Craqueo del Petróleo: Proceso y Maquinaria

CRAQUEO DEL
PETROLEO
ALUMNOS: Castillo Quinde Claudia Sofía
Gallo Concha Julio
Rumiche Pingo Luis
Saldarriaga Saavedra José
Suarez García Yaritza Jahaira
En el presente trabajo a desarrollar se realizará un proyecto de mucha
importancia que consiste en una refinería de petróleo: Destilación y
craqueo del petróleo; en el cual pondremos en práctica todos los
conocimientos adquiridos en nuestra carrera hasta el momento.
Aquí veremos su distribución de la planta de refinería de petróleo,
sus riesgos, distribución y selección del equipo o maquinarias,
operaciones, procesos entre otros aspectos de mucho interés.
El petróleo es un líquido inflamable, oleoso, de origen natural que se
compone principalmente de una mezcla de hidrocarburos, que varía
entre un 50 y un 98%, y diversos compuestos orgánicos que contienen
oxígeno, nitrógeno y azufre
El petróleo y el gas natural se encuentran en las cuencas sedimentarias
que ocupan amplias extensiones de la Tierra, aproximadamente la
mitad y una buena parte de la plataforma continental actualmente
sumergida bajo las aguas oceánicas.
CRACKING DEL PETRÓLEO
El cracking (ruptura), es la descomposición pirogénica (térmica) del petróleo, en el
cual se produce el rompimiento de hidrocarburos de alto peso molecular con
generación de otros más livianos. En esta forma se transforman los llamados aceites
pesados del petróleo (fuel oíl) en fracciones livianas que tiene mayor valor, tal como
la gasolina utilizada en los motores de combustión interna.
El rango de temperatura normal en el cracking es de 400 a
600°C, los hidrocarburos menos estables empiezan a
romperse a 300°C y sobre 400°C, se inicia un apreciable
desprendimiento de hidrogeno.
•
•
•
•
•
Naturaleza del petróleo
Temperatura
Presión
Tiempo del proceso
Catalizadores
• TÉRMICO
• se realiza mediante la aplicación
de calor y alta presión
• CATALÍTICO
• mediante la combinación de
calor y un catalizador.
CRACKING TÉRMICO
El cracking térmico es un antiguo y simple proceso. Se basa en la reducción de la
masa molar y del tamaño molecular por acción del calor. A temperatura en el rango
de 450-500°C, las moléculas de hidrocarburos se vuelven inestables y tienden a
romper sus enlaces para llegar a moléculas más pequeñas, en forma aleatoria.
PROCESO DE CRACKING TÉRMICO
El aceite se manda a una columna
separativa lo cual separa los
aceites pesados de los más
livianos. Luego se va a separar las
partes volátiles y así obtener un
combustible.
CRACKING CATALÍTICO
Es un proceso de conversión que se aplica a materias primas desde petróleo a gas de
petróleo pesado. Este craqueo sustituyo al térmico, se obtienen mayores
rendimientos en fracciones de nafta. Las fracciones obtenidas son de elevado índice
de octano
CARÁCTERÍSTICAS DEL CRACKING CATALÍTICO
1. Reduce el peso molecular medio y produce altos rendimientos de
los combustibles.
2. Los gases ligeros producidos por craqueo catalítico contienen más
olefinas que las producidas por el craqueo térmico.
3. El catalizador modifica, profundamente el mecanismo de ruptura de
los enlaces entre átomos de carbono y aumenta la velocidad de
transformación.
4. El catalizador reduce la severidad de las reacciones y elimina la
mayor parte de las reacciones y elimina la mayor parte de las
reacciones secundarias, productores de gas, coque y residuos
pesados.
PROCESO DE CRACKING DEL PETROLEO
El proceso de cracker se inicia en el
horno donde el crudo es calentado
hasta alcanzar la temperatura de
destilación (370°C)
Para luego pasar a la torre de Topping en donde empieza
el fraccionamiento, separando las cadenas de
hidrocarburos; cuando el petróleo entra a la torre
atmosférica (Topping) la temperatura hace que los
hidrocarburos más livianos se evaporen y asciendan,
mientras que los más pesados queden abajo
Al ascender los vapores se va enfriando y cuando entra
en contacto con las bandejas pasan de nuevo al estado
líquido, así cada uno de los componentes encuentra su
temperatura de condensación y es recolectado en dichas
bandejas.
Durante el proceso de cracking en la torre atmosférica se obtiene los siguientes elementos:
• El propano y el butano que son los gases más livianos y son
utilizados en las garrafas, salen de la torre se procesan y se
almacenan para su comercialización.
• Las naftas livianas y pesadas.
• EL kerosene Jet A1, que es el combustible utilizado por los
aviones.
• El gasoil liviano, que pasara por un proceso para eliminar el azufre
contenido.
• El gasoil pesado, que pasara por otras modificaciones para
mejorar su calidad antes de ser comercializado.
Finalmente, en la base de la torre atmosférica se
encuentran residuos sin destilar, los cuales pasan a la
unidad de vacío en donde se empieza una destilación sin
alterar la composición a presiones muy bajas, aquí las
sustancias se evaporan a una temperatura menor y no se
degradan
de
esta
manera
tenemos
nuevos
componentes.
 Gasoil liviano
 Gasoil pesado
Que
son
enviados
a
un
tratamiento
para
su
comercialización posterior, además de un residuo pesado
y muy viscoso.
El proceso continua para hacer más derivados, estos residuos están formados por
cadenas de hidrocarburo largas y pesadas que deben ser rotas en partes más
pequeñas para ser usadas, aquí entra en función la unidad de craqueo térmico o
coke.
En este equipo el producto se calienta a 500°C, y pasa a las cámaras de reacción.
Los componentes pesados se rompen y forman componentes más livianos. Por la
parte superior de las cámaras salen los gases que son enviadas a la torre
fraccionadora donde vuelven a separarse por destilación obteniendo
 Otros gases
 Nafta
 Gasoil liviano
 Gasoil pesado
La otra parte junto con la nafta que vienen del TOPPING Y DEL
COQUE, van a la unidad de hidrotratamiento (proviene del Topping y
coque), donde entran en contacto con hidrogeno, y las reacciones
químicas suprimen los metales, azufre, oxígeno y nitrógeno.
Se eliminan no solo porque bajan la calidad de la nafta, sino que son
contaminantes del medio ambiente.
Ahora sin estos elementos, la nafta será mejorada y se incrementará su
calidad, modificando las cadenas de moléculas, una vez realizado este
reajuste están listas para incorporarse a la mezcla final y formular
nafta de la más alta calidad, con el mayor octanaje como infinia.
De esta manera se llega al final del proceso de refinería de petróleo,
ahora conocemos como y de donde proceden los combustibles y
derivados que utilizamos a diario.
CARACTERÍSTICAS Y DIMENSIONES DE MAQUINARÍA EN
EL PROCESO DEL CRACKING DEL PETROLEO
Se encuentra antes de ingresar a la torre de destilación donde el
crudo llega a alcanzar una temperatura de 370°C, sus
dimensiones aproximadas son 18m de altura, 10 m de ancho y 10
m de espesor y presenta las siguientes características.
CARACTERISTICAS
TIPICAS DEL
HORNO
TIPO
HORNO CILINDRICO VERTICAL
Duty de diseño
10.6 MM BTU/hr ( sin zona convectiva)
Velocidad másica
192lb/sec/ft2
Numero de tubos
40
Diámetro y long de tubos
4 ½ “O.D.,24 ft. Long
Material de los tubos
Aleación 5 cr-1/2 Mo (1)
Cambios de Flujo en
H-Bends y L-Bends
Accesorios de hornos
2 termocupplas K para piel de tubos del horno F-1 (2 tubos)
Serpentin sobrecalentador de vapor de dos etapas ( 2 anillos)
Número y tipo de quemadores
4 quemadores National Air Oil Burner. Modelo CP20, de llama vertical
Agente atomizante
Vapor saturado de 100 psig
Material refractario
Refractorio castable, 5” espesor
Pilotos
4 Pilotos de gas, uno para cada quemador
Dámper
Un damper instalado en la salida de gases de la chimenea
Soplado de hollín
Un tubo soplador de hollín, usa vapor de 200 psig. Para limpieza de tubos de la
zona convectiva
CONDICIONES DE OPERACIÓN TIPICA:
RANGOS
Temperatura de entrada zona convectiva:
460-490°F
Temperatura de salida zona convectiva:
525-550°F
Temperatura de salida de zona radiante:
610-650°F
Temperatura de piel de tubos zona radiante:
1250°F
Temperatura de salida de gases de chimenea:
950°F
Presión de entrada crudo:
Presión de salida crudo a C-1:
180 psig
70 psig
COLUMNA DE DESTILACION ATMOSFÉRICA
Aquí es donde se separan las fracciones de hidrocarburos
con puntos de ebullición similar y del petróleo que es la
materia prima se obtienen subproductos; la columna de
destilación presenta las siguientes características:
CARACTERISTICAS DATA
DIMENSIONES
Altura total
25
Metros
Diámetro interno
60
Pulgadas
Espesor nominal
5/16 en zona rectificación
Pulgadas
3/8 en zona stripping
CARACTERISTICAS
PRINCIPALES DE LA
COLUMNA DE
DESTILACION
N° Platos
27 en zona rectificada
Posición
5 en zona de stripping ( fondos)
Presión de diseño
50
Libras/plg2
Temp. De Diseño
625°F
Grados Fahrenheit
N° de copas
86
copas/plato
en
zona
rectificación
13
copas/plato
en
zona
de
stripping (fondos)
Tipos de copas
Copas de burbujeo de 4” O.D
Pulg
HORNO PARA LA COLUMNA DEL VACÍO
Es el crudo reducido, ingresa al horno para incrementar
su temperatura des de los 520ºF hasta 660-700 ºF en
función de tipo de la corrida (producción).
Dentro del horno existen dos tipos de serpientes de
sobrecalentamiento del vapor, uno para el vapor
sobrecalentando que se usa en el eyector de vacío, y otro
para el vapor despojante que es usado en la UDV y
presenta las siguientes características:
CARACTERISTICAS
PRINCIPALES DEL
HORNO DE VACIO
TIPO
HORNO CILINDRICO VERTICAL
Duty de diseño
11.2 MM BTU/hr (sin zona convectiva)
Número de tubos
40
Diámetro, long de tubos
4
Material de los tubos
Aleación 5 Cr – ½ Mo (1)
Cambios de flujo en
H-Bends y L-Bends
Accesorio de hornos
2 termocuplas K para piel de tubos del horno F-1
½
O.D., 24 ft. Long.
(2 tubos)
1 serpentín sobrecalentador de vapor al eyector
1 serpentín sobrecalentador de vapor despojante
Número,
tipo
de
4 National Air Oíl Burner. Modelo CP20, llama
quemador
vertical
Agente atomizante
Vapor saturado de 100 psig
Mat.
Refractorio castable, 5” espesor
cilindro
Refractorio
CONDICIONES DE OPERACIONES TÍPICAS:
 Temperatura
de
Entrada:
510-545
ºF
Presión de Entrada: 46 Psig
 Temperatura
de
Salida:
600
a
Presión de Salida: 16 Psig
 Temperatura de piel de los tubos: 1250 ºF
720
ºF
UNIDAD DE DESTILACION AL VACIO (torre de vacío)
A partir del residuo obtenido en la destilación atmosférica pueden
recuperarse
destilados
pesados
adicionales
mediante
su
destilación a presión reducida. Las unidades de Vacío, están
diseñadas para operar en condiciones termodinámicas adecuadas
para destilar las fracciones pesadas del crudo, sin que se produzca
la descomposición térmica de los mismos.
El objetivo principal de las columnas de destilación a vacío, es de
maximizar la recuperación de destilados minimizando consumos
energéticos.
PARÁMETROS
DIMENSIONES y/o DATAS
Altura total neta, pies
62 pies recipiente, 71 11” total hasta el piso
Diámetro interno, pulg
5 pies
Espesor nominal, pulg
½ pulgadas , 7/6 pulg, 5/8 pulg, en zona rectificación
½ pulgada en zona stripping
7/16 pulg en casquetes de tope y fond
CARACTERISTICAS
PRINCIPALES DE
LA COLUMNA DE
VACIO
N° platos
15 platos en zona de rectificación
5 platos en zona de stripping ( fondos)
Presión de diseño, Puig
60 psig
Temperatura de diseño
775°F
Material de construcción
Acero ASTM A-285 C
Capacidad del recipiente
1160 pies cúbicos
N° de copas
86 copas/ plato en zona rectificación, 2 espaciado entre
platos; 17 copas/plato en zona stripping
Tipos de copas
Copas de burbujeo de 4” O.D.
Protegido por
Válv. Seguridad PSV-1902, seteado a 60 psig
RODUCTOS - UNIDAD DESTILACIÓN VACÍO
 Gases incondensables de TOPE
 Nafta de Vacío
 Gasóleo Ligero
 Gasóleo Pesado
 Residuo de Vacío
 Asfalto Solidos
 Base Asfálticas
UNIDAD DE CRAQUEO TERMICO (cámara de reacción):
Aquí el producto se calienta a una temperatura de 500°C y pasa a las cámaras de
reacción para la conversión de elementos pesados en naftas de mayor valor
agregado y productos de bajo peso molecular. La simple destilación del petróleo no
produce todos los productos que el mercado necesita; normalmente se obtiene
mayor cantidad de productos pesados y menor cantidad de livianos que los
necesarios, por lo que el objetivo principal del craqueo es transformar esos
elementos pesados.
Se inicia la operación de carga con un petróleo reducido al 50%. La carga llega a un
horno tubular donde la temperatura alcanza a 480°C y de allí pasa a la cámara de
reacción, en la que se trabaja a 20 atmósferas y donde el craqueo se produce en
función del tiempo.
CARACTERISTICAS
DE LA CÁMARA
DE REACCIÓN
PARÁMETROS
DIMENSIONES y/o DATAS
Diámetro
10 metros
Longitud
40 metros
Pesos en vacío
400t
Pesos en operación
3500t
FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS QUE SE UTILIZAN
EN EL CRACKEO
DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA
La destilación atmosférica de crudo es la primera etapa importante en una
refinería.
Su función es para separar el crudo de petróleo en fracciones de acuerdo con su
punto de ebullición.
tabla con los intervalos característicos de ebullición de las fracciones de crudo de
petróleo.
Intervalos de ebullición
En la siguiente figura podemos ver un diagrama de flujo de la torre de destilación atmosférica de crudo
en la que están marcadas las diferentes partes de la operación de la torre con recuadros de diferente
color y numeradas.
1.-El crudo se bombea desde el almacenamiento y es precalentado en un tren de
cambiadores por intercambio con las corrientes de destilado salientes de la unidad.
2.-A una temperatura entre 100 y 150ºC se inyecta agua y emulsiona el crudo
tratándose en un desalador deshidratador.
3.-El crudo desalado se envía a un depósito de espera donde se separan una parte del
agua no separada en la operación de desalado y una parte de los ligeros contenidos
en el crudo enviándose esta corriente a la zona de expansión de la destilación (Flash)
sin ser precalentada .
4.-Una bomba aspira el crudo y lo envía al horno tras pasar por el resto de
intercambiadores donde enfría las corrientes que abandonan la destilación.
Destilación del vacío
La destilación del vacío se utiliza cuando la temperatura del punto de ebullición
del compuesto a destilar es superior a la temperatura de descomposición
química del producto.
Aquí la destilación en vacío es la operación complementaria de destilación del
crudo procesado en la unidad de destilación atmosférica, que no se vaporiza y
sale por la parte inferior de la columna de destilación atmosférica.
GAS OIL
LIGERO DE
VACIO
En la unidad de vacío
se obtienen tres tipos
de productos:
RESIDUO
DE VACIO
GAS OIL
PESADO
DE VACIO
Los diseños internos de algunas torres de vacío se
diferencian de los de las torres atmosféricas que en lugar
de platos se utiliza relleno al azar y pastillas separadoras
de partículas aéreas.
Los residuos de las torres de vacío pueden enviarse a un
coquificador:
Una torre de
vacío
ordinaria de
primera fase
produce
gasóleos
Una torre de
segunda fase,
que trabaja
con un nivel
menor de
vacío
Utilizarse
como
material para
lubricantes o
asfalto.
Las principales ventajas en cuanto a lo ambiental de la
destilación al vacío son:
La utilización de
equipos de
destilación al vacío
es utilizada
actualmente en la
industria
primordialmente
del petróleo por sus
mejoras
ambientales.
La destilación al
vacío se utiliza
cuando el líquido
tiene un punto de
ebullición
excesivamente alto
o descompone a
alta temperatura,
para reducir el
consumo energético
Destilación Primaria:
Procesamiento antes de la Destilación:
Antes de que el crudo sea destilado de acuerdo a sus diferentes fracciones adecuadas a la
utilización que se le asignara, no puede ser destilado sin pasar primero por una operación de
desalado (lavado con agua + sosa), que permite extraer las sales del crudo con el fin de reducir
la corrosión acida y minimizar el ensuciamiento de los depósitos.
Su funcionamiento
El crudo se calienta a 350°C y se envía a una torre de fraccionamiento, metálica y de
50 metros de altura, en cuyo interior hay numerosos "platos de burbujeo". Un plato de
burbujeo es una chapa perforada, montada horizontalmente, habiendo en cada orificio
un pequeño tubo con capuchón. De tal modo, los gases calientes que ascienden por
dentro de la torre atraviesan el líquido más frío retenido por los platos. Tan pronto
dicho líquido desborda un plato, cae al inmediato interior. La temperatura dentro de la
torre de fraccionamiento queda progresivamente graduada desde 350°C en su base,
hasta menos de 100°C en su cabeza. Como funciona continuamente, se prosigue la
entrada de crudo caliente mientras que, de platos ubicados a convenientes alturas, se
extraer diversas fracciones. Estas fracciones reciben nombres genéricos y responden a
características bien definidas, pero su proporción relativa depende de la calidad del
crudo destilado, de las dimensiones de la torre de fraccionamiento y de otros detalles
técnicos.
Qué productos que resultan:
 Gasolinas: De éstas se conoce un punto de obtención cercano a los
30°C de destilado. La gasolina es una mezcla de cientos de
hidrocarbonos individuales desde C4 (butanos y butenos) hasta
C11.
 Naftas: Estas fracciones son muy livianas (0,75 g/ml) y de baja
temperatura de destilación: menor a 175°C. Están compuestas por
hidrocarburos de 5 a 12 átomos de carbono.
 Kerosenos: Los kerosenes se destilan entre 175°C y 275°C, siendo
de densidad mediana (0,8 g/ml). Sus componentes son
hidrocarburos de 12 a 18 átomos de carbono.
HORNO PARA LA COLUMNA DEL VACIO
La destilación al vacío también puede denominarse
"destilación a baja temperatura". Al destilar el petróleo
crudo, es importante no someter el petróleo crudo a
temperaturas superiores a 370 a 380°C debido a que los
componentes de alto peso molecular en el petróleo
crudo sufrirán un craqueo térmico y formarán coque de
petróleo a temperaturas superiores a esa. La formación
de coque resultaría en taponar los tubos en el horno que
calienta la corriente de alimentación a la columna de
destilación de petróleo crudo.
Las columnas de destilación, pueden tener diámetros de 15 metros o más,
alturas de hasta unos 50 metros y velocidades de alimentación de hasta
unos 25.400 metros cúbicos por día (160.000 barriles por día). Los
elementos internos de la columna de destilación al vacío deben
proporcionar un buen contacto vapor-líquido y, al mismo tiempo, mantener
un aumento de muy baja presión desde la parte superior de la columna
hasta la parte inferior. Por lo tanto, la columna de vacío utiliza platos de
destilación solo cuando se extraen productos del lado de la columna.
TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE PETROLEO: La
función de los terminales de los tanques son
instalaciones
en
la
que
pueden
almacenarse
y
manipularse productos derivados del petróleo, producto
químico, gases u otros productos líquidos
Materiales utilizados en el almacenamiento de petróleo:
Los tanques están hechos de diferentes materiales. Los
más comunes son los de acero, hormigón combinado con
El petróleo se suele almacenar en tanques
cilíndricos verticales de acero.
plástico, plástico reforzado con fibra de vidrio, nailon o
polietileno
Aparte de los materiales y la forma, los tanques también varían en diseño y
equipamiento. Los tipos más comunes son los tanques de techo fijo con y sin
techo flotante interno, los tanques de techo flotante externo, los tanques
tipo copa y los tanques criogénicos.
Cracking térmico:
Su funcionamiento es la transformación de HC que pone
en juego la temperatura como agente de activación.
También es un proceso destructivo mediante el cual las
grandes moléculas son descompuestas térmicamente en
otras más pequeñas de menor punto de ebullición. El
interés de este proceso reside en el hecho de que las
moléculas de menor peso molecular que se obtienen son
de alto valor económico y no se encuentran en el
petróleo.
Horno de Cracking:
Su funcionamiento es permitir la obtención de
temperaturas elevadas en un tiempo muy corto. En la
sección de radiación los tubos están colocados en unos
planos verticales y expuestos al calor suministrado por
numerosos quemadores dispuestos en las caras laterales.
Los mismos brindan una llama plana que permite una
calefacción muy regular.
Cracking catalítico: Las reacciones producidas son mucho
más rápidas y selectivas que las de craqueo térmico.
Los procesos se desarrollan en forma continua, mediante
una
circulación de catalizador
que se contacta
íntimamente con la carga. Posteriormente el catalizador
se regenera por medio de la combustión del carbón
producido, lo que produce la energía que requiere el
sistema para funcionar.
Las Unidades de FCC:
Son las productoras de naftas por
excelencia, en calidad y cantidad.
Producen menor cantidad de gas residual
que el Cracking Térmico.
Producen alta calidad de propano y
propileno, butilenos, isobutanos y
butanos. Estas corrientes son la materia
prima para los procesos Petroquímicos.
ESQUEMA GENERAL DE FUNCIONAMIENO
DE UN CRACKING CATALITICO O REACTOR
FCC
PRINCIPIOS DE LAS MAQUINARIAS EN EL PROCESO
DE CRACKING
Unidades de Destilación Atmosféricas
En las unidades de destilación atmosférica, el objetivo es
obtener
combustibles
terminados
y
cortes
de
hidrocarburos que serán procesados en otras unidades,
para convertirlos en combustibles más valiosos.
Torre de vacío (columna):
En las unidades de Vacío, solo se produce cortes
intermedios que son carga de unidades de conversión, las
cuales son transformadas en productos de mayor valor y
de fácil comercialización.
Tanques de Almacenaje
El tratamiento en tanque, consiste en decantar el agua libre que
tenga el crudo por gravedad. Por tal motivo la temperatura del
tanque es muy importante en esta etapa, ya que la propiedad física
que la gobierna es la viscosidad. Evidentemente a mayor
temperatura menor viscosidad, y por lo tanto se mejora la velocidad
de migración o decantación del agua, pero se debe tener mucha
precaución de no superar aquella temperatura que provoque
corrientes convectivas, que perjudican directamente la decantación.
CONCLUSIONES
 A partir de la destilación simple o cracking se obtienen subproductos
del petróleo que son de mucha utilidad en la vida diaria del ser
humano.
 El cracking de destilados livianos mejora el 2ctano” de gasolina ya que
hidrocarburos de cadena recta se transforman en otros isómeros con
cadenas laterales.
 El cracking produce naftas de muy alta calidad.
 El cracking y la reforma hacen que la refinería pueda responder a los
cambios que se producen en la demanda.
Recuerde:
la seguridad es lo
primero.
(Escriba encima su propio lema)