La cavitación hidrodinámica es una tecnología de intensificación de procesos emergente y energéticamente eficiente con potencial para mejorar la eficiencia, el rendimiento y la sostenibilidad en operaciones clave de refinería. Mediante la generación controlada de cizallamiento a microescala, turbulencia y efectos termomecánicos localizados, dentro de las unidades CaviFlow® de RAPTECH , la cavitación hidrodinámica puede mejorar la mezcla, la transferencia de masa y calor, la cinética de reacción y el acondicionamiento de la materia prima. Esta revisión evalúa las oportunidades de integración de la cavitación hidrodinámica en la desalación de crudo, la coquización retardada, el craqueo catalítico fluido, el hidrotratamiento, la alquilación y la mejora del residuo, haciendo hincapié en la comprensión de los mecanismos, la configuración de los equipos y las limitaciones operativas.
Resultados prácticos recientes -incluidas la mezcla y la mejora del residuo- demuestran beneficios cuantificables en la mezcla de fuelóleo pesado con combustibles alternativos. La mezcla asistida por cavitación de HFO con un 20% de FAME ha mostrado una mejora de la viscosidad, la densidad, el contenido de sedimentos y los índices de estabilidad, así como una reducción de las partículas de gato y una modesta mejora del consumo de combustible. Estos resultados ponen de relieve la importancia de la cavitación hidrodinámica no sólo para los procesos de refinería, sino también para el sector de los combustibles marítimos, especialmente en el contexto de la norma ISO 8217:2024, que permite combustibles marítimos que contengan hasta un 100% de FAME. En general, la cavitación hidrodinámica y las unidades CaviFlow® de RAPTECH presentan una vía prometedora para mejorar la procesabilidad, reducir las necesidades energéticas y apoyar la transición hacia sistemas de refino y combustibles marinos más sostenibles. Aunque la mayoría de los datos proceden de estudios de laboratorio y a escala piloto, las demostraciones emergentes -incluidas las de mezcla y mejora de residuos- subrayan el potencial de la cavitación hidrodinámica para su implantación industrial práctica.
1. IntroducciónIntroducción
Los procesos de conversión de las refinerías son fundamentales para transformar el petróleo crudo en combustibles para el transporte, materias primas petroquímicas y productos de alto valor. La eficacia y la calidad de los productos suelen verse limitadas por la heterogeneidad de las materias primas, la desactivación de los catalizadores, las incrustaciones y los problemas de transferencia de masa. El uso creciente de crudos pesados y extrapesados, que constituyen una parte significativa de las reservas mundiales recuperables, plantea retos adicionales debido a su alta viscosidad, su baja gravedad API (<20°) y su elevado contenido en asfaltenos [1]. Estas propiedades dificultan la transferencia de calor y masa, aceleran el ensuciamiento y aumentan la formación de coque en los procesos térmicos y catalíticos.
La cavitación hidrodinámica se ha revelado como una estrategia prometedora de intensificación de procesos. Genera microburbujas controladas, puntos calientes localizados, cizallamiento extremo y gradientes de presión, que pueden mejorar las reacciones químicas, la dispersión de fases y la transferencia de masa. En comparación con la mezcla mecánica convencional o los aditivos químicos, la cavitación hidrodinámica representa un enfoque potencialmente eficiente desde el punto de vista energético y poco químico para resolver los cuellos de botella de las refinerías [2]. La cavitación hidrodinámica puede combinarse con catalizadores, tensioactivos, oxidantes suaves (p. ej, H₂O₂, ozono), o la irradiación UV para mejorar aún más la eficiencia de la reacción y los resultados de un procesamiento más limpio [2].
Mecánicamente, la cavitación puede inducir modificaciones a nivel molecular en los hidrocarburos, incluyendo la desagregación de asfaltenos, el agrietamiento parcial, y cambios en las propiedades reológicas, que mejoran el manejo de las materias primas y la eficiencia de la reacción [3]. El escalado de la cavitación hidrodinámica a operaciones industriales es un reto debido a la ausencia de un método estandarizado para cuantificar la intensidad de la cavitación en diferentes fluidos y requiere elevados costes operativos y de capital [1,4]. Las pruebas obtenidas en estudios piloto y de laboratorio sugieren que la cavitación hidrodinámica puede mejorar la procesabilidad y la eficiencia, aunque la validación industrial a escala real sigue siendo limitada.
Los procesos asistidos por cavitación hidrodinámica pueden ofrecer ventajas operativas y medioambientales, como la reducción del consumo de energía, la mejora del rendimiento y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Pueden complementar los métodos convencionales de mejora, que a menudo requieren un uso intensivo de energía y diseños de reactor rd. El número de cavitación se ha propuesto como parámetro sistemático para optimizar el diseño de los reactores y unir los datos experimentales con las aplicaciones prácticas.
2.2.Oportunidades de Cavitación Hid rodinámicade Alto Impacto
2.1 Desalinización de Crudo (CDU )
La integración de la Cavitación Hidrodinámica en la entrada del desalinizador puede mejorar la dispersión de agua-petróleo y la eliminación de sales. La microturbulencia, el cizallamiento y las fluctuaciones de presión localizadas promueven la ruptura de emulsiones estables, generando gotas finas y uniformes que mejoran el contacto agua-aceite y aceleran la coalescencia. El resultado puede ser un menor contenido de sal residual, una reducción de las incrustaciones y la corrosión, y una mejora del rendimiento del intercambio de calor [2]. Las unidades de Cavitación Hidrodinámica pueden implementarse como skids compactos en línea con mínimas modificaciones en la infraestructura de desalinización existente.
2.2 Coquización retardada (DCU)
La aplicación de la Cavitación Hidrodinámica al residuo de vacío antes de los calentadores de coquización puede mejorar la homogeneización de la alimentación e inducir leves efectos de precalentamiento. El cizallamiento, la micromezcla y la activación termomecánica localizada promueven la disgregación parcial de los asfaltenos y la reducción de la viscosidad, lo que permite un craqueo térmico más uniforme [5,3]. En estudios a escala piloto se han observado mejoras en la estabilidad del calentador, reducciones en la deposición de coque y aumentos modestos en el rendimiento del producto líquido cuando la cavitación hidrodinámica se integra aguas arriba del coquizador. Mantener la intensidad de cavitación adecuada es esencial para evitar un preagrietamiento excesivo, especialmente en el caso de materias primas muy aromáticas o inestables [1,3]. Por lo tanto, el diseño adecuado del sistema de cavitación hidrodinámica y la optimización de las condiciones de funcionamiento son fundamentales para una aplicación segura y eficaz.
2.3 Unidad de craqueo catalítico fluido (FCCU )
Preacondicionamiento de las alimentaciones pesadas (por ejemplo, gasóleo de vacío o residuos) mediante cavitación hidrodinámica puede mejorar la homogeneización de la alimentación y romper parcialmente los agregados ricos en asfalteno y metales, reduciendo potencialmente la carga contaminante efectiva que contribuye a la formación de RCC [6]. El intenso cizallamiento y la micromezcla generados por la cavitación también pueden mejorar la dispersión, la transferencia de masa y la reología general de la alimentación, lo que puede favorecer una mayor eficiencia de conversión y reducir las tendencias al ensuciamiento. Estos efectos se han demostrado a escala piloto, pero hasta la fecha no se dispone de datos públicos que confirmen la aplicación de la FCC a escala real. La integración de la cavitación hidrodinámica antes de una unidad de FCC requiere una cuidadosa ingeniería de la interfaz de inyección de la alimentación, que incluya presión, temperatura, metalurgia y compatibilidad con los sistemas existentes de precalentamiento y distribución de la alimentación.
2.4 Hidrotratadores (DHT, CNHT, NHT)
La premezcla hidrógeno-aceite asistida por cavitación hidrodinámica puede mejorar la dispersión del H₂ y el contacto interfacial, mejorando potencialmente la desulfuración, la eliminación de nitrógeno y la saturación de olefinas [2,8]. La microturbulencia y el cizallamiento aumentan el área interfacial disponible, mitigando las limitaciones de transferencia de masa que reducen la eficacia del catalizador. Se recomienda la validación de pilotos para optimizar la gravedad de la cavitación, el tiempo de residencia y la integración de módulos. Los módulos de cavitación hidrodinámica correctamente diseñados (patines de presión nominal con materiales compatibles con las condiciones del proceso) pueden permitir una mayor conversión por paso y una mayor longevidad del catalizador.
2. Tratamiento cáustico del combustible de aviación.5 Tratamiento cáustico del combustible de aviación(JCTU )
En el tratamiento cáustico del combustible de aviación, la cavitación hidrodinámica intensifica el contacto entre la solución cáustica y los hidrocarburos, mejorando la extracción del mercaptano y la estabilidad del producto. La micromezcla y la alta renovación interfacial pueden reducir el consumo de sosa cáustica manteniendo o mejorando el rendimiento del endulzamiento. Los sistemas de cavitación hidrodinámica en línea permiten una retroadaptación directa con una interrupción mínima del proceso.
2.6 Unidades de alquilación (H₂SO₄ ALKY)
La cavitación hidrodinámica puede mejorar el contacto ácido-hidrocarburo en las unidades de alquilación, favoreciendo unas condiciones de reacción más uniformes y mejorando potencialmente el índice de octano y el rendimiento del producto [6]. El alto cizallamiento, la microturbulencia y las fluctuaciones de presión aceleran las reacciones catalizadas por ácidos. Su aplicación requiere una rigurosa selección de materiales, un diseño resistente a la corrosión y estrictos protocolos de seguridad. Se recomienda la validación a escala piloto antes de la adopción a gran escala.
2.7 Mejora y mezcla de residuos
La cavitación hidrodinámica puede apoyar tanto la mezcla como la mejora parcial de residuos pesados y residuos de vacío al mejorar la dispersión, reducir la viscosidad y mejorar la estabilidad general del combustible.
Aplicaciones de mejora
Para la mejora, la cavitación promueve la desagregación de asfaltenos, el craqueo leve, la reducción de la viscosidad, un cambio hacia fracciones más ligeras y la minimización de lodos [2-4]. El tratamiento de residuos asistido por cavitación hidrodinámica ha demostrado ser más rentable que la cavitación acústica en operaciones a escala piloto y puede mejorar las propiedades del betún, la desulfuración y la estabilidad de la emulsión en aplicaciones como las materias primas de FCC, los hidrotratadores y los combustibles marinos [4,7,8]. Aunque la mayoría de los beneficios comunicados se derivan de escalas de laboratorio y piloto, el control adecuado de la intensidad de la cavitación y del tiempo de residencia es fundamental para una aplicación segura y eficaz.
Aplicaciones de mezcla
En las operaciones de mezcla, la Cavitación Hidrodinámica promueve la formación de dispersiones finas y estables entre los aceites pesados y los componentes de menor viscosidad, como el biodiésel o los aceites de pirólisis. El alto cizallamiento y la microturbulencia generados durante la cavitación mejoran la miscibilidad, reducen la propensión a la separación de fases y mejoran la homogeneidad durante el almacenamiento y la manipulación.
Pruebas independientes de Bureau Veritas y laboratorios de física de datos confirmaron estas mejoras. La tabla 1 resume una comparación del HFO 380 mezclado con un 20% de biodiésel (FAME) utilizando la mezcla manual convencional (HD) y la mezcla asistida por cavitación (CF) con el sistema CaviFlow® de RAPTECH. El método asistido por cavitación produjo mejoras mensurables en densidad, viscosidad, contenido de azufre, contenido de cenizas, niveles de sedimentos e índice medio de estabilidad (MSI), al tiempo que redujo la concentración de finos de gato. Las pruebas de motores realizadas por FVTR GmbH registraron además una modesta reducción (~1%) en el consumo de combustible de la mezcla de HFO-20% de FAME tratada con cavitación.
Dependiendo del tamaño del buque, el perfil operativo y el precio del combustible, estas mejoras en las propiedades pueden traducirse en beneficios operativos significativos en el sector marítimo, donde el fuelóleo pesado sigue siendo una fuente de energía dominante.
Tabla 1. Comparación de la mezcla de HFO 380 con FAME.Comparación del HFO 380 mezclado con un 20% de biodiésel (FAME) mediante mezcla manual convencional (HD) y mezcla asistida por cavitación (CF).
(1) Los aceites pesados con °API < 22.3 suelen clasificarse como "fuelóleo pesado".
(2) Aunque el punto de inflamación disminuyó, ambas mezclas se mantienen muy por encima de los límites mínimos ISO 8217 para combustibles marinos residuales, lo que garantiza el cumplimiento de la normativa de seguridad.
3. La cavitación hidrodinámica representa una herramienta versátil de intensificación de procesos capaz de abordar varios retos persistentes en el refinado del petróleo, como la heterogeneidad de las materias primas, las limitaciones de la transferencia de masa, las incrustaciones y el tratamiento de residuos de alta viscosidad. En las unidades de desalación de crudo, conversión térmica y catalítica, tratamiento cáustico y alquilación, la cavitación hidrodinámica ofrece oportunidades para mejorar la dispersión, la uniformidad de la reacción y la estabilidad operativa, al tiempo que reduce potencialmente el consumo de energía y el impacto medioambiental.
Los prometedores resultados demostrados en la valorización de residuos y la mezcla asistida por cavitación, en particular la mejora de la manipulación y la estabilidad de las mezclas de HFO y FAME , subrayan la importancia de la cavitación hidrodinámica en la transición de los sectores del refino y de los combustibles marítimos y búnker hacia flujos de combustibles más diversos y renovables. La introducción de la norma ISO 8217:2024 [9], que permite el uso de combustibles marinos que contengan hasta un 100% de FAME, amplifica aún más la necesidad de tecnologías que puedan estabilizar las mezclas de fracciones de petróleo pesado con combustibles alternativos. La capacidad de la cavitación hidrodinámica para reducir la viscosidad, mejorar la estabilidad de las fases y mitigar los problemas relacionados con los sedimentos y los contaminantes la posiciona como un elemento práctico en este panorama en evolución.
El éxito de su adopción industrial dependerá de
Aunque las pruebas actuales son predominantemente a escala piloto, el tratamiento del petróleo pesado y la mezcla de combustibles asistidos por cavitación hidrodinámica muestran vías alentadoras para aumentar la eficiencia de las refinerías, permitir la integración de combustibles alternativos y apoyar objetivos más amplios de descarbonización y sostenibilidad [4]. Estas ventajas son directamente aplicables al sector de los combustibles marítimos y búnkeres, ya que aportan mejoras operativas, medioambientales y de calidad del combustible.
Autor: Dr. Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH
Referencias
Resultados prácticos recientes -incluidas la mezcla y la mejora del residuo- demuestran beneficios cuantificables en la mezcla de fuelóleo pesado con combustibles alternativos. La mezcla asistida por cavitación de HFO con un 20% de FAME ha mostrado una mejora de la viscosidad, la densidad, el contenido de sedimentos y los índices de estabilidad, así como una reducción de las partículas de gato y una modesta mejora del consumo de combustible. Estos resultados ponen de relieve la importancia de la cavitación hidrodinámica no sólo para los procesos de refinería, sino también para el sector de los combustibles marítimos, especialmente en el contexto de la norma ISO 8217:2024, que permite combustibles marítimos que contengan hasta un 100% de FAME. En general, la cavitación hidrodinámica y las unidades CaviFlow® de RAPTECH presentan una vía prometedora para mejorar la procesabilidad, reducir las necesidades energéticas y apoyar la transición hacia sistemas de refino y combustibles marinos más sostenibles. Aunque la mayoría de los datos proceden de estudios de laboratorio y a escala piloto, las demostraciones emergentes -incluidas las de mezcla y mejora de residuos- subrayan el potencial de la cavitación hidrodinámica para su implantación industrial práctica.
1. IntroducciónIntroducción
Los procesos de conversión de las refinerías son fundamentales para transformar el petróleo crudo en combustibles para el transporte, materias primas petroquímicas y productos de alto valor. La eficacia y la calidad de los productos suelen verse limitadas por la heterogeneidad de las materias primas, la desactivación de los catalizadores, las incrustaciones y los problemas de transferencia de masa. El uso creciente de crudos pesados y extrapesados, que constituyen una parte significativa de las reservas mundiales recuperables, plantea retos adicionales debido a su alta viscosidad, su baja gravedad API (<20°) y su elevado contenido en asfaltenos [1]. Estas propiedades dificultan la transferencia de calor y masa, aceleran el ensuciamiento y aumentan la formación de coque en los procesos térmicos y catalíticos.
La cavitación hidrodinámica se ha revelado como una estrategia prometedora de intensificación de procesos. Genera microburbujas controladas, puntos calientes localizados, cizallamiento extremo y gradientes de presión, que pueden mejorar las reacciones químicas, la dispersión de fases y la transferencia de masa. En comparación con la mezcla mecánica convencional o los aditivos químicos, la cavitación hidrodinámica representa un enfoque potencialmente eficiente desde el punto de vista energético y poco químico para resolver los cuellos de botella de las refinerías [2]. La cavitación hidrodinámica puede combinarse con catalizadores, tensioactivos, oxidantes suaves (p. ej, H₂O₂, ozono), o la irradiación UV para mejorar aún más la eficiencia de la reacción y los resultados de un procesamiento más limpio [2].
Mecánicamente, la cavitación puede inducir modificaciones a nivel molecular en los hidrocarburos, incluyendo la desagregación de asfaltenos, el agrietamiento parcial, y cambios en las propiedades reológicas, que mejoran el manejo de las materias primas y la eficiencia de la reacción [3]. El escalado de la cavitación hidrodinámica a operaciones industriales es un reto debido a la ausencia de un método estandarizado para cuantificar la intensidad de la cavitación en diferentes fluidos y requiere elevados costes operativos y de capital [1,4]. Las pruebas obtenidas en estudios piloto y de laboratorio sugieren que la cavitación hidrodinámica puede mejorar la procesabilidad y la eficiencia, aunque la validación industrial a escala real sigue siendo limitada.
Los procesos asistidos por cavitación hidrodinámica pueden ofrecer ventajas operativas y medioambientales, como la reducción del consumo de energía, la mejora del rendimiento y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Pueden complementar los métodos convencionales de mejora, que a menudo requieren un uso intensivo de energía y diseños de reactor rd. El número de cavitación se ha propuesto como parámetro sistemático para optimizar el diseño de los reactores y unir los datos experimentales con las aplicaciones prácticas.
2.2.Oportunidades de Cavitación Hid rodinámicade Alto Impacto
2.1 Desalinización de Crudo (CDU )
La integración de la Cavitación Hidrodinámica en la entrada del desalinizador puede mejorar la dispersión de agua-petróleo y la eliminación de sales. La microturbulencia, el cizallamiento y las fluctuaciones de presión localizadas promueven la ruptura de emulsiones estables, generando gotas finas y uniformes que mejoran el contacto agua-aceite y aceleran la coalescencia. El resultado puede ser un menor contenido de sal residual, una reducción de las incrustaciones y la corrosión, y una mejora del rendimiento del intercambio de calor [2]. Las unidades de Cavitación Hidrodinámica pueden implementarse como skids compactos en línea con mínimas modificaciones en la infraestructura de desalinización existente.
2.2 Coquización retardada (DCU)
La aplicación de la Cavitación Hidrodinámica al residuo de vacío antes de los calentadores de coquización puede mejorar la homogeneización de la alimentación e inducir leves efectos de precalentamiento. El cizallamiento, la micromezcla y la activación termomecánica localizada promueven la disgregación parcial de los asfaltenos y la reducción de la viscosidad, lo que permite un craqueo térmico más uniforme [5,3]. En estudios a escala piloto se han observado mejoras en la estabilidad del calentador, reducciones en la deposición de coque y aumentos modestos en el rendimiento del producto líquido cuando la cavitación hidrodinámica se integra aguas arriba del coquizador. Mantener la intensidad de cavitación adecuada es esencial para evitar un preagrietamiento excesivo, especialmente en el caso de materias primas muy aromáticas o inestables [1,3]. Por lo tanto, el diseño adecuado del sistema de cavitación hidrodinámica y la optimización de las condiciones de funcionamiento son fundamentales para una aplicación segura y eficaz.
2.3 Unidad de craqueo catalítico fluido (FCCU )
Preacondicionamiento de las alimentaciones pesadas (por ejemplo, gasóleo de vacío o residuos) mediante cavitación hidrodinámica puede mejorar la homogeneización de la alimentación y romper parcialmente los agregados ricos en asfalteno y metales, reduciendo potencialmente la carga contaminante efectiva que contribuye a la formación de RCC [6]. El intenso cizallamiento y la micromezcla generados por la cavitación también pueden mejorar la dispersión, la transferencia de masa y la reología general de la alimentación, lo que puede favorecer una mayor eficiencia de conversión y reducir las tendencias al ensuciamiento. Estos efectos se han demostrado a escala piloto, pero hasta la fecha no se dispone de datos públicos que confirmen la aplicación de la FCC a escala real. La integración de la cavitación hidrodinámica antes de una unidad de FCC requiere una cuidadosa ingeniería de la interfaz de inyección de la alimentación, que incluya presión, temperatura, metalurgia y compatibilidad con los sistemas existentes de precalentamiento y distribución de la alimentación.
2.4 Hidrotratadores (DHT, CNHT, NHT)
La premezcla hidrógeno-aceite asistida por cavitación hidrodinámica puede mejorar la dispersión del H₂ y el contacto interfacial, mejorando potencialmente la desulfuración, la eliminación de nitrógeno y la saturación de olefinas [2,8]. La microturbulencia y el cizallamiento aumentan el área interfacial disponible, mitigando las limitaciones de transferencia de masa que reducen la eficacia del catalizador. Se recomienda la validación de pilotos para optimizar la gravedad de la cavitación, el tiempo de residencia y la integración de módulos. Los módulos de cavitación hidrodinámica correctamente diseñados (patines de presión nominal con materiales compatibles con las condiciones del proceso) pueden permitir una mayor conversión por paso y una mayor longevidad del catalizador.
2. Tratamiento cáustico del combustible de aviación.5 Tratamiento cáustico del combustible de aviación(JCTU )
En el tratamiento cáustico del combustible de aviación, la cavitación hidrodinámica intensifica el contacto entre la solución cáustica y los hidrocarburos, mejorando la extracción del mercaptano y la estabilidad del producto. La micromezcla y la alta renovación interfacial pueden reducir el consumo de sosa cáustica manteniendo o mejorando el rendimiento del endulzamiento. Los sistemas de cavitación hidrodinámica en línea permiten una retroadaptación directa con una interrupción mínima del proceso.
2.6 Unidades de alquilación (H₂SO₄ ALKY)
La cavitación hidrodinámica puede mejorar el contacto ácido-hidrocarburo en las unidades de alquilación, favoreciendo unas condiciones de reacción más uniformes y mejorando potencialmente el índice de octano y el rendimiento del producto [6]. El alto cizallamiento, la microturbulencia y las fluctuaciones de presión aceleran las reacciones catalizadas por ácidos. Su aplicación requiere una rigurosa selección de materiales, un diseño resistente a la corrosión y estrictos protocolos de seguridad. Se recomienda la validación a escala piloto antes de la adopción a gran escala.
2.7 Mejora y mezcla de residuos
La cavitación hidrodinámica puede apoyar tanto la mezcla como la mejora parcial de residuos pesados y residuos de vacío al mejorar la dispersión, reducir la viscosidad y mejorar la estabilidad general del combustible.
Aplicaciones de mejora
Para la mejora, la cavitación promueve la desagregación de asfaltenos, el craqueo leve, la reducción de la viscosidad, un cambio hacia fracciones más ligeras y la minimización de lodos [2-4]. El tratamiento de residuos asistido por cavitación hidrodinámica ha demostrado ser más rentable que la cavitación acústica en operaciones a escala piloto y puede mejorar las propiedades del betún, la desulfuración y la estabilidad de la emulsión en aplicaciones como las materias primas de FCC, los hidrotratadores y los combustibles marinos [4,7,8]. Aunque la mayoría de los beneficios comunicados se derivan de escalas de laboratorio y piloto, el control adecuado de la intensidad de la cavitación y del tiempo de residencia es fundamental para una aplicación segura y eficaz.
Aplicaciones de mezcla
En las operaciones de mezcla, la Cavitación Hidrodinámica promueve la formación de dispersiones finas y estables entre los aceites pesados y los componentes de menor viscosidad, como el biodiésel o los aceites de pirólisis. El alto cizallamiento y la microturbulencia generados durante la cavitación mejoran la miscibilidad, reducen la propensión a la separación de fases y mejoran la homogeneidad durante el almacenamiento y la manipulación.
Pruebas independientes de Bureau Veritas y laboratorios de física de datos confirmaron estas mejoras. La tabla 1 resume una comparación del HFO 380 mezclado con un 20% de biodiésel (FAME) utilizando la mezcla manual convencional (HD) y la mezcla asistida por cavitación (CF) con el sistema CaviFlow® de RAPTECH. El método asistido por cavitación produjo mejoras mensurables en densidad, viscosidad, contenido de azufre, contenido de cenizas, niveles de sedimentos e índice medio de estabilidad (MSI), al tiempo que redujo la concentración de finos de gato. Las pruebas de motores realizadas por FVTR GmbH registraron además una modesta reducción (~1%) en el consumo de combustible de la mezcla de HFO-20% de FAME tratada con cavitación.
Dependiendo del tamaño del buque, el perfil operativo y el precio del combustible, estas mejoras en las propiedades pueden traducirse en beneficios operativos significativos en el sector marítimo, donde el fuelóleo pesado sigue siendo una fuente de energía dominante.
Tabla 1. Comparación de la mezcla de HFO 380 con FAME.Comparación del HFO 380 mezclado con un 20% de biodiésel (FAME) mediante mezcla manual convencional (HD) y mezcla asistida por cavitación (CF).
| Parámetro | Unidad | Mezcla (HD) | Mezcla (CF) | Mejora (%) |
|---|---|---|---|---|
| Densidad a 50°C | kg/m³ | 948.7 | 945.5 | 0.3 |
| °API @ 60 °F (1) | - | 13.83 | 14.32 | 3.5 |
| Viscosidad cinemática a 50°C | cSt | 109.2 | 94.72 | 13 |
| Contenido de azufre | % (m/m) | 1.35 | 1.33 | 1.5 |
| Contenido de ceniza | % (m/m) | 0.024 | 0.023 | 4 |
| Punto de vertido | °C | -15 | -15 | 0 |
| Punto de inflamación (2) | °C | 129.5 | 103.5 | -20 (2) |
| Potencial sedimentario total | % (m/m) | 0.04 | 0.03 | 25 |
| Sedimento total Existente | % (m/m) | 0.03 | 0.02 | 33 |
| Índice de estabilidad media (ICM) | - | 0.24 | 0.19 | 26 |
| Multas para gatos (Al&Si) | mg/kg | 9 | 6 | 50 |
(1) Los aceites pesados con °API < 22.3 suelen clasificarse como "fuelóleo pesado".
(2) Aunque el punto de inflamación disminuyó, ambas mezclas se mantienen muy por encima de los límites mínimos ISO 8217 para combustibles marinos residuales, lo que garantiza el cumplimiento de la normativa de seguridad.
3. La cavitación hidrodinámica representa una herramienta versátil de intensificación de procesos capaz de abordar varios retos persistentes en el refinado del petróleo, como la heterogeneidad de las materias primas, las limitaciones de la transferencia de masa, las incrustaciones y el tratamiento de residuos de alta viscosidad. En las unidades de desalación de crudo, conversión térmica y catalítica, tratamiento cáustico y alquilación, la cavitación hidrodinámica ofrece oportunidades para mejorar la dispersión, la uniformidad de la reacción y la estabilidad operativa, al tiempo que reduce potencialmente el consumo de energía y el impacto medioambiental.
Los prometedores resultados demostrados en la valorización de residuos y la mezcla asistida por cavitación, en particular la mejora de la manipulación y la estabilidad de las mezclas de HFO y FAME , subrayan la importancia de la cavitación hidrodinámica en la transición de los sectores del refino y de los combustibles marítimos y búnker hacia flujos de combustibles más diversos y renovables. La introducción de la norma ISO 8217:2024 [9], que permite el uso de combustibles marinos que contengan hasta un 100% de FAME, amplifica aún más la necesidad de tecnologías que puedan estabilizar las mezclas de fracciones de petróleo pesado con combustibles alternativos. La capacidad de la cavitación hidrodinámica para reducir la viscosidad, mejorar la estabilidad de las fases y mitigar los problemas relacionados con los sedimentos y los contaminantes la posiciona como un elemento práctico en este panorama en evolución.
El éxito de su adopción industrial dependerá de
- Control preciso de la intensidad de la cavitación para equilibrar el aumento de la eficiencia con la integridad del equipo.
- Garantía de compatibilidad con flujos de proceso a alta temperatura, corrosivos o de alta viscosidad.
- Integración de módulos HC en configuraciones de refinerías existentes sin interrumpir el control de procesos críticos.
Aunque las pruebas actuales son predominantemente a escala piloto, el tratamiento del petróleo pesado y la mezcla de combustibles asistidos por cavitación hidrodinámica muestran vías alentadoras para aumentar la eficiencia de las refinerías, permitir la integración de combustibles alternativos y apoyar objetivos más amplios de descarbonización y sostenibilidad [4]. Estas ventajas son directamente aplicables al sector de los combustibles marítimos y búnkeres, ya que aportan mejoras operativas, medioambientales y de calidad del combustible.
Autor: Dr. Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH
Referencias
- Demirbas, A.; Bafail, A.; Nizami, A.-S. Mejora del petróleo pesado: Unlocking the future fuel supply. Ciencia y tecnología del petróleo, 2016, 34(4), 303-308. DOI: 10.1080/10916466.2015.1136949.
- Panda, D.; Saharan, V. K.; Manickam, S. Cavitación hidrodinámica controlada: A Review of Recent Advances and Perspectives for Greener Processing. Processes, 2020, 8, 220. DOI: 10.3390/pr8020220.
- Kuimov, D.; Minkin, M.; Yurov, A.; Lukyanov, A. Current State of Research on the Mechanism of Cavitation Effects in the Treatment of Liquid Petroleum Products-Review and Proposals for Further Research. Fluids, 2023, 8, 172. DOI: 10.3390/fluids8060172.
- Neelima, N. V.; Bhattacharya, S.; Holkar, C. R.; Jadhav, A. J.; Pandit, A. B.; Pinjari, D. V. Cavitation-Assisted Transformations in Bitumen Processing: A Review. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2024, 63, 6047-6065. DOI: 10.1021/acs.iecr.4c00785.
- Wan, C.; Wang, R.; Zhou, W.; Li, L. Estudio experimental sobre la reducción de la viscosidad del petróleo pesado mediante donantes de hidrógeno utilizando un chorro cavitante. RSC Advances, 2019, 9, 2509-2515. DOI: 10.1039/C8RA08087A.
- Stebeleva, O. P.; Minakov, A. V. Aplicación de la cavitación en el procesamiento del petróleo: An Overview of Mechanisms and Results of Treatment. ACS Omega, 2021. DOI: 10.1021/acsomega.1c05858.
- Davudov, D.; Ghanbarnezhad Moghanloo, R. A systematic comparison of various upgrading techniques for heavy oil. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2017, 156, 623-632. DOI: 10.1016/j.petrol.2017.05.014.
- Cako, E.; Wang, Z.; Castro-Muñoz, R.; Rayaroth, M. P.; Boczkaj, G. Tecnologías más limpias basadas en la cavitación para la producción de biodiésel y el procesamiento de corrientes de hidrocarburos: A perspective on key fundamentals, missing process data and economic feasibility - A review. Ultrasonics Sonochemistry, 2022, 88, 106081. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2022.106081.
- Grupo de trabajo sobre combustibles del CIMAC. Directriz CIMAC: Combustibles marinos que contienen FAME - ISO 8217:2024. CIMAC, 2024
