Polímeros de reducción de resistencia aerodinámica para aplicaciones de líquidos de bajo peso molecular.

Un método para reducir la disminución de presión asociada al flujo turbulento de un fluido de hidrocarburo a travésde un tubería,

comprendiendo dicho método introducir un polímero de reducción de resistencia aerodinámica en elinterior de dicho fluido de hidrocarburo para formar una mezcla (10) que comprende el fluido de hidrocarburo y unpolímero reductor de resistencia aerodinámica;

caracterizado por que

el fluido de hidrocarburo comprende un fluido de hidrocarburo de bajo peso molecular; y donde el método ademáscomprende:

(a) introducir el polímero reductor de resistencia aerodinámica en el interior de dicho fluido de hidrocarburo depeso molecular bajo para formar una mezcla (10) que comprende el fluido de hidrocarburo de bajo pesomolecular y un polímero reductor de resistencia aerodinámica;

(b) vaporizar dicha mezcla (10) que comprende el fluido de hidrocarburo de bajo peso molecular y el polímeroreductor de resistencia aerodinámica en un recipiente de vaporización (12), donde dicho recipiente devaporización (12) contiene un líquido (14) de peso molecular elevado que es miscible con dicha mezcla (10) yentra en contacto con dicha mezcla, de manera que dicho fluido de hidrocarburo de peso molecular bajo entra enuna fase gas y dicho líquido (14) de peso molecular elevado permanece en una fase líquida;

(c) aislar dicho polímero reductor de resistencia aerodinámica en el interior de dicho líquido (14) de pesomolecular elevado a partir de dicha mezcla (10) que comprende el fluido de hidrocarburo de bajo peso moleculary el polímero reductor de resistencia aerodinámica para formar (i) un líquido de peso molecular elevado quecontiene el reductor de resistencia aerodinámica y (ii) un vapor (16) de hidrocarburo de bajo peso molecularsustancialmente libre de reductor de resistencia aerodinámica; y

(d) recuperar dicho vapor (16) de hidrocarburo de peso molecular bajo sustancialmente libre de reductor deresistencia aerodinámica vaporizado.

Polímeros de reducción de resistencia aerodinámica para aplicaciones de líquidos de bajo peso molecular

Antecedentes de la invención Campo de la invención La presente invención se refiere a generalmente a métodos de reducción de la resistencia aerodinámica para fluidos de bajo peso molecular. Más específicamente, la presente invención se refiere a la separación de reductores de resistencia aerodinámica a partir de líquidos de bajo peso molecular, tal como hidrocarburos.

Descripción de la técnica anterior

Cuando se transportan fluidos por una tubería, normalmente tiene lugar una disminución de la presión de fluido debido a la fricción entre la pared de la tubería y el fluido. Debido a esta disminución de presión, para una tubería concreta, se debe transportar el fluido con suficiente presión para lograr un rendimiento deseado. Cuando se desean caudales elevados a través de la tubería, se debe aplicar más presión debido al hecho de que los caudales aumentan a medida que aumenta la diferencia de presión provocada por la disminución de presión. No obstante, las limitaciones de diseño de las tuberías limitan la cantidad de presión que se puede emplear. Los problemas asociados a la disminución de presión se acusan de la manera más intensa cuando los fluidos son transportados grandes distancias. Dichas disminuciones de presión pueden tener como resultado ineficiencias que aumentan los costes de los equipos y los costes de operación.

Para aliviar los problemas asociados a la disminución de presión, muchas industrias utilizan aditivos de reducción de resistencia aerodinámica en el fluido que fluye. Cuando el flujo de fluido en la tubería es turbulento, se pueden emplear reductores de resistencia aerodinámica poliméricos de peso molecular elevado para mejorar el flujo. Un reductor de resistencia aerodinámica es una composición capaz de reducir sustancialmente la pérdida de fricción asociada al flujo turbulento de fluido a través de una tubería. El papel de estos aditivos es suprimir el desarrollo de remolinos turbulentos, lo que da como resultado un caudal más elevado a una presión de bombo constante. Se sabe que los polímeros de peso molecular ultraelevado funcionan bien como reductores de resistencia aerodinámica, en particular en líquidos de hidrocarburos. En general, la reducción de la resistencia aerodinámica depende en parte del peso molecular del aditivo polimérico y de su capacidad para disolverse en el hidrocarburo en condiciones de flujo turbulento. Normalmente, los polímeros eficaces de reducción de resistencia aerodinámica tienen pesos moleculares mayores de cinco millones.

El documento US 2003/0069330 divulga un polímero de reducción de resistencia aerodinámica que tiene al menos un monómero de alfa olefina C4-C9 y un co-monómero y tiene menos de un 25 % de monómeros C12+. El método de producción del reductor de resistencia aerodinámica incluye la molienda gruesa del polímero, mezcla con un fluido refrigerante y flujo hasta un crio-molino seguido de separación del refrigerante y la suspensión de partículas de reducción de resistencia aerodinámica en un fluido de suspensión.

Con frecuencia, los fluidos de hidrocarburos de bajo peso molecular y los líquidos de gas natural ("LGN") y los gases de petróleo licuados ("GPL") son transportados en tuberías largas distancias en forma de líquidos en condiciones de presión. Con frecuencia, LGN se separan en sus componentes que pueden incluir, pero sin limitarse a, metano (CH4) , etano (C2H6) , propano (C3H8) , butano (C4H10) , pentano (C5H12) y fragmentos pesados (C6+) . GPL puede comprender etano separado, propano y butano, que son el resultado del procesado de LGN. Otros GPL puede incluir, pero sin limitarse a, iso-butano, éter dimetílico (CH3OCH3) y gasolina natural (o condensado) . También se transporta como GPL etileno procedente del craqueo de etano.

El gas natural licuado (GNL) es un gas natural que se ha enfriado por debajo de su punto de ebullición (aproximadamente -260 ºC) de manera que condensa hasta un líquido. En las aplicaciones de GNL, el líquido está a temperaturas en las cuales los agentes de reducción de resistencia aerodinámica ("ARRD") no se disuelven fácilmente y, de este modo, normalmente no pueden proporcionar reducción de resistencia aerodinámica. En general, la mayoría de las aplicaciones de GNL no requieren reductores de resistencia aerodinámica ya que normalmente GNL se puede transportar grandes distancias en forma de mercancía en barcos o camiones aislados. Generalmente, el bombeo como líquido únicamente tiene lugar durante la carga y descarga de estos recipientes.

Generalmente, LGN o GPL son susceptibles a elevados niveles de reducción de resistencia aerodinámica, ya que cuando se transportan en tuberías, el fluido está en flujo turbulento y debido a que los polímeros de ARRD de hidrocarburos son muy solubles en el fluido de hidrocarburo. No obstante, normalmente, no se han utilizado ARRD para reducir la resistencia aerodinámica de LGN o GPL debido a la gran diferencia en cuanto a volatilidad de los polímeros de ARRD con respecto a los componentes de LGN o GPL.

El ingrediente activo de la mayoría de los ARRD de hidrocarburos comerciales para tuberías es un polímero de polialfa-olefina de peso molecular ultra-elevado. Debido al tamaño molecular extremadamente grande, las moléculas poliméricas normalmente no se vaporizan a ninguna temperatura razonable. De hecho, debido al tamaño molecular grande, el polímero de poli-alfa olefina puede comenzar a degradarse térmicamente a temperaturas (de aproximadamente 550 ºF/288 ºC) , bastante por debajo de cualquier temperatura teórica de vaporización de polímero. A temperaturas por encima de aproximadamente 550 ºF/288 ºC, el polímero se puede romper en componentes mucho más pequeños que se pueden vaporizar a temperaturas razonables. De igual modo, los fluidos portadores y otros componentes inactivos de muchos ARRD son moléculas grandes que no se vaporizan a menos que las temperaturas seas mayores de aproximadamente 360 ºF/182 ºC. No obstante, en muchos casos, los LGN se pueden vaporizar con el tiempo en el procesado a temperaturas bastante por debajo de aproximadamente 360 ºF/182 ºC o incluso de aproximadamente 550 ºF/288 ºC. Si tiene lugar una temperatura de vaporización baja, normalmente solo se vaporizan los componentes de LGN, y los componentes de ARRD quedarán atrás en la ubicación de la vaporización.

Si el LGN únicamente se vaporiza de forma parcial, entonces los componentes de ARRD pueden quedar en la disolución, es decir, en la parte (líquida) no vaporizada del LGN. Se puede transportar el ARRD a través del proceso en disolución en esta parte de líquido, aunque ahora a una concentración más elevada debido a la cantidad menor de líquido presente tras la vaporización parcial. Si tiene lugar una vaporización completa de LGN a baja temperatura, entonces el ARRD puede quedar atrás en la ubicación de la vaporización completa y, en teoría, no tendrá componente de LGN para transportarlo más a través del proceso. El ARRD que se deposita o queda atrás en esta ubicación puede estar en forma de caucho, forma semi-sólida, posiblemente junto con algunas partes líquidas de un vehículo de ARRD. Estas dinámicas pueden estar presentes en los procesos de destilación/separación para LGN y están especialmente presentes en las unidades de cambiador de calor. Dependiendo del diseño de la unidad de cambiador de calor, puede tener lugar la vaporización parcial o completa de la corriente de hidrocarburos, y pueden ser necesario lavados periódicos para evitar la sobre-concentración o deposición de ARRD en el interior de la unidad del cambiador de calor.

Para el uso final de GPL (normalmente butano y propano) tratado con ARRD, es necesario considerar efectos similares aguas abajo. Si se usa el GPL para mezcla con otras corrientes liquidas, tales como combustibles, entonces la presencia de ARRD, de la manera más probable, no constituye un problema. Por ejemplo, se puede mezclar butano con gasolina, que ya es un combustible de automóvil que con frecuencia se trata con ARRD. Si se usa el GPL en un proceso químico aguas abajo o directamente como combustible, entonces es necesario examinar las necesidades de ese proceso o de uso final con detalle en cuanto a puntos potenciales de vaporización completa. Normalmente, se pueden vaporizar los combustibles, tales como propano, antes de la carburización, y cualquier ARRD puede "caer fuera" de la unidad del vaporizador.

La deposición de polímero o "poso" puede provocar problemas si tiene lugar la deposición en una ubicación no deseada. Debido a que los polímeros de ARRD de poli-alfa-olefina pueden ser solubles en... [Seguir leyendo]

1. Un método para reducir la disminución de presión asociada al flujo turbulento de un fluido de hidrocarburo a través de un tubería, comprendiendo dicho método introducir un polímero de reducción de resistencia aerodinámica en el interior de dicho fluido de hidrocarburo para formar una mezcla (10) que comprende el fluido de hidrocarburo y un polímero reductor de resistencia aerodinámica;

caracterizado por que el fluido de hidrocarburo comprende un fluido de hidrocarburo de bajo peso molecular; y donde el método además comprende:

(a) introducir el polímero reductor de resistencia aerodinámica en el interior de dicho fluido de hidrocarburo de peso molecular bajo para formar una mezcla (10) que comprende el fluido de hidrocarburo de bajo peso molecular y un polímero reductor de resistencia aerodinámica;

(b) vaporizar dicha mezcla (10) que comprende el fluido de hidrocarburo de bajo peso molecular y el polímero reductor de resistencia aerodinámica en un recipiente de vaporización (12) , donde dicho recipiente de vaporización (12) contiene un líquido (14) de peso molecular elevado que es miscible con dicha mezcla (10) y entra en contacto con dicha mezcla, de manera que dicho fluido de hidrocarburo de peso molecular bajo entra en una fase gas y dicho líquido (14) de peso molecular elevado permanece en una fase líquida;

(c) aislar dicho polímero reductor de resistencia aerodinámica en el interior de dicho líquido (14) de peso molecular elevado a partir de dicha mezcla (10) que comprende el fluido de hidrocarburo de bajo peso molecular y el polímero reductor de resistencia aerodinámica para formar (i) un líquido de peso molecular elevado que contiene el reductor de resistencia aerodinámica y (ii) un vapor (16) de hidrocarburo de bajo peso molecular sustancialmente libre de reductor de resistencia aerodinámica; y

(d) recuperar dicho vapor (16) de hidrocarburo de peso molecular bajo sustancialmente libre de reductor de resistencia aerodinámica vaporizado.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende la etapa de: (e) recircular dicho líquido (14) de peso molecular elevado que contiene reductor de resistencia aerodinámica a través de un dispositivo (18) de alta cizalladura de nuevo al interior de dicho recipiente de vaporización (12) .

3. Un método para separar un polímero reductor de resistencia aerodinámica de un fluido de hidrocarburo, comprendiendo dicho método introducir un polímero reductor de resistencia aerodinámica en el interior de dicho fluido de hidrocarburo para formar una mezcla (10) que comprende el fluido de hidrocarburo y un polímero reductor de resistencia aerodinámica;

caracterizado por que el fluido de hidrocarburo comprende un fluido de hidrocarburo de bajo peso molecular; y donde el método además comprende:

(a) introducir una mezcla (10) que comprende el fluido de hidrocarburo de bajo peso molecular y el polímero reductor de resistencia aerodinámica en el interior de un recipiente de vaporización (12) , donde dicho recipiente de vaporización contiene un líquido (14) de peso molecular elevado que es miscible con dicha mezcla (10) y entra en contacto con dicha mezcla, de manera que dicho fluido de hidrocarburo de bajo peso molecular penetra en una fase gas y dicho líquido (14) de peso molecular elevado permanece en una fase líquida;

(b) vaporizar dicha mezcla (10) para vaporizar dicho fluido de hidrocarburo de bajo peso molecular en dicho recipiente de vaporización (12) ;

(c) aislar dicho polímero reductor de resistencia aerodinámica a partir de ficho fluido de hidrocarburo de bajo peso molecular para formar (i) un fluido de hidrocarburo de bajo peso molecular sustancialmente libre de reductor de resistencia aerodinámica y (ii) un líquido (14) de peso molecular elevado que comprende el polímero reductor de resistencia aerodinámica; y

(d) recuperar dicho vapor (16) de hidrocarburo de bajo peso molecular sustancialmente libre de reductor de resistencia aerodinámica.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, que además comprende la etapa de:

(e) recircular dicho líquido (14) de peso molecular elevado que comprende el polímero reductor de resistencia aerodinámica a través de un dispositivo (18) de alta cizalladura de nuevo al interior de dicho recipiente de vaporización.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, donde dicho polímero reductor de resistencia aerodinámica es un polímero seleccionado entre el grupo que consiste en alfa-olefinas, acrilamidas, copolímeros de ácido acrílico y acrilamida (y sus sales) , ésteres acrílicos, y ésteres metacrílicos.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, donde dicho polímero reductor de resistencia aerodinámica es un polímero de peso molecular elevado que tiene un peso molecular medio expresado en peso mayor de aproximadamente 4 millones.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, donde dicho polímero reductor de resistencia aerodinámica está en una disolución.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, donde dicho fluido de hidrocarburo de bajo

peso molecular está seleccionado entre el grupo que consiste en líquidos de gas natural, gases de petróleo líquido y sus mezclas.

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, donde dicho líquido de peso molecular elevado está seleccionado entre el grupo que consiste en diesel, gasolinas, querosenos, aceites de motor, aceites brutos y 10 sus mezclas.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 3, donde dicha temperatura de vaporización está dentro del intervalo de aproximadamente -50 ºF/-45, 5 ºC y 250 ºF/121 ºC.