destilacion petroleo.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFacultad de Ingeniería Química

INTRODUCCIÓN

Las columnas de crudo son las unidades de mayor tamaño en la refinaría. Se utilizan

para separar el crudo de petróleo en fracciones de acuerdo con su punto de ebullición,

por lo que cada una de las siguientes unidades de proceso tendrá materias primas que

satisfagan sus especificaciones particulares. Se consiguen las mayores eficacias y los

costes mas bajos si la separación del crudo de petróleo tiene lugar en dos etapas:

primero fraccionando la totalidad del crudo de petróleo esencialmente a la a presión

atmosférica; luego, alimentando la fracción de los residuos de punto de ebullición mas

alto (crudo de cabeza) de la columna a presión atmosférica a un segundo fraccionador

operando a alto vacío.

Las unidades de vacío se emplean para separar la porción más pesada del crudo de

petróleo en fracciones ya que las altas temperturas necesarias para vaporizar el crudo

de cabeza a presion atmosférica darían lugar al craqueo térmico, con la consiguiente

pérdida por gas seco, decoloración del producto y ensuciamiento del equipo debido a

la formación de coque.

1 INGENIERIA ECONOMICA Y FINANCIERA - DESTILACION AL VACIO DEL PETROLEO


I. OBJETIVO

El objetivo de la destilación del petróleo es extraer los hidrocarburos presentes

naturalmente en el crudo, sin afectar la estructura molecular de los componentes.

II. PETRÓLEO

Es una mezcla homogénea de compuestos orgánicos, principalmente hidrocarburos

insolubles en agua. Es de origen fósil, fruto de la transformación de materia orgánica

procedente de zooplancton y algas que, depositados en grandes cantidades en fondos

anóxicos de mares o zonas lacustres del pasado geológico, fueron posteriormente

enterrados bajo pesadas capas de sedimentos.

En condiciones normales es un líquido bituminoso que puede presentar gran variación

en diversos parámetros como color y viscosidad (desde amarillentos y poco viscosos

como la gasolina hasta líquidos negros tan viscosos que apenas fluyen), densidad

(entre 0,75 g/ml y 0,95 g/ml), capacidad calorífica, etc. Estas variaciones se deben a la

diversidad de concentraciones de los hidrocarburos que componen la mezcla.

III. COMPOSICIÓN DEL PETRÓLEO

El petróleo está formado principalmente por hidrocarburos. Los hidrocarburos

presentes en el crudo de petróleo se clasifican en tres tipos generales: parafinitas,

naftenos y aromáticos. Además hay un cuarto tipo, olefinas, que se forma durante el

proceso de deshidrogenación de parafinas y naftenos..

a. Parafinas


DESTILACION AL VACIO DEL PETROLEO


La serie parafinita de los hidrocarburos se caracteriza por la regla d e que los

átomos de carbono e hallan unidos mediante enlaces sencillos y los otros están

saturados con átomos de hidrogeno. La formula general para lo parafinas es

CnH2n+2.

La parafina mas simple es el metano seguido por la series homologas de etano,

propano, butano normal e iso, pentano normal, iso y neo, etc. Cuando el numero

de atomos en la molécula es mayor que tre, puede exitir varioshidro carburos que

contengan el mismo numero de atomos de carbono e hidrogeno pero que tienen

estructuras difeentes. Esto es debido a que el carbono es capaz de formar no solo

cadenas sino tambien de formar cadenas ramificadas sencillas o dobles las culaes

conducen a isomeros que poseen propiedades significativamente distintas.

b. Olefinas

Las olefinas no existen de forma natural en el crudo de petróleo pero se forman

durante el procesado. Son muy similares en la estructura a la parafinas pero como

mínimo dos de los átomos de carbono están unidos por dobles enlaces. La formula

general es CnH2n. generalmente las olefinas son indeseables en los productos

acabados debido a que los dobles enlaces son reactivos y los compuestos se

oxidan y polimerizan mas fácilmente.

Durante el procesado también se forman algunas diolefinas (conteniendo dos

dobles enlaces), pero reaccionan muy rápidamente con las olefinas par formar

polímeros de peso molecular muy alto, consistentes en muchas moléculas sencillas

no saturadas unidas conjuntamente.

c. Naftenos



Se denominan naftenos a los hidrocarburos cicloparafínicos en lo que todos los

enlaces disponibles de los átomos de carbono están saturados con hidrogeno. Hay

muchos tipos de naftenos presentes en el crudo de petróleo pero, excepto para los

compuestos de peso molecular mas bajo, no se tratan generalmente como

compuestos individuales. Se clasifican de acuerdo con su intervalo de ebullición y

sus propiedades se determinan con la ayuda de los factores de correlación tales

como el factor Kw o el IC.

d. Aromáticos

La serie aromática de hidrocarburos es química y físicamente muy diferente de las

parafinas y naftenos. Los hidrocarburos somáticos contienen un anillo bencénico el

cual no este saturado pero es muy estable comportándose frecuentemente como

un compuesto saturado.

IV. CRUDO REDUCIDO

Es el residuo atmosférico o crudo reducido procedente del fondo de la columna de

destilación atmosférica, se bombea a la unidad de destilación a vacío, se calienta

generalmente en un horno a una temperatura inferior a los 400 °C, similar a la

temperatura que se alcanza en la fase de destilación atmosférica, y se introduce en la

columna de destilación. Esta columna trabaja a vacío, con una presión absoluta de

unos 20 mm de Hg, por lo que se vuelve a producir una vaporización de productos por

efecto de la disminución de la presión, pudiendo extraerle más productos ligeros sin

descomponer su estructura molecular.

V. DESTILACIÓN AL VACIO

Gran parte del crudo procesado en los Topping no se vaporiza, ya que para lograrlo

sería necesario elevar la temperatura de trabajo por sobre el umbral de

descomposición térmica. Por tal motivo este residuo atmosférico, denominado crudo

reducido.



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. Para lograrlo se baja la presión de trabajo

hasta alcanzar presiones absolutas de 20 mm Hg en la zona de carga de la columna de

destilación. El Vacío es obtenido con eyectores de vapor

La destilación al vacío consiste en generar un vacío parcial dentro del sistema de

destilación para destilar sustancias por debajo de su punto de ebullición normal.

VI. VARIABLES DE PROCESO

Los paramentos termodinámicos que gobiernan la destilación son la temperatura y

presión del sistema, por tal motivo consideramos como variables del proceso todas

aquellas que puedan afectar el equilibrio entre las fases vapor-liquido.

Temperatura de transferencia

Esta es la máxima temperatura a la que se eleva el crudo para vaporizarlo, el

rendimiento en destilados depende de esta variable.

Presión de trabajo.

Es la presión a la cual se produce la operación. Si bien afecta directamente el

equilibrio liquido-vapor, generalmente se trabaja a la menor presión posible, y por

ende no se varia frecuentemente.

Temperatura de cabeza.

Es la temperatura en la zona superior de la columna fraccionadora, se controla

con el reflujo de cabeza, este reflujo es la fuente fría que genera la corriente de

líquidos que se contactan con los vapores, produciéndose los equilibrios liquido-

vapor.

Temperatura del corte.

Es la temperatura a la cual se realiza la extracción lateral de un combustible. Esta

temperatura es controlada con el reflujo de cabeza y reflujos circulantes. Estos

últimos tienen un efecto semejante que el reflujo de cabeza y además precalientan

el crudo, recuperando energía.

Inyección de vapor.



El vapor o (incondensables ) en las fraccionadoras disminuye la presión parcial de

los hidrocarburos, estableciendo nuevos equilibrios vapor-liquidos, favoreciendo la

vaporización de los componentes más volátiles. Esto se aplica en la columna

fraccionadora principal como en los strippers de los cortes laterales.

VII. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE DESTILACIÓN AL VACIO

En esta unidad, la energía necesaria para vaporizar el crudo reducido es suministrada

totalmente en hornos, diseñados para minimizar la perdida de carga (perdidas de

presión) de modo de operar con la menor presión posible en los puntos donde se inicia

la vaporización. La carga parcialmente vaporizada es enviada a la

zona flash de la columna de destilación, donde se produce una

corriente ascendente de vapores y otra descendente de líquidos.

En estas columnas el principio de operación es la condensación de

los vapores

La torre tiene características particulares, que la diferencian de las

fracionadoras atmosféricas. Los dispositivos o elementos

mecánicos para producir el contacto liquido vapor, son rellenos

especiales (flexi rings, ubicados en lechos ordenados) que permiten incrementar la

superficie de interface, favoreciendo la transferencia de masa.

El diámetro de la columna es diferente en zona de condensación, respecto de la zona

superior o inferior de la misma.

La zona de condensación o fraccionamiento tiene el mayor diámetro ya que las

pérdidas de carga deben ser despreciables para mantener el Vacío homogéneo en la

totalidad de la torre. La zona de cabeza es de diámetro menor ya que el caudal de

vapores en esta zona es muy bajo debido a que los productos solo son obtenidos

lateralmente y no por cabeza. El fondo de la columna tiene el menor diámetro, ya que

se debe minimizar el tiempo de residencia del asfalto para evitar la descomposición

térmica y formación de carbón en la torre.

El primer corte lateral producido es el Gas Oíl Liviano de Vacío, el cual es carga de la

unidad de Isomax o FCC. Debido a las características del proceso Isomax

(Hidrocracking) las especificaciones de los productos son muy importantes, ya que se

afecta fuertemente la performance de esa unidad si se daña el catalizador.



El segundo corte lateral es el Gas Oíl Pesado de Vacío, este producto intercambia calor

con el crudo de la unidad de Topping y es la carga por excelencia de las unidades de

Cracking Catalítico Fluido. Como parametro de calidad fundamental, al corte se le

controla el contenido de Carbón Conradson, (< 0.5 %). Este parámetro afecta

directamente el balance de carbón y por ende el balance de calor de esas unidades, lo

que modifica la performance de las mismas.

VIII. PRODUCTOS DE LA DESTILACIÓN AL VACIO DEL PETRÓLEO

En las unidades de Vacío, solo se obtienen cargas para unidades de conversión.

Gas oíl liviano de Vacío

Se envía como carga a lsomax, donde se obtiene gas oíl, JP, naftas carga de

Hidrotratamiento de naftas e isomerizacion y propano-butano.

Gas oíl pesado de Vacío

Se envía a las unidades de Crakíng Catalítico Fluido, donde se obtienen nafta de

alto RON, propano carga petroquímica o despacho, butano carga a MTBE-

alquilacion, gases combustibles, diesel oíl carga a Hidrotratamiento de Diesel que

lo convierte en gas oíl.

Asfalto

Se envía a las unidades de crakeo térmico, donde se convierte en naftas carga de

Hidrotratamiento de naftas, diesel oíl carga de Hidrotratamiento de Diesel, gas oíl

pesado de coke que es carga de las unidades de Crakíng Catalítico Fluido, carbón

propano-butano y gases combustibles.



IX. DIAGRAMA DE FLUJO PFD

INICIO: 31200 BPD % CAPACIDAD CAPACIDADGASES 10% 3120

GAS LIVIANO 25% 7800GAS PESADO 56% 17472

ACEITE LUBRICANTE 3% 936ASFALTO 6% 1872



X. INVERSIÓN FIJA

a. COSTO DE MANO DE OBRA

EQUIPOS CANTIDAD OPERARIO/EQUIPO OPERARIOS/TURNO OPERARIO/DIA

HORNO 1 0.3 0.3 0.9

BOMBA 4 0 0 0

INTERCAMBIADOR 3 0.1 0.3 0.99 INGENIERIA ECONOMICA Y FINANCIERA - DESTILACION AL VACIO DEL

PETROLEO


DE CALORCOLUMNA 1 0.3 0.3 0.9

TOTAL 2.7

TOTAL=3operariosdia

TOTAL:

OPERARIOSdia

3

Adicional (Rotacion20%) 0.6

SUB TOTAL: 3.6 OPERARIOS

dia

TOTAL: 4 OPERARIOS

dia

SALARIO PROMEDIO MENSUAL $500/operario

REMUNERACION MENSUAL $2000/mes

NºREMUNERACIONES AL AÑO 14

REMUNERACIONES ANUAL TOTAL $28000/año

b. GRASSROOTS COST

Cuadro de especificaciones de los equipos de destilación al vacio del petróleo.

EQUIPO No. CAPACIDAD/TAMAÑO

MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN

PRESIÓN DE OPERACIÓN (barg)

P -1001Bomba

Potencia eje=6 KWCentrífuga

C S Descarga =7.09725



centrífuga

T-101Columna de destilación

V= 2114.1725m3

D=40pies≈12.192 m30Platos S S Recipiente =0.0333305

E-101Intercambiador

de cabeza flotante

A=170m2 C S Recipiente =0.0333305

H-102Horno

Diámetro = 2.5Longitud= 50 m

VerticalC S Columna =0.0333305

1) COLUMNA DE DESTILACION (T-101)

Especificaciones:

Presión: 25 mmHg

Diámetro: 40pies ≈ 12.192 m

# De platos = 30

H = 590pies ≈ 180 m

Temperatura = 730ºF

Recipiente: SS

Platos: SS

Log Cp=K1 + K2logV + K3(logV)2

P = 25mmHg

V = π(R)2Xh

V = 2114.1725 m3

1. De la tabla A.1 : K1= 3.4979

K2= 0.4485

K3 = 0.1074

Reemplazando:

Log Cp=3.4979 + 0.4485 log (2114.1725) + 0.1074 (log (2114.1725))2

Cp (2001) = 27747282.15



2. Como Cp0 (2011) =Cp

0 (2001 ) I (2011)I (2001 )

, I(2001) =394 , I(2011) = 628.8;

Reemplazando se obtiene:

C p0 (2011 )=¿44282972.12

FBM = B1 + B2FmFp

Fp =(P+1 ) xD

2 [850−0.6(P+1)]0.0063

, donde p= presión y D= diámetro

Fp = 9.0492x10-5

3. De la tabla A.4 B1= 2.25

B2= 1.82

4. De la figura A.18

Fm = 3.1

Reemplazando:

FBM = 2.25 + 1.82x3.1x9.0492x10-5

FBM = 2.2505

CBM(2011) = Cp(2011)xFBM

Cp(2011)= 44282972.12

FBM = 2.2505

Reemplazando:

CBM (2011) = 44282972.12x2.2505

CBM (2011) = 99658828.76

2) PARA PLATOS:

A=π r2

A=π (6.096)2

A = 116.7454 m2

Numero de platos: 30

Fq = 1

Número de identificación: 61



FBM = 1.8

PARA EL Cp:

LogCp=K1 + K2logA + K3 (logA)2

K1 = 2.9949

K2= 0.4465

K3 = 0.3961

Reemplazando:

LogCp=2.9949+ 0.4465log (116.7454) + 0.3961 (log (116.7454))2

Cp (2001)= 407988.6736

Cp0 (2011) =Cp

0 (2001 ) I (2011)I (2001 )

, I(2001) =394 , I(2011) = 628.8;


C p0 (2011 )=¿651125.071

CBM = CpxNxFBMxFq

Cp(2011)= 651125.071

N = 30

FBM = 1.8

Fq = 1

Reemplazando:

CBM (2011) = 651125.071x30x1.8x1

CBM (2011) = 35160753.83

CBMCOLUMNA+PLTOS(2011)

CBM COLUMNA+PLATOS (2011) = 35160753.83+99658828.76=1348819582.6

3) BOMBAS ( P-1001)

Especificaciones:

Capacidad: potencia eje=6 KW

Material: CS

Presión: 7.09725 barg

Log Cp=K1 + K2logV + K3(logV)2

P = 25mmHg

A = 6 KW

1. De la tabla A.1 :



K1=3.3892

K2=0.0536

K3=0.1538

Reemplazando:

log Cp0 =K1+K 2log A+K 3 log2 A , para el caso de bombas, A= Potencia

eje, reemplazando datos se obtiene:

C p0 (2001 )=¿3342.241181

2. Como Cp0 (2011) =Cp

0 (2001 ) I (2011)I (2001 )

, I(2001) =394 , I(2011) = 628.8;

reemplazando se obtiene :

C p0 (2011 )=¿5334.013336

3. De la tabla A.2

C1=0

C2=0

C3=0

Como es igual a log Fp=C1+C2 log P+C3 log2 P, reemplazando datos

se obtiene:

Fp = 1

4. Con el tipo de material de construcción = CS y la tabla A.3 :

Identification Number (Id.N.) =38

5. Con Id.N. y la figura A.18 :

FM = 1.6

6. De la tabla A.4 :

B1 = 1.89

B2 =1.35

FBM = B1 + B2 Fp FM, reemplazando datos:

FBM = 4.05

7. CBM(2011) = Cp0 (2011)*FBM , reemplazando datos :

CBM (2011) =21602.75401

4) INTERCAMBIADOR CABEZA FLOTANTE (E-101)

Especificaciones

A = 170 m2



P = 0.03333057801 bar

Tubo CS

Carcaza CS

LogCp=K1 + K2logA + K3(logA)2

K1 = 4.8306

K2= -0.8509

K3 = 0.3187

Reemplazando:

LogCp(2001)=4.8306-0.8509log(170) + 0.1074 (log(170))2

Cp(2001)= 2930.998051

Como:

Cp0 (2011) =Cp

0 (2001 ) I (2011)I (2001 )

, I(2001) =394 , I(2011) = 628.8;

Reemplazando se obtiene :

C p0 (2011 )=¿4677.694351

LogFp=C1 + C2log(0.03333057801) + C3(log(0.03333057801))2

C1 = 0

C2= 0

C3 = 0

Reemplazando:

LogFp=0 + 0logP + 0(logP)2

Fp= 1

FBM = B1 + B2FmFp

B1 = 1.63

B2 = 1.66

Fm = 1

Fp= 1

Reemplazando:

FBM = 1.63 + 1.66x1x1

FBM = 3.29

CBM = CpxFBM

Cp(2011)= 4677.694351

FBM = 3.29



Reemplazando:

CBM = 4677.694351x3.29

CBM(2011) = 15389.61442

5.-HORNOS (H-102)

Especificaciones

Diámetro = 2.5

Longitud= 50 m

A=36m2

log Cp0 =K1+K 2log A+K 3¿¿

K 1=2.3859

K 2=0.9721

K 3=−0.0206

log Cp0=3.8489

Cp0(2001)=7061.3358

Cp0 (2011) =Cp

0 (2001 ) I (2011)I (2001 )

I(2001) =394 , I(2011) = 628.8;


C p0 (2011 )=4424.5647

CBM=CP0 FBM FP FT

Calculo de:

FT=1+0.00184 ∆T−0.00000335(∆T )2

FT=1+0.00184∗120−0.00000335 (120)2

FT=1.17256

log Fp=C1+C2 logP+C3 log2 P

C1=0

C2=0

C3=0

Fp=1

De tablas



FBM=2.4

CBM=CP0 (2011 )∗FP∗FT

CBM=4424.5647∗2.4∗1∗1.17256

CBM (2011)=12451.3622

Calculando el costo de la planta o de la unidad de destilación al vacio:

EQUIPO No. CBM ($) x unidad

P -1001Bomba centrífuga

21602.75401

T-101Columna de destilación

1348819582.6

E-101Intercambiador de cabeza flotante

15389.61442

H-102Horno

12451.3622

CBMTOTAL= 8X21602.75401+1348819582.6+3X15389.61442+12451.3622

CBMTOTAL= 1349051025

Grassroots cost (CGR)=1.18CBMTOTAL

CGR=1591,88 millones de dolares

XI. BIBLIOGRAFÍA

Handwerk G.E; Gary J.H. “Refino Del Petróleo” , Editorial Reverte, España, 2005

Lluch Urpi Jose. “Tecnología Y Margen Del Refino Del Petróleo”, Editorial Edigrafos;

España, 2008



Torres robles Rafael. “procesos de refinación del petróleo”, Editorial Alfaomega,

México, 2002

Turton Richard. “Analisys, Synthesis, And Design Of Chemical Processes”. Editorial

Prentice Hall, Mexico, 2009


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