INSTITUTO PARA LA EXCELENCIA EN LOS NEGOCIOS DEL GAS, ENERGIA E HIDROCARBUROS
“MAESTRÍA EN OPERACIONES PETROLERAS”
REFINACIÓN DEL PETROLEO PRACTICO FINAL
DOCENTE:
Ing. José Viladegut
ALUMNO:
Carlos E. Barral Vargas
Santa Cruz de la Sierra - Bolivia Diciembre-2011
PRACTICO FINAL
2.- Explicar las diferencias entre las metodologías ASTM Y TBP para determinar curvas de destilación. Destilación ASTM: Este tipo de destilación son muy sencillas y económicas y requieren menos esfuerzos, estos métodos de ensayos normalizados permiten determinar a través de resultados y correlaciones adecuadas las características del crudo, esto permite hacer una evaluación rápida y económica de los productos y permite a su vez clasificar y comparar resultados bajos los criterios de repetivilidad que ya se encuentran expresados en la norma. la destilación ASTM se realiza de forma rápida por lo que se hacen rutinas de muestreo y análisis que usualmente son usadas para controlar operaciones en refinerías, también son necesarias para la caracterización de productos intermediarios y acabados del petróleo ya que con estos ensayos podemos asegurar la calidad del producto así como la regulación de fabricación fueron las correctas. Este ensayo sin querer anticipar las conclusiones relativas a la destilación diremos que este ensayo presenta muchas imperfecciones con relación a las destilaciones precisas.
Se puede decir que la curva de destilación ASTM refleja la composición del producto, este permite dar conclusiones sobre la distribución de los productos , también son usadas como criterio de identificación para las inspecciones de control fiscal para caracterizar un crudo , así son necesarias para la regulación de las torres de destilación para dar a conocer la calidad del producto en dos fraccionamientos sucesivos.
Haga un gráfico ilustrativo de la curva de destilación ASTM y explique los fenómenos que intervienen en su comportamiento.
Se puede decir que la curva de destilación ASTM refleja la composición del producto, este permite dar conclusiones sobre la distribución de los productos , también son usadas como criterio de identificación para las inspecciones de control fiscal para caracterizar un crudo , así son necesarias para la regulación de las torres de destilación para dar a conocer la calidad del producto en dos fraccionamientos sucesivos.
Introducción El planteamiento de nuevas alternativas tecnológicas en los procesos de refinación de petróleo conlleva a la caracterización de las corrientes que intervienen en el proceso por medio de la estimación de propiedades esenciales como la curva de destilación y la densidad, ya que estos son la base para encontrar el resto de las propiedades de cualquier mezcla de hidrocarburos. Actualmente, las refinerías se están planteando modelos adecuados que permitan la caracterización de mezclas complejas, por medio de una definición apropiada de la mezcla examinando primero la base molecular del petróleo y la química de la refinación, y luego desarrollando una estrategia de agrupamiento que permita reproducir el proceso y estimar las propiedades de la corriente, de acuerdo a la data analítica disponible (Quann, 1.998).(1). Entre los estudio de las estrategias de agrupamiento discretas se encuentran la de Ramage (2) en 1.987, que trabajó con una nafta liviana, y la de Allen y Liguras (3) en 1.989, que trabajó para una corriente pesada empleando RMN, lograron estimar propiedades y reducir parámetros cinéticos. Otro tipo de estrategia estudiada es la discreto-continua, aplicada por Medeiros (4) en 2.002, para un gasóleo, donde se menciona que se predice la curva de destilación y los parámetros del agrupamiento, en base a un número considerable de propiedades. De acuerdo a la data analítica disponible se planteó aplicar una estrategia de agrupamiento similar a la de Mederios en 2.002, discreto por familias, cuya composición es conocida, y cuyos compuestos presentan reactividades similares, y la estrategia continua al asumir el comportamiento composicional de cada familia en base al número de carbonos.
La predicción de la curva de destilación se hizo por medio de una sucesión de flash, lo que llevó al planteamiento de balances de materia y estudios de equilibrio de fases para cada unidad flash en mezclas continuas, donde las composiciones de la corriente de alimentación y los dos productos están descritos por una función de distribución continua (Gamma), cuya integral es la normalización de la función de distribución y representa una función acumulativa de fracción, equivalente a la sumatoria de las fracciones para las mezclas discretas. (Cotterman y Praunitz, 1.985).(5)
Metodología • Aplicar el tipo de agrupamiento. Para aplicar el tipo de agrupamiento, se revisaron distintos antecedentes que trabajaron con estrategias de tipo discreto y con estrategias de tipo continuo. La estrategia aplicada es de tipo discretocontinuo, discreto por familias, analizando la información de la data analítica disponible: rango de ebullición y composición por familias, provenientes de técnicas analíticas comunes, como la cromatografía y la espectrometría, y continuo para las especies de una familia con el rango de ebullición de la corriente, realizando una base de posibles componentes en cada familia, y empleando métodos de contribución por grupos, lo que permite definir la variable continua de agrupamiento.
3.- Cuales son los objetivos para diseñar y construir una refinería
Una refinería es una instalación que fabrica los combustibles que habitualmente usamos en la vida diaria: en el transporte, en la cocina, en la calefacción de nuestros hogares, en desplazamientos por trabajo o tiempo libre, etc. o materias primas para la fabricación de plásticos o incluso para elaborar productos farmacéuticos y de alimentación. En los procesos de fabricación de combustibles se emplea el petróleo como materia prima. En cada uno de los procesos de transformación que se efectúan en una refinería se obtiene: 1. 2. 3. 4.
propano, butano, empleado en la vida cotidiana como cocina, calefacción, etc. queroseno, empleado en aviación gasolina, utilizado en automoción gasóleo, que alimenta a calefacción y agua caliente sanitaria, vehículos de transporte, embarcaciones de pesca o recreativas, maquinaria agrícola, etc.. 5. y productos pesados, comercializado en forma de fuelóleo, que es empleado en transporte marítimo, centrales térmicas convencionales, industria, etc… Los primeros, una vez depurados para adaptarlos a los requerimientos de calidad y medioambientales, son vendidos directamente al consumidor. En cambio, los productos pesados deben ser mezclados con gasóleo para ser vendidos como fuelóleo, cumpliendo las necesidades de la sociedad que lo demanda. En el sector del refino, se llama indistintamente crudo o petróleo a la materia prima empleada.
Este proyecto permitirá a la refinería de Petronor ajustar los productos que fabrica a la demanda de la sociedad y nuestros clientes. En los últimos, años con la incorporación de nueva legislación y directivas europeas, se viene observando una progresiva reducción del consumo de fuelóleo que ha sido sustituido por el gas natural.
El gráfico anterior muestra cómo Petronor ha ido efectuando ampliaciones (caso del Proyecto de Nuevas unidades de Conversión) y pequeñas modificaciones año tras año para ajustar su producción a la demanda de fuelóleo. Hasta ahora este fuelóleo era vendido como combustible para grandes barcos mercantes o de pasajeros (fuelóleo BUNKER) o para industrias (fuelóleo BIA), con bajo contenido de azufre. Asimismo la demanda de gasóleo está creciendo muy rápidamente, debido al consumo en automóviles y en vehículos de transporte. Esta demanda está forzando a efectuar grandes importaciones de este producto, fabricado en países con exigencias ambientales menores.
Este gráfico muestra el incremento de la demanda de gasóleo en los últimos años. El consumo en el sector automoción y transporte de mercancías es de tal magnitud que las refinerías españolas no son capaces de abastecer el mercado, y por ello deben comprarlo al exterior. En conclusión, las refinerías deben vender en países extranjeros el fueloil y sin embargo deben comprar el gasóleo del exterior. Para esto, es requerido emplear grandes barcos de transporte con el consiguiente consumo energético.
Este proyecto nos permitirá reducir a menos de la cuarta parte la producción de fuelóleo de Petronor y aumentaremos la producción de los productos más demandados por la sociedad y fabricados habitualmente en refinerías: propano, butano, gasolina y sobre todo gasóleo. De esta manera se garantiza la continuidad futura de la empresa ante competidores. Asimismo obtendremos un nuevo producto, el coque.
El objetivo del proyecto es fabricar menos fuelóleo (cuya demanda esta bajando) y más gasóleo y otros combustibles. Todo ello a partir de los productos pesados contenidos en el petróleo y obtenidos con las instalaciones actuales de Petronor. Se va a construir una unidad principal que, mediante calor, transformará estos productos pesados en productos habituales y ya conocidos de refinería (propano, butano, gasolina, gasóleo), obteniendo además un producto nuevo, similar al carbón. Este nuevo producto se denomina comercialmente "coque de petróleo". Además de esa planta principal, se va a construir un conjunto de nuevas plantas que son necesarias para depurar y eliminar los contaminantes y compuestos no deseados de cada uno de esos productos citados, de manera que se elimina su efecto sobre el medioambiente. Si no se efectúan los procesos de depuración de la refinería y se recupera el azufre (como producto comercial) y otros elementos contaminantes presentes en el crudo, serían emitidos al entorno, afectando al medio ambiente global y a la calidad de vida de los ciudadanos. Asimismo, habrá unidades existentes que van a ser modificadas para adecuar y optimizar su funcionamiento a las nuevas condiciones de operación requeridos en el futuro. En el esquema se presenta de manera esquemática qué se hace ahora con los productos pesados; mezclarlos con gasóleo para venderlos como fuelóleo, y se compara con lo que se hará cuando el Proyecto URF esté en marcha, es decir, convertirlos en productos más demandados y de mayor eficiencia y menor efecto ambiental en su utilización.
En ningún caso se trata de "residuos". Son productos pesados que forman parte del petróleo natural que sale de la tierra, y que se obtienen después de separar los combustibles habituales (propano, butano, gasolina, keroseno o gasóleo). Hasta ahora estos productos pesados eran procesados en una unidad existente Petronor (unidad de Viscorreducción) y vendidos en forma de fuelóleo. Para ello, es necesario mezclarlos con gasóleo para que sean manejables y se emplean en hornos, calderas industriales o grandes motores.
En el sector del refino se distinguen tres familias de productos, según sea su densidad, y se denominan:
"productos ligeros" al propano, butano, disolventes, gasolinas, etc. "destilados medios" los productos de media densidad como el keroseno o el gasóleo. "productos pesados" son los de mayor densidad, generalmente de color negro, como el asfalto, betún o fueloil.
No, en absoluto. Nuestro proyecto para la reducción de fuel tiene una capacidad de diseño para tratar exclusivamente los productos pesados que se obtienen en la refinería de Petronor, en los procesos habituales de fabricación de otros combustibles. La capacidad de la unidad permitirá reducir la producción de fuelóleo de Petronor a la cuarta parte de lo producido actualmente. La carga a esta unidad será de 250 t/hora. Pese a la apariencia de ser una cifra de gran magnitud, éstas son capacidades habituales en una refinería como la de Petronor. No, la capacidad de la refinería de destilar petróleo será la misma, aunque aumentará su eficacia en la fabricación de productos. Las regulaciones ambiéntales y la demanda de combustibles por la sociedad obligan a las refinerías a construir nuevas unidades. De hecho las nuevas unidades construidas en los últimos 30 años, tenían el objetivo de fabricar más gasóleo y menos fuelóleo, así como reducir las impurezas de los combustibles fabricados.
La figura muestra la evolución del contenido de azufre en los combustibles de transporte habituales (gasolina y gasóleo). Se observa que, desde que se construyó la refinería de Petronor, el contenido de azufre en los combustibles se ha reducido 600 veces para el caso de gasóleo y 100 veces para el caso de gasolina. Esto significa que, considerando el aumento de la eficiencia energética alcanzada por la mejora tecnológica de los motores, se puede decir que los camiones actuales emiten cerca de 1000 veces menos de óxidos de azufre que hace treinta y cinco años. Alcanzar esta reducción del impacto ambiental de los combustibles ha sido posible porque el sector refino ha construido nuevas plantas de desulfuración de combustibles o ha modificado y potenciado las existentes. En la industria en general, existen diversos procesos denominados coquización, donde se obtiene un producto denominado coque: Es el caso de los altos hornos como el que existía antiguamente en la margen izquierda o en Castrexana, cercanos a Bilbao. Sin embargo nada tienen que ver entre sí los procesos y tecnologías aplicados en cada sector industrial. El proceso aplicado en todas las refinerías del mundo se llama coquización retardada. Se llama así porque es necesario mantener los productos densos del petróleo, una vez calentados, durante largo tiempo (varias horas) en un recipiente totalmente cerrado, denominado "cámara". El proceso sería el siguiente; el producto pesado es calentado hasta cerca de 500 ºC en un horno de tipo cabina, similar a los existentes en refinería. A continuación pasa a la cámara donde los productos se van transformando en productos combustibles más ligeros.
Estos productos ligeros obtenidos (gases y vapores a esa temperatura) son separados a continuación en una torre de destilación (como las numerosas existentes en refinería) y se envían a las unidades intermedias donde se purifican y se adecuan a las especificaciones comerciales. Volviendo a la cámara, allí se acumula un lecho de productos, en estado sólido que deben ser depurados y enfriados con agua antes de vaciar la cámara (coque de petróleo). Una vez la cámara limpia, se la prepara para comenzar de nuevo el ciclo de fabricación.
Una vez finalizadas las fases de depuración con vapor y enfriamiento con agua, el coque forma un lecho continuo dentro de la cámara. Para poder extraerlo, debe ser cortado con agua a presión, de manera que el coque sale por el extremo inferior de las cámaras y es recogido en un foso o cajón semienterrado de paredes de gran altura, de forma que no afecta al entorno. De ahí, con un puente grúa se envía a un molino, donde se alcanza el tamaño adecuado para facilitar su manejo y transporte adecuado. Desde este punto, todo el proceso será hermético y confinado, incorporando las mejores tecnologías. Entre las innovaciones destaca el uso de Cintas tubulares cerradas, filtros de alta eficacia en los puntos donde potencialmente pudiera generase polvo, sistema de niebla seca (que forma una barrera que confina y abate el posible polvo formado), etc. El coque producto se maneja ligeramente húmedo para reducir la formación de polvo. El producto se traslada hasta el edificio de almacenamiento, donde un sistema automático que minimiza la formación de ruido y polvo lo traslada hasta los silos de alimentación al sistema de carga de camiones. Se emplean cuatro silos que disponen de trompas telescópicas que depositan el material sobre el remolque del camión y ascienden según se acumula el material. Este sistema de carga se basa en reducir la altura de caída del producto, que es el origen de la formación de polvo. Los camiones serán estancos y estarán especialmente acondicionados para reducir el impacto al exterior, empleando la tecnología madura disponible. Entre otros aspectos, los camiones tendrán remolque de aluminio, de manera que se reduce el peso del camión y se puede cargar más cantidad de material por cada carga, reduciendo el número de desplazamientos.
Los procesos, equipos (hornos, cambiadores de calor, depósitos, bombas, etc), medidas de protección empleados son iguales y ya conocidos en Petronor. Estarán diseñados de acuerdo a las características propias de los productos densos y viscosos a procesar en cuanto a temperatura, fluidez, etc. Los criterios de seguridad y protección de los trabajadores y del entorno han sido considerados desde la fase de diseño. La incorporación de materiales, criterios de inspección, medidas de protección, etc…son idénticos a los de la refinería actual, incorporando las mejores tecnologías disponibles. Como novedad, aparece un nuevo producto, el coque en forma de granel sólido. Por ello, las cámaras de producción deben ser abiertas para sacar este producto aproximadamente una vez al día (variando entre 18 a 24 horas). Las cámaras se abren una vez el producto está frío y depurado. Para ello, se ha dotado de equipos y tecnología adecuada para realizar estas maniobras con plena seguridad y mínimo efecto sobre el entorno.
El coque es un producto sólido, de color negro y de un aspecto y composición similar al carbón. En la industria existen muchos productos que se llaman "coque" por tener ese aspecto y sin embargo son producidos en muy diferentes procesos. Por ejemplo, también se obtiene "coque" del carbón en la industria siderúrgica, para producir acero. Pero este proceso no tiene nada que ver con el proceso de coquización retardada efectuado en una refinería de petróleo, donde se busca producir gasóleo. El coque sale de la cámara sólido y a temperatura ambiente. La mayor parte de los productos obtenidos son iguales a los fabricados en la actualidad en Petronor. Por ello, se venderá y distribuirá a través de las instalaciones ya existentes. En particular, los combustibles líquidos (propano, butano, gasolina y gasóleo) se sacarán de la refinería a través de las tuberías enterradas (oleoductos) existentes. Este proyecto ampliará el Catálogo comercial de Petronor en un nuevo producto, el coque, cuyos clientes habituales son las fábricas de cemento, de electrodos o centrales de generación de energía eléctrica. Petronor tiene experiencia en comercializar y distribuir productos sólidos, como es el azufre recuperado y que es vendido a la industria de fabricación de abonos. Para reducir al mínimo el tráfico de camiones por las carreteras circundantes, se va a construir un acceso muy próximo desde la refinería a la incorporación a la carretera al Puerto Autónomo de Bilbao. A diferencia de lo que es habitual en las instalaciones portuarias se va a instalar un sistema cerrado de almacenamiento, manejo y carga de este producto de manera que sea invisible desde el exterior, en edificio cerrado e incorporando medidas de protección del entorno.
5.- Cuales son los objetivos, materias primas y productos de los siguientes procesos: Destilación atmosférica La destilación atmosférica en la ingeniería del petróleo, es la destilación que se realiza a una presión cercana a la atmosférica. Se utiliza para extraer los hidrocarburos presentes de forma natural en el crudo, sin afectar a la estructura molecular de los componentes. En las unidades de destilación atmosférica, el objetivo es obtener combustibles terminados y cortes de hidrocarburos que luego se procesarán en otras unidades. Se basa en la transferencia de masa entre las fases líquido-gas de una mezcla de hidrocarburos. Permite la separación de componentes en función de su punto de ebullición. Para que se produzca el fraccionamiento o separación, es necesario que exista un equilibrio entre las fases líquido y vapor, que es función de la temperatura y presión del sistema. Así los componentes de menor peso molecular se concentran en la fase vapor y los de peso mayor, en el líquido. Las columnas se diseñan para que el equilibrio líquido-vapor se obtenga de forma controlada y durante el tiempo necesario para obtener los productos deseados. El proceso consiste en vaporizar el crudo y luego condensar los hidrocarburos en cortes definidos, modificando la temperatura a lo largo de la columna fraccionadora. La fase líquida se obtiene mediante reflujos, que son reciclos de hidrocarburos que retornan a la columna después de enfriarse intercambiando calor con fluidos refrigerantes o con carga más fría. Su función es eliminar controladamente la energía cedida en el horno de precalentamiento. La columna de destilación está rellena de bandejas de platos, que es donde se produce el equilibrio entre los vapores ascendentes y los líquidos que descienden. En la zona de agotamiento o de despojamiento "stripping", situada en la parte inferior de la columna, se le inyecta vapor que agua, que sirve para disminuir la presión parcial de los hidrocarburos, favoreciendo la vaporización de los compuestos más volátiles y ayudarles a que asciendan a la zona de la columna que tenga a presión y temperatura adecuada para que se produzca el equilibrio líquido-vapor y se produzca la extracción del producto definido. Hoy en día, debido a las medidas medioambientales, de especificación de los productos y de la obtención del máximo rendimiento, todas las corrientes que se extraen de la columna de topping, pasan, previo a su comercialización, por otros procesos industriales para mejorar su calidad o para convertirlos en nuevos productos de mayor valor añadido. En la unidad de topping se obtienen los siguientes productos, empezando por la parte superior o cabeza de la columna:
Gas de refinería (Fuel Gas).
Es una mezcla de todos los compuestos incondensables (esencialmente hidrógeno, metano, etano y etileno), presentes de forma natural en el crudo que se está procesando. Este combustible se utiliza en refinería, después de endulzarlo (eliminarle los compuestos sulfurosos), para quemarlo en los diferentes procesos.
Gas licuado de petróleo (GLP). Se separan sus diferentes compuestos para su venta individualizada, esencialmente propano y butano
Nafta ligera. Se envía como carga para isomerización para mejorar su RON y MON (octanaje) y formar parte de las corrientes de gasolinas de automoción, que se formulan en el sección de mezclado "blending".
Nafta pesada. Se envía como carga al reformado catalítico, para mejorar su RON y formar parte de las corrientes de gasolinas de automoción.
Keroseno. Que, una vez endulzado, es la base de la producción de Kero Jet, combustible para las turbinas de los aviones.
Gas Oil Ligero. Se envía a unidades de desulfuración, para eliminar los compuestos de azufre e incorporarlo a la mezcla de formulación de gasóleos de automoción.
Gas Oil Pesado. Se envía a unidades de desulfuración, para eliminar los compuestos de azufre e incorporarlo a la mezcla de formulación de gasóleos de automoción.
Gas Oil Atmosférico. Se utiliza como una de las alimentaciones a la unidad de cracking catalítico
Residuo Atmosférico. Es la fracción más pesada del crudo, por lo que se le denomina también crudo reducido y se utiliza como alimentación a la unidad de destilación a vacío
Reforming catalitico
Se deshidrogenan alifáticos (alcanos) tanto de cadena abierta como cíclicos para obtener aromáticos, principalmente benceno, tolueno y xilenos (BTX), empleando catalizadores de platino -renio -alúmina. Es de gran importancia para elevar el octanaje en las gasolinas sin aditivos antidetonantes. En la reformación catalítica el número de átomos de carbono de los constituyentes de la carga no varía. Por ejemplo, el ciclohexano se transforma en benceno. No obstante, el proceso es algo más complicado. Es posible convertir ciclohexanos sustituidos en bencenos sustituidos; parafinas lineales como el n-heptano se convierten en tolueno y también los ciclopentanos sustituidos pueden experimentar una expansión en el anillo y convertirse en aromáticos. Cuando se emplean naftas pesadas como carga, se forman metilnaftalenos. Al igual que la desintegración catalítica, la reformación catalítica es una reacción a través de iones carbono.
Alquilación y craqueo catalítico
La alquilación y el craqueo catalítico aumentan adicionalmente la gasolina producida a partir de un barril de crudo. En la alquilación, las moléculas pequeñas producidas por craqueo térmico se recombinan en presencia de un catalizador. Esto produce moléculas ramificadas en la zona de ebullición de la gasolina con mejores propiedades (por ejemplo, mayores índices de octano-octanaje) como combustible de motores de alta potencia, como los empleados en los aviones comerciales actuales. En el proceso de craqueo catalítico, el crudo se divide (craquea) en presencia de un catalizador finamente dividido. Esto permite la producción de muchos hidrocarburos diferentes que luego pueden recombinarse mediante alquilación, isomerización o reformación catalítica para fabricar productos químicos y combustibles de elevado octanaje para motores especializados. La fabricación de estos productos ha dado origen a la gigantesca industria petroquímica, que produce alcoholes, detergentes, caucho sintético, glicerina, fertilizantes, azufre, disolventes y materias primas para fabricar medicinas, nylon, plásticos, pinturas, poliésteres, aditivos y complementos alimenticios, explosivos, tintes y materiales aislantes.
Etapas del refinado de petróleo
7.- ¿Cuales son los tipos de reflujo existentes en una torre de destilación, cuál la finalidad de cada uno de ellos?
Flujo cruzado
La mayoría de los platos de flujo cruzado utilizan perforaciones para la dispersión del gas en el líquido. Estas perforaciones pueden ser simples orificios circulares, o pueden disponer de “válvulas móviles” que configuran orificios variables de forma no circular. Estos platos perforados se denominan platos de malla o platos de válvula. En los primeros, debe evitarse que el líquido fluya a través de las perforaciones aprovechando para ello la acción del gas; cuando el flujo de gas es lento, es posible que parte o todo el líquido drene a través de las perforaciones y se salte porciones importantes de la zona de contacto. El plato de válvula esta diseñado para minimizar este drenaje, o goteo, ya que la válvula tiende a cerrarse a medida que el flujo de gas se hace más lento, por lo que el área total del orificio varía para mantener el balance de presión dinámica a través del plato. tomando como mejor dato la cantidad
Flujo en contracorriente En estos, el líquido y el gas fluyen a través de las mismas aberturas. Por ello, no disponen de bajantes. Las aberturas suelen ser simples perforaciones circulares de diámetro comprendido de entre 3 y 13 mm (1/4 a _ pulgadas) (p o de flujo doble) o hendiduras largas de anchura entre 6 y 13 mm (1/4 a 1/2 pulgadas) (bandeja Turbogrid). El material del plato puede plegarse o “corrugarse” (bandeja Ripple) para separar parcialmente los flujos de gas y líquido. En general, el gas y el líquido fluyen en forma pulsante, alternándose en el paso a través de cada abertura. Para el contacto de gases con líquidos que contienen sólidos se utiliza frecuentemente el denominado plato deflector o “placa de dispersión” (fig. 4). Normalmente tiene forma de media luna y una ligera inclinación en el sentido de flujo del líquido. El gas se pone en contacto con el líquido que se derrama del plato y cae al interior, pudiéndose utilizar en el borde del plato una esclusa o rebosadero, que puede llevar filo dentado, para mejorar la distribución del líquido descendente. En el plato deflector, el líquido actúa como fase dispersa y el gas como fase continua; se utiliza principalmente en aplicaciones con transferencia de calor.
10.- Cual es el principio de separación de los siguientes procesos. A) Destilación El crudo antes de ser fraccionado, debe ser acondicionado y preparado debidamente para lograr una operación eficiente. La primer etapa se lleva a cabo en los tanques de recepción. El petróleo desgasificado que se recibe en las Refinerías, contiene impurezas que son perjudiciales para los equipos, productos y procesos. Las impurezas son : Sales, fundamentalmente cloruros de sodio, calcio y magnesio, presente en el agua de formación que tiene el crudo, estas sales en las condiciones del proceso se hidrolizan formando ácido clorhídrico, que es altamente corrosivo y por ende sumamente perjudicial para los equipos. Oxidos de hierro, productos de la corrosión de los equipos y medios de transporte del crudo desde yacimiento, que afectan los coeficientes de ensuciamiento de equipos, calidades de productos y catalizadores. Arcilla, arena, sólidos en general, provenientes de la formación productora y lodos de perforación, estos perjudican fundamentalmente los coeficientes de ensuciamiento de los equipos y afectan la calidad de los productos residuales por alto contenido de cenizas. Compuestos organometalicos, que afectan los catalizadores de unidades de conversión, desactivándolos. Cristales de sal u óxidos en suspensión, afectando tanto los productos como los procesos catalíticos, el caso de los compuestos de sodio es específicamente perjudicial para los tubos de los hornos, ya que catalizan la formación de carbón, reduciendo la vida útil del horno por disminución del coeficiente de transferencia de calor. Para evitar o minimizar los efectos perniciosos de estas impurezas se realizan fundamentalmente tres tratamientos: Decantación en Tanques Desalado Inyección de Hidróxido de Sodio
Tanques de Almacenaje El tratamiento en tanque, consiste en decantar el agua libre que tenga el crudo por gravedad. Por tal motivo la temperatura del tanque es muy importante en esta etapa, ya que
la propiedad física que la gobierna es la viscosidad. Evidentemente a mayor temperatura menor viscosidad, y por lo tanto se mejora la velocidad de migración o decantación del agua, pero se debe tener mucha precaución de no superar aquella temperatura que provoque corrientes convectivas, que perjudican directamente la decantación. Para evitar perdida de hidrocarburos volátiles, los tanques poseen techos flotantes que evitan este tipo de fugas. La temperatura se controla con calefactores o serpentinas, ubicados en la parte inferior del tanque. Se usa vapor exhausto como elemento calefactor. El agua purgada, arrastra adicionalmente sólidos en suspensión. Esta etapa se lleva a cabo básicamente con tres tanques en simultáneo, uno recibe el crudo de yacimiento, otro esta en decantación y el tercero que contiene crudo decantado es del que aspira la unidad. El crudo "decantado" en tanques es enviado a la unidad de Topping, donde se lo precalienta con corrientes de mayor temperatura, productos terminados y reflujos circulantes, permitiendo recuperar energía calórica, en el circuito de intercambio. El circuito de intercambio tiene como función, la recuperación de energía, generándose un gradiente térmico a lo largo del circuito, que permite minimizar el consumo de combustible en los hornos de calentamiento. Previo al horno se realizan dos operaciones de fundamental importancia, el desalado y deshidratado del petróleo, para lo cual se necesitan condiciones termodinámica especificas. La segunda etapa de eliminación de impurezas es el desalado del crudo. Desalado de Crudo El propósito de este proceso, es eliminar las sales e impurezas que tienen los petróleos crudos, carga de las unidades de Topping. Los sólidos en suspensión y las sales disueltas en muy pequeñas gotas de agua, dispersas en el seno del petróleo son extraídas en los desaladores ya que es antieconómico decantarlas y eliminarlas por gravedad en los tanques de almacenamiento. (Figura 1 siguiente).
Básicamente el proceso de desalación consiste en precalentar el crudo para disminuir la viscosidad, inyectar agua de lavado o exenta de sales, producir una mezcla intima entre ambos, contactarla con el agua residual del crudo y posteriormente separar el agua contendiendo la mayor proporción de impurezas. En definitiva se lleva acabo la disolución de las sales presentes en el crudo, generándose pequeños electrolitos (gotas), sensibles a la variaciones de un campo eléctrico. Para lograr la mezcla se usan válvulas emulsificadoras o mezcladores estáticos. Posteriormente se lo envía a un acumulador donde se hace fluir la corriente uniformemente a través de un campo eléctrico de alto voltaje (20.000 V), generado por pares de electrodos. Las fuerzas eléctricas dentro del campo provocan que las pequeñas gotitas de agua coalezcan, formando gotas mas grandes que pueden decantar en el equipo. El crudo libre de sales (crudo desalado) sale por la parte superior del equipo. La coalescencia de las gotas en el desolador es provocada por fuerzas eléctricas generadas entre las gotas de agua. El campo eléctrico induce a que las pequeñas gotas se conviertan en dipolos eléctricos, que interactuan entre si generándose atracciones entre las gotitas agrupándose en gotas mayores, que pueden decantar por gravedad. El efecto del campo alternativo hace que las gotas se muevan (vibrando) en fase con el campo, lo que favorece la coalescencia de las gotas.
La tercer etapa de acondicionamiento del -crudo es la inyección de hidróxido de sodio, esta operación a diferencia de las dos anteriores no elimina los contaminante, sino que se minimiza el efecto por transformación de sales menos perniciosas. Dosificación de Hidróxido de Sodio al Crudo Al crudo efluente de los desaladores no se les elimina la totalidad de las sales ya que estos equipos tienen una eficiencia de desalado media del 95 %, por tal motivo se les inyecta una solución cáustica para transformar los cloruros de calcio y magnesio en cloruros de sodio. El cloruro de sodio tiene una constante de hidrólisis menor que las otras sales, por lo cual se minimiza la generación de cloruro de hidrogeno y por ende el ataque corrosivo a la unidad. El gas cloruro de hidrogeno condensa en la zonas frías (parte superior) de la torre y en contacto con agua se forma ácido clorhídrico, el cual es altamente corrosivo, por tal motivo es fundamental que se minimice la presencia o efectos del mismo. El agregado de cáustico sustituye los cationes magnesio y calcio por sodio, convirtiendo la mayoría de los cloruros en cloruros de sodio, minimizándose la formación del ácido.
Cl2Mg + H2O -------------- 2ClH + MgO C12Ca + H2O -------------- 2ClH + CaO 2ClNa + H2O -------------- 2ClH + 2NaO Por cada molécula de sal de calcio o magnesio, se genera el doble de ácido que en caso del cloruro de sodio, por otra parte este ultimo comienza la hidrólisis en el umbral de los 300 °C, mientras que a estas temperaturas las otras dos han hidrolizado el 10% y 90 % respectivamente. La sustitución se lleva a cabo según las siguientes reacciones. Na OH+ C12Ca ------------- Na Cl + (HO) 2 Ca Na OH+ C12Mg ------------ Na CL + (HO) 2 Mg El control de la corrosión se complementa con el uso de productos químicos, a base de aminas, que permiten neutralizar el ácido y formar films protectores en las paredes de los equipos. Una vez eliminadas la impurezas del crudo, se continua precalentado y se lo envía a la torre preflash, donde las condiciones termodinámica son tales que el crudo vaporiza parcialmente. La fracción vaporizada se envía directamente a la columna fraccionadora, lo que permite disminuir la carga a los hornos, disminuyendo el consumo de combustible, (condiciones típicas, 200 °C y 1.5 kg/cm2).
Una vez alcanzada la máxima recuperación de calor, el crudo es bombeado al horno, donde se le transfiere la energía necesaria para lograr la vaporización requerida, en la zona de alimentación de la torre fraccionadora . En esta columna se lleva a cabo el fraccionamiento de los hidrocarburos. Condiciones típicas de la zona de carga 370 °C y 0.800 kg/cm2 de presión (figura siguiente).
Descripción general del proceso de desasfaltado con propano (DAP). El objetivo principal de esta unidad es la obtención de un aceite parafínico libre de asfalto a partir de los fondos de la Torre de destilación al vacío (fondos de vacío). La separación de las fracciones pesadas del aceite (asfaltos y asfáltenos) ocurre en una torre de extracción donde se ponen en contacto los fondos de vacío con un solvente apropiado (en este caso propano). En este proceso de extracción líquido-líquido es muy importante la relación solvente-carga y el perfil de temperaturas que se maneje en la torre. El aceite desasfaltado (DAO) así obtenido es una de las cargas a la planta de fenol. El solvente (propano) es recuperado en las etapas finales del proceso y recirculado. El asfalto por su parte es enviado al pool de combustoleo.
Desasfaltado
con
propano.
1.- Incremento del nivel de la interfase en la torre T-1001 debida a fallas en el medidor de flujo por taponamiento, llevando al extremo de arrastre de asfalto al sistema de propano, causando daño en el sello de las bombas y fugas de propano. 2.- Falla en el agua de enfriamiento en los intercambiadores E-1008/07 A, B, C, y D provocando aumento de presión en el condensador de propano D-1002 y la posibilidad de formación de nubes explosivas.
11.- Cuales son las diferencias más importantes entre los siguientes procesos:
a) Cracking catalítico- cracking térmico
Craqueo catalítico Muchas veces del petróleo se puede destilar sólo un bajo porcentaje de naftas. Para aumentar dicho porcentaje se utiliza el proceso de destilación secundaria o cracking. El cracking consiste en romper o descomponer hidrocarburos de elevado peso molecular (combustibles como el gas oil y fuel oil), en compuestos de menor peso molecular (naftas). En el proceso siempre se forma hidrógeno y compuestos del carbono. Es muy importante en las refinerías de petróleo como un medio de aumentar la producción de nafta a expensas de productos más pesados y menos valiosos, como el querosene y el fuel oil. Existen dos tipos de cracking, el térmico y el catalítico. El primero se realiza mediante la aplicación de calor y alta presión; el segundo mediante la combinación de calor y un catalizador.
Cracking térmico En este proceso, las partes más pesadas del crudo se calientan a altas temperaturas bajo presión. Esto divide (craquea) las moléculas grandes de hidrocarburos en moléculas más pequeñas, lo que aumenta la cantidad de nafta — compuesta por este tipo de moléculas — producida a partir de un barril de crudo. Se usan cargas ligeras líquidas o gaseosas, temperaturas elevadas (800-900 ºC) y presiones bajas. Con el proceso se obtienen principalmente oleofinas a partir de naftas.
Cracking catalítico En este caso las fracciones pesadas como el gas oil y el fuel oil se calientan a 500°C, a presiones del orden de 500 atm. en presencia de sustancias auxiliares:
catalizadores que agilizan en el proceso. Es por estos catalizadores que el proceso lleva dicho nombre. Dichos catalizadores realizan una acción selectiva que orienta la reacción de ruptura en un sentido perfectamente determinado, con lo que se evitan muchas reacciones secundarias indeseadas. Los procesos catalíticos más conocidos que han suplantado con mucho a los antiguos procesos térmicos son la técnica de lecho fluidizado y la de fluido catalítico, que usan polvos de gel de aluminio-sílice como catalizadores. En el proceso de lecho fluidizado, se pasa el petróleo a través de un lecho estacionario de partículas sólidas; en el proceso de fluido catalítico, las partículas son móviles y están suspendidas en una corriente de vapores de petróleo a una temperatura de 450 ° a 540 °C, y a una presión de 2,4 atmósferas. La gran ventaja del cracking se puede observar claramente en la siguiente estadística: en 1920, un barril de crudo, que contiene 159 litros, producía 41,5 litros de nafta, 20 litros de queroseno, 77 litros de gasoil y destilados y 20 litros de destilados más pesados. Hoy, un barril de crudo produce 79,5 litros de nafta, 11,5 litros de combustible para reactores, 34 litros de gasoil y destilados, 15 litros de lubricantes y 11,5 litros de residuos más pesados. Esta simple estadística nos muestra que gracias al cracking la producción de nafta puede aumentar considerablemente.
REFORMA CATALITICA PARA ELMEJORAMIENTO DE GASOLINAS REFORMADO Esta palabra significa justamente lo que el nombre indica, es decir la formación de nuevas moléculas de tamaño similar a las originales. Debido a que el octanaje de las gasolinas de primera destilación, naftas y gasolinas naturales es bajo, estas fracciones se someten a un tratamiento catalítico a elevadas temperaturas, frecuentemente en presencia de hidrógeno, planeadas para conservar su tamaño molecular, pero convirtiéndolas en compuestos de cadena ramificada y aromática con altos valores antidetonantes. Este proceso costoso se ha vuelto esencial desde que la Enviromental Protection Agencyadopto adoptó los reglamentos para reducir el plomo. Sin plomo, no es posible obtener suficiente combustible de alto octanaje para motores sin que se reforme, proceso que es una combinación de isomerización y desintegración.