento Ã³ptimas, a saber la temperatura de superficie y la velocidad de los crudos para de este modo reducir la proporciÃ³n de ensuciamiento de los intercambiadores de calor individuales en la red.

La tercera etapa o nivel es este procedimiento o sistema es la elecciÃ³n de las condiciones operativas y la aplicaciÃ³n de tratamiento quÃmico para optimizar el procesamiento de los crudos y reducir al mÃnimo el riesgo de ensuciamiento de los intercambiadores de calor y la red global. Teniendo en cuenta la informaciÃ³n sobre los crudos y la predicciÃ³n de ensuciamiento como se determina en las etapas o niveles anteriores, la refinerÃa puede determinar la dosificaciÃ³n Ã³ptima de tratamiento quÃmico, y los parÃ¡metros de rendimiento 120. Esto se lleva a cabo cuantificando el impacto de diferentes productos quÃmicos sobre los crudos y sobre su potencial de ensuciamiento, y permitiendo la selecciÃ³n del mejor tratamiento posible para mitigar la degradaciÃ³n de rendimiento de la red de intercambio de calor. Por lo tanto, la mejora en el rendimiento a travÃ©s de la quÃmica apropiada se cuantifica, y la dosificaciÃ³n de los productos quÃmicos se optimiza dependiendo del crudo que se estÃ¡ procesando.

Finalmente, el modelo permite que la refinerÃa cuantifique los ahorros con y sin tratamiento de los crudos. Evaluando diferentes crudos y mezclas de crudos, este problema proporciona una evaluaciÃ³n de riesgo del uso de crudos mÃ¡s baratos. La dosificaciÃ³n Ã³ptima de productos quÃmicos se puede predeterminar y por lo tanto, su coste correspondiente es conocido antes de usar los crudos, ya que es efecto nocivo o de ensuciamiento de los crudos sobre la red de intercambio de calor. Permitiendo de este modo la evaluaciÃ³n de riesgo en cuanto al ensuciamiento de la red y cualquier acortamiento correspondiente de la vida del equipo.

Ejemplo

Se llevÃ³ a cabo un experimento a escala de laboratorio para hacer circular el crudo y las mezclas de crudos a travÃ©s de un intercambiador elÃ©ctricamente calentado. Se formulÃ³ un primer principio de modelo detallado de ensuciamiento para los estudios a escala de laboratorio. Se realizÃ³ un anÃ¡lisis para ejecutar los experimentos para capturar el efecto de temperatura, composiciÃ³n e impacto de los productos quÃmicos. VÃ©ase la siguiente Tabla I. Los experimentos se ejecutaron para diferentes crudos y mezclas de crudos blancos a diferentes temperaturas de superficie. Los experimentos se repitieron entonces con una adiciÃ³n de productos quÃmicos a los mismos crudos blandos. Se extrajeron los parÃ¡metros del modelo de ensuciamiento para los ciclos de ejecuciÃ³n. Se formulÃ³ un primer principio basado en el modelo de proporciÃ³n de ensuciamiento para un intercambiador de calor ampliado que implicaba el efecto de cizalla debido a la turbulencia. Los parÃ¡metros derivados anteriormente se usaron en el modelo de proporciÃ³n de ensuciamiento para uno de los sitios beta donde los intercambiadores se clasificaron como intercambiadores de riesgo alto, riesgo medio y riesgo bajo. Los detalles se dan en la figura 1A.

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Un sistema para evaluar el riesgo de procesar crudos o mezclas de crudos de calidad inferior en operaciones de refinerÃa, incluyendo dicho riesgo la propensiÃ³n al ensuciamiento de los crudos o mezclas de rudos , comprendiendo dicho sistema:

Una base de datos que almacena datos relativos a al menos un crudo o mezcla de crudos; y

Un motor predictivo que comprende un modelo de propensiÃ³n al ensuciamiento para ejecutar al menos una predicciÃ³n de la propensiÃ³n al ensuciamiento de un intercambiador de calor en una red de intercambio de calor, caracterizado porque el motor predictivo toma una informaciÃ³n de crudo de entrada, al menos una de temperatura de superficie o de piel y la velocidad del crudo a travÃ©s del intercambiador de calor, y al menos una de las caracterÃsticas de transferencia de masa, naturaleza reactiva de las especies ensuciadoras en el crudo y temperatura de superficie en masa.
2.- El sistema segÃºn la reivindicaciÃ³n 1, en el cual el motor predictivo toma como entrada parÃ¡metros y/o condiciones de operaciÃ³n de la refinerÃa.
3.- El sistema segÃºn la reivindicaciÃ³n 1 o 2, en el cual el modelo de propensiÃ³n al ensuciamiento se puede operar para calificar cada intercambiador de calor en una red de intercambio de calor.
4.- El sistema segÃºn la reivindicaciÃ³n 1 que proporciona, ademÃ¡s, una futura tendencia al ensuciamiento para cada intercambiador de calor y la red de intercambio de calor.
5.- Un procedimiento para cuantificar ahorros disponibles en operaciones de refinerÃa usando crudos o mezclas de crudos de calidad inferior que comprende:

Almacenar datos relativos a al menos un crudo o mezcla de crudos y condiciones de operaciÃ³n de refinerÃa en una base de datos;

Predecir el rendimiento de una red de intercambio de calor usando un motor predictivo que comprende un modelo de propensiÃ³n al ensuciamiento para ejecutar al menos una predicciÃ³n de la propensiÃ³n al ensuciamiento de un intercambiador de calor en una red de intercambio de calor, utilizando el motor predictivo como informaciÃ³n de entrada a al menos un parÃ¡metro de entre las caracterÃsticas de transferencia de masa, la naturaleza reactiva de las especies ensuciadoras en el crudo, y la temperatura de superficie en masa; y

Aplicar un tratamiento quÃmico para optimizar el procesamiento de los crudos o mezclas y minimizar el riesgo de ensuciamiento de la red de intercambiadores de calor basÃ¡ndose en la al menos una predicciÃ³n de la propensiÃ³n al ensuciamiento del intercambiador de calor y los datos de la base de datos.