mejoramiento del sistema de inyecciÓn de...

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE INYECCIÓN DE GAS COMBUSTIBLE DEL HORNO DE CRAQUEO R-401 DE LA PLANTA MVC II EN EL

COMPLEJO PETROQUÍMICO ANA MARIA CAMPOS.

(Trabajo especial de grado para optar al Título de Ingeniero Químico)

Realizado por: Pacheco Vera, Hiriana del Carmen

C.I.: 18.626.765

Tutor Académico: Ing. Humberto, Martínez

Maracaibo, Diciembre 2008.

DERECHOS RESERVADOS

V

AGRADECIMIENTO

Gracias,

A Dios principalmente, por que es gracias a Dios estar en el camino donde me

encuentro y tener la bendición de poder estar logrando cada una de mis metas

con la ayuda de la hermosa familia que me regalo.

A mis Padres Hiram y Tibisay, mis hermanos y sobrina por ser las personas

que me brindan el más sincero amor, cariño y apoyo y por confiar en mí en

todo momento como la hacen mis maravillosos padres, LOS AMO.

A mi Abuelita Evalu, por que gracias a ella tengo el más hermoso y ejemplar

padre y por cuidarme, guiarme con sus consejos.

A mi novio Jack, por su compañía, amor y comprensión, por ofrecerme su

ayuda cuando más lo he necesitado.

A mis amigos, Luis, Yoselyn y Yanessy por regalarme su compañía y

momentos de alegría cuando más los he necesitado.

A mi gran confidente, mi apoyo, mi parejo de baile, mi todo, ANGEL FERRER

que esta en el cielo, que a pesar que no este a mi lado en estos momentos

estaré totalmente agradecida por todos los momentos en los que estuvo a mi

lado, te adoro…

A los Ing. Angel Roa, Kendry Pacheco y María Rodríguez trabajadores del

Complejo “EL TABLAZO” quienes me ofrecieron su apoyo, ayuda en la

elaboración de este proyecto en la planta de MVC II.

Al ing. Osnay Romero, que aun estando lejos del Complejo me brindo apoyo

incondicional y de su amistad.

DERECHOS RESERVADOS

VI

A los ing. Karen Romero y TOYO, por su ayuda y compartir todos sus

conocimientos y ofrecerme su amistad.

A mi tutor Industrial Elohim Pedraja, por su asesoría en mi proyecto de tesis en

la empresa.

A mi tutor académico Humberto Martínez por su ayuda, paciencia, consejos y

conocimiento en la elaboración de este proyecto de grado.

A todas esas personas que de una u otra manera colaboraron en la realización

de este proyecto a todos MUCHÍSIMAS GRACIAS.

DERECHOS RESERVADOS

IV

DEDICATORIA

A mis padres, Hiram y Tibisay, por darme el apoyo que siempre he necesitado para llegar a donde me encuentro.

A mis hermanos, que en los malos momentos me han hecho sonreír, cuando

más lo necesitaba.

A mi novio, Jack Salas, por estar a mi lado ofreciéndome apoyo, cariño, comprensión y ayudándome en lo que necesitara para poder terminar mi tesis

de grado.

A mi abuela, Evalu, por sus consejos y creer en mi siempre.

A mi amiga (o) Yoselyn, Angel y Luis, que estaban conmigo en momentos de tristeza y de su compañía cuando los necesitaba.

A mi familia y amigos, que han estado conmigo siempre.

DERECHOS RESERVADOS

IX

ÍNDICE GENERAL

DEDICATORIA………………………………………………………………………….....IV

AGRADECIMIENTOS……………………………………………………………………..V

RESUMEN…………………………………………………………………...……………VII

ABSTRACT……………………………………………………….……..……..…………VIII

ÍNDICE GENERAL……………...……..……………………………………..…………..IX

ÍNDICE DE TABLAS……………………………….…………………………………….XV

ÍNDICE DE FIGURAS………………………….……………………………………….XVII

ÍNDICE DE GRÁFICOS………...………….……………………………………………XIX

ÍNDICE DE ANEXOS…………….………………………………………………...........XX

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………..…1

CAPÍTULO I. EL PROBLEMA………………………………………..…………………..3

1.1.- Planteamiento del Problema………………………….…………………....4

1.2.- Formulación del Problema………………………………….………………5

1.3.- Objetivo General………………………………………….……………........5

1.2.2.- Objetivos Específicos………………….…………………….........6

1.4.- Justificación de la investigación………………………………..…………..6

1.5.- Delimitación………………………………………………………...………...7

1.5.1.- Espacial………………………………………………….………….7

1.5.2.- Temporal…………………………………………….……………...7

CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO……………….…….…………………....…………..8

2.1.- Descripción de la empresa…………………………………...…………….9

2.2.- Antecedentes de la investigación………………..………………………..12

2.3.- Bases Teóricas…………………………….……………………….............15

2.3.1.- Gas Natural……………………………………………….............15

Gas Dulce…………………………………………………….........16

Gas agrio o ácido...……………..…………………………….......16

Gas rico o húmedo…………………………………………..........16

Gas pobre (Seco)………………………………………………….16

2.3.2.- Química de la combustión…………………..…………………...17

DERECHOS RESERVADOS

X

Combustión Completa…………………………………………....17

Combustión Incompleta…………………………………….........18

Combustión estequiométrica o teórica………………………....18

Combustión con exceso de aire………………………………...18

Combustión con efecto de aire……………………………........18

2.3.3.- Reactores de combustión…………….…………...………........22

Hornos……………………………………….……….........22

Hornos de combustión………………….………………..22

Fluido dinámica y transferencia de calor en los

hornos……………………………………………………...24

Mecanismos básicos de transferencia de calor…….....24

Hornos de pirolisis…………………………….……….....26

2.3.4.- Simulación de Procesos Químicos….………………….……....27

2.3.5.- Simulador de Procesos ASPEN PLUS………………….…......28

2.3.6.- Descripción del proceso de Craqueo de EDC (Unidad 400)

de producción de la planta MVC II …….……………...……...….........30

2.3.6.1. Craqueo de EDC de la unidad 400…………..….........30

2.3.6.2. Proceso de producción de la unidad de craqueo……30

Suministro de EDC……………………..….…………......30

Pirolisis……………………...……………….……….........31

Proceso……..……………….……………………….........31

Coil Coking……………….……………………………......33

2.3.7.- Sistema de inyección de gas Combustible (Gas residual) al

Horno de Craqueo R-401 de MVC II……………………...…….….…...34

2.3.8.- Procesos industriales…………………..…….………….……….35

Variables………………………………...….………….......36

El proceso de control.……………..……….………..........36

Diferencias entre control manual y control

automático……………………………………………….....37

Variables utilizadas en el proceso de control…………...37

Componentes de control……………....….…………........38

DERECHOS RESERVADOS

XI

Elementos finales de control……………………………..39

Otros lazos de control……………..……….…………......39

2.3.9.- Cromatógrafo de gas…………………..…….………….……….40

2.3.10.- Principio de Medición por Cromatografía de Gas…….. .......41

2.3.11.- Elementos del Cromatógrafo………………..…….…….. …...43

Gas de Arrastre….………………………………………...43

Regulación y control de flujo……...……………………...44

Puertos de inyección……..…………………..…………...45

Columnas………………………...………………………...46

Detectores……………………..…...………………….......49

2.3.12.- Descripción Técnica de un cromatógrafo……………............50

2.3.13.- Objetivo de la planta de LGN II.............................................52

2.3.14.- Bases de diseño del gas natural de la planta LGN II…….....52

2.3.15.- Bases de diseño del suministro de gas combustible a

la planta de MVC II……………………………………………………......53

2.3.16.- Separadores (Vapor/liquido)................................................54

Funciones que debe cumplir un separador…….………54

Requisitos necesarios para diseño de un separador.....55

Factores que se deben considerar durante el diseño de

separadores …………………………………………….…56

Propiedades de los fluidos ……………………...……….56

Condiciones mecánicas de los separadores..…….....…57

2.4.- Operacionalizacion de variable……………………………...……...…...59

2.5.- Términos básicos……………………………………………..……..........61

CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO………………………………….………...68

3.1.- Tipo de investigación………………………………………………………68

3.2.- Diseño de la investigación…………………………………………………69

3.3..- Técnicas de recolección de información………………………………...69

3.3.1. Revisión bibliografíca de manuales……………..…….………...70

3.3.2.- Revisión bibliografía de publicaciones y libros……….……….70

3.3.3.- Software……………………………………………..………….…71

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XII

PI………………………………………………........…...…71

STARLYMS9………………………………...…….……...71

3.4.- Fases de la investigación………………………………………………….72

3.4.1.- Fase I: Caracterización del gas combustible………………….72

3.4.2.- Fase II: Evaluación de las variables operacionales del sistema

de inyección de gas combustible……………... ……………………….73 Toma de datos del sistema de distribución de gas

combustible o gas residual en el Complejo.….………..73

Evaluación de las variables operacionales de proceso del

sistema de inyección de gas combustible al Horno de

Craqueo la planta MVC II………………………………...75

3.4.3.- Fase III: Definición de las propuestas de solución…...……….76

3.4.4.- Fase IV: Propuestas de los cambios operativos en el

sistema de inyección de gas combustible del Horno R-401 de MVC.77

Balance de masa del gas combustible suministrado a

planta MVC II………..……………………...….…............77

Establecimiento de las premisas y criterios de las

propuestas de solución……………..………...….………77

Realización del Isométrico de la Faja Central…………77

Procedimiento de la simulación de proceso…....……...78

CAPÍTULO IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS………………………………….….…..94

4.1.- Análisis y resultados de la caracterización del gas combustible….…...94

4.2.- Resultado de la evaluación operacional del sistema de inyección de gas

combustible de planta MVC II.………………………………………………..…98

4.3.- Definición de las propuestas de solución en el sistema de inyección

de gas combustible en el Horno de Craqueo R-401 para su

optimización………………………………………...…………………................106

4.3.1.- Justificación de las propuestas………………………………….107

4.4.- Desarrollo de las propuestas de solución………………………………..107

4.4.1.- Desarrollo de la propuesta de solución del Cromatógrafo de

gas………………………………………………………………………….107

4.4.2.- Desarrollo y dimensionamiento del tambor para la separación

(gas/liquido) en el sistema de inyección de Gas combustible………..110

DERECHOS RESERVADOS

XIII

Bases de diseño……………………………..…………….110

Simulación del proceso. …….……………………………113

4.4.3.- Diagrama de bloques de proceso del sistema de inyección de

gas combustible en MVC II………………………………….…………...120

4.4.4.- Descripción del proceso del sistema de inyección de gas

combustible………………………………………………………….…….120

CONCLUSIONES………………………………………………….……..……………....121

RECOMENDACIONES………………………………………………………………..…123

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………….......125

ANEXOS………………………………………………………………….…………….....126

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VII

PACHECO VERA., HIRIANA DEL CARMEN. MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE

INYECCIÓN DE GAS COMBUSTIBLE DE UN HORMO DE CRAQUEO R-401 DE LA

PLANTA MVC II EN EL COMPLEJO PETROQUÍMICO ANA MARÍA CAMPOS

“PEQUIVEN”. “Universidad Rafael Urdaneta”. Facultad de Ingeniería. Escuela de

química 2008. Trabajo especial de grado.

RESUMEN

El objetivo de esta investigación consiste en evaluar y mejorar, la calidad y poder

calorífico del gas combustible del sistema de inyección del Horno de Craqueo R-401,

para ello se realizo la caracterización del gas suministrado a la planta de MVC II y la

evaluación de las variables operacionales de proceso, permitiendo conocer el

comportamiento real del gas combustible, el cual predecirá las condiciones mas

criticas que presenta el gas proveniente de LGN y motivo de su poca calidad.

Posteriormente se realizo simulaciones con el caso mas extremo que presente las

condiciones del gas combustible en las tuberías de distribución de gas hasta MVC II,

que es el envío de gas rico que es causa por la escasez de gas natural enviado por

PDVSA., lo que impacta el perfil de temperatura del Horno R-401 y la formación de

coque en el mismo.

También se realizo con la información recopilada de los sistemas de inyección de

gas en las plantas del Complejo Petroquímico, como planta Eléctrica y planta

Olefinas I y Olefinas II, la definición de las propuestas de solución para la mejora en

el sistema de inyección de gas combustible a MVC II. Se desarrollo para la mejora

del sistema el dimensionamiento de un separador Gas/liquido y la instalación de un

cromatógrafo de gas en línea modelo ADVANCE, marca APPLIED AUTOMATION.

Palabras clave: Gas combustible, Poder calorífico, Distribución de gas.

E-mail: [email protected]

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1

INTRODUCCIÓN

Pequiven, produce y comercializa con eficiencia y calidad productos químicos y

petroquímicos entre ellos, olefinas, resinas plásticas, vinilos y fertilizantes nitrogenados,

garantizando la atención prioritaria a la demanda nacional con el fin de impulsar el

desarrollo económico y social de Venezuela. Para producir estos productos

petroquímicos en las diferentes plantas del Complejo se necesita uno de los productos

derivados de los procesos de LGN I y II es Gas Combustible, fuente indiscutible de

energía. Sus aplicaciones abarcan todas las áreas de la industria dentro del Complejo

Ana María Campos, desde sencillos sistemas de suministro y complejos, manejados y

procesados por sistemas automatizados.

El Complejo, cuenta con la planta de LGN II, tiene como objetivo la extracción del

metano, etano y los líquidos propano y butanos del gas rico suministrado desde las

plantas compresoras del lago de Maracaibo. El metano, llamado Gas Combustible o gas

residual, es distribuido en las plantas del Complejo utilizado como combustible para

producir energía térmica mediante un proceso de combustión.

Una de las plantas, como Monocloruro de Vinilos II (MVC II) requiere del gas

combustible para el área de Incineración y área de Craqueo, en el área de Craqueo se

utiliza como energía térmica para la conversión de EDC a MVC y HCL y en su mayoría

por causa de la escasez de gas natural enviado por PDVSA se desvía gas rico como

caso mas extremo, etano y propano al cabezal de distribución de gas combustible del

Complejo, en consecuencia el gas inyectado al Horno de Craqueo R-401 impactan el

perfil de temperatura por los presentes hidrocarburos pesados y también los posibles

condensados que contenga el gas combustible.

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2

La realización de la presente investigación tiene como finalidad desarrollar las posibles

propuestas de solución en el sistema de gas inyectado al Horno de Craqueo R-401 de

planta MVC II, mediante unos pasos a seguir, entre los cuales se encuentran:

caracterizar el gas combustible inyectado al Horno de Craqueo R-401, evaluar las

variables operacionales del sistema de gas combustible inyectado al Horno, definir y

desarrollar las propuestas de solución para mejorar el sistema de inyección de gas

combustible de planta MVC II.

El objetivo de esta investigación es mejorar la calidad y el poder calorífico de la mezcla

de gas combustible proveniente del sistema de distribución, para mantener la

temperatura de craqueo en el Horno R-401 y una conversión de 55% de EDC a MVC y

HCL.

Para una mayor comprensión y conocimiento del trabajo a realizar, en el capitulo

correspondiente al problema, se expresa de manera clara y sencilla el planteamiento

del problema y justificación del mismo, junto con los objetivos específicos a cumplir.

Seguidamente el capitulo del marco teórico, donde se exponen los conceptos básicos

necesarios entender el cuerpo del trabajo a desarrollar. Seguidamente en el capitulo

metodológico se resumen las actividades realizadas para llevar a cabo el mejoramiento

del sistema de inyección de gas al horno R-401, luego la obtención de los resultados de

la mejora, y por ultimo, se presenta las conclusiones y recomendaciones de este trabajo

de investigación, así como también, los anexos respectivos requeridos para cumplir con

todos los objetivos expuestos.

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4

“El Problema”

CAPITULO I

EL PROBLEMA

1.1.- Planteamiento del problema.

La planta de Monocloruro de Vinilo (MVC) se encuentra ubicada dentro de las

instalaciones del Complejo Petroquímico Ana Maria Campos, EL TABLAZO (Edo.

Zulia), y su función consiste en la elaboración del producto Monocloruro de Vinilo

(MVC), el cual es materia prima para la producción del policloruro de Vinilo (PVC).

Entre los principales procesos dentro de la planta de MVC II se encuentra la

unidad de craqueo del EDC para la producción de MVC, donde la investigación estuvo

enfocada en el sistema de inyección de gas combustible hacia el Horno de Craqueo. La

producción de MVC se da mediante el craqueo térmico del EDC procedente de la

columna de pesados C-302., de acuerdo a la siguiente reacción:

CH2CI - CH2CI CHCI = CH2 + HCI

(EDC) (MVC)

La unidad de Craqueo esta diseñada para producir 130 MTMA de MVC. El horno

tiene una sección de conveccion y otra de radiación, donde el EDC es alimentado y

precalentado en la sección de convección del horno de craqueo (R-401) y en la zona de

radiación se da el craqueo para obtener MVC y HCl como productos principales. En

este sentido, el calentamiento requerido para la reacción de craqueo es el gas

combustible que se suministra por medio de los quemadores alimentados por gas

combustible.

La producción de MVC en el Horno de Craqueo ha sido afectada por la

inestabilidad del sistema de inyección de gas combustible al Horno de Craqueo

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5

“El Problema”

cuando opera a 100% de carga. Uno de los factores que afectan es la inestabilidad en

la presión de suministro de gas combustible al Horno de Craqueo R-401, así como

también la calidad en la que se encuentre el gas combustible ya que su composición

(metano, Etano, Propano, Butano, CO2, N2) no es constante, así provocando un

aumento o disminución de poder calorífico, que afecta a la temperatura de craqueo y

en consecuencia se altera la conversión de EDC a MVC en el horno.

Debido a la inestabilidad en el Horno de Craqueo por lo antes expuesto se

requiere caracterizar la inyección de gas combustible hacia el horno y definir las

alternativas tecnológicas para mejorar el sistema de inyección de gas combustible

hacia el Horno de Craqueo R-401.

1.2.- Formulación del problema. Actualmente, el sistema de inyección de gas combustible del Horno de Craqueo

presenta alteraciones, por que se diseño para trabajar con gas combustible, y no, con

gas natural, con gas rico, razón por el cual el sistema no opera efectivamente.

Para encontrarle una solución al problema presente se tuvo la necesidad de

caracterizar el gas combustible suministrado a la planta, evaluar las variables

operacionales del Horno de Craqueo R-401, desarrollando propuestas de solución en

el sistema de inyección de gas combustible en la planta de MVC II, a fin de optimizarla

para poder cumplir con los requerimientos del Horno de Craqueo R-401 y obtener una

mejor producción de MVC Y HCL mediante el EDC.

1.3.- Objetivo General.

Mejorar el sistema de inyección de Gas Combustible de un Horno de Craqueo R-

401 de planta MVC II.

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6

“El Problema”

1.3.1.- Objetivos Específicos.

1) Caracterizar el suministro del gas combustible al Horno de craqueo R-401.

2) Evaluación operacional del sistema de inyección de gas combustible del Horno de

Craqueo R-401.

3) Definir las propuestas de solución del sistema de inyección de gas combustible

del Horno de Craqueo de MVC II.

4) Dimensionamiento de las propuestas de los cambios operativos en el sistema de

inyección de gas combustible del Horno de Craqueo R-401.

1.4.- Justificación de la investigación.

La demanda de Monocloruro de Vinilo (materia prima para la elaboración de PVC) a

nivel nacional se ha incrementado vertiginosamente en los últimos años, y de acuerdo

con estimaciones de producción esta seguirá creciendo, debido a la gran cantidad de

requerimientos de los clientes nacionales entre los cuales destaca la fabricación de

policloruró de vinilo PVC (petrocasa, casas de PVC), para el proyecto nacional

habitacional, cumpliendo así con la integración a la comunidad y el desarrollo social.

El incremento de temperatura, se ve afectada por la inestabilidad de presión de

suministro de gas combustible y calidad del mismo al Horno de craqueo R-401, ya que

en tiempos pasados ha ocasionado perdidas de MVC de aproximadamente Bs. 3,4

millones en perdidas de producción al año, de este modo la conversión de EDC a MVC

y HCL productos principales que se dan en la reacción de craqueo en los serpentines

de la sección radiante es directamente proporcional a la temperatura de la reacción que

se da en el horno, ya que el gas combustible es inyectado a los quemadores del horno y

por ende la temperatura y la presión del horno pueden ser afectadas. Por lo antes

expuesto se desea analizar y diseñar un estudio de alternativas tecnológicas que nos

permitirá conocer aspectos teóricos importantes relacionados con el sistema de

DERECHOS RESERVADOS

7

“El Problema”

inyección de gas combustible al horno para que la producción de MVC en el Horno de

Craqueo no sea afectada y pueda operar a 100% de carga y por otro lado justificar el

punto de vista social, ya que a medida que se obtiene mayor producción de MVC se

obtiene mayor cantidad de materia prima para la elaboración del PVC (Plásticos y las

construcciones de viviendas para la comunidad).

Desde el punto de vista metodológica la realización de este trabajo se establecerá

estudios de alternativas tecnológicas para el mejoramiento del sistema de inyección de

gas combustible al Horno de Craqueo, que pueden ser de gran utilidad para estudios

futuros ya que este proyecto no ha sido realizado con anterioridad en la planta MVC II.

1.5.- Delimitación. 1.5.1.- Delimitación Espacial.

El trabajo de investigación titulado “Mejoras al sistema de inyección de Gas

Combustible al Horno de Craqueo R-401 de la planta MVC II” se llevo a cabo en la

planta Monocloruro de Vinilo II (MVC II) del Complejo Petroquímico Ana Maria Campos.

1.5.2.- Delimitación Temporal.

La investigación se llevo a cabo en un tiempo de duración de 6 meses, en el

Complejo Petroquímico Ana Maria Campos.

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9

“Marco teórico”

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

2.1. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA.

El Complejo Petroquímico Ana Maria Campos El TABLAZO, ubicado en la costa

oriental del lago de Maracaibo del Estado Zulia, este complejo tiene una capacidad

instalada de 3.5 MMTMA de diferentes productos petroquímicos, entre ellos, olefinas,

resinas plásticas, vinilos y fertilizantes nitrogenados. Su construcción en 1976 aumento

significativamente la expansión de las actividades petroquímicas venezolanas e impulso

el aprovechamiento del gas natural como fuente básica de insumos para estas

operaciones.

La estructura organizacional que se ha venido diseñando e implementando en

Pequiven S.A., obedece al establecimiento de políticas comerciales con las cuales

busca que cada complejo sea responsable de la producción y comercialización de los

mercados de los productos que le son asignados.

La producción de Pequiven cubre más de 40 renglones, entre materias primas

básicas, productos intermedios y productos destinados al consumidor final.

La capacidad de producción total de la empresa en sus plantas propias, sumada

a la de las empresas mixtas en las cuales presenta participación, es de 7 millones 800

mil toneladas al año. Entre los principales productos y organización (Capacidad de

producción e instalaciones de la empresa), tenemos:

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10


Instalaciones de Pequiven

Producto Capacidad MTMA

LGN I ETANO

PROPANO

169

163

LGN II ETANO

PROPANO

264

214

Olefinas I ETILENO

PROPILENO

250

Olefinas II ETILENO

PROPILENO

286

Etano (PPE)

ETANO 270

Amoniaco

AMONIACO 300

Urea

UREA 360

Cloro soda CLORO 130

EDC-MVC II MVC 130

Policloruró de vinilo II PVC 120

Tabla 1. Capacidad de producción e instalaciones de la empresa. Fuente: Visión Corporativa de Pequiven (Septiembre 2006).

Empresas mixtas Productos Capacidad MTMAPolinter Polietileno de alta

Polietileno de baja

Polietileno lineal de Alta y

polietileno de alta densidad

120

85

210

Propilvén Propileno 84

Pralca OE

EG

16

66

Indesca Investigación y desarrollo

tecnológico en el área de

plásticos.

Tabla 2. Empresas mixtas dentro de la empresa. Fuente: Visión Corporativa de Pequiven (Septiembre 2006).

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11


Su organización incluye además cuatro empresas filiales: Internacional

Petrochemical Holding Ltd (IPHL) constituida en el exterior, Unidad Nacional Olefinas y

Plásticos, Servifertil y Servicios Industriales José; participa en 16 empresas mixtas del

sector con socios nacionales e internacionales, 15 en Venezuela y una en Barranquilla,

Colombia. En resume la organización de Pequiven se relaciona con la finalidad de dar

cumplimiento a la orientación estratégica de la corporación plasmada en su Visión y

Misión, que responden a las líneas de desarrollo económico y social del Gobierno

Bolivariano de Venezuela. Dentro de estas líneas de acción del Estado se inscribe el

plan Nacional Petroquímico en el cual Pequiven tiene un rol importante en el desarrollo

de la propia empresa y en el impulso que debe brindar Pequiven al sector transformador

de las materias primas generadas por ella. Esta responsabilidad que, como empresa les

ha sido encomendada, les obliga a ajustar y ordenar constantemente el funcionamiento

interno de Pequiven, las relaciones formales del trabajo, la conducta de los empleados,

así como la definición de lo que hacen en función de su Visión y Misión, el cual estas

consisten en:

Visión: Ser la corporación capaz de transformar a Venezuela en una potencia

petroquímica mundial para impulsar al desarrollo.

Misión: Producir y comercializar con eficiencia y calidad productos químicos y

petroquímicos, en armonía con el ambiente y su entorno, garantizado la atención

prioritaria a la demanda nacional, con el fin de impulsar el desarrollo económico y social

de Venezuela.

Pequiven también tiene la responsabilidad de contribuir con la erradicación de la

pobreza, aumentar el empleo y mejorar la calidad de vida de los venezolanos,

impulsando el desarrollo de los sectores transformadores de los insumos básicos o

materias primas que genera la petroquímica, a través de los mecanismos definidos por

el estado venezolano y la nueva corporación petroquímica.

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12


2.2. ANTECEDENTES. González, Ender, en Febrero (2004), realizo el trabajo especial de grado titulado:

“OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE MEDICIÓN DEL PODER CALORÍFICO DEL GAS NATURAL DE ENTRADA PLANTA ELÉCTRICA. Caso: Pequiven S.A.”. Los objetivos de la investigación fueron los siguientes:

1) Analizar la situación actual del sistema de medición de gas natural dentro de

características de medición; 2) Analizar los diferentes sistemas de medición de gas

natural que se en encuentre en la actualidad desde el punto de vista técnico, operativo y

económico; 3) Diseñar la optimización del nuevo sistema en base a la alternativa

seleccionada.

Este trabajo de investigación, se llevo a cabo, debido a que el sistema de

medición instalado en la empresa Pequiven no era el mas ideal para efectuar la

medición de poder calorífico del gas natural, por lo que se requirió el rediseño de un

nuevo analizador en línea que permita obtener una buena medición del poder calorífico

del gas que entra en la planta eléctrica ubicada en el Complejo Petroquímico Ana Maria

Campos “El Tablazo”. Se llego a la conclusión, con base a lo señalado y evaluando el

sistema actual y realizando análisis cromatograficos del preseco para determinar el

valor calorífico de los componentes que podrían alterar el proceso, por ende se

rediseño el sistema de medición que radica en la instalación de un cromatógrafo de gas

en línea modelo ADVANCE marca APPLIED AUTOMATION, obteniendo así la

optimización del sistema.

Este trabajo realizado sirve de aporte a esta investigación, para la instalación de

un cromatógrafo de gas en línea en el sistema de inyección de gas combustible del

Horno de Craqueo R-401, para lograr el mejoramiento en el sistema, debido que el gas

combustible que es suministro en planta eléctrica es el mismo que es suministrado a la

planta de MVC II. También por que se plantea algunos conceptos adaptables al

contexto de esta investigación.

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Delay L, Leidenz A, en Febrero (2001), realizo el trabajo especial de grado

titulado: “EVALUACIÓN DEL CONSUMO Y DISTRIBUCIÓN DEL GAS RESIDUAL EN EL COMPLEJO ZULIA EL TABLAZO”. El objetivo fundamental de este trabajo de investigación fue evaluar y determinar

mediante un balance de masa, mediante simulaciones realizadas reproduciendo las

condiciones reales de la red del gas residual o gas combustible que utilizan todas las

plantas ubicadas en el Complejo Petroquímico Ana Maria Campos. Se evaluó diferentes

escenarios de cantidad entregada de gas residual y consumo por parte de la planta. Se

llegó a la conclusión de la implantación de un control automatizado integral, para

disminuir las variaciones de la red de gas residual, logrando además tener un control

optimo de la distribución de gas residual para cada sistema de entrega por parte de los

productores y consumo por parte de los clientes de este servicio. Se sugirieron sistemas

de control automáticos, actuando por transmisores de presión y válvula de control que

operan en rango dividido, para cada una de las situaciones de entrega y consumo de

gas residual a las plantas del Complejo, destacando que los sistemas de control fueron

implantados en las plantas que consumen más gas residual o gas combustible.

El trabajo de investigación planteado fue fundamental por su utilización del

simulador Aspen plus para reproducir las condiciones reales de la red del gas residual o

gas combustible y fue utilizado el mismo simulador en este trabajo de investigación

para obtener las condiciones actuales o reales del gas combustible suministrado a la

planta de MVC II.

García, Maria en Abril de 2005, realizó una evaluación del Horno de Craqueo R-

401 de la Planta MVC II ubicada en el Complejo Petroquímico Ana Maria Campos.

“EVALUAR LA OPERACIÓN DEL HORNO DE CRAQUEO DE LA PLANTA MVC II LUEGO DE 3 MESES DE CORRIDA, EN EL PERIODO COMPRENDIDO DE ENERO 2005 HASTA EL 01 DE ABRIL DE 2005”.

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14


Se destaca en los análisis y resultados que el flujo de gas combustible al horno

de craqueo se mantuvo dentro del rango comprendido entre 800 y 1200kg/hr,

observándose inestabilidad en la presión de suministro de gas combustible proveniente

del limite de batería para finales del mes de Enero de 2005 y finales de Marzo de 2005.

La evaluación que se realizó en el año 2005 es importante para la obtención o

conocimientos acerca de los problemas causados por el gas combustible en el Horno

de Craqueo R-401, destacando que se desea es la optimización del sistema de

inyección de gas combustible al Horno de Craqueo R-401.

García, Maria en Junio de 2006, realizó una evaluación del Horno de Craqueo

R-401 de la Planta MVC II ubicada en el Complejo Petroquímico Ana Maria Campos. El

objetivo de la investigación fue el siguiente:

“EVALUAR LA OPERACIÓN DEL HORNO DE CRAQUEO DE LA PLANTA MVC II LUEGO DE 8 MESES DE CORRIDA OPERACIONAL, EN EL PERIODO COMPRENDIDO ENTRE EL 28 DE ABRIL DE 2006 HASTA EL 19 DE MAYO DE 2006”. Donde se observó durante el periodo de evaluación que la producción de MVC

se mantuvo en un promedio de 15.75 TMH (378 toneladas métricas diarias) Diseño (390

toneladas métricas diarias); la misma se vio afectada por la inestabilidad en la presión y

calidad del gas combustible al horno de craqueo, lo que representa un total de 264 TM

de MVC no producidas.

Se destacaron que uno de los problemas frecuentes y causa del PNR en la

producción de MVC es la variación de la presión del gas combustible que alimenta al

Horno de Craqueo, por tal motivo, colocar la instalación de un analizador de poder

calorífico en la línea de gas de combustión, así como también realizar un programa de

control avanzado que tome en cuenta las variaciones de presión y composición del gas

combustible (Poder Calorífico).

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Esta evaluación sirvió de apoyo a la investigación de este trabajo por los

problemas ya anteriormente planteados por el gas combustible, tomando en cuenta las

recomendaciones planteadas como un programa de control avanzado para el

mejoramiento del sistema de inyección de gas combustible del Horno de Craqueo R-

401, que mediante el estudio de este proyecto de investigación se realizara alternativas

para las mejoras del sistema.

2.3. BASES TEÓRICAS. 2.3.1. Gas natural Según Marcias J, Martínez (1997), se denomina gas natural al formado por los

miembros más volátiles de la serie parafina de hidrocarburos, principalmente metano,

cantidades menores de etano, propano y butano y finalmente, puede contener

porcentajes muy pequeños de compuestos más pesados. Además es posible conseguir

en el gas natural otras impurezas más frecuentes como agua, dióxido de carbono,

nitrógeno, compuestos de azufre y helio.

El gas natural puede obtenerse como tal en yacimientos de petróleo y de

condensado. En Venezuela, los yacimientos de gas libre son de reciente utilización.

Tradicionalmente el gas natural se ha obtenido vinculando con la producción del

petróleo. Es oportuno recordar el proyecto Cristóbal Colon, en el oriente del País, el

cual se dirigía a la licuefacción del gas procedente del yacimiento del gas libre. En

Colombia se ha desarrollado o están en desarrollo una serie de campos de gas libre,

principalmente en la parte del norte del País (Jobo, Chinu, Sucre, El Difícil, Ballenas,

Riohacha, Chuchupa y Cartagena).

En general el gas puede clasificarse como:

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Gas Dulce

Es aquel que contiene cantidades de sulfuro de Hidrogeno (H2S), menores a 4

ppm,v. La GPSA define un gas apto para ser trasportado por tuberías como aquel que

contiene menos de 4 ppm,v de H2S; menos del 3,0% de CO2 y 6 a 7 libras de agua por

millón de pies cúbicos en condiciones normales.

Gas Agrio o ácido

Es aquel que contiene cantidades apreciables de sulfuro de hidrogeno, dióxido

de carbono (CO2) y otros componentes y otros componentes ácidos (COS, CS2,

mercaptanos, etc.,) razón por la cual se vuelve corrosivo en presencia de agua libre.

Gas rico (Húmedo):

Gas predominantemente con metano, pero con una proporción relativamente alta

de otros hidrocarburos.

Los líquidos del gas natural (LGN) son esencialmente los hidrocarburos que se

pueden extraer en forma líquida del gas natural tal como se produce. Típicamente, los

componentes predominantes son etano, propano, butano y pentano, aunque habrá

también algunos hidrocarburos pesados dependiendo de la composición del gas.

Gas pobre (Seco):

Gas con relativamente pocos hidrocarburos diferentes al metano. El poder

calorífico es típicamente alrededor de 1,000 Btu/pié cúbico estándar, a menos que esté

presente una proporción significativa de gases que no sean hidrocarburos.

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17


2.3.2. QUÍMICA DE LA COMBUSTIÓN. La reacción de combustión se basa en la reacción química exotérmica de una

sustancia o mezcla de sustancias llamada combustible con el oxígeno. Es

característica de esta reacción la formación de una llama, que es la masa gaseosa

incandescente que emite luz y calor, que esta en contacto con la sustancia combustible.

La reacción de combustión puede llevarse a cabo directamente con el oxígeno o

bien con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno, llamada comburente,

siendo el aire atmosférico el comburente más habitual.

La reacción del combustible con el oxígeno origina sustancias gaseosas entre las

cuales las más comunes son CO2 y H2O. Se denominan en forma genérica productos,

humos o gases de combustión. Es importante destacar que el combustible solo

reacciona con el oxigeno y no con el nitrógeno, el otro componente del aire. Por lo tanto

el nitrógeno del aire pasará íntegramente a los productos de combustión sin reaccionar.

Entre las sustancias más comunes que se pueden encontrar en los productos o

humos de la reacción se encuentran: CO2, H2O como vapor de agua, N2, O2, CO, H2,

Carbono en forma de hollín, SO2.

De acuerdo a como se produzcan las reacciones de combustión, estas pueden

ser de distintos tipos:

Combustión completa

Ocurre cuando las sustancias combustibles reaccionan hasta el máximo grado

posible de oxidación. En este caso no habrá presencia de sustancias combustibles en

los productos o humos de la reacción.

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Combustión incompleta

Se produce cuando no se alcanza el grado máximo de oxidación y hay presencia

de sustancias combustibles en los gases o humos de la reacción.

Combustión estequiométrica o teórica

Es la combustión que se lleva a cabo con la cantidad mínima de aire para que no

existan sustancias combustibles en los gases de reacción. En este tipo de combustión

no hay presencia de oxigeno en los humos, debido a que este se ha empleado

íntegramente en la reacción.

Combustión con exceso de aire.

Es la reacción que se produce con una cantidad de aire superior al mínimo

necesario. Cuando se utiliza un exceso de aire, la combustión tiende a no producir

sustancias combustibles en los gases de reacción. En este tipo de combustión es típica

la presencia de oxigeno en los gases de combustión.

La razón por la cual se utiliza normalmente un exceso de aire es hacer

reaccionar completamente el combustible disponible en el proceso.

Combustión con defecto de aire

Es la reacción que se produce con una menor cantidad de aire que el mínimo

necesario. En este tipo de reacción es característica la presencia de sustancias

combustibles en los gases o humos de reacción.

www.textoscientificos.com/química/combustión.

Según Fólder R. y Rousseau R. (1991), los análisis químicos de combustibles

típicos muestran los elementos mas importantes para la combustión estos

corresponden al Carbono, hidrógeno y azufre. Si la combustión del combustible tiene

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19


presencia de los contaminantes, los mismos serán reflejados a la salida de la chimenea,

en los gases de combustión, como subproductos. Los elementos fácilmente

vaporizables formaran elementos gaseosos mientras aquellos alimentos metálicos o no

presentes en el combustible como sólidos, saldrán en forma de cenizas o formaran

depósitos de carbón y de residuos indeseables a lo largo del proceso de la combustión,

haciéndose necesario su remoción o limpieza para no entorpecer el buen

funcionamiento de los hornos utilizados para tal fin. Por tanto el nitrógeno, dióxido de

carbono, oxigeno, agua y cenizas usualmente están presentes en menor proporción y

solo contribuyen a generar problemas en a manejo y formación de contaminantes. El

carbono es el principal componente de los hidrocarburos líquidos y gaseosos, cuya

combustión genera la mayor cantidad de calor en comparación con los otros elementos,

aunque si este no se quema completa y eficientemente puede producir altas

concentraciones de hollín. El hidrógeno tiene un poder calorífico muy alto en

comparación con el carbono pero es un gas muy liviano y su poder calorífico, en

términos de volumen, es bajo en comparación con otros combustibles gaseosos.

Una de las propiedades más importantes a tomar en cuenta para una utilización

eficiente del combustible, un conocimiento, tanto de los requerimientos de calor del

proceso, como del poder calorífico del combustible, permite calcular la cantidad de

combustible y por ende energía requerida para esa aplicación. Una vez realizado este

cálculo se puede dimensionar tuberías, equipos generadores de calor y

almacenamiento del combustible como líquido o gas, así como también evaluar los

costos operacionales y evaluar la operación de diversas unidades, desde el punto de

vista tanto de proceso como de economía. La densidad relativa es otra propiedad

importante para determinar el volumen de una determinada masa de combustible.

Según Marcías J, Martínez (1997). Muchas negociaciones de venta de gas

natural se hacen con base al valor calorífico del mismo, ya que el precio total de la

negociación dependerá de la cantidad de energía total que se venda, en BTU. El valor

calorífico también se denomina potencia o poder calorífico. El valor calorífico de un gas

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natural se define como el calor liberado al quemar un volumen unitario del gas bajo

determinadas condiciones.

Se conoce comúnmente dos tipos de valor calorífico: valor calorífico total

(Superior o bruto) y valor calorífico neto. El primero se define como el calor liberado al

quemar un volumen unitario de gas bajo determinadas condiciones, considerando que

el agua (Vapor de agua) obtenida durante la combustión se recoge en forma liquida. El

valor calorífico neto, considera que el agua (En estado gaseoso) obtenida durante la

combustión, permanece en forma de vapor.

Considérese la combustión del metano:

CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(g)+345.208,2 BTU

De esta ecuación puede observarse que al quemar 1lb-mol de metano, se forma 1 mol

de dióxido de carbono, 2 moles de agua como vapor y se liberan 345.208,2 BTU. Ya

que 1lb-mol de metano es igual a 379,6 ft3 a 60°F y 14,7 psia, luego el valor calorífico

neto del metano en BTU/ ft3, es:

345.208,2 = 909,4 BTU/ ft3 379,6 Ec. (1)

Para obtener el valor calorífico total, basta tener en cuenta el agua formada

durante la combustión. Ya que en el valor calorífico total, el agua permanece como

liquido y si el calor de vaporización del agua es de 1.059,87 BTU/lbs, luego 2 moles de

agua formados durante la combustión liberan al condensarse: (2)(18,0153)(1.059,87)=

38.187,8 BTU, es decir,

2H2O(g) 2H2O(I)+38.187,8 BTU

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Reemplazando en la Ecuación (1),

CH4(g)+202(g) CO2(g)+2H2O(I)+383.396,0 BTU

De donde, el valor calorífico total, en BTU/lbs, es 383.396,0 = 1010,0 BTU/ft3 379,6

Tanto el calculo del valor calorífico neto como total se supone un factor de

compresibilidad, Z= 1,0 a 60°F Y 14,7 Psia. Sin embargo, si se considera un valor de Z

a condiciones, basta dividir los valores obtenidos anteriormente por Z. Así, si el factor Z

para el metano, 60 °F y 14,7 psia, es 0,998, los valores caloríficos neto y total serian:

909 = 911,2 BTU/ ft3 y 1010,0 = 1012,0 BTU/ ft3 0,998 0,998

La diferencia entre los dos valores anteriores es esencialmente el calor latente de

evaporación del vapor de agua que se encuentra en los gases de escape, que incluye el

agua presente en el combustible y la que se produce por la combustión del hidrógeno.

Según Intevep S.A, (1995), la temperatura de ignición es la temperatura mínima

para que un producto entre en combustión de forma espontánea. A esta temperatura, la

velocidad a la cual se pierde calor al inicio de la combustión, debe exceder la velocidad

a la cual pierde calor en los alrededor. Por debajo de esta temperatura, la reacción de

combustión es sumamente lenta y se paraliza completamente si se agota la fuente

externa de calor. Por otro lado si la temperatura esta por encima de esta, la reacción se

puede mantener por si misma hasta todo el material combustible sea consumido.

Según PDVSA (1985), la presión del gas combustible es determinante para

efectuar la combustión de una manera continua y uniforme, si la presión del gas es

sumamente alta en el quemador el combustible llega al punto de la combustión lo

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suficientemente rápido, la mezcla se inflama delante de los quemadores y en muchas

ocasiones esta se apaga. La presión del combustible es baja, la llama puede retroceder

hacia la boca del quemador, producir una llama amarilla, fría o puede lograr calentar

demasiado al mismo, fundiendo y malogrando al equipo.

2.3.3. REACTORES DE COMBUSTIÓN. a) Hornos Se designa con el nombre de hornos. Un dispositivo mediante el cual la

energía suministrada por un combustible al quemarse o por una corriente eléctrica, se

utiliza para elevar la temperatura en su interior, con lo que es posible efectuar en él

operaciones físicas o procesos químicos que exijan temperaturas elevadas. Se suele

admitir, como definición de límite, que son hornos aquellos dispositivos en los que se

alcanzan temperaturas superiores a los 400 ° C.

b) Hornos de combustión En los hornos de combustión se utiliza para generar calor un combustible

quemado con aire, con aire enriquecido en oxígeno o con oxígeno puro. La temperatura

máxima que se alcanza en la zona en donde se produce la combustión es menor en el

primer caso que en los dos últimos. Este hecho pone de manifiesto las ventajas que

suponen desde el punto de vista de transferencia de calor a la carga del horno, la

utilización de oxígeno, al disponerse de una temperatura mayor. Por otra parte, el

nitrógeno del aire que adquiere en la combustión la temperatura de la llama, al

abandonar el horno, es portador de una gran parte de la energía térmica producida y,

por tanto, es causa de unas pérdidas de calor difícilmente recuperables. Por último, la

utilización del oxígeno puede tener también gran interés desde el punto de vista del

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proceso químico que se efectúa en el horno. Las temperaturas que se alcanzan en los

hornos de combustión están comprendidas entre 400° C y 2000°C.

En el horno de combustión se emplean combustibles sólidos que se queman

sobre parrillas y pulverizados llevándolos en suspensión en la corriente de aire con la

que se queman. Los combustibles líquidos o gases utilizan quemadores que son

dispositivo que produce una llama característica para cada combustible empleado. Este

dispositivo debe mezclar el combustible y un agente oxidante (el comburente) en

proporciones que se encuentren dentro de los límites de inflamabilidad para el

encendido y así lograr una combustión constante. Además debe asegurar el

funcionamiento continuo sin permitir una discontinuidad en el sistema de alimentación

del combustible o el desplazamiento de la llama a una región de baja temperatura

donde se apagaría.

Para recuperar el calor de los humos que abandonan el horno se puede optar por

uno de estos dispositivos:

1.- Regeneradores de calor, en los que los humos pasan a través de un apilamiento de

ladrillos que calientan y cuando su temperatura se eleva, se utilizan para calentar el aire

o el combustible gas que se emplea en el horno, haciéndolos pasar en sentido contrario

a través del apilamiento. Este dispositivo es doble para que mientras una zona se

calienta con los humos, la otra se enfríe con el aire o combustible y al periodo siguiente

se invierte la situación.

2.- Los humos se utilizan para generar vapor, que suministra energía en otras

instalaciones de la fábrica en la que se tiene el horno. Según

http://www.canalsocial.net/GER/ficha_GER.asp?id=11904&cat=t etnología.

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c) Fluidodinámica y transferencia de calor en los hornos Las leyes de la fluidodinámica y de la transferencia de calor han de estudiarse

ampliamente si se desea profundizar en el conocimiento del funcionamiento de los

hornos. Evidentemente ambas serán necesarias en los hornos de combustión, y en el

caso de los eléctricos será más importante la transferencia de calor que los aspectos

fluidodinámicos.

En la transferencia de calor son posibles las variantes de transferencia por

conductividad, convección y radiación, por separado o simultáneamente, en régimen

estacionario o no. En fluidodinámica, los aspectos particulares de la circulación de

fluidos calientes que se enfrían en las conducciones por las que pasan crean

dificultades de diseño que han de considerarse en forma adecuada. Para el estudio de

la fluidodinámica y la transferencia de calor en hornos con frecuencia ha de recurrirse a

la experimentación en modelos y mediante métodos analógicos. Con ellos difícilmente

se pueden representar conjuntamente todas las variables de interés en el diseño u

operación del horno y, en general, lo que suele hacerse es estudiar por separado, en el

modelo, una de las variables que se desea conocer con más profundidad.

d) Mecanismos básicos de transferencia de calor. 1.- Conducción.

Según Donald Q, Kern (1999), el calor se transmite a través de la masa del

propio cuerpo. La facilidad con que el calor "viaja" a través de un material lo define

como conductor o como aislante térmico. Ejemplos de buenos conductores son los

metales, y de buenos aislantes, los plásticos, maderas, aire. Este es el fenómeno por el

cual las viviendas pierden calor en invierno a través de las paredes, lo que se puede

reducir colocando un material que sea aislante.

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2.- Convección.

Según Donald Q, Kern (1999). La convección es el modo en que se transfiere la

energía entre una superficie sólida y el fluido adyacente (líquido o gas). Comprende los

efectos combinados de la conducción y el movimiento del fluido. Existe movimiento

macroscópico de las partículas del fluido. Cuanto más rápido es el movimiento del fluido

mayor es la transferencia de calor por convección. En ausencia de dicho movimiento la

transferencia de calor entre una superficie sólida y el fluido adyacente sería por

conducción pura.

- CONVECCIÓN FORZADA: el fluido es forzado a fluir sobre la superficie mediante

medios artificiales (ventiladores, bombas, etc.)

- CONVECCIÓN NATURAL: el movimiento del fluido es debido a causas naturales. Las

fuerzas de empuje son inducidas por la diferencia de densidad debida a la variación de

temperatura en ese fluido.

Los procesos de transferencia de calor que comprenden cambio de fase de un

fluido también se consideran convección por el movimiento inducido de dicho fluido

durante el proceso. Por ejemplo la ascensión de las burbujas de vapor durante la

ebullición o el descenso de las gotas de líquido durante la condensación.

3.- Radiación.

Según Donald Q, Kern (1999). La radiación es la energía emitida por la materia

en forma de ondas electromagnéticas (o fotones), como resultado de los cambios en las

configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas. En lo que respecta a la

transferencia de calor es de interés la radiación térmica o forma de radiación emitida por

los cuerpos debido a su temperatura. La radiación térmica suele corresponder a la

banda de frecuencias del infrarrojo.

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Todos los cuerpos a una temperatura por encima del 0 absoluto emiten radiación

térmica. La radiación es un fenómeno volumétrico y todos los sólidos, líquidos y gases

emiten, absorben o reflejan radiación en diversos grados. Sin embargo la radiación

térmica suele considerarse como un fenómeno superficial para los sólidos que son

opacos a la radiación térmica, como los metales, la madera y las rocas, ya que la

radiación emitida por las regiones interiores de un material de este tipo nunca pueden

llegar a la superficie y la radiación incidente sobres esos cuerpos suele absorberse en

unas cuantas micras hacia dentro en dichos sólidos. A diferencia de la conducción y la

convección la radiación no necesita un medio de transmisión y puede ocurrir en el

vacío.

e) Hornos de pirolisis

La pirolisis se puede definir como la descomposición térmica de un material en

ausencia de oxígeno o cualquier otro reactante. Esta descomposición se produce a

través de una serie compleja de reacciones químicas y de procesos de transferencia de

materia y calor.

Existen aplicaciones donde se requiere la utilización de temperaturas muy altas y

además es necesario el quemado de los humos resultantes de la combustión, que de

otra manera resultarían contaminantes para el medio ambiente.

La solución para estos procesos son los hornos de pirólisis. Hornos capaces de

llegar y mantener temperaturas muy altas, perfectamente controlados para evitar todos

los problemas concernientes al manejo de estas temperaturas.

El tipo de horno utilizado en la planta de MVC II (Horno R-401) dentro del

Complejo, es un tipo de Horno de craqueo de EDC con prevaporizador externo de EDC,

donde presenta un sección de precalentamiento de EDC en la zona de conveccion y

recuperación de calor para producir vapor en la sección de la convección, también una

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sección de evaporación de EDC aprovechando energía de gases de craqueo que salen

de la zona de radiación.

.

Figura 1. Horno de Craqueo de MVC II (R-401). Fuente: Manual de Craqueo de EDC (1999).

2.3.4. Simulación de procesos químicos. Según D. Jerez y F. Morales (2002), la simulación de procesos permite predecir

el comportamiento de un proceso utilizando relaciones de ingeniería tales como

balances de materia y energía, relaciones de equilibrio químico y de fases y datos

cinéticos. Teniendo una base termodinámica confiable, condiciones de operación según

diseño y modelos fieles de las operaciones unitarias, es posible simular el

comportamiento real de plantas completas o de cualquier sistema y obtener las

respuestas ante cualquier cambio en el proceso. Esto demuestra la gran importancia de

la simulación durante todo el ciclo de vida del proceso desde la investigación y

Horno de Craqueo de EDC R-401

R-401

A

B C

D

A: Precalentamiento de BFW B: Generación de vapor Convección C: Precalentamiento de EDC D: Craqueo de EDC (Radiación)

Serpentines diseñados para 100000 horas de servicio a las condiciones de diseño

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desarrollo, pasando por ingeniería de procesos y diseños, hasta la operación y

producción.

2.3.5. Simulador de Procesos ASPEN PLUS. Aspen Plus es un programa de simulación de procesos combinado con todas las

herramientas fuertes para simulaciones familiarizadas con la ingeniería de procesos. El

programa incluye una amplia variedad de componentes en la librería y los métodos

termodinámicos de predicción de propiedades, con las más avanzadas y flexibles

técnicas de cálculos de operaciones unitarias, para proporcionar al ingeniero de

procesos las facilidades computarizadas de cálculos referentes a balances de masa y

energía necesarios para modelar muchos de los procesos en estado estacionario.

Aspen Plus es capaz de modelar desde sencillas hasta complejas columnas de

destilación. Para resolver cada sistema o proceso se basa en balances de materia y

energía y en ecuaciones de equilibrio liquido-vapor.

Los métodos disponibles en Aspen Plus pueden clasificarse dentro de seis

categorías.

o Métodos ideales

o Correlaciones generalizadas

o Ecuaciones de Estado

o Métodos de actividad liquida

o Paquetes especiales

o Electrolitos

El usuario puede escoger el método mas ajustado a un sistema en particular. Al

simulador se le debe suministrar toda la información posible sobre características de los

equipos (numero de platos de columna, reflujos internos, presión, ubicación de la

alimentación y de los retiros, intercambiadores de calor y otros) a simular. Mientras mas

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precisos sean los datos y mayor cantidad se suministren al programa, mejores serán los

resultados obtenidos.

La simulación estacionaria no solamente puede ser útil para el diseño de nuevos

procesos y para la optimización de otros ya implantados, sino también puede ser usada

para la obtención de modelos de procesos ya existentes, ajustados con datos reales de

planta que puedan servir para:

o Investigar su comportamiento en condiciones estacionarias de proceso. o Llevar a cabo el estudio de posibles estrategias de control. o Desarrollar posteriormente modelos dinámicos para luego ser usados en la

investigación el comportamiento dinámico del proceso.

Figura 2. Diagrama Esquemático de los pasos a seguir en la simulación con Aspen

Plus. Fuente: Pacheco, H (2008).

Construcción del diagrama de flujo

Definir las unidades de medida

Definir los componentes

Seleccionar el método termodinámico de cálculo

Definir las corrientes de alimentación

Especificar las limitaciones del proceso

Correr la simulación y analizar los resultados

FIN

INICIO

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2.2.6. Descripción del proceso de Craqueo de EDC (Unidad 400) de producción de la planta MVC II. La planta MVC II fue diseñada y puesta en funcionamiento con la licencia de

tecnología Alemana de Hoestch y por la empresa de Ingeniería UHDE; destinada a

producir según diseño 130 MTMA de MVC. Esta planta posee siete (7) unidades de

proceso y dos (2) unidades de almacenamiento.

2.2.6.1. Craqueo de EDC (unidad 400).

La unidad de Craqueo esta diseñada para producir 130 MTMA. El EDC es

alimentado la sección de convección del Horno de Craqueo (R-401). En la sección de

convección se precalienta el EDC y en la zona de radiación se desarrolla craqueo para

obtener MVC y HCl como productos principales. La unidad de craqueo esta diseñada

para producir 390 TMD de MVC.

2.2.6.2. Proceso de producción de la unidad de craqueo.

1.- Suministro de EDC.

El EDC, que alimenta el horno R-401 de craqueo es suministrado limpio, seco y

libre de sólidos. El EDC es alimentado al horno R-401 mediante alta presión de la

bomba de flujo firme. La velocidad de alimentación al horno R-401 está controlada

mediante un controlador de flujo, FIC 4205.

Es extremadamente importante que la alimentación sea absolutamente seca

(conteniendo menos de 10 ppm de agua por peso) con el fin de evitar la corrosión

resultante de la combinación de agua con HCl, en el transcurso del proceso. La

alimentación debe ser pura y físicamente limpia para minimizar la formación de carbón

dentro del serpentín de hornos.

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2.- Pirolisis. El craqueo de EDC a MVC y HCl se realiza en los serpentines de reacción, de

acero inoxidable, situadas dentro del horno, R-401.

El Horno de Craqueo, R-401, está diseñado con cinco diferentes secciones de

serpentines en la sección de convección y sección radiante.

La conversión de EDC a MVC es directamente proporcional a la temperatura y la

misma se encuentra entre 50 y 55%. La temperatura de reacción se ubica entre 465 y

493 °C. La reacción química ocurre de la siguiente manera:

CH2 Cl= CH2Cl(g) + Q HCl = CH2(g) + HCl(g)

EDC + Calor MVC + Cloruro de Hidrógeno

3.- Proceso. El EDC purificado seco descarga mediante la bomba P-401, desde el tanque

pulmón D-401, va primero hacia el precalentador E-405 y posteriormente pasa al

precalentador con vapor E-403 para posteriormente ser alimentado a la zona de

convección del Horno de craqueo, la zona precalentada se envía a la zona carcaza del

intercambiador E-402 donde el EDC es vaporizado para enviarlo a la zona de radiación

del horno donde ocurre el craqueo del EDC para obtener MVC y HCL como productos

principales.

La salida de la zona de radiación se envía hacia el lado tubo del intercambiador

E-402 aprovechando así el calor de la corriente para así vaporizar el EDC, la salida del

lado tubo se envía a la columna de enfriamiento súbito C-401. la corriente de tope de la

columna C-401 va a lados tubos del intercambiador E-404 donde parte del calor es

recuperado para generar vapor de baja presión y condensar parte de la corriente de

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tope la cual se envía al tambor D-404, desde el tambor mediante unas bombas se

recircula el producto condensado hacia la columna C-401 para enfriar el producto

craqueado. El líquido recirculado a la columna C-401 se alimenta a un distribuidor que

dispone de boquillas rociados para favorecer el enfriamiento de las gases y desplazar

hacia el fondo las partículas sólidas. La corriente en gaseosa que sale del

intercambiador E-404 se alimenta al intercambiador E-405 donde ocurre condensación

parcial, el liquido se envía al tambor D-404 y los gases van hacia el condensador E-407.

La columna C-501 pertenece de la unidad 500 de purificación de EDC, la cual

tiene como función despojar el HCL del EDC que no reacciono en el horno de craqueo y

el MVC generado.

Figura Nº 3. Esquema ilustrativo de la unidad de craqueo.

Fuente: Manual de Craqueo (2001).

D-402 E-403 E-405

E-404

D-404 D-403

E-402

D-401

C-401

R-401

EDC

A E-407

LS

A C-501

LS

BFW

BFW

MS MC

50°C 138°C

160°C

225°C

240°C

490°C

163°C

168°C

148°C

148°C 130°C

130°C

?

154°C 125°C

100°C

154°C 183°C

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4.- “Coil coking”

Es un término que describe el depósito gradual de carbón en los tubos del

horno. El carbón es eliminado periódicamente quemándolo a elevadas temperaturas,

usando una mezcla de vapor y aire, o con el procedimiento de chorro de perdigones.

El coque depositado en el fondo del prevaporizador de EDC E-402, es sacado en el

curso de la revisión anual. El coque depositado en los tubos de entrada y salida del

evaporador E-402 puede eliminarse con un equipo de hidro-eyector.

En un promedio de alimentación dado, la conversión y configuración del

serpentín, los productos derivados y la formación de carbón, generalmente se

incrementa con las presiones altas. Por esta razón, la salida de presión del serpentín

es limitada a aprox. 22.5 Kg/cm2g para retardar la formación de productos derivados y

de coque.

Figura 4. Coque formado en el horno. Fuente: Manual de Craqueo (2001).

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Figura 5. Coque formado en el E-402. Fuente: Manual de Craqueo (2001)

2.3.7. Sistema de inyección de gas Combustible (Gas combustible) al Horno de Craqueo R-401 de MVC II.

En la planta de MVC II el gas combustible es suministrado mediante la faja

central de la línea de gas residual o gas combustible proveniente de la estación V-25 de

la planta de LGN , donde pasa seguidamente por unos filtro para eliminar los arrestes

de materia orgánica y seguidamente es controlado mediante unas válvulas de control

de presión PC- 9912 A y B (válvulas de rango compartido, PV-9912A/ 9912B), que

presentan aperturas de acuerdo al requerimiento de presión en el cabezal de los

quemadores del horno de Craqueo ubicadas en el limite de batería de la planta, luego el

flujo de gas combustible que es inyectado a los quemadores mediante la TC-4109 que

controla la apertura de flujo de gas combustible fino hacia los quemadores del horno

manteniendo la temperatura de salida de los serpentines radiantes A/B (TI-4109/4110)

en el set point seleccionado por el panelista de acuerdo a la carga a la que se

encuentre el horno, al mismo tiempo el sistema de control TY-4109 también está

provisto del control de presión en el cabezal de alimentación de los quemadores

mediante el PC-4117, la presión se debe mantener como mínimo en 1.5 bar. La

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35


temperatura de EDC Craqueado esta relacionada con lazos de control de presión y flujo

de gas combustible al sistema (lazos relacionados al sistema de control FY-9912, FY-

4103, TY-4109).

El calentamiento requerido para la reacción de craqueo se suministra por medio

de quemadores de gas para un total de 88, en la sección radiante del horno R-401.

Esos quemadores suministran calor a los serpentines de craqueo mediante radiación de

las paredes del horno a los serpentines colocados en un plano vertical, entre las

paredes.

2.3.8. Procesos industriales.

Según Alberto, Ojeda Pérez, (1998), los procesos industriales tienen como

propósito principal el transformar materias primas en un producto final. Durante el

proceso de la producción de estos bienes, se tienen diversos procesos, ya sea que

sean reutilizados los materiales, o se convierta energía para producir el producto final.

La instrumentación, provee el significado del proceso de producción para

asegurar que los productos sean elaborados apropiadamente. Aunque hay varios

procesos industriales y ninguno es idéntico, es importante saber que los principios que

aplica en los procesos son semejantes en sus principios. Un proceso puede ser descrito

como la secuencia de cambios en una sustancia. La secuencia de cambios puede

ocurrir en el aspecto químico, físico o ambos en la composición de una sustancia

incluyendo parámetros como el flujo, nivel, presión, temperatura densidad volumen,

acidez y gravedad específica, así como muchos otros, También muchos procesos

requieren de transferencia de energía.

La mezcla de fluidos, el calentamiento o el enfriamiento de sustancias, el bombeo

de agua de un lugar a otro, el enlatado de comida, la destilación de gasolina, el

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36


pasteurizado de la leche, y convertir la luz solar en energía eléctrica todos pueden ser

descritos como procesos. Cuando una sustancia es calentada, su temperatura y su

composición puede cambiar. Cuando la luz solar es convertida en electricidad, pueden

ocurrir cambios físicos como químicos.

a) Variables.

En todo proceso tenemos diversas variables, las cuales afectan las entradas o

salidas del proceso.

Temperatura, nivel, flujo, presión, son las variables más comunes en los

procesos industriales, las cuales son monitoreadas y controladas por medio de la

instrumentación del proceso.

En el caso particular del sistema de control que se desea proponer para el

mejoramiento del sistema de inyección de gas combustible del Horno de Craqueo R-

401 de MVC II, la variable que afecta el proceso de craqueo en el Horno es la

composición del gas combustible (Mala calidad).

b) El proceso de control.

Un proceso industrial comienza con la medición de una variable. Por ejemplo, la

temperatura del fluido del proceso en la salida del Horno de Craqueo r-401 es medida.

Esta información es utilizada para llevar a cabo una decisión acerca del proceso.

Finalmente, se lleva a cabo la acción basada en la decisión tomada.

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37


c) Diferencias entre control manual y control automático.

Cuando se conduce un automóvil, el tripulante debe considerar ciertas variables.

La velocidad es una de esas variables, la cual es necesaria para reunir información

acerca de que tan rápido avanza el auto. El velocímetro indica la velocidad actual del

auto. La velocidad límite del auto indica la velocidad deseada del auto. Estos valores

pueden ser comparados para tomar una decisión. El estado actual de la variable

comparado con el estado deseado es lo que determina una apropiada acción, con el

objeto de aumentar o disminuir la velocidad, o simplemente no llevar a cabo ninguna

acción. Una vez que la decisión ha sido tomada e implementada, el siguiente paso es

verificar de nuevo la velocidad del auto, para determinar que efecto han tenido los

cambios hechos con anterioridad. Cuando la información ha sido reunida, se ha tomado

una decisión y realizado una acción, se dice que se lleva a cabo un control manual del

auto. La decisión de aumentar, disminuir, o mantener la velocidad del auto, es realizada

automáticamente por un instrumento. El control que se realiza por medio de

instrumentos, se dice que es un control automático.

d) Variables utilizadas en el proceso de control.

El lazo de control de un proceso es diseñado para tener todas las variables bajo

control. El término utilizado para llamar a la variable que ha sido manipulada, es el de

VARIABLE MANIPULADA. A la o las variables que han sido medidas con anterioridad

se les denomina VARIABLE MEDIDA. De la misma manera, el término utilizado para

expresar el valor de ajuste, es SET POINT, y la diferencia entre el valor actual de la variable y el set point, se denomina DESVIACIÓN. La acción es realizada para eliminar

la desviación. En el proceso de control, la acción es el ajuste de la variable, a este

ajuste se le denomina VARIABLE MANIPULADA.

En términos prácticos, el control es un ciclo continuo de medición, toma de

decisión, y realizar una acción. El proceso de control es un lazo diseñado para

mantener la variable controlada en el set point.

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38


e) Componentes de control.

Un disturbio es un cambio en la demanda del sistema, usualmente es un factor

fuera del lazo, el cual afecta la variable controlada. Con el fin de compensar los

disturbios y mantener el control, el proceso de toma de decisión debe ser continuo.

Feedback es el término utilizado para indicar una medición y respuesta continuas

a la información generada. Esta es la forma más simple de control. El término usado

para definir los instrumentos en un sistema de control da información, decide y toma

acción en un sistema de control retroalimentado, es un lazo de control retroalimentado.

El lazo de control retroalimentado, incluye un censor, un transmisor, un

controlador, y un elemento final de control. Censores, transmisores, y los elementos

finales de control, a menudo están localizados en campo cerca del proceso. Los

controladores, comúnmente se localizan en el cuarto de control.

El sensor detecta el valor de la variable medida. El transmisor convierte la

señal del censor a una señal normalizada y la envía al controlador. El controlador

compara el valor de la señal transmitida con el set point y envía una señal de salida al

elemento final de control. El elemento final de control es reposicionado para corregir la

desviación provocada por los disturbios en el sistema.

f) Elementos finales de control.

La posición del elemento final de control está determinada por los controladores.

Específicamente la posición del elemento final de control está determinada por la o las

señales representando el valor de la desviación que es transmitida al controlador. El

diseño de un elemento final de control está determinado por las necesidades del

sistema de control.

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39


Elementos finales de control más comunes.

Válvulas de control, bombas, bombas de medición, relevadores, ventiladores con

aspas ajustables, son algunos tipos de elementos finales de control más comunes.

Otros tipos de elementos finales de control son: variadores de velocidad, bombas o

compresores, y bandas ajustables de velocidad en sistemas de transportación. La

aplicación es la que dicta que tipo de mecanismo es el adecuado para el control de las

variables en el proceso. Los elementos finales de control eléctricos, generalmente son

activados por motores o solenoides. Las válvulas solenoides solo tienen dos posiciones:

abierto o cerrado. Las válvulas de control operadas neumáticamente son muy comunes

en la industria. Muchas válvulas de control son operadas con actuadores neumáticos.

La operación, aire a presión aplicado al diafragma del actuador causa una flexión, esta

flexión posiciona la válvula.

g) Otros lazos de control.

El control en cascada

A menudo puede controlar un proceso más precisamente que un sencillo lazo de

control retroalimentado, porque el control en cascada permite que una segunda variable

sea monitoreada en adición a la variable controlada. En aplicaciones del control de

cascada, la selección de la segunda variable está basada en la capacidad para reflejar

rápidamente cualquier disturbio a la variable manipulada. El control en cascada es un

lazo de control instalado dentro de otro lazo de control.

Una aplicación semejante a la operación de mezclado es una en la cual el control

en cascada puede ser aplicado. Con una sola variable monitoreada existente, el control

no es tan preciso como se requiere.

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40


El control proporcional

A menudo es implementado en procesos en que los materiales deben ser

mezclados en proporción a otro. Un controlador proporcional, mantiene una proporción

predeterminada entre dos o más variables, usualmente flujo. Por ejemplo, un producto

requiere una parte de un material A por dos partes de un material B con el control

proporcional, la razón de flujo de uno de los materiales está determinada por partes

específicas del proceso.

Control por “feedforward”

Esta técnica se puede emplear cuando se estudia un sistema cuyas

perturbaciones son mesurables. Se trata de eliminar sus efectos para minimizar el error

que se calcula en un lazo “feedback”. En resumen, se trata de avanzar la acción de

control ya que un lazo “feedback” proporciona una acción posterior, siendo incapaz de

avanzarse a los cambios del sistema.

Los requisitos básicos para utilizar control por “feedforward” son dos:

1. Señal de perturbación mesurable o estimable.

2. Exista un modelo matemático del proceso.

2.3.9. Cromatógrafo de gas.

Según el manual del CIED de laboratorio de cromatografía (1991), es un

instrumento o equipo que se encarga por medio de una técnica analítica, realizar el

principio de separación de los compuestos de una mezcla en sus componentes

individuales y posterior detección de los mismos. Este se encarga de producir el

proceso cromatográfico. En la figura se muestra un cromatógrafo de gas en línea.

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Figura 6. Cromatógrafo de Gas en Línea.

Fuente: Pacheco, H (2008).

2.3.10. Principio de Medición por Cromatografía de Gas.

Según el CIED de Instrumentación Industrial (1993), existen muchos principios

de medición y cientos de analizadores basados en estos principios. De esta forma,

puede haber más de un analizador capaz de realizar un análisis particular, igualmente

para muchas sustancias hay más de un método de análisis, en este caso se debe

considerar cual es el método más práctico. Cada tipo de analizador continuo o en línea

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se basa en un principio físico-químico que relaciona la concentración de ciertos átomos

o moléculas con algún fenómeno físico medible. En el figura 5 se muestra el proceso

de separación de los componentes químicos por Cromatografía de gas:

Figura 7. Análisis del Gas Natural por Cromatografía.

Fuente: INTEVEP. Taller de Analizadores de Proceso (1992).

La Cromatografía de Gas en línea es un proceso físico por el cual se pueden

separar los componentes químicos de una muestra de gas y es una herramienta útil

cuando es requerida información analítica continua para mejorar la operación en una

planta industrial en la que estén involucrados procesos con sustancias químicas, gas o

petróleo.

C5

C4

C5 C6

C6

C7

C8

C9

C8

C10

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43


La función primaria de un Cromatógrafo en línea, en este tipo de sistema, es la

de proveer oportunamente datos sobre la composición química de un compuesto,

permitiendo controlar el tiempo real del proceso en la planta. El principio básico de la

Cromatografía es que una muestra de una mezcla es transportada a través de un medio

estático por un transportador móvil y se clasifica de acuerdo a la naturaleza del

transportador móvil (fase móvil) y el medio estático (fase estacionaria).

Si la fase estacionaria es un sólido la separación se produce mediante el

fenómeno de adsorción, mientras que el caso del líquido como fase estacionaria, el

fenómeno físico que constituye la base del proceso cromatográfico es el de partición. La

separación de componentes esta basada en las diferentes tendencias que éstos tienen

a ser partidos dentro de las dos fases, en términos generales las diferencias entre estas

dos variantes de la cromatografía de gases, es la constitución del tipo de columna

utilizada, por lo que la técnica en ambos casos es muy similar.

En este caso, se describirá en forma general la técnica para la cromatografía de

gases, corriente conocida como la técnica de Elución (porque la muestra investigada

barre la columna por elución con un gas), haciendo referencia en el tipo de fase

estacionaria (con los que van a interactuar los componentes de la muestra), para

distinguir cada una de las técnicas.

2.311. Elementos del Cromatógrafo.

Los elementos básicos de un cromatógrafo de gas son los siguientes:

• Gas de Arrastre Este lo constituye un cilindro de alta presión el cual sirve como fuente de gas

portador de arrastre de los componentes químicos que vienen dentro de una muestra.

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Generalmente se utiliza como gas de arrastre el Helio, Nitrógeno e Hidrogeno.

En principio, podemos usar cualquier gas como gas portador o fase móvil en

Cromatografía gaseosa, esto es si el único propósito fuera el de mover los

componentes de la muestra a través de la columna. Sin embargo, ésta no es la única

consideración que debemos tener, ya que ésta influye en la detección y en la resolución

de los componentes de la muestra, por lo tanto se hace necesario seleccionar el gas

portador adecuado. Debemos considerar ambos, detección y resolución. El gas de arrastre debe cumplir las siguientes características: Debe ser un gas

inerte, para no dar lugar a interacciones con la muestra o fase estacionaria, debe ser

fácilmente accesible en el estado puro, conveniente para el tipo de detector a utilizar, un

gas seco, un gas puro (libre de impurezas).

• Regulación y Control de Flujo Se utiliza a la entrada del Cromatógrafo un regulador para asegurar una presión

uniforme y constante para la entrada de las columnas. Esto asegura, una temperatura

dada y tiempos de retención característicos. El controlador de flujo tiene dos funciones

ambas están relacionadas con la rata de flujo del gas portador. Si resultados repetibles

y estables son obtenidos, la rata de flujo debe ser mantenida constante durante el

análisis. Con un cambio en la muestra o en las condiciones de operación puede requerir

una diferente rata de flujo, entonces debe ser posible ajustar la rata de flujo sobre un

amplio rango.

Estos requerimientos son logrados, por medio del regulador de presión y el

orificio capilar. Es posible variar el regulador de presión sobre un amplio rango (de 0 –

60 psi), para obtener una rata de flujo de 0 – 200 ml por minuto de gas portador. Estas

relaciones son mostradas en el figura 8. El rango de 0 – 200 ml por minuto es

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adecuado cuando el diámetro de la columna es hasta un 1/4” con una baja caída de

presión (hasta 30 libras).

200 Flujo (cc/min) .

.

.

.

.

100 .

.

.

.

0 . Presión Reg.

10 º 20 30 40 50 60 psi

Figura 8. Curva Flujo / Presión

Fuente: PEQUIVEN. Taller Analizadores de Proceso, (1991).

• Puertos de Inyección Los puertos de inyección proveen un medio de introducción de la muestra a la

corriente del gas de arrastre y por consiguiente, a las columnas de separación. Una

cámara de inyección, que haya sido calentada a una determinada temperatura según

especificaciones técnicas del fabricante, vaporiza las muestras no gaseosas, por lo

tanto la temperatura debe ser variable y estar bajo control.

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La muestra debe introducirse en la columna en una sola inyección rápida, para

obtener los respectivos picos (valores extremos), definidos y con una separación

completa y definida de cada uno de los componentes químicos analizados. A

continuación se muestra un inyector para muestra de gas en la figura 9.

Figura 9. Puerto de Inyección.


• Columnas Según Lepatine (1996), la columna es la parte principal del instrumento, en el

cual se efectúa la separación de los componentes de la mezcla muestra, ésta debe ser

fácilmente intercambiable para así facilitar el análisis de diferentes tipos de mezcla. En

cuanto a la selección de las columnas se elige tomando en cuenta, el grado de

resolución o separación requerida, el tiempo de análisis el cual puede ser tolerado, El

tamaño de la muestra que debe ser inyectada, El tiempo de respuesta, El tipo de

empaque de la columna.

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Figura 10. Tipos de Columnas Empacadas.


La columna es el corazón del Cromatógrafo es la parte más importante, ya que

es quien le corresponde realizar la separación física de los componentes químicos de

un proceso determinado. Esta consta de tres partes, las cuales son:

1.- Una fase estacionaria.

2.- Un soporte sólido.

3.- Un recipiente, tubo de metal, vidrio o plástico.

La fase estacionaria debe ser la única parte activa de la columna, tal como se

muestra en la figura 11. La separación se efectúa entre el gas de arrastre y este

material. La afinidad de la muestra con la fase estacionaria determina el tiempo de

todos los compuestos individuales, que permanecen en la columna. Los compuestos

con menos afinidad emergen primero y los de mayor afinidad emergen posteriormente.

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Figura 11. Fase Móvil y Fase Estacionaria de la Columna.


Las columnas están separadas en dos categorías: partición y adsorción.

Columnas de Partición. De estas existen solo dos tipos, Polares y No Polares. Una

columna de partición consiste de gránulos de Firebrick recubiertos con una fase líquida.

Los granos de Firebrick llamados el soporte son tierras de diatoneas, las cuales son

calcinadas y seleccionadas por un tamiz de metal estándar para obtener partículas

uniformes.

Los recubrimientos Polares son normalmente líquidos. Algunos ejemplos son el

Asipate, TCEP, Nitriles y Carbowax. A juicio de lepatine, S. (1996), un recubrimiento

polar trabaja como un magneto, mientras más polar sea el componente, más tiempo

permanecerá en la columna y viceversa. Todos los componentes tienen características

polares. El recubrimiento No Polar por lo general, es usualmente algún tipo de aceite

(combinación de diferentes tipos de aceites), estas fases se encargan en la separación

de componentes por puntos de ebullición.

Columnas de Adsorción. La columna de adsorción separa gases permanentes e

hidrocarburos ligeros por tamaño molecular. Esta es usada normalmente para separar

componentes como Oxigeno, Dióxido de Carbono, Monoxido de Carbono, Metano y

Etano. Los tipos de materiales usados para el empacado de la columna incluye

Porapack (polímero poroso), Porasil (arena de silicia porosa), y Tamiz Molecular

(Xeolites).

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• Detectores

El detector está diseñado para generar una señal electrónica cuando un gas,

diferente al arrastre, eluye de la columna, varían en diseño, sensibilidad y selectividad,

la sensibilidad refiere a la más pequeña cantidad de un componente que es capaz de

generar una cantidad observable, la selectividad refiere al tipo de compuesto del que se

genera una señal.

Detector de Conductividad Térmica (TCD)

De acuerdo con Parker (1996), el término de Conductividad Térmica, se refiere a

la capacidad de una sustancia de transportar calor de una región caliente a otra fría. A

mayor conductividad térmica suele consistir en un filamento caliente de tugsteno-reino,

hacia el cual se dirige el gas que sale de la columna cromatografica.

La conductividad térmica es un factor básico relevante para lo discutido

previamente de la velocidad de un gas a una temperatura fija. Moléculas livianas como

las de Hidrógeno tendrán una mayor velocidad que las moléculas pesadas como las de

Nitrógeno. El Hidrogeno, por lo tanto, hace más contacto moleculares con un cuerpo

caliente y transfiere energía a las moléculas o paredes adyacentes a una rata mayor

que las sustancias de baja velocidad.

Generalmente el Detector de Conductividad Térmica (TCD), es utilizado para

medir porcentajes de concentración de gas. Dado de que el detector responde a

cambios en la conductividad térmica de la corriente de gas, es deseable que la

conductividad del soluto y el gas portador sea lo más diferente posible. En la figura 13 se muestra un detector (TCD).

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Figura 12. Detector de Conductividad Térmica (TCD).


2.3.12. Descripción Técnica de un cromatógrafo. El cromatógrafo permite determinar los componentes de una muestra de gas en

pocos minutos, consta de columnas de separación de los componentes del gas, una

toma de muestra, una cámara de temperatura controlada encerrando el detector y un

registrador que marca en el gráfico los picos correspondientes a los componentes.

Se inyecta en la columna una cantidad exacta de gas a analizar, la muestra es

arrastrada por dentro de la columna de separación, por un gas portador inerte (Helio,

Nitrógeno o Hidrogeno), que actúa como fase móvil.

El gas portador y la muestra pasan por las columnas que tienen la fase

estacionaria y esta absorbe en forma distinta a cada uno de los componentes de tal

forma que estos avanzan a distinta velocidad, al salir de la columna, los solutos forman

bandas separadas en el gas de arrastre, resultando una cromatografía en el tiempo.

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Ya que los componentes salen de la columna en secuencia llegando uno tras

otro al detector de conductividad que compara las conductividades térmicas entre el gas

portador y la mezcla dando una tensión proporcional a la concentración del gas

correspondiente, posteriormente la respuesta puede visualizarse en un registrador o en

un computador.

Este cromatógrafo esta constituido por una serie de elementos externos de los

cuales son de mucha importancia para el proceso, en donde se utiliza un

acondicionador de muestra y sus respectivos elementos para realizar una buena

medición del proceso. En la figura 13, puede verse el diagrama esquemático de un

Analizador (Cromatógrafo de gas en línea), en el cual se realiza la separación de cada

uno de los componentes químicos que intervienen dentro del gas natural.

Figura 13. Partes Externas Fundamentales del Cromatógrafo.


CILINDRO CROMATOGRAMA

COLUMNAS

REGISTRADOR

MUESTRA

DETECTOR

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2.3.13. Objetivo de la Planta de LGN II.

La Planta de Extracción de Líquidos LGN II (El Tablazo II) se encuentra ubicada

en el Complejo Petroquímico El Tablazo, en los Puertos de Altagracia, en la Costa

Oriental del Lago de Maracaibo.

Los productos obtenidos en esta planta son básicamente metano, etano,

propano, butano y gasolina. El gas metano es utilizado dentro de la misma planta como

gas combustible para satisfacer los requerimientos calóricos de los equipos. Además

es utilizado dentro del Complejo para cumplir los requerimientos energéticos de otras

plantas o como gas de proceso para las Plantas de Amoníaco. Por otro lado, el etano y

el propano son enviados continuamente a las Plantas de Olefinas de este complejo

petroquímico para producir etileno y propileno. Finalmente, los butanos y gasolinas

naturales son enviados a la Refinería de Bajo Grande, propiedad de PDVSA GAS, en la

cual se reprocesan para luego enviarlos a la Refinería de Cardón, propiedad de PDVSA

manufactura.

De los productos mencionados anteriormente, los de mayor interés económico

para Pequiven, son el etano y el propano, ya que ellos constituyen la principal materia

prima en el procesamiento de los productos olefínicos, los cuales a su vez son materia

prima de los plásticos que encontramos en el mercado nacional e internacional. Por

esta razón, para Pequiven es esencial que esta planta trabaje en su máxima capacidad

y eficiencia.

2.3.14. Bases de diseño del gas natural de la planta LGN II.

Las bases de diseño del gas natural de alimentación a las plantas de LGN, enviado

por PDVSA, son:

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• Volumen: 90 – 180 MMPCD

• Presión: 800 – 900 psig

• Temperatura: 70 - 100 °F

• Contenido de Agua: Saturado

La calidad del gas de alimentación (Gas Rico) es como sigue:

Componentes (%Molar) Gas Alimentación

N2 0.695

H2S 0.001

CO2 3.8

METANO 69.907

ETANO 13.096

PROPANO 7.1789

iC4 1.181

nC4 2.080

iC5 0.565

nC5 0.56

C6(+) 0.907

Tabla 3. Condiciones de diseño de la alimentación de gas natural a LGN II. Fuente: Programa de Adiestramiento LGN II (2006).

2.3.15. Bases de diseño del suministro de gas combustible a la planta de MVC II. Las condiciones requeridas del gas combustible suministrado al horno son las

siguientes:

• Flujo de Gas Combustible: 1223 (kg/hr)

• Presión: 1.5 (Bar)

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• Temperatura del Horno: 460-490 (°C)

• LHV del gas en el horno: 930 BTU/ ft3

• HHV del gas en el Horno: 1035 BTU/ft3

Componentes (%Molar) Gas Alimentación

N2 0.8

CO2 4

METANO 87

ETANO 7.5

PROPANO 0.5

C4H10 0.2

Tabla 4. Condiciones de diseño de alimentación. Fuente: Manual de Craqueo (1999).

2.2.14. Separadores (Vapor/liquido). 1.- Funciones que debe cumplir un separador

Según Marcías J, Martínez (1997). Un recipiente bien diseñado hace posible una

separación del gas libre y de los diferentes líquidos. Por ende, el objetivo es cumplir son

las siguientes funciones:

Permitir una primera separación entre los hidrocarburos, esencialmente

líquidos y gaseosos.

Refinar aun mas el proceso, mediante la recolección de partículas liquidas

atrapadas en la fase gaseosa.

Liberar parte de la fracción gaseosa que pueda permanecer en la fase liquida.

Descargar, por separado, las fases liquida y gaseosa, para evitar que se

puedan volver a mezclar.

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2.- Requisitos necesarios para el diseño de un separador.

Para sastifacer las funciones que debe cumplir un separador, es necesario tomar en

cuenta los siguientes puntos:

Las tasas de flujo de las fases liquida y gaseosa deben estar comprendidas

dentro de ciertos límites, que serán definidos a medida que se analice el

diseño. Esto hace posible que inicialmente la separación se efectué gracias a

las fuerzas gravitacionales, las cuales actúan sobre esos fluidos, y que se

establezcan un equilibrio entre las fases liquido-Vapor.

La turbulencia que ocurre en la sección ocupada por el gas debe ser

minimizada.

La acumulación de espuma y partículas contaminantes ha de ser controlada.

Las fases liquida y gaseosa no se deben poner en contacto una vez

separadas.

Las salidas de los fluidos necesitan estar provistas de controles de presión

y/o nivel.

Las regiones del separador donde se pueden acumular sólidos deben, en lo

posible, tener las previsiones para la remoción de esos sólidos

El separador requiere de válvulas de alivio, con el fin de evitar presiones

excesivas, debido a diferentes causas, por ejemplo: líneas obstaculizadas

Es conveniente que todo recipiente tenga una boca de visitas, para facilitar la

inspección y mantenimiento.

El cumplimiento de los puntos antes mencionados es fundamental para obtener la

eficiencia requerida. Por consiguiente, la separación depende, con preferencia, del

diseño del equipo usado en el procesamiento y de las condiciones tanto corriente arriba

como corriente abajo.

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3.- Factores que se deben considerar durante el diseño de separadores

A los efectos del diseño de un separador se deben considerar los parámetros

que afectan el comportamiento del sistema. Se analizaran las propiedades de los

fluidos, las cuales derivan del comportamiento de las fases que se separan cuando la

mezcla de hidrocarburos entra al recipiente. Las características del gas y del líquido

dentro de la unidad intervienen de manera directa en el dimensionamiento. Se

estudiaran, luego, las diferentes secciones del separador, lo cual conduce a determinar,

con el soporte de los dos puntos anteriormente estudiados, el tipo de recipiente que se

ha de utilizar.

4.- Propiedades de los fluidos

Cuando se diseña un separador, es necesario tomar en cuenta ciertos factores y

propiedades asociados con los fluidos que van a ser procesados. Entre ellos están los

siguientes:

Las tasas de flujo mínima y máxima de liquido y del gas y su respectivo

promedio.

La temperatura y la presión de operación del separador.

Las propiedades de los fluidos, tales como: densidad, viscosidad.

La presión de diseño del separador.

El número de fases que debe manejar la unidad, por ejemplo: liquido-Gas

(Separador Bifásico) o crudo-agua-gas (Separador trifásico).

Las impurezas que pueden estar presentes en los fluidos, como arena,

parafina y otras.

La tendencia de los fluidos a formar espuma y su impacto en la corriente

aguas abajo.

El efecto de la velocidad de erosión.

Las variaciones transitorias de la tasa de alimentación del separador.

DERECHOS RESERVADOS

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La información sobre todos los elementos mencionados es necesaria para

determinar al diseño mecánico adecuado.

5.- Condiciones mecánicas de los separadores

Los separadores, para poder cumplir con las funciones y requisitos señalados

anteriormente, deben poseer cuatro secciones principales. Estas son las siguientes:

- Primera sección de separación.

Comprende la entrada de los fluidos del separador. Esta sección permite

absorber la cantidad de movimiento de los fluidos de alimentación. En ella también se

controla el cambio abrupto de la corriente, lo que produce una separación inicial.

Generalmente, la fuerza centrifuga originada por su entrada tangencial en el envase

remueve volúmenes apreciables de líquidos y reorienta la distribución de los fluidos.

- Sección de la fuerzas gravitacionales

En esta parte, las fuerzas gravitacionales tiene una influencia fundamental. Las

gotas del líquido que contiene el gas son separadas al máximo. Este proceso se realiza

mediante el principio de asentamiento por gravedad. En este caso, la velocidad del gas

se reduce apreciablemente. En consecuencia, la corriente de gas sube a una velocidad

reducida. En algunas ocasiones, en esta sección se usan tabiques y otros tipos de

extractores de niebla, con el fin de controlar la formación de espumas y la turbulencia.

- Sección de extracción de neblina

Aquí se separan las minúsculas partículas del líquido que aun contiene el gas,

después de haber pasado por las dos secciones anteriores.

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La mayoría de los separadores utilizan, como mecanismo principal de extracción

de neblina, la fuerza centrifuga o el principio de choques. En ambos métodos, las

pequeñas gotas del líquido se separan de la corriente de gas en forma de grandes

gotas, que luego caen a la zona de recepción de líquidos.

- Sección de acumulación de líquidos

Los líquidos separados en las secciones anteriores se acumulan en la parte

inferior del separador, por lo tanto se requiere de un tiempo mínimo de retención que

permita llevar a cabo el proceso de separación.

Figura 14. Separador (Gas/Liquido), PDVSA. Fuente: Marcías, Martínez (1997).

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2.4. OPERACIONALIZACION DE VARIABLE.

Objetivo General

“Mejoramiento del sistema de inyección de gas combustible de un Horno de

Craqueo de la planta MVC II del Complejo petroquímico Ana Maria Campos”.

Variable: Sistema de inyección de gas combustible de un Horno de Craqueo R-401.

Definición conceptual: En el sistema de inyección de gas combustible del Horno de

Craqueo, el gas se utiliza como combustible para producir energía térmica mediante un

proceso de combustión. La combustión controlada del gas combustible permite regular

la temperatura de las cámaras de combustión de una extensa gama de equipos y

aplicarla directamente al tratamiento de múltiples productos, en este caso para la

reacción térmica de craqueo en el Horno de MVC II que actúa como fuente de energía

primaria en la conversión de EDC a MVC y HCl.

Definición operacional: El sistema de inyección de gas combustible es un conjunto de

equipos que controlan la combustión del Horno de Craqueo mediante una alimentación

de gas combustible de 1223 kg/hr y una presión de 16 bar.

DERECHOS RESERVADOS

60


Cuadro de Variables

Objetivos Específicos

Variables Definición de la

variable Indicadores

Fases del Proyecto

Caracterizar el suministro de Gas Combustible al Horno de Craqueo R-401 de la planta MVC II.

Sistema de

Suministro de Gas Combustible.

Composición del Gas Combustible, Poder Calórico del gas (Valor calórico bruto y neto), gravedad especifica, peso molecular.

I

Evaluación operacional del sistema de inyección de gas combustible del Horno de Craqueo R-401.

inyección

Gas

Variables operacionales del sistema de Inyección de Gas Combustible.

Temperatura, presión, y flujo.

II

Definir la propuesta de solución del sistema de inyección de gas combustible del Horno de Craqueo de MVC II.

Combustible

de un Horno

Cambios Operativos del sistema de inyección de Gas Combustible.

Diferentes propuestas de solución. Simulación de proceso.

III

Dimensionamiento de las propuestas de los cambios en el sistema de inyección de gas combustible del Horno de Craqueo R-401.

de Craqueo

R-401.

Sistema de inyección de gas combustible.

Obtención de resultados a través del computador.

IV

DERECHOS RESERVADOS

61


2.5. Definición de términos básicos. Analizadores: Equipos que están aptos para medir o procesar muestras de productos

bajo cualquier principio de medición. Intevep (1995).

Absorción: Es la retención de una especie química por parte de una masa

dependiendo de la tendencia que tiene ésta a formar una mezcla o reaccionar

químicamente con la misma. (PC-Entrenamiento, S.A. CIED, 1995).

Adsorción: Es la retención de una especie química en los sitios activos de la superficie

de un sólido. (PC-Entrenamiento, S.A. CIED, 1995).

Gravedad API: es una escala arbitraria que expresa la densidad relativa de los

productos del petróleo. Marcías J, Martínez (1997)

Boquilla: Agujero para la entrada y salida de fluidos de recipientes. Normalmente

provisto de bridas para la conexión a las tuberías. Marcías J, Martínez (1997)

Coalescencia: la conversión de pequeñas gotas o partículas para formar gotas grandes

que decantan dándoles origen a las acumulaciones de liquido. Marcías J, Martínez

(1997).

Condensados: líquidos formados por condensación de los vapores del gas.

Constante de K: en la ecuación de Souders y Brown, es uno de los parámetros que

mayor relevancia tiene al predecir el comportamiento de los fluidos dentro de un

recipiente y el cálculo del diámetro mínimo del separador. Es el valor que acerca o aleja

las predicciones del funcionamiento real del sistema. Marcias j, Martínez (1997)

Cromatografía: la cromatografía es un método físico de separación, constituida por un

sistema de dos fases. Pequiven (1998).

DERECHOS RESERVADOS

62


Combustión: Es un proceso mediante el cual, una sustancia llamada combustible se

quema en presencia del oxigeno contenido en el aire, liberando energía calórica y

productos residuales de combustión. SYSMACA, Pequiven (2008).

Densidad relativa: La densidad relativa de una sustancia es el cociente entre su

densidad y la de otra sustancia diferente que se toma como referencia o patrón. Fólder

R, y Rousseau R, (1991).

Detector: Dispositivo diseñado para generar una señal electrónica cuando un gas

diferente al de arrastre, fluye de la columna. (Taller de Analizadores. INTEVEP, 2002)

Dimensionamiento del separador: determinación de las proporciones que ocupan los

diferentes componentes dentro del recipiente o división del espacio que se debe prever

para que se realice el trabajo deseado. Marcias J, Martínez (1997).

Fase Estacionaria: Puede ser un sólido o un líquido dispuesto sobre un sólido que

actúa como soporte, de gran área superficial. (Taller de Analizadores. INTEVEP, 2002).

Fase Móvil: Es un fluido (puede ser gas, líquido o fluido supercrítico), que se usa como

portador de la mezcla. (Taller de Analizadores. INTEVEP, 2002).

Gas Portador: Es el que cumple la función de transportar los componentes de la

muestra y crear una matriz adecuada para el detector. (Taller de Analizadores.

INTEVEP, 2002).

Gas combustible: es un gas que se utiliza como combustible para producir energía

térmica mediante un proceso de combustión. Según Marcias J, Martínez (1997).

Gas natural: (cuyo mayor componente es el metano) es el más habitual. Según

Marcias J, Martínez (1997).

DERECHOS RESERVADOS

63


Gas rico: Gas predominantemente con metano, pero con una proporción relativamente

alta de otros hidrocarburos. Según Marcias J, Martínez (1997).

Gravedad del gas: para gases, la gravedad específica se define como la densidad del

gas dividida por la densidad del aire a la misma temperatura y presión. Marcias J,

Martínez (1997).

Gravedad especifica: Es la relación entre la densidad de una sustancia y una densidad

de referencia (para líquidos es la del agua y para gases es la del aire) a las mismas

condiciones. Este valor es un numero adimensional. Marcias J, Martínez (1997).

Hidrocarburo: termino general para el compuesto orgánico que contiene solamente

carbono e hidrogeno en su molécula. SYSMICA, Pequiven (2008).

Horno: Son equipos estáticos destinados a producir el calor necesario para tratar

térmicamente un fluido, o un material determinado cuando se aprovecha el calor

generado por la combustión en el hogar del horno. SYSMACA, Pequiven (2008).

Humedad: la cantidad de agua existente en el biocombustible afecta de forma decisiva

a la energía disponible de cada biocombustible. Habitualmente, se utilizan dos métodos

referido al producto en seco y referido al producto en húmedo para establecer el

contenido de humedad, según el procedimiento utilizado para contabilizar la masa de

agua. Es importante distinguirlos, especialmente cuando el contenido de humedad es

elevado. http://www.textoscientificos.com/energia/combustibles/gaseosos.

MVC: Monocloruro de Vinilo, materia prima para el PVC.

Mezclas de gases: A veces es necesario mezclar hidrocarburos, por ejemplo:

diferentes gases que convergen por diversas líneas de conducción a una sola. Si se

conocen las cantidades de cada gas y su composición, se puede determinar la

composición de la mezcla resultante. En general, el método consiste en calcular la

proporción en que se mezclan con base molar. Con la composición se obtiene la

DERECHOS RESERVADOS

64


cantidad mezclada de cada gas y se suman estos resultados; esta sumatoria se

convierte en fracción molar para obtener la composición de la mezcla. Marcias J,

Martínez (1997).

P.D.V.S.A.: Petróleos de Venezuela Sociedad Anónima. Empresa encargada del control

del negocio petrolero en Venezuela.

Poder calorífico: el biocombustible es un material para quemar o para utilizar como

fuente térmica de energía. Se puede medir la cantidad de energía térmica almacenada

mediante el valor térmico o calorífico. Intevep S.A. (1995)

Sistema de inyección de gas combustible: Como combustible, el gas natural se

utiliza en los sectores industriales que necesitan energía térmica limpia, eficaz y

económica: hornos, fundiciones, tratamientos térmicos, cubas de galvanizado y

calefacción de grandes locales (polideportivos y naves industriales o comerciales).

Intevep S.A. (1995).

Simulador de procesos: Representaciones de un proceso de transformaciones física o

química a través de un modelo matemático, utilizado en análisis, seguimiento,

optimización y predicción de comportamiento de un proceso y por ende resolución de

balances de materia y energía. Martínez, Z (2002)

Separación: proceso que permite aislar los diversos componentes (crudo, agua y gas),

con el fin de optimizar el procesamiento y comercialización de algunos de ellos (crudo y

gas). Marcias J, Martínez (1997)

Separación inicial: primera separación de los hidrocarburos, esencialmente en líquidos

y gases, gracias a las fuerzas gravitacionales o el efecto de choque.

Separador: un dispositivo mecánico que se emplea en la separación de líquidos (agua,

hidrocarburos, glicol, aminas, etc.) de los gases.

DERECHOS RESERVADOS

65


Separador vertical: recipiente cilíndrico colocado verticalmente para separar el

petróleo y el gas natural.

TDC-3000: Es un tipo de control distribuido, que se emplea para el manejo de control

de procesos de cualquier planta. Manual de Mantenimiento TDC-3000. CIED, 1994, 8

pp).

Temperatura de ignición: La temperatura de ignición es la mínima temperatura a la

que puede iniciarse y propagarse la combustión en un punto de una mezcla aire gas. El

autoencendido de una mezcla aire gas se produce sobre los 600-700ºC. Intevep S.A.

(1995)

Temperatura teórica de combustión: Aquella temperatura que alcanzarían los

productos de combustión si todo el calor generado en la misma se pudiera emplear en

su calentamiento. Esto es imposible por pérdidas de calor en la instalación.

Enriqueciendo el contenido en oxígeno es posible aumentar la temperatura actual de

combustión hasta un cierto límite.

http://www.textoscientificos.com/energia/combustibles/gaseosos.

Tiempo de retención (o de residencia): periodo que durante un proceso permanece

una sustancia en determinada parte del equipo utilizado. Esa sustancia derivada del gas

o del petróleo crudo o, también, un catalizador. En los separadores se refiere al tiempo

que permanece el fluido dentro del recipiente para garantizar la separación de cada una

de las fases.

Valor calorífico: cantidad de calor producido como resultado de la combustión

completa de una unidad de combustible. Intevep S.A. (1995).

Valor calorífico bruto (Superior), calor de combustión de un combustible teniendo en

cuenta el agua como producto de combustión en forma liquida. Intevep S.A. (1995).

DERECHOS RESERVADOS

66


Valor calorífico neto (Inferior), que es igual que el anterior, pero sin tener en cuenta el

calor de condensación del agua producida en la combustión si no en forma de vapor.

Intevep S.A. (1995).

Velocidad critica del gas: aquella que se predice mediante las relaciones que se

derivan de la ley de caída de Newton. Es la velocidad máxima para la cual se puede

diseñar un separador. Marcias J, Martínez (1997).

DERECHOS RESERVADOS

68

“Marco Metodológico”

CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN.

Según Balestrini, Mirían (1997) “el fin esencial del Marco Metodológico, es el de

situar en el lenguaje de investigación, los métodos e instrumentos que se emplearán en

la investigación planteada, desde la ubicación acerca del tipo de estudio y el diseño de

investigación, su universo o población, su muestra, los instrumentos y técnicas de

recolección de los datos, la medición; hasta la codificación, análisis y presentación de

los datos. De esta manera, se proporcionará al lector una información detallada acerca

de cómo se realizará la investigación”. Por esto, en función de los objetivos específicos

planteados al inicio de la investigación, este capítulo tiene como propósito fundamental,

presentar el tipo de investigación, la población en estudio y la metodología utilizada

para lograr el cumplimiento del objetivo general de la investigación que no es más que

mejorar el sistema de inyección de gas combustible de un Horno de Craqueo de la

planta MVC II en el Complejo Petroquímico Ana Maria Campos.

Este proyecto estuvo relacionado con el nivel de investigación descriptiva y

experimental, según Salkind, Neil (1998), afirma que la investigación descriptiva se

reseña las características o rasgos de la situación o fenómeno del objeto de estudio. Y

la investigación experimental de acuerdo con Hernández, Piña (1998), plantea que un

experimento es un proceso planificado de investigar en el que al menos una variable

(llamada experimental o independiente) es manipulada u operada intencionalmente por

el investigador para conocer que efectos produce esta en al menos otra variable

llamada dependiente, para la mencionada autora, la variable independiente se conoce

también como variable experimental o tratamiento; la variable dependiente que se

conoce también como resultados o efecto, se refiere a los efectos observados en el

estudio.

DERECHOS RESERVADOS

69


Este proyecto estuvo relacionado con el tipo de investigación descriptiva debido a

que comprende la descripción, registro, análisis e interpretación de la naturaleza actual,

y la composición o proceso de los fenómenos del sistema de inyección de gas

combustible de la planta de MVC II, así como también estuvo relacionado con el tipo de

investigación experimental por que se analizo el efecto producido por la acción o

manipulación de una o mas variables independientes sobre una variable dependiente

(Temperatura del Horno de Craqueo R-401), lo que implica el mejoramiento del sistema

de inyección de gas combustible para sastifacer las condiciones de las variables

operativas del Horno de Craqueo R-401.

3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN.

El diseño de la investigación es la estrategia que adopta el investigador para

responder al problema planteado. Arias. (1999).

El diseño utilizado para realizar la evaluación y mejoramiento del sistema de

inyección de gas combustible de la planta MCV II se clasificó como diseño de campo el

cual consiste, según Arias (1999), en la recolección de datos directamente de la

realidad donde ocurren los hechos sin manipular o controlar variable alguna.

3.3. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS. La investigación se realizó utilizando varias técnicas de recolección:

DERECHOS RESERVADOS

70


3.3.1. Revisión bibliografíca de manuales. La revisión bibliografíca es muy importante, debido a que es el comienzo de la

fase explorativa, consiste en la lectura de manuales como descripción del proceso,

tecnología y operación del sistema de inyección de gas combustible. También la

interpretación y análisis de planos (PDF Y P&ID, Ver Anexo A y B) del proceso de la

unidad 400 (Craqueo de EDC) y del sistema de inyección de gas combustible.

En esta fase también fue necesaria la exploración y búsqueda de manuales,

acerca de la distribución de gas combustible del Complejo Petroquímico Ana Maria

Campos, esto implica también la recopilación de los “tags” de la alimentación de gas

natural (Gas rico) a la planta de LGN y envió de gas residual (Gas combustible) a la

diferentes plantas. Así como también los “tags” del sistema de inyección de gas

combustible de la planta MVC II y tener los diferentes cambios de respuesta dentro del

sistema de inyección del mismo a distintos envíos de gas en la distribución de gas

combustible del Complejo, proveniente de la planta de LGN II.

3.3.2. Revisión bibliografía de publicaciones y libros.

En esta fase se realizo la recopilación de revisiones bibliográficas acerca del

sistema de inyección de gas combustible dentro del Complejo, documentos que

indiquen la aportación para el mejoramiento del sistema de inyección de gas

combustible, que se llevo a cabo con documentos “informes” publicados dentro de la

empresa, la lectura y análisis de libros para la realización de las bases teóricas y los

principios acerca del funcionamiento operativo y tecnológico de los diferentes equipos

que conforman un sistema de inyección de gas combustible.

También se realizó la investigación de tesis de grado como aporte para la

realización de los antecedentes para el proyecto de investigación y conocimiento de

sistemas de inyección de gas combustible.

DERECHOS RESERVADOS

71


Por otra parte se hizo necesaria la documentación sobre los simuladores a

utilizarse, ASPEN PLUES y GAS NET de Marcías J, Martínez, mediante manuales e

instructivos facilitando el manejo de los mismos.

3.3.3. Software.

Con la ayuda de paquetes computarizados utilizados por la empresa se logró

obtener, analizar y procesar información acerca de los documentos antes expuestos y

también como los siguientes:

PI: Es una herramienta automatizada que sirve de apoyo para facilitar

información del comportamiento real de un proceso, operacional y de las

instalaciones da cada planta dentro de la empresa, de manera oportuna y en

línea, asegurando flexibilidad de respuesta a los objetivos de producción e

inyección; control, seguimiento y análisis de las operaciones de producción

pasadas, actuales; utilizando para ello tecnología avanzada en el área de

informática. También nos permite obtener graficas o tendencias acerca del

comportamiento del proceso con respecto a las variables operacionales del

proceso. PI también cumple una función importante que es obtener los datos

pasados o actuales, en un esquema de intervalos de tiempo deseados por el

usuario, en Microsoft Excel, y poder realizar evaluaciones determinadas con

respecto a cada proceso y cada área.

StarLIMS9: Sistema que permite obtener la historia de los datos de laboratorio

dentro del Complejo, obtención de análisis de las muestras que son obtenidas en

el campo de cada planta en un horario determinado para llevar el control de los

procesos. En el caso del gas combustible se extrajo los datos del combustible.

DERECHOS RESERVADOS

72


3.4. FASES DE LA INVESTIGACIÓN. El siguiente trabajo de investigación fue realizado por fases, las cuales se

presentan a continuación.

3.4.1. FASE I. Caracterización del gas combustible

Para la realización de la primera fase, fue necesario caracterizar el gas

combustible que es suministrado en la planta de MVC II, con la toma de muestras de

planta Eléctrica, como mejor punto de referencia, además por ser unas de las plantas

que consumen mas cantidad de gas combustible para el suministro de las calderas de

su proceso, esto es debido a que la planta de MVC II no es caracterizado el gas de

suministro, es decir, la planta consume gas combustible pero no tienen la manera de

saber sus condiciones de estado. Para analizar cada uno de estos datos, se cumplió el

siguiente procedimiento:

1.- Ubicar el personal de planta Eléctrica, e ingenieros de proceso del área, para

obtener la clave para el acceso al STARLIMS9 y poder tomar los datos de las muestras

del laboratorio del gas combustible que entra a planta Eléctrica, que es el mismo gas

que es enviado a las plantas del Complejo y procesado por las plantas de LGN.

2.- Análisis de muestras del laboratorio del Complejo, donde se encuentra instalado un

cromatógrafo de gases en línea pero que esta temporalmente fuera de servicio. Los

expertos en el laboratorio con las muestras tomadas siguen un esquema de diferentes

intervalos de tiempo para distintos efectos del cambio del gas Combustible proveniente

de LGN. Estas se tomaron cada doce horas, a las 6:00 a.m. Luego el personal de

laboratorio con la utilización de una hoja de cálculo en Microsoft Excel realiza los

análisis determinando el porcentaje molar de cada uno de los componentes del gas

DERECHOS RESERVADOS

73


combustible, el peso molecular, la gravedad específica y el valor calorífico bruto o valor

calorífico superior HHV.

Con los datos obtenidos en las muestras, se logro compensar el primer objetivo

del proyecto de la investigación, destacando que se realizo posteriormente, el cálculo

del poder calórico neto o poder calorífico inferior (LHV).

El cálculo se realizo con los datos ya recopilados, Composición del gas

combustible y el calor de cada componente a 60 °F, como se muestra en la Tabla 5, y

una vez realizado este cálculo en Microsoft Excel 2003, se obtuvo el poder calorífico

neto.

COMBUSTIBLES Btu/ ft3 Btu/ ft3 GASEOSOS Superior Inferior

Metano 1010 909 Etano 1770 1618

Propano 2516 2315 I-Butano 3251 3000 N-Butano 3262 3010 I-Penteno 4000 3700 N-Pentano 4008 3706

Tabla 5. Poder calorífico de combustibles gaseosos. Fuente: Ingeniería de proceso de LGN II.

3.4.2. FASE II.

La evaluación de las variables operacionales del sistema de inyección de gas

combustible, se llevo a cabo de la siguiente manera:

Toma de datos del sistema de distribución de gas combustible o gas residual en el Complejo.

El gas residual o gas combustible, cumple un papel importante en el proceso de

producción de las plantas ubicadas en el Complejo. La cantidad de gas combustible

DERECHOS RESERVADOS

74


distribuido dentro de la empresa es de 65 MMPCED y sin embargo existe un déficit de

gas residual disponible, debido a la escasez de gas natural alimentado por PDVSA a las

plantas procesadoras ubicadas en El Tablazo, esto trae como consecuencia la

restricción del uso del gas residual en las plantas disminuyendo así el proceso

productivo y los ingresos a la empresa, lo cual fue necesario para la realización de esta

fase, la recopilación de los datos importantes involucrados en la distribución de gas

combustible en el Complejo. Se recolectaron los siguientes datos:

1.- La recopilación de los “tags” en un lapso de tres (3) meses (Diciembre, Enero,

Febrero) de la alimentación de gas natural a la planta de LGN II, que permitió conocer

los datos de presión, temperatura y flujo de entrada a la planta y también los tags del

cabezal del gas combustible que es distribuido a la empresa, que permitió conocer los

mismos datos.

DESCRIPCIÓN MEDIDORES “TAGS”

Carga a planta a LGN II. fc101

Presión de entrada a LGN II. pi101

Temperatura de entrada a LGN II. t120

Gas residual a PQV. Fc2218

Metano a presión (Al complejo) Pc453b

Tabla 6. Medidores de gas de alimentación y distribución de gas combustible. Fuente: PI de LGN II. 2.- Se realizo, el estudio de los diferentes eventos realizados por LGN, debido a la falta

de carga de gas natural a la planta, fue necesario destacar los diferentes eventos o

desviaciones (Ver anexo C).

o Distribución de gas combustible (Metano)

o Distribución de gas combustible y desvió Etano.

o Distribución de gas Combustible y desvió de propano.

o Distribución de gas Combustible, desvió de Etano y Propano.

DERECHOS RESERVADOS

75


o Distribución Gas Combustible, desvió de gas rico, etano y propano.

o Desvió de Gas rico.

Evaluación de las variables operacionales de proceso del sistema de inyección de gas combustible al Horno de Craqueo de la planta MVC II.

La evaluación, se llevo a cabo en el mes de Diciembre de 2007, Enero y Febrero

de 2008, tomando en cuenta las variables operacionales, como presión y flujo inyectado

al Horno de Craqueo R-401, temperatura de craqueo del Horno, presión y flujo en el

limite de batería de MVC II del gas combustible.

El primer pasó, fue la realización de las tendencias en Microsoft Excel 2003 con

la utilización del programa especializado “PI”, con los medidores “tags” antes

mencionados del sistema de inyección de gas combustible al Horno de Craqueo de

MVC II, los cuales son los siguientes:

EQUIPO DESCRIPCIÓN MEDIDORES “TAGS”

XV9912 Válvula de control de Presión. Pc9912

Fi9912

XV4103 Válvula de control de Flujo. Fc4103

XV4109 Válvula de control de Flujo

“Gas fino”.

Tc4109

Fi4109

PSl4117 Válvula indicadora de presión. Tc4108

Pi4117

Tabla 7. Medidores del sistema de inyección de gas combustible. Fuente: P&ID de MVC II.

Las tendencias fueron realizadas, para observar los cambios de efectos que

puede tener una variable con otra en el sistema de inyección de gas combustible,

mediante un intervalo de tiempo de cinco minutos, logrando analizar con más facilidad

las graficas que se realizaron en el segundo paso.

DERECHOS RESERVADOS

76


Luego, como segundo paso, se realizaron graficas en PI con los tags ya

obtenidos, evaluando como variable principal, el comportamiento real de la temperatura

del Horno de Craqueo R-401 y a su vez que otra variable puede afectar a la misma

dentro del sistema de inyección de gas combustible.

Se realizaron también graficas de poder calorífico, debido a que el poder calórico

del gas combustible es directamente proporcional a la temperatura del Horno de

Craqueo R-401.

La evaluación de las variables operacionales dentro del sistema de inyección de

gas combustible y del Horno de Craqueo, cumple una función muy importante,

complementara el segundo objetivo del proyecto de investigación y aportes para la

realización de los posibles cambios operativos en el sistema de inyección de gas

combustible.

3.4.3. FASE III.

Para la definición de las propuestas de solución se realizo la revisión en el campo

de los sistemas de inyección de gas combustible dentro del Complejo Petroquímico Ana

Maria Campos.

Esta fase se determinó, realizando la recorrida en el campo de la planta MVC II,

tomando en cuenta los equipos que pertenecen al sistema de inyección de gas

combustible y denotar cuales cambios operativos se podrían realizar para su

optimización con respecto a los diferentes sistemas de inyección de gas combustible

que se encuentran en el Complejo Petroquímico, así como también se denoto cuales

equipos están o no en funcionamiento dentro del sistema de inyección en la planta de

MVC II.

DERECHOS RESERVADOS

77


Los diferentes cambios operativos, conllevan a las diferentes propuestas de

soluciones tecnológicas para el mejoramiento del sistema de inyección del gas

combustible. En el presente caso, se realizaron inspecciones en otras plantas acerca de

cómo están conformado los sistemas de inyección de gas combustible como planta

Eléctrica, Olefinas I y Olefinas II, que son las plantas que consumen mayor cantidad de

gas residual o gas combustible de la planta LGN.

3.4.4. FASE IV.

Para el dimensionamiento de las propuestas de los cambios operativos en el

sistema de inyección de gas combustible del Horno de Craqueo R-401 de la planta

MVC II, se realizaron los siguientes pasos:

1.- Se realizó un balance de masa del gas combustible suministrado en la planta de

MVC II, para establecer el flujo de alimentación de gas combustible a la planta de la

expansión que se realizara a futuros.

2.- Se establecieron las premisas y criterios de diseño de las propuestas de solución y

cálculos respectivos para las mismas, con la norma de PDVSA Nº 90616.1.027 y

GPSA Gas Processors Supliers Association “Asociación de Procesadores y Suplidores

de Gas”.

3.- Se realizó también, el recorrido en la faja central del Complejo, siguiendo los tramos

de tuberías de envió de gas combustible desde la estación V-25 de LGN hasta la

entrada de planta de MVC II y seguidamente hasta las válvulas controladoras de

presión PV-9912 de la planta de MVC II (Ver anexo D). De esta manera, realizando un

isométrico de los tramos de tuberías de envió de gas residual o gas combustible al

horno (Ver anexo E), con el fin de conocer el diferencial de presión desde el cabezal de

gas combustible de LGN hasta la planta de MVC II.

DERECHOS RESERVADOS

78


4.- Procedimiento de la simulación de procesos.

Se ha empleado para la simulación el programa Aspen Plus Versión 11.1, el

simulador es uno de los más utilizados en las empresas e ingenierías del sector

químico, posteriormente este programa es el más utilizado en la empresa Petroquímica

Ana Maria Campos “El Tablazo”. También se empleo el simulador GAS NET

perteneciente a la empresa ICONSA, para el dimensionamiento de separadores

exclusivamente.

Las simulaciones se realizaron en cuatro pasos, donde se obtuvo una propuesta

de mejora en el sistema de inyección de gas combustible al Horno R-401. Los pasos

son los siguientes:

a.-. Simulación a lo largo del tramo de tuberías de envió de gas combustible a planta

MVC II, con los datos reales de operación.

b.- Simulación a lo largo del tramo de tuberías en el límite de batería de planta MVC II,

hasta las válvulas PV-9912, con los datos reales de operación.

c.- Simulación para obtener las características y líquidos presentes en el gas

combustible.

d.- Simulación para el dimensionamiento del separador bifásico.

Para realizar las fases de las simulaciones, el primer paso fue la realización de la

configuración de los diagramas de flujos de los tramos de tuberías, inicialmente desde,

donde es procesado el gas residual (Faja central) hasta la entrada de gas residual a

planta MVC II.

DERECHOS RESERVADOS

79


Figura15. Simulador Aspen Plus, Diagrama de Flujo I.


DERECHOS RESERVADOS

80


Luego, se realizo el diagrama de flujo del límite de batería del sistema de

inyección de gas combustible de MVC II hasta las válvulas PV-9912, estableciendo la

segunda fase de la simulación.

Figura 16. Simulador Aspen Plus, Diagrama de Flujo II.


DERECHOS RESERVADOS

81


Seguidamente, el siguiente paso fue especificar los componentes del gas

combustible o gas residual presentes en el proceso. Para ambas fases de las

simulaciones se especificaron los mismos componentes, debido a que el fluido es

únicamente gas combustible, el cual los componentes del gas combustible fueron

tomados de los datos recopilados y evaluados anteriormente.

Figura 17. Simulador Aspen Plus, Especificación de los componentes.


DERECHOS RESERVADOS

82


Se procedió luego, a la selección de los modelos termodinámicos y

fisicoquímicos apropiados para obtener las propiedades físicas, químicas y de

transporte de los componentes involucrados. Se selecciono el modelo termodinámico

SRK (Soave Redich Kwong), por ser uno de los más recomendados para hidrocarburos

livianos y ser la única ecuación de estado que describe con precisión tanto la fase

liquida como la de vapor.

Figura 18. Simulador Aspen Plus, Modelo termodinámico utilizado.


DERECHOS RESERVADOS

83


Prontamente, se especifico el método para tuberías, seleccionando el método de

AGA y Weymouth, para determinar la caída de presión para fluidos comprensibles en

las redes de tuberías (Ecuación mas favorable para la estimación de caudales y

diámetros internos de tuberías).

Figura 19. Simulador Aspen Plus, Especificación del método para tuberías.

Fuente: Pacheco, H (2008)

DERECHOS RESERVADOS

84


También, se introdujo las características o condiciones de operación de entrada

de las corrientes.

Figura 20. Simulador Aspen Plus, Especificación de la corriente de entrada.


DERECHOS RESERVADOS

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Se realizo como ultimo paso en el simulador Aspen plus, la especificación de

longitud y diámetros correspondientes de las tuberías en cada tramo.

Figura 21. Simulador Aspen Plus, Especificación de longitud y diámetros.


DERECHOS RESERVADOS

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Prontamente que el simulador realizo la corrida de cada tramo de tuberías, arroja

los resultados de las condiciones a las cuales se encuentra cada tramo de la

simulación, obteniendo los resultados de las simulaciones en Aspen Plus.

Por otro lado, los resultados obtenidos son analizados y utilizados en el

simulados GAS NET como el siguiente paso, entrando en el icono de carácter.

Figura 22. Simulador Gas Net, Sección de Carácter (Martínez Marcías J. “ICONSA”).


DERECHOS RESERVADOS

87


Luego, se procede a la introducción de datos haciendo clic en el icono “Datos”.

Figura 23. Simulador Gas Net, Sección Carácter “Datos” (Martínez Marcías J.

“ICONSA”). Fuente: Pacheco, H (2008).

DERECHOS RESERVADOS

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Seguidamente el simulador mostrara la ventana para los datos iniciales

(Encabezado), las cuales son el nombre de la muestra, número de la muestra,

temperatura, estado, presión, empresa y contenido de agua del gas saturado.

Figura 24. Simulador Gas net, Sección Carácter “Datos/Encabezado” (Martínez Marcías

J. “ICONSA”). Fuente: Pacheco, H (2008).

DERECHOS RESERVADOS

89


Posterior al encabezado, en la sección de composición se especifico la

composición de cada componente del gas combustible.

Figura 25. Simulador Gas net, Sección Carácter “Datos/Composición” (Martínez

Marcías J. “ICONSA”). Fuente: Pacheco, H (2008).

DERECHOS RESERVADOS

90


Por ultimo, luego de cerrar los datos se procedió a revisar el informe de los

resultados.

Figura 26. Simulador Gas net, Sección Carácter “Resultados” (Martínez Marcías J.

“ICONSA”). Fuente: Pacheco, H (2008).

Los resultados muestran las características del gas combustible, como la

gravedad específica del gas, peso molecular, presión y temperatura seudocrítica,

contenido líquido (GPM), valor calorífico neto y valor calorífico bruto y valor de K, del

gas combustible.

DERECHOS RESERVADOS

91


De manera consecutiva, se procedió a la sección de separadores, mostrando la

ventana para los datos iniciales (Generalidades), los cuales son la identificación del

equipo, tipo de separador, método de calculo, caudal del gas, gravedad especifica,

caudal de petróleo (Liquido), gravedad API º, condiciones de operación (temperatura y

presión) y la presión de diseño.

Figura 27. Simulador Gas net, Sección Separadores “Datos/Generalidades” (Martínez

Marcías J. “ICONSA”). Fuente: Pacheco, H (2008).

DERECHOS RESERVADOS

92


Luego, posterior a las generalidades, en la sección de parámetros fijos y

opcionales, se especificaron la constante K de Brow y Souders, K del extractor de

niebla, espesor del extractor de niebla, tiempo de retención de liquido, diámetro de la

boquilla de entrada del separador a dimensionar.

Figura 28. Simulador Gas net, Sección Separadores “Datos/Parámetros fijos y

opcionales” (Martínez Marcías J. “ICONSA”). Fuente: Pacheco, H (2008).

Finalmente, luego de cerrar los datos, se procedió a revisar el informe de los

resultados del dimensionamiento del separador bifásico (Gas/liquido).

DERECHOS RESERVADOS

94

“Resultados”

CAPÍTULO IV

RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

4.1. Análisis y resultados de la caracterización del gas combustible.

Los resultados de la caracterización del suministro del gas combustible a planta

MVC II, en el periodo de Diciembre de 2007, Enero y Febrero de 2008, que se llevó a

cabo con las muestras tomadas del laboratorio de planta Eléctrica con el programa

“StarLIMS9”, se muestran en las tablas 8, 9 y 10. Los resultados que se muestran, son

los datos actuales, se realizaron comparaciones, entre los datos actuales, y los datos

estimados por diseño del sistema de inyección de gas combustible del Horno de

Craqueo, de esta manera, se observaron las variaciones de composición que presenta

el gas combustible.

Posteriormente, en la tabla 11, se muestra la relación de la caracterización del

gas combustible, donde se observa un promedio global de los tres (3) meses de los

datos actuales. Con respecto al Metano, se observó menor composición molar que el

estimado por diseño, el cual es el componente que se desea con mayor proporción en

el gas combustible. El Etano presento una composición mayor que la composición

estimada por diseño. El Propano y el resto de los pesados (C4+), puede observarse

una composición muy por encima que el estimado por diseño. El Dióxido de Carbono y

el Nitrógeno, presentan una composición menor que el de diseño. Para el análisis del

HHV y LHV puede observarse, un poder calorífico bruto y poder calorífico neto, muy por

encima que el estimado por diseño, el poder calórico del gas combustible es muy

importante mantenerlo dentro del rango especificado, y el mismo, depende de la

composición del gas combustible, ya que a mayor composición de hidrocarburos

pesados mayor es el poder calorífico del gas combustible.

DERECHOS RESERVADOS

95

“Resultados”

“Caracterización del gas combustible que es suministrado a la planta de MVC II”. Hora de la muestra: 6 a.m.

Tabla 8. Caracterización del gas combustible. Fuente: Laboratorio de Planta Eléctrica (2008).

Fecha Peso

molecular(g/mol)

Gravedad Especifica

Metano

(% molar)

Etano

(%molar)

Propano ( %molar)

N-Butano(%molar)

I-Butano (%molar)

N-Pentano (%molar)

I-pentano(%molar)

CO2

(%molar)

N2

(%molar)

HHV (BTU/ ft3)

HHV (kcal/ ft3)

LHV (BTU/ ft3)

LHV

(kcal/ ft3) 03-Dic-07 17.86 0.62 90.26 6.65 1.20 0.31 0.19 0.07 0.09 0.68 0.55 1082 1138,9 976,8 1028,2 04-Dic-07 18.12 0.63 89.12 7.28 1.43 0.48 0.23 0.06 0.10 0.76 0.54 1094 1151,6 1008,3 1061,4 05-Dic-07 17.80 0.61 90.86 5.92 1.16 0.33 0.19 0.08 0.10 0.80 0.56 1076 1132,6 970,9 1021,9 06-Dic-07 23.17 0.80 71.24 8.10 17.59 0.52 0.71 0.14 0.18 1.10 0.44 1358 1429,5 1234,6 1299,6 07-Dic-07 18.70 0.65 85.43 10.71 1.69 0.42 0.24 0.12 0.10 0.79 0.50 1125 1184,2 1016,9 1070,5 10-Dic-07 18.46 0.64 87.47 8.31 1.62 0.40 0.24 0.10 0.13 1.22 0.51 1101 1158,9 994,8 1047,2 11-Dic-07 20.99 0.72 77.74 10.51 8.88 0.44 0.81 0.14 0.15 0.87 0.45 1247 1312,6 1130,5 1190,1 12-Dic-07 23.17 0.80 71.22 8.10 17.59 0.52 0.71 0.14 0.18 1.10 0.44 1358 1429,5 1234,5 1299,4 13-Dic-07 18.41 0.64 87.48 8.62 1.56 0.40 0.23 0.12 0.14 0.90 0.55 1106 1164,2 999,3 1051,9 14-Dic-07 22.45 0.78 72.69 9.43 15.46 0.31 0.41 0.08 0.09 1.09 0.44 1320 1389,5 1199,2 1262,3 17-Dic-07 22.89 0.79 70.57 13.77 6.21 1.66 1.05 0.35 0.44 5.55 0.40 1233 1297,8 1118,8 1177,6 18-Dic-07 21.56 0.74 76.41 11.44 6.34 1.65 1.05 0.30 0.42 1.95 0.44 1250 1315,7 1134,3 1193,9 19-Dic-07 20.52 0.71 77.42 14.63 3.87 0.80 0.46 0.15 0.19 2.04 0.44 1193 1255,7 1030 1084,2 20-Dic-07 18.35 0.63 87.59 8.67 1.36 0.34 0.20 0.09 0.10 1.14 0.51 1097 1154,7 991,2 1043,3 21-Dic-07 20.54 0.71 79.93 10.28 3.79 1.10 0.62 0.24 0.32 3.22 0.50 1163 1224,2 1053 1108,5 24-Dic-07 21.91 0.76 75.25 8.10 15.03 0.24 0.67 0.02 0.02 0.19 0.48 1313 1382,1 1191,8 1254,5 26-Dic-07 20.58 0.71 79.43 10.83 3.92 1.06 0.60 0.22 0.30 3.13 0.51 1167 1228,4 1057,1 1112,7 27-Dic-07 21.57 0.74 75.70 9.38 13.58 0.26 0.23 0.06 0.07 0.28 0.44 1293 1361 1173,7 1235,5 28-Dic-07 24.20 0.84 65.16 11.91 21.56 0.38 0.30 0.04 0.05 0.24 0.37 1437 1512,6 1307,8 1376,7 31-Dic-07 23.68 0.82 69.38 8.72 17.70 0.80 1.20 0.12 0.16 1.43 0.49 1377 1449,5 1251,9 1317,8

DERECHOS RESERVADOS

96

“Resultados”



Fecha

Peso molecular

(g/mol)

Gravedad Especifica

Metano (% molar)

Etano

(%molar)

Propano ( %molar)

N-Butano(%molar)

I-Butano (%molar)

N-Pentano (%molar)

I-pentano(%molar)

CO2

(%molar)

N2

(%molar)

HHV (BTU/ ft3)

HHV (kcal/ ft3)

LHV

(BTU/ ft3)

LHV (kcal/ ft3)

02-ene-08 19.81 0.68 82.96 8.68 4.28 0.83 0.50 0.19 0.20 1.81 0.55 1158 1218,9 1033,9 1088,4 03-ene-08 19.55 0.68 82.34 11.31 2.96 0.65 0.37 0.13 0.18 1.58 0.48 1152 1212,6 1042,1 1096,9 04-ene-08 19.95 0.69 80.96 11.48 3.34 0.79 0.45 0.16 0.20 2.06 0.57 1160 1221 1049,6 1104,8 07-ene-08 18.68 0.64 86.57 8.59 2.01 0.52 0.29 0.10 0.13 1.18 0.61 1113 1171,5 1005,3 1058,2 08-ene-08 20.96 0.72 76.01 15.02 3.73 1.06 0.59 0.24 0.31 2.55 0.49 1203 1266,3 1090,3 1147,7 09-ene-08 20.34 0.70 80.33 10.69 3.67 1.04 0.57 0.24 0.29 2.63 0.54 1166 1227,4 1056,2 1111,7 10-ene-08 20.07 0.69 81.45 10.24 3.42 0.99 0.52 0.25 0.27 2.30 0.56 1160 1221 1049,9 1105,1 11-ene-08 18.86 0.65 85.63 9.26 2.19 0.53 0.30 0.10 0.13 1.31 0.55 1120 1178,9 1012,3 1065,7 14-ene-08 18.36 0.63 88.73 6.49 1.88 0.50 0.30 0.10 0.12 1.25 0.63 1093 1150,5 987,2 1039,2 15-ene-08 19.04 0.66 85.71 8.30 2.36 0.70 0.38 0.18 0.22 1.52 0.63 1123 1182,1 1015,3 1068,8 16-ene-08 23.00 0.79 71.81 7.93 17.00 0.58 0.78 0.09 0.11 1.23 0.47 1346 1416,8 1222,8 1287,2 17-ene-08 18.35 0.63 86.97 9.69 1.59 0.29 0.17 0.07 0.07 0.64 0.51 1110 1168,4 1003,1 1055,9 18-ene-08 18.82 0.65 86.34 8.24 2.08 0.59 0.32 0.13 0.15 1.55 0.60 1111 1169,5 1004,1 1056,8 21-ene-08 20.93 0.72 79.23 7.23 11.73 0.40 0.80 <0.01 <0.01 0.03 0.58 1262 1328,4 1144,7 1205 22-ene-08 18.89 0.65 87.22 6.45 2.47 0.76 0.41 0.16 0.19 1.79 0.55 1109 1167,4 1002,5 1055,2 23-ene-08 22.84 0.79 66.32 20.94 9.09 0.94 0.78 0.22 0.23 1.04 0.44 1343 1413,7 1152,1 1212,7 24-ene-08 18.29 0.63 87.41 9.17 1.62 0.32 0.19 0.07 0.08 0.51 0.63 1108 1166,3 1001,3 1054 25-ene-08 17.16 0.59 92.49 6.36 0.38 0.02 0.02 <0.01 <0.01 0.13 0.60 1058 1113,7 953,6 1003,8 28-ene-08 17.28 0.60 91.84 6.86 0.43 0.07 0.04 <0.01 <0.01 0.12 0.64 1063 1118,9 959,1 1009,6 29-ene-08 17.22 0.59 93.05 5.13 0.63 0.13 0.08 0.03 0.04 0.29 0.62 1056 1111,6 952,3 1002,4 30-ene-08 18.92 0.65 85.42 9.52 2.09 0.58 0.30 0.17 0.18 1.16 0.58 1126 1185,3 1018,3 1071,8 31-ene-08 20.14 0.70 79.81 10.93 8.27 0.14 0.13 0.04 0.04 0.10 0.54 1220 1284,2 1104,8 1162,9

DERECHOS RESERVADOS

97

“Resultados”



Fecha Peso

molecular(g/mol)

Gravedad Especifica

Metano

(% molar)

Etano

(%molar)

Propano (%molar)

N-Butano(%molar)

I-Butano (%molar)

N-Pentano (%molar)

I-pentano (%molar)

CO2

(%molar)

N2

(%molar)

HHV (BTU/ ft3)

HHV (kcal/ ft3)

LHV (BTU/ ft3)

LHV (kcal/ ft3)

01-feb-08 18.67 0.64 85.93 9.42 2.93 0.28 0.22 0.05 0.06 0.51 0.60 1129 1188,4 1020,4 1074,2 04-feb-08 19.54 0.67 83.05 10.02 2.95 0.70 0.41 0.14 0.18 2.00 0.55 1139 1198,9 1030,5 1084,8 05-feb-08 18.82 0.65 85.34 10.01 2.00 0.46 0.27 0.09 0.12 1.18 0.53 1122 1181,0 1013,7 1067,1 06-feb-08 18.75 0.65 85.64 9.74 1.95 0.45 0.26 0.09 0.11 1.16 0.59 1117 1175,8 1009,9 1063,1 07-feb-08 20.86 0.72 77.45 11.69 7.66 0.65 0.48 0.12 0.13 1.25 0.57 1229 1293,7 1113,7 1172,3 08-feb-08 19.10 0.66 83.36 11.87 2.32 0.46 0.26 0.10 0.11 0.91 0.61 1142 1202,1 1032,9 1087,2 11-feb-08 22.83 0.79 71.32 11.76 6.13 1.67 0.95 0.35 0.41 6.30 1.11 1198 1261,1 1087,3 1144,6 12-feb-08 18.32 0.63 86.46 10.46 1.60 0.20 0.13 0.03 0.03 0.41 0.68 1112 1170,5 1004,3 1057,2 13-feb-08 18.47 0.64 86.16 10.20 1.89 0.26 0.18 0.05 0.05 0.55 0.66 1117 1175,7 1008,9 1062,0 14-feb-08 17.65 0.61 89.90 8.39 0.85 0.13 0.08 0.02 0.02 0.10 0.50 1086 1143,1 980,4 1032,0 15-feb-08 17.68 0.61 89.97 8.29 0.63 0.18 0.09 0.07 0.05 0.25 0.47 1085 1142,1 979,1 1030,6 18-feb-08 17.71 0.61 90.30 7.53 0.88 0.19 0.11 0.06 0.06 0.47 0.40 1082 1138,9 976,4 1027,9 19-feb-08 18.93 0.65 84.53 10.94 1.82 0.49 0.26 0.17 0.13 1.04 0.62 1130 1189,5 1021,1 1074,9 20-feb-08 17.95 0.62 90.48 5.89 1.34 0.39 0.22 0.13 0.12 0.91 0.52 1082 1138,9 976,3 1027,8 21-feb-08 17.63 0.61 90.27 7.84 0.77 0.15 0.08 0.03 0.03 0.30 0.54 1080 1136,8 974,3 1025,7 22-feb-08 18.89 0.65 84.58 10.15 4.58 0.10 0.09 <0.01 <0.01 0.01 0.50 1155 1215,8 1044,7 1099,8 25-feb-08 18.56 0.64 86.44 9.44 1.78 0.36 0.20 0.09 0.09 1.05 0.55 1110 1168,4 1003,1 1055,9 26-feb-08 19.65 0.68 82.12 10.63 4.61 0.49 0.30 0.10 0.11 1.17 0.47 1168 1229,5 1056,7 1112,3 27-feb-08 20.68 0.71 78.67 12.26 5.78 1.37 0.81 0.25 0.29 0.09 0.48 1250 1315,8 1132,8 1192,4 28-feb-08 22.55 0.78 72.89 11.89 6.13 1.84 0.99 0.44 0.47 4.91 0.44 1229 1293,7 1115,6 1174,4 29-feb-08 22.41 0.77 73.29 11.88 6.24 1.98 1.00 0.44 0.52 4.08 0.43 1243 1308,4 1128 1187,4

DERECHOS RESERVADOS

98

“Resultados”

Composición del gas combustible (%mol)

Diseño

Real (Promedio)

Metano 87 82.18

Etano 7.5 9.69

Propano 0.5 4.98

N-Butano 0.2 0.60

Isobutano 0 0.41

N-Pentano 0 0.13

Isopentano 0 0.15

CO2 4.0 1.33

N2 0.8 0.54

Poder calorífico Diseño Real

HHV (BTU/ ft3) 1035 1170

LHV (BTU/ ft3) 930 1058,93

Tabla 11. Caracterización del gas combustible. Fuente: Pacheco, H. (2008) 4.2. Resultado de la evaluación operacional del sistema de inyección de gas combustible de planta MVC II.

Los resultados de los datos obtenidos en las tendencias en el “PI” del sistema

de inyección de gas combustible de planta de MVC II en Microsoft Excel 2003,

fueron de ayuda para la evaluación que se realizó en las graficas, de las variables

operacionales del proceso del sistema de inyección de gas combustible, con los tags

o medidores ya recopilados que conforman el sistema.

Para la evaluación, fue necesario conocer los equipos asociados del sistema

de inyección del Horno de Craqueo, que presente las válvulas controladoras de flujo

y presión del sistema de inyección de gas combustible del Horno de Craqueo R-401

(Ver anexo F) y de las válvulas de presión PC-9912A/B (Ver anexo G).

Consecutivamente, se realizaron las graficas de los meses de diciembre de 2007,

Enero y Febrero de 2008, como se muestran en la figura 22, 23 y 24. Las mismas

DERECHOS RESERVADOS

99

“Resultados”

presentan las variaciones de temperatura, de flujo y de presión del gas de

alimentación al Horno de Craqueo R-401.

M2:PI4117.PV

BARM2:FC4103.PV

KG/HRM2:FI4109.PV

KG/HRM2:TC4109.PV

GRADO C

Plot-0

01/12/2007 12:00:00 a.m. 31/12/2007 12:00:00 a.m.30,00 días

0,5

1

1,5

2

0

2,5

0

450

-10

60

50

500

487,376

34,9953

327,590

1,4329

Figura 29. Variables operacionales del sistema de inyección de gas al Horno.

Fuente: Pequiven “PI” (2008).

En la grafica del mes de diciembre, se muestran variaciones en todas las

variables operacionales del sistema. La planta se encontraba operando a bajas

cargas de EDC en el Horno R-401 durante todo el mes, y el 27/12/2007 y

28/12/2008 la planta se encontraba fuera de servicio como se observa en la grafica.

M2:PI4117.PV

BARM2:FC4103.PV

KG/HRM2:FI4109.PV

KG/HRM2:TC4109.PV

GRADO C

Plot-0

01/01/2008 12:00:00 a.m. 31/01/2008 12:00:00 a.m.30,00 días

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1

1,8

100

450

-10

60

440

620

492,963

40,3201

347,713

1,2543


Fuente: Pequiven “PI” (2008).

DERECHOS RESERVADOS

100

“Resultados”

La grafica del mes de Enero, muestra igualmente las variaciones en todas las

variables. La planta operaba con un promedio de 90% de carga de EDC en el Horno

de Craqueo, en relación con respecto al mes de diciembre.

M2:PI4117.PV

BARM2:FC4103.PV

KG/HRM2:FI4109.PV

KG/HRM2:TC4109.PV

GRADO C

Plot-0

01/02/2008 12:00:00 a.m. 29/02/2008 12:00:00 a.m.28,00 días

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,1

1,9

200

450

-10

60

465

500

490,738

38,2190

346,191

1,5799


Fuente: Pequiven “PI” (2008)

Finalmente, la grafica del mes de febrero, se observaron las mismas

condiciones de operación que las anteriores, pero con más estabilidad, por motivo

que la planta operaba con 95%-100% de carga de EDC, excepto los días desde el

07/02/2008 hasta el 11/02/2008 que opero a bajas cargas.

La variable dependiente es la temperatura del Horno de Craqueo, ella

depende de las otras variables, las variables independientes son, la presión de

entrada al Horno del gas combustible (máxima: 1.9 bar y mínima: 1.2 bar) y el flujo

de gas combustible de entrada al Horno (gas fino: FI4109 y gas grueso: FC4103).

Debido a que las variables presentaron desviaciones, se tomó la decisión de

representar cada variable en una gráfica y compararlas con el resto de las variables

del sistema de inyección de gas combustible del Horno de Craqueo, tomando en

cuenta el mes de febrero por presentar más estabilidad de operación.

DERECHOS RESERVADOS

101

“Resultados”

Como último paso, se encuentran los diferentes escenarios de las graficas

que conforman el sistema de inyección de gas combustible, tomando en cuenta

todos los “tags” de los medidores de flujo ubicados en el sistema de inyección de

gas combustible del Horno de Craqueo R-401 y el medidor del limite de batería de

MVC II ubicado en las válvulas de presión PV-9912 A/B. Seguidamente se muestran

las graficas del limite de batería de MVC II.

M2:PC9912 .PV

BA RM2:FI9912.PV

Kg/h

Plo t-0

01/ 02/ 200 8 12 :00: 00 a. m. 01 /03 /2008 12 :00 :00 a .m.29,00 d ías

4

4 ,2

4 ,4

4 ,6

4 ,8

3 ,8

5

500

1500

1291 ,85

4 ,49629

4,50188921 ,215

10 /02 /2008 11 :51 :34 ,89231 a .m. Figura 32. Flujo y Presión del gas combustible en el límite de Batería de MVC II.


M2 :PC9 9 1 2 .O P

%M2 :PC9 9 1 2 .PV

B A R

Plo t- 0

0 1 /0 2/ 2 00 8 1 2 :0 0 :0 0 a .m. 0 1 /0 3 /2 0 0 8 1 2 :0 0 :0 0 a .m .2 9 ,0 0 d ía s

1 5

2 0

2 5

3 0

3 5

4 0

4 5

5 0

5 5

1 0

6 0

3 ,8

5

4 ,4 9 6 2 9

2 4 ,5 4 3

Figura 33. Apertura de la válvula PC-9912 de gas combustible.


En las figuras mostradas, se pueden observar las variables de presión y flujo

del gas, en el límite de batería de MVC II, en las válvulas controladoras de presión

PV-9912A/B que trabajan en control rango compartido, y la OP (Apertura de las

DERECHOS RESERVADOS

102

“Resultados”

válvulas PV-9912) del gas combustible suministrado. El flujo de gas combustible

medido en las FI-9912, se observa que aguas arribas de las válvulas el flujo que es

suministrado desde el día 07/02/08 hasta el 11/02/08 es restringido o regulado por

las mismas, debido a que las válvulas ubicadas en el limite presentan aperturas de

acuerdo al requerimiento de presión en el cabezal de los quemadores del horno de

Craqueo R-401. La disminución de gas combustible al Horno de Craqueo, se realizó

por la disminución de carga a la planta, por factores externos a la unidad 400. La

planta comenzó a aumentar carga a partir del día 11/02/08 (90% de carga) y se

mantuvo hasta el día 27/02/08, luego aumentó a un 100% de carga, donde puede

observarse que la presión no varió, teniendo en 4.2 bar y 4.5 bar (opera según

diseño a una presión de 16-18 bar; Ver Anexo H).

A continuación se muestran las figuras de las variables operacionales del

sistema de inyección del Horno de Craqueo R-401.

M 2 : T C 4 1 0 9 . P V

G R A D O C

P l o t - 0

0 1 / 0 2 / 2 0 0 8 1 2 : 0 0 : 0 0 a . m . 0 1 / 0 3 / 2 0 0 8 1 2 : 0 0 : 0 0 a . m .2 9 , 0 0 d í a s

4 7 0

4 7 5

4 8 0

4 8 5

4 9 0

4 9 5

4 6 5

5 0 04 9 0 , 0 9 0

Figura 34. Temperatura de control del Horno de Craqueo R-401.


Poder calorico del gas combustible (LHV).

900

950

1000

1050

1100

1150

1200

29-e

ne-0

8

31-e

ne-0

8

02-fe

b-08

04-fe

b-08

06-fe

b-08

08-fe

b-08

10-fe

b-08

12-fe

b-08

14-fe

b-08

16-fe

b-08

18-fe

b-08

20-fe

b-08

22-fe

b-08

24-fe

b-08

26-fe

b-08

28-fe

b-08

01-m

ar-0

8

03-m

ar-0

8

"Dias"

Lhv

BTU

/PC

Grafica 1. Poder calorífico en el gas combustible. Fuente: Pacheco, H (2008).

DERECHOS RESERVADOS

103

“Resultados”

M 2 : F C 4 1 0 3 . P V

K G / H RM 2 : F C 4 2 0 3 . P V

T O N / H RM 2 : F C 4 2 0 4 . P V

T O N / H R

P l o t - 0

0 1 / 0 2 / 2 0 0 8 1 2 : 0 0 : 0 0 a . m . 0 1 / 0 3 / 2 0 0 8 1 2 : 0 0 : 0 0 a . m .2 9 , 0 0 d í a s

2 5 0

3 0 0

3 5 0

4 0 0

2 0 0

4 5 0

1 2

2 6

1 2

2 6

2 3 , 9 0 6 3

2 3 , 8 8 8 2

3 5 0 , 7 8 1

Figura 35. Flujo de Inyección de gas combustible (gas grueso) y alimentación de EDC al Horno. Fuente: Pacheco, H (2008).

M 2 :PC4 1 1 7 .O P

%M 2 :PI4 1 1 7 .PV

B A R

Plo t- 0

0 1 /0 2/ 2 00 8 1 2 :0 0 :0 0 a .m . 0 1 /0 3 /2 0 0 8 1 2 :0 0 :0 0 a .m .2 9 ,0 0 d ía s

2 6

2 8

3 0

3 2

3 4

3 6

3 8

4 0

2 4

4 2

1 ,1

1 ,9

1 ,6 0 0 0

3 8 ,7 7 8

Figura 36. Presión y OP (apertura de la válvula) de entrada del gas combustible al Horno. Fuente: Pacheco, H (2008)

M2:FI4109 .PV

KG/HR

Plo t-0

01/ 02/ 200 8 12 :00: 00 a. m. 01 /03 /2008 12 :00 :00 a .m.29, 00 días

0

10

20

30

40

50

-10

6042,9285

35,4967

10/02 /2008 05 :58 :27 ,97322 a .m.

37, 6085

29/ 02 /20 08 12 :33: 44 ,58 917 p .m. Figura 37. Flujo de inyección de gas combustible (gas fino) al Horno de Craqueo R-401. Fuente: Pacheco, H (2008).

DERECHOS RESERVADOS

104

“Resultados”

En las figuras mostradas, se puede observar la temperatura del Horno de

Craqueo R-401, es la variable principal del proceso para que se de una conversión

de EDC a MVC y HCl de un 50% a 55%. También se muestran las variaciones de

poder calorífico que presenta el gas combustible, el flujo de gas combustible de

alimentación al Horno que lo indica el transmisor de flujo FC-4103 (Gas Grueso) y

los flujos de alimentación de EDC (Producto de EDC: FC-4203, FC-4204). También

se muestra, la presión de entrada del gas combustible del Horno y su OP (apertura

de la válvula), y por ultimo, se muestra el flujo de gas combustible fino que lo indica

el medidor de flujo FI-4109.

La válvula controladora de flujo FC-4109, controla la temperatura del Horno R-

401 y es el control que actualmente existe en el proceso del sistema de inyección de

gas combustible del Horno de Craqueo de MVC II, y estructurado también con el

control de gas grueso que normalmente la válvula XV-FC4103 permanece con una

apertura constante entre 33% y 45%, dependiendo las condiciones que requiera el

proceso y es manejado manualmente por el panelista en la sala de control de la

planta de MVC II.

También puede observarse, que los flujos son directamente proporcional a la

temperatura del Horno de Craqueo, justamente justificando las oscilaciones que

existen con la temperatura entre 3ºC y 5ºC, causado por los cambios de

composición del gas combustible, como se muestra en la grafica de poder calórico,

por los diferentes eventos realizados por la planta de LGN, por el poco gas natural

que es enviado por PDVSA.

Por otro lado, la presión PI-4117, presión de inyección de gas combustible al

Horno de Craqueo, su presión mínima es de 1,2 bar, como para prevenir que el

horno deje de operar (Se caiga el Horno), es decir, si el gas combustible entra a los

quemadores a baja presión, cuando se apague una llama, pueden crearse

desastrosas condiciones. En la figura de medición de presión PI4117 muestra

oscilaciones de 1.1 bar a 1.7 bar y ésta presenta estas desviaciones debido a la

válvula controladora de flujo FC-4109 (Gas fino) que es regulado el flujo de gas

combustible inyectado al Horno de Craqueo, cuando el mismo presenta variaciones

DERECHOS RESERVADOS

105

“Resultados”

en la composición de gas combustible que es reflejado en los cambios de

temperatura del Horno de Craqueo de MVC II en las salidas de los serpentines de la

sección de radiación. Si la temperatura aumenta, la operación habitual es apagar

quemadores debido a que la presión de entrada del Horno se disminuye por la

acción que se toma en restringir la apertura de la válvula FC4103 (lo que implica una

disminución de carga de EDC), pues si se mantiene el mismo flujo de alimentación

(EDC) ésta alta temperatura ocasionaría coquizamiento en los serpentines del horno

de craqueo, y si la temperatura disminuye debe restringirse el flujo de alimentación

de EDC al horno (disminución de carga), pues con el mismo flujo de alimentación y

temperaturas bajas, no se generaría la conversión de EDC a MVC y HCL en un

55% por lo tanto se tendrían perdidas en la producción de MVC y HCL.

Por todo lo expresado anteriormente, se considera que la variable a mejorar

es el flujo de gas combustible al Horno de Craqueo de MVC II, de acuerdo con la

composición del mismo para poder adecuar el proceso del sistema de inyección de

gas combustible del Horno de Craqueo de MVC II y lograr mantener la presión de

entrada del gas al Horno más estable en el proceso.

Dicha situación ha generado en los meses de Enero a Abril 2008 una PNR de

531 TM de MVC, lo que significa unas perdidas económicas alrededor de 640.000$

asumiendo que el costo en el mercado internacional es de 1200 $/TM ( que es lo

que le cuesta a Pequiven cuando se importa por buques).

La producción no realizada de MVC por causa de la variación del gas

combustible proveniente de LGN, se menciona a continuación para los meses de

Enero hasta Abril en la planta MVC.

ENERO: 100 TM de MVC

FEBRERO: 105 TM de MVC

MARZO: 139 TM de MVC

ABRIL: 187 TM de MVC

DERECHOS RESERVADOS

106

“Resultados”

El costo del MVC en el mercado internacional es de 1200 $/TM (cuando se

compra por Pequiven), por ende en lo que va de año se estiman las perdidas

económicas en 640.000 $.

4.3. Definición de las propuestas de solución en el sistema de inyección de gas combustible en el Horno de Craqueo R-401 para su optimización.

Realizadas las inspecciones de los diferentes sistemas de inyección de gas

combustible dentro de las plantas del Complejo, como Olefinas I y Olefinas II, Planta

Eléctrica, se observó que el sistema de inyección de gas combustible de los Hornos

dobles 201-B y 101-BI de Olefinas I tienen analizadores de poder calorífico (TDC:

detector de conductividad térmica), modelo ADVANCE, marca APPLIED

AUTOMATION, también tienen tambores separadores verticales de gas/liquido para

prevenir el arrastre de líquidos en el gas combustible como el tambor separador 114-

F y 2201-F. Igualmente, se observó en Planta Eléctrica, el uso del mismo analizador

de poder calorífico y tambores separadores verticales de gas/liquido para el gas

combustible, en el proceso de inyección de gas combustible a las Calderas y

Generadores, logrando que trabajen de una manera optima y sin ningún tipo de

alteración.

En los sistemas de inyección de gas combustible, los tambores separadores

deben estar localizados aguas arriba de hornos según la norma PDVSA, a fin de

recolectar las porciones condensadas durante las perturbaciones del proceso de las

plantas y para prevenir un arrastre excesivo de liquido en el gas combustible, con la

finalidad de minimizar el ensuciamiento y taponamiento de los quemadores.

De acuerdo con lo anteriormente expuesto, se realizaron las siguientes

propuestas de solución:

1.- Instalación de un tambor para la separación (gas/liquido) en el sistema de

inyección de gas combustible.

DERECHOS RESERVADOS

107

“Resultados”

2.- Medición de poder calorífico mediante la Instalación de un cromatógrafo de gas

en línea modelo ADVANCE, marca APPLIED AUTOMATION.

4.3.1. Justificación de las propuestas.

Las propuestas antes mencionadas están dirigidas a la disminución de:

- Perdidas de producción de MVC a causa de la problemática aquí tratada, las

cuales se estiman en (135 TMD mensual).

- Costos de mantenimiento a quemadores.

- Formación de coque en los serpentines del horno de craqueo R-401 y equipos

aguas abajo del Horno.

4.4. Desarrollo de las propuestas de solución. 4.4.1. Desarrollo de la propuesta de solución del Cromatógrafo de gas. Actualmente, este gas sé ha estado enviando a la plantas del Complejo con

humedad y con un cierto número de impurezas que están dentro de los

componentes químicos del proceso, no apropiados para el consumo que exige el

Complejo, como antes expuesto, teniendo como consecuencia el deterioro y el mal

funcionamiento de los equipos involucrados en el proceso tales como el Horno de

Craqueo de R-401 ubicado en planta MVC II, lo que implica un sistema de medición

de poder calorífico en planta MVC II.

El analizador en línea Applied Automación modelo Advance, es un

cromatógrafo de la ultima línea de los Optichrom Advance existentes en el mercado,

es una manera revolucionaria de enfocar la cromatografía de gases en línea para el

monitoreo y control de determinados procesos de la industria petroquímica y

petrolera., con hardware y software de características innovadoras, Applied

DERECHOS RESERVADOS

108

“Resultados”

Automation es uno de los modelos de analizadores más reconocidos a nivel mundial

dentro de estas industrias.

Este cromatógrafo cuenta con una serie de beneficios en cuanto a repuestos

ya existentes dentro de la industria petroquímica y PDVSA, este analizador es

compatible con todos los sistemas Advance Data Hiway existentes en el mercado.

El cromatógrafo Applied Automation puede ser utilizado para múltiples usos

en cuanto a medición de componentes químicos de diferentes procesos, en este

caso es empleado como un calorímetro para medición de poder calorífico de gas

natural (BTU), este es un tipo de medida de energía de cada uno de los

componentes químicos que intervienen dentro del gas combustible (Ver anexo I). En

la figura 38, se muestra el analizador en línea Applied Automatión utilizado para la

medición de poder calorífico de gas natural.

Figura 38. Cromatógrafo Applied Automation de gas combustible. Fuente: Planta Eléctrica (2008).

Este analizador se puede evidenciar, que existe un equipo dentro del

complejo el Tablazo con tecnología que satisface los parámetros de funcionamiento

establecidos para el nuevo sistema.

Sin duda el funcionamiento del analizador, será eficaz en el sistema de

medición de poder calorífico, pues la operatividad del sistema ha sido comprobada

por las experiencias a nivel mundial de la APPLIED AUTOMATION empresa

fabricante del tipo de equipo a instalar, de esta manera permitirá mejorar el consumo

DERECHOS RESERVADOS

109

“Resultados”

y aprovechamiento del gas que entra a planta de MVC II que es inyectado al horno

de craqueo R-401.

Dadas las situaciones antes expuestas se seleccionó el analizador que tiene

disponible en este momento la empresa y el cual cumple con todas las normas y

requerimientos que la planta necesita.

Finalmente, con las inspecciones realizadas en las plantas del complejo de

los diferentes sistemas de inyección de gas, seria conveniente la instalación del

cromatógrafo de gas en línea, donde se establecerá las condiciones requeridas del

gas (Poder calorífico, composición, temperatura, presión, entre otros.) y también se

especificara las condiciones del gas combustible actual. Se puede observar la Data

Sheep (Ver anexo J).

HHV LHV

Como mínimo: 1000 BTU/ ft3 Como mínimo: 900 BTU/ ft3

Como máximo: 1400 BTU/ ft3 Como máximo: 1300 BTU/ ft3

Tabla 13. Rangos de poder calórico del gas combustible en el analizador ubicado en la línea de gas combustible. Fuente: Pacheco, H. (2008).

Debido a los cambios del poder calorífico que presenta el gas combustible,

mayor de un 13% por encima de estimado por diseño como antes expuesto, lo que

impacta el perfil de temperatura y la conversión de EDC a MVC y HCL; El objetivo de

la instalación del cromatógrafo se tendrá la manera de saber la energía (BTU) que

lleva el gas combustible, donde se aprovechara su consumo ya que si presenta mas

poder calorífico del estimado por diseño se restringirá el flujo mediante las válvulas

FC-4103 y FC-4109 al ser inyectado al Horno de Craqueo R-401 para mantener la

temperatura requerida a la carga de EDC en la que se encuentre el horno. Se puede

observar en la siguiente grafica 2, como es la relación de poder calorífico con

respecto a la temperatura.

DERECHOS RESERVADOS

110

“Resultados”

LHV &Temperatura

0100200300400500600

0 500 1000 1500

LHV BTU/ft3

Tem

pera

tura

º C

Grafica 2. Relación del poder calorífico con respecto a la temperatura.


4.4.2. Desarrollo y dimensionamiento del tambor para la separación (gas/liquido) en el sistema de inyección de gas combustible.

a.- Bases de Diseño.

Para establecer las bases y criterios de diseño de la primera propuesta de

solución, fue necesario el estudio del sistema actual de distribución de gas residual o

gas combustible del complejo, especificando el balance de masa de gas combustible

a la entrada de planta MVC II (Ver anexo K), el consumo actual de gas combustible

por diseño al Horno R-401 es de 1464 Nm3/hr (1,240 MMPCD) y el consumo de gas

combustible a incinerador/mechurrió es de 762 Nm3/hr (0,645 MMPCD), el total de

consumo corresponde a 2226 Nm3/hr (1,886 MMPCD) y a condiciones estándar son

1.993 MMPCED (60 ºF y 14, 7 psia).

Debido a una expansión que se hará en la producción del Horno de Craqueo

R-401, para el dimensionamiento del tambor bifásico se asumió un flujo de diseño de

4 MMPCED y a condiciones operacionales son 0,2489. MMft3/día.

Otras bases de diseño, fueron tomadas directamente en le campo como la

composición del gas combustible, la longitud y diámetro de las redes de tubería del

DERECHOS RESERVADOS

111

“Resultados”

gas combustible, que están situadas desde la estación V-25 hasta la entrada de

planta MVC II y seguidamente hasta las válvulas PV-9912, como se muestra en la

figura 38, (Ver anexo E).

3’’245 mD-E

20’’1012 mC-D

12’’32 mB-C

24’’66 mA-B

DiámetroDistanciaTramos

Aven

ida

1

Calle 4 Norte

Calle 3 Norte

Aven

ida

2

OLEFIN

ASPROPILVEN

MVC IIPVC I/II

LGN

V-25

Cabezal de gas combustible

R-401

PV-9912A/B

A

B

C

DE

Figura 39. Distribución de gas combustible desde la estación V-25/PV-9912.


Para el servicio de gas combustible, se estableció un tambor separador

vertical bifásico (gas/liquido) con malla, y como principales parámetros que entran en

juego, la composición del fluido que se va a separar fueron tomadas del día

10/02/2008, por motivo, que el gas rico de planta LGN II se encontraba alineado al

cabezal de gas combustible. Inicialmente se envió un caudal de 40 MMPCED de gas

rico, a una temperatura de 90 ºF y presión de 220 psig. En la siguiente tabla se

presenta la composición del gas de entrada al tambor separador de (gas/liquido).

DERECHOS RESERVADOS

112

“Resultados”

Tabla 12. Composición del gas de entrada al tambor de separación.


Otros parámetros fueron, el tiempo de retención asignado al liquido, la

normativa de PDVSA recomienda la selección de un tiempo de residencia del

petróleo, con base a la gravedad APIº del fluido, siendo la gravedad API del crudo

de 47,61º y para fluidos dentro de este rango o mayores se asignan un tiempo

recomendado de un minuto y medio.

Por otro lado, la velocidad del gas dentro del separador es uno de los que con

mayor énfasis influye en la respuesta y también el valor de K, en la ecuación de

Souders y Brown, es uno de los parámetros de mayor relevancia tiene en el

momento de predecir el comportamiento de los fluidos dentro de un recipiente, en

cierto modo, es el valor que acerca o aleja las predicciones del funcionamiento real

del sistema, para todos fines el criterio se procede de la norma británica y ha sido

asimilado por PDVSA e incluido en su propia normativa en este caso se comparan

las tasas masicas del liquido y del gas en el separador para escoger el valor

correspondiente de K que es 0.35.

Componentes % molar

Nitrógeno 2.06

Dióxido de carbono 5.73

Metano 70.53

Etano 11.53

Propano 6.01

Isobutano 0.99

n-Butano 1.77

Isopentano 0.861

n-Pentano 0.492

DERECHOS RESERVADOS

113

“Resultados”

b.- Simulación del proceso.

Seguidamente para establecer la temperatura y presión de operación del

recipiente, se realizo mediante el simulador ASPEN PLUS versión 11.1, este

software calculó la caída de presión a lo largo del tramo de envió de gas

combustible desde la estación V-25 hasta las válvulas PV-9912 (límite de la Planta

MVC II, antes de entrar el gas combustible al Horno de Craqueo R-401).

Los resultados obtenidos del simulador Aspen plus (Ver anexo L), se

muestran luego de la data de entrada al simulador, especificada en el capitulo III. En

el simulador se especifico el diagrama de flujo, selección de los componentes,

modelo termodinámico utilizado, especificación del método para tuberías, corrientes

de entrada, especificación de longitud y diámetros de los tramos de las tuberías.

Luego, que el simulador realizo la corrida de cada tramo de tuberías, arroja los

resultados de las condiciones a las cuales se encuentra cada tramo de la simulación,

obteniendo los resultados de las simulaciones en Aspen Plus.

Figura 40. Simulador Aspen Plus, Resultados de la I fase. Fuente: Pacheco, H

(2008).

DERECHOS RESERVADOS

114

“Resultados”

Figura 41. Simulador Aspen Plus, Resultado de la II fase.


Una vez recorrido el trayecto hasta las válvulas controladoras de presión PV-

9912, el diferencial de presión a lo largo de las tuberías se ubicó en

aproximadamente 47 psig tal que el gas entraría a estas válvulas a una presión de

172.35 psig (11,88 bar) y a temperatura ambiente 32,2 ºC.

Posteriormente, se obttuvo la temperatura y presión de operación del

separador a dimensionar, la temperatura es de 32,2 ºC y la presión de 173 psig, por

razones que el tambor separador será instalado antes de las válvulas PV-9912.

DERECHOS RESERVADOS

115

“Resultados”

Seguidamente, para obtener los resultados de las características del gas

combustible, mediante el simulador GAS NET (Martínez Marcías J. “ICONSA”), se

muestran luego de la data de entrada al simulador. Fueron los siguientes:

Figura 42. Datos de Entrada Simulador GASNET. Sección Carácter.

Datos/Encabezado. Fuente: Pacheco, H (2008).

DERECHOS RESERVADOS

116

“Resultados”

Figura 43. Datos de entrada Simulador Gas net, Sección Carácter

“Datos/Composición” (Martínez Marcías J. “ICONSA”). Fuente: Pacheco, H (2008).

DERECHOS RESERVADOS

117

“Resultados”

Luego, se procedió a introducir los datos de entrada a la sección de

separadores, para obtener los resultados del dimensionamiento del separador.

Los datos fueron los siguientes:

Figura 44. Datos de entrada Simulador Gas net, Sección Separadores

“Datos/Generalidades” (Martínez Marcías J. “ICONSA”). Fuente: Pacheco, H (2008).

DERECHOS RESERVADOS

118

“Resultados”

Figura 45. Datos de entrada Simulador Gas net, Sección Separadores “Datos/Parámetros

fijos y opcionales” (Martínez Marcías J. “ICONSA”). Fuente: Pacheco, H (2008).

DERECHOS RESERVADOS

119

“Resultados”

Finalmente, se muestran en resumen los resultados del dimensionamiento del

separador bifásico (Gas/liquido) (Ver anexo M y N).

Figura 46. Simulador Gas Net, Sección Separadores “Resumen de resultados del

tambor separador” (Martínez Marcías J. “ICONSA”). Fuente: Pacheco, H (2008).

DERECHOS RESERVADOS

120

“Resultados”

4.4.3. Diagrama de bloques de proceso del sistema de inyección de gas combustible de MVC II.

A continuación se muestra el diagrama de bloques del proceso del Sistema de

gas combustible de planta MVC II, señalando en línea punteada la nueva instalación

propuesta para obtener el gas combustible limpio.

Figura 47. Diagrama de bloques de sistema de gas combustible mejorado de la

planta de MVC II. Fuente: Pacheco, H (2008).

4.4.4. Descripción del proceso del sistema de inyección de gas combustible. El sistema de gas combustible de la planta de MVC II, consta de dos filtros

para eliminar los arrestes de materia orgánica del gas combustible de entrada.

Luego cuenta con un separador vertical llamado 400-D. El tambor tiene como

objetivo principal, liberar la fase gas de hidrocarburos del gas combustible que es

enviado de la planta de LGN, seguidamente el gas es controlado mediante unas

válvulas de control de presión PC- 9912 A y B (válvulas de rango compartido, PV-

9912A/ 9912B), que presentan aperturas de acuerdo al requerimiento de presión en

el cabezal de los quemadores del horno de Craqueo ubicadas en el limite de batería

de la planta, y además el gas pasa por un sistema de medición de poder calorífico,

para aumentar la calidad y confiabilidad en la medición de los componentes que

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“Resultados”

conforman el gas, con la finalidad de ahorrar y aprovechar el consumo del mismo en

el Horno de Craqueo.

Seguidamente el flujo de gas combustible que es inyectado a los quemadores

mediante la TC-4109 que controla la apertura de flujo de gas combustible fino hacia

los quemadores del horno manteniendo la temperatura de salida de los serpentines

radiantes A/B (TI-4109/4110) en el set point seleccionado por el panelista de

acuerdo a la carga a la que se encuentre el horno, al mismo tiempo el sistema de

control TY-4109 también está provisto del control de presión en el cabezal de

alimentación de los quemadores mediante el PC-4117, la presión se debe mantener

como mínimo en 1.5 bar. La temperatura de EDC Craqueado esta relacionada con

lazos de control de presión y flujo de gas combustible al sistema (lazos relacionados

al sistema de control FY-9912, FY-4103, TY-4109).

En los anexos O y P, se observa el DTI del sistema de inyección de gas

combustible antes y después de la mejora.

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CONCLUSIONES

El gas residual o gas combustible cumple un papel importante en el proceso

de producción de las plantas del Complejo Petroquímico Ana Maria Campos, sin

embargo en la actualidad existe un déficit de gas natural disponible, ocasionando la

restricción del uso de gas residual en las plantas disminuyendo así el proceso

productivo de la empresa, como en el caso particular que se produce en el Horno de

Craqueo R-401 de MVC II, lo que se llego a concluir para mejorar su proceso

productivo, fueron las siguientes conclusiones:

• El gas combustible suministrado a la planta de MVC II, que es procesado por

la planta de LGN II, tiene una composición fuera de especificación a las

estimadas de diseño, por presentar hidrocarburos mas pesados aumentando

su poder calorífico mas de un 13% por encima del estimado por diseño,

impactando el perfil de temperatura del Horno de Craqueo de MVC II,

variando la temperatura de 3ºC y 5ºC. En ocasiones, por altas o bajas

temperaturas se produce coque en los serpentines del Horno y aguas arriba

del Horno.

• El motivo de los cambios de poder calorífico del gas combustible o gas

residual, se debe, a las diferentes desviaciones de gas al cabezal de gas

combustible del complejo, como gas rico (gas humedo), Etano y Propano. Por

la falta de alimentación de gas natural a la planta de LGN II que es generado

y enviado por PDVSA.

• De las evaluaciones realizadas en el sistema de gas, se puede observar la

presencia de las desviaciones en las variables del sistema de gas, como la

temperatura de Craqueo TC- 4109 que varia según la carga de EDC en la que

se encuentre el horno y el gas inyectado, cuando el gas esta fuera de las

especificaciones requeridas la temperatura se desvía y se realiza la

restricción del mismo mediante la válvula XV- FC4109 y la válvula XVFC-4103

se mantiene en una apertura de 33% a 40% de lo contrario cuando existe un

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aumento o disminución brusca de temperatura es tanto lo que se restringe el

flujo de gas inyectado que optan por cerrar quemadores y lograr mantener la

presión de gas inyectado al horno PI-4117.

• Con la comparación de los distintos sistemas de inyección de gas combustible

dentro del Complejo, se definieron las propuestas de solución, donde se

estableció el dimensionamiento de un separador vertical (Gas/ liquido) con el

fin de recolectar un gas limpio para la combustión en el horno de craqueo R-

401, así como también un gas libre de condensación por causa cuando es

desviado en el cabezal de metano en la planta de LGN II gas rico, etano y

propano.

• En las simulaciones realizadas en la faja central como se muestra en el anexo

D, se observo cuando existe una desviación de gas rico que es el caso mas

extremo formación de condensación del gas por los hidrocarburos pesados

presentes (C4+), lo que hace que el gas sea mas denso disminuyendo su

presión en el recorrido y también influye el cambio de diámetro de tubería de

20” a 3” cuando el gas entra al limite de batería de MVC II para su consumo,

se destaco en las simulaciones una disminución de presión de 15,17 bar a

11,88 bar. Este diferencial de presión es causa de la desviación de gas rico,

disminución de flujo y presión en el cabezal de metano del Complejo, por la

presencia de impurezas más frecuentes como agua, dióxido de carbono,

nitrógeno, aceite, compuestos de azufre y helio.

• También se propuso la instalación de un cromatógrafo de gas en línea

modelo ADVANCE, marca APPLIED AUTOMATION, para conocer las

condiciones del gas combustible inyectado al Horno para su consumo y

aprovechamiento cuando exista desviaciones de gas rico, etano o propano y

evitar el aumento o disminución de temperaturas bruscas con la carga de

producto de EDC que se encuentre el horno.

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RECOMENDACIONES

• Realizar la instalación del analizador en línea Applied Automación modelo

Advance, junto con el personal de analizadores del Complejo e ing. de

procesos.

• Actualización del P&ID del sistema de inyección de gas combustible del

Horno de Craqueo R-401.

• Realizar una evaluación y estudio de un sistema de control actualizado para

el sistema de inyección de gas al Horno de Craqueo R-401, debido a que el

sistema de control que esta actualmente no es eficientemente el adecuado

para el sistema por el déficit de gas que hay en el Complejo.

• Realizar el proyecto del gas extra caribeño con el fin de su uso para el Horno

de Craqueo R-401.

• Este proyecto de investigación constituye una base para seguir con el estudio

del sistema de gas combustible y de esta manera poder contar con más

herramientas para evaluar eficazmente este sistema en la planta de MVC II.

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RECOMENDACIONES

• Realizar la instalación del analizador en línea Applied Automación modelo

Advance similar al instalado en planta Eléctrica, para mejorar la medición de

poder calorífico del gas combustible.

• Actualización del P&ID del sistema de inyección de gas combustible del

Horno de Craqueo R-401.

• Realizar una evaluación y estudio de un sistema de control actualizado para

el sistema de inyección de gas al Horno de Craqueo R-401, debido a que el

sistema de control que esta actualmente no es el adecuado para el sistema

por el déficit de gas que hay en el Complejo.

• Realizar el proyecto del gas extra caribeño con el fin de su uso para el Horno

de Craqueo R-401.

• Este proyecto de investigación constituye una base para seguir con el estudio

del sistema de gas combustible y de esta manera poder contar con más

herramientas para evaluar eficazmente este sistema en la planta de MVC II.

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BIBLIOGRAFÍA

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hidrocarburos.

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mejoramiento del sistema de inyecciÓn de...

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