ES2970663T3 - Aparato y procedimiento para la eliminación de dióxido de carbono de un flujo de gas y tratamiento de salmuera/aguas residuales de yacimientos petrolíferos - Google Patents

Abstract

Las realizaciones de la divulgación pertenecen a un aparato que comprende un separador de fases configurado para separar una mezcla que comprende (i) agua que contiene NaCI y (ii) petróleo y/o gas en una corriente que comprende el agua, una corriente que comprende el petróleo (cuando el petróleo está en la mezcla), y una corriente que comprende el gas (cuando hay gas en la mezcla), una celda de separación de membrana electroquímica configurada para separar iones sodio y cloruro en la primera corriente para formar una cuarta corriente que comprende una primera solución de hidróxido de sodio y una quinta corriente. que comprende (i) ácido clorhídrico y/o (ii) gas cloro y opcionalmente gas hidrógeno, un compresor configurado para comprimir un gas que contiene CO2, un secador por pulverización configurado para mezclar NaOH acuoso (directa o indirectamente de la primera solución de hidróxido de sodio) y el gas comprimido para formar carbonato de sodio, y un separador ciclónico configurado para separar el carbonato de sodio de cualquier componente en exceso del NaOH acuoso y/o del gas comprimido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato y procedimiento para la eliminación de dióxido de carbono de un flujo de gas y tratamiento de salmuera/aguas residuales de yacimientos petrolíferos

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a la eliminación de dióxido de carbono (p. ej., de la atmósfera o de una corriente de gas de combustión) y a la recuperación de materiales útiles de aguas residuales de yacimientos petrolíferos.

Discusión de los antecedentes

La extracción de hidrocarburos, tales como petróleo y/o gas, de los yacimientos petrolíferos a menudo utiliza salmuera y produce aguas residuales como subproducto. En dichas aguas residuales pueden estar presentes diversas sales disueltas, más comúnmente cloruro de sodio. Estas sales disueltas se pueden convertir en productos químicos de valor añadido, tales como hidróxido de sodio, cloruro de hidrógeno, gas hidrógeno o gas cloro mediante una tecnología electroquímica de separación con membranas. Dado que no siempre es económico transportar las aguas residuales desde un yacimiento petrolífero a un lugar para su posterior procesamiento, sería ventajoso encontrar un uso para las aguas residuales en el lugar de extracción de hidrocarburos.

El documento WO2014/006741 se refiere a un aparato para el tratamiento de aguas residuales saladas y a un método de tratamiento de las mismas, que son adecuados para la reducción del agua arrastrada generada durante la extracción de un yacimiento petrolífero o de gas.

Sumario de la invención

En un aspecto, la presente invención proporciona un aparato que comprende un separador de fases configurado para separar una mezcla que comprende (i) agua que contiene NaCl, agua que preferiblemente comprende al menos uno de salmuera y aguas residuales, de un yacimiento petrolífero o una extracción de hidrocarburos y (ii) petróleo y/o gas en una primera corriente que comprende el agua, en donde la mezcla incluye el agua, el petróleo y el gas, y el separador de fases comprende un separador trifásico configurado para separar el agua, el petróleo y el gas en las corrientes primera, segunda y tercera, respectivamente, y cuando hay petróleo en la mezcla, una segunda corriente que comprende el petróleo y cuando hay gas en la mezcla una tercera corriente que comprende el gas, una celda electroquímica de separación con membrana configurada para separar iones de sodio en la primera corriente para formar una cuarta corriente que comprende una primera solución de hidróxido de sodio y una quinta corriente que comprende (i) ácido clorhídrico y/o (ii) gas cloro y opcionalmente gas hidrógeno, un compresor configurado para comprimir un gas que contiene CO<2>, un secador por pulverización configurado para mezclar NaOH acuoso directa o indirectamente de la primera solución de hidróxido de sodio y el gas comprimido para formar carbonato de sodio, y un separador ciclónico configurado para separar el carbonato de sodio proveniente del secador por pulverización de cualquier agua y/o gas; caracterizado porque el secador por pulverización incluye una boquilla configurada para expulsar el carbonato de sodio, el exceso de componentes del NaOH acuoso y el gas comprimido.

El separador de fases puede comprender, por ejemplo, un separador horizontal o vertical. En algunos ejemplos, el separador de fases incluye un separador por coalescencia.

La cuarta corriente puede contener además sales en donde el aparato comprende un depósito de sedimentación, configurado para sedimentar las sales que precipitan en o desde la cuarta corriente para formar sales precipitadas y una sexta corriente que comprende una segunda solución de hidróxido de sodio.

La celda electroquímica de separación puede comprender un ánodo, un cátodo y una membrana permeable a los cationes. También puede ser parte del aparato un regenerador de resinas de intercambio iónico, configurado para recibir la segunda solución de cloruro de sodio directa o indirectamente desde el reactor.

El aparato puede comprender además un calentador configurado para calentar el gas comprimido. En otras realizaciones, el secador por pulverización puede incluir una boquilla configurada para expulsar el carbonato de sodio, el exceso de componentes del NaOH acuoso y el gas comprimido.

En algunos ejemplos, el gas comprende aire o un gas de combustión. El gas de combustión puede provenir de un proceso de combustión, un proceso químico, un yacimiento petrolífero o una operación de procesamiento de hidrocarburos. Cuando los gases de combustión provienen del proceso de combustión, el proceso de combustión puede involucrar una chimenea, un horno, una caldera, un generador de vapor o una planta de generación de energía.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a un método que utiliza un separador de fases que separa una mezcla que comprende (i) agua que contiene NaCl que comprende salmuera o aguas residuales y (ii) petróleo y/o gas que se utiliza en una primera corriente que comprende el agua, y cuando el petróleo está en la mezcla una segunda corriente que comprende el petróleo, y cuando el gas está en la mezcla una tercera corriente que comprende el gas, en donde la mezcla incluye el agua, el petróleo y el gas, y el separador de fases comprende un separador de fases trifásico. separador configurado para separar el agua, el petróleo y el gas en las corrientes primera, segunda y tercera, respectivamente, usando una membrana electroquímica que separa los iones de sodio en la primera corriente para formar una cuarta corriente que comprende una primera solución de hidróxido de sodio y una quinta corriente que comprende (i) ácido clorhídrico y/o (ii) gas cloro y opcionalmente gas hidrógeno, comprimir un gas que contiene CO<2>, mezclar el NaOH acuoso directa o indirectamente de la primera solución de hidróxido de sodio y el gas comprimido en una boquilla de un secador por pulverización para formar carbonato de sodio; y separar el carbonato de sodio del secador por pulverización de cualquier agua y/o gas del secador por pulverización usando un separador ciclónico.

Cuando la mezcla comprende el agua, el petróleo y el gas, el separador de fases puede comprender un separador trifásico, que comprende un separador o separador por coalescencia horizontal o vertical, y separar la mezcla puede comprender separar el agua, el petróleo y el gas usando el separador trifásico para formar la primera, segunda y tercera corriente.

El método puede comprender además transportar o recuperar la mezcla de un yacimiento petrolífero o de una extracción de hidrocarburos.

La cuarta corriente puede contener sales precipitadas y el método comprende además sedimentar las sales precipitadas en la cuarta corriente y separar las sales precipitadas de la cuarta corriente para formar una séptima corriente que comprende una segunda solución de hidróxido de sodio que comprende el NaOH acuoso.

El método puede comprender además formar a partir de la primera solución de NaOH una octava corriente que comprende una tercera solución de hidróxido de sodio, la séptima corriente o el NaOH acuoso en donde la quinta corriente comprende el ácido clorhídrico, y el método comprende además hacer reaccionar el ácido clorhídrico y la tercera solución de hidróxido de sodio para formar una segunda solución de cloruro de sodio y regenerar una resina de intercambio iónico directa o indirectamente con la segunda solución de cloruro de sodio.

El método puede comprender además calentar el gas comprimido. Por ejemplo, el gas comprimido se puede calentar hasta una temperatura de hasta 50 °C.

La membrana electroquímica puede comprender una membrana permeable a los iones, en donde la membrana permeable a los iones puede ser permeable a los cationes.

En algunos ejemplos, el gas puede comprender aire o un gas de combustión. El gas de combustión puede recuperarse de un proceso de combustión, un proceso químico, un yacimiento petrolífero o una operación de procesamiento de hidrocarburos. Cuando el gas de combustión se recupera del proceso de combustión, el proceso de combustión puede incluir quemar o realizar una combustión de uno o más materiales en una chimenea, horno, caldera, generador de vapor o planta de generación de energía.

Las ventajas de la presente invención resultarán fácilmente evidentes a continuación a partir de la descripción detallada de diversas realizaciones.

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 muestra un aparato ejemplar que comprende un separador trifásico, una celda electroquímica de separación con membrana, un depósito de sedimentación, un reactor, un compresor, un calentador, un secador por pulverización y un separador ciclónico según una o más realizaciones de la presente invención.

La FIG. 2 es un diagrama de flujo que muestra un método ejemplar de tratamiento de aguas residuales de yacimientos petrolíferos y eliminación de dióxido de carbono de un flujo de gas según una o más realizaciones de la presente invención.

Descripción detallada

Ahora se hará referencia en detalle a diversas realizaciones de la invención, cuyos ejemplos se ilustran en los dibujos adjuntos. Si bien la invención se describirá junto con las siguientes realizaciones, se entenderá que las descripciones no pretenden limitar la invención a estas realizaciones. Además, en la siguiente descripción detallada, se exponen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión completa de la presente invención. Sin embargo, será fácilmente evidente para un experto en la técnica que la presente invención se puede poner en práctica sin estos detalles específicos. En otros casos, los métodos, procedimientos, componentes y circuitos bien conocidos no se han descrito en detalle para no oscurecer innecesariamente aspectos de la presente invención.

La(s) propuesta(s) técnica(s) de realizaciones de la presente invención se describirán completa y claramente en las siguientes realizaciones junto con los dibujos. Se entenderá que las descripciones no pretenden limitar la invención a estas realizaciones.

Además, todas las características, medidas o procedimientos divulgados en este documento, excepto las características y/o procedimientos que sean mutuamente excluyentes, se pueden combinar de cualquier manera y en cualquier combinación posible.

Una "corriente" generalmente se refiere a una corriente de uno o más materiales, pero también puede referirse en este documento a un conducto y a cualquier dispositivo de bombeo o impulsor necesario que transporte una corriente de materiales.

Puede ser deseable separar el dióxido de carbono de una corriente de gas (p. ej., para evitar que el dióxido de carbono escape a la atmósfera y contribuya al cambio climático como gas de efecto invernadero). Esta separación a menudo se logra haciendo reaccionar el dióxido de carbono con una base, tal como hidróxido de sodio, para formar carbonato de sodio. Dado que la electrólisis de salmuera (p. ej., aguas residuales de yacimientos petrolíferos) puede producir hidróxido de sodio, puede ser ventajoso separar el dióxido de carbono de un gas utilizando hidróxido de sodio producido a partir de aguas residuales de yacimientos petrolíferos. Por lo tanto, la presente invención se refiere a un aparato y método para la recuperación de materiales (p. ej., productos químicos) de aguas residuales de yacimientos petrolíferos (p. ej., salmuera) y a la separación de dióxido de carbono de un flujo de gas utilizando al menos algunos de los materiales recuperados.

Un aparato ejemplar para el tratamiento de aguas residuales de yacimientos petrolíferos y separación de CO<2>

La FIG. 1 muestra un aparato 100 ejemplar que comprende un separador trifásico 110, una celda electroquímica 120 de separación con membrana, un depósito 130 de sedimentación, un reactor 140, un compresor 150, un calentador 160, un secador por pulverización 170 y un separador ciclónico 180.

El separador 110 de fases puede comprender un separador de "eliminación de agua" y está configurado para separar una mezcla que comprende salmuera (p. ej., aguas residuales de yacimientos petrolíferos), petróleo y/u otros hidrocarburos en fase líquida y gas de una corriente 101 de pozo en una primera corriente 111 que comprende la salmuera (aguas residuales), una segunda corriente 112 que comprende materiales insolubles en agua en fase líquida (p. ej., el petróleo y/o los hidrocarburos en fase líquida), y una tercera corriente 113 que comprende los materiales en fase gaseosa. El separador 110 de fases también puede comprender un separador cilíndrico horizontal con su eje mayor paralelo al suelo, o un separador cilíndrico vertical con su eje mayor perpendicular al suelo. El separador 110 de fases puede incluir o estar conectado a una pluralidad de placas deflectoras, un separador por coalescencia, una o más válvulas de alivio de presión, un extractor de niebla, una salida de gas, una salida de agua, una salida de aceite, uno o más rompedores de vórtices, un controlador del nivel de agua, un controlador del nivel de aceite, un contador de agua, un contador de petróleo y/o un contador de gas. En realizaciones alternativas, la corriente 101 del pozo puede comprender solo salmuera (aguas residuales), o (i) salmuera y (ii) petróleo o gas. La segunda corriente 112 puede recibirse en un depósito de almacenamiento para almacenar el petróleo. La tercera corriente 113 puede conectarse a una tubería de gas para un procesamiento adicional del gas. La primera corriente 111, la segunda corriente 112 y la tercera corriente 113 pueden utilizar una o más bombas para impulsar el fluido en su interior.

La celda electroquímica 120 de separación con membrana está configurada para separar por electrólisis iones de sodio y cloruro en las aguas residuales en hidróxido de sodio (NaOH) y (i) cloruro de hidrógeno (HCl) o (ii) gas cloro (Cl<2>) y opcionalmente gas hidrógeno (H<2>), y puede comprender un cátodo, un ánodo y una membrana permeable a los iones. La celda electroquímica 120 de separación con membrana puede recibir la primera corriente 111 que comprende las aguas residuales (que incluyen NaCl) y formar una cuarta corriente 122 que comprende una primera solución de NaOH y una quinta corriente 124 que comprende una solución de HCl cuando se aplica una corriente eléctrica entre el cátodo y el ánodo. La cuarta corriente 122 puede además comprender sales precipitadas (p. ej., hidróxidos no de sodio, carbonatos y/o fosfatos sódicos y no sódicos, etc.). En una realización, se puede configurar un horno o quemador de HCl para combinar los gases de Cl<2>e H<2>desprendidos en la celda electroquímica 120 de separación con membrana para formar HCl. En realizaciones alternativas, la celda electroquímica 120 de separación con membrana puede formar una o más corrientes de gas hidrógeno y/o gas cloro, en lugar de, o además de, la quinta corriente 124. Si se combinan los gases hidrógeno y cloro en una corriente, los gases pueden separarse (p. ej., mediante condensación selectiva de gas cloro en un condensador u otra superficie que tenga una temperatura entre los puntos de ebullición del cloro y el hidrógeno). La cuarta corriente 122 y/o la quinta corriente 124 pueden utilizar una o más bombas para impulsar el fluido en su interior.

El ánodo puede comprender titanio u otro metal y un recubrimiento (p. ej., dióxido de rutenio) sobre el mismo. El cátodo puede comprender níquel u otro metal y, opcionalmente, un recubrimiento (p. ej., para reducir el consumo de energía) sobre el mismo. Los compartimentos anódico y catódico generalmente están completamente separados por una membrana permeable a los iones. En una realización, la membrana es permeable a los cationes, pero no a los aniones, permitiendo el paso de iones sodio y protones, pero no de iones cloruro o hidróxido. Los iones de sodio pasan en forma hidratada (NaXH<2>O)+, por lo que se transfiere algo de agua. Sin embargo, la membrana puede ser impermeable a las moléculas de agua libres.

La primera solución de NaOH que sale de la celda puede tener una concentración superior al 25% (p. ej., aproximadamente 30%) en peso (p/p) y puede concentrarse adicionalmente mediante evaporación usando vapor de agua, bajo presión, hasta que la solución tenga una concentración de 45% o más (p. ej., 48-50%) en peso (p/p), una concentración ideal para facilitar el transporte y el almacenamiento. La membrana puede ser un copolímero de tetrafluoroeteno y/o un monómero fluorado similar con grupos aniónicos (p. ej., carboxilato y/o sulfonato).

En realizaciones alternativas, para producir cloro la celda electroquímica 120 de separación con membrana puede usar un cátodo despolarizado por oxígeno (ODC). Cuando los iones de hidrógeno migran al cátodo, se libera gas hidrógeno. Sin embargo, si se bombea oxígeno a esta parte de la celda 120, el hidrógeno reacciona para formar agua y el voltaje necesario para la electrólisis se reduce significativamente (p. ej., en aproximadamente un tercio), reduciendo los costos de energía. Esta es una ventaja significativa, ya que la electricidad representa una gran fracción del costo total de recuperación. En una realización alternativa, se puede utilizar un suministro de voltaje alimentado por energía solar. Esta es otra ventaja importante, ya que hace que la invención sea medioambientalmente sostenible. Una desventaja del ODC es que el hidrógeno ya no está disponible como subproducto (p. ej., para combinarse con gas cloro para formar HCl). Además, el oxígeno se consume como materia prima adicional, pero el oxígeno se puede obtener del aire (en lugar de suministrarlo desde un depósito).

El depósito 130 de sedimentación está configurado para recibir la cuarta corriente 122, que incluye la primera solución de NaOH (y opcionalmente las sales precipitadas), y sedimentar cualquier sal precipitada para formar una capa de solución de NaOH y una capa subyacente de sales precipitadas. El depósito 130 de sedimentación puede incluir un raspador configurado para empujar la capa de sales precipitadas (p. ej., a un extremo del depósito 130). El depósito 130 de sedimentación forma una sexta corriente 132 que comprende las sales precipitadas, una séptima corriente 134 que comprende una segunda solución de NaOH y una octava corriente 136 que comprende una tercera solución de NaOH.

El reactor 140 está configurado para hacer reaccionar la solución de HCl en la quinta corriente 124 y la segunda solución de NaOH en la séptima corriente 134 para formar una novena corriente 142 que comprende una segunda solución de NaCl. El reactor 140 puede ser un reactor discontinuo, un reactor continuo, un reactor tubular, un reactor de lecho fijo, un reactor de lecho fluido o un reactor agitado continuo. El reactor 140 puede incluir un intercambiador de calor que suministra calor para acelerar la reacción o elimina calor de la reacción (que puede almacenarse como energía para impulsar otro proceso, tal como la generación de electricidad). La segunda solución de NaCl en la novena corriente 142 se puede usar para diversos fines (p. ej., para regenerar una resina de intercambio iónico, para producir NaCl sólido, etc.). Alternativamente, la segunda solución de NaCl se puede utilizar en diversos procesos, que incluyen la fabricación de productos alimenticios, plásticos, papel, jabón, aluminio, etc.

El compresor 150 está configurado para recibir un gas (p. ej., aire o un gas que contiene CO<2>de una fuente de gas) y comprimir el gas para formar un gas comprimido 152 en un conducto de gas. El gas puede ser o comprender aire (p. ej., de la atmósfera) o una corriente de gas de combustión (p. ej., de un reactor químico, un proceso de combustión, etc.). El compresor 150 puede ser un compresor rotativo (p. ej., un compresor de lóbulos, de tornillo, de anillo líquido, de espiral o de paletas), un compresor alternativo (p. ej., un compresor de diafragma, de acción simple o de doble acción), un compresor axial, un compresor centrífugo, un compresor axial-centrífugo o un compresor de flujo mixto. El compresor 150 puede funcionar con electricidad (que puede proceder al menos parcialmente de electricidad generada a partir de la energía térmica almacenada del reactor 140) y puede incluir un sistema de refrigeración con un refrigerante que circula alrededor del compresor para eliminar el calor.

El calentador 160 está configurado para recibir y calentar adicionalmente el gas comprimido 152 para formar un gas 162 calentado. El calentador 160 puede incluir elementos calentadores eléctricos o un líquido caliente en circulación que calienta el gas comprimido 152. En algunas realizaciones, el calentador 160 puede calentar el gas comprimido 152 a una temperatura de hasta 50°C (p. ej., desde temperatura ambiente).

El secador por pulverización 170 está configurado para mezclar la tercera solución de NaOH en la octava corriente 136 con el gas 162 calentado para formar una corriente 176 de carbonato de sodio. El secador por pulverización 170 expulsa la tercera solución de NaOH por una boquilla 172 como una niebla 174 (p. ej., una fina niebla que tiene un tamaño de partícula de 20 a 180 pm). El CO<2>en el gas 162 calentado sufre una reacción de absorción reactiva con el NaOH para formar carbonato de sodio (Na2CO3) en la niebla 174. La boquilla 172 puede ser una boquilla de disco giratorio, una boquilla de turbulencia de alta presión de un solo fluido o una boquilla de rueda atomizadora. Alternativamente, la boquilla puede ser una boquilla ultrasónica o de dos fluidos. Para aumentar la presión de la octava corriente 136 que sale de la boquilla puede usarse una bomba. El secador por pulverización 170 puede incluir una cámara de secado para secar la corriente 176 de carbonato de sodio. La corriente 176 de carbonato de sodio (que puede estar parcial o completamente seca) puede luego transferirse al separador ciclónico 180 para su posterior secado. En algunas realizaciones, el 90% o más, el 95% o más, o el 99% o más del dióxido de carbono se separa del gas 162 calentado.

En realizaciones alternativas, el secador por pulverización 170 puede ser cualquier contactor de gas/líquido capaz de separar dióxido de carbono de la fuente de gas, tal como una torre de pulverización, una torre de bandejas o una torre de lecho empaquetado. En realizaciones alternativas, la corriente 176 de carbonato de sodio se puede alimentar a un segundo secador por pulverización 170 (o cualquier contactor de gas/líquido) en serie con el primer secador por pulverización 170 para hacer reaccionar aún más cualquier NaOH restante con el CO<2>en el gas 162 calentado. El secador por pulverización 170 puede diseñarse para un flujo vertical u horizontal del gas 162 calentado y para un flujo en contracorriente, en co-corriente o en corriente cruzada del gas 162 calentado con respecto al flujo de la octava corriente 136. En realizaciones alternativas, se puede conectar un depósito al secador por pulverización 170 para contener la tercera solución de NaOH. Para mantener el pH de la tercera solución de NaOH relativamente alcalino (p. ej., igual o mayor que un pH de 8,5), el depósito puede configurarse para permitir que se evapore el agua de la tercera solución de NaOH.

En una realización, el depósito que contiene la tercera solución de NaOH también puede contener un catalizador que catalice la absorción de dióxido de carbono en el gas 162 calentado. Alternativamente, el catalizador puede agregarse directamente a la octava corriente 136. La velocidad de absorción de dióxido de carbono puede estar limitada más por la velocidad relativamente baja de reacción del dióxido de carbono en la fase líquida después de haber sido absorbido que por la velocidad de difusión del CO<2>a través de la interfaz gas/líquido. Por lo tanto, la velocidad de reacción dentro de la fase líquida se puede aumentar mediante el uso del catalizador. En particular, se cree que el catalizador aumenta la velocidad de reacción del ácido carbónico y el bicarbonato de sodio con el NaOH. El catalizador también puede incluir un catalizador que aumenta la velocidad de absorción de dióxido de carbono a través de la interfaz gas/líquido. Por ejemplo, el catalizador puede comprender levulosa, dextrosa, sacarosa, lactosa, etilenglicol, glicerol, alcohol metílico, alcohol etílico, formaldehído o una mezcla de los mismos. La cantidad o concentración de catalizador necesaria en la tercera solución de NaOH es cualquier cantidad o concentración que mejore la velocidad de separación de dióxido de carbono del gas 162 calentado. En algunas realizaciones, la concentración del catalizador en la tercera solución de NaOH está presente en una cantidad de aproximadamente 0,01% a aproximadamente 1,0% en peso o en moles de NaOH. En diversas realizaciones, la octava corriente 136 se calienta o enfría (según se desee o sea necesario) para aumentar la velocidad de absorción de CO<2>.

El separador ciclónico 180 está configurado para recibir y separar la corriente 172 de carbonato de sodio en carbonato de sodio sólido 182 y una corriente 184 de agua recuperada usando separación por vórtice (p. ej., un hidrociclón). Los efectos rotacionales y la gravedad separan la mezcla de sólido y fluido (gas) en la corriente 172 de carbonato de sodio y no son necesarios filtros. Dentro del recipiente cilíndrico o cónico del separador ciclónico 180 se establece un flujo giratorio de alta velocidad. Un gas (p. ej., en la corriente de Na2CO3 y/o aire bombeado) fluye en un patrón helicoidal, comenzando en la parte superior (extremo ancho) del ciclón y terminando en el extremo inferior (estrecho) antes de salir del ciclón en una corriente recta a través del centro del ciclón y por arriba. Las partículas más grandes (más densas) en la corriente giratoria tienen demasiada inercia para seguir la curva cerrada de la corriente, golpean la pared exterior y posteriormente caen al fondo del ciclón, donde pueden ser eliminadas. En un sistema cónico, a medida que el flujo giratorio se mueve hacia el extremo estrecho del ciclón, el radio de rotación de la corriente se reduce, separando así partículas cada vez más pequeñas. La geometría del separador ciclónico 180, junto con el caudal, define el punto de corte del separador ciclónico 180, que es el tamaño de partícula que se puede eliminar de la corriente con una eficiencia del 50%. Las partículas más grandes que el punto de corte se pueden eliminar con mayor eficiencia y las partículas más pequeñas se pueden eliminar con menor eficiencia.

Un diseño alternativo para el separador ciclónico 180 utiliza un flujo secundario dentro del ciclón para evitar que las partículas recolectadas golpeen las paredes, protegiéndolas de la abrasión. El flujo primario que contiene partículas ingresa desde la parte inferior del ciclón y es obligado a girar en espiral mediante paletas giratorias estacionarias. El flujo de aire secundario entra por la parte superior del ciclón y se mueve hacia abajo, interceptando las partículas del aire primario. Dado que el flujo de aire secundario empuja las partículas hacia el área de recolección y no depende únicamente de la gravedad para realizar esta función, el flujo de aire secundario permite montar opcionalmente el colector en forma horizontal.

Método ejemplar para tratar el agua de yacimientos petrolíferos y separar CO<2>de una fuente de gas

Con referencia a la Fig. 2, en 210, se puede usar un separador de fases para separar en corrientes separadas una mezcla de salmuera y/o aguas residuales que contiene NaCl, petróleo y gas. Si el separador es un separador trifásico, la salmuera y/o las aguas residuales, el petróleo y el gas se pueden separar en corrientes separadas. Si el separador es un separador bifásico, la salmuera y/o las aguas residuales se pueden separar en una corriente, y el petróleo o el gas se pueden separar en otra corriente. La salmuera y/o las aguas residuales se pueden recuperar de una fuente distinta de un yacimiento petrolífero (p. ej., del procesamiento de alimentos, agua de mar, una salina, etc.).

En 220, se puede usar una membrana de separación electroquímica para separar los iones Na y Cl en la salmuera y/o las aguas residuales para formar una primera corriente de NaOH y una corriente de HCl. Alternativamente, se pueden formar una o más corrientes de gas cloro y opcionalmente gas hidrógeno en lugar de la corriente de HCl. Se puede configurar un horno o quemador de HCl para combinar químicamente los gases Cl<2>y H<2>que se generan en la celda electroquímica de separación con membrana para formar HCl. Si los gases de hidrógeno y cloro se combinan en una corriente, los gases pueden separarse (p. ej., mediante condensación selectiva de gas cloro en un condensador u otra superficie que tenga una temperatura entre los puntos de ebullición del cloro y el hidrógeno).

Opcionalmente, en 230, cualquier sal que precipite de la primera corriente de NaOH se puede separar (p. ej., en un depósito de sedimentación) para proporcionar una o más corrientes de NaOH purificadas. Después de permitir que las sales precipitadas sedimenten (p. ej., en el fondo del depósito de sedimentación, por gravedad), el método puede incluir además raspar y/o empujar la capa de sales precipitadas hacia un extremo del depósito para recoger las sales precipitadas. Las sales precipitadas pueden ser como se describió anteriormente, y el método puede comprender además purificar una o más de las sales precipitadas y/o separar diferentes sales precipitadas entre sí.

Opcionalmente, en 240, una de las corrientes de NaOH purificadas puede hacerse reaccionar con la corriente de HCl para formar NaCl (p. ej., en un reactor). En ausencia del reactor, el método puede recuperar subproductos (p. ej., gas Cl<2>o gases Cl<2>y H<2>) de la separación electroquímica de iones en 220. En realizaciones adicionales, el método puede comprender además almacenar calor de la reacción del NaOH con el HCl y generar electricidad a partir del calor almacenado.

En 250, un gas que contiene CO<2>(p. ej., aire, un gas de combustión, un gas de combustión de una reacción química, etc.) se comprime (p. ej., usando un compresor de gas). El compresor de gas puede comprimir el gas a una presión de 1 bar a 300 bares. Opcionalmente, el aire puede calentarse (p. ej., hasta aproximadamente 50 °C, usando un calentador) antes o después de la compresión.

En 260, una de las corrientes de NaOH purificadas se combina con el gas comprimido (calentado) para hacer reaccionar el NaOH en la corriente purificada con CO<2>en el gas y formar carbonato de sodio. En diversas realizaciones, se utiliza un secador por pulverización para combinar la corriente de NaOH purificada con el gas comprimido para formar una corriente de Na2CO3. Alternativamente, se puede usar una tina, depósito o lecho en donde se agita o hace fluir una de las corrientes de NaOH purificadas para combinar el NaOH con el gas comprimido para formar Na2CO3.

En 270, el carbonato de sodio se separa en carbonato de sodio sólido y una corriente de vapor de agua y otros gases (que puedan estar presentes) recuperados. En diversas realizaciones, se puede usar un separador ciclónico para realizar la separación (consúltese la discusión anterior del separador ciclónico 180 en la FIG. 1).

Conclusión / Sumario

Las descripciones anteriores de realizaciones específicas de la presente invención se han presentado con fines de ilustración y descripción. No pretenden ser exhaustivas ni limitar la invención a las formas precisas divulgadas y, obviamente, son posibles muchas modificaciones y variaciones a la luz de la enseñanza anterior. Las realizaciones se eligieron y describieron para explicar mejor los principios de la invención y su aplicación práctica, para permitir así a otros expertos en la técnica utilizar mejor la invención y varias realizaciones con diversas modificaciones que sean adecuadas para el uso particular contemplado. Se pretende que el alcance de la invención quede definido por las reivindicaciones adjuntas a la misma.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato (100), que comprende:

Un separador (110) de fases configurado para separar una mezcla (101) que comprende (i) agua que contiene NaCl, preferiblemente agua que comprende al menos uno de salmuera y aguas residuales de un yacimiento petrolífero o una extracción de hidrocarburos, y (ii) petróleo y/o gas en una primera corriente (111) que comprende el agua, en donde la mezcla (101) incluye el agua, el petróleo y el gas, y el separador (110) de fases comprende un separador trifásico configurado para separar el agua, el petróleo y el gas en las corrientes primera (111), segunda (112) y tercera (113), respectivamente, y cuando hay petróleo en la mezcla, una segunda corriente (112) que comprende el petróleo, y cuando hay gas en la mezcla, una tercera corriente (113) que comprende el gas;

Una celda electroquímica (120) de separación con membrana configurada para separar iones de sodio en la primera corriente (111) para formar una cuarta corriente (122) que comprende una primera solución de hidróxido de sodio y una quinta corriente (124) que comprende (i) ácido clorhídrico y/o (ii) gas cloro y opcionalmente gas hidrógeno;

Un compresor (150) configurado para comprimir un gas que contiene CO<2>;

Un secador por pulverización (170) configurado para mezclar NaOH acuoso, directa o indirectamente de la primera solución de hidróxido de sodio (136), y el gas comprimido (162) para formar carbonato de sodio; y

Un separador ciclónico (180) configurado para separar el carbonato de sodio procedente del secador por pulverización (170) de cualquier agua y/o gas;

Caracterizado porque el secador por pulverización (170) incluye una boquilla (172) configurada para expulsar el carbonato de sodio, el exceso de componentes del NaOH acuoso y el gas comprimido.

2. El aparato (100) según la reivindicación 1, en donde el separador (110) de fases comprende un separador o un separador por coalescencia horizontal o vertical.

3. El aparato (100) según la reivindicación 1, en donde la cuarta corriente (122) contiene además sales y en donde el aparato (100) comprende un depósito (130) de sedimentación configurado para sedimentar las sales que precipitan en o desde la cuarta corriente (122) para formar sales precipitadas y una sexta corriente (132) que comprende una segunda solución de hidróxido de sodio.

4. El aparato según la reivindicación 3, en donde el depósito de sedimentación o la sexta corriente forma una séptima corriente que comprende una tercera solución de hidróxido de sodio.

5. El aparato según la reivindicación 4, en donde la quinta corriente comprende el ácido clorhídrico, y el aparato comprende además un reactor configurado para hacer reaccionar la solución de ácido clorhídrico en la quinta corriente y la tercera solución de hidróxido de sodio en la octava corriente para formar una novena corriente que comprende una segunda solución de cloruro de sodio.

6. El aparato según la reivindicación 5, que comprende además un regenerador tipo resinas de intercambio iónico configurado para recibir la segunda solución de cloruro de sodio directa o indirectamente desde el reactor.

7. El aparato (100) según la reivindicación 1, en donde la celda electroquímica (120) de separación comprende un ánodo, un cátodo y una membrana permeable a los iones, y la membrana permeable a los iones es permeable a los cationes.

8. El aparato (100) según la reivindicación 1, que comprende un calentador (160) configurado para calentar el gas comprimido (152).

9. Un método que comprende:

Usar un separador (110) de fases, que separa una mezcla (101) que comprende (i) agua que contiene NaCl, preferiblemente agua que comprende salmuera o aguas residuales, y (ii) petróleo y/o gas en una primera corriente (111) que comprende el agua y cuando hay petróleo en la mezcla, una segunda corriente (112) que comprende el petróleo, y cuando hay gas en la mezcla, una tercera corriente (113) que comprende el gas, en donde la mezcla (101) incluye el agua, el petróleo y el gas, y el separador (110) de fases comprende un separador trifásico configurado para separar el agua, el petróleo y el gas en las corrientes primera (111), segunda (112) y tercera (113), respectivamente;

Usar una membrana electroquímica (120), que separa iones de sodio en la primera corriente (111) para formar una cuarta corriente (122) que comprende una primera solución de hidróxido de sodio y una quinta corriente (124) que comprende (i) ácido clorhídrico y/o (ii) gas cloro y opcionalmente gas hidrógeno;

Comprimir (150) un gas que contiene CO<2>;

Mezclar NaOH acuoso, directa o indirectamente de la primera solución de hidróxido de sodio, y el gas comprimido en una boquilla (172) de un secador por pulverización (170) para formar carbonato de sodio;

Separar el carbonato de sodio de cualquier componente en exceso del NaOH acuoso y/o del gas comprimido;

Mezclar con un secador por pulverización (170) NaOH acuoso, directa o indirectamente de la primera solución de hidróxido de sodio (136), y el gas comprimido (162) para formar carbonato de sodio; y

Separar el carbonato de sodio del secador por pulverización (170) de cualquier agua y/o gas procedente del secador por pulverización (170) usando un separador ciclónico (180).

10. El método según la reivindicación 9, en donde antes de mezclar el NaOH acuoso y el gas comprimido, el método comprende calentar (160) el gas comprimido a una temperatura de hasta 50 °C.

11. El método según la reivindicación 9, en donde la mezcla (101) comprende el agua, el petróleo y el gas, el separador de fases comprende un separador trifásico (110) que comprende un separador o uno por coalescencia horizontal o vertical, y separar la mezcla comprende separar el agua, el petróleo y el gas utilizando el separador trifásico para formar las corrientes primera (111), segunda (112) y tercera (113).

12. El método según la reivindicación 9, que comprende transportar o recuperar la mezcla (101) de un yacimiento petrolífero o de una extracción de hidrocarburos.

13. El método según la reivindicación 9, en donde la cuarta corriente (122) contiene sales precipitadas y el método comprende además sedimentar las sales precipitadas en la cuarta corriente y separar las sales precipitadas de la cuarta corriente para formar una séptima corriente (134) que comprende una segunda solución de hidróxido de sodio que comprende el NaOH acuoso.

14. El método según la reivindicación 10, que además comprende formar una octava corriente (136) que comprende una tercera solución de hidróxido de sodio a partir de la primera solución de NaOH, la séptima corriente (134) o el NaOH acuoso, en donde la quinta corriente (124) comprende el ácido clorhídrico y el método además comprende hacer reaccionar el ácido clorhídrico y la tercera solución de hidróxido de sodio para formar una segunda solución de cloruro de sodio y regenerar una resina de intercambio iónico directa o indirectamente con la segunda solución de cloruro de sodio.