Investigación sobre la aplicación de la tecnología de membranas líquidas fibrosas en el área del pretratamiento de petróleo crudo

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Resumen: Este artículo presenta los principios de separación por transferencia de masa en el pretratamiento de crudo mediante membranas líquidas fibrosas, y realiza pruebas industriales así como estudios sobre la adaptabilidad del crudo. Los resultados indican que, después del pretratamiento con una membrana líquida fibrosa de tres niveles, el contenido de sales es inferior a 3,0 mg de NaCl/L; el contenido de agua es inferior al 0,2%; los contenidos de calcio y hierro son inferiores a 10,0 μg/g; y el contenido de aceite en el agua es inferior a 150 mg/L. Todos estos valores cumplen con los requisitos para la producción industrial, lo cual lo hace superior al proceso de desalinización eléctrica. 1. Introducción: La tecnología de separación por membranas líquidas (Liquid membrane permeation, LMP) es un método de separación que utiliza las diferencias en la capacidad de permeación de los diferentes componentes de una mezcla para lograr su separación, purificación o concentración. Se trata de un nuevo método de separación que imita la función de transferencia de masa de las membranas biológicas, y que resuelve problemas relacionados con los factores de separación y la selectividad. Fue propuesto en 1968 por el doctor Li Nianzhi, de origen chino y estadounidense, que trabajaba para la compañía estadounidense Exxon. La tecnología de separación por membranas líquidas presenta ventajas en comparación con la tecnología de separación por membranas sólidas: es más eficiente, rápida y selectiva, además de ser más económica en términos energéticos. En comparación con la extracción líquido-líquido, permite que la extracción y la reextracción se realicen al mismo tiempo; además, ofrece un alto factor de separación y concentración, requiere menos cantidad de agente extractor y reduce la pérdida de solventes. Entre ellas, la tecnología de separación por membrana líquida de fibras ha experimentado un rápido desarrollo en el campo de la refinación de petróleo en nuestro país en los últimos años. 2. El principio de separación por transferencia de masa en el pretratamiento del crudo mediante membranas líquidas de fibras se basa en el uso de una gran cantidad de fibras hidrofílicas especiales como soporte. Gracias a las diferencias en la tensión superficial entre las fases oleosa y acuosa, se forma una capa muy delgada de líquido sobre la superficie de las fibras. Durante el flujo del crudo a lo largo de las fibras, dentro de esta capa líquida acuosa, se crea una superficie de transferencia de masa muy eficiente, y la distancia de transferencia es corta. Esto evita los problemas que surgen debido a la mezcla dispersa de las dos fases. En el crudo, las sustancias salinas, debido a la diferencia de concentración, se desplazan hacia la película líquida del fase acuosa. Las sustancias inorgánicas solubles en agua pasan directamente a formar parte de esa película líquida, mientras que las sustancias orgánicas solubles en aceite primero reaccionan con los agentes desalinizantes presentes en la superficie de la película líquida, convirtiéndose así en sustancias inorgánicas solubles en agua. De este modo, se logra el proceso de desalinización del crudo. En comparación con el proceso tradicional de desalación de crudo por electrólisis, el proceso de desalación de crudo mediante membranas líquidas fibrosas presenta las siguientes características técnicas: su proceso es simple, no se necesita un campo eléctrico adicional ni agentes demulsificantes ； Alta eficiencia en la transferencia de masa; buenos resultados en la deshidratación, desalinización y eliminación de calcio y hierro ； Hay poca mezcla de las dos fases; el contenido de agua y aceite en el crudo después del proceso de separación, así como el valor de COD, son bajos ； Velocidad de flujo alta, gran capacidad de procesamiento ； Bajos costos de operación, alta viabilidad técnico-económica ； Proceso ecológico, alta seguridad intrínseca. Figura 1: Flujo principal de los principios de pretratamiento del petróleo crudo mediante membranas líquido-fibrilares. 3. Pruebas industriales: La filial de Sinopec en Changling instaló un sistema de prueba industrial para el desalinización del petróleo crudo mediante membranas de tres etapas, con una capacidad de 8×10³ kt/a. Este sistema fue puesto en funcionamiento con éxito en mayo de 2014 y, hasta la fecha, sigue funcionando sin problemas. Los materiales de partida para este dispositivo provienen del crudo transportado por los tuberías de Yichang. Las propiedades de dicho crudo se detallan en la Tabla 1. **Tabla 1: Propiedades del crudo transportado por los tuberías de Yichang**
| Parámetro | Valor |
|-----------|-------|
| Densidad (kg/m³) | 963.8 |
| Azufre (m%) | 0.9271 |
| Viscosidad a 100°C (mm²/s) | 56.3 |
| Nitrógeno (m%) | 0.5558 |
| Resina (m%) | 21.3 |
| Níquel (μg/g) | 35.5 |
| Asfalto (m%) | 11.5 |
| Vanadio (μg/g) | 245.0 |

3.1. El efecto de desalinización se muestra en la Figura 2. Tras un tratamiento previo con membranas fibrosas en tres etapas, el contenido de sales en el crudo es inferior a 3.0 mg de NaCl/L; el valor promedio es de solo 1.5 mg de NaCl/L, lo cual cumple con los requisitos de la producción industrial. Figura 2: Contenido de sales en el crudo después del pretratamiento con membrana líquida de fibra de tres niveles, en los ensayos industriales: 3,2%. El efecto de deshidratación se muestra en la Figura 3. En los dispositivos de ensayo industrial, el contenido de agua en el crudo, después del pretratamiento con membrana líquida de fibra de tres niveles, es inferior al 0,2%, lo cual cumple con los requisitos de la producción industrial. Figura 3: Contenido de agua en el crudo después del pretratamiento con membrana líquida de fibra de tres niveles. El valor es de 3,3. El efecto de desmetalización se muestra en la Figura 4. En el dispositivo de prueba industrial se utilizó el agente desmetalizante especial KJ-FMT1. Después del pretratamiento con membrana líquida de fibra de tres niveles, los contenidos de calcio y hierro se mantuvieron por debajo de 10,0 μg/g. La tasa de eliminación del calcio fue superior al 80%, mientras que la tasa de eliminación del hierro fue superior al 70%. Estos valores satisfacen ampliamente los requisitos de la producción industrial. Figura 4: Contenido de calcio y hierro en el crudo sometido a pretratamiento con membrana líquida de fibra de tres niveles, según se muestra en la figura 3.4. El contenido de aceite separado del agua, según se indica en la Figura 5, es inferior a 150 mg/L después del pretratamiento con membrana líquida de fibra de tres niveles; esto cumple con los requisitos de la producción industrial. Figura 5: Contenido de agua y aceite en el crudo después del pretratamiento con membrana líquida de fibra de tres niveles. Los datos obtenidos de las instalaciones industriales indican que, tras el pretratamiento con membrana líquida de fibra de tres niveles, los parámetros del crudo cumplen con los requisitos necesarios para su uso en la producción industrial. En comparación con el proceso de desalinización eléctrica, se elimina la inyección de demulsificantes y el campo eléctrico externo, lo que reduce significativamente los costos operativos ； El contenido de aceites en el agua y el valor de COD son significativamente más bajos que en el proceso de desalinización eléctrica, lo que se traduce en beneficios ambientales notables. 4. Se realizó un estudio de adaptabilidad de la tecnología de pretratamiento de crudo mediante membranas líquidas fibrosas, dirigido a los tipos de crudos pesados y de baja calidad que se procesan en las refinerías nacionales. Como se muestra en la Figura 6, después del pretratamiento con una membrana líquida de fibra de tres niveles, el contenido de agua en el aceite de Mari es del 0,03% ； Contenido de sal: 6,20 mg de NaCl/L; tasa de desalinización: 97,05% ； El contenido de aceite en el agua es de 118,50 mg/L. Figura 6: Efecto del pretratamiento con membranas líquidas de fibra de Ma Rui. Como se muestra en la Figura 7, después del pretratamiento con tres niveles de membranas líquidas de fibra, el contenido de agua en el crudo de Tahe se mantiene estable en el 0,2% ； El contenido promedio de sal es de 7,9 mg de NaCl/L; la tasa de desalinización supera el 98% ； El contenido de aceite en el agua fue de 6,8 mg/L como mínimo, y de 93,8 mg/L como máximo; el valor promedio fue de 36,9 mg/L. Todos los indicadores son superiores a los de las instalaciones industriales de desalinización del mismo período. Figura 7: Efectos del pretratamiento con membranas líquidas de fibras para el crudo del río Ta. Los resultados de los experimentos indican que la tecnología de membranas líquidas de fibras presenta ventajas significativas en el área del pretratamiento de crudo: una gran adaptabilidad al crudo, un buen rendimiento en la desalinización y deshidratación, además de un bajo contenido de agua y aceite en el producto final. 5. Conclusión: A medida que el crudo se vuelve cada vez más pesado y de peor calidad, las refinerías nacionales enfrentan cada vez más problemas al utilizar la tecnología de desalación eléctrica del crudo. La tecnología de membranas líquidas fibrosas, como técnica innovadora y eficiente para la transferencia de masa, ha demostrado en estudios aplicados en el área del pretratamiento del petróleo crudo que permite reducir significativamente el consumo energético durante este proceso. Además, ayuda a disminuir la cantidad de materiales que se mezclan con el petróleo. Ofrece ventajas como la reducción de inversiones, la disminución del espacio necesario y la economía en costos operativos. Por otro lado, el petróleo crudo se adapta bien a esta tecnología, lo que le da buenas perspectivas de aplicación. Selección de artículos presentados en la Conferencia Nacional de 2016 sobre tecnologías avanzadas en la industria petroquímica, por Hunan Changling Petrochemical Technology Development Co., Ltd