Evaluacion Capacidad Equipos_Luis Arturo Torres Mechor_2014

EVALUACIN DE LA CAPACIDAD DE LOS PRINCIPALES EQUIPOS DE

PROCESOS DE LAS UNIDADES DE DESTILACIN PRIMARIA Y AL VACO

PARA INCREMENTO DE PRODUCCIN DE LA REFINERA TALARA

LUIS ARTURO TORRES MELCHOR

LVARO JOS PREZ CORTES

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL CARTAGENA

FACULTAD DE INGENIERAS, ARQUITECTURA, ARTES Y DISEO

ESPECIALIZACIN EN INGENIERA DE PROCESO DE REFINACIN DE

PETRLEO Y PETROQUMICOS BSICOS

CARTAGENA

2014

EVALUACIN DE LA CAPACIDAD DE LOS PRINCIPALES EQUIPOS DE

PROCESOS DE LAS UNIDADES DE DESTILACIN PRIMARIA Y AL VACO

PARA INCREMENTO DE PRODUCCIN DE LA REFINERA TALARA

LUIS ARTURO TORRES MELCHOR

LVARO JOS PREZ CORTES

Trabajo de grado presentado para optar al ttulo de Especialista en Ingeniera

de Procesos de Refinacin de Petrleo y Petroqumicos bsicos

Asesor

Manuel Baquero Nova, Magster en Investigacin y Tecnologas Educativas

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL CARTAGENA

FACULTAD DE INGENIERAS, ARQUITECTURA, ARTES Y DISEO

ESPECIALIZACIN EN INGENIERA DE PROCESO DE REFINACIN DE

PETRLEO Y PETROQUMICOS BSICOS

CARTAGENA

2014

3

A Dios que es mi gua en todo momento, a la memoria de mi madre Alejandra Melchor

Alcntara que le debo todo lo que soy el da de hoy y que desde el cielo sigue compartiendo

mis alegras. A mi padre, mis hermanos y mi novia que me brindaron un gran apoyo en

todo momento.

Luis Arturo Torres Melchor

4

A Dios por guiar y acompaar el transcurrir de mi vida, dndome fortaleza y sabidura.

A mi mam y mi hermana por todo el apoyo incondicional que me han brindado en todos

estos aos, por alentarme en los momentos ms difciles de mi vida, brindando siempre

motivos para luchar y seguir adelante.

A la memoria de mi padre lvaro Alberto Prez Ortiz quien me brindo todo su apoyo

durante mi infancia y adolescencia.

lvaro Jos Prez Cortes

5

AGRADECIMIENTOS

A Dios por regalarnos el don de la vida y darnos claridad en los momentos difciles

A nuestras familias por el amor y el apoyo brindado

Al Mg. Manuel Baquero Nova por su orientacin y confianza.

A nuestros profesores de la especializacin IPRPPB VII Cohorte por sus

enseanzas, conocimientos y aportes.

6

CONTENIDO

pg.

INTRODUCCIN 13

1.PROBLEMA DE LA INVESTIGACIN 15

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 15

1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA 15

1.3 JUSTIFICACIN 16

1.4 OBJETIVOS 16

1.4.1 Objetivo general. 16

1.4.1.1 Objetivos especficos. 16

2. MARCO DE REFERENCIA 17

2.1 MARCO HISTORICO 17

2.2 INVESTIGACIONES PREVIAS 17

2.3 BASES TERICAS. 18

2.3.1 Descripcin general. 18

2.3.1.1 Refinacin de petrleo. 18

2.3.1.2 Procesos de refinacin del petrleo. 18

2.3.2 Unidad de destilacin primaria. 21

2.3.2.1 Bases de diseo y simulacin. 21

2.3.2.2 Configuracin del proceso. 23

2.3.2.3 Propiedades de productos. 24

2.3.2.4 Filosofa de diseo. 25

2.3.2.5 Especificaciones preliminares simulacin de unidad de destilacin de

crudo. 25

2.3.3 Unidad de destilacin al vaco. 38

2.3.3.1 Mezcla de petrleo crudo. 38

7

2.3.3.2 Por qu necesitamos una unidad de destilacin al vaco? 38

2.3.3.3 Dos tipos de unidad de destilacin al vaco. 39

2.3.3.4 Columna de Destilacin al Vaco. 40

2.3.3.5 Criterio de operacin. 40

2.3.3.6 Condiciones de operacin. 41

2.3.3.7 Consideraciones de diseo. 41

2.4 MARCO LEGAL 45

2.4.1 Disposiciones legales. 45

2.4.2 Normas internacionales. 46

2.5 MARCO CONCEPTUAL 46

3. DISEO METODOLGICO 47

3.1 DISEO DE LA INVESTIGACIN 47

3.2 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIN 47

3.3 TIPO DE INVESTIGACION 47

3.4 TECNICAS DE RECOLECCION DE LA INFORMACION 47

3.5 HIPOTESIS 47

3.6 VARIABLES 48

3.7 OPERACIONALIZACION DE VAIRABLES 48

3.8 PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION 48

4. RESULTADOS 50

4.1 ESQUEMA ACTUAL DE LA REFINERA. 50

4.1.1 Esquema actual de la unidad de destilacin primaria. 50

4.1.2 Esquema actual de la unidad de destilacin al vaco. 50

4.1.3 Especificaciones de los productos. 51

4.2. ETAPA DE RECOLECCIN DE DATOS. 51

4.2.1 Datos de operacin de la unidad de destilacin primaria. 51

4.2.2 Datos de operacin de la unidad de destilacin al vacio. 53

4.2.3. Assay de crudos. 53

8

4.3 CARACTERIZACIN DE CRUDOS 56

4.4 SIMULACIN Y EVALUACIN 59

4.4.1 Simulacin de equipos principales de la UDP y UDV actual. 59

4.4.2 Evaluacin de equipos secundarios de la UDP y UDV actual. 62

4.4.2.1 UDP Bombas de procesos. 64

4.4.2.2 UDP Intercambiadores de calor. 64

4.4.2.3 UDP Horno atmosfrico. 64

4.4.2.4 UDV Bombas de procesos. 64

4.4.2.5 UDV Intercambiadores de calor. 64

4.4.2.6 UDV Eyectores. 67

4.4.2.7 UDV Horno de vaco. 67

4.4.2.8 UDV Recipientes. 67

4.5 DISEO 67

4.5.1 Simulacin y dimensionamiento de equipos principales para unidades

nuevas. 67

4.5.2 Seleccin y dimensionamiento de equipos secundarios de la UDP y UDV. 72

CONCLUSIONES 73

RECOMENDACIONES 74

BIBLIOGRAFA 75

9

LISTA DE FIGURAS

pg

Figura 1. Diagrama de unidad de destilacin primaria y al vaco. 20

Figura 2. Diagrama de Bloques de una Refinera Compleja 20

Figura 3. Etapas del desarrollo de ingeniera 22

Figura 4. Diagrama de flujo en bloques de la columna de destilacin primaria. 24

Figura 5. Diagrama de flujo en bloques de la UDP. 24

Figura 6. Configuracin del proceso de la columna pre-fraccionadora. 27

Figura 7. Configuracin del proceso del recipiente pre-flash. 28

Figura 8. Arreglo tpico de una unidad de destilacin primaria. 29

Figura 9. Configuracin de dos acumuladores de tope. 30

Figura 10. Configuracin de pumparound de tope y un acumulador tope. 31

Figura 11. Configuracin de tope tpico. 31

Figura 12. Reflujo circulante pumparounds. 33

Figura 13. Efecto del aumento de vapor en un despojador lateral de diesel. 34

Figura 14. Esquema de un despojador lateral. 35

Figura 15. Zona flash. 36

Figura 16. Esquema de los rangos de ebullicin de los productos de destilacin. 38

Figura 17. Configuracin UDP y UDV. 39

Figura 18. Configuracin de una UDV. 40

Figura 19. UDV tpico con y con pre-condensador. 42

Figura 20. Configuracin de la zona de lavado. 44

Figura 21. Arrastre en la seccin de lavado. 45

Figura 22. Unidad de destilacin primaria 51

Figura 23. Unidad de destilacin al vaco. 52

Figura 24. Curva de destilacin TBP del crudo Talara 57

Figura 25. Curva de destilacin TBP del crudo COE 57

Figura 26. Curva de destilacin TBP del crudo Napo 57

Figura 27. Distribucin de corte de destilacin de la mezcla actual Carga Crudo 58

10

Figura 28. Curva de destilacin TBP de la mezcla actual Carga Crudo 58

Figura 29. Distribucin de corte de destilacin de la mezcla actual Crudo Diseo 58

Figura 30. Curva de destilacin TBP de la mezcla actual Crudo Diseo 59

Figura 31. Modelo terico de la columna principal de la UDP (T-101) 60

Figura 32. Modelo terico de la columna principal de la UDV (VV-1) 61

Figura 33. Diagrama de flujo en Aspen Hysys de fraccionadoras de UDP y UDV preliminar. 62

Figura 34. Diagrama de flujo en Aspen Hysys de fraccionadora UDV completo. 62

Figura 35. . Validacin Comparacin de rendimientos actuales de productos. 63

Figura 36. Diagrama de flujo simplificado de equipos secundarios de UDP existente. 65

Figura 37. Diagrama de flujo simplificado de equipos secundarios de UDV existente. 66

Figura 38. Modelo terico de la columna principal de la UDP 68

Figura 39. Modelo terico de la columna principal de la UDV. 69

Figura 40. Diagrama de flujo en Aspen Hysys de la UDP nueva. 70

Figura 41. Diagrama de flujo en Aspen Hysys de la UDV nueva. 71

11

LISTA DE TABLAS

pg

Tabla 1. Condiciones de lmites de batera. 23

Tabla 2. Temperatura de corte de productos. 23

Tabla 3. Desfase o gap de fraccionamiento para productos de UDP 37

Tabla 4. Eficiencia de platos o etapas tpicas. 37

Tabla 5. Operacionalizacin de variables. 49

Tabla 6. Especificaciones principales de productos 52

Tabla 7. Datos de operacin actual y caractersticas de la UDP 53

Tabla 8. Datos de operacin actual y caractersticas de la UDV 54

Tabla 9. Assay de crudo Talara 55

Tabla 10. Assay de crudo Oriente (COE) 55

Tabla 11. Assay de crudo Napo 56

Tabla 12. Validacin - Rendimientos actuales de productos en UDP y UDV. 63

Tabla 13. Evaluacin - Rendimientos proyectados de productos en UDP y UDV. 63

Tabla 14. Diseo - Rendimientos proyectados de productos en UDP y UDV. 71

Tabla 15. Diseo Dimensiones y caractersticas de secciones de columna fraccionadora de UDP 72

Tabla 16. Diseo Dimensiones y caractersticas de secciones de columna fraccionadora de UDV 72

Tabla 17. Especificaciones de productos calculadas con el simulador. 72

12

RESUMEN

El presente trabajo se enfoca en el desarrollo de una metodologa de evaluacin de los equipos principales de la unidad de destilacin primaria UDP y unidad de destilacin al vaco UDV, mediante el uso del simulador de procesos Aspen Hysys. La metodologa presentada es usada para analizar el aumento de capacidad de estas unidades, debido a los nuevos requerimientos que tendr la refinera Talara en el futuro.

Cabe destacar, que se realiz la discriminacin de datos de partida que se usaron en el presente trabajo, que permiti obtener una buena representacin de los resultados con el simulador.

Inicialmente, se realiz la caracterizacin de la mezcla de crudos actuales (relativamente ligero) y de la mezcla de crudos futuros (relativamente pesado), el simulador permiti realizar la caracterizacin con la creacin de componentes hipotticos en el rango recomendable para una buena reproduccin de resultados.

Posteriormente, se realiz la simulacin de los equipos principales existentes, de acuerdo a los datos recolectados de planta. Los modelos obtenidos fueron la representacin de los equipos existentes que permitieron dar el punto de partida para analizar el aumento de carga y el cambio de carga de crudo futuro.

Para alcanzar el objetivo de procesamiento futuro en ambas unidades se realiz el modelamiento de nuevos equipos y como parte de los resultados se presenta las dimensiones y caractersticas principales de estos equipos.

Debido a las caractersticas de los equipos existentes y a los nuevos requerimientos, se tiene consideraciones y recomendaciones de procesos, mecnica y metalurgia para los equipos existentes que podran continuar en operacin.

13

INTRODUCCIN

La industria mundial est enfrentando una serie de retos en la oferta y demanda de productos asociados a cambios en las caractersticas del petrleo crudo disponible en el mercado. Los requerimientos de calidad de los combustibles son cada vez ms estrictos, la reduccin de su impacto ambiental implican modificaciones continuas en la configuracin y complejidad de las refineras para lograr mrgenes de refinacin ms altos.

Uno de los principales problemas que genera la creciente demanda en el mercado de combustibles es la necesidad de ampliar la capacidad de produccin de las refineras de petrleo existentes, pero debido al alto costo de la infraestructura para la refinacin del petrleo surge la necesidad de saber cuntos y cules equipos nuevos deberan adquirirse para el aumento de la capacidad de la planta.

La presente investigacin plantea una alternativa que permite evaluar la capacidad de los principales equipos que forman parte de la unidad de destilacin primaria y unidad de destilacin al vaco para el incremento de produccin de la refinera Talara.

La fundamentacin del presente estudio se basa en informacin sobre el estado del arte de plantas de refinacin de petrleo de todo el mundo, brindada en los seminarios de diseo de equipos y procesos de refinacin de universal oil products (UOP).

La herramienta que permite predecir los efectos del aumento de capacidad en los principales equipos existentes en la UDP y UDV de la refinera Talara es la suite o paquete de aspenONE, que es el software de diseo conceptual y optimizacin lder en la industria usado por los fabricantes, plantas y licenciadores de procesos ms grandes del mundo. Mediante el uso de leyes y fundamentos cientficos que permitieron seleccionar y dimensionar los nuevos equipos para alcanzar el objetivo planteado de la refinera.

Todo el esfuerzo de los investigadores los llevo, despus de arduas jornadas de trabajo a la obtencin de importantes resultados entre los que se destaca, El modelo de simulacin en Aspen Hysys de las unidades existentes, que ha permitido conocer de forma conceptual la capacidad mxima a la que pueden operar los equipos existentes en la UDP y UDV de la refinera Talara.

La conclusin ms importante a la que llegaron los autores del presente trabajo se refiere a que la columna fraccionadora de la unidad de destilacin primaria existente no puede continuar en operacin. Por tal razn, se debi disear una nueva columna fraccionadora.

14

Mayor informacin sobre el contenido del presente trabajo podrn encontrarla los lectores al entrar en contacto directo con los diferentes captulos que constituyen el cuerpo del mismo.

15

1. PROBLEMA DE LA INVESTIGACIN

Evaluacin de la capacidad de los equipos principales de la unidad de destilacin primaria y unidad de destilacin al vaco mediante el uso de software de simulacin de procesos para el incremento de produccin de la refinera Talara.

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La creciente demanda en el mercado de combustibles genera la necesidad de ampliar la capacidad de produccin de las refineras existentes. En el mundo existen refineras tradicionales, de conversin profunda y de conversin muy profunda, todas las anteriores tienen en su configuracin de procesos las unidades de destilacin primaria y al vaco que realizan la primera e importante etapa de separacin en una refinera de petrleo.

El incremento de la produccin en una refinera de petrleo implica operar equipos existentes a su mxima capacidad e incluso optar por alternativas de reemplazo debido a la mayor exigencia, el costo asociado a estos cambios en UDP y UDV podra representar entre el 20 y 70% de la infraestructura existente en la planta.

1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA

El contexto descrito anteriormente llevo a los investigadores al planteamiento de los siguientes interrogantes.

El software de simulacin Aspen Hysys permitir evaluar la capacidad de los principales equipos en la unidad de destilacin primaria y en la unidad de destilacin al vaco para el incremento de produccin de la refinera Talara?

Los equipos existentes de estas unidades servirn o podrn ser utilizados para el incremento de produccin de la refinera Talara?

Cuntos y cules equipos nuevos deber adquirir la refinera para el aumento de capacidad?

Cules sern los impactos en el esquema de refinacin y la futura operacin de la refinera Talara?

16

1.3 JUSTIFICACIN

La presente investigacin pretende contribuir con el planteamiento de una alternativa de evaluacin que permita identificar los equipos existentes que deben ser reemplazados y realizar la adecuada seleccin de equipos nuevos. Tambin garantizar la operabilidad confiable y segura de las unidades de destilacin primaria y al vaco debido a los futuros cambios de configuracin y asegurar un consumo de energa responsable tratando de minimizar los impactos ambientales para la futura expansin o incremento de produccin de estas unidades en la refinera Talara.

De acuerdo a lo anterior, la unidad de ingeniera y/o de proyectos en la refinera de petrleo deber asegurar y considerar que parte de los equipos existentes pueden seguir en operacin para el nuevo objetivo de la planta.

Este trabajo presenta los resultados de la evaluacin tcnica para el incremento de capacidad de la refinera Talara.

El grupo investigador deja constancia que cuenta con los recursos materiales, tcnicos y financieros para la elaboracin de este proyecto.

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 Objetivo general. Evaluar, mediante el uso de software de simulacin, la capacidad de los principales equipos que forman parte de la unidad de destilacin primaria y unidad de destilacin al vaco para el incremento de produccin de la refinera Talara.

1.4.1.1 Objetivos especficos. Realizar un anlisis de bsqueda de las alternativas existentes de evaluacin de equipos principales de procesos de refinacin de petrleo, para mejorar la comprensin y anlisis de la investigacin.

Comprender los diferentes procesos que se llevan a cabo en las unidades de destilacin primaria y al vaco en una refinera de petrleo.

Enfatizar acerca de los principios fundamentales aplicados a los principales equipos de procesos de refinacin de petrleo.

Desarrollar un modelo de simulacin en Aspen Hysys de la UDP y UDV de la refinera de Talara.

Evaluar la capacidad de los principales equipos existentes, a partir del modelo de simulacin realizado.

Proponer y dimensionar los principales equipos nuevos que permitan cumplir la nueva capacidad de la refinera Talara.

17

2. MARCO DE REFERENCIA

2.1 MARCO HISTORICO

Desde el descubrimiento del petrleo, la utilizacin racional de las fracciones que lo componen ha influido fuertemente en el desarrollo de los diversos procesos, as como su inclusin en el esquema del refino.1

La capacidad instalada de refineras de petrleo a escala mundial se ha visto incrementada en los ltimos 25 aos en un 8,3%, existiendo en la actualidad una capacidad mxima de refino de ms de 87,5 MMBSPD. Adems de aumentar la capacidad instalada en el periodo mencionado, el nmero de barriles refinados se ha visto incrementado gracias a un mayor aprovechamiento de las infraestructuras existentes.

El crecimiento de la demanda mundial de combustibles ha ocasionado la expansin de la capacidad mundial de refinacin durante la presente dcada. Entre 2008 y 2013 se han llevado a cabo ms de 500 proyectos de refinacin a nivel mundial, incluyendo ampliaciones de capacidad, instalacin de unidades de alta conversin y plantas de hidrotratamiento. Esta situacin ha generado un incremento de entre 50 y 100% del costo de la infraestructura para refinacin.2

2.2 INVESTIGACIONES PREVIAS

Despus de una rigurosa bsqueda de antecedentes se pudo establecer la existencia de 3 estudios que por su naturaleza y caractersticas se estima que guarda relacin directa e indirecta con el presente estudio a saber:

Ttulo. ENGINEERING DESIGN SEMINAR UOP CRUDE DISTILLATION UNIT DESIGN AND VACCUM DISTILLATION UNIT DESIGN

Autores: Licenciador de Tecnologas UOP Houston USA.

Fecha: 2010

El seminario de diseo de equipos y procesos de refinacin de UOP es un curso especializado abierto slo para profesionales y clientes de la empresa en mencin que brinda informacin sobre el estado del arte en plantas de refinacin de

1El Petrleo Historia Y Refino, Patricia Casas Blanco, 2010, Pag 73.

2El Petrleo Y La Energa En La Economa, JoseOrmaecheAsumendi Et Al., 2008, Pag.33.

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petrleo de todo el mundo, como tambin las lecciones aprendidas a lo largo de los 80 aos de experiencia en el sector.

En este captulo, el seminario enfatiza en el diseo y evaluacin de las unidades de destilacin primaria y al vaco, presentando pautas y criterios que permiten realizar un anlisis adecuado y riguroso de estas instalaciones.

Ttulo. REVISIN DE HEURSTICAS Y CONCEPTOS PARA EL DISEO DE EQUIPOS UTILIZADOS EN PROCESOS DE REFINACIN DEL PETRLEO

Autores: Amador Falcn Jorge Andrs, Chavarro Hernandez Karen Julieth Monografa de Compilacin para optar el Ttulo de Ingeniero Qumico de Universidad de San Buenaventura Seccional Cartagena Colombia.

Fecha: 2013

La investigacin aporta informacin relacionada a reglas heursticas generales de diseo en equipos de procesos de refinacin de petrleo. Tambin, descripcin sobre informacin de documentos y diagramas referidos a equipos de procesos para tener en cuenta en la informacin de partida de nuestra investigacin.

Ttulo. DESTILACIN ATMOSFRICA Y AL VACO EN LA INDUSTRIA DEL PETRLEO

Autores: Ricardo P. Rodrigo R., Alexis R. Velsquez Barrios Revista Digital Ingeniator ISSN 20279396 Especializacin en Ingeniera de Procesos de Refinacin y Petroqumicos Bsicos de Universidad de San Buenaventura Seccional Cartagena Colombia.

Fecha: 2013

La investigacin aporta informacin sobre la descripcin del proceso de destilacin del petrleo, los equipos utilizados, as como las variables ms importantes a tener en cuenta durante el fraccionamiento del petrleo en una refinera.

2.3 BASES TERICAS.

2.3.1 Descripcin general.

2.3.1.1 Refinacin de petrleo. La refinacin de petrleo consiste en el empleo de sustancias qumicas, catalizadores, calor y presin para separar y combinar los tipos bsicos de molculas de hidrocarburos que se hallan de forma natural en el petrleo crudo, transformndolos en grupos de molculas similares3.

2.3.1.2 Procesos de refinacin del petrleo. Normalmente el petrleo crudo contiene agua, sales inorgnicas, slidos en suspensin y compuestos metlicos

3Proceso de refino del petrleo, Petrleo Y Gas Natural, Richard S.Kraus; Pag.7.

19

solubles en agua. El primer paso del proceso de refinacin consiste en eliminar estos contaminantes mediante el desalado, a fin de reducir la corrosin, el taponamiento y la formacin de incrustaciones en los equipos aguas abajo, y evitar el envenenamiento de los catalizadores en las unidades de conversin4.

El proceso de desalado del crudo se realiza a temperaturas ms altas respecto a su almacenamiento en el patio de tanques, por ello el crudo debe ser previamente calentado en el llamado primer tren de intercambio de calor con los productos calientes provenientes de las columnas de destilacin.

El crudo desalado se sigue calentando en el llamado segundo tren de intercambio de calor con las corrientes extradas de la columna de destilacin y se alimentan a un horno atmosfrico donde alcanza la temperatura requerida para el fraccionamiento en la columna de destilacin.

El horno atmosfrico transfiere calor al crudo principalmente en las zonas radiante y convectiva, la fuente de energa es producida a travs de la combustin de gas natural o un combustible lquido.

El siguiente paso en la refinacin de petrleo es el fraccionamiento del crudo en la columna de UDP. El petrleo crudo proveniente del horno atmosfrico se separa fsicamente en diferentes fracciones por destilacin, diferenciadas por puntos de ebullicin especficos, y clasificadas, por orden decreciente de volatilidad, en gases, destilados ligeros, destilados intermedios, gasleos y residuo.5

La columna de UDP, junto con sus elementos auxiliares, es el proceso principal en todas las refineras. Su propsito es destilar petrleo crudo en varias fracciones, las cuales son alimentadas a diferentes unidades aguas abajo y retiradas como productos.

En una refinera convencional o de conversin profunda, las unidades de destilacin de crudo estn compuestas por la UDP y UDV, ver figura 1, ambas producen fracciones y destilados ligeros que son productos finales y/o necesitan un tratamiento final. La UDV procesa la corriente de fondos de la columna de UDP y est conformada por el horno de vaco y la columna de destilacin al vaco.

La refinera convencional tiene los siguientes procesos: unidad de destilacin primaria y al vaco, unidad de craqueo cataltico fluidizado (FCC) y otras unidades de tratamiento y/o servicios, mientras que la refinera de conversin profunda presenta diversas unidades de procesamiento de crudo, como se muestra en la figura 2.



20

Figura 1. Diagrama de unidad de destilacin primaria y al vaco6.

Figura 2. Diagrama de Bloques de una Refinera Compleja7

6Practical Considerations for Crude Units Revamps Tony Barletta& Gary Martin Process

Consulting Services Inc. Petroleum Technology Quarterly Q41998.Pag.1

7Crude Column Design UOP Training Services, Pag.4.

21

2.3.2 Unidad de destilacin primaria8.

2.3.2.1 Bases de diseo y simulacin. La columna de destilacin primaria representa una configuracin particular del tipo de separacin de hidrocarburos usada en numerosas unidades de proceso de refinacin. Las tcnicas de clculo para esta columna son semejantes a la columna principal de una unidad FCC o a una fraccionadora de productos de una unidad de hidrocraqueo.

En la unidad de destilacin primaria se tiene una cantidad numerosa de productos y procesos. La figura 2, muestra una gran variedad de tecnologas de refinacin y no representa un esquema de refinacin especfico.

De esta figura se pueden resaltar dos puntos:

1) La mayora de los productos de la unidad de destilacin primaria son reprocesados en unidades posteriores. Por lo tanto, en una refinera de petrleo, la unidad de destilacin primaria no determina las especificaciones ni el rendimiento del producto final.

2) Todas las conversiones y unidades de producto finalizado aguas abajo dependen de la UDP para su alimentacin.

Estos dos puntos definen una tendencia general en la operacin de la unidad de destilacin primaria. La calidad del producto en la UDP podra no ser importante, pero el rendimiento y la disponibilidad son siempre de vital importancia.

En el presente trabajo se presenta los esquemas y decisiones necesarias para realizar una evaluacin y un diseo siguiendo una serie de pasos similares a los que un ingeniero de procesos utilizara en un diseo real. Usaremos herramientas de simulacin termodinmica y/o hojas de clculo para evaluar los equipos de procesos en la UDP y UDV.

Antes de evaluar o disear cualquier unidad, se requiere definir las bases de diseo y de simulacin. El primer paso para el desarrollo de una evaluacin o diseo es definir un alcance, que establecer los modos de operacin y el nivel de detalle del diseo. Ya que en la UDP no hay procesos de conversin, esta unidad estar limitada por el nmero de modos de operacin que esta realice. La variable principal en una UDP es el tipo de alimentacin.

El nivel de detalle para un estudio (ver figura 3) est determinado por la cantidad de informacin que se disponga para realizarlo. Un anlisis o estudio de factibilidad aproximado se puede hacer con el assay de un crudo y algunas estimaciones de servicios. Un front end engineering design (FEED) detallado requerir mucha ms informacin. Sin embargo, el objetivo de ambos estudios es una lista de equipos que puede ser utilizada para crear un estimado de costos. La precisin del estimado de costos ser una funcin del nivel de detalle del estudio.

8Engineering Design Seminar, Licenciador de Tecnologas UOP - Houston USA, 2010.

22

Figura 3. Etapas del desarrollo de ingeniera9

La base de diseo para este estudio de expansin ser de 95.000 BSPD de crudo Napo y Talara10. Las propiedades se derivan del assay de crudo. Las condiciones de operacin de una planta podran ser otra fuente de informacin, asumiendo que el refinador tiene acceso a los datos de otra unidad con un crudo de alimentacin semejante.

Para este estudio definiremos casos alternativos o un caso de baja carga turndown. La prctica normal define una alimentacin ligera, una alimentacin pesada y una carga mnima de alimentacin. Otro caso alternativo podra ser operar la UDP cuando la UDV est fuera de servicio shutdown.

En la tabla 1 se muestra que los productos con alta presin de vapor como la nafta o gasolina y el turbo o jet deben ser enfriados a 100 F, los otros como el diesel y gasleo atmosfrico a 120 F para permitir enfriar estos productos con los aeroenfriadores, y el crudo reducido a 175 F para ayudar al bombeo mientras se encuentre por debajo del punto de ebullicin del agua. Tenga en cuenta que para estas temperaturas no se asume la integracin con otras unidades. Generalmente el crudo reducido se enva directamente, sin enfriamiento, a una unidad de vaco. Asimismo el diesel y el gasleo atmosfrico son llevados a altas temperaturas, sin pasar por los aeroenfriadores, a otras unidades de operacin.

Para la evaluacin de la UDP y UDV a nivel conceptual, se debera tomar en cuenta las limitaciones de las unidades existentes mediante una prueba llamada test performance para conocer las limitaciones reales y ser tomadas en cuenta en el modelamiento con el software de procesos, sin embargo hay estudios que pueden realizarse sin esa prueba en planta pero que luego deber ser comparada para la verificacin y consideracin de los cuellos de botella bottlenecks de las unidades en mencin.

9Revamping Conceptual Process Design Tony Barletta & Gary Martin Process Consulting

Services Inc. Petroleum Technology Quarterly Q1 2002.Pag.1.

10 Nueva mezcla de crudo, de acuerdo a perspectiva y estudio de mercado de expansin de la

refinera Talara.

23

Tabla 1. Condiciones de lmites de batera.

Serie de condiciones lmites psig F (*)

Lquido de tope de debutanizadora 200 ------

Nafta debutanizada 50 100

Turbo jet o kerosene 50 100

Diesel 50 120

Gasleo atmosfrico 50 120

Crudo reducido ------- 175

*Nota: Tenga en cuenta que las temperaturas de las unidades operativas pueden ser mayores

Para el diseo de la UDP, se debe determinar el rendimiento de los productos a partir del assay del crudo de diseo. Los productos pueden ser definidos por las especificaciones tcnicas de productos, tales como API, Destilacin ASTM, etc., o por las especificaciones de rendimiento, tales como puntos de corte TBP en crudo o combinaciones de ambos.

Las propiedades de los productos y los puntos de corte TBP, ver tabla 2, son definidos por una programacin lineal que tiene sus limitaciones y las propiedades finales de los productos debern ser verificados por el ingeniero de procesos.

Tabla 2. Temperatura de corte de productos.

Corrientes Puntos de cortes

TBP, F

Light Straigh Run C5-200

Nafta 200-375

Turbo jet o kerosene 375-525

Diesel 525-600

Gasleos 600-675

Crudo reducido 675 o mas

2.3.2.2 Configuracin del proceso. En cualquier diseo de procesos, uno de los primeros objetivos a cumplir es determinar el esquema de flujo de proceso completo. A veces se usan diagramas de flujo de bloques, como el que muestra la figura 4 para una columna de destilacin primaria. En muchos diseos de unidades nuevas, los requerimientos de alimentacin y productos son dados como parte de las bases de diseo.

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Figura 4. Diagrama de flujo en bloques de la columna de destilacin primaria11

.

A mayor nmero de extracciones laterales se tendr ms productos ligeros. La mayora de los refinadores eligen dividir la nafta en la UDP y despojar los componentes ligeros del GLP como lo muestra la figura 5. Sin embargo, otros refinadores consideran la extraccin de nafta pesada lateralmente y nafta liviana por el tope de la columna principal.

Figura 5. Diagrama de flujo en bloques de la UDP12

.

2.3.2.3 Propiedades de productos. Para un assay de crudo los puntos de corte TBP y los flujos volumtricos de productos son intercambiables. Los puntos de corte para un tipo de crudo diferente, tendrn diferente volumen asociado y podra tener diferentes puntos de corte TBP.

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Crude Column Design UOP Training Services.Pag.12.

12Crude Column Design UOP Training Services. Pag.13.

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Mientras ms propiedades de productos puedan ser determinadas desde el assay de crudo, la precisin de estos estimados puede ser mejorada a travs de datos de simulacin. Los datos para puntos de corte de destilacin (D-86 o D-1160) y presin de vapor sern mucho ms precisas usando modelos de simulacin termodinmica tales como Aspen Hysys o Aspen Plus.

Otras propiedades tales como el contenido de azufre y el punto de fluidez pueden tambin ser entradas en las herramientas de simulacin. Sin embargo, para propsitos de diseo normalmente no existe una gran necesidad de precisin de estos valores.

2.3.2.4 Filosofa de diseo. La flexibilidad de un diseo ser dependiente del rango de los casos de diseo que sean definidos. Si una columna es diseada slo para un crudo ligero, su sistema de tope ser limitado para crudos ms ligeros que este, y el sistema de fondos no ser capaz de procesar crudos ms pesados que este. Es importante considerar un rango de operaciones que brinde margen y permita flexibilidad para un rango de crudos.

Los simuladores de procesos termodinmicos ofrecen varias ventajas en la caracterizacin de hidrocarburos, clculos flash y clculos de plato a plato detallado que son indispensables en el diseo de los procesos de destilacin. Estos pueden ser usados para definir toda o parte de la informacin de procesos requerida para el diseo de los equipos.

La mayora de los simuladores termodinmicos ofrecen funciones para dimensionamiento y ltimamente tambin para disear equipos, en particular el software AspenONE ha desarrollado e integrado sus diferentes productos con el propsito de realizar un dimensionamiento y diseo correcto. Otro software de diseo a tener en cuenta es el HTRI para equipos de transferencia de calor. En general, es decisin del ingeniero de procesos usar herramientas termodinmicas para generar datos de procesos para las entradas en otras herramientas de diseo o usar un software que brinde ms beneficios tambin en diseo.

Todos los equipos requieren algn margen de diseo, por ejemplo tiempo de retencin en recipientes, factor de ensuciamiento para intercambiadores o margen de flujo para una bomba. Inclusive, la mayora de empresas operadoras y consultoras de diseo tienen un conjunto de mrgenes estndar de diseo que se usan en el diseo de sus unidades.

2.3.2.5 Especificaciones preliminares simulacin de unidad de destilacin de crudo. Antes de empezar la simulacin de una columna de destilacin de crudo, ciertas condiciones y configuraciones de diseo deben ser definidas. El primer paso es definir la alimentacin, despus la temperatura de la desaladora.

Luego, se requiere una decisin para saber si especificamos un recipiente pre-flash o una torre pre-flash, y se requerir las condiciones de operacin de cualquiera de estas. Se podra requerir un estudio detallado en el cual se estima el costo de ambas opciones.

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Generalmente, una buena prctica de simulacin es considerar la red de intercambio de calor y el horno separada de la columna principal.

-Desaladora. Las desaladoras operan por contacto de crudo y agua para desorber cualquier presencia de sal en el crudo. La adecuada separacin del crudo y el agua depende del diseo del recipiente y el uso de parrillas electrificadas, esta es la clave para el buen desalado. El agua arrastrada por el crudo despus del desalado podra tener varios impactos negativos y podra limitar la capacidad si no es permitido por el diseo.

La sal presente en el crudo podra causar lo siguiente:

Hidrolizar a cido clorhdrico causando corrosin.

Acta como catalizador.

Se deposita como un slido en la superficie de los intercambiadores.

Normalmente el crudo puede contener hasta 1000 Lb de Sal / 1000 BBL de crudo, el contenido de sal en el crudo desalado debe ser menos de 2 PTB (pounds per thousand barrels). La temperatura de operacin tpica de desalado es de 250 290 F (para alcanzar una viscosidad no mayor de 4 - 5 cSt), la presin de operacin tpica mnima es 25 psi por encima de la mezcla crudo ms agua. Se considera un contenido tpico de 5 6 % Vol. de agua para desalado del crudo. Permitir una cada de presin de 15 psi en la vlvula de mezcla.

-Configuracin del proceso de la columna pre-fraccionadora. Una columna pre-fraccionadora usa calor del proceso para separar y fraccionar la porcin ligera del crudo. En general, unapre-fraccionadora ser ubicada aguas abajo de la desaladora pero aguas arriba del horno de la columna principal. En algunos casos la columna pre-fraccionadora tendr su propio horno o posiblemente un rehervidor. Es posible vaporizar ms componentes y fraccionar con mayor profundidad, colocando ms intercambiadores de proceso aguas arriba de la columna pre-fraccionadora. Algunas columnas pre-fraccionadorasincluso pueden tener extraccin de kerosene o turbo. Otras no tendrn extracciones laterales y slo tendrn un producto nafta de tope. La figura 6 muestra el ejemplo de una configuracin de un proceso con columna pre-fraccionadora.

Las unidades tpicamente son operadas a alta presin para evitar la necesidad de un compresor de crudo y limitar la cantidad de vapor en el tope.

La consideracin principal en la seleccin de una columna pre-fraccionadora son los costos de energa versus el costo de capital de la columna. Si los costos de energa son altos o el tamao de la unidad es grande (> 180 KBPD) o si se realiza una modernizacin de la unidad, se puede tomar en cuenta esta configuracin.

-Configuracin del proceso del recipiente pre-flash. El recipiente pre-flash se instala para separar el vapor a la presin de la columna principal o ligeramente sobre ella. El vapor normalmente es enviado a la zona flash de la columna principal pero tambin se puede enviar unos platos ms arriba de la columna.

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Figura 6. Configuracin del proceso de la columna pre-fraccionadora13

.

La columna pre-fraccionadora y el recipiente pre-flash son, en muchos casos, mutuamente exclusivos, pero uno o el otro debera ser incluido en el diseo.

La presin del pre-flashes ligeramente superior (debido a la prdida de carga) a la presin de la zona flash de la columna (10 a 25 psig) o ser controlada a una presin ligeramente superior (30 a 45 psig).

La temperatura ser la misma que la temperatura de la desaladora (250 a 290 F) a menos que algn intercambiador de calor se instale entre la desaladora y el pre-flash. Dicho intercambiador tiene la ventaja de permitir aumentar la vaporizacin y disminuir la presin de vapor del lquido flasheado (ejemplo. Menor descarga de la bomba). Sin embargo, existe un riesgo que la salmuera arrastrada desde la desaladora provoque un incremento del ensuciamiento en estos intercambiadores. En la figura 7 se presenta un ejemplo de configuracin de un proceso con recipiente pre-flash.

El venteo de vapor aguas abajo de la desaladora permitir todo lo siguiente:

Reducir la presin de vapor del crudo, as se reduce la presin de descarga requerida por la bomba y permitiendo menores presiones en los intercambiadores.

Proveer un volumen para absorber cualquier variacin en el flujo de la carga desde tanques.

Eliminar la posibilidad de arrastrar agua en la red de precalentamiento que a su vez cause ensuciamiento.

No existen beneficios directos de energa en el recipiente pre-flash si el vapor pre-flash se enva a la zona flash de la columna principal. Sin embargo, si el vapor se enva platos ms arriba en la columna, habr algunos beneficios de energa.

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Figura 7. Configuracin del proceso del recipiente pre-flash14

.

La especificacin de la red de intercambio actual y el diseo del horno requerir informacin de la simulacin de la columna. En este punto, las especificaciones del horno y de la red solo sern usadas como una base para la optimizacin. Por ejemplo, el flujo de calor del horno es una variable importante en la determinacin del overflash ptimo. As algunas especificaciones razonables del horno son requeridas para llevar a cabo la optimizacin de la columna.

Asunciones preliminares:

Temperatura objetivo de entrada al horno: 500F.

Asumir cada de presin en el horno: 125 psi.

Asumir cada de presin en la lnea de transferencia: 2-5 psi.

Asumir cada de presin en la red de intercambio desde el flash drum: 150 psi.

Temperatura objetivo de salida del horno: 650 725F.

-Decisiones de procesos en columna de destilacin primaria. Despus de seleccionar un crudo o un conjunto de crudos y haber definido el flujo del proceso hacia la columna, es necesario definir las condiciones de la columna. Antes que la columna sea modelada es necesario tomar ciertas decisiones relacionadas al layout o arreglo de la columna (que incluye pero no se limita a):

La configuracin de tope.

El nmero aproximado de platos de fraccionamiento.

La presin y temperatura en la zona flash.

La configuracin de los despojadores laterales side strippers.

La cantidad y ubicacin de los reflujos circulantes pumparounds.

-Configuracin del proceso. La configuracin que se muestra en la figura 8 es un arreglo tpico de una unidad de destilacin primaria. Como ocurre con el arreglo del preflash y de la desaladora, existen variaciones en el diseo de la UDP.

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Una columna de destilacin de crudo tiene las siguientes corrientes:

La alimentacin, que es calentada por un horno atmosfrico.

Vapor (de agua), es usado para despojar los productos de fondos.

Las extracciones laterales de producto, son enviadas a travs de una columna despojadora stripper.

Los productos de tope (normalmente nafta) y el reflux, que han sido condensados por el sistema de tope.

-Opciones de configuracin de tope. No existe una configuracin de tope buena o errnea. Elegir depender principalmente en el costo y en la recuperacin de calor.

La configuracin de un solo drum sin pumparound de tope slo podra ser considerado para diseos de unidades pequeas.

La configuracin de dos drum proveer aumento de recuperacin de energa pero es complejo y el diseo es ms costoso.

El diseo de un solo drum con pumparound de tope es ms simple y menos costoso que la configuracin de dos drum, pero existe limites en la cantidad de calor recuperado.

Figura 8. Arreglo tpico de una unidad de destilacin primaria15

.

Configuracin de dos acumuladores de tope. Esta configuracin se muestra en la figura 9. Las ventajas de la configuracin de tope incluyen:

Aumento de recuperacin de energa. Reflujo caliente previene la condensacin interna. Buena distribucin de fases vapor, hidrocarburo lquido y agua.

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Crude Column Design UOP Training Services, Pag.25.

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Las desventajas incluyen:

Puede ser operacionalmente complicada. Costosa.

Configuracin de pumparound de tope y un acumulador de tope. Esta configuracin se muestra en la figura 10.Las ventajas de la configuracin pumparound de tope y un acumulador de tope incluyen:

Mejor recuperacin de calor que el diseo de un solo acumulador de tope. Diseo y operacin relativamente ms simple. No requiere intercambiadores verticales. Sin oportunidad de fuga en el intercambiador.

Las desventajas incluyen:

Temperatura de tope no puede estar por debajo del punto de roco del agua. Cuando se requiere reflujo frio, puede llevar a la corrosin de platos. Requiere altura adicional de la columna.

Configuracin de tope tpico. Esta configuracin se muestra en la figura 11, un compresor de UDP sirve para varios propsitos como prevenir la quema de gases de tope. La presin de tope de la columna de UDP es usualmente insuficiente para enviarlo al sistema de gas combustible, especialmente si se requiere el tratamiento de aminas.

El segundo propsito es permitir el re-contacto para absorber en la nafta cualquier componente C3+. Es importante el retiro de condensables del sistema de gas combustible, el cual crea peligros tambin como problemas de quemado. Adicionalmente, el re-contacto recupera productos vendibles del gas combustible.

Figura 9. Configuracin de dos acumuladores de tope16

.

16


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Figura 10. Configuracin de pumparound de tope y un acumulador tope17

.

Figura 11. Configuracin de tope tpico18

.

-Condiciones de operacin. La presin de la columna de destilacin de crudo debe ser minimizada. Para el diseo de una nueva unidad, podemos considerar los siguientes valores tpicos:

La presin del separador de tope es fijada en 5 psig.

La cada de presin del condensador de tope en 10 psi.

La cada de presin a travs de los platos de la columna en 5 psi.

De lo anterior, la presin de la Zona Flash resulta en 20 psig.

Un perfil de presin mnimo resultar en un mximo aumento de diesel y

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18Crude Column Design UOP Training Services.Pag.29.

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productos ligeros a una temperatura de salida fija del horno atmosfrico, causando una disminucin de la carga o alimentacin a la columna de destilacin al vaco, aguas abajo. El perfil de baja presin tambin resulta en una buena eficiencia de energa por minimizacin de la energa de entrada requerida para aumentar el rendimiento de volumen de lquido de diesel y productos ligeros. Una buena regla de oro para la cada de presin de un plato es 0.1 psi por plato actual.

La temperatura de salida del horno atmosfrico tpicamente es maximizada alrededor de los 670 700F, aunque algunas unidades pueden y las hacen operar tan alto como 725F. Temperaturas ms altas llevarn a un craqueo excesivo en el horno. Los lmites de la metalurgia del horno y la vida til de los tubos tambin tienen que ser considerados para el lmite de la temperatura mxima de operacin. Una temperatura ms baja, por decir en el rango de 650F, es comn si no existe un indicador econmico fuerte que busque aumentar la produccin de diesel.

-Configuracin de sistema de tope. Si tomamos un rango completo del tope como alimentacin para un reformador, el punto final ASTM D86 de la nafta est limitado tpicamente mximo alrededor de 390F en las bases de la destilacin D86. La nafta con este punto final producir un reformado con punto final D86 alrededor de 430F la cual es la mxima especificacin de la gasolina comn. El punto de roco del agua de tope de la UDP normalmente no es un problema a esta condicin. A veces, debido a las restricciones de proceso aguas abajo, como capacidad limitada de procesamiento de nafta pesada en el reformador aguas abajo o la carencia de un splitter aguas abajo, la operacin de la columna UDP se ve forzada a una temperatura de tope relativamente baja. Es en este punto, que el ingeniero de procesos necesita considerar cuidadosamente el punto de roco del agua para efectos de corrosin de largo plazo y modificar las condiciones de proceso para mitigar el acercamiento al punto de roco.

La razn de reflujo depender en un nmero de factores asociados a los despojadores laterales, ubicacin de reflujos circulantes, flujos de calor en reflujos circulantes, separacin deseada y eficiencia de energa.

El agua de lavado normalmente no es modelado en la simulacin de la columna, pero es importante en el diseo de los condensadores de tope. El agua de lavado necesariamente reducir la temperatura de entrada al intercambiador. El flujo de agua de inyeccin debe ser suficiente para asegurar que exista una fase de agua clara aguas arriba del condensador. Para alcanzar esto, el diseador debe calcular la cantidad de agua requerida para saturar el vapor de tope (por ejemplo, llevar al punto de roco del agua) y usar el 125% del flujo para asegurar y separar la fase agua.

-Reflujo circulante pumparounds. El uso de reflujos circulantes permite la remocin del calor de la columna mediante el precalentamiento del crudo, mientras a su vez mantienen la carga de vapor a la columna en niveles constantes razonables. Las columnas de UDP pueden tener de 2 a 4 reflujos circulantes.

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Reflujos circulantes adicionales pueden resultar en mejor recuperacin de calor, pero las bombas e intercambiadores adicionales y el uso adicional de platos para el servicio de remocin de calor y no para servicio de fraccionamiento de por si agregan costo de capital. El uso de 3 reflujos circulantes, tpicamente ha sido una geometra o arreglo efectivo en costo.

Como una regla de oro, en las secciones de fraccionamiento un valor de 0,15 de relacin molar promedio L/V se considera como mnimo deseado para proporcionar el fraccionamiento.

Los reflujos circulantes son secciones de remocin de calor en una columna. Un reflujo circulante es una porcin de una extraccin lateral de lquido, que se enfra con el crudo de entrada o algn servicio, y se retorna ms arriba en la columna, como muestra la figura 12. Debido a que no existe cambio significativo en la composicin del lquido a travs de la seccin del reflujo circulante, en realidad no habr fraccionamiento. Todo lo que ocurre en estos platos, es que el vapor es condensado para ser extrado como producto o reflujado ms abajo en la columna.

Figura 12. Reflujo circulante pumparounds19

.

Debido a que los reflujos circulantes ajustan el flujo de lquido y vapor dentro de la columna, son un medio eficaz para ajustar el fraccionamiento entre productos, durante el diseo o en operacin.

Un reflujo circulante podra ser instalado para cada extraccin lateral. Cada reflujo circulante podra producir el lquido requerido para la extraccin lateral, manteniendo un flujo de lquido constante hacia abajo en la columna. Para muchos reflujos circulantes, el lquido se enfra unos 150F ajustando el flujo msico para alcanzar la transferencia de calor deseada. El flujo de calor, el cambio de temperatura, el flujo de masa y la ubicacin de la extraccin lateral pueden ser ajustada y optimizadas durante el diseo de la red de intercambio de precalentamiento.

-Diseo de despojador lateral side stripper. En una columna de destilacin bsica de dos productos existe una seccin rectificadora (tope) y una seccin

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despojadora (fondo). En una columna de extraccin multilateral no existe la seccin de despojamiento. Por esto es necesario tener una seccin externa de despojamiento a la columna principal. Las columnas laterales o despojadores laterales o side strippers retiran los componentes ligeros del producto lquido mejorando el extremo superior del corte de la destilacin. Los despojadores laterales pueden ser usados para controlar las propiedades del extremo superior del corte tal como el punto de inflamacin del turbo y diesel. La alimentacin a los despojadores es una corriente liquida y se retorna una pequea corriente de vapor a la columna.

La figura 13 muestra la grfica del aumento de flujo de vapor de despojamiento para un despojador lateral de diesel.

Existen dos tipos de despojadores laterales:

Despojador lateral con vapor.

Despojador lateral con rehervidor.

El ms comn es un despojador con vapor que usa vapor de agua para reducir la presin parcial del hidrocarburo y retirar componentes ligeros. Ya que la alimentacin es vaporizada parcialmente, la temperatura del fondo del despojador ser ms baja que el lquido de entrada.

Los despojadores con re-hervidor, recirculan el lquido de fondo y vaporizan una pequea parte que devuelven a la columna despojadora. Los despojadores con re-hervidor usualmente son usados para productos ligeros debido a los menores costos de energa de vaporizacin comparada de las extracciones a alta temperatura.

Figura 13. Efecto del aumento de vapor en un despojador lateral de diesel20

.

Las especificaciones de diseo de los despojadores laterales son:

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Cruede Unit Design-UOP Training Services.Pag.49.

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Tpicamente, de 5 a 10 etapas actuales (3 a 6 etapas tericas).

Vapor de despojamiento para diseo de 8 a 10 Lb de vapor /Bbl de lquido de entrada.

Ratio operativo podra ser de 2 a 5 Lb de vapor/Bbl de lquido de entrada.

Para el caso de despojadores con re-hervidor, el objetivo es 10% de vaporizacin de la corriente de entrada. Esto podra ser ms alto para servicios crticos.

En la figura 14 se muestra esquemticamente un despojador lateral con la descripcin de sus puntos ms importantes.

Figura 14. Esquema de un despojador lateral21

.

-Seccin de despojamiento de fondos. Un alto flujo de vapor de despojamiento de fondos a veces es justificado basado en ahorros aguas abajo en la columna de la UDV. La eficiencia de despojamiento tambin es baja en este servicio, alrededor de 33%. El buen despojamiento en esta seccin reducir la produccin de slop-oil fuera del tope de la columna de vaco y ayudar en la descarga del sistema de eyeccin. Una buena prctica de diseo es especificar a los proveedores de bandejas o platos que se haga un agujero alternado para estas bandejas o platos debido al aumento significativo en la carga de vapor.

Otro fenmeno comn para este servicio es que estos platos a veces se encuentran cados o colapsados en la columna durante la parada de planta de mantenimiento. La culpa es a veces la introduccin de un vapor hmedo en el sistema o un sumergimiento accidental y ocasional de la boquilla de entrada debido al alto nivel de lquido. En cualquier caso, es una buena prctica especificar al menos 1 psi (y hasta 2 psi) de delta de presin en el diseo mecnico para estos platos de despojamiento. El flujo de vapor de diseo a

considerar debe ser de 10 a 15 Lb de vapor/Bbl. Usar de 6 a 10 platos de

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Crude Unit Design-UOP Training Services.Pag.51.

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despojamiento.

-Zona flash. La clave de diseo y los parmetros de operacin en una unidad de destilacin primaria son la recuperacin de destilado y la eficiencia de energa. Ambos parmetros son fuertemente influenciados por las condiciones en la zona flash la cual se muestra en la figura 15.

Recuperacin de destilado: es el porcentaje de productos ligeros que se extraen como los productos de tope o las extracciones laterales. Esta cantidad es determinada por la cantidad de vapor que deja la zona flash menos el lquido que retorna. As la alta temperatura y baja presin debe producir alta recuperacin de destilados. La recuperacin de destilado tiene el beneficio de disminuir la carga a la columna de vaco. Adems, hay beneficios energticos para recuperar gasleo pesado como gasleo atmosfrico a alta temperatura en contraposicin del gasleo ligero de vaco a baja temperatura.

Eficiencia de energa: est fuertemente influenciada por las condiciones de salida del horno, el cual a su vez controla las condiciones de la zona flash. Mediante la reduccin de la presin en la zona flash es posible alcanzar la misma vaporizacin que a baja temperatura, requiriendo menos energa.

Figura 15. Zona flash22

.

-Desfase o gap de fraccionamiento de crudo. El grado de fraccionamiento en una columna de destilacin primaria se define en trminos de gap o desfase, como se muestra en tabla 4. El gap o desfase se define comnmente como la diferencia entre el punto de destilacin del 5% de volumen del corte ms pesado y el punto de destilacin del 95% de volumen del corte adyacente ms ligero. Un Gap negativo es conocido como overlap o traslape. Cuanto ms grande es el gap (ms positivo), habr mejor fraccionamiento. Los gaps pueden ser especificados en las bases de diseo de un proyecto. Los gaps normalmente son definidos basados en la destilacin D86, pero las destilaciones D2887 y D3710 tambin pueden ser

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Crude Unit Design-UOP Training Services.Pag.55.

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usadas siempre y cuando se definan como tales, y siempre y cuando las comparaciones se hagan en bases consistentes.

-Eficiencia de Etapas o Platos. Las ecuaciones para la eficiencia de platos usualmente estn relacionadas a las propiedades del lquido y vapor tales como viscosidad y tensin superficial. Estas propiedades raramente se usan en el diseo de la UDP, principalmente debido al nivel de rendimiento comercial en la destilacin del crudo.

Tabla 3. Desfase o gap de fraccionamiento para productos de UDP

Corriente Gap tpico

Nafta y kerosene(*) -20 a +40F

Kerosene(*) y diesel -50 a +30F

Diesel y gasleo atmosfrico

-150 a 0F

*Nota: El kerosene puede ser considerado como turbo jet o turbo A1.

De la experiencia de varias refineras se puede seguir la siguiente regla de oro:

Servicio moderado: 60 a 70% de eficiencia.

Crudo pesado, bajo flujo de lquidos (zona de lavado): 33 a 50% de eficiencia.

La tabla 5 muestra algunas eficiencias de platos tpicas a ser esperadas en varias secciones de la UDP y del sat gas plant.

Tabla 4. Eficiencia de platos o etapas tpicas.

*Nota: El kerosene puede ser considerado como turbo jet o turbo A1.

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Como la eficiencia de separacin est relacionada a la combinacin de platos y reflujo, las decisiones de diseo convierten estos en la determinacin del nmero de platos y reflujo, tambin como la ubicacin de los reflujos circulantes requeridos para la separacin. La eleccin ptima estar basada en la economa y la experiencia.

2.3.3 Unidad de destilacin al vaco.

2.3.3.1 Mezcla de petrleo crudo. La figura 16 representa grficamente los rangos de ebullicin de los productos en el assay de crudo. El assay de crudo representa los rangos de ebullicin de los productos a un punto de ebullicin atmosfrico equivalente. A condiciones atmosfricas los hidrocarburos empiezan a craquear alrededor de 725F. Por lo tanto, con el fin de vaporizar y fraccionar los cortes ms pesados que este, necesitamos reducir la presin con el fin de reducir la temperatura necesaria para la vaporizacin operando una columna de destilacin al vaco.

Figura 16. Esquema de los rangos de ebullicin de los productos de destilacin.23

2.3.3.2 Por qu necesitamos una unidad de destilacin al vaco? Con solo una columna de destilacin primaria, el residuo atmosfrico (a veces 40 50 % del crudo) a veces es enviado al fueloil. El fuel oil es una salida o producto de bajo valor pero las refineras ms simples (hydroskimming) son configuradas solo para producir nafta, diesel y fuel oil.

Mediante el envo de residuo atmosfrico a una columna de vaco, un producto destilado de baja impureza (gasleo de vaco o VGO) se puede separar de un residuo de vaco (VR) mucho ms pesado. El residuo de vaco es ahora un volumen mucho ms pequeo que el residuo atmosfrico.

Dependiendo de la configuracin de la refinera y de los productos producidos, existen muchas opciones de procesamiento para el VGO y VR que aumentar en

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Vacuum Unit Design UOP Training Services, Pag.4.

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gran medida los ingresos de la refinera.

2.3.3.3 Dos tipos de unidad de destilacin al vaco. Nos enfocaremos exclusivamente en la unidad de vaco por tipo de combustibles. Por tipo de combustibles, nos referimos a una unidad que est produciendo VGO y VR para uso principalmente en combustibles (gasolina, turbo jet, diesel). En una torre del tipo combustibles, existe slo a veces reflujo en la zona de lavado, sin reflujo entre los cortes de gasleos. Esencialmente se flashea la alimentacin y se condensa los vapores resultantes.

Las torres de vaco del tipo lubricante producen stocks de bases lubricantes. Normalmente, hay 3 o 4 cortes de destilados que se producen a especificaciones ms estrictas (usualmente especificaciones de viscosidad e ndice de viscosidad). Es necesario que exista reflujo y fraccionamiento entre los varios cortes en una torre del tipo lubricante. Se requiere un nmero de etapas o lechos de fraccionamiento.

La figura 17 muestra una configuracin tpica, mostrando la alimentacin (AR) a la unidad de vaco que viene directamente (caliente) del fondo de la columna de destilacin primaria. La otra opcin es enfriar el residuo atmosfrico (AR), enviar a almacenamiento y entonces enviarlo frio a la UDV. Esto podra requerir trenes de intercambio de calor separados para la unidad de destilacin primaria y al vaco.

Figura 17. Configuracin UDP y UDV.24

La otra caracterstica mostrada es que existen 3 productos de extraccin lateral y un producto de residuo de vaco. A veces el LVGO y el HVGO son mezclados en un solo producto: VGO. El LVGO y HVGO son producidos en la UDV para propsitos de recuperacin de calor (ms calor puede ser recuperado dividiendo el

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VGO en dos productos, incluso si se combinan de nuevo). El slop-wax (tambin llamado overflash por algunos refinadores) puede ser reciclado al horno de vaco o mezclado con el producto VR.

Por lo tanto, el efecto neto es tener dos productos para la UDV, el VGO y VR.

2.3.3.4 Columna de Destilacin al Vaco. La figura 18 representa un bosquejo de la columna de destilacin al vaco. Se muestra que el Slop-wax se enva al residuo de vaco. El Slop-wax tambin puede ser llevado a la entrada del horno de vaco o devuelto a la zona flash de la columna.

Una parte del HVGO se enva a la parte superior de la zona empacada de lavado, como aceite de lavado. Otra parte del HVGO se retira como producto, mientras que el resto se enfra y se enva al lecho de remocin de calor del HVGO en la columna.

De la misma manera, Una parte del LVGO se retira como producto, y el resto es enviado al lecho de remocin de calor LVGO en la columna.

Un sistema eyector de vaco se utiliza para generar el vaco en la columna.

Figura 18. Configuracin de una UDV.25

2.3.3.5 Criterio de operacin. Los diseos con ms de 30 aos de operacin por lo general no estuvieron enfocados en el mximo rendimiento del VGO. La operacin del horno y de la zona flash de la unidad de vaco a temperaturas ms bajas minimiz la coquizacin, llevando a largos periodos de operacin.

El ambiente econmico actual exige el mximo rendimiento de los VGO. Esto requiere diseos y operaciones al lmite de craqueo. Las UDV de ahora pueden operar normalmente 4-5 aos entre paradas de la unidad.

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2.3.3.6 Condiciones de operacin. Dos de los parmetros claves de la operacin de la unidad de vaco son la presin y temperatura de la zona flash. Estos dos parmetros tienen la mayor influencia en el rendimiento del VGO. La temperatura est limitada debido al craqueo y a la coquificacin.

El rendimiento ptimo de la UDV (es decir, su eficiencia para obtener la mayor cantidad de productos de gasleos) depende de la presin ms baja que se puede mantener en la zona flash de la columna de vaco compatible con la mxima temperatura en la salida del horno de vaco sin que se produzca craqueo.

La experiencia operativa muestra que la temperatura de la zona flash es de aproximadamente 750F (400C) para la mayora de cargas. Algunos crudos que tienen un alto factor de caracterizacin UOP (K UOP) requieren temperaturas ms bajas. Otras cargas, que tienen un bajo K UOP, pueden tolerar temperaturas tan altas como780 a 800F (416 a 427C) en la salida del horno de vaco.

2.3.3.7 Consideraciones de diseo. Las consideraciones de diseo son las siguientes:

-Wet vs. dry (Steam or no steam). Una consideracin importante en el diseo es si la torre ser seca (sin entrada de vapor de agua) o hmeda. El vapor puede ser inyectado en cualquiera (o ambas) de las dos partes - en los tubos del horno de vaco (Para disminuir la coquizacin en el horno) y en la bota inferior de la torre (para despojar los componentes livianos del VR).

Si decide inyectar vapor, otra decisin importante es si incluir o no un pre-condensador en el diseo.

En la figura 19 se presenta la configuracin tpica de una UDV con pre-condensador (indicado en rojo) y sin pre-condensador (obviando el contenido de ese bloque rojo).

-Wet/Damp vs. dry. Por equilibrio, una torre seca tendr una gran cantidad de gasleos en los fondos. Por esto, operar una torre en seco no es atractivo por el valor diferencial actual entre gasleos y fondos de vaco.

El vapor es ms eficaz para la recuperacin de gasleos cuando se utiliza como vapor de despojamiento. Con 8 a 10 platos de despojamiento y 8 a 10 lbs de vapor /bbl, el 15%en volumen del lquido que se alimenta a los platos es despojado. El despojamiento predicho con 4 platos (modelados como una etapa) es del 9%.

-Pre-condenser vs. no pre-condenser, Wet vs. damp. Con un pre-condensador en el diseo, la mayor parte del vapor procedente del tope de la columna se condensa antes de la primera etapa de eyectores. Esto reduce significativamente la carga en la primera etapa de eyectores.

Sin embargo, hay una fase acuosa en equilibrio lquido-vapor presente en el pre-condensador, este ejerce una presin parcial de agua en la fase de vapor a la temperatura que ha sido condensada, esto significa que la presin de tope debe ser al menos este valor (en realidad, a esta presin parcial del agua hay que

42

aadir las presiones parciales del hidrocarburo y del aire). Esto significa que un diseo con un pre-condensador tendr una presin alta de tope, y por lo tanto una presin de la zona flash ms alta. As, la nica manera de compensar estas presiones ms altas es aumentar la cantidad de vapor inyectado con el fin de reducir la presin parcial del hidrocarburo (que reduce parcialmente el beneficio de tener un pre-condensador). Con pre-condensador la presin de tope puede ser 45 50 mmHg abs, aunque valores ms tpicos son 55 60 mmHg abs. Sin pre-condensador la presin de tope puede ser cualquier valor, valores prcticos por encima de 10 mmHg son recomendados.

Figura 19. UDV tpico con y con pre-condensador26

.

En teora, un wet-design puede dar un punto de corte tan profundo como un damp-design. De modo realista hay un punto de rendimiento decreciente donde el vapor adicional da muy poco rendimiento adicional. Un punto de corte de 1000 1025 F es un lmite prctico para un wet-design.

Slo un damp-design (con pre-condensador) es consistente con un diseo de corte profundo.

-Nivel de vaco, cada de presin. El nivel de vaco y cadas de presin se resumen como sigue:

26


43

Para diseo. el nivel de vaco en la zona flash con y sin pre-condensador es 30 mmHg.

Para diseo, permitir una cada de presin de 4 a 5 mmHg por lecho (esto incluye una tolerancia para el plato acumulador debajo del lecho).

Cada de presin de operacin tpica de un plato de acumulacin alrededor de 1 mmHg y cada de presin de operacin tpica de un lecho empacado alrededor de 1 a 2 mmHg.

-Horno de vaco. Los diseos tradicionales son hornos de cabina de drenaje libre. Esto resulta en una seccin vertical larga de la lnea de transferencia para llegar a la boquilla de ingreso de la columna.

La filosofa de diseo debera ser un pico mximo de aumento de temperatura de 15 F. El aumento del pico de temperatura en un buen diseo podra ser tan bajo como 10F. Los hornos sin cambios de dimetro experimentarn un pico 30F.la presin en la salida del horno podra estar en 160 mmHg.

-Lnea de transferencia de la columna al vaco. La velocidad snica es la mxima velocidad a la que el fluido puede desplazarse, basada en sus propiedades fsicas. La velocidad snica calculada est entre 400 y 420 ft/s.

Una alta cada de presin en la lnea de transferencia aumentar la temperatura de salida y con ello aumentar el craqueo y la coquificacin en el horno. Para fines de diseo se puede considerar una cada de presin de 3 a 3.5 psi podra dar un aumento de temperatura de 15 a 35 F en el horno.

-Seccin de lavado. Para muchas refineras, la seccin de lavado es una operacin crtica. Esta seccin controla el nivel de contaminantes en el producto HVGO. Si el destino del HVGO es un hidrocraqueador o hidrotratador, entonces por lo general existirn controles estrictos en carbn conradson (precursores de coque) y metales (venenos de los catalizadores). Muchos metales y carbn conradson son arrastrados en pequeas gotas de lquido que salen con el vapor de la zona flash (en otras palabras, la zona flash no realiza un flasheo en equilibrio realmente como se produce en los simuladores comerciales). En la figura 20 se muestra la configuracin de la zona de lavado.

Sin embargo, debemos notar que cuando maximizamos el rendimiento de VGO (operacin de corte profundo), el destilado puede contener cantidades significantes de carbn conradson y metales.

El propsito de la zona de lavado es de-arrastrar el residuo de los vapores que ascienden desde la zona flash. Los nuevos diseos tambin enfocan un nivel de fraccionamiento considerando los beneficios de mejorar la calidad del gasleo a cambio de los costos de operacin con ms aceite de lavado y lechos con ms espesor.

El lecho de lavado es reflujado con HVGO caliente y provee el calor de remocin necesario para la condensacin del slop-wax.

44

Se debe considerar el lquido arrastrado en el dimensionamiento de la bomba del slop-wax tambin como en el balance de materia.

Figura 20. Configuracin de la zona de lavado27

.

Un arrastre normal podra ser alrededor de 3% en volumen respecto de la alimentacin a la columna de vaco. En figura 21 se muestra el arrastre en la zona de lavado.

-Modelamiento del lecho de lavado. El lecho de lavado opera a altas temperaturas (cerca de 720F) y bajos flujos de lquido (por debajo de 1 hot gpm/ft2) y con el tiempo es propenso a la coquificacin. Para mitigar la coquificacin del lecho de lavado, se debe alcanzar un mnimo flujo de wetting. Aunque el flujo mnimo de wetting requerido real vara dependiendo del tipo de crudo y la severidad de la operacin, una regla de oro para un buen diseo es proveer un mnimo de 0,30 hot gpm/ft2 como overflash real. El overflash real es un flujo de lquido simulado que sale del fondo del lecho de lavado.

El uso del ELV (equilibrio lquido vapor) correcto para el modelamiento es crtico para este servicio. El equilibrio Esso-tabular es el paquete de fluido recomendado por la UOP para este servicio de crudo pesado. El uso de un paquete de fluido general, como Peng-Robinson, resultar en sobreestimaciones de flujo de overflash y consecuencias terribles si el lecho de lavado no es operado con el flujo de wetting adecuado.

Un parmetro de rendimiento clave para la seccin de lavado es asegurar que, en la parte inferior de la seccin empacada de lavado, la tasa de flujo del autntico lquido de lavado (HVGO limpio) sea menor que 0,3 hot gpm/ft2.Esto asegurar que la seccin transversal completa del empaque esta adecuadamente hmeda y garantice un adecuado arrastre.

27


45

Figura 21. Arrastre en la seccin de lavado.

Hay torres de vaco que han operado durante largos perodos sin coquizacin con tasas en el flujo de lavado tan bajas como 0,10 hot gpm/ft2. Sin embargo, los tipos de crudo no fueron tan rigurosos en trminos de ensuciamiento, y las condiciones moderadas en la zona flash tambin pueden contribuir con largos periodos de operacin. El valor de 0.30 gpm/ft2 es razonable como gua en la lnea base de diseo.

2.4 MARCO LEGAL

El Marco Legal de la presente investigacin se divide en Disposiciones Legales de dos pases de referencia y las Normas o Estndares Internacionales de aplicacin a este rubro de ingeniera en todo el mundo.

2.4.1 Disposiciones legales. Ley 26221, Ley Orgnica de Hidrocarburos y sus Modificatorias PER.

Decreto Supremo N 024-2000-EM, que aprueba el Estatuto Social de Petrleos del Per PETROPER S.A. y sus modificatorias PER.

Decreto Supremo N 043-2007-EM Reglamento de Seguridad para las Actividades de Hidrocarburos - PER.

Decreto 1056 de 1953, Artculo 58, Cdigo de Petrleos COLOMBIA.

La Ley 39 de 1987, Los Artculos 1 y 8, Disposiciones sobre la distribucin del petrleo y sus derivados COLOMBIA.

Decreto 4299 del 25 de 2005 Capitulo 1, Requisitos, obligaciones y el rgimen sancionatorio, aplicables a los agentes de la cadena de distribucin de combustibles lquidos derivados del petrleo COLOMBIA.

46

2.4.2 Normas internacionales. API 12J Specification for Oil and Gas Separators,

API 560 Fired Heaters for General Refinery Service,

API 610 Centrifugal Pumps for Petroleum, Heavy Duty Chemical and Gas Industry Services,

API 660 Shell and Tube Heat Exchangers for General Refinery Services.

2.5 MARCO CONCEPTUAL

BBL: Barriles americanos (barriles americanos de crudo).

UDP: Unidad de Destilacin primaria.

UDV: Unidad de destilacin al vaco.

Preflash: Una columna donde se remueve el material ligero y el vapor de agua del crudo procedente del desalador.

Assay: Es el reporte de los cortes de la destilacin TBP o ASTM de un crudo, tambin incluye propiedades de este y sus cortes.

FEED: Diseo de ingeniera bsica extendida.

Splitter: Es una columna que divide la nafta en dos productos: nafta ligera por el tope y nafta pesada por el fondo

MMBSPD: Millones de Barriles Estndar por da.

Overflash: Porcentaje adicional de flasheo considerado en diseo de UDP.

LVGO: Light vaccum gas oil, gasleo ligero de vaco.

HVGO: High vaccum gas oil, gasleo pesado de vaco.

47

3. DISEO METODOLGICO

3.1 DISEO DE LA INVESTIGACIN

El tipo de diseo que se utilizo fue el preexperimental de preprueba-postprueba con un solo grupo. Se evalu primero la capacidad de los principales equipos existentes en las UDP y UDV de la refinera Talara, luego se increment la capacidad de estos equipos en el simulador de procesos y se evalu nuevamente.

3.2 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIN

El enfoque de la investigacin fue cuantitativo, ya que con esta se estableci un modelo que permiti evaluar la capacidad de los equipos de la UDP y UDV de la refinera Talara, analizando sus datos de operacin a travs de conceptos.

3.3 TIPO DE INVESTIGACION

La investigacin fue de naturaleza explicativa porque se dedujeron los efectos del aumento de capacidad en los principales equipos existentes en la UDP y UDV de la refinera Talara, mediante el uso de leyes y fundamentos cientficos que permitieron seleccionar y dimensionar los nuevos equipos para alcanzar el objetivo planteado de la refinera.

3.4 TECNICAS DE RECOLECCION DE LA INFORMACION

La tcnica de recoleccin de la informacin que se utilizo fue la observacin directa. Se realiz visualmente a travs de los instrumentos de campo y las seales que llegan a la sala de control en la refinera Talara.

3.5 HIPOTESIS

La evaluacin de la columna fraccionadora de las unidades de destilacin primaria y de vaco permitir el adecuado fraccionamiento del crudo, requerido para la ampliacin de capacidad de la refinera.

48

3.6 VARIABLES

Variable dependiente (VD): Fraccionamiento adecuado de crudo.

Variable independiente (VI): Evaluacin de las unidades de destilacin primaria y de vaco.

3.7 OPERACIONALIZACION DE VAIRABLES

Como podemos ver en la tabla 9, las variables mencionadas en el numeral anterior fueron operacionalizadas para facilitar su medicin. Dentro de la operacionalizacin se consider importante referirse a la definicin de la variable, a la identificacin de sus principales dimensiones, indicadores, fuentes y tcnicas a travs de las cuales se puede obtener informacin que permite cuantificar dichas variables.

3.8 PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION

Para el procesamiento de la informacin se utiliz la tabulacin por computador debido a que facilita el uso de los datos que se recopilaron.

49

Tabla 5. Operacionalizacin de variables.

Variable Definicin Dimensiones Indicadores Fuentes TcnicasAspectos a

observar

- Color

- Densidad

-Viscosidad

- Head- Instrumentos

de presin

-Caudal - Instrumentos

de flujo

- Eficiencia

- NPSH

- rea de

transferencia

- Configuracin

- Aproximacin de

temperaturas

- Flujo de

combustible

- Carga trmica en la

zona radiante

- Presin de tope

-Razn de reflujo- Instrumentos

de presin

- Perfil de

temperaturas

- Instrumentos

de temperatura

- Flujo de vapor - Instrumentos

de flujo

- Carga trmica en

pumparound

- Head

- Caudal

- Eficiencia -Instrumentos de

flujo

- NPSH- Curva de

operacin

- rea de

transferencia

- Configuracin

- Aproximacin de

temperaturas

-Flujo de

combustible


zona radiante


zona convectiva

- Presin de tope

- Razn de reflujo

- Perfil de

temperaturas

- Flujo de vapor

- Carga trmica en

pumparound

- ndice de color

- Instrumentos

de densidad

- Instrumentos

de viscosidad

Dimensionamiento

de de hornos

nuevos

Primaria

- Instrumentos

de presin

- Instrumentos

de temperatura

- Instrumentos

de flujo

Evaluacin de

las unidades de

destilacin

primaria y de

vaco

Estimacin de

capacidad de

equipos existentes

y

dimensionamiento

de equipos nuevos

en UDP y UDV

Observacin directa

Dimensionamiento

de columnas de

destilacin nuevas

Primaria Observacin directa

Capacidad de

operacin de

columnas de

destilacin existentes


Capacidad de

operacin de hornos

existentes- Carga trmica en la

zona convectiva.

- Instrumentos

de presin

Dimensionamiento

de bombas nuevas Primaria Observacin directa

Dimensionamiento

de intercambiadores

de calor nuevos


Primaria Observacin directa - Instrumentos

de temperatura

- Instrumentos

de flujo

- Curva de

operacin

- Instrumentos

de temperaturaPrimaria Observacin directa

- Instrumentos

de temperatura

- Instrumentos

de temperatura

- Instrumentos

de flujo

Fraccionamiento

adecuado de

crudo.

Separacin de los

cortes de crudo de

acuerdo a sus

puntos de

ebullicin

Separacin de cortes

de crudoPrimaria Observacin directa

Puntos de ebullicin -Temperatura Primaria Observacin directa- Instrumentos

de temperatura

Capacidad de

operacin bombas

existentes


Capacidad de

operacin de

intercambiadores de

calor existentes

50

4. RESULTADOS

En este captulo se exponen los resultados obtenidos de la investigacin, referente a la evaluacin de la capacidad de los principales equipos de procesos de las unidades de destilacin primaria y al vaco para incremento de produccin de la refinera Talara.

Se muestra la descripcin de cada una de las etapas llevadas a cabo durante la elaboracin del estudio. Se presenta un panorama general sobre la configuracin actual de la refinera Talara y tambin se describen de manera no exhaustiva algunos elementos tiles tanto para la organizacin y presentacin de los datos como para el anlisis de los resultados de la investigacin.

4.1 ESQUEMA ACTUAL DE LA REFINERA.

La refinera Talara se localiza en la ciudad del mismo nombre, en Piura, a 1.185 kilmetros al norte de Lima, capital del Per. Est instalada sobre un rea de 128,9 hectreas. Con una capacidad de procesamiento de 65.000 barriles por da, es la segunda de mayor produccin del Per. Produce gas domstico GLP, gasolina para motores, solventes, turbo A-1, diesel 2, petrleos industriales y asfaltos de calidad de exportacin.

La refinera cuenta con las siguientes instalaciones:

Unidad de destilacin primaria

Unidad de destilacin al vaco

Complejo de craqueo cataltico

Terminal multiproductos y amarradero

Otras plantas y sistemas

Para los intereses del presente estudio solo se describe a continuacin la unidad de destilacin primaria y unidad de destilacin al vaco.

4.1.1 Esquema actual de la unidad de destilacin primaria. El crudo cargado es precalentado hasta alcanzar 660 F (aproximadamente 348,9 C). A esta temperatura entra en la torre de destilacin, donde son destilados los combustibles principales: naftas, kerosene, diesel y crudo reducido. La figura 22 muestra el esquema actual de UDP de la refinera Talara.

4.1.2 Esquema actual de la unidad de destilacin al vaco. El crudo reducido ingresa a la unidad a travs de una bomba y atraviesa el tren de intercambiadores de calor, luego ingresa al horno de vaco a una temperatura de 490 510F.

51

Actualmente la temperatura a la cual el crudo reducido sale del horno est entre 700F y 740F. Del horno, el crudo reducido pasa a la columna de destilacin para ser fraccionado en los siguientes productos: gasleos livianos, gasleos pesados, slop-wax y fondos de vaco. La figura 23 muestra el esquema actual de la UDV de la refinera Talara.

Figura 22. Unidad de destilacin primaria

4.1.3 Especificaciones de los productos. Las especificaciones para los productos de la UDP actual de la refinera Talara se encuentran en la tabla 6.

4.2. ETAPA DE RECOLECCIN DE DATOS.

En esta etapa se recolectaron los datos de procesos que reportan los instrumentos de campo y sala de control, en el formato predefinido de uso diario por los operadores de planta en la refinera Talara.

4.2.1 Datos de operacin de la unidad de destilacin primaria. En la tabla 7 se muestran los datos de operacin de la UDP, los cuales son los valores promedios recolectados durante los das del 14 al 16 de julio del 2013.

52

Figura 23. Unidad de destilacin al vaco.

Tabla 6. Especificaciones principales de productos

ESPECIFICACIONES DE LOS PRODUCTOS DE LA UDP TALARA

NAFTA LIVIANA Min. Mx. KEROSENE Min. Mx.

Gravedad especfica 0,71 0,73 Punto de inflamacin [C] 43 -

Destilacin [C] Destilacin [C]

Punto inicial de ebullicin [C] 37,8 - 10% V recuperado - 200

Punto final - - Punto final 300

Azufre total [% masa] - - Azufre total [% masa] - 0,25

NAFTA PESADA Min. Mx. DIESEL Min. Mx.

Punto de inflamacin [C] 37,8 - Punto de inflamacin [C] 52 -

Destilacin [C] Destilacin [C]

50% V recuperado - 177 90% V recuperado 282 360

Punto final 190 Nmero de cetano 45 -

Azufre total [% masa] - 0,1 Azufre total [% masa] - 0,5

Punto de inflamacin [C] 43 - Viscosidad cinemtica a 40C 1,7 4,1

53

Tabla 7. Datos de operacin actual y caractersticas de la UDP

4.2.2 Datos de operacin de la unidad de destilacin al vacio. En la tabla 8 se muestran los datos de operacin de la UDV, los cuales son los valores promedios recolectados durante los das del 14 al 16 de julio del 2013.

4.2.3. Assay de crudos. Actualmente la refinera Talara procesa una mezcla de los crudos Talara y Oriente, con una proporcin de 70% y 30% en volumen respectivamente. En la tabla 9 y 10 se presenta el assay de cada uno de estos crudos.

Como parte de la modernizacin o aumento de capacidad de la refinera, se ha proyectado incrementar el procesamiento a 95 MBPD procesando una mezcla de crudos ms pesada que la actual mencionada en el prrafo anterior. La refinera Talara procesar una mezcla pesada de los crudos Talara y Napo, con una proporcin de 33% y 67% en volumen, respectivamente. En la tabla 11 se presenta el assay del crudo Napo.

CRUDO TALARA

HORA TANQUE NIVEL CABINA A CABINA B

04:40 50 24.5.2 FIC-120 FIC-106 FIC-107 FIC-108 FIC-119 FIC-109 FIC-110 FIC-118 FIC-113

09:05 50 24.5.4 [B/d] [B/d] [B/d] [B/d] [B/d] [B/d] [B/d] [B/d] [B/d]

13:30 50 24.4.2 55,131.63 57,233.48 26,531.43 30,088.98 56,632.37 27,858.97 28,726.48 7,272.03 7,697.78 110.15 3,989.45 57.85

16:30 50 24.5.1

19:55 50 24.5.4

00:45 50 24.5.2

04:50 50 24.4.7

HORA TANQUE NIVEL 779.10 7,545.88 1,451.20 289.3 10,630.52 12,517.22 21,929.63 4,276.60 1,575.60 709.47 5,795.18 12,645.28

04:45 293 7.1.7

09:00 294 41.8.1

13:25 294 40.10.4

16:35 294 40.2.4 NAFTA NAFTA A UDV A TQ182

20:00 294 39.7.0 LIVIANA PESADA TI-416 TI-417

05:00 294 38.7.7 [F] [F] [F] [F]

00:00 294 37.11.7 115.93 92.80 140.60 134.45 290.47 204.23

629.38 613.98 390 271.82 209.53 131.23

64.70 8.50 0 30 0 0 0 0

52.20 18 0 30 0 0 0 0

43.70 39 0 30 152 196 231 247

33.20 0 0 1 230 307 362 390

17.30 0 0 0 0 0 0 0

FLUJOS DESALADORA D-103

OPERACIONES TALARA

UNIDAD DE DESTILACIN PRIMARIA

TEMPERATURAS

MEZCLAHORNO

VAPOR DE DESPOJAMIENTOPRODUCCIONES

NAFTA

PESADA

FIC-703

[lb/hr]

KERO

FIC-702

[lb/hr]

DIESEL

FIC-701

[lb/hr]

FONDOS

FIC-700

[lb/hr]

TOTAL

FI-710

[lb/hr]

TURBO A1

FIC-300

[B/d]

DIESEL 2

FIC-351

[B/d]

CALIDAD DE PRODUCTOS (23:00)

PRODUCTO GRAVEDAD FLASH/RVP VISCOSIDAD COLOR PIE50%

ASTM

90%

ASTM

NAFTA PESADA / SOLVENTE 3

KEROSENE / TURBO A1

DIESEL

FONDOS

PFE

NAFTA LIVIANA / SOLVENTE 1

PLATO 24

TIC-603

[F]

PLATO 16

TIC-552

[F]

TOPE

TIC-210

[F]

D-101

TI-211

[F]

CORTES LATERALES

SALIDA DE ENFRIADORES

KERO

[F]

DIESEL

[F]

FONDOS TORRE T-101

ZONA

FLASH

TI-401

[F]

FONDO

TI-400

[F]

PIC-122 FIC-450 LIC-455

[psi] [B/d] [%]

CRUDO TALARA

CRUDO ORIENTE

TRENES

TREN A TREN B

GAS UDP A

URG FI-200

[B/d]

NAFTA

LIVIANA

FI-210

[B/d]

NAF.PES. A

DIESEL

FI-251

[B/d]

NAF.PES. A

GAS. FI-251

[B/d]

RES. DE

PRIM.

FI-401

[B/d]

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Tabla 8. Datos de operacin actual y caractersticas de la UDV

UNID. PROMEDIO UNID. PROMEDIO

B/d 5.636 psig 0

B/d 5.636 psig 0

B/d 5.636 psig 90,67

B/d 5.636 psig 83

B/d

Evaluacion Capacidad Equipos_Luis Arturo Torres Mechor_2014

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