Sistema coalescente para remover el agua libre del diésel y elimina los incidentes de un produto fuera de especificación

Desafíos

Una gran compañía petrolera de Canadá opera 138.000 barriles por día cerca de Edmonton, Alberta. La refinería produce ULSD (diésel de azufre ultrabajo) liviano y pesado por arrastre de vapor. Los caudales son de 21,875 barriles por día y 36,590 barriles por día, respectivamente. El proceso del hidrotratador consiste en una tecnología llamada "Unionfining" con licencia de la UOP. Usa el arrastre de vapor para fraccionar el producto del hidrotratador.

La sepración del vapor es una opción más económica para el fraccionamiento (respecto de los rehervidores). Sin embargo, genera una emulsión estable, debido a la formación de gotas extremadamente finas cuando el vapor se condensa en el destilado. La emulsión estable resultante es difícil de romper con equipos de separación convencionales y tecnologías de coalescencia líquido/líquido tradicionales.

La industria de refinería, los licenciatarios de procesos y las compañías de ingeniería y servicios no cuentan con un buen entendimiento de las separaciones de emulsiones estables.

La compañía de ingeniería compró un equipo coalescente líquido/líquido horizontal con cama de mallas a un importante fabricante de separadores de líquido/gas para el proyecto de ULSD (diésel de ultra bajo azufre). Este coalescente no podía romper la emulsión, lo que llevó a que el secador de sal tuviera una vida útil muy corta. Las muestras de entrada y salida alrededor del coalescente con cama de mallas parecían iguales.

La unidad de ULSD de la refinería se enfrentaba a un paro total, ya que se estaba agotando su capacidad de almacenamiento para el destilado contaminado que requería reprocesamiento. (Se necesitaban varios días de sedimentación sin disturbios para reducir las concentraciones de agua libre de 600 ppm para alcanzar entre 250 y 300 ppm, indicando que se había producido una emulsión muy estable).

Como solución a corto plazo para mantenerse en operación, el lecho de sal se reemplazó con medios de tamiz molecular que tienen capacidades de adsorción de agua más altas que la sal. La refinería no tenía instalaciones para regenerar el medio del tamiz molecular, de modo que se reemplazaba completamente cuando se agotaba. Esta era una medida provisional muy costosa.

Después de los fracasos para subsanar los coalescentes con cama de mallas en el verano de 2006, se invitó a Pall Corporation para demostrar la tecnología de su sistema coalescente AquaSep^® en las instalaciones del cliente.

Se realizaron pruebas en sitio para establecer los parámetros del dimensionamiento y la eficiencia de separación de agua libre. La concentración de agua total de entrada en la unidad de prueba en ambos flujos era de alrededor de 600 ppmv, a temperaturas de funcionamiento de 30 °C a 33 °C (de 86 °F a 91 °F). Aguas abajo de la unidad de prueba piloto, la concentración de agua libre en el diésel ligero oscilaba entre 5 y 12 ppmv. En el destilado pesado, el intervalo era de 3.5 a 10.5 ppmv de agua libre medido con el método Aqua-Glo1 de Gammon. La compañía petrolera canadiense necesitaba producir diésel según las especificaciones y necesitaba ayuda de inmediato.

Solución

Pall, un líder en la industria con tecnologías de filtración y separación de sustancias químicas y polímeros, se mostró más que preparada para aceptar el desafío. Los técnicos de Pall evaluaron los desafíos de la refinería y decidieron que el coalescedor AquaSep® era la mejor opción para la tarea. El coalescedor diésel AquaSep de Pall separaría el agua de un flujo de hidrocarburos de forma eficiente sin desarmar el coalescedor. Además, el costo general de la separación de líquido es bajo… en especial en comparación con otros métodos menos eficientes.

Después de la exitosa prueba en sitio y la presentación de una propuesta, la refinería no demoró en hacer un pedido de pre-filtros verticales y coalescentes líquido/líquido AquaSep para ambos flujos. El pedido se hizo en agosto de 2006, con una entrega acelerada de equipos para el mes de 31 de octubre, antes de que llegara el clima frío. (Durante los meses de invierno, el destilado pesado se isodesparafina para disminuir el punto de enturbiamiento. La unidad de isodesparafinación requiere un flujo de materias primas secas). Se entregaron los siguientes equipos Pall:

Diésel ligero:

Pre-filtro: Recipiente 7HFH62408F3-280-CS con cartuchos filtrantes de alto desempeño Ultipleat HFU660GF020H de Pall

Coalescente: Recipiente 37AQH3608F3-280-CS con elementos coalescentes/separador LCS4B1AH y LSS2F2H

Diésel pesado:

Pre-filtro: Recipiente 12HFH63008F3-280-CS dúplex con cartuchos filtrantes de alto desempeño Ultipleat HFU660GF020H de Pall

Coalescedor: Recipiente 59AQH4808F3-280-CS con elementos coalescentes/separador LCS4B1AH y LSS2F2H

Los filtros coalescedores diésel y el prefiltro de destilado pesado entraron en servicio el 20 de diciembre de 2006. Los niveles de agua libre total en la salida de la planta fueron de 140 ppm (según el método de valoración de Karl Fischer) y el efluente fue “claro y brillante” (dentro de los objetivos requeridos). El colector del coalescente se drenaba cada 30 minutos. La refinería realizaba una separación de vapor de manera más agresiva que lo anticipado. La separación extrema maximizaba la producción de destilado ligero debido a las demandas del mercado.

Esto aumentó la viscosidad más allá de las especificaciones de diseño de 6.1 cps a 8.5 cps en el destilado pesado. El coalescente siguió teniendo un desempeño conforme al diseño incluso con la viscosidad más alta.

Resultados

La refinería está muy complacida con el rendimiento de la instalación del coalescedor de filtro de combustible diésel. Indicaron que “el coalescedor Pall ha funcionado tal como se prometió”. Se consideraba que la incapacidad de producir diésel según las especificaciones era el problema más importante al que se enfrentaba esta compañía de petróleo en ese momento.

En adelante, la refinería pretende operar con los tamices moleculares en línea para remover el agua disuelta de la unidad ULSD. Los tamices moleculares se regenerarán con destilado pesado caliente directamente desde el fraccionador. Luego, el destilado húmedo se volverá a reciclar al sistema coalescente AquaSep para separar el agua libre. Se prevé que la vida útil más extensa del coalescente y la eficiencia superior de separación del líquido ayuden a minimizar el tiempo de inactividad y ayuden a la refinería a generar ahorros por muchos años.