CT&F Ciencia, Tecnología & Futuro (Jan 2011)
DENSE SUSPENSIONS FORMULATIONS FOR UPGRADING PROCESSES IN HEAVY AND EXTRA HEAVY CRUDE OIL
Abstract
ABSTRACT The present work involved the formulation of solid-liquid suspensions of by-products of heavy and extra heavy crude oil process upgrades, coke and asphaltenes from Delayed coking and Deasphalting processes. This was done by controlling rheological properties and following specifications for pipeline transmission, similar to those of liquid hydrocarbons. The formulated products guarantee the possibility of moving the by products in a fluidized way, minimizing storage, handling, environmental and operational costs in transportation, and providing an attractive alternative as non conventional fuel. Regarding the formulation of suspensions, it was necessary to establish the effect of formation components such as: surfactants, stabilizers, as well as the type, amount of solids and particle size ratio on the flow properties of the resulting product. The parameters analyzed for rheological properties of pipeline transport were viscosity, particle size distribution, static and dynamic stability. Laboratory tests were performed in high precision rheometers -TA Instruments RX1500 and Haake RS600- and Mastersizer 2000 particle size analyzer. At pilot scale, we used a closed loop to verify flow parameters, including normal and critical transport scenarios: Sudden shutdowns and extended ones of up to 72 hours, with subsequent pumping re-starts. Tests performed at the lab and the pilot plant showed better rheological properties in the formulations with bimodal particle size distribution. This allowed higher loads of solid, up to 52%, and an improved mobility, reflected as lower viscosity. A non-Newtonian rheological behavior became evident, characterized by yield stress to ensure pumpability after prolonged inactivity. The pressure drops and calculation of apparent viscosity obtained in the pilot plant were compared and verified with lab results, showing reproducibility.RESUMEN Se formularon suspensiones sólido-liquido de subproductos de procesos de mejoramiento de crudos pesados y extra-pesados, coque y asfaltenos de procesos de Delayed coking y Desasfaltado respectivamente, a partir del control de propiedades reológicas, buscando especificaciones de transporte por tubería, similares a las que cumple un hidrocarburo liquido. Los productos formulados garantizan la posibilidad de transportar de manera fluidizada los subproductos minimizando problemas de almacenamiento, manipulación, costos ambientales y operativos durante su transporte y ofrecen una alternativa energética atractiva como combustible no convencional. Para la formulación de las suspensiones fue necesario establecer el efecto de los componentes de formación tales como agentes dispersantes, estabilizantes, así como el tipo, cantidad de sólidos y relación de granulometrías, en las propiedades de flujo del producto resultante. Los pará;metros analizados para obtener las propiedades reológicas de transporte por tubería fuerón viscosidad, distribución del tamaño de partícula, estabilidad está;tica y estabilidad diná;mica. Las pruebas de laboratorio se realizaron en reómetros de alta precisión; TA Instrumentes RX1500 y Haake RS600; analizador de tamaño de partícula Mastersizer 2000. A escala piloto, se empleó un circuito cerrado donde se verificaron los pará;metros de flujo, incluyendo escenarios de transporte normales y críticos: Paradas súbitas y prolongadas de hasta 72 horas con posteriores re-inicios de bombeo. Las pruebas de laboratorio y planta piloto mostraron mejores características reológicas para las formulaciones con distribución de tamaño de partícula bimodal; permitiendo mayor carga de sólido, hasta 52% y alta movilidad, reflejada como menor viscosidad. Se presentó comportamiento reológico no newtoniano con esfuerzos de cedencia que aseguran bombeabilidad tras una parada prolongada. Las caídas de presión y el cá;lculo de viscosidad aparente obtenidos en planta piloto se compararon y verificaron con los resultados obtenidos en laboratorio, mostrando reproducibilidad. Con base en los resultados, las técnicas má;s promisorias para ser aplicadas son la utilización de membranas líquidas -Membranas Liquidas Fluidas (BFLM- según términos de inglés)- en módulos de fibras huecas para separar etileno/etano, y la absorción en solución de AgNO3 para separar propileno/propano. Adicionalmente, la implementación de procesos híbridos combinando las tecnologías convencionales y de afinidad química, provee un mayor ahorro en los costos de producción cuando se aplican en la modificación de unidades existentes, bien sea para disminuir la energía requerida o aumentar la capacidad de procesamiento.RESUMO Foram formuladas suspensões sólido-líquido de subprodutos de processos de melhoramento de crus pesados e extra pesados, coque e asfaltenos de processos de Delayed coking e Desasfaltado respectivamente, a partir do controle de propriedades reológicas, buscando especificações de transporte por tubulação, similares às que cumpre um hidrocarboneto líquido. Os produtos formulados garantem a possibilidade de transportar de maneira fluidizada os subprodutos minimizando problemas de armazenamento, manipulação, custos ambientais e operativos durante seu transporte e oferecem uma alternativa energética atrativa como combustível não convencional. Para a formulação das suspensões foi necessá;rio estabelecer o efeito dos componentes de formação tais como agentes dispersantes, estabilizantes, assim como o tipo, quantidade de sólidos e relação de granulometrias, nas propriedades de fluxo do produto resultante. Os parâmetros analisados para obter as propriedades reológicas de transporte por tubulação foram viscosidade, distribuição do tamanho de partícula, estabilidade está;tica e estabilidade dinâmica. As provas de laboratório foram realizadas em reômetros de alta precisão; TA Instrumentes RX1500 e Haake RS600; analisador de tamanho de partícula Mastersizer 2000. À escala piloto, foi empregado um circuito fechado onde foram verificados os parâmetros de fluxo, incluindo cená;rios de transporte normais e críticos: paradas súbitas e prolongadas de até 72 horas com posteriores re-inícios de bombeio. As provas de laboratório e fá;brica piloto mostraram melhores características reológicas para as formulações com distribuição de tamanho de partícula bimodal, permitindo maior carga de sólido, até 52% e alta mobilidade, refletida como menor viscosidade. Apresentou comportamento reológico não newtoniano com esforços de cedência que garantem bombeabilidade depois de uma parada prolongada. As quedas de pressão e o cá;lculo de viscosidade aparente obtidos em fá;brica piloto foram comparados e verificados com os resultados obtidos em laboratório, mostrando reproducibilidade. Com base nos resultados, as técnicas mais promissoras para serem aplicadas são a utilização de membranas líquidas - Membranas Líquidas Fluidas (BFLM - de acordo com a terminologia do inglês) - em módulos de fibras ocas para separar etileno/etano, e a absorção em solução de AgNO3 para separar propileno/ propano. Adicionalmente, a implantação de processos híbridos combinando as tecnologias convencionais e de afinidade química, fornece uma maior economia nos custos de produção quando são aplicados na modificação de unidades existentes, seja para diminuir a energia necessá;ria ou para aumentar a capacidade de processamento.
