REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE QUÍMICA
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HO
EC
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D
DETERMINACIÓN DE UNA GUÍA OPERACIONAL PARA LA PRODUCCIÓN SIMULTÁNEA
DEL AVIGAS/INSECTOL EN LA FRACCIONADORA DE ALQUILATOS DE ALQUILACIÓN 1
DEL CRP-CARDÓN
Trabajo Especial de Grado para optar al título de Ingeniero Químico
Realizado por:
JIMÉNEZ ALFONZO IVAN DE JESUS
C.I: 15.704.114
Maracaibo, Enero de 2006.
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE QUÍMICA
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DETERMINACIÓN DE UNA GUÍA OPERACIONAL PARA LA PRODUCCIÓN SIMULTÁNEA
DEL AVIGAS/INSECTOL EN LA FRACCIONADORA DE ALQUILATOS DE ALQUILACIÓN 1
DEL CRP-CARDÓN
Trabajo Especial de Grado para optar al título de Ingeniero Químico
Realizado Por:
JIMÉNEZ ALFONZO IVAN DE J
C.I: 15.704.114
Maracaibo, Enero de 2006.
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DETERMINACIÓN
DE
UNA
GUÍA
OPERACIONAL
PARA
LA
PRODUCCIÓN
SIMULTÁNEA DEL AVIGAS/INSECTOL EN LA FRACCIONADORA DE ALQUILATOS
DE ALQUILACIÓN 1 DEL CRP-CARDÓN
Este jurado aprueba el Trabajo Especial de Grado titulado “DETERMINACIÓN DE UNA GUÍA
OPERACIONAL PARA LA PRODUCCIÓN SIMULTÁNEA DEL AVIGAS/INSECTOL EN
LA FRACCIONADORA DE ALQUILATOS DE ALQUILACION 1 DEL CRP-CARDÓN, que
el Bachiller IVAN DE JESUS JIMÉNEZ ALFONZO, CI: 15.704.114, presenta para optar al título de
Ingeniero Químico. Maracaibo, Enero, 2006.
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Ing. Humberto Martínez
CI: 3.112.555
Jurado
Ing. Oscar Urdaneta
CI: 4.520.200
Director. Escuela Ing. Química
Ing. Oscar Urdaneta
CI: 4.520.200
Tutor Académico
Ing. Wilberto Hernández
CI: 4.525.723
Jurado
Ing. José Bohórquez
CI: 3.379.454
Decano de la Facultad de Ing.
DEDICATORIA
A mis padres por darme todo su apoyo, y a través de sus consejos y regaños han hecho todo lo que soy
son los mejores los amo.
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motivarme en los momentos más difíciles este logro esS
para
ti.R
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A toda mi familia, abuelos,
tíos, primos, que durante todo momento estuvieron siempre presente y
E
R
DE
brindarme todo
su apoyo.
A mis hermanos, Idelis, Iván Alberto, pero especialmente para ti Idelia por ser mi tesoro más valioso y
A mis amigos con quienes siempre he contado cuando más lo necesitaba.
AGRADECIMIENTO
A mis padres por haberme brindado todo el apoyo moral para alcanzar este logro.
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S
A los Ingenieros Trinidad Ríos y Filiberto Aponte por toda su cooperación, ayuda y consejos para el
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HdeO
A todo el equipo de ingeniería
proceso del CRP-CARDÓN por brindar su valiosa colaboración
C
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R
durante la investigación.
DE
desarrollo de esta investigación.
Al CRP-CARDÓN por darme la oportunidad de vivir esta gran experiencia.
Al Ingeniero Oscar Urdaneta por haberme orientado a lo largo de mi carrera y en el desarrollo de la
investigación.
MUCHAS GRACIAS…..
JIMÉNEZ ALFONZO, Iván de Jesús C.I: V-15.704.114 “DETERMINACIÓN DE UNA GUÍA
OPERACIONAL PARA LA PRODUCCIÓN SIMULTÁNEA DEL AVIGAS/INSECTOL EN
LA FRACCIONADORA DE ALQUILATOS DE ALQUILACIÓN 1 DEL CRP-CARDÓN”.
Trabajo Especial de Grado. Maracaibo. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería, Escuela
de Ingeniería Química. Enero 2006.
S
O
D
VA 1, perteneciente a la
R
La Columna Fraccionadora de Alquilatos
de
Alquilación
E
Spara lograr la especificación simultánea
E
Refinería Cardón ha presentado limitaciones
R
OSlo cual retarda las corridas bajo este modo de
de los productos Avigas/Insectol,
H
C
operación con
unaEbaja eficiencia operacional. Estos productos son utilizados
DER
principalmente como combustible para motor (Avigas) y para la elaboración de
insecticidas (Insectol). Con el fin de identificar las variables que generan dichas
limitaciones se realizó la simulación de la columna fraccionadora de alquilato en
PRO/II versión 7.0 a partir de la recopilación de la data de diseño de la torre y sus
equipos. Adicionalmente a partir de los datos obtenidos de las corrientes asociadas, y
los resultados de laboratorio de los productos correspondientes, se realizó la
simulación para las condiciones actuales. De esta forma se verificaron las
desviaciones respecto a diseño que limitan el cumplimiento de las especificaciones.
Adicionalmente la data obtenida permitió el diseño de una guía operacional para esta
torre lo cual permitirá a su vez mejorar las especificaciones de ambos productos. Se
identificó como limitación principal la variación en la calidad de la carga, en cuanto
al contenido de Isopentano (IC5), el cual no se controla durante las corridas. Esto
afecta directamente la especificación del RVP la cual es una de las principales
especificaciones del Avigas y que se ve excedida en el intento de lograr el mínimo de
volumen de recuperado a 75°C (12 ml).
INDICE GENERAL
DEDICATORIA
AGRADECIMIENTOS
RESUMEN
INDICE GENERAL…………………………………………………………….
INDICE DE TABLAS…………………………………………………………..
INDICE DE FIGURAS………………………………………………………....
INDICE DE ANEXOS………………………………………………………….
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………...
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S
E
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S
HO
CAPITULO I. ELPROBLEMA
viii
xi
xii
xiii
xiv
EC
R
E
D
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN……………………………..
2
I.2.1.- OBJETIVO GENERAL…………...…………………………………..
3
I.2.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS…………………………………………
3
I.3.-
JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN……………………….
4
I.4.-
DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN……………………….
4
I.1.I.2.-
PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA………
3
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II.1.- ANTECEDENTES………………………………………………………….
6
II.2.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA………………………………………….
7
II.2.1.- DESTILACIÓN……………………………………………………………..
7
II.2.2.- TIPOS DE COLUMNAS……………………………………………………
8
II.2.3.- COLUMNAS POR CARGAS………………………………………………
8
II.2.4.- COLUMNAS CONTINUAS………………………………………….…
8
II.2.5.- TIPOS DE COLUMNAS CONTINUAS……...…………………………….
9
II.2.6.- COLUMNA BINARIA………………………………………………………
9
II.2.7.- COLUMNA MULTICOMPONENTES……………………………………...
9
II.2.8.- COLUMNA MULTIPRODUCTOS………………………………………….
9
II.2.9.- DESTILACIÓN EXTRACTIVA……………………………………………...
9
II.2.10.- COLUMNA DE PLATOS……………………………………………………
9
II.2.11.- COLUMNA EMPACADAS………………………………………………….
9
II.2.12.- EQUIPOS Y OPERACIONES BASICAS EN LA DESTILACIÓN…………
10
II.2.13.- OPERACIONES BASICAS Y TERMINOLOGIA………………………….
12
viii
INDICE GENERAL
II.2.14.- CONFIGURACIÓN INTERNA DE LAS COLUMNAS……………............
12
II.2.15.- PLATOS PERFORADOS…………………………………………….............
13
II.2.16.- PLATOS TIPO VALVULA………………………………………………….
13
II.2.17.- PLATOS DE COPA BURBUJEO……………………………………………
13
II.2.18.- DISEÑO DE PLATO…………………………………………………………
14
II.2.19.- EMPAQUES………………………………………………………………….
15
S
O
D
VAY EMPAQUE…….
II.2.20.- COMPARACIÓN ENTRE COLUMNAS DE
PLATOS
R
E
ES DE DESTILACIÓN……………
R
II.2.21.- REHERVIDORES EN LASS
COLUMNAS
O
HDESTILACIÓN………………………………………
C
II.2.22.- PRINCIPIOS
DE
LA
E
DERDE VAPOR Y PUNTO DE INFLAMACIÓN……………………
II.2.23.- PRESIÓN
15
15
16
16
II.2.24.- VOLATILIDAD RELATIVA………………………………………………..
17
II.2.25.- FACTORES QUE AFECTAN LA OPERACIÓN DE UNA COLUMNA DE
DESTILACIÓN………………………………………………………………………...
II.2.26.- EFECTOS DEL NÚMERO DE ETAPAS........................................................
17
II.2.27.- EFECTOS DE LA UBICACIÓN DEL PLATO DE ALIMENTACIÓN…….
17
II.2.28.- CONDICIONES AMBIENTALES..................................................................
18
II.2.29.- RELACIÓN DE REFLUJO……………………………………..……............
18
II.2.30.- CONDICIONES DEL FLUJO DE VAPOR………………………………….
19
II.2.31- DIAMETRO DE LA COLUMNA……………………………………………
20
II.2.32.- ESTADO DE LOS PLATOS Y EMPAQUES……………………………….
20
II.2.33.- CONDICIONES AMBIENTALES…………………………………………..
21
II.2.34.- INTERCAMBIADORES DE CALOR………………………………………
21
II.2.35.- SISTEMA DE INFORMACIÓN DE PLANTAS……………………………
22
II.2.36.- SISTEMA AUTOMATIZADO DE LABORATORIO………………………
22
II.2.37.- DESCRIPCIÓN DEL PAQUETE PRO/II…………………………………...
22
II.2.38.- DESCRIPCIÓN DEL PROCESO……………………………………………
26
II.3.- DEFINICIÓN DE TERMINOS BASICOS……………………………………...
36
II.4.- MAPA DE VARIABLES……………………………………………………......
40
17
ix
INDICE GENERAL
CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO
III.1.- TIPO DE INVESTIGACIÓN................................................................................
43
III.2.- POBLACIÓN Y MUESTRA……………………………………………………
43
III.3.- TÉCNICAS DE RECOPILACIÓN DE DATOS..................................................
44
III.4.- METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN............................................…….
44
S
O
D
III.4.1.- DOCUMENTACIÓN TEORICA...........................................................
VA
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S
III.4.2.- RECOPILACIÓN DE DATOS DE OPERACIÓN…………………………...
E
R
OS
III.4.3.- ELABORACION PREVIA
DE GUÍA OPERACIONAL…………………….
H
C
E
III.4.4.- SELECCIÓN
ER DEL MODELO TERMODINÁMICO…………………………
D
III.4.5.- SIMULACIÓN EN PRO/II DE LA FRACCIONADORA DE ALQUILATO…
47
III.4.6.- SIMULACIÓN EN CONDICIONES DE DISEÑO……………………….......
49
III.4.7.- SIMULACIÓN CON DATOS DE OPERACIÓN…………………………….
49
44
44
45
45
CAPITULO IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS
LIMITACIONES DE LA COLUMNA FRACCIONADORA DE ALQUILATOS……
IV.1.- EVALUACIÓN CASO DISEÑO DE LA COLUMNA FRACCIONADORA DE
ALQUILATOS…………………………………………………………………………
IV.2.- EVALUACIÓN CASO OPERACIÓN ACTUAL……………………….............
51
IV.3.- ELABORACIÓN GUÍA OPERACIONAL………………………………
62
53
56
CONCLUSIONES.................................................................................................
RECOMENDACIONES.......................................................................................
BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................
APENDICE............................................................................................................
x
INDICE DE TABLAS
Tabla N°1: Especificaciones de calidad según diseño del
Avigas……………………………..
34
Tabla N°2: Especificaciones de calidad según diseño del Insectol…………………………....
35
Tabla N°3: Caracterización de la carga datos de diseño y reales (Modo Avigas/Insectol)…...
52
S
O
D
A
Tabla N°4: Datos de Alimentación, Tope y Fondo de la Fraccionadora deV
Alquilato)…..…...
R
E
S de diseño de la Fraccionadora
Tabla N°5: Resultados del simulador a condiciones
E
R
Alquilato…………………………………………………………………………………………
OS
H
Tabla N°6: Resultados de la curvaC
ASTM
D-86 a condiciones de diseño…………………….
RE de operación actual de la Fraccionadora de Alquilato…
Tabla N°7: Resultados
DEa condiciones
53
de
54
55
57
Tabla N°8: Resultados de la curva ASTM D-86 del caso operación actual…………………...
58
Tabla N°9: Resultados del simulador a temperatura de fondo: 173°C y Reflujo 150 T/D…….
60
Tabla N°10: Caracterización de la carga para Alquilación 1 (Modo Avigas/Insectol)..............
63
Tabla N°11: Caracterización de la carga para Alquilación 1 (Modo Alquilato)………………
64
Tabla N°12: Especificación de productos de Alquilación 1…………………………………... 65
Tabla N°13: Condiciones de operación de las columnas fraccionadoras de Alquilación 1…..
xi
65
Fig. N°1 Origen de la Alimentación y Destinos de los Productos……………...
5
Fig. N°2. Componentes Típicos de una Columna de Destilación………………. 11
Fig. N°3. Sección de alimentación y Área de Destilación de los productos de la 25
planta de alquilación…………………………………………………..
Fig. N°4. Diagrama de Bloques Para la Selección del Modelo Termodinámico. 46
Fig. N°5.
S
O
D
VA
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E
S
Curva de Destilación del Avigas a Condiciones de Diseño……......... 55
E
R
S
HO
Fig. N°6. Curva de Destilación del Insectol a Condiciones de Diseño………… 56
EC
R
E
D
Fig. N°7. Curva de Destilación Carga Diseño vs Carga Actual………………... 58
Fig. N°8. Curva de Destilación del Avigas a condiciones Reales……………… 59
Fig. N°9.
Curva de Destilación del Insectol a Condiciones Reales……………. 59
Fig. N°10 Curva de Destilación del Avigas temperatura de Fondo: 173°C y 61
Reflujo: 150 T/D………………………………………………………
Fig. N°11 Curva de Destilación del Insectol temperatura de Fondo: 173°C y 62
Reflujo: 150 T/D………………………………………………………
xii
APENDICE N°1: RESULTADOS DE LA SIMULACION A CONDICIONES DE DISEÑO DE LA
FRACCIONADORA DE ALQUILATO.
APENDICE Nº2: RESULATOS A CONDICIONES PROMEDIO DE LA FRACCIONADORA DE
ALQUILATO.
APENDICE N°3: SIMULACIÓN DATOS ACTUAL CON TEMPERATURA DE FONDO: 173 °C Y
REFLUJO: 150 T/D.
OS
D
A
V
R
APENDICE
N°4: CONTENIDO ÓPTIMO DEE
IC
DEL TOPE DE LA TORRE
S
DESBUTANIZADORA HACIA ISOMERIZACIÓN.
E
SR
O
H
C CARGA MAXIMA DE NC DE ALQUILACIÓN 1 A
E
R
APENDICE
N°5:
DIAGRAMA
DE
ISOMERIZACIÓN
5
4
13
INTRODUCCIÓN
El Centro de Refinación Paraguaná Cardón (CRP), se encarga del negocio de
refinación del petróleo y la elaboración de productos derivados por medio de las plantas
existentes. La planta de Alquilación 1 del CRP-Cardón tiene como objetivo producir el
alquilato; componente utilizado en las mezclas de gasolinas. Paralelamente produce
butano y propano en especificación que son enviados respectivamente a las unidades de
OS
D
A
RV
Isomerización y Suministro respectivamente, para su venta como gas doméstico o para
E
S
E
SR
O
H
EC 1 además de producir el alquilato tiene la facilidad de
La planta E
de R
Alquilación
D
ser usado en la unidad de lubricantes.
fraccionar dicho componente en dos productos (Avigas y el Insectol); el primero usado
como combustible para motores tipo pistón, y el segundo como materia prima para la
elaboración de insecticidas domésticos. La obtención de ambos productos en
especificación ha sido un problema recurrente en la planta; en el pasado se disponía de
una estrategia de control multivariable que ajustaba las condiciones de operación
permitiendo lograr las especificaciones de ambos productos; hoy día estas acciones son
ejecutadas por los supervisores de control, quienes realizan los ajustes de acuerdo a
resultados de laboratorio, generando retardo en la producción de estos insumos. Por lo
anterior se planteó la determinación de una guía operacional para la óptima producción
de una columna Fraccionadora de Alquilatos además de reducir el tiempo de las
corridas para poder obtener una mayor eficiencia operacional.
El contenido del presente estudio comprende cuatro capítulos principales:
CAPITULO I: EL PROBLEMA. En el se desarrolla el planteamiento del problema, y
formulación del mismo, también se establece el objetivo general junto con los objetivos
específicos, por ultimo se plantea la justificación y la delimitación de la investigación.
CAPITULO II: MARCO TEÓRICO. Presenta una serie de trabajos anteriormente
realizados relacionado con la investigación. Presenta la descripción de la planta, y se
concluye con el sistema de variables e indicadores.
14
CAPITULO III: MARCO METODOLOGICO. Contiene el tipo de investigación
realizada, las técnicas y recolección de datos, terminando con la metodología de diseño.
CAPITULO IV: ANALISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS. Establece
los resultados obtenidos a través de la metodología empleada y se analizan las
alternativas evaluadas.
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
15
CAPITULO I
I.1 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
La tendencia mundial del mercado de gasolinas en el corto mediano/plazo es la
de reducir las emisiones que impactan el ambiente, por lo que han surgido varias
OS
D
A
RV
restricciones en las calidades de este producto, las cuales se reflejan en un menor
E
S
E
SR
O
H
EC
Bajo este E
escenario,
el alquilato surge como componente “premiun” de alto valor
R
D
contenido de aromáticos, olefinas, azufre y RVP.
agregado para las manufacturas de gasolinas reformuladas, por ser limpio de los
contaminantes mencionados anteriormente, y con bajo RVP.
La unidad de Alquilación 1 de la Refinería Cardón, tiene como
propósito fundamental producir el alquilato que es uno de los
componentes más valiosos para mezclas de gasolina reformuladas
debido a su alto octanaje y bajo RVP. En la figura N°1 se presenta el
origen de la alimentación y destinos de los productos establecidos en la
unidad de Alquilación 1.
Esta planta tiene una capacidad para procesar 553 toneladas métricas por día de
olefinas livianas (butanos/butilenos o BB), provenientes de la unidad de Craqueo
Catalítico (UCC) y de la unidad de Coquificación Retardada (UCR). El BB producido
por UCC pasa previamente por la planta tratadora de BB, de allí a la unidad de MTBE,
y luego por la unidad de Remoción de Oxigenados (ORU). Con estas olefinas se
obtienen 578 toneladas métricas por día de Alquilato; 95 toneladas métricas por día de
Butano; y 7 toneladas métricas por día de propano.
Este proceso de Alquilación consiste en hacer reaccionar, olefinas livianas con isobutano en exceso,
en presencia de ácido fluorhídrico como catalizador, para producir el alquilato. La planta de
alquilación posee dos modos de operación para producir... modo Alquilato o modo Avigas-Insectol. El
Avigas corte liviano que se utiliza como combustible en aviones de motor tipo pistón, y el Insectol
corte pesado usado como base para la preparación de insecticidas domésticos.
16
La planta de alquilación actualmente operando de modo Avigas-Insectol
presenta limitaciones en la especificación de calidad de estos productos, Para el Avigas
las especificaciones son: Punto Inicial de Ebullición, Punto Final de Ebullición, Presión
de Vapor de Reíd y el Porcentaje de volumen Recuperado @ 75°C. Para el Insectol las
especificaciones son: Punto Inicial de Ebullición, Punto Final de Ebullición y el Color
OS
D
A
V una evaluación de dicha
columna Fraccionadora de Alquilato. En este trabajo seR
realiza
E
S
E
R
columna mediante el simulador usado
PROII/PROVISION
versión 7.0 de manera de
S
O
H
C
poder obtener las mejores
condiciones
que permitan una mejor eficiencia operacional en
E
R
E
las corridas deD
planta de estos productos.
Saybolt. Estas especificaciones dependen del buen funcionamiento operacional de la
De acuerdo a lo expresado en el texto anterior surge la necesidad de realizar la
“Determinación de una guía operacional para la producción optima de una columna
Fraccionadora de Alquilatos de la planta de Alquilación 1 en la Refinería Cardón”.
I.2 OBJETIVOS
I.2.1 OBJETIVO GENERAL
9 Identificar las limitaciones que impiden lograr de manera simultanea la
especificación de calidad de los productos Avigas/Insectol en la fraccionadora de
alquilato de alquilación 1 del CRP-CARDÓN. Y establecer una guía operacional
para la producción optima de ambos productos.
I.2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
9 Realizar las simulaciones a partir de los datos de diseño.
9 Determinar las condiciones de operación (presiones y temperaturas) bajo las cuales
debe operar normalmente la fraccionadora de alquilato de alquilación 1.
9 Elaborar guía operacional a partir de los nuevos datos validados en planta.
17
9 Determinar mediante simulaciones el efecto de la composición de la carga sobre las
especificaciones de los productos.
I.3 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN
La unidad de Alquilación 1 del CRP-CARDÓN produce principalmente el
alquilato, componente de alto valor agregado para la producción de gasolina debido a su
alto octanaje y bajo RVP.
OS
D
A
RV
E
S
E
R está en capacidad de fraccionar el
La columna Fraccionadora de
Salquilato,
O
H
C
alquilato en dos cortesE
obteniéndose
como fracción liviana el Avigas, y la fracción
R
E
pesada como D
el Insectol, y actualmente existen limitaciones para lograr la especificación
de ambos productos y como consecuencia de ello retardos en su producción que generan
poca eficiencia operacional durante este modo de operación. La importancia de la
investigación está en la identificación y resolución de las limitaciones operacionales que
impiden y limitan incrementar la eficiencia operacional bajo este modo de operación.
I.4 DELIMITACIÓN
El estudio realizado englobo el sistema de fraccionamiento de la torre Fraccionadora
de Alquilato, de la unidad de Alquilación 1 del Centro Refinador Paraguaná, ubicado
en la población de Punta Cardón del Estado Falcón. Este se llevó a cabo durante el
periodo marzo - diciembre de 2005.
18
Figura N°1 Origen de la Alimentación y Destinos de los Productos.
SODA
DEA
UCC
BB SECO
ALQ-2OS
D
A
RV
TRT-BB
BB
SODA GASTADA
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
BB
DE
UCR
PG-2
MTBE
AVIGAS
INSECTOL
BB
MTBE
BB
ORU
BB
ALQUILATO F.R.
N-C4
BB
ALQ-2
IC4
ALQUILATO
ISOMERIZACION
HF
ALQ-1
C3
FUENTE: MANUAL DE OPERACIÓN PDVSA, 2000
LEYENDA
DESECHO SECO
UNIDAD DE PROCESOS
TANQUES
DE ALMACENAMIENTO
ESFERAS
DE ALMACENAMIENTO
ALIMENTACION
EXTERNA DE HF
TAMBOR C6-9
SISTEMA DE GAS
COMBUSTIBLE
GAS DE ALIVIO
POLIMERO
DRENAJES
UCR
SEPARADOR
DE ACEITE
FUENTE: PDVSA, 2000
19
Fuente: PDVSA: 1995
CAPITULO II.
MARCO TEÓRICO
OS
D
A
RV
En este se hace una revisión de los antecedentes relacionados con el caso objeto
E
S
E
SR
O
II.1 ANTECEDENTES
H
C
E
R
DE
de estudio y algunos fundamentos teóricos.
9 Páez Raúl. (1979) (PDVSA, CRP, CARDÓN) Asunto “Operación De La
Desbutanizadora Para La Obtención De Avigas En Especificación”. Posterior a la
parada del año 1978, se dificultó la obtención de estos productos en especificación
debido a que el punto final del BB era más bajo que antes (0°C vs 16°C) lo que
significó menos Isopentano y un mayor contenido de N-Butano (27% P/P vs 20%
P/P). Estos factores produjeron que el alquilato producido no contuviese el
Isopentano necesario para lograr las especificaciones de este producto. Debido a
esto se recomendó operar con un punto final de 5°C más en la carga para disponer
de Isopentano.
9 Carlos Solano. (1999) (PDVSA, CRP, CARDÓN) ASUNTO: Evaluación del
analizador TAG 55 QI-307 de RVP en avigas de Alquilación 1. En relación con la
problemática del analizador TAG 55 QI-307, de RVP se determinó que la causa
raíz del problema era la presencia de agua libre en la muestra y sobre presión en el
nitrógeno de purga, esta situación ocasionó daños en la celda. Por tal motivo se
recomendó colocar un filtro separador de agua especialmente diseñado para
analizadores de RVP en hidrocarburos, y trabajar además a presión mínima de
muestra y nitrógeno.
9 Pitter Johann. Barroeta Magaly. (2001) (PDVSA, CRP, CARDÓN) Este
documento se titula “Desarrollo e Implantación del Control Multivariable Del
Avigas en Alquilación 1”. Tuvo como finalidad el control multivariable para el
20
ajuste de calidad del Avigas. Su implantación contempla beneficios en la planta
asociados a la maximización del rendimiento del avigas, manteniendo bajo
especificación el avigas, en términos de RVP, y Volumen Recuperado.
Concluyéndose
garantizar
el
funcionamiento
adecuado
de
las
torres
Desbutanizadora y Fraccionadora de Alquilato manteniendo estables las
condiciones de proceso, y en consecuencia la especificación del producto.
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C
II.2.1 Destilación
E
R
DE
II.2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS
El objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios
componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales
volátiles de los no volátiles. Sin embargo, la finalidad principal de la destilación es
obtener el componente más volátil en la forma más pura, es decir, que el vapor presente
en una mezcla en ebullición sea rico en los componentes que tengan menor punto de
ebullición.
Si la diferencia en volatilidad (y por lo tanto en punto de ebullición) entre los
dos componentes es grande, puede realizarse fácilmente la separación completa en una
destilación. Si los puntos de ebullición de los componentes de una mezcla solo difieren
ligeramente, no se puede conseguir la separación total en una destilación individual. Las
columnas de destilación están diseñadas para lograr eficientemente la separación.
(http//.www.alfinal.com/monografias/destilado.shtml, Abril 2005)
Los aspectos más importantes desde el punto de fabricación son:
9 La destilación es la técnica de separación más común
9 Consume grande cantidades de energía, ya sea por requerimientos de calor o de
enfriamiento.
9 Puede contribuir en más de 50% de los costos de operación.
21
La manera más simple de reducir los costos operacionales en unidades
existentes, es mejorando su eficiencia y operación a través de la optimización del
proceso y de control. (http//lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
II.2.2 Tipos de columnas
OS
D
A
acabo tipos de separación específicos, y cada diseño difiere
RVen términos de complejidad.
E
S
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R
S
HO
C
Una manera de E
clasificar
los tipos de columnas de destilación es viendo como
R
E
D
Existen muchos tipos de columnas de destilación, cada una diseñada para llevar
operan. Entonces tenemos: Columnas por carga y columnas continuas.
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
II.2.3 Columnas por carga.
En la operación de las columnas por carga primero se introduce la carga y luego
se desarrolla el proceso de destilación. Cuando se alcanza el objetivo propuesto se saca
el producto y luego se introduce una nueva carga.
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
II.2.4 Columnas Continuas.
Las columnas continuas, a diferencia de las columnas por carga, son alimentadas
por una corriente continuamente. No debe ocurrir ninguna interrupción a menos que
ocurra un problema con la columna o con los procesos en las unidades que se
encuentran a su alrededor. Estas columnas son capaces de manejar altas cargas y es la
más común de los dos tipos. (http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril
2005)
22
II.2.5 Tipos de Columnas Continuas.
Las columnas continuas se pueden clasificar de acuerdo a:
9 La naturaleza de la alimentación a procesar:
OS
D
A
RV
II.2.6 Columna Binaria: La alimentación contiene solo dos componentes.
E
S
E
II.2.7 Columna Multicomponentes:
La alimentación
SR
O
H
C
componentes.
E
R
DE
contiene más de dos
II.2.8 Columna Multiproducto: Posee más de dos corrientes de productos. Cuando se
presentan una alimentación adicional si requiere ayuda para realizar la separación:
II.2.9 Destilación Extractiva: Aparece una alimentación adicional en la corriente del
producto de fondo.
Destilación Azeotrópica: Aparece la alimentación adicional en la corriente de tope.
9 El tipo de configuración interna:
II.2.10 Columnas de platos: Se utilizan platos de diferentes diseños para sostener el
líquido y proveer un mejor contacto entre las fases, lo que implica una mejor
separación.
II.2.11 Columnas Empacadas: En lugar de platos se utilizan empaques para aumentar
el contacto entre él líquido y el vapor para mejorar la transferencia de masa.
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
23
II.2.12 Equipos y Operaciones Básicas en la Destilación.
Componentes más importantes en las columnas de destilación:
Las columnas de destilación están hechas con un gran número de componentes,
los cuales son utilizados para suministrar energía a través de una transferencia de masa.
Una columna de destilación típica esta compuesta por:
9
OS
D
A
RV
E
S
E
R a cabo la separación de los componentes
Una coraza vertical en la cualS
se lleva
O
H
C
de la alimentación.
E
R
DE
9 Una configuración interna, que puede ser de platos o de empaques utilizados
para mejorar la separación.
9 Un rehervidor para proveer la vaporización necesaria para el proceso de
destilación.
9 Un condensador para enfriar y condensar el vapor que sale por el tope de la
columna.
9 Un tambor de reflujo para almacenar el vapor condensado y regresarlo a la
columna. (http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
24
Figura N°2 Componentes Típicos de Una Columna de Destilación.
Condensador
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
Tambor de Reflujo
Coraza
Platos o Empaques
Rehervidor
Fuente: JIMÉNEZ, IVAN, 2005
25
II.2.13 Operación Básica y Terminología.
La mezcla a ser procesada se denomina alimentación, esta es introducida
usualmente cerca del centro en un plato conocido como plato de alimentación. El plato
divide a la columna en dos secciones, la del tope llamada sección de enriquecimiento o
rectificación y la del fondo, llamada sección de agotamiento. La alimentación fluye
OS
D
A
RV
hacia el fondo de la torre siendo recolectada por el rehervidor.
E
S
E
Al rehervidor se le suministra S
calorR
para vaporizar parte del fondo. La fuente de
O
H
C sin embargo en la mayoría de las plantas normalmente
calor puede ser cualquier
fluido,
E
R
DE
es vapor. En las refinerías, la corriente de calentamiento puede ser la corriente de salida
de otras columnas. El vapor generado en el rehervidor se reintroduce por el fondo de la
unidad. El líquido removido por el rehervidor se conoce como producto de fondo.
El vapor se desplaza hacia la parte superior de las columnas y al abandonar el
tope de la torre, es enfriado por el condensador. El líquido condensado se almacena en
el acumulador o tambor de reflujo. Una parte del liquido condensado se recircula y es lo
que se llama reflujo. El líquido condensado que abandona el sistema es el destilado o
producto de tope.
Además de los flujos de alimentación, de fondo y tope señalados, existen
también flujos internos de líquido y vapor en la columna.
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
II.2.14 Configuración Interna de las Columnas
Las columnas de destilación cuentan con un conjunto de dispositivos en su
interior, cuya finalidad es incrementar el contacto entre las dos fases y así mejorar la
separación. Uno de los dispositivos que se utiliza son los platos.
Existen muchos tipos de platos con diferentes diseños, pero lo más comunes son:
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
26
II.2.15 Platos Perforados
Consisten en platos metálicos con agujeros, por los cuales asciende el vapor
pasando a través del líquido que reposa en el plato, el arreglo, el tamaño y él número de
huecos son parámetros de diseño. (http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm,
Abril 2005)
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C por platos metálicos simples agujereados (perforado) y
Estos están compuestos
E
R
E cada uno de los agujeros. El flujo de vapor levanta la tapa y esta lo
Dsobre
una tapa móvil
II.2.16 Platos Tipo Válvula
obliga a pasar de forma horizontal hacia él liquido, proporcionando una mezcla entre la
fase liquida y gaseosa mejor a la que se logra en los platos tipo colador.
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
II.2.17 Platos de Copa de Burbujeo
Este tipo de plato se caracteriza por tener una especie de chimenea encima de
cada agujero y una especie de “gorra o tapa” que la cubre. Entre la tapa y la chimenea
queda un espacio por el cual pasa el vapor. El vapor sube a través de la chimenea y es
detenido por la tapa, luego es descargado por las ranuras en la misma y finalmente
burbujea a través del líquido en el plato.
Los platos tipo de copa burbujeo han sido reemplazados en muchas de las
aplicaciones por los platos tipo válvula y colador, debido a que estos son de fácil
mantenimiento, menor costo y de buena eficiencia.
Cada plato tiene dos conductos, uno a cada lado, llamados rebosaderos. El
líquido cae por los bajantes por efecto de la gravedad desde el plato en el que se
encuentra al próximo por debajo.
27
Una cascada en el plato asegura siempre la presencia de líquido en el mismo, se
debe realizar un diseño que permita que el líquido que permanece en el plato tenga una
altura apropiada, por ejemplo, en el caso de los platos de copa de burbujeo, las tapas
siempre deben estar cubiertas de líquido. Por ser liviano, el vapor fluye hacia el tope de
la columna y es forzado a pasar a través del líquido por las ranuras de cada plato. El
espacio por el cual esta permitido el paso del vapor en el plato se denomina área activa
OS
D
A
RV
del plato. En el líquido que ocupa se forma una espuma debido al paso del vapor y a la
E
S
E
SR
O
H
El vapor calienteE
delC
plato inferior transfiere calor al líquido que se encuentra en
R
E
D
ebullición del líquido.
el plato superior a medida que va subiendo. Debido a esta transferencia de calor, parte
del vapor se condensa sumándose al liquido en el plato, el condensado es más rico en
los componentes más livianos que cuando esta en fase de vapor. Adicionalmente, el
calor cedido al líquido hace que este comience a ebullir generando más vapor. Este
vapor, que sube al próximo plato, es rico en los componentes más volátiles. El contacto
mas continúo entre el vapor y el líquido ocurre en cada etapa de la columna y provoca la
separación entre los compuestos que tienen bajo punto de ebullición y aquellos con altos
puntos de ebullición. (http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
II.2.18 Diseño de Platos:
Cada plato actúa como una pequeña columna, completando una fracción del
trabajo de separación. De esto se deduce que mientras más etapas se tengan mejor será
la separación y el promedio de la eficiencia de la separación depende significativamente
del diseño del plato. Los platos se diseñan para maximizar el contacto liquido-vapor
considerando la distribución del liquido y del vapor en los mismos, esto se debe a que
un mejor contacto en cada plato significa un mejor desempeño de la columna,
requiriéndose menor numero de etapas para lograr la separación. Entre los beneficios
que esto trae se pueden mencionar con seguridad un menor consumo de energía y menor
costo de construcción. Existe una tendencia a mejorar las separaciones supliendo el uso
de platos con empaques. (http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
28
II.2.19 Empaques.
Los empaques son unos dispositivos pasivos diseñados para aumentar el área
interfacial para el contacto líquido-vapor, estos pueden estar dispuestos dentro de la
torre de manera aleatoria o estructurada.
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
OS
D
A
V
II.2.20 Comparación entre Columnas de Platos yR
Empaques:
E
S
E
R
S
HO
C
Las torres de platos
presentan problemas que parecen solucionarse al sustituir los
E
DER
platos por empaques, esto se basa en los siguientes puntos:
9 Los empaques proporcionan mayor área interfacial para el contacto liquido
vapor.
9 La eficiencia de la columna aumenta manteniendo la misma altura.
9 Las columnas de empaques son mas cortas que las columnas de platos.
Las columnas empacadas son llamadas columnas de platos se les llama
columnas por etapas, debido a la forma en la que hacen contacto el vapor y líquido.
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
II.2.21 Rehervidores en las Columnas de Destilación
Los rehervidores se pueden definir como intercambiadores de calor que
requieren transferir la energía necesaria para llevar el líquido del fondo de la columna a
su punto de ebullición. Uno de los tipos de rehervidor mas utilizados es el tipo kettle o
marmita:
Los rehervidores de marmita (kettle reboilers) son un caso especial de los
rehervidores de un solo paso, ya que el retiro del producto de fondo se hace en el
rehervidor, no en el fondo de la columna. Este tipo de rehervidor es, principalmente, un
termosifón. Normalmente consta de un haz de tubos en U (fluido limpio para
calentamiento) encerrado en una carcaza suficientemente grande que provee un espacio
29
apropiado para la separación del liquido y el vapor arriba del haz un espacio para
acumulamiento de liquido debajo del haz.
II.2.22 Principios de la Destilación:
La separación de los componentes de una mezcla líquida de una destilación se
OS
D
A
También depende de las concentraciones de los compuestos
RVpresente, ya que según esta
E
S
Epunto de ebullición. Además, el proceso
R
la mezcla tendrá diferentes características
en el
S
HO
de destilación depende de
laC
presión de vapor de la mezcla liquida.
E
DER
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm,
Abril 2005)
basa en la diferencia de los puntos de ebullición de los compuestos individuales.
II.2.23 Presión de Vapor y Punto de Inflamación:
La presión de vapor de un líquido a una temperatura determinada es la presión
de equilibrio ejercida por las moléculas al entrar y abandonar la superficie del líquido.
A continuación se presentan algunos puntos importantes con relación a la presión de
vapor:
9 La aplicación de energía incrementa la presión de vapor.
9 La presión de vapor esta directamente relacionada con la ebullición.
9 Se dice que un liquido ebulle cuando la presión de vapor es igual a la presión
atmosférica.
9 La facilidad que tenga un líquido para ebullir depende de su volatilidad.
9 Los líquidos con altas presiones de vapor (volátiles) ebullen a bajas
temperaturas.
9 La presión de vapor y en consecuencia el punto de ebullición de una mezcla
líquida depende de los valores relativos de los componentes presentes en la
mezcla.
9 La destilación ocurre por la diferencia en la volatilidad de los compuestos
presentes en la mezcla liquida. (http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm,
Abril 2005)
30
II.2.24 Volatilidad Relativa:
La volatilidad relativa es la medida de la diferencia entre la volatilidad de dos
compuestos y en consecuencia entre sus puntos de ebullición. Este valor indica el grado
de dificultad para separar una mezcla determinada.
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
OS
D
A
V
II.2.25 Factores Que Afectan la Operación de una
de Destilación:
RColumna
E
S
E
SR
O
H
C de destilación se ve afectado principalmente por los
El efecto de unaE
columna
R
DE
siguientes factores:
II.2.26 Efectos del Número de Etapas:
Se puede deducir de los puntos tratados anteriormente que él numero de platos
influye directamente en el grado de separación de una mezcla. El efecto se puede
resumir en que mientras una columna tenga más etapas la separación será mejor y,
mientras tenga menos etapa, la pureza del destilado disminuirá, aumentando
notablemente la concentración del componente más volátil en el producto de fondo; es
decir, al tener menor numero de etapas la separación se hace pobre y aumentando el
numero de etapas en la columna se obtiene una mejor separación.
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
II.2.27 Efectos de la Ubicación del Plato de Alimentación:
A medida que el plato de alimentación se ubica cada vez más abajo en la
columna, la composición del destilado se hace cada vez más pobre en el componente
más volátil. Sin embargo, dichas variaciones en la composición del producto del tope no
son tan marcadas como las que se observan en el producto del fondo con respecto al
componente más volátil. (http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
31
II.2.28 Condiciones de la Alimentación:
Las líneas de operación dependen del estado y la composición de la mezcla
alimentada y en consecuencia del número de etapas de la torre requeridas para la
separación. Así mismo, afecta la ubicación del plato de alimentación. Si durante la
operación se observan desviaciones muy grandes con respecto a las especificaciones del
OS
D
A
que la composición de la alimentación varié, las torres
RVdeben ser diseñadas con
E
S
E
R
múltiples puntos de alimentación.S(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm,
HO
C
Abril 2005)
E
DER
diseño, la columna no podrá efectuar la separación apropiadamente. Cuando se espera
II.2.29 Relación de Reflujo:
A medida que se aumenta la relación de reflujo, la línea de operación de la
sección de rectificación se desplaza hasta su máximo valor. Físicamente esto significa
que cada vez más líquido rico en componente volátil esta siendo recirculado a la
columna. De este modo la separación será mejor y se necesitará menor número de
etapas requeridas para alcanzar la pureza deseada. Él numero de etapas requeridas es
mínimo cuando el reflujo es total, por eso no se extrae el producto de tope.
Por otra parte, cuando la relación de reflujo es mínima se requiere un número
infinitos de etapas para llevar mejor la separación. La mayoría de las columnas están
diseñadas para operar con una relación de reflujo entre 1.2 y 1.5 veces el reflujo
mínimo, ya que alrededor de estos valores los costos operacionales se minimizan,
mientras mayor sea el reflujo mayor será el requerimiento de energía en el rehervidor.
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
32
II.2.30 Condiciones del Flujo de Vapor:
Unas condiciones inapropiadas del flujo de vapor pueden tener los siguientes
efectos:
9 Formación de Espuma:
OS
D
A
V en exceso puede llegar a
un alto contacto interfacial entre el vapor y él líquido,R
si esta
E
S
E La formación de espuma depende
R
mezclarse con el líquido del platoSsuperior.
HO
C
principalmente de las propiedades
físicas de la mezcla liquida, pero en algunos casos se
E
R
E
puede originarD
por el diseño de los platos. Sin importar la causa de su origen, la espuma
La espuma se forma debido al paso del vapor a través del líquido, aunque ofrece
disminuye la eficiencia de la separación.
9 Arrastre de liquido:
Un alto flujo de vapor es capaz de arrastrar trazas de líquido de un plato al
próximo superior. Esto es perjudicial, primero, porque la eficacia del plato disminuye al
llevar componentes menos volátiles a un plato que contiene un liquido de mayor
volatilidad; segundo, se puede contaminar un destilado de alta pureza y, tercero, un
excesivo arrastre de liquido puede provocar una inundación.
9 Lloriqueo:
Este fenómeno es causado por un bajo flujo de vapor y ocurre cuando la presión
ejercida por el vapor no es suficiente para mantener el líquido en el plato, por lo tanto el
líquido comienza a gotear a través de las perforaciones del plato. Si se presenta un
lloriqueo excesivo, el líquido de todos los platos comenzará a bajar hasta el fondo de la
torre y será necesario arrancar nuevamente la unidad. El lloriqueo se puede detectar al
observar que haya una brusca caída de presión en la columna y cuando haya una
disminución en la composición del destilado.
33
9 Inundación:
Las inundaciones son el producto de un flujo de vapor excesivo, que hacen que
el líquido es arrastrado por el vapor hacia la parte superior de la torre. El aumento de la
presión por el exceso de vapor hace que el líquido suba por los rebosaderos,
produciendo un aumento en la cantidad de líquido en los platos superiores.
Dependiendo del grado de inundación, la capacidad de la columna debe ser reducida. Al
OS
D
A
V
y una disminución significativa de la eficiencia de R
la separación,
indican que esta
E
S
E
ocurriendo una inundación. (http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm,
Abril
SR
O
H
C
2005)
E
R
DE
igual que en el caso anterior, un aumento brusco en la presión diferencial en la columna
II.2.31 Diámetro de la Columna:
Los efectos mencionados anteriormente se deben al alto o bajo flujo de vapor.
La velocidad del flujo de vapor depende del diámetro de la columna. El lloriqueo
determina el flujo de vapor mínimo requerido, mientras que la inundación determina el
flujo de vapor máximo permitido y, en consecuencia, la capacidad de la columna. Por lo
tanto, si el diámetro de la columna no es dimensionado apropiadamente, la columna no
funcionara adecuadamente y no se lograra el grado de separación deseado.
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
II.2.32 Estado de los Platos y Empaques:
Se debe recordar que el número de platos requerido para una operación en
particular esta determinado por la eficiencia de los mismos, ó de los empaques si es lo
que se utiliza. Muchos factores pueden causar una disminución en la eficiencia de los
platos y por consiguiente alterar el desempeño de la columna. La eficiencia se ve
afectada debido al ensuciamiento, deterioro y por la corrosión, y la frecuencia con la
que esto ocurra dependerá de las propiedades de la mezcla liquida a procesar. Para
evitar el deterioro de los platos y empaques se deben especificar los materiales de
construcción de los mismos dependiendo del tipo de alimentación.
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
34
II.2.33 Condiciones Ambientales:
La mayoría de las torres de destilación son atmosféricas y aunque algunas son
aisladas, los cambios en las condiciones ambientales pueden afectar la operación de la
columna. Por lo tanto, el rehervidor debe estar apropiadamente especificado para
asegurar que se genere la cantidad necesaria de vapor cuando se tenga un ambiente frío
OS
D
A
RV
y que esta se pueda regular cuando aumente la temperatura del ambiente. Lo mismo
E
S
E
SR
O
H
Cde los factores más importantes que pueden causar una
Estos son algunos
E
R
DlaEeficiencia de la separación. Otros factores que se pueden mencionar
disminución en
aplica para los condensadores.
son: cambios en la operación y en la carga, producidos por cambios en las condiciones
aguas arriba de la unidad y cambios en la especificación del producto. Todos estos
factores deben ser considerados en la etapa de diseño, ya que una vez que la columna
este construida e instalada es muy difícil realizar cambios sin aumentar
significativamente los costos. (http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril
2005)
II.2.34 Intercambiadores de Calor:
Definición:
Los intercambiadores de calor son dispositivos diseñados para transferir energía
térmica entre dos o más fluidos que circulan a través del equipo y se encuentra a
diferentes temperaturas. La fuerza motora de la transferencia de calor es el gradiente de
temperatura entre los fluidos, esta ocurre del fluido caliente al fluido frío a través de una
pared que los separa denominada área o superficie de transferencia de calor.
(http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm, Abril 2005)
35
II.2.35 Sistema de Información de Plantas (PI)
Las variables operacionales presentes en las plantas pueden ser obtenidas
mediante el Sistema de Información de Plantas (Sistema PI), el cual es un programa
para la recolección, almacenaje y presentación de variables operacionales. A través de
S
O
D
A
control distribuidos se concentra, almacena, procesa y transfiere
RV para ofrecerla a los
E
S
E es en tiempo real debido a que la
diferentes usuarios. Se dice que esta información
R
S
O
H
misma se genera en unE
sitio
y está a disposición en cualquier otro punto distante o
C
ER
remoto en un D
intervalo de tiempo relativamente corto. (Oíl System, 1994).
esta base de datos en tiempo real la información de proceso proveniente de sistemas de
II.2.36 Sistema Automatizado del Laboratorio
Este programa conocido como sistema Sigla, permite la búsqueda de resultados
de los análisis efectuados a las corrientes principales de proceso (programadas o
solicitadas). El acceso a la base de datos puede hacerse desde cualquier computadora
conectada a la red del Centro de Refinación Paraguaná.
II.2.37 Descripción del Paquete PRO/II.
Éste programa resulta muy útil para la industria petrolera, ya que fue diseñado
para ingenieros e industrias de proceso. Cuenta con información termodinámica y
matemática, acompañada de una sección completa de procedimientos, dotando al
ingeniero químico de una herramienta poderosa para el diseño y simulación de una
amplia gama de procesos, permitiendo modelar operaciones de destilación,
hidrotratamiento, reformado, craqueo catalítico, craqueo térmico (coquificación
retardada), isomerización, hidrocraqueo, procesamiento de lubricantes, alquilación,
manejo de aminas, entre otros.
Para utilizar el programa de simulación PRO II, se debe seguir un procedimiento muy sencillo, el cual
puede describirse de la siguiente manera: se debe fijar el sistema de unidades con el cual se va a
trabajar, del mismo modo se establecen los diferentes componentes de las corrientes estudiadas, para
ello se recomienda seleccionar los compuestos por orden de volatilidad comenzando por los livianos;
36
luego se selecciona el sistema termodinámico, el cual debe ser escogido de acuerdo a las propiedades
del producto trabajado; así mismo se modifican o se dejan los métodos recomendados por el paquete
para el cálculo de las propiedades de transporte.
Posteriormente se procede a dibujar el diagrama de flujo del proceso, con sus respectivos equipos y
OS
D
A
RV los datos exigidos por el
desplazando el cursor hasta el área de dibujo; luego se deben
suministrar
E
S
Etemperatura, flujo, composición, presión; y para
R
S
simulador para cada corriente de alimentación,
como:
HO
C
E
R(estimado de flujo o condiciones térmicas). Por otra parte es indispensable
cada corriente deE
D reciclo
corrientes; los cuales se seleccionan de la barra PFD presionando el icono correspondiente y
facilitar las condiciones de operación de las unidades de proceso.
El paquete de simulación PRO/II emplea como complemento el llamado código de colores,
constituido por una gama de seis, cada uno con un significado diferente: rojo, verde, azul, amarillo,
gris y negro. Durante la fase de introducción de datos, el rojo señala falta de información, es decir se
requiere la especificación de algún dato por parte del usuario; el verde reseña cuando es opcional el
suministro de algún dato, de no hacerlo el programa tomará valores por defecto de la variable; el azul
es adquirido cuando se tiene una entrada satisfecha, en las casillas correspondientes a datos ya
suministrados, el amarillo indica cuando existe algún problema con los valores suministrados o estos
están fuera del rango preestablecido; el gris es una opción u especificación no disponible para el
usuario; y el negro aparece si no se requiere el suministro de tal dato. (SIMULATION SCIENCES
INC., 1999)
Los modelos termodinámicos son los que se encargan de reproducir el comportamiento de cada una de
las unidades, involucradas en el proceso y debe ser seleccionado de acuerdo a las propiedades de las
corrientes de trabajo.
9
Soave-Redlich-Kwong (SRK01)
37
Éste método es ampliamente usado para una variedad de mezclas de hidrocarburos, resulta muy útil
cuando el número de carbonos en la cadena esta comprendido entre C1 y C10, sin embargo no es muy
recomendable para mayores de 20 carbonos; sobre un amplio rango de condiciones del proceso. Da
excelentes resultados de 0 a 344.73 bar y en un extenso rango de temperatura, desde –273.3 ºC hasta
648.8 ºC. Las constantes con las que trabaja PRO/II con Provision han sido usadas para producir
OS
D
A
RV
resultados razonables para sistemas criogénicos, plantas de gas típicos, sistemas de refrigeración y
E
S
E
SR
O
H
EC
R
Peng-RobinsonE
(PR01)
D
sistemas de alta presión (alrededor de 34.47 psia). (SIMULATION SCIENCES INC, 1999).
9
La ecuación de Peng-Robinson fue un intento para extender la ecuación de Van der Waals y de este
modo, predecir las densidades de los líquidos con exactitud razonable, es relativamente cercana a la
ecuación SRK01, trabaja proporcionando excelentes resultados a una presión de 0 a 344.7 bar y en un
rango de temperatura, de
-273.3 °C a 648.8 °C y específicamente sirve para lograr la
convergencia cerca del punto crítico. Aunque la exactitud de la densidad de los líquidos es un tanto
mejor por Peng-Robinson en comparación con Soave-Redlich-Kwong; para el proceso se toma el
método API si la ecuación de Peng-Robinson es seleccionada. Se aplica para producir resultados
razonables en los mismos sistemas en los cuales se emplea el modelo SRK01 como: demetanizadores,
debutanizadores, separadores etano-etileno, propano-propileno, entre otros. (SIMULATION
SCIENCES INC., 1999)
9 Grayson-Streed (GS01)
Esta correlación es una extensión de la formulación original de
Chao Seader, el rango de aplicabilidad comprende temperaturas entre 0
y 426.6°C y presiones inferiores a 206.84 bar. La correlación se utiliza
generalmente para la simulación de unidades atmosféricas de crudo,
hidrotratadoras y reformadoras; proporciona excelentes resultados para
hidrocarburos livianos y es bueno para simulaciones donde existen
38
despropanizadoras, desbutanizadoras y desisobutanizadoras. También
es muy útil al trabajar con compuestos como N2, CO2, y H2S, se
incorporan coeficientes especiales en el paquete de simulación.
(SIMULATION SCIENCES INC. 1999).
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
9 Braun K10 EC
DER
Este método se aplica generalmente a temperaturas superiores a 55.55 °C y
presiones menores a 6.89 bar. Ha demostrado ser efectivo en la simulación de unidades
de vacío y es el más recomendado para predecir el comportamiento de crudos pesados.
(SIMULATION SCIENCES INC., 1999)
Figura N°3 Sección de Alimentación y Área de Destilación de los Productos de la
Planta de Alquilación 1.
IC4 a
Reactor
IC4
BB
HF a
Reactor
C3
C4´S
C5+
ALQ
HF DA-305
FA-308
C3
FA-309
HF a
Reactor
C3
IC4
C3
DA-402
IC4
IC4 a
Reactor
R-301
IC4
HF
ABREVIATURAS
R-301: Reactor
FA-308: Asentador de Ácido
FA-309: Asentador de Ácido
DA-305: Despojador de acido
DA-401: Desisobutanizadora
DA-402: Despropanizadora
DA-404: Desbutanizadora
DA-401
C3
C4’S
C5+
IC4
ALQUILATO
NC4
C5+
ALQUILATO
NC4
NC4 a
Isomerización
DA-404
C5+
ALQUILATO
DA-405
AVIGAS
39
INSECTOL
Fuente: PDVSA, 1995
II.2.38 Descripción del Proceso
En la figura N°3 se describe las secciones de alimentación y destilación de los
OS
D
A
RV
productos de la planta de Alquilación 1. A continuación se explica el funcionamiento de
E
S
E
SR
O
H
C de Isobutano
Sección de Alimentación
E
R
DE
cada una de las secciones de dicha planta.
9
El propósito de esta sección es disminuir el contenido de agua en la corriente de
isobutano de reposición. Este es el factor más importante para evitar una excesiva
corrosión en las líneas y los equipos de la planta.
Descripción:
El isobutano húmedo de reposición, provenientes de las esferas (isobutano
importado) se someten, a un proceso de secado pasando a través de un coalescedor de
arranque y de los secadores con cloruro de calcio, previo a su envío hacia los reactores
de Alquilación. Estos secadores operan normalmente en serie, aunque hay la posibilidad
de operarlos en paralelo; o de forma individual cuando el material desecante de uno de
ellos esta cambiando. El fondo de cada secador esta conectado a un tambor colector de
salmuera la cual se forma en los secadores de cloruro de calcio.
Este sistema también se utiliza para la circulación y secado de la unidad durante
el arranque de la planta. Cuando el isobutano de reposición proviene del fondo de la
columna despropanizadora de Alquilación 2, este se envía directamente a los reactores
bajo un control de flujo en Alquilación 2.
Complementando el sistema, se tienen arreglos de tuberías que permiten
flexibilidad operacional para poder enviar isobutano desde Alquilación 1 hacia
Alquilación 2 y las esferas de isobutano.
9 Sección de Reacción
40
El propósito de esta sección es proveer condiciones favorables para que se lleve
a cabo la reacción de Alquilación entre las olefinas y el isobutano en presencia de ácido
fluorhídrico.
Descripción:
El BB es alimentado a cada reactor mediante bombas ubicadas en el área de las
OS
D
A
manual de flujo mediante las válvulas las cuales se ajustan
RV para mantener igual flujo
E
S
E el isobutano como el BB se mezclan en
R
para cada reactor, medidos por indicadores
tanto
S
HO
C
línea y se envían a cadaEreactor.
Él ácido fluorhídrico se alimenta a cada reactor bajo
R
E
D
control de flujo.
esferas de almacenamiento, Por otro lado, el isobutano es alimentado bajo control
Como producto de la reacción se obtiene una emulsión de hidrocarburos la cual
fluye al asentador de ácido donde se separa la fase hidrocarburos de la fase ácida. El
ácido se recicla a los reactores por medio de bombas y una parte se envía hacia un
regenerador de ácido. Por otro lado, la fase de hidrocarburos se envía, mediante
bombas, hacia el despojador de ácido, a través de un precalentador de carga. El
asentador de ácido dispone de un domo donde se acumulan los incondensables para ser
venteados al sistema de alivio ácido.
El isobutano de reciclo está conformado por cuatro corrientes provenientes, en
primer lugar, del acumulador de isobutano, el cual es enviado a los reactores bajo flujo
total del isobutano de reciclo; en segundo lugar, por la corriente de hidrocarburos que
sale del asentador de tope del despojador de ácido el cual es enviado a los reactores bajo
control de presión de la despojadora de ácido; en tercer lugar, por hidrocarburos
proveniente del asentador de ácido regenerado, el cual es enviado bajo control de
presión hacia los reactores, y en cuarto lugar por la corriente del fondo de la
despropanizadora el cual se enfría previamente en los intercambiadores de calor antes
de ser enviada bajo control de nivel de la torre despropanizadora en cascada con el flujo
hacia los reactores.
Debido a que el ácido pierde pureza debido a reacciones secundarias de los
contaminantes presentes en la alimentación de olefinas, se hace necesario regeneración
41
continua en la misma planta. Para reponer las pérdidas, se debe inyectar ácido fresco
periódicamente.
Como parte del sistema de emergencia de la unidad, todos los equipos de esta
sección que manejan ácido, están conectados al sistema de desalojo, mediante el cual se
OS
D
A
RV
envía el ácido contenido en los mismos hacia un tanque de desalojo. Este desalojo se
lleva a cabo a través de válvulas motorizadas de aperturas y cierre, las cuales al
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
activarse el sistema de recolector de emergencias, desalojaran secuencialmente equipo
por equipo.
9 Sección de Despojamiento de Ácido
Esta sección tiene como finalidad separar el ácido del resto de los hidrocarburos
Descripción:
El hidrocarburo ácido procedente del asentador de ácido, es enviado a través de
las bombas hacia el despojador de ácido pasando previamente por el precalentador de
carga donde es calentado hasta 84°C. El control de temperatura de la alimentación se
lleva a cabo a través del de flujo el cual ajusta la salida de condensado del
precalentador.
Por el tope del despojador sale una corriente de hidrocarburos rica en ácido la
cual es condensada en los intercambiadores y fluye hacia el asentador de ácido el cual
opera totalmente lleno de líquido. En este asentador se separa el ácido de la corriente
rica en isobutano, ambos productos se recirculan nuevamente hacia los reactores.
Del fondo del despojador sale una corriente de hidrocarburos, la cual es
alimentada a la columna desisobutanizadora para su fraccionamiento.
El balance térmico del despojador se logra mediante un rehervidor del tipo
termosifón horizontal alimentado con vapor de baja presión, donde una corriente de
liquido del fondo es parcialmente vaporizada y recirculada hacia el despojador,
controlándose esta etapa del proceso por medio del lazo de flujo que actúa sobre el flujo
de salida de condensado del rehervidor.
42
9 Sección de Regeneración
Esta sección tiene como finalidad restablecer la concentración del ácido a fin de
OS
D
A
RV
mantener un adecuado nivel de conversión en los reactores y minimizar la reposición de
ácido fresco, además de reducir el nivel de agua y polímeros en el ácido que se recircula
E
S
E
SR
O
H
C
Descripción:
E
R
DE
hacia los reactores
El ácido proveniente de la sección de reacción se alimenta a un regenerador de
ácido. Este ácido se libera de impurezas por despojamiento con isobutano
sobrecalentado en un intercambiador. Este isobutano se inyecta por el fondo del
regenerador de acido esta corriente proviene del tope de la columna desisobutanizadora
el balance térmico del regenerador se logra alimentando por el tope del mismo una
corriente de isobutano proveniente de los enfriadores en la sección desisobutanizadora.
La corriente de tope del regenerador, se condensa y pasa al asentador de ácido
regenerado, donde se separan las fases líquidas de ácido e hidrocarburo. Este asentador
dispone de un domo donde se acumulan los incondensables para ser venteados al
sistema de alivio ácido.
El ácido es recirculado por medio de bombas desde el asentador de ácido
regenerado hacia los reactores.
El hidrocarburo separado en el asentador es recirculado también hacia los
reactores con la corriente de reciclo de isobutano, por medio de bombas.
En el fondo del regenerador se acumulan los productos de degradación de ácido,
constituidos por polímeros y mezcla Azeotrópica, que se drenan periódicamente hacia
un tambor acumulador de polímeros una vez separados los polímeros y la mezcla
Azeotrópica, se drenara esta última, hacia un tambor de neutralización a través de un
analizador de conductividad. El polímero se alimenta al neutralizador del polímero con
KOH, desde donde fluye al sistema de desecho húmedo de la refinería. La inyección o
43
vaciado de KOH al neutralizador de polímero se realiza por una línea en el fondo del
mismo conectada a las bombas en la sección de neutralización de líquidos.
9 Sección de Fraccionamiento de Isobutano.
Esta sección consta de una primera etapa de fraccionamiento que tiene como
OS
D
A
RV
finalidad la separación física del isobutano del resto de loa hidrocarburos.
E
S
E
S R del fondo de la columna despojadora
O
H
La mezcla de hidrocarburos
provenientes
C
E
R
de ácido se alimentan
DE en el plato 12 de la columna desisobutanizadora, Parte de la
Descripción:
corriente de vapor de tope, rica en isobutano, se condensa en los intercambiadores de
tope, para acumularse en el tambor acumulador de isobutano en dicha columna. La otra
parte se envía, bajo control de flujo al sobrecalentador de isobutano en la zona de
regeneración de ácido.
El isobutano condensado sale del acumulador vía las bombas de reflujo. Parte de
este isobutano se envía de nuevo a la torre como reflujo, Otra parte se enfría hasta 38°C
en intercambiadores y se envía, hacia los reactores. La otra parte se enfría hasta 38°C en
intercambiadores y se envía, bajo control de temperatura del tope del regenerador de
ácido hacia el mismo como reflujo.
Previo a la válvula que envía isobutano a los reactores, existe una derivación
para alimentar el cabezal de distribución de purga y sello a los instrumentos y equipos
que la requieran.
Para mantener el balance térmico existen cuatro intercambiadores asociados a la
columna desisobutanizadora que sirven como rehervidores intermedios y el rehervidor
de fondo de la misma.
Dos rehervidores intermedios operan normalmente con vapor de baja presión
como medio de calentamiento, en la columna desisobutanizadora. Estos rehervidores
vaporizan parcialmente parte de la corriente liquida que cae por el bajante del plato 64 y
44
regresa al plato 65 de la columna. El lazo de flujo opera limitado por la alta presión del
vapor a los rehervidores.
Los otros rehervidores intermedios cumplen con la misma finalidad, pero operan
normalmente con gasolina especial como medio de calentamiento.
En el rehervidor de fondo se vaporiza parcialmente el liquido contenido en el
OS
D
A
RV
colector del plato 70 de la columna desisobutanizadora y se recircula como una
E
S
E
SR
O
H
Cde la columna de la desisobutanizadora se alimenta a la
E
R
El producto
de
fondo
DE
corriente de hidrocarburo vapor y otra de liquido nuevamente hacia el fondo de la
columna.
desbutanizadora.
Por flexibilidad operacional existen interconexiones desde la salida de los
secadores de cloruro de calcio hacia el tambor acumulador de tope de la
desisobutanizadora, y de este a la succión de las bombas de alimentación a la
despropanizadora.
9 Sección de Fraccionamiento de Productos.
En esta sección se lleva a cabo el proceso de separación física del propano y el
isobutano provenientes del tope de la columna desisobutanizadora.
Descripción:
Parte de la corriente del tope de la desisobutanizadora provenientes de
intercambiadores, es condensada en el intercambiador de alimentación, para acumularse
en el tambor de alimentación, desde donde se alimenta al plato 12 de la columna
despropanizadora con las bombas, dichas bombas poseen protección por flujo mínimo
mediante una corriente de recirculación a un tanque.
Los vapores de tope condensan y subenfrian hasta 51°C en intercambiadores,
para acumularse en el tambor acumulador de propano, desde donde se envía el producto
liquido a la columna, como reflujo, a través de bombas.
45
Desde el intercambiador de tope sale una corriente de vapor, la cual se envía
hacia la tratadora de propano con alúmina. El propano neutralizado es enviado entonces
desde el fondo de la tratadora de propano hacia el sistema de gas combustible de la
refinería.
Para mantener el balance térmico en la columna despropanizadora se dispone de
OS
D
A
RV
un rehervidor, el cual vaporiza parcialmente la corriente del fondo de la columna.
E
S
E
S Ry enviado hacia los reactores.
O
H
es enfriado hasta 38°C en intercambiadores
C
E
R
DE
El isobutano que sale como producto de fondo de la columna despropanizadora
9 Sección de Fraccionamiento del Butano
En esta sección se lleva a cabo el proceso de separación física de la mezcla de
alquilato y butano provenientes del fondo de la columna desisobutanizadora.
Descripción:
La mezcla de hidrocarburos provenientes del fondo de la columna
desisobutanizadora, es alimentada, mediante la bomba de la misma, al plato 17 de la
columna desbutanizadora. El vapor de tope es condensado en intercambiadores.
Desde el tambor acumulador una parte del butano es reciclado hacia la columna
desbutanizadora,
El intercambiador de fondo de la columna mantiene el balance térmico y
funciona como rehervidor de fondo de la misma.
La corriente de fondo puede ser enviada directamente hacia la columna
fraccionadora de alquilato.
Por flexibilidad operacional existe interconexión para alimentar alquilato, desde
Alquilación 2 hacia la columna desbutanizadora o hacia la fraccionadota de alquilato.
Tratamiento:
46
En esta sección se lleva a cabo el proceso de remoción de fluoruros y
neutralización del butano, antes de ser enviado a su disposición final a la unidad de
Isomerización o a almacenaje.
El butano proveniente del tambor acumulador de tope es enviado mediante las
bombas de tope hacia las tratadoras de butano con alúmina, pasando previamente por un
proceso de precalentamiento y calentamiento.
OS
D
A
RV
E
S
E
S R utilizando vapor de alta presión.
O
H
sobrecalienta hasta 232°C en
un
intercambiador,
C
E
R
DE
El precalentamiento de esta corriente de butano se hace intercambiando calor
con la corriente de salida de las tratadoras. Posteriormente, el butano se vaporiza y
En las tratadoras de butano con alúmina se lleva a cabo la eliminación de los
fluoruros contenidos en el butano, que luego se enfría hasta 95°C antes de pasar hacia
los condensadores.
El butano condensado se envía hacia la etapa final del tratamiento con la
tratadora con KOH para ser posteriormente alimentado a los secadores de butano en la
unidad de Isomerización o hacia almacenaje.
El KOH gastado de la tratadora se envía desde el fondo de la misma hacia el
pote de drenaje de salmuera de allí, al sistema de neutralización de efluentes
9 Sección de Fraccionamiento de Alquilato
La unidad de fraccionamiento de aquilato se utiliza para separar el alquilato
“Full Range” en dos cortes: Avigas e insectol. El Avigas es la fracción liviana que se
utiliza como combustible en aviones de motor a pistón y el Insectol es la fracción
pesada que se emplea como materia prima para la elaboración de insecticidas
domésticos. Las tablas N°1 y N°2 presentan las especificaciones de diseño para el
Avigas y el Insectol respectivamente.
Descripción:
El alquilato proveniente de la torre desbutanizadora se alimenta en el plato 21 a
la torre fraccionadora de alquilato. El vapor de tope se condensa y subenfria hasta 38°C
en intercambiadores, para acumularse en el tambor acumulador de tope.
47
Las bombas envían Avigas a almacenamiento y reflujo a la torre. La calidad del
Avigas se controla ajustando la temperatura de los vapores del plato 3, en cascada con el
reflujo de la torre, (para aumentar el 95 % del corte se debe aumentar dicha
temperatura) El Avigas se envía bajo control de nivel del tambor acumulador de tope a
la tratadora con KOH para neutralizarlo y luego almacenarlo.
OS
D
A
RV
El fondo de la torre se divide en dos secciones mediante un deflector vertical. El
E
S
E
SR
O
H
Csuministrado por el rehervidor y la calidad del Insectol, se
E
R
Para mantener
el
calor
DE
líquido que alimenta al termosifón es una mezcla del líquido que proviene del plato 30 y
liquido que proviene del mismo rehervidor.
controla la temperatura de los vapores del plato 27 en cascada con el flujo de
condensado de alta presión. El Insectol se enfría hasta 38ºC y se envía a
almacenamiento.
Existe un modo de operación para la producción de alquilato “Full Range” en el
cual se desvía la corriente de fondo de la desbutanizadora a la entrada del condensador
de tope de la fraccionadora de alquilato, donde se condensa y se acumula en el tambor
acumulador de tope para enviarlo mediante bombas a las tratadoras de alquilato con
KOH donde se neutraliza antes de enviarlo a almacenamiento.
Tabla N°1 Especificaciones de calidad según diseño del Avigas
% Volumen Recuperado
19 (12mín)
Destilación ASTM D-86
a 75 °C
% Volumen
Temperatura
0.660
Gravedad Específica
Líquido
(°C)
(5.5/0.37)(mínimo)
PI
47
RVP, Psi/bar
(6.5/0.44)(máximo)
5
48
Temperatura, (°C)
38
10
55
Presión, bar (g)
1.68
30
88
Fase
Liquida
50
95
Densidad Liquida, Kg/m3
654
70
100
Viscosidad Liquida (Cp)
0.308
48
90
116 (135 máx)
Peso Molecular
94
95
131
Destino
Almacenaje
en Tanques
PF
157 (170 máx)
Fuente: PDVSA, 1995
Tabla N°2 Especificaciones de calidad según diseño del Insectol
OS+20
D
A
RV
E
S
E
R Específica
Temperatura (°C)
S Gravedad
O
H
C
E
R
125 (120 mínimo)
Temperatura, (°C)
DE
Destilación ASTM D-86
% Volumen
Líquido
PI
Color
0.720
33
10
150
Presión, bar (g)
1.48
30
166
Fase
Liquida
50
179
Densidad Liquida, Kg/m3
713
70
192
Viscosidad Liquida (Cp)
0.798
90
203
Peso Molecular
147
95
209
Destino
Almacenaje
en Tanques
PF
212 (270 máximo)
Fuente: PDVSA, 1995
9 Sección de Neutralización de Efluentes Ácidos
En esta sección se lleva a cabo el proceso de neutralización de las corrientes de
alivio ácido y de los líquidos asociados a corrientes provenientes de los sistemas de
drenaje ácido, agua superficial y mezcla Azeotrópica de la zona ácida. También se
prepara y regenera la solución de KOH.
II.3 DEFINICIÓN DE TERMINOS BASICOS
49
Acumulador:
Recipiente usado para almacenamiento temporal de un gas o líquido. Usualmente usado
para recolectar carga con la finalidad de mantener una alimentación constante a otras
unidades. (Manual De Operación PDVSA, 2000)
Alquilación:
OS
D
A
cíclico, denominado olefina, y una isoparafina, en presencia
RV de un catalizador ácido,
E
S
para generar hidrocarburos saturadosS
de R
altoE
valor agregado. (Manual De Operación
O
H
C
PDVSA, 2000)
E
R
DE
Proceso en el cual se lleva a cabo una reacción entre un hidrocarburo insaturado no
Alquilato:
Es una mezcla de hidrocarburos parafínicos ramificados de alto octanaje y baja presión
de vapor de Reíd (RVP), producida por una reacción catalítica entre olefinas e isobutano
en presencia de un catalizador para obtener una isoparafina de alto peso molecular de
excelentes características como combustibles de motor.
(Manual De Operación
PDVSA, 2000)
Avigas:
Es la fracción liviana obtenida por el tope de la separación del alquilato usado como
combustible en aviones de motor a pistón. (Manual De Operación PDVSA, 2000)
Butano:
Hidrocarburos saturado, obtenido de la destilación de crudo, se presenta en estado
gaseoso en condiciones normales. (Manual De Operación PDVSA, 2000)
Butanos:
Mezclas de normal butano e isobutano. La mezcla es usada como componente de
mezclas de gasolinas y como alimentación de columnas desisobutanizadora para
recuperar isobutano. (Manual De Operación PDVSA, 2000)
Butenos:
50
Hidrocarburo alifático de bajo punto ebullición usado en la producción de alquilato y
gasolina polimérica. (Manual De Operación PDVSA, 2000)
Consumo De Ácido:
Es la cantidad de HF consumido en el proceso. Este consumo, es igual a la cantidad de
fluoruros o HF que sale con las corrientes, especialmente la corriente del fondo del
regenerador. (Manual De Operación PDVSA, 2000)
OS
D
A
RV
E
S
E
Columna De Destilación:
SR
O
H
Recipiente vertical en E
el C
cual se produce la separación de una corriente en sus
R
E
D
componentes, basado la diferencia de los puntos de ebullición. Esta compuesta por
platos o relleno para facilitar la separación de los componentes, aumentando el contacto
de la fase liquida y gaseosa. (Manual De Operación PDVSA, 2000)
Desbutanizadora:
Columna de destilación en la cual se retira el butano y livianos de un producto más
pesado. (Manual De Operación PDVSA, 2000)
Destilación ASTM:
Cualquiera de los ensayos de destilación realizados de acuerdos a los procedimientos
descritos en las normas ASTM. Los ensayos mas comúnmente realizados son la
destilación D-86, realizadas a productos livianos tales como gasolina, gasolina de
aviación y la destilación D-1160, usada para productos pesados tales como gasóleos de
vació. (Manual De Operación PDVSA, 2000)
Despojador:
Columna en la cual se remueven componentes livianos de una corriente de
alimentación. (Manual De Operación PDVSA, 2000)
Despropanizadora:
Columna de destilación usada para separar propano
de una mezcla más
pesada.
(Manual De Operación PDVSA, 2000)
Insectol:
51
Es la fracción pesada obtenida por el fondo de la fraccionadora de alquilato usado como
materia prima para la elaboración de insecticidas domésticos. (Manual De Operación
PDVSA, 2000)
Numero de octano:
Numero que indica en forma relativa las propiedades antidetonantes de una gasolina,
OS
D
A
RV
basado en la comparación con combustibles de referencia. (Manual De Operación
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
PDVSA, 2000)
Olefinas:
Es un hidrocarburo insaturado, cuyas moléculas tienen su doble enlace entre dos
átomos de carbono. (Manual De Operación PDVSA, 2000)
Presión De Vapor Reíd (RVP):
Presión de vapor de un producto medida a 37.8 °C. Esta es una de las más importante
especificaciones debido a que indica las tendencias de la misma a vaporizarse en un
motor. Se ajustan con las temperaturas de fondo las torres con el contenido de livianos
mayor contenido de livianos; representa en un mayor valor del RVP. (Manual De
Operación PDVSA, 2000)
Punto Final De Ebullición:
Es la temperatura más alta en una prueba de laboratorio en el cual no se produce más
vapor y depende del contenido de pesados en la carga. (Manual De Operación PDVSA,
2000)
Punto Inicial de Ebullición:
Es la temperatura donde se comienza la formación de vapor en una prueba de
destilación de laboratorio. Mientras menor sea la temperatura de ebullición inicial de su
valor real representa en mayor contenido de livianos. (Manual De Operación PDVSA,
2000)
Regenerador:
52
Columna en el cual se le retira los contaminantes a una corriente dada. (Manual De
Operación PDVSA, 2000)
Relación Ácido/Hidrocarburos:
Relación obtenida de la división del flujo de ácido circulante hacia los reactores entre el
flujo de isobutano de reciclo más las olefinas que alimentan al reactor. Esta relación es
OS
D
A
entre1:1y2:1. (Manual De Operación PDVSA, 2000) RV
E
S
E
SR
O
H
C
Relación Isobutano/Olefina:
E
R
DEde la división del flujo molar de isobutano de reciclo hacia el reactor
Relación obtenida
un parámetro importante para el seguimiento diario del proceso y debe ser mantenida
entre el flujo molar de olefinas alimentado al reactor. (Manual De Operación PDVSA,
2000)
Volumen Recuperado a 75 °C:
Es el volumen de destilado obtenido a una temperatura dada. En el avigas es el
volumen recuperado desde que se inicia la destilación hasta los 75 °C. La importancia
de esta especificación es el asegurar un contenido mínimo de vapores de combustible
para asegurar la combustión del mismo. (Manual De Operación PDVSA, 2000)
II.4 SISTEMA DE VARIABLE E INDICADORES
Operacionalmente la columna Fraccionadora de Alquilato separa el alquilato en
dos cortes produciendo por el tope de la columna Avigas el cual es tratado y
almacenado en los tanques, por el fondo de la columna se obtiene el corte pesado
Insectol para su posterior almacenamiento. Tanto el Avigas como el Insectol deben
cumplir con las especificaciones de calidad para su respectivo uso. (Ver tablas N°1 y
N°2)
Indicadores:
Fraccionamiento.
Alquilato.
Avigas.
Insectol.
53
CAPITULO III
MARCO METODOLOGICO
III.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN
OS
D
A
caracterización de un hecho, fenómeno o grupo con el R
fin V
de establecer su estructura o
E
S
E
comportamiento. (1999 p. 46).
R
S
HO
C
E
DER
Según Arias, Fidias la investigación del tipo descriptivo Consiste en la
Los estudios descriptivos miden de forma independiente las variables, y aun
cuando no se formulen hipótesis, las primeras aparecerán enunciadas en los objetivos de
la investigación.
El presente estudio esta basado en un tipo de investigación descriptiva, dirigido
hacia la Determinación de una guía operacional para la producción simultanea del
Avigas/Insectol en la Fraccionadora de Alquilatos de Alquilación 1 del CRP-CARDÓN.
Se utilizaron metodologías del tipo descriptiva, documental y de campo para el logro de
los objetivos establecidos.
III.2 POBLACIÓN Y MUESTRA
Según Morles, La población o universo se refiere al conjunto para el cual serán
validas las conclusiones que se obtengan de los elementos o unidades involucradas en la
investigación.
El universo sobre el cual se llevo a cabo la investigación quedo conformado por
la unidad de alquilación 1.
Según Arias (1999) la muestra no es más que un subconjunto representativo de
la población. Para el presente estudio la muestra representativa es la fraccionadora de
alquilato para verificar su comportamiento operacional
54
III.3 TECNICAS DE RECOPILACIÓN DE DATOS
REVISION BIBLIOGRAFICA
OS
D
A
V los antecedentes de la
el proceso y el entorno del sistema. Luego se procedió aR
examinar
E
S
E en la unidad.
R
investigación, estos incluyen los estudios
realizados
S
HO
C
E
R
DseErealizó
Posteriormente
la lectura de los manuales de operación de los simuladores
Se revisaron los manuales de operación de la planta con la finalidad de conocer
PROII/PROVISION, el cual facilitó el conocimiento de la información necesaria para su manejo.
También se procedió a la revisión de los planos, diagrama de flujo de procesos
mediante el programa NOVAUSER herramienta exclusiva de PDVSA, que permite la
ubicación y características de las diferentes líneas y equipos del sistema.
III.4 METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN
III.4.1 DOCUMENTACIÓN TEORICA
Con el propósito de simular el sistema de fraccionamiento de la unidad fue
indispensable disponer de información detallada de los equipos que conforman el
sistema, así como una comprensión de la configuración de la red. Para ello se lleva la
primera etapa de la investigación el cual se desarrolló mediante la lectura de los
manuales de operación de la planta donde se encuentra la descripción de las unidades.
La información de los equipos fue tomada de los manuales de diseño de la unidad.
III.4.2 RECOPILACIÓN DE DATOS DE OPERACIÓN
Toda la información de proceso requerida para la simulación fue recopilada a
partir del sistema de adquisición de data disponible en la refinería. Se recolectó data
55
correspondiente a los 2 modos de operación y fue usada en las simulaciones de la torre a
partir de data real de proceso.
III.4.3 ELABORACIÓN PREVIA DE GUÍA OPERACIONAL.
Esta fase de la investigación consistió en la evaluación del sistema donde se
OS
D
A
RV
elaboró una guía operacional en la cual se resaltan las condiciones de operación más
importantes, la caracterización de los componentes que alimentan la unidad y las
E
S
E
R
Sposteriormente
los “tags” de instrumentos para extraer
la información histórica a través
O
H
C
E
del sistema de información
DER de plantas de la refinería. Luego se estructuró una base de
respectivas especificaciones de los productos. Esto se llevó a cabo identificando todos
datos con toda esta información.
III.4.4 SELECCIÓN DEL MODELO TERMODINAMICO
La escogencia del modelo termodinámico para esta aplicación especifica
constituye un paso importante para la obtención de resultados precisos en la simulación,
eventualmente pueden haber diferentes modelos apropiados para una determinada
aplicación.
El modelo termodinámico de Peng-Robinson, es el más recomendado para este
tipo de proceso ya que este modelo se aplica para mezclas de hidrocarburos semejantes
(como por ejemplo todas las parafinas) tanto en los procesos de refinación como en la
petroquímica.
Para la validación de la simulación se tomo como referencia las simulaciones
hechas por la empresa TECNOCONSULT durante el proyecto de remodelación de la
planta de Alquilación 1 de la Refinería Cardón, en el año 1997, y las simulaciones
hechas en la presente investigación se puede observar una mínima desviación con
respecto a las condiciones de diseño de la columna fraccionadora de alquilato Ver tablas
N°5 y N°6 del capítulos de resultados.
56
Figura N°4 Diagrama de bloques para la selección del modelo termodinámico.
SI
NRTL / UNIQUAC
Y sus variaciones
OS
D
A
RV
LL ?
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
P < 10 Bar
ij ?
NO
WILSON / NRTL /
UNIQUAC y sus
variaciones
SI
Wilson / NRTL /
UNIQUAC y sus
variaciones
NO ELECTOLITOS
LL ?
PRESION
NO
UNIFAC y sus
extensiones
SI
Schwartentruber-Renon
PR O SRK CON WS
PR O SRK CON MHV2
POLAR
ELECTROLITOS
P > 10 Bar
ij ?
ELECTROLITOS
INICIO
NRTL / PITZER
PSRK / PR /
SRK CON MHV2
NO
?
REAL
PR / SRK / LKP
?
NO POLAR
REAL
CHAO SEADER / GRAYSON
STREED / BRAUN K10
ij
LL
PSEUDO REAL
POLARIDAD
PARAMETROS DE
INTERCCION DISPONIBLE
LIQUIDO / LIQUIDO
PRESION
VACIO
BRAUN
K10 IDEAL
Fuente: GUTIERREZ, 2003
57
III.4.5
SIMULACIÓN
EN
PRO/II
DE
LA
FRACCIONADORA
DE
ALQUILATO.
Una vez obtenida toda la información necesaria de operación actual y diseño se
organizó un esquema de disposición de entradas y salidas que se introdujo en el
simulador.
1.
OS
D
A
La metodología usada en cada caso fue la siguiente:
RV
E
S
E
R
S
HO
Dibujar el diagramaE
deC
flujo del proceso: las unidades de operación se seleccionan
DER
de la barra PFD presionando el icono de destilación, seguidamente se seleccionaron
las opciones de condensador y rehervidor, proporcionando el número de etapas
teóricas de la columna.
2. Seleccionar las unidades de trabajo: presionando el botón de las unidades en la barra
de herramientas se puede seleccionar el sistema de unidades que trae por defecto el
programa (inglés) o modificar las unidades de las variables a conveniencia del
usuario. En los cuadros de diálogos a través de los cuales se suministran datos
operacionales para equipos o corrientes existe la opción de cambiar unidades de las
variables o convertir (en algunos casos), unidades de flujo másico a volumétrico o
molar y el resto de las combinaciones. En esta misma ventana se puede especificar
qué variables deben reportarse en unidades absolutas y relativas.
3. Especificar la curva de destilación de alimentación a la columna formando la matriz
de los porcentajes de volumen destilados a determinadas temperaturas: Mediante la
pulsación del botón correspondiente en la barra de herramientas del programa se
despliega una ventana donde se listan las características para formar dicha curva
cuyas propiedades están dentro de la base de datos. En ese mismo cuadro, se puede
acceder a la ventana donde se definen los datos de caracterización de corrientes.
4. Seleccionar el modelo termodinámico para el cálculo de las propiedades de
transporte: pulsando el botón correspondiente para abrir la caja de diálogo, se
selecciona el método termodinámico a emplear por defecto de la lista que tiene el
58
programa, previo estudio de su compatibilidad con el proceso; así mismo, se
modifican o se dejan los métodos recomendados por el paquete para el cálculo de las
propiedades del transporte.
5. Suministrar datos para las corrientes de alimentación y corrientes de reciclo:
mediante doble click en cada corriente de alimentación se debe proporcionar la
OS
D
A
corriente, flujo y composición. Para las corrientesR
deV
reciclo se debe especificar
E
S
E
algún estimado de flujo o condiciones
térmicas con el fin de mejorar la velocidad de
SR
O
H
C
cálculo.
E
R
DE
información requerida en las cajas de diálogo; esto es, condiciones térmicas de la
6. Suministrar las condiciones de operación de las unidades de proceso: haciendo
doble click en la figura de cada unidad se despliega el cuadro correspondiente a
través del cual se debe suministrar la información dependiendo del equipo. Si el
cuadro lo permite se fijan las especificaciones del proceso mediante la modificación
de una variable asociada. Muchos datos están colocados por defecto (reflujos,
propiedades), en esos casos existen casillas en las que si el usuario lo desea puede
introducir el valor de una variable o dejar la que el programa trae por definición.
Datos misceláneos como información descriptiva del problema, secuencia de
cálculo, opciones de convergencia de reciclos, tolerancias de flujos y demás
variables, las ofrece el programa por defecto; no obstante, el usuario puede
modificar cada ítem, mediante los botones correspondientes en la barra de
herramientas.
7. Ejecutar la simulación: cuando todos los datos han sido suministrados, el programa
PROII mediante un código de colores indica que se puede correr la simulación.
Presionando el botón correspondiente se inicia el cálculo. Los resultados se reportan
en un archivo aparte que se puede abrir durante la ejecución o después de esta. En el
reporte se muestran los resultados del balance de masa y de energía del sistema, las
composiciones de las corrientes y un sumario de todas las precauciones y errores de
convergencia en caso de haberlos. El usuario mediante la barra de herramienta tiene
opción de modificar los datos que se imprimen en el reporte, adicionando
59
información disponible que puede calcular el programa, pero que por defecto está
desabilitada.
OS
D
A
RV
III.4.6 SIMULACIÓN EN CONDICIONES DE DISEÑO.
E
S
E
Rla empresa TECNOCONSULT en el año
Sy por
proporcionada por la compañía UOP
O
H
EC
R
1997 durante el E
proyecto
de remodelación de la planta de alquilación 1. Se simuló
D
Para la simulación basada en los datos de diseño, se utilizó la información
utilizando el método termodinámico Peng-Robinsón ya que es el que más se ajusta a
este caso. Los resultados de la simulación se muestran en las tablas N°5 y N°6 en la
sección de resultados.
III.4.7 SIMULACIÓN CON DATOS DE OPERACIÓN.
Con este fin se realizó un promedio de las condiciones de operación tanto de la
calidad de la carga de la planta como de las condiciones de operación de la torre, para
así establecer las condiciones normales de operación y las variables que perturban el
funcionamiento operacional de la torre. Los datos y resultados de la simulación se
muestran en las tablas N°7, N°8 y N°9 en el capitulo de resultados.
El equipo principal, la torre fraccionadora de alquilato (con 30 platos reales
incluyendo el condensador y el rehervidor), se simuló con la opción destilación del
programa PRO/II. El programa simula de forma simple el calor necesario tanto en el
condensador como del rehervidor de la columna. En la simulación se definieron tanto la
presión de tope como la caída de presión. La temperatura de alimentación como la del
fondo, los flujos aproximados de tope y fondo y reflujo de la torre. Por otra se
recopilaron las curvas de destilación tanto de carga como de los productos, de donde se
obtienen muchos de las conclusiones de importancia de este trabajo. En estos se
detectaron algunos de las desviaciones identificados como limitaciones, que impiden o
dificultan la obtención de estos productos en especificación Ver las figuras N°5, N°6,
N°7, N°8, N°9, N°10 y N°11 en la sección de resultados.
60
CAPITULO IV
ANALISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
LIMITACIONES DE LA COLUMNA FRACCIONADORA DE ALQUILATO.
En la actualidad bajo el modo de operación (Avigas/Insectol) la columna
OS
D
A
RV
Fraccionadora de Alquilatos ha presentado limitaciones para lograr la
E
S
E
SR
composiciones de diseño vs H
las O
composiciones actuales (Tabla N°3), esta elevada
C
E
R
composición D
delE
IC causa que el RVP se exceda de su rango de especificación en el
especificación de calidad de ambos productos. Esto se debe principalmente por el
exceso de IC5 en la alimentación de la carga lo que se observa al comparar las
5
intento de obtener un mínimo volumen de recuperado a 75°C (12ml) en el Avigas,
establecido por la curva de destilación de diseño (Figura N°5) que fija un valor de
20 ml. Adicionalmente el efecto que genera la presencia de IC5 en el fondo de la
torre produce en una disminución en el punto inicial de ebullición del Insectol lo
cual no es deseable. Por otra parte, actualmente se mantiene una alta temperatura
de alimentación a la columna en el orden de los 166°C la cual cuando se compara
con la temperatura de 127°C, establecido por diseño (Tabla N°4), produce un
desequilibrio térmico que alteran todas las condiciones de la columna
Fraccionadora de Alquilato. Como consecuencia de todas esas anormalidades, en
los párrafos siguientes, se analizan y discuten los resultados de las simulaciones
ejecutadas con la finalidad de proporcionar las condiciones operativas necesarias
(guía operacional) para obtener en especificación simultáneamente ambos
productos (Avigas/Insectol).
.
61
Tabla N°3 Caracterización de la carga (Modo Avigas/Insectol)
DISEÑO
S
OCOMPOSICIÓN
D
A
RV
E
S
E
S R 0,60%
Propano
O
H
C
E
R
DE
COMPONENTE
REAL
COMPOSICIÓN
1,04%
Propeno
0,40%
0,24%
Isobutano
32,30%
27,87%
N-Butano
16%
15,65%
Isobuteno
1,10%
11,42%
1-Buteno
17,50%
13,73%
2-Transbuteno
16,40%
11,84%
2-Cisbuteno
12,00%
9,18%
1,3 Butadieno
1,00%
0,63%
Isopentano
1,80%
5,01%
N-Pentano
0,20%
0,20%
Fuente: PDVSA, 1995
62
OS
D
A
RV
Tabla Nº4 Datos de Alimentación, Tope y Fondo de la Fraccionadora de Alquilato.
E
S
E
S127R
Temperatura (°C)
O
H
C
E
R
DE
Nombre de Corriente
ALQUILATO F.R.
AVIGAS
INSECTOL
115
187
Presión (bar)
0.83
0.68
0.88
Densidad Liquida/
Densidad Vapor (Kg/m3)
611/5.41
654/5.17
713
Viscosidad líquida/
Viscosidad Vapor (CPoise)
0.214/0.008
0.308
0.798
Flujo Masico (T/D)
578
387
191
Entalpia (MMKCAL/H)
2.55
2.72
0.15
Peso Molecular
107
94
147
Fuente: PDVSA, 1995
IV.1 EVALUACIÓN CASO DISEÑO EN LA FRACCIONADORA DE ALQUILATO.
Para estas condiciones los resultados generados por el simulador se comparan
con los resultados obtenidos por la empresa TECNOCONSULT en el año 1997 durante
el proyecto de remodelación de la planta de Alquilación 1 de la Refinería Cardón, en
donde se observa el cumplimiento de las especificaciones de los productos
Avigas/Insectol en conjunto y las condiciones de operación de las corrientes de tope y
fondo ver tablas N°5 y N°6. Además se muestra los resultados de la simulación en
condiciones de diseño de las curvas de destilación donde se indican los puntos inicial y
final de ebullición de ambos productos. Cabe destacar que se validó usando el modelo
63
termodinámico Peng-Robinson debido a que se ajusta satisfactoriamente a las
predicciones del comportamiento de estos tipos de fluidos para las condiciones dadas.
OS
D
A
V de la Fraccionadora de
Tabla N°5 Resultados del simulador a condiciones deR
diseño
E
S
Alquilato.
E
R
S
Ha O
C
Carga
Fondo
Tope
Fondo
Tope
Fondo
E
Tope
R
Corriente
Nombre
Avigas
la
torre
Insectol
Avigas
Insectol
Insectol
E
Avigas
D
Fase
Resultados de
la Simulación
Diseño
Descripción
% Desviación
Mezcla
Liquida
Liquida
Liquida
Liquida
Temperatura (°C)
127
115
187
115.4
188.4
0.74
0.32
Presión (bar) (g)
0.83
0.69
0.89
0.69
0.89
0.00
0.00
Reflujo (T/D)
77
77
0.0
RVP (Psi)/RVP (bar)
5.5/0.37
5.5/0.37
0.00
% Volumen Recuperado a
75°C (ml)
19
20
0.02
Flujos (T/D)
578
387
191
386.90
190.69
0.025
0.16
Peso Molecular
Fuente: JIMÉNEZ, IVAN, 2005
64
OS
D
A
RV
Tabla N°6 Resultados de la curva ASTM D-86 a condiciones de diseño.
E
S
AVIGAS
E
SR
O
H
C46.59
E
R
PUNTO INICIAL
46.59
DE
ALQUILATO
INSECTOL
123.77
5%
51.61
47.63
142.00
10%
65.00
55.30
150.00
30%
100.42
87.68
166.36
50%
104.55
95.42
179.15
70%
134.51
99.95
192.07
90%
186.91
116.61
203.49
95%
201.02
131.31
209.07
PUNTO FINAL
211.61
156.67
211.62
Fuente: JIMÉNEZ, IVAN, 2005
Figura N°5 Curva de destilación del Avigas a condiciones de diseño.
65
Curva ASTM D-86 Del Avigas a Datos de Diseño
Temperatura (°C)
175
150
125
100
75
50
25
0
OS
D
A
RV80 90 100
0
10
20
30
40
50
60 E
70
S
E
R
% Volume
n (ml)
S
O
H
C
E
R
E
D
FUENTE: JIMÉNEZ, IVAN, 2005
Figura N°6 Curva de destilación del Insectol a condiciones de diseño.
Temperatura (°C)
Curva ASTM D-86 Del Insectol a Datos de Diseño
230
210
190
170
150
130
110
90
70
50
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% Volume n (ml)
Fuente: JIMÉNEZ, IVAN, 2005
IV.2 EVALUACIÓN CASO DE OPERACIÓN ACTUAL.
Para este caso se tomó un promedio de las condiciones de operación más
importantes de la torre Fraccionadora de Alquilato (Ver tabla N°7), como son la
temperatura de carga a la torre, de tope y fondo, la presión de tope, flujo de reflujo y
66
calidad de la carga. Los resultados del simulador indican que las especificaciones de los
productos de tope y fondo no se cumplen. Para el Avigas se observa que él % de
volumen recuperado a 75°C está en los 20 ml (Ver Figura N°8) y el RVP en 6.58 Psi
(0.45 bar). Esta situación implica que se están proporcionando la cantidad de
componentes livianos (IC5) mínimos suficientes para cumplir las especificaciones de
calidad en cuanto a volumen recuperado y RVP. Por otra parte las especificaciones en el
OS
D
A
condición se debe a que actualmente solo se exige
RVel cumplimiento de las
E
S
Een el fondo de la torre se encuentra una
R
especificaciones para el Avigas, por S
tal razón
O
H
C
que
afecta el punto inicial de ebullición del Insectol y que de
cantidad de IC en exceso
E
DER
Insectol muestran un punto inicial de ebullición de 78.47°C (Ver tabla N°8). Esta
5
ser arrastrados hacia el tope de la torre mediante el aumento de temperatura en el
rehervidor se afectaría la especificación del RVP en el Avigas, tal como se ha
observado. Sin embargo se encontró que para las condiciones de carga actual en cuanto
a calidad, es posible aún mejorar las especificaciones de ambos productos haciendo
ajustes de temperatura de fondo en la torre en 173°C y manteniendo el reflujo en 150
T/D (Ver tabla N°9). En este caso se obtienen las especificaciones para el Avigas en
cuanto a % de Volumen Recuperado y RVP. Adicionalmente se mejora el punto inicial
de ebullición del Insectol.
Tabla N°7 Resultados a condiciones de operación actual de la Fraccionadora de
Alquilato.
Corriente
Nombre
Descripción
Fase
Carga a
la Torre
Tope
Avigas
Fondo
Insectol
Condiciones de Operación
Tope
Avigas
Fondo
Insectol
Resultados
de la
Simulación
Tope
Avigas
Fondo
Insectol
% Desviación
Vapor
Liquida
Liquida
Liquida
Liquida
Temperatura (°C)
165
129
157
123.6
157
4.36
0.00
Presión (bar) (g)
1.63
1.49
1.69
1.49
1.69
0.00
0.00
Reflujo (T/D)
150
150
0.00
67
RVP (Psi)/(bar)
4.33/0.29 6.5/0.44
% Volumen Recuperado a
75°C (ml)
Flujos (T/D)
6.58/0.45
1.21
20
41.74
14.11
351
270
81
188.6
162.3
OS
D
A
RV
Fuente: JIMÉNEZ, IVAN, 2005
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
Tabla N°8 Resultados de la curva ASTM D-86 del caso operación actual.
ALQUILATO
AVIGAS
INSECTOL
33.52
33.52
78.47
5%
58.36
37.93
105.84
10%
76.38
60.60
112.87
30%
97.33
84.20
122.39
50%
105.29
90.59
126.14
70%
118.87
98.75
132.94
90%
136.81
111.43
185.95
95%
184.37
119.85
204.93
PUNTO INICIAL
68
PUNTO FINAL
215.22
132.26
217.90
Fuente: JIMÉNEZ, IVAN, 2005
OS
D
A
RV
Figura N°7 Curva de destilación carga de diseño vs carga actual.
E
S
E
SR
O
H
200
C
E
R
DE
Carga Diseño Vs Carga Actual
Temperatura (°C)
250
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% Volumen (ml)
CARGA DISEÑO
CARGA ACTUAL
Fuente: JIMÉNEZ, IVAN 2005
De la figura N°7 se observa la diferencia que existe entre el punto inicial de
ebullición de la calidad de la carga actual y el punto de ebullición de la calidad de
diseño a la columna. Esto produce un exceso en cuanto al contenido de componentes
livianos IC5 alimentados a la columna que excede el RVP del Avigas en el intento de
obtener un mínimo volumen de recuperado a 75°C (12ml), o limita en las
especificaciones del Insectol en cuanto a la presencia de componente livianos en el
fondo de la columna produce en una disminución de punto inicial de ebullición del
producto de fondo, esto representa una de las desviaciones que no permite obtener
simultáneamente el cumplimiento de las especificaciones de los productos
Avigas/Insectol.
69
Figura N°8 Curva de destilación del Avigas de la tabla N°8.
Curva ASTM D-86 a Condiciones Promedios Reales
Temperatura (°C)
150
125
100
75
OS
D
A
RV
50
E
S
E
R
0
10 20 O
30S 40 50 60 70
H
C
E
% Volumen (ml)
R
DE
25
0
80
90
100
Fuente: JIMÉNEZ, IVAN, 2005
Figura N°9 Curva de destilación del Insectol de la tabla N°8.
Temperatura (°C)
Curva ASTM D-86 del INSECTOL a Condiciones Promedios Reales
230
210
190
170
150
130
110
90
70
50
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% Volumen (ml)
Fuente: JIMÉNEZ, IVAN, 2005
En la tabla Nº9 Para temperatura de fondo de 173°C, reflujo de 150 T/D y
manteniendo la calidad de alimentación en la carga, el punto inicial del insectol aumenta
a 109.82°C sin desmejorar la especificación del Avigas, sin embargo este ajuste no es
suficiente porque el mínimo punto inicial es 120°C.
Tabla N°9 Resultados del simulador a Temperatura de fondo: 173°C y Reflujo en 150 T/D.
Corriente
Nombre
Carga a la
Torre
Tope Avigas
Fondo Insectol
70
Descripción
Fase
Resultados de
la Simulación
Vapor
Liquida
Liquida
Temperatura (°C)
165
129.6
173
Presión (bar) (g)
1.63
E
S
E
SR
O
H
C
4.33/0.29
RVP (Psi)/(bar)
E
R
E
D
1.69
S
DO
A
V
R
Reflujo (T/D)
1.49
150
5.51/0.37
0.35/0.02
15
% Volumen Recuperado a 75°C (ml)
109.82
Punto Inicial Del Insectol (°C)
Flujos (T/D)
351
248.24
102.754
Peso Molecular
102.75
94.90
127.10
Fuente: JIMÉNEZ, IVAN, 2005
Figura N°10 Curva de destilación de Avigas Temperatura de fondo: 173°C y Reflujo: 150
T/D
71
Temperatura (°C)
Curva ASTM D-86 del Avigas a Temperatura de fondo:
173 °C y Reflujo de 150 T/D.
150
125
100
75
50
25
OS
D
A
RV
E60
S
50
E
S %RVolumen (ml)
O
H
C
E
R
DE
0
0
10
20
30
40
70
80
90
100
Fuente: JIMÉNEZ, IVAN, 2005
Para estas condiciones se observa que se mejora el punto inicial de Insectol sin
afectar la especificación del Avigas ver figura N°11. Sin embargo aun así se hace
insuficiente el ajuste, por lo que se aprecia un exceso de IC5 en la carga a la torre que
limita la posibilidad de obtener ambos productos en especificación, por lo que las
correcciones deben estar dirigidas hacia la torre Desbutanizadora, cuidando que la
corriente de NC4 hacia Isomerización no exceda el contenido de IC5 que afecte el
catalizador I12, de lo contrario esta deberá ser desviada hacia el sistema de gas
combustible de refinería (SGC). Por lo anterior se hace necesario estimar la mínima
carga de IC5 en la carga de BB que permita la obtención de Avigas/Insectol en
especificación, con lo cual se estimaría si seria necesario desviar la corriente de NC4
hacia el sistema de gas combustible de la refinería. En tal sentido en el diagrama
(Máxima carga de NC4 de ALQ 1 a Isomerización) ver apéndice N°5 se muestra para
unas condiciones especificas dadas, la máxima relación entre la carga de BB y % de IC5
sin afectar la especificación en contenido de IC5 en la carga a Isomerización.
72
Figura N°11 Curva de destilación de Insectol Temperatura de fondo: 173°C y Reflujo: 150 T/D.
Temperatura (°C)
250
Curva ASTM D-86 del Insectol a Temperatura de
Fondo: 173°C y Reflujo 150 T/D.
200
150
OS
D
A
RV
100
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
50
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% Volume n (ml)
Fuente: JIMÉNEZ, IVAN, 2005
IV.3 ELABORACIÓN DE GUIA OPERACIONAL
Para elaborar la guía operacional requerida para las columnas
fraccionadoras se tomo información en ambos modos a través del sistema de
información de plantas PI system estos datos tabulados en las tablas N°10, N°11,
N°12 y N°13 las composiciones de carga, condiciones de proceso y calidades de
productos promediado para cada modo operacional. Gran parte de esta
información fue utilizada en las simulaciones de la unidad.
73
TABLA Nº10 Caracterización de la carga para Alquilación 1 (Modo
Avigas/Insectol)
Kg/h
T/D
Composición
Propano
238
5.7
1,04%
Propeno
54
Componente
0,24%
S
DO
A
V
R
1.3
E154.3
S
E
SR
O
H
N-butano REC
3613
86.7
E
D
Isobutano
6429
27,87%
15,65%
Isobuteno
2633
63.2
11,42%
1-Buteno
3179
76.3
13,79%
2-Transbuteno
2729
65.5
11,84%
2-Cisbuteno
2117
50.8
9,18%
1.3-Butadieno
142
3.4
0,63%
Isopentano
1154
27.7
5,01%
N-pentano
46
1.1
0,20%
Hexanos totales
38
0.9
0,17%
Pentenos Totales
679
16.3
2,96%
Total, Kg/h (T/D)
23051
554
100,00%
Fuente: PI SYSTEM, 2005
74
TABLA Nº11 Caracterización de la carga para Alquilación 1 (Modo Alquilato)
Kg/h
T/D
Composición
Propano
183.3
4.4
0,80%
Propeno
45.8
Componente
0,20%
S
O
AD 27,45%
152 V
R
1.1
E
S
E
R
S
N-butano
3550
85.2
O
H
C
E
Isobuteno
2583.3
62
DER
15,38%
1-Buteno
3104.1
74.5
13,45%
2-Transbuteno
2995.8
71.9
12,99%
2-Cisbuteno
2137.5
51.3
9,26%
1.3-Butadieno
137.5
3.3
0,61%
Isopentano
1204.1
28.9
5,23%
N-pentano
45.8
1.1
0,21%
Hexanos totales
87.5
2.1
0,39%
Pentenos Totales
645.8
15.5
2,80%
Total, Kg/h (T/D)
23053
554
100,00%
Isobutano
6333.3
11,20%
Fuente: PI SYSTEM, 2005
9 De la tabla N°10 y N°11 se obtiene que realmente no se le ha prestado atención
a la calidad de la carga en ambos modos; se estableció en el pasado que en modo
Avigas, es conveniente operar con un punto final de (+ 5°C) en la carga de BB,
y en modo alquilato el punto final en (+ 0°C). Esto se debe reflejar en el
contenido de IC5 que debería ser mayor en el modo Avigas, cosa que no ocurre.
Esto representa la primera desviación.
75
TABLA Nº12 Especificación de productos de alquilación 1.
Destilación ASTM D-86
ALQUILATO F.R.
AVIGAS
INSECTOL
P.I.
38
31 (40 mínimo)
112 (120 mínimo)
P.F.
216 (225 máx)
117 (128 máximo)
OS
D
A
RV
264 (270 máximo)
E (5.50.37 – 7/0.48)
S
E
(6.58/0.45)
SR
O
H
CFuente: PI SYSTEM, 2005
E
R
DE
14 (12% mínimo)
Recuperado @ 75°C
R.V.P (Psi)/(bar)
(6.8/0.46) (6/0.41-9/0.62)
Color Saybolt >28
76
TABLA Nº13 Condiciones de Operación de Las Columnas Fraccionadoras de ALQ 1.
Insectol
Variables
Alquilato F.R.
Avigas
Fondo Desisobutanizadora (°C)
(121 – 140)
(121 – 140)
(121 – 140)
T Tope Desbutanizadora (°C)
(64 – 70)
(64 – 70)
(64 – 70)
OS
(163D
– 168)
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C (°C)
E
T Fondo Fraccionadora de
Alquilato
No Opera
R
DE
T Fondo Desbutanizadora (°C)
(163 – 168)
T Tope Fraccionadora de Alquilato (°C)
No Opera
(163 168)
(129 – 133)
(129- 133)
(145 – 150)
(145 – 150)
Carga a Desbutanizadora (T/D)
(341 – 603.5)
(341 – 603.5)
(341 – 603.5)
Carga a Fraccionadora de Alquilato (T/D)
(207 – 460)
(207 – 460)
(207 – 460)
Reflujo a Desbutanizadora (T/D)
(100-169)
No Opera
No Opera
(62 – 150)
(62 – 150)
Reflujo a Fraccionadora de
Alquilato (T/D)
No Opera
Flujo Vapor a Desisobutanizadora
(T/D)
(58 – 425)
(58 – 425)
(58 – 425)
Flujo Vapor a Desbutanizadora
(T/D)
(52 – 116)
No Opera
No Opera
Flujo Vapor Fraccionadora de
Alquilato (T/D)
No Opera
(46 – 113)
(46 – 113)
Presión Desisobutanizadora (bar)
(g)
(7.79 – 8.69)
(7.79 - 8.69)
(7.79 - 8.69)
Presión Desbutanizadora (bar) (g)
(6.39 – 6.99)
No Opera
No Opera
No Opera
(1.39 - 1.59)
(1.39 - 1.59)
Presión Fraccionadora de Alquilato
(bar) (g)
Fuente: PI SYSTEM, 2005
Las variaciones de las condiciones de operación tablas N°13 son consecuencia de los ajustes
realizados por los supervisores de control para lograr las especificaciones de los productos tabla
N°12, esto como consecuencia de las variaciones en la calidad de la carga.
77
CONCLUSIONES
9 Se encontró que para las condiciones de diseño las simulaciones indican que
es posible obtener las especificaciones de los productos Avigas/Insectol. En
tal sentido se validó la simulación en el trabajo realizado por la consultora
TECNOCONSULT en el año 1997.
OS
D
A
RV
E
S
E
OSestaRúltima dependiente de la temperatura de
H
Fraccionadora de C
Alquilato,
E
R
E
fondoD
de la torre desbutanizadora, lo cual obliga a modificar el perfil de
9 Las condiciones de diseño varían respecto a las actuales básicamente en la
calidad de la carga (Figura N°7) y en la temperatura de carga a la torre
temperatura de la Fraccionadora de Alquilato.
9 La simulación para las condiciones reales considerando las desviaciones
anteriores muestra que es posible obtener la especificación de ambos, tal
como se muestra en las corridas simuladas en este trabajo.
9
Las desviaciones o limitaciones para lograr las especificaciones de ambos
productos están asociadas directamente a la especificación de livianos (IC5)
en la carga a la torre fraccionadora de alquilato, un alto contenido de este
componente es deseable para la especificación del volumen recuperado,
pero también ocasiona el aumento del RVP del Avigas debido a su alto valor
25 Psi. Sin embargo con este componente es más fácil lograr ambas
especificaciones en el Avigas. En tal sentido debe asegurarse la mínima
cantidad necesaria de este componente
en
la carga
de BB
a
ALQUILACIÓN 1 cuando se opera bajo este modo.
78
RECOMENDACIONES
Con el fin de mejorar el seguimiento de fraccionamiento de alquilato y de
optimizar las corridas, reflejado en la disminución del tiempo de estas, se realizan
estas recomendaciones.
OS
D
A
RV
9 Cuando la planta opera de modo Avigas/Insectol el contenido máximo de
E
S
E
SR
Odebe
H
planta (I ). En talC
sentido
evaluarse el % IC mínimo en la carga de
E
ER lograr la especificación de Avigas/Insectol y verificar si este
BB que
Dpermita
pesados (IC5) permitido a la carga de la unidad de Isomerización debe estar
en el orden de 3% P/P, con la finalidad de proteger el catalizador de la
12
5
en función del flujo de tope de la torre desbutanizadora, superaría en 3%
P/P en carga combinada de IC5 en NC4 a Isomerización. En este caso la
recomendación seria ir al Sistema de Gas Combustible de la Refinería
(SGC) con NC4.
9 Rehabilitar el analizador de RVP del Avigas, actualmente fuera de servicio,
con el cual se garantiza la calidad del producto y se limita la dependencia de
los resultados de laboratorio una muestra durante 8 horas.
9 Colocar en funcionamiento la estrategia de control multivariable diseñada
para garantizar la calidad del Avigas/Insectol de manera que permita la
estabilidad operacional de la torre desbutanizadora y la fraccionadora de
alquilato. Esto debe ser prioridad en el diseño de nuevas estrategias a partir
del año 2006, a propósito de la ejecución del proyecto Matric en la Refinería
Cardón.
9 Para las condiciones reales y con base en los resultados de la simulación
correspondiente, se implanto la guía operacional proporcionada en este
trabajo, la cual contiene las condiciones óptimas de proceso bajo las cuales
se asegura el cumplimiento de las especificaciones del Avigas/Insectol.
79
9 Con el fin de mejorar el seguimiento a la calidad de carga de ALQ 1, es
recomendable mantener la confiabilidad en la indicación del analizador de
IC5 en el BB en catalítica y llevar esta señal hasta el sistema de control
distribuido (TDC3000) de ALQUILACIÓN 1.
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
80
BIBLIOGRAFIA
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Edición. 1999.
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O
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DE
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