2. PETROLEO A. GENERALIDADES 2.1. TEORIAS DE ... - UN Virtual
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<strong>2.</strong>1. <strong>TEORIAS</strong> <strong>DE</strong> SU FORMACION<br />
1<br />
I. INORGÁNICA<br />
II. ORGÁNICA<br />
<strong>2.</strong> <strong>PETROLEO</strong><br />
A. <strong>GENERALIDA<strong>DE</strong>S</strong><br />
CaC2 + H 2 → C2H2 + Ca → Petróleo<br />
Desechos animales y vegetales → Rocas sedimentarias → Petróleo<br />
III. ACCIÓN BACTERIANA SOBRE CARBOHIDRATOS Y<br />
PROTEINAS<br />
Residuo: Aceites Grasos resistentes a bacterias y/o productos químicos<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong> COMPOSICIÓN<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong>1. Alifáticos (HC, cadena abierta)<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong>1.1. Serie parafínica (HCT): metano, n-hexano, n-heptano, hexacontano.<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong>1.1.1. Características
Parafina disuelta en los HC livianos, baja gravedad específica, contenido elevado de<br />
lubricantes de buena calidad, escasa propiedad antidetonante.<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong>1.<strong>2.</strong> Serie isoparafínica: 2- y 3- metilpentano; 2,3-dimetilpentano y 2metilhexano.<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong>1.<strong>2.</strong>1. Características<br />
Mejores propiedades antidetonantes que la serie n-parafínica.<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong><strong>2.</strong> Cíclicos<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong><strong>2.</strong>1. Serie nafténica: metil y dimetil-ciclopentano, ciclo y metilciclohexano.<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong><strong>2.</strong>1.1. Características<br />
Líquidos ó sólidos, bajo contenido de gasolina e índice de viscosidad de viscosidad<br />
de los lubricantes obtenidos debido al azufre.<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong><strong>2.</strong><strong>2.</strong> Serie bencénica: benceno, tolueno, xileno etilbenceno.<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong><strong>2.</strong><strong>2.</strong>1. Características<br />
Buenos antidetonantes, estables<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong>3. Componentes menores<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong>3.1. Olefinas: etileno, propilenos, butilenos. Ausentes en muchos casos.<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong>3.1.1. Características<br />
2
Se polimerizan y oxidan durante el almacenamiento, precursores petroquímicos.<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong>3.<strong>2.</strong> Azufre: disuelto, sulfhídrico, tiofenos, mercaptanos, sulfatos, sulfuros de<br />
alquilo, ácidos sulfónicos (reacciones intermedias).<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong>3.<strong>2.</strong>1. Características<br />
Bajo contenido en bases parafínicas, corrosivos, disminuyen poder antidetonante,<br />
olor desagradable.<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong>3.3. Sal<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong>3.4. Agua<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong>4. Crudos de base intermedia<br />
Mezcla de hidrocarburos parafínicos y nafténicos<br />
<strong>2.</strong>3. CLASIFICACIÓN <strong>DE</strong> LAS SERIES - <strong>DE</strong>TERMINACION<br />
3<br />
Parafinas Por diferencia<br />
Olefinas absorbidos o polimerizados por ácidos<br />
Nafténicos índice de anilina<br />
Aromáticos absorbidos por óleum, nitrados o disueltos en<br />
sulfato de dimetilo<br />
P O N A<br />
- Crudo altamente parafínico 7<strong>2.</strong>0 0.0 25.0 3.0<br />
- Crudo altamente nafténico ( LCT ) 11.0 0.0 63.0 26.0<br />
- Gasolina de destilación de crudo<br />
parafínico<br />
69.8 1.6 23.7 4.7<br />
- Gasolina de ruptura ( Craqueo ) de un<br />
gasóleo de base mezclada<br />
53.0 3.0 14.0 3.0<br />
<strong>2.</strong>4. CLASIFICACIÓN <strong>DE</strong> LOS PETRÓLEOS CRUDOS
<strong>2.</strong>4.1. Serie de HC predominantes<br />
Base parafínica, nafténica e intermedia<br />
<strong>2.</strong>4.<strong>2.</strong> Gravedad O API (pesados, livianos e intermedios)<br />
<strong>2.</strong>4.3. Destilación<br />
4<br />
menores de 15 ( Extrapesados )<br />
Nafténicos menor de 20 ( Pesados )<br />
Mezclados 21 a 30 ( Intermedios )<br />
Parafínicos 32 a 40 ( Livianos )<br />
Factor de caracterización:<br />
de donde:<br />
T<br />
K =<br />
Grav. esp.<br />
T = Temperatura de destilación promedio molal ( o R).<br />
Grav. esp. = Gravedad Específica referida al agua.<br />
Factor K<br />
Parafínicos mayor de 12<br />
Nafténicos menor de 11<br />
Intermedios entre 11 y 12<br />
<strong>2.</strong>5. PROPIEDA<strong>DE</strong>S FÍSICAS (Para diferenciar crudos)
5<br />
1- Gravedad o API<br />
2- Gravedad Específica y Densidad<br />
3- Viscosidad<br />
4- Puntos de congelación y de escurrimiento<br />
5- Rango de Destilación<br />
6- Otros (Cp, ΔHc, pv, fire and flash points)<br />
1-<br />
2-<br />
141.5<br />
º API = −131.5<br />
Grav. Esp.<br />
141.5<br />
Grav. esp.<br />
=<br />
131.5 + º API<br />
z 149.7<br />
s t<br />
3- Viscosidad cinética (centiStokes) = = 0.219⋅t−<br />
( cSt)<br />
en donde:<br />
z = viscosidad absoluta en cP (1 cP = 0.000672 lb. / pie x s)<br />
s = gravedad específica del crudo<br />
t = viscosidad en S.S.U (Segundos Saybolt Universal)<br />
4- Punto de congelación : temperatura a la que congela el crudo<br />
Punto de escurrimiento: temperatura más baja a la cual deja de fluir el<br />
crudo.<br />
NOTA:<br />
La temperatura de punto de escurrimiento es mayor que la de punto de<br />
congelación.<br />
5- Rango de destilación<br />
6- Otros:<br />
300 a 700 o F<br />
Petróleo a 30 o API Cp = 0.5 BTU / lb. x o F ΔHc = 18000 BTU/lb.<br />
Cp del agua = 1.0 BTU / lb. o F
6<br />
Analizar inconveniencia de su presencia en un crudo<br />
1 lb. de agua libre en el crudo requeriría el doble de Energía para su<br />
calentamiento que 1 lb. de crudo
1. <strong>DE</strong>STILACION FRACCIONADA<br />
1.1. CONCEPTO<br />
7<br />
B. PROCESOS <strong>DE</strong> REFINACION<br />
(ECOPETROL)<br />
Operación que permite separar el petróleo crudo en productos dentro de un rango de<br />
ebullición, además de otras características.<br />
1.<strong>2.</strong> EQUIPOS ASOCIADOS<br />
Hornos, torres, columnas de despojamiento, intercambiadores.<br />
1.3. FACTORES<br />
- Rango de ebullición de la carga<br />
- Estabilidad del calor suministrado<br />
- Especificaciones de los productos a obtener<br />
- Presión: según proporción de livianos, presión de vapor a la temperatura de<br />
obtención, grado de descomposición o “craqueo” que pueda soportar el crudo a<br />
las temperaturas seleccionadas.
8<br />
Nota:<br />
- La destilación primaria permite separar productos hasta puntos finales<br />
de ebullición de aproximadamente 700 a 800 o F (de crudos).<br />
- La gasolina natural se fracciona a presión alta por contener PROPANO<br />
y BUTANO con presiones de vapor a 100 o F en el rango de 125 a 200<br />
psi. La temperatura de salida de esta gasolina cruda, previa al<br />
fraccionamiento no es superior a 400 o F.<br />
- La torre de destilación primaria posee, al menos, 3 corrientes de<br />
productos laterales. Las columnas laterales son despojadoras y operan,<br />
preferiblemente, con vapor de agua.<br />
- Es una sola torre (a una T° dada) se obtiene una mayor cantidad de<br />
vapor instantáneo con respecto al obtenido en torres en serie. El primer<br />
caso se aplica a la destilación de crudo.<br />
- Vapor de despojo: medio más usado para estabilizar o despojar componentes<br />
livianos de una carga líquida, o sea, para aumentar su punto de inflamación<br />
(chispa, flash).<br />
- contacto: directo carga - vapor<br />
- el punto de chispa está relacionado con la temperatura (T°) de corte en el<br />
intervalo de 0 a 10 % de destilación así:<br />
PRODUCTOS <strong>DE</strong>STILADOS: 0.64 x T - 100 = o F<br />
<strong>PETROLEO</strong> CRUDO : 0.57 x T - 110 = o F<br />
- a partir de figuras de correlación es posible calcular la cantidad de vapor<br />
por galón removido<br />
- Valores típicos:<br />
Número de platos Lb. de vapor por galón<br />
1 1.00<br />
9 0.45<br />
10 0.40<br />
- Relaciones de vapor típicas:
9<br />
Sustancia lb. por galón<br />
Naftas 0.2 a 0.5<br />
Keroseno, ACPM o PPA 0.2 a 0.6<br />
Gasóleo 0.1 a 0.5<br />
Bases lubricantes 0.4 a 0.9<br />
Crudo reducido 0.4 a 1.2<br />
Otros 1 +<br />
1.4. <strong>DE</strong>SCRIPCIÓN <strong>DE</strong>L PROCESO<br />
FRACCIONADOR <strong>DE</strong> CRUDO
10<br />
(1) Bombeo de crudo a intercambiadores (presión final 125 a 200 psig)<br />
(2) Calentamiento en horno a 300 o F<br />
(3) Entrada a zona de vaporización de la torre con una temperatura suficiente, inclusive<br />
para vaporizar hasta un 20 % de los fondos, con la que se obtiene un mejor<br />
fraccionamiento en la cima de la columna (mayor reflujo en los platos superiores).<br />
(4) Enfriamiento de reflujo hasta mínimo requerimiento energético<br />
(5) Se admite vapor de despojo en los platos inferiores a la carga<br />
(6) Se presenta una vaporización instantánea de livianos con la entrada de carga a la<br />
torre con lo cual se obtiene un crudo reducido libre de livianos.<br />
(7) El vapor de agua que asciende tal que en el plato de carga se reduce la temperatura<br />
necesaria de vaporización. A su vez estabiliza el crudo, aumenta su punto de<br />
inflamación y permite recuperar una mayor cantidad de gasóleo.<br />
NOTA: Como la composición del crudo es función de la temperatura de<br />
vaporización, es posible determinar el calor necesario de despojo;<br />
además, es posible determinar las curvas de vaporización.<br />
Para un mejor aprovechamiento energético, las corrientes de almacenamiento de envían a<br />
bajas temperaturas con el fin de utilizar el calor residual para generación de vapor u otros<br />
servicios.<br />
<strong>DE</strong>STILACIÓN Y EXTRACCION CON SOLVENTE (P.eb. > P. eb. final del producto<br />
más pesado) Productos de rango estrecho (1 a 3 o C). Ej.: obtención de aromáticos,<br />
solventes: anilina, furfural, fenol, nitrobenceno, Sulfolane R , Clorex R .
<strong>2.</strong>1. OBJETIVOS<br />
11<br />
<strong>2.</strong> <strong>UN</strong>IDAD <strong>DE</strong> <strong>DE</strong>STILACION AL VACIO<br />
- Fraccionar HC que ebullen a más de 700 o F (370 o C) en la UDA<br />
- Maximizar producción de gasóleo y componentes ligeros<br />
<strong>2.</strong><strong>2.</strong> CONDICIONES <strong>DE</strong> OPERACION<br />
- Presión : 1.0 psia (hasta)<br />
- Temperatura: 730 - 780 o F<br />
- Presión Interna: 50 psig y exterior<br />
<strong>2.</strong>3. CARACTERISTICAS<br />
- Línea de alimento grande por la vaporización casi total debido a la baja presión<br />
- Caída de presión interna baja<br />
- Bandejas laterales traslapadas<br />
- Sección de cabeza reducida<br />
- Fondo de la torre de diámetro reducido<br />
- Línea de enfriamiento rápido<br />
- Rejilla y mallas de coalescencia<br />
- Material de acero al carbono<br />
<strong>2.</strong>4. PRODUCTOS<br />
- Breas<br />
- Ceras<br />
- Asfaltos<br />
- Gasóleo
12<br />
COLUMNA <strong>DE</strong> VACIO
3.1. OBJETIVO<br />
13<br />
3. RUPTURA CATALÍTICA<br />
Desintegrar o descomponer hidrocarburos de alto peso molecular en moléculas pequeñas de<br />
volatilidad apropiada, para emplearlas como combustibles y materias primas en procesos de<br />
síntesis o petroquímicos; inicialmente se pretendía producir combustibles de alto octanaje<br />
para remplazar las gasolinas con plomo, teniendo en cuenta que los hidrocarburos<br />
aromáticos y alifáticos poseen mayor octanaje que los lineales.<br />
N o Octano: Porcentaje de isooctano que añadido al n-heptano golpea en una máquina con<br />
una intensidad igual al combustible bajo estudio.<br />
3.<strong>2.</strong> CATALIZADORES<br />
Los primeros fueron arcillas naturales (ácidas) tipo bentonita; posteriormente se utilizó<br />
silica-alúmina sintética (aluminosilicatos):<br />
- Mayor rendimiento (gasolina)<br />
- Octanaje a niveles de 90-95.<br />
- Reacciones:<br />
· Isomerización<br />
· Deshidrociclización<br />
· Deshidrogenación<br />
* Luego aparecen las zeolitas (cristalinas), de fórmula:<br />
( ) ( )<br />
en donde: M = Catión positivo.<br />
v = x, monocatión.<br />
y = x , cationes divalentes.<br />
2<br />
NOTA:<br />
M AlO SiO ⋅ 2H<br />
O<br />
v 2 x 2 y 2
14<br />
La zeolita sodalita (Faujasita) de estructura octaédrica cúbica regular (24 tetraedros<br />
de SiO4 4- ó Al2O4 2- ) se usa ampliamente.<br />
- Aumenta en temperatura regeneración<br />
- Disminución coque en catalizador<br />
- Disminución CO en gas de salida<br />
- Posible tratamiento de residuos más pesados<br />
3.3. <strong>DE</strong>SCRIPCIÓN <strong>DE</strong>L PROCESO<br />
(1). Precalentamiento de la carga a 600-700 o F.<br />
(2). Mezcla de la carga con catalizador regenerado caliente en el elevador.<br />
(3). Salida de material craqueado del reactor a través de los ciclones.<br />
(4). Fraccionamiento de los productos.<br />
(5). Recuperación de partículas de catalizador (0.5 lb. x galón).<br />
(6). Rebosamiento de catalizador gastado al despojador con vapor. Se transfiere al<br />
regenerador, soplado con aire, a una velocidad de 30 pies x segundo.<br />
3.4. CONDICIONES <strong>DE</strong> OPERACIÓN<br />
(1).Tiempos de residencia: 1.5 a 10 minutos en la zona de reacción. 10-20 minutos en<br />
el regenerador.<br />
(2). Profundidad del lecho: 10, 15, 30 pies.<br />
(3). Precalentamiento de aire: 200-300 o F.<br />
(4). Desventajas: En las unidades modelo IV de Exxon se presentan dificultades<br />
técnicas en las tuberías en U.<br />
3.5. OTRAS <strong>UN</strong>IDA<strong>DE</strong>S
15<br />
Integran reactor, despojador y regenerador en una unidad.<br />
- Kellogg.<br />
- UOP: Utiliza zeolita más activa y más resistente a contaminantes, se usa a partir<br />
de 1973 con rendimientos aumentados en 20 %.<br />
- El proceso (ORTHOFLOW) en la unidad Kellogg se lleva a cabo en un reactor de<br />
lecho fluidizado montado sobre el regenerador y la sección de recuperación de<br />
catalizador se sitúa en la parte central.<br />
El flujo se desarrolla en línea directa del catalizador entre los compartimientos del<br />
convertidor para evitar la corrosión que se presenta en los dobleces de los tubos de<br />
las unidades modelo IV. El lecho fluido se mantiene mediante el control de los<br />
vapores y la circulación con base en contracciones diferentes en las líneas de<br />
circulación del catalizador.<br />
3.5.1. Descripción del proceso en el convertidor Orthoflow.<br />
- Entrada de catalizador caliente del regenerador a través de válvulas de tapón a los<br />
tubos verticales por donde se alimenta el catalizador regenerado.<br />
-La carga de alimentación y aire se alimentan simultáneamente a través del vástago<br />
hueco de las válvulas y se mezclan con el catalizador.<br />
-El calor del catalizador vaporiza el aceite hasta la temperatura de reacción.<br />
-Durante el ascenso de la masa reaccionante ocurre la mayor parte de la reacción.<br />
-En el reactor ocurre la desintegración adicional.<br />
-El catalizador retorna a la base del convertidor a través del separador.<br />
-El efluente del reactor sigue a través de ciclones para separar parte del catalizador.<br />
-El catalizador gastado retorna al regenerador a través del separador de placas.<br />
-En el regenerador se inyecta aire para quemar el carbón depositado sobre el<br />
catalizador.
16<br />
-Los gases producidos pasan a través de ciclones y se ventean a la atmósfera o se<br />
envían a calderas de CO.<br />
-Los vapores de la torre superior se separan de la torre fraccionadora.<br />
3.6. CARACTERÍSTICAS <strong>DE</strong>L PROCESO<br />
(1). Las reacciones de ruptura son endotérmicas.<br />
(2). El requerimiento de energía es elevado.<br />
(3). La mezcla carga-gas se comporta como un sólido que fluye en forma turbulenta y<br />
posee alto calor específico, con lo que las variaciones de temperatura y puntos<br />
calientes se minimizan por la capacidad de absorción de calor de la masa<br />
reaccionante.<br />
(4). El control de temperatura es preciso.<br />
3.7. VENTAJAS<br />
(1). Aumento de rendimiento frente a ruptura térmica.<br />
(2). Obtención de gasolina en un índice de octano mayor a 95.<br />
(3). Proporción elevada de olefinas.<br />
(4). A mayor carga mayor transferencia de calor y caídas de presión más bajas.<br />
(5). La desmetalización de residuos e hidrogenación del gasóleo permite temperaturas<br />
de operación más altas.<br />
3.8. MATERIAS PRIMAS EMPLEADAS EN EL C.I.B.
17<br />
(1). Gasóleo fresco: 22 KB<br />
DO .<br />
(2). Aceite pesado de ciclo: 3.6 KB<br />
DO .<br />
(3). Catalizador: Flujo = 32 toneladas por minuto.<br />
- Rendimiento: (% de conversión) = 100 - cantidad destilados catalíticos.<br />
a- Los productos son: NAFTA LIVIANA, ALC, residuos pesados de<br />
polimerización.<br />
b- % conversión: (tipo de carga, tiempo de reacción catalizador-carga,<br />
velocidad espacial, actividad del catalizador).<br />
c- Factor de severidad :<br />
Relación catalizador - carga*<br />
Velocidad espacial<br />
lb ( lb)<br />
lb de carga h ( lb en cat.en lecho)<br />
* . Pies cúbicos de catalizador / pie cúbico de carga a 60 o F.<br />
. Densidad del catalizador: 45 lb. / pie cúbico.<br />
. Velocidad espacial es el volumen / hora de líquido a 60 o F / Vol.<br />
de lecho de catalizador.<br />
NOTA:<br />
A mayor severidad mayor producción de coque y menor cantidad de<br />
compuestos gaseosos (especialmente H2).<br />
d- Eficiencia: (% de gasolina/conversión) x 100<br />
Se suele alcanzar hasta un 80 %.
Materias Primas<br />
18<br />
Gas<br />
Natural<br />
Butano<br />
Natural<br />
Gasolina<br />
Natural<br />
Crudos<br />
ESQUEMA SIMPLIFICADO <strong>DE</strong> OPERACIONES (C.I.B.)<br />
TURBO EXPAN<strong>DE</strong>R<br />
ETILENO - POLIETILENO<br />
ESPECIALIDA<strong>DE</strong>S<br />
<strong>DE</strong>STILACIÓN<br />
PRIMARIA<br />
Crudo<br />
Reducido<br />
GPL<br />
Nafta<br />
ALQUILACIÓN<br />
Gasóle<br />
<strong>DE</strong>STILACIÓN<br />
ALVACÍO<br />
Fondos<br />
de Vacío<br />
<strong>UN</strong>IDA<strong>DE</strong>S <strong>DE</strong>L PROCESO<br />
Recuperación Catalítica<br />
y <strong>UN</strong>IBON<br />
Butileno de Unidad de<br />
Recuperación Catalítica<br />
Destilado<br />
Alquilato<br />
3.9. CARACTERISTICAS <strong>DE</strong>L PRODUCTO<br />
Gases<br />
RUPTURA<br />
CATALÍTICA<br />
Diluyente / Arotar<br />
PARAFINAS<br />
<strong>UN</strong>IDAD <strong>DE</strong><br />
BALANCE<br />
RECUPERACIÓN<br />
<strong>DE</strong> AZUFRE<br />
Pb<br />
Benceno<br />
AROMÁTICOS<br />
Fondo<br />
ALQUILOS<br />
Propileno<br />
Productos<br />
Polietileno<br />
Azufre<br />
Avigas<br />
Disolvente Alifático<br />
Alquilbenceno<br />
Gas Combustible<br />
Aromáticos<br />
Gasolina<br />
Destilado Medio<br />
Quero, ACPM, geta<br />
GPL<br />
Arotar<br />
Bases Lubricantes<br />
Parafinas<br />
Asfaltos<br />
Combustóleo
19<br />
Gasolina: - Punto final de destilación: 390-430 o F.<br />
- Factor caracterización: 11.5<br />
- Gravedad API: 55-57.<br />
- Presión de vapor Reid (RVP): 10 (con butanos).<br />
PLANTA FLUIDO CATALITICO<br />
(DIAGRAMA BÁSICO <strong>DE</strong> FLUJO)
20<br />
CONVERTIDOR <strong>DE</strong>SINTEGRADOR CATALITICO ORTHOFLOW Y<br />
ACCESORIOS<br />
4. DIVISIONES TECNICAS <strong>DE</strong>L CIB
4.1. SUPERINTEN<strong>DE</strong>NCIAS<br />
4.<strong>2.</strong> UB<br />
21<br />
(1). Operaciones I<br />
OBJETIVO: Recibo, almacenamiento, preparación y procesamiento del crudo;<br />
suministro productos de la destilación primaria como carga de<br />
plantas petroquímicas.<br />
(2). Operaciones II<br />
Unidad de balance (UB).<br />
(3). Operaciones III<br />
Almacenamiento y venta de productos terminados; tratamiento de aguas residuales.<br />
Comprende una serie de plantas orientadas al aprovechamiento máximo de los fondos de<br />
vacío.
22<br />
DIAGRAMA <strong>DE</strong> FLUJO GENERAL
23<br />
5. OBTENCION <strong>DE</strong> EXTRACTOS <strong>DE</strong>SMETALIZADOS (<strong>DE</strong>MEX)<br />
5.1 <strong>DE</strong>FINICIÓN<br />
Es un proceso de extracción por el cual se tratan residuos pesados con hidrocarburos<br />
livianos parafínicos para precipitar los compuestos orgánicos que contienen metales,<br />
especialmente Níquel y Vanadio.<br />
5.2 VARIABLES <strong>DE</strong>L PROCESO<br />
(1). Temperatura de extracción<br />
Se desea extraer un extracto más liviano, menos viscoso y con bajos contenidos de<br />
metales y asfaltenos (pesados), azufre y nitrógeno. Así, se aumenta la<br />
temperatura, lo que disminuye la solubilidad y rendimiento del extracto.<br />
(2). Composición del solvente<br />
La habilidad de un solvente para extraer DMO del asfalto se incrementa con el<br />
aumento en su temperatura crítica (Tc).<br />
(3). Relación solventes / fondos de vacío<br />
Tic Ic5 > Tic Nc4 > Tic i-C4 > Tic C3<br />
- Si es alta, mejor calidad del extracto para un rendimiento fijo, pero se aumentan<br />
costos de operación.<br />
(4). Composición de la carga<br />
API, K, % de asfaltenos, metales, nitrógeno, nitrógeno y azufre inciden en la<br />
cantidad de DMO obtenido.
24<br />
(5). Presión: alta, favorece el estado líquido del solvente a T o dada; se elimina la<br />
espuma.<br />
5.3. FASES PRINCIPALES <strong>DE</strong>L PROCESO<br />
1. CONTACTO <strong>DE</strong> LOS FONDOS CON EL SOLVENTE<br />
<strong>2.</strong> SEPARACIÓN <strong>DE</strong>L ACEITE <strong>DE</strong>SMETALIZADO (DMO) <strong>DE</strong>L SOLVENTE.<br />
3. SEPARACIÓN <strong>DE</strong>L ASFALTO <strong>DE</strong>L SOLVENTE.<br />
4. RECUPERACIÓN <strong>DE</strong>L SOLVENTE.<br />
1. Contacto en mezcladores bajo relación solvente fondo 6 a 1.<br />
- Enfriamiento carga-solvente previo a la extracción.<br />
- Del sedimentador se pasa a calentadores para controlar contaminantes del DMO<br />
<strong>2.</strong> El extracto pasa por reguladores de presión (p. vapor solvente, T o desciende)<br />
- Luego a hornos de extracto donde T o sube.<br />
- Sigue a torre de flashing para separar solvente de DMO.<br />
- El DMO pasa a despojo y se almacena.<br />
3. El refinado (asfalto solvente) va a hornos y luego al separador.<br />
- Los fondos van a torre despojadora y se almacenan con ALC.
25<br />
4. En dos áreas: alta y baja presión.<br />
a. Circuito de alta<br />
. Vapores del separador de asfalto van a torre de lavado para remover trazas de<br />
asfalto.<br />
. Parte de vapor de solvente se desvía para control de presión.<br />
b. Circuito de baja<br />
Se remueve DMO.<br />
.Mezcla solvente-vapor de agua se enfría; el agua condensada va a la alcantarilla; el<br />
vapor de solvente de cima se comprime, condensa y enfría.<br />
GRAFICO <strong>UN</strong>IDAD <strong>DE</strong>MEX
6.1. OBJETIVO<br />
26<br />
6. VISCORREDUCCION<br />
Descomponer moléculas grandes de hidrocarburos en otras más pequeñas mediante acción<br />
térmica. Al mismo tiempo se reduce la viscosidad con el fin de emplear una menor cantidad<br />
de diluyente para cumplir con las especificaciones del combustóleo (fondo). El gasóleo<br />
obtenido se puede enviar a ruptura catalítica.<br />
6.2 CARGA<br />
Residuo de vacío (fondos)<br />
- Mezcla de aceites pesados, resinas y asfaltenos (40% del residuo).<br />
- Los asfaltenos tienen peso molecular entre 30 y 40000 y densidad 1.2 g/cm 3 ,<br />
contienen el 70% de los metales que llegan en el crudo.<br />
6.3. PRODUCTOS<br />
.Gases (metano, etano)<br />
.Gasolina de viscorreducción constituida por las moléculas más estables:<br />
- Con mayor octanaje que las gasolinas de destilación directa (no mayor que 80)<br />
- Cantidad de azufre más elevada que las gasolinas de destilación directa del mismo<br />
crudo (3 veces más).<br />
.Aceites intermedios o metales de reciclo.<br />
- Límites de ebullición entre la gasolina y la brea.<br />
- Pueden ser craqueados por recirculación.<br />
.Brea y Coque
27<br />
- Formado por polimerización de moléculas más relativas.<br />
- Contienen 11 veces más azufre que la gasolina de craqueo.<br />
- Se puede mejorar su estabilidad mediante mezcla con residuos vírgenes.<br />
6.4. VARIABLES <strong>DE</strong> OPERACIÓN<br />
1. Temperatura de salida de los hornos.<br />
<strong>2.</strong> Tiempo de residencia.<br />
3. Presión de reacción<br />
1. Efecto de la temperatura.<br />
- El craqueo inicia a más de 700 o F.<br />
- La temperatura de salida varía entre 800 y 940 o F.<br />
- El valor óptimo de la temperatura de operación se fija según rendimiento y<br />
duración de la corrida.<br />
<strong>2.</strong> Efecto de la temperatura reducida.<br />
- A mayor tiempo mayor rendimiento.<br />
3. Efecto de la presión.<br />
- A baja presión aumenta la formación y depósito de coque.<br />
6.5. ÍNDICES
28<br />
- Reducción del combustóleo (IRC)<br />
- Reducción de viscosidad (IRV)<br />
- Conversión volumétrica de ligeros (CVL)<br />
CVL: Suma de los rendimientos expresados en volumen líquido de gas, gasolina y<br />
gasóleo con respecto a la carga de asfalto.<br />
6.6. RENDIMIENTO<br />
6.7. SEVERIDAD<br />
Vol. nafta (P.F.E. 430 o F) / Vol. de carga<br />
f (T o , tiempo de residencia)<br />
La severidad de la reacción se basa en el criterio de craqueo por paso definido como el<br />
porcentaje en volumen de nafta despropanizada (PFE 430 o F) producida en un paso a través<br />
del horno.<br />
A mayor temperatura, o sea mayor severidad, la calidad de la brea disminuye y se reduce la<br />
estabilidad del combustóleo producido.<br />
Normalmente el tiempo de duración de una corrida es de 120 días y la severidad de la<br />
reacción afecta tal duración.<br />
6.8. NATURALEZA <strong>DE</strong> LOS FONDOS<br />
La susceptibilidad de un residuo a la viscorreducción varía con el contenido de asfaltenos y<br />
el punto de ablandamiento. Cuanto más bajo sea el contenido de asfaltenos, es posible<br />
craquear una mayor cantidad de aceite pesado.<br />
6.9. ESPECIFICACIONES <strong>DE</strong> LA PLANTA VISCORREDUCTORA II<br />
- Capacidad: 23000 BP/DO.
29<br />
- Carga: mezcla de 18400 BP/DO de fondos de <strong>DE</strong>MEX y 4600 BP/DO de ALC.<br />
- Productos:<br />
. Gases 15710 PCEH (2,5% peso de CH4 y C2H6).<br />
. Nafta 100 BP/DO<br />
. Brea 21830 BP/DO (o combustóleo 95 %)<br />
PROPIEDAD FISICA CARGA NAFTA BREA<br />
Gravedad API 4.8 – 6.7 58 5.1<br />
Factor de caracterización UOP 11.26 12 11.07<br />
Peso molecular 567 100 540<br />
Viscosidad a 210 o F ( cSt ) 2000 400<br />
Azufre ( % en peso ) <strong>2.</strong>5<br />
<strong>UN</strong>IDAD VISCORRREDUCTORA II<br />
7. REFORMADO CATALITICO <strong>DE</strong> NAFTAS
7.1. OBJETIVO<br />
Transformar la nafta de bajo número de octano en un reformado de alto número de octano.<br />
7.<strong>2.</strong> PRODUCTOS<br />
30<br />
- Gases secos: Incluye H2, CH4 y C2H6<br />
- Gas licuado de petróleo: LPG<br />
- Reformado estabilizado<br />
- El H2 va a hidrotratamiento.<br />
- CH4 y C2H6 se usan como combustibles.<br />
- El LPG se separa en propano y butano<br />
- El butano se carga a unidades de alquilación.<br />
- El propano líquido se trata con soda y almacena.<br />
7.3. CATALIZADORES<br />
Son de doble función:<br />
1. Actividad catalítica ácida: o función de formación de iones carbono (C + ) se debe a la<br />
fijación de halógenos (Cloro) sobre el soporte.<br />
<strong>2.</strong> Función de hidrogenación / deshidrogenación se debe a una dispersión fina de<br />
cristales de platino sobre el soporte.<br />
La adición de un segundo metal mediante disminución de platino mejora la estabilidad sin<br />
alterar significativamente el rendimiento.<br />
7.4. <strong>DE</strong>SCRIPCIÓN <strong>DE</strong>L PROCESO KELLOGG-SINCLAIR-BAKER
31<br />
1. Desulfurización previa de la carga<br />
<strong>2.</strong> Conversión de azufre en ácido sulfhídrico y remoción en torre de despojo<br />
3. Carga de los fondos de despojo al horno de reformado<br />
4. Mezcla de gas de reciclo con la carga<br />
5. Ingreso de la mezcla a los reactores de manera secuenciada.<br />
6. Paso de efluentes a través de intercambiadores<br />
7. Ingreso de productos a un separador de alta presión<br />
8. Los gases del separador se pasan por un compresor. El líquido se envía a una<br />
torre estabilizadora.<br />
9. De la torre, los gases secos y el LPG salen por la cima y el reformado por el fondo.<br />
7.5. CONDICIONES <strong>DE</strong> OPERACIÓN (planta de 300 BPD)<br />
1. Velocidad espacial (h -1 )<br />
Reactor 1: 10<br />
Reactor 2: 12<br />
Reactor 3: <strong>2.</strong>5<br />
<strong>2.</strong> Presión de diseño: 285 psig<br />
3. Temperatura: 950 o F<br />
4. Relación de reciclo H2/HC : 7<br />
5. Cantidad de catalizador (Kg. y %)<br />
R1: 1300 19.4<br />
R2: 1050 15.6<br />
R3: 4360 65<br />
7.6. CARACTERÍSTICAS TÍPICAS <strong>DE</strong> CARGA<br />
°API 57.5 %
32<br />
Peso específico 0.7487<br />
Destilación ASTM<br />
PIE 99°C (210°F) PFE 171°C<br />
10% 115°C<br />
50% 127°C<br />
90% 148°C<br />
Parafinas : 58.7% (PONA 59-0-26-15)<br />
Naftenos : 26.3%<br />
Aromáticos : 15%<br />
Severidad : RON 90<br />
Relación molar de reciclo H2/Carga: 9<br />
Temp. entrada a reactores : 482 °C (900 °F)<br />
Rendimiento:<br />
Vida del catalizador: 65 barriles/lb. catalizador<br />
Componente % Volumen % Peso<br />
H2 1.1 1.6<br />
C1 0.5 1.2<br />
C2 1.1 <strong>2.</strong>2<br />
C3 9.0 3.2<br />
iC4 11.1 1.7<br />
nC4 8.1 <strong>2.</strong>5<br />
C5 + 69.2 87.7
33<br />
DIAGRAMA <strong>DE</strong> FLUJO <strong>UN</strong>IDAD <strong>DE</strong> <strong>DE</strong>SULFURIZACION Y REFORMADO<br />
CATALITICO <strong>DE</strong> NAFTAS<br />
(PROCESO KELLOGG - SINCLAIR - BAKER)
8.1. OBJETIVOS<br />
Producir etileno por pirolisis de etano<br />
8.<strong>2.</strong> CARGAS - PRODUCTOS<br />
34<br />
- Etano de Turboexpander<br />
- Etano - etileno de UB y Orthoflow<br />
- Etileno de Planta de Etileno<br />
- Propano de El Centro<br />
- Etileno líquido a almacén<br />
- Etileno gaseoso a Planta de Etileno<br />
8.3. <strong>DE</strong>SCRIPCIÓN <strong>DE</strong>L PROCESO<br />
8. PLANTA <strong>DE</strong> ETILENO II<br />
- Capacidad: 100.000 toneladas métricas / año<br />
- Subproductos: H2, GLP<br />
1. Pirolisis y enfriamiento rápido: La carga se mezcla con vapor de dilución (0.4 lb.<br />
vapor/lb. etano) a 1520 – 1540 °F y 14 psig en horno.<br />
Se enfría (quench) hasta 608°F para parar reacciones secundarias. El calor<br />
liberado produce vapor (600 psia) se condensa vapor de dilución.<br />
<strong>2.</strong> Compresión-Lavado-Conversión: Gas pirolizado se comprime a 496 psig (5<br />
etapas) se lava antes de la quinta etapa para retirar H2S y CO2 Acetileno y olefinas<br />
se hidrolizan.
35<br />
3. Secado-Enfriamiento-desmetanización: Gas pirolizado saturado con agua se seca<br />
con tamices moleculares hasta 1 ppm.<br />
¿Para qué se seca? El gas se enfría a -140 °F y se carga a desmetanizadora,<br />
separa metano e H2 a 470 psia y 33 °F (fondo) a -81 °F (cima)<br />
4. Destilación: Fondo de desmetanizadora a desetanizadora, separa etano y etileno<br />
de propanos y otros a 320 psig y 197 °F (fondo) a 8 °F (cima), etano y etileno se<br />
separan a 280 psig y 210 °F a -23 °F. El etileno vapor va a Planta de Etileno, los<br />
fondos van a debutanizadora a 135 psig y 313 °F a 130 °F.<br />
5. Almacenamiento: El etileno líquido va a tanques. Si no cumple control de<br />
calidad, se vaporiza y reprocesa. Si cumple especificaciones, por ΔP se almacena<br />
a P atm y -150 °F; esta T° se logra a través de intercambiadores que emplean<br />
propileno hirviente como refrigerante a -40 °F, etileno hirviente a -85 °F y etileno<br />
hirviente a -150 °F<br />
Servicios industriales<br />
Agua (22546 GPM), Gas combustible (5280 lb. /hr), electricidad (1200 kW/h), aire (4400<br />
lb. /h), vapor (80000 lb. /h)
36<br />
PLANTA <strong>DE</strong> ETILENO II U - 4100 (DIAGRAMA <strong>DE</strong> BLOQUES)
37<br />
TEN<strong>DE</strong>NCIAS EN PLANEAMIENTO <strong>DE</strong> REFINACION Y RETOS <strong>DE</strong>L<br />
SIGLO XXI<br />
- Los gastos en protección ambiental se estiman en 6.6 billones de dólares (1994)<br />
- El 20% del capital invertido en refinerías en el mundo<br />
- Mas del 30% corresponde a USA<br />
1. Márgenes (neto y bruto) de ganancia<br />
- USA: Neto de refinación: 1 CPG (crudo importado en 1994)<br />
- Demanda mundial (1994): 68.1 millones de barriles/día<br />
USA: bruto: 1.3 US$/barril Costa del Golfo<br />
4.06 US$/barril Costa Oeste<br />
cierres: 800.000 b/día (5% capacidad de refinación.)<br />
situación global<br />
Regulación Europea: Benceno 5%<br />
Azufre 0.1%<br />
cierres 17%<br />
Situación de Asia:<br />
- Japón: Mercado estable, mayor importador de crudo<br />
- China: Crecimiento rápido, importador potencial, planea nuevas plantas de<br />
refinación.<br />
- Sur Corea: rápido crecimiento y expansiones masivas<br />
- Singapur: Centros de refinación cambiantes y de gran prosperidad<br />
- India: crecimiento de importación de crudo con planes de aumentar capacidad.<br />
Demanda del bloque: 20.6 mil lb. /día<br />
Situación de Latinoamérica<br />
- Demanda estimada 1994: 5.7 mil lb. /día 1993: 5.6 mil lb. /día<br />
- Tendencia a la privatización<br />
- México y Colombia (40000 b/día de gasolina importada) dependen de USA
- Brasil, Surinam, México, Colombia, Ecuador, Perú y Guatemala presentan<br />
programas de eliminación de plomo en la gasolina.<br />
- Venezuela es el mayor exportador de jet y kerosén<br />
- El desarrollo productivo de nuevos pozos incluye a Argentina, Brasil, Perú,<br />
Ecuador, Colombia.<br />
- En Colombia<br />
38<br />
- Cusiana<br />
- Cupiagua<br />
- total país: 440 mil BPD exportados, se espera alcanzar los 520 mil (año<br />
2000).<br />
- Proyectos Colombianos: (O.G.J., 11 abril 1994)<br />
* COMPLEJO <strong>DE</strong> ECOPETROL en B/meja:<br />
- Unidad FCC<br />
- Visbreaker<br />
- SRU (sulphur recovery unit)<br />
- Expansión fase crudo<br />
- Planta polietileno (B/meja) (planeación)<br />
- Planta de Anh. Ftálico (Bogotá)<br />
Provistas para 1995-1996<br />
La CAA (Clean Air Amendments) de USA indicó en 1990 la necesidad de reducir<br />
emisiones de automóviles mediante los siguientes modelos propuestos:<br />
1. VOC: carbono orgánico volátil preparado por la EPA con el fin de reducir<br />
básicamente la RVP a través de oxigenados añadidos a la gasolina<br />
<strong>2.</strong> También la reducción de NOx mediante MTBE<br />
3. Reducción de benceno, formol, acetaldehido y poliaromáticos.<br />
Incremento de costos: Livianos: 6 CPG 1995<br />
10 CPG 2000
Incremento costo: Gasolina: 8-10 CPG 1995<br />
12-14 CPG 2000<br />
<strong>DE</strong>MANDA <strong>DE</strong> HIDROGENO<br />
Premisa: reducir presión en el sistema reformador a 50 psi conduce a baja proporción<br />
de benceno y mas reformados<br />
1. Posibles evaluaciones económicas de procesos:<br />
- PSA (adsorción de presión cambiante)<br />
- Separación criogénica<br />
- Tecnologías de membrana<br />
<strong>2.</strong> Evaluación de corriente de proceso<br />
39<br />
- Hidroprocesamiento, venteo y purga de gases<br />
- Gases de FCC: El H2 se requiere también para tratar colas de nafta pesada de<br />
FCC y obtener diesel o jet<br />
3. Gasificación de residuos de vacío, asfaltenos, otras corrientes.<br />
DISCUSION ACERCA <strong>DE</strong>L DIESEL BAJO EN AZUFRE<br />
USA (oct 93) especificado en 0.05 % peso y un índice de octano mínimo de 40 (máx.<br />
3.5 en aromáticos).<br />
Nota: La cifra anterior a 1993 era 0.25% en azufre.<br />
Según O&G de julio /93 se mejora:<br />
1. Limitando la cantidad de componentes de alto punto de ebullición en el alimento.<br />
<strong>2.</strong> Operando el hidrotratador a baja temperatura para prevenir degradación de color<br />
(importante en Australia y Japón).
3. Reduciendo la velocidad espacial mientras se mantiene la presión parcial de<br />
hidrogeno elevada.<br />
4. Empleando catalizadores de Ni-Mo o Ni-W para reducir contenido de aromáticos<br />
(o sea, mayor severidad en hidrotratamiento) costo <strong>2.</strong>4 CPG (para un contenido de<br />
Formas de reducción: - Remoción de precursores (ciclohexanometilciclopentano).<br />
- Proceso de reformación liviana<br />
- Extracción de benceno<br />
41<br />
1. Reducción de Azufre: El 90% del azufre proviene de: FCC (el 50% se<br />
encuentra en el último 10%).<br />
El post-hidrotratamiento de nafta pesada de FCC o el pre-hidrotratamiento del<br />
alimento permiten no sólo la reducción de azufre, se minimizan las emisiones<br />
de SOx y NOx<br />
<strong>2.</strong> Reducción de TAO: Para cumplir con las especificaciones correspondientes al<br />
90 % de la destilación, la fracción pesada de gasolina de FCC se puede orientar<br />
hacia:<br />
- Reformación (con columnas de fondo)<br />
- Destilación<br />
- Hidrocraqueo (para bajar el PFE)<br />
Acerca del MTBB<br />
Existen actualmente 80 plantas de baja producción, y 20 de elevada capacidad que<br />
manejan el mercado en un 80% (400.000 BPCD)<br />
Chem Systems: 22 x 10 6 ton métricas (1995)<br />
28 x 10 6 ton métricas. (2000)<br />
MP: metanol: aparentemente sin problemas de producción<br />
Isobutileno: 0.8 gal. /gal. MTBE (¡crítico!)<br />
Craqueo de olefinas<br />
MTBE: presenta presión de vapor de mezcla elevada a 9 RVP<br />
Alternativa: TAME (éter metil amil terciario) el cual emplea insoamilenos<br />
NOTA: El MTBE provee un 0.N. de 109<br />
CAPACIDA<strong>DE</strong>S <strong>DE</strong> LA REFINERIA (1990)
42<br />
PROCESO No. <strong>DE</strong> PLANTAS CAPACIDAD <strong>UN</strong>IDA<strong>DE</strong>S<br />
<strong>DE</strong>STILACION ATMOSFERICA 5 159.0 KB / DO<br />
<strong>DE</strong>STILACION AL VACIO 4 88.7 KB / DO<br />
VISCORREDUCCIÓN 2 41.0 KB / DO<br />
RUPTURA CATALÍTICA 3 64.0 KB / DO<br />
ALQUILACIÓN CON H2S04 1 3.0 KB / DO<br />
PRODUCCION <strong>DE</strong> H2S04 1 70.0 TON / DO<br />
TRATAMIENTO CATALITICO (1) 1 96.0 KB / MES<br />
PRODUCCION <strong>DE</strong> AZUFRE 2 65.0 TON / DO<br />
RECUPERACION ÁCIDOS NAFTENICOS 1 1.66 KB / DO<br />
TRATAMIENTO <strong>DE</strong> AGUAS RESIDUALES 1 13.0 KGPM<br />
GENERACIÓN <strong>DE</strong> H2 ( PRODUCCCION ) 2 21.0 MPCE / DO<br />
PRODUCCION <strong>DE</strong> LUBRICANTES<br />
- CERAS 1 77.0 TON / DO<br />
- OTROS 9 19.3 KB / DO<br />
PRODUCCION <strong>DE</strong> AROMATICOS 4 18.1 KB / DO<br />
PRODUCCION <strong>DE</strong> <strong>DE</strong>TERGENTES 2 1.7 KB / DO<br />
PRODUCCION <strong>DE</strong> ETILENO 3 354.0 KTON / A<br />
PRODUCCION <strong>DE</strong> POLIETILENO 2 56.0 KTON / A<br />
RECUPERACIÓN <strong>DE</strong> ETANO 1 100.0 MPCE / DO<br />
SERVICIOS INDUSTRIALES<br />
- TRATAMIENTO <strong>DE</strong> AGUAS 4 10.5 KGPM<br />
- GENERACION <strong>DE</strong> VAPOR 16 44.4 MLPH<br />
- GENERACIÓN ELECTRICA 11 120.5 MW<br />
- TORRES <strong>DE</strong> ENFRIAMIENTO 8 446.6 KGPM<br />
- COMPRESION <strong>DE</strong> AIRE 35.9 KPCEM<br />
- TRATAMIENTO <strong>DE</strong> AGUAS ACIDAS 1 300.0 GPM<br />
- TRATAMIENTO <strong>DE</strong> AGUAS SANITARIAS 1 14.0 GPM<br />
(1) La planta de especialidades tiene varias operaciones orientadas a la producción de disolventes alifáticos.<br />
<strong>DE</strong>SCRIPCION <strong>DE</strong> LAS ABREVIATURAS <strong>DE</strong> LAS <strong>UN</strong>IDA<strong>DE</strong>S<br />
KB / DO : Miles de barriles por día de operación MLPH : Miles de libras por hora<br />
TON / DO : Toneladas por día de operación MW : Millones de vatios<br />
KB / MES : Miles de barriles por mes KPCEM : Miles de pies cúbicos estándar por<br />
minuto<br />
KGPM : Miles de galones por minuto GPM : Galones por minuto<br />
MPCE / DO: Millones de pies cúbicos estándar por día de operación KTON / A : Miles de toneladas por año<br />
CONCLUSIONES<br />
- La refinación constituye un negocio de costo elevado.<br />
- Se debe enfatizar en:<br />
- Eficiencia<br />
- Economías de escala<br />
- Valor estratégico de los fondos<br />
- Economía global<br />
- Demanda mundial<br />
- Conformación de refinerías integradas