Causas y soluciones para la obstrucción del filtro en las tuberías de inyección de agua de hidrogenación de aceite de cera

Resumen: El aceite de cera es un producto en fase gaseosa generado por la unidad de hidrogenación. Antes de entrar en el separador frío de alta presión, se inyecta con una mezcla 1: 1 de agua desalada y agua purificada de extracción. Después de revisar y reiniciar la unidad, el filtro de la tubería aguas arriba de la bomba de inyección de agua comenzó a sufrir bloqueos periódicos aproximadamente cada 20 días, lo que requirió una limpieza de rutina. El análisis del material de bloqueo reveló que era de naturaleza orgánica. Las pruebas de dureza del agua, sólidos en suspensión y recuento de bacterias en las dos corrientes de entrada que alimentan el tanque amortiguador de inyección de agua indicaron que el crecimiento y la deposición microbianos excesivos fueron las causas primarias del bloqueo. Se seleccionaron puntos de muestreo representativos para el monitoreo en el sitio y el análisis de muestras de agua, centrándose en parámetros que se sabe que afectan el crecimiento microbiano, como temperatura, pH, demanda química de oxígeno (DQO), nitrógeno total (TN), oxígeno disuelto y recuento de bacterias. Estas investigaciones finalmente identificaron la causa subyacente del Filtro Bloqueos.

La unidad de hidrogenación de aceite de cera está diseñada para llevar a cabo una serie de reacciones catalíticas que involucran aceite de cera al vacío obtenido de las unidades de destilación atmosférica y al vacío, a lo largo de con aceite de cera de coque de la unidad de coque. El proceso implica una serie de reacciones, que incluyen saturación de olefina, saturación aromática, hydrodesulfurization, hydrodenitrogenation, hidrodesoxigenación y hydrodemetallization. La fase gaseosa separada en el separador de alta presión caliente se enfría a alrededor de 50 ° C antes de entrar en el separador de alta presión fría, donde el gas, el aceite y el agua se separan en tres fases. El agua se inyecta antes de que el producto de reacción entre en el enfriador de aire para evitar la formación de cristales de sal de amonio, que son causados por NH￫ y HS presentes en el gas de alta presión caliente y pueden bloquear el enfriador a bajas temperaturas. Esta inyección de agua ayuda a eliminar el NH☔ y el HS. En condiciones normales de funcionamiento, se utiliza una mezcla 1: 1 de agua desalada y agua purificada de extracción, con un caudal de aproximadamente 12 t / h. Un esquema del proceso de inyección de agua se muestra en la Figura 1.

Figura 1 Inyección de agua de hidrogenación de aceite de cera

Después de la revisión y reinicio de la unidad, el filtro de tubería ubicado aguas arriba de la bomba de inyección de agua en la unidad de hidrogenación de aceite de cera comenzó a experimentar bloqueos periódicos. Al desmontar y limpiar, se encontró que el filtro estaba recubierto con con una capa de material pegajoso y fangoso, como se muestra en la Figura 2. El mismo material también se observó en las paredes del tanque amortiguador de inyección de agua. Después de la limpieza, se restauró el funcionamiento normal; sin embargo, el filtro de tubería se bloqueó nuevamente aproximadamente 20 días después de que se reanudó la inyección de agua.

Para mantener el funcionamiento normal de la unidad, la inyección de agua para el proceso de hidrogenación de aceite de cera se cambió de la mezcla original 1: 1 de agua desalada y agua purificada de extracción a agua 100% desalada. Después de este cambio, el filtro de tubería de inyección de agua ya no experimentó bloqueos. Sin embargo, el uso exclusivo de agua desalada es costoso y afecta negativamente el índice de ingesta de agua de la refinería por tonelada de aceite. Por lo tanto, es urgente analizar la causa del bloqueo del filtro de tubería de inyección de agua de hidrogenación de aceite de cera para identificar una solución eficaz.

Figura 2 Bloqueo del filtro de tubería de inyección de agua

El procedimiento principal es el siguiente: secar el crisol cerámico en un horno a 120 ℃ hasta que alcance un peso constante. Enfríelo a temperatura ambiente en un desecador. Luego, agregue una masa conocida de la muestra al crisol, colóquelo en un horno y caliente gradualmente a 120 ℃, manteniendo esta temperatura durante 2 horas. Luego transfiera el crisol a un horno de mufla, caliéntelo a 550 ℃ a una velocidad de 10 ℃ / min y mantenga esta temperatura durante 5 horas. Deje que el crisol se enfríe naturalmente a aproximadamente 100 ℃ antes de retirarlo y colocarlo en un desecador para que se enfríe a temperatura ambiente. Finalmente, pese el crisol y calcule la tasa de pérdida de peso.

Temperatura, pH y oxígeno disuelto: medido con un analizador multifuncional portátil de calidad del agua HQ40d Hach

Demanda química de oxígeno (DQO): determinada por el método del dicromato de potasio

Nitrógeno total (TN): medido con digestión alcalina de persulfato de potasio seguida de espectrofotometría UV

Dureza del agua: determinada por el método de titulación EDTA

Sólidos en suspensión: medidos por el método gravimétrico

Recuento de bacterias: determinado mediante el método de recuento de placas

Para identificar la causa del bloqueo del filtro en la tubería de inyección de agua de hidrogenación de aceite de cera, se recolectaron y analizaron tanto el material de bloqueo como las muestras de agua asociadas.

Como se muestra en la Figura 2, el bloqueo del filtro consiste en un material fangoso pegajoso y grueso que se puede quitar fácilmente del filtro. En cambio, la escama de sal es dura y difícil de quitar. Por lo tanto, en función de la apariencia y las características del bloqueo, se ha descartado la escama de sal como causa. Los resultados de la prueba de quema a alta temperatura descrita en la Sección 2,1 se presentan en la Tabla 1.

Tabla 1 Resultados de la prueba de quema a alta temperatura de bloqueos

Como se muestra en la Tabla 1, los bloqueos perdieron casi todo su peso después de la quema a alta temperatura. Por lo tanto, se especula que los bloqueos del filtro consisten en materia orgánica, con sin evidencia de limo, arcilla o corrosión de tuberías. Se requiere un análisis adicional de las muestras de agua para determinar definitivamente el tipo de bloqueo.

Los bloqueos formados durante el proceso de suministro de agua se componen principalmente de escamas de sal, suciedad y limo. La escama de sal se puede identificar midiendo la dureza total de la muestra de agua. La suciedad se refiere al sedimento formado por impurezas insolubles, como sólidos en suspensión en el agua. El limo es una sustancia viscosa gelatinosa producida por microorganismos y sus metabolitos, que combina con otras impurezas como carbono, nitrógeno y varios nutrientes esenciales para el crecimiento microbiano. Por lo tanto, la demanda química de oxígeno (DQO), el nitrógeno total (TN) y el recuento bacteriano de las muestras de agua se pueden utilizar para determinar si el bloqueo es causado por limo. Por esta razón, es necesario analizar la dureza, los sólidos en suspensión, DQO, TN y otros indicadores de calidad del agua desalada y eliminar el agua purificada aguas arriba del tanque tampón de inyección de agua de hidrogenación de aceite de cera para identificar el tipo de bloqueo. Los resultados de la prueba se presentan en la Tabla 2.

Tabla 2. Resultados del análisis del agua desalada y el agua purificada de pelado

Como se muestra en la Tabla 2, las muestras de agua tienen dureza cero, lo que indica la ausencia de sales insolubles de calcio y magnesio. Por lo tanto, no se formaría precipitación y se puede descartar la escala de sal como causa del bloqueo. Además, el contenido de sólidos en suspensión es casi nulo, descartando la suciedad como causa. Además, cuando la concentración de DQO supera los 10 mg / L, es probable que se forme slime. Teniendo en cuenta la aparición del bloqueo, su descomposición completa durante la quema a alta temperatura y el elevado recuento de bacterias en el agua desalada, se concluye que el bloqueo consiste en slime resultado de un extenso crecimiento microbiano.

Después de identificar la causa del bloqueo del filtro, se deben seleccionar puntos de muestreo representativos para analizar los parámetros de calidad del agua que influyen en el crecimiento y la reproducción microbiana. Estos incluyen temperatura, pH, nutrientes (COD y TN), oxígeno disuelto y recuento de bacterias, que se utilizan para validar la inferencia anterior.

Desde la salida de la unidad de producción de agua hasta el tanque amortiguador de inyección de agua de hidrogenación de aceite de cera, tanto el agua desalada como el agua purificada de extracción se transportan a través de tuberías. Para garantizar un muestreo representativo, se seleccionaron los siguientes lugares para el muestreo y análisis de agua:

• Agua desalada y agua purificada en la salida de la unidad de producción de agua
• Punto de inyección de agua desalada aguas arriba del tanque de amortiguación
• Desmontaje del punto de inyección de agua purificada
• Punto de inyección aguas arriba del filtro, aguas abajo del tanque de amortiguación

Los resultados del análisis de la calidad del agua se presentan en la Tabla 3.

Tabla 3 Resultados del análisis de la calidad del agua en diferentes puntos de muestreo para la hidrogenación del aceite de cera

La tabla 3 muestra que los indicadores de calidad del agua desalada tanto en los puntos de producción como en los de inyección son esencialmente idénticos. Por lo tanto, solo se seleccionó el punto de inyección de agua desalada como punto de muestreo representativo para la línea de agua desalada. El despojo de agua purificada se produce mediante el despojo a alta temperatura de aguas residuales ácidas, lo que da como resultado una temperatura de producción relativamente alta. Después del transporte de la tubería, la temperatura de inyección desciende a 36,5 ° C. A medida que disminuye la temperatura, aumenta el contenido de oxígeno disuelto, ambos factores que favorecen el crecimiento microbiano. Dado que la calidad del agua purificada de despojo en el punto de inyección afecta directamente la calidad del agua después del tanque tampón, este punto de inyección se selecciona como punto de muestreo representativo para la línea de agua purificada de despojo. En resumen, se eligieron tres puntos de muestreo representativos: inyección de agua desalada, inyección de agua purificada de despozo e inyección posterior al tanque.

La inyección de agua de hidrogenación de aceite de cera se cambió de usar agua desalada al 100% a una mezcla igual de agua desalada y agua purificada de extracción. Después de 22 días de operación, el manómetro aguas abajo de la bomba de inyección de agua bajó de 0,20 MPa a 0,18 MPa. Al desmontar, se encontró que el filtro de la tubería estaba bloqueado. Durante este período, se recolectaron muestras de agua de los tres puntos de muestreo seleccionados y se analizaron para temperatura, pH, oxígeno disuelto, DQO, TN, recuento de bacterias y otros indicadores relevantes. Los resultados del análisis se presentan en las Figuras 3 a 8.

Figura 3 Variación del recuento de bacterias a lo largo del tiempo en cada punto de muestreo

① Análisis De Cambios En El Recuento De Bacterias
Como se muestra en la figura 3, después de la extracción a alta temperatura, el recuento de bacterias en la inyección de agua purificada de extracción permanece relativamente bajo. El recuento de bacterias en la inyección de agua desalada aumenta gradualmente con el tiempo. En el punto de inyección de agua después del tanque amortiguador, el recuento de bacterias aumenta rápidamente a medida que avanza el tiempo. Las bacterias crecen y se multiplican en el tanque amortiguador después de la inyección de agua mezclada, lo que lleva a un aumento en el recuento de bacterias en el punto de inyección posterior al tanque. A medida que el filtro se acerca al bloqueo, el recuento de bacterias en este punto aumenta bruscamente, probablemente debido a la reducción de la velocidad del flujo de agua cerca del bloqueo, lo que hace que se acumulen bacterias y flóculos bacterianos.

② Análisis De Cambios De Temperatura
La mayoría de los microorganismos prosperan y se reproducen de manera óptima a temperaturas entre 20 ° C y 40 ° C; el crecimiento se inhibe fuera de este rango. Como se muestra en la Figura 4, las temperaturas oscilan entre 28 y 34 ° C para la inyección de agua desalada, 32 y 41 ° C para la inyección de agua purificada y 29 y 36 ° C en el punto de inyección posterior al tanque. Estos rangos de temperatura son muy propicios para el crecimiento microbiano y proporcionan condiciones favorables para la reproducción.

Figura 4 Variación de la temperatura de la muestra de agua a lo largo del tiempo

③ Análisis De Cambios De Oxígeno Disuelto

Como se muestra en la figura 5, la concentración de oxígeno disuelto en la inyección de agua desalada oscila entre 6,5 y 7,0 mg / L. En la inyección de agua purificada de extracción, oscila entre 0,8 y 1,6 mg / L, y en el agua de inyección posterior al tanque, oscila entre 1,2 y 2,2 mg / L. La muestra de agua después del tanque contiene numerosas burbujas diminutas. Aunque el agua de inyección posterior al tanque es una mezcla igual de agua desalada y agua purificada de extracción, su concentración de oxígeno disuelto es significativamente menor que la media de las dos. Esto puede deberse a que el oxígeno disuelto escapa como pequeñas burbujas durante el proceso de mezcla, el consumo combinado con de oxígeno disuelto por crecimiento microbiano y la reproducción en el agua mezclada.

Figura 5 Variación del oxígeno disuelto a lo largo del tiempo en cada punto de muestreo

Los diferentes microorganismos tienen diferentes requisitos de oxígeno disuelto: los microorganismos aerobios generalmente requieren al menos 2 mg / L de oxígeno disuelto. Los microorganismos anaerobios facultativos requieren niveles de oxígeno disuelto entre 0,2 y 2,0 mg / L, mientras que los microorganismos anaerobios prosperan a niveles inferiores a 0,2 mg / L. Por lo tanto, la concentración de oxígeno disuelto en la inyección de agua desalada es ideal para el crecimiento microbiano aerobio, la inyección de agua purificada de extracción apoya a los microorganismos anaerobios y el agua de inyección posterior al tanque puede sostener el crecimiento microbiano aerobio y anaerobio.

④ Análisis de los Cambios de PH
Cada microorganismo tiene un rango de pH óptimo para el crecimiento, donde su actividad enzimática alcanza su punto máximo. En condiciones favorables, los microorganismos también exhiben su crecimiento más rápido dentro de este rango. El ph óptimo para la mayoría de las bacterias, algas y protozoos oscila entre 6,5 y 7,5, aunque pueden sobrevivir a niveles de ph entre 4 y 10. Como se muestra en la Figura 6, el ph de la inyección de agua desalada oscila entre 8,2 y 9,2, mientras que el de la inyección de agua purificada de extracción oscila entre 9,0 y 10,5; y el ph en el punto de inyección posterior al tanque oscila entre 9,0 y 10,0. Aunque estos valores están por encima del rango óptimo para la mayoría de los microorganismos, todavía se encuentran dentro de un rango aceptable que apoya el crecimiento y la reproducción microbiana.

Figura 6 Variación de los valores de pH a lo largo del tiempo en cada punto de muestreo

⑤ Análisis de cambios en la DQO

Figura 7 Variación de la DQO a lo largo del tiempo en cada punto de muestreo

En resumen, el agua posterior al tanque contiene una concentración medible de materia orgánica que contiene carbono, que sirve como fuente de carbono para los microorganismos y apoya su crecimiento y reproducción.

⑥ Análisis de cambio de nitrógeno total (TN)

Figura 8 Variación de TN a lo largo del tiempo en cada punto de muestreo

Con base en el análisis de muestras de agua de varios puntos, es evidente que la temperatura y los niveles de oxígeno disuelto en el agua de inyección posterior al tanque son favorables para el crecimiento y la reproducción microbiana. La presencia de materia orgánica en estas muestras proporciona a los microorganismos nutrientes esenciales, incluidas las fuentes de carbono y nitrógeno. Aunque el pH está ligeramente por encima del intervalo óptimo para la mayoría de los microorganismos, se mantiene dentro de un intervalo aceptable que apoya su crecimiento y reproducción. Por lo tanto, el entorno de agua aguas abajo del tanque tampón es propicio para la proliferación microbiana. El tiempo de residencia del agua mezclada desmineralizada y purificada en el tanque de tampón mejora adicionalmente estas condiciones, promoviendo así el crecimiento microbiano. Esta actividad microbiana conduce finalmente a la obstrucción periódica del filtro de tubería situado aguas abajo del tanque tampón y aguas arriba de la bomba de inyección.