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REFINERÍA (template de PrezMaker)

Procesos y Operaciones Unitarias Claves
by

Susana Chan

on 15 October 2014

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Transcript of REFINERÍA (template de PrezMaker)

¿CÓMO FUNCIONA?
Es la unidad de destilación primaria de una refinería. Se encarga de la separación inicial del crudo mediante la aplicación de calor en varias fracciones o cortes de destilación directa, diferenciados por intervalos específicos de ebullición.

Aplicación
OBJETIVO
Es el corazón de una refinería en donde se consigue una conversión selectiva de un amplio ámbito de las fracciones de crudo a productos de alto valor, principalmente gasolina y olefinas de cadena corta.

UNIDAD
CRAQUEO CATALÍTICO
PROCESO
REFINACIÓN
OBJETIVO
PROCESO
SECCIONES
"Lado a lado": El reactor de craqueo y el regenerador se ubica uno al lado del otro.
CONFIGURACIÓN
La configuración "lado a lado" es la más empleada en la actualidad, ya que favorece el movimiento continuo fluidizado.
DIAGRAMA
UNIDAD DE HIDROCRAQUEO
PROCESO
OPERACIÓN
CONTROL
Además del...
"
Transformar hidrocarburos de 7 a 10 carbonos (parafinas y naftas) con bajo número de octano a aromáticos e iso-parafinas con altos números de octano. Es un proceso altamente endotérmico que requiere grandes cantidades de energía.
La corriente de alimentación debe estar libre de sulfuros, compuestos de nitrógeno y oxígeno, los cuales pueden desactivar el catalizador, para realizar la remoción se recurre al hidrotratamiento.
REFORMADOR
Refinería Kiwinana, Australia
Es una de las grandes unidades que se emplean para la transformación de fracciones pesadas en gasolina dentro de una refinería. Puede producir 37% en peso del total de la gasolina que se obtiene en el proceso de refinación.
DE PETRÓLEO
Se caracterizan por el enlace simple entre carbonos, los demás enlaces están saturados con hidrógenos.

Cuando el número de átomos de carbono es más de tres, varios hidrocarburos pueden existir con el mismo número de carbonos y átomos de hidrógeno pero diferente estructura, conocidos como isómeros
No se encuentran naturalmente en el crudo, se forman durante el proceso. La diferencia con las parafinas es el enlace doble entre carbonos.

Son deseadas en la gasolina, por su mayor número de octano en comparación con las parafinas.
Son parafinas con estructura cíclica, se encuentran en todas las fracciones del crudo, excepto en las más livianas.

Los de un solo anillo (monocicloparafinas) con 5 y 6 carbonos son los que predominan, los de dos anillos (dicicloparafinas) se encuentran en las naftas terminadas más pesadas.
PARAFINAS (Saturados)
OLEFINAS (Insaturados)
NAFTENOS (Cicloparafinas)
TIPOS
CONVERSIÓN CON HIDRÓGENO
UNIDAD DE
ALQUILACIÓN
¿PORQUÉ SE REFINA?
PETRÓLEO
CRUDO
Exploración y Producción
UPSTREAM
Procesamiento del Gas Natural
MIDSTREAM
Refinación de Petróleo
DOWNSTREAM
Transporte y distribución
DISTRIBUTION
ETAPAS PRINCIPALES
SEPARACIÓN
El crudo es separado físicamente por fraccionamiento en dos torres dispuestas en secuencia, la columna de destilación atmosférica y la columna de destilación al vacío.
CONVERSIÓN
FORMULACIÓN Y MEZCLADO (Blending)
Comprenden los cambios correspondientes al tamaño y/o estructura de las moléculas de hidrocarburos, incluyen: descomposición, unificación, modificación, tratamiento.
Combinación de fracciones de hidrocarburos con aditivos y otros componentes para generar productos terminados según se demande.
SEPARACIÓN
CONVERSIÓN
BLENDING
UNIDADES IMPLICADAS
EL CRUDO
NO
TIENE VALOR SI NO PASA POR EL PROCESO DE REFINACIÓN.

SEPARACIÓN
HIDRÓGENO

CARBONO
AZUFRE
c
84-87% wt
H
2
11-14% wt
s
0-5% wt
NITRÓGENO
N
2
0-0.2 % wt
Estos compuestos se caracterizan por tener un anillo con tres enlaces dobles alternando con tres enlaces sencillos entre seis átomos de carbono (benceno), es insaturado pero muy estable.

Las fracciones livianas contienen monoaromáticos, las más pesadas están conformadas por compuestos aromáticos más complejos (más de un anillo).
AROMÁTICOS
HIDROCARBUROS
C
H
H
H
C
H
H
H
C
H
H
H
C
H
H
H
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
H C
2
H C
2
CH
CH
CH
CH
HC
HC
Petro Persia Gas Company
Crudo con sales
Agua fresca
CALENTADOR
VÁLVULA DE MEZCLADO
SEPARADOR ELECTROSTÁTICO
Crudo sin sales
Agua
OBJETIVO
Remover el contenido de sal del crudo y de forma secundaria retirar los sólidos suspendidos.

Ahora muchas compañías desalan todo el crudo sin importar su contenido de sal. Si el contenido es mayor a 20 lb de sal/1000 bbl se utiliza un desalador de dos etapas.
COALESCENCIA
PROCESO
LAVADO CON AGUA
CALENTAMIENTO
FASES DEL
Los cristales de sal quedan retenidos en el agua, formando gotas muy pequeñas.
La separación se ve afectada por la viscosidad y densidad, directamente relacionadas con la Temperatura.
Unión de gotas pequeñas para formar gotas de mayor tamaño, facilitando la deposición.
OPERACIÓN
CONDICIONES DE
Puede variar entre 50°C y 150 °C.
TEMPERATURA
PRESIÓN
RAZÓN AGUA DE LAVADO
Determina la eficiencia de mezclado, se usa una caída entre 0.5 bar y 1.5 bar (7.4 psi y 22 psi
CAÍDA DE PRESIÓN EN LA VÁLVULA DE MEZCLADO
Temperatura de entrada
dPC
Manual
Demulsificador
Sólidos suspendidos

Crudo en fase líquida, 12 bar (176 psi).
DECANTACIÓN
Separación de un líquido más denso de un fluido menos denso
APLICACIÓN
Depende de la densidad y viscosidad del crudo, va desde 3% a 10 % en volumen.
UNIDAD DE
DESALACIÓN
LC
Interfase agua- crudo
Humedad del crudo
pH
Un poco más...
Control del proceso de desalación
http://www.kpsnl.com/Desalter.swf
EBULLICIÓN
Intervalos de
32 °C - 87 °C
-100 °C - 20 °C
GASES
NAFTAS LIGERAS
NAFTAS PESADAS
427 °C -565 °C
RESIDUOS ATMOSFÉRICOS
87 °C -193 °C
KEROSENO
193 °C - 271 °C
GASÓLEO LIGERO
271 °C - 321 °C
GASÓLEO PESADO
321 °C - 427 °C
Descripción
PROCESO
Precalentamiento en intercambiadores de calor a 288 °C
Aumento de la temperatura del crudo para vaporización de sustancias livianas en un calentador (330 °C a 380 °C)
Alimentación en la zona de vaporización instantánea (flash) por encima de la zona de agotamiento
ALIMENTACIÓN
ZONA DE ENRIQUECIMIENO
ZONA DE AGOTAMIENTO
VAPOR
AL CONDENSADOR
REFLUJO
REFLUJO
REFLUJO
REFLUJO
REFLUJO
Los vapores de hidrocarburos calientes suben a través de la columna entrando en contacto con la corriente de reflujo fría que baja por la torre.
Por la parte superior de la columna se retiran las fracciones con los puntos de ebullición más bajos
Los lazos de control pueden variar según los requerimientos del cliente, el tipo de crudo, los productos que se deseen obtener, entre otros.

Variables
CONTROL
Corrosión
Roxar FSM
Smart Process
Fractionation
Smart Process Fired Heater
Nivel
Rosemount 3051 PT
Temperatura de entrada
Rosemount 3144
Columna de
DESTILACIÓN
En zona
de vaporización instantánea
DESTILACIÓN
AL VACÍO
OBJETIVO
Aplicación
Separar los residuos provenientes de la torre de destilación atmosférica. La disminución en el intervalo de ebullición de las fracciones pesadas es favorecida por una presión de vacío absoluta.
PROCESO
Descripción
La corriente de entrada pasa por un calentador para alcanzar T entre 380°C y 415 °C.
Para minimizar el craqueo y la formación de coque se inyecta vapor en los tubos del calentador.
La presión absoluta de vacío está entre los 25 mmHg y los 50 mmHg.
Vapor flash de más (3% a 5% vol) ocasiona algún fraccionamiento entre la zona de HVGO y la de alimentación.
El destilado es retirado de la torre como LVGO y otros dos cortes, MVGO y HVGO.
Gasóleo de vacío liviano LVGO
Gasóleo de vacío medio MVGO
Gasóleo de vacío pesado HVGO
Zona de vaporización
Recirculación del HVGO
PROCESO
Diagrama
CONTROL
Variables
Solución
EMERSON
Columna de destilación
Unidad de destilación Atmosférica
CONVERSIÓN
Gas de combustión caliente
Gas de combustión frío
Combustible caliente
Gases de combustión del regenerador
Combustible frío
Aire
RECUPERACIÓN DE ENERGÍA
CRAQUEO CATALÍTICO
Después de pasar por el tren de intercambiadores, el combustible caliente continúa a la unidad de craqueo.
Se da transferencia de calor de los gases de combustión calientes al combustible frío.
En el sistema de recuperación de energía, primero se separan las partículas de catalizador del gas de combustión, y el gas limpio pasa a un sistema de expansión para generar la energía requerida para la compresión del aire y la condensación de vapor.
Aire comprimido
Generar una mayor cantidad de gasolina con alto octanaje, y menor cantidad de combustibles pesados y gases.
DESCRIPCIÓN
VARIABLES
Regeneración
Craqueo catalítico fluidizado
Fraccionamiento
¿Fluidizado? Se refiere al movimiento continuo del catalizador entre la zona de reacción y la zona de regeneración, actuando como vehículo para transferir calor.
"En pila": El reactor de craqueo está montado sobre el regenerador.
CONTROL
Flujo de vapor para la separación
Flujo de aire
Diferencial de presión reactor-regenerador
1: Tubo de subida al reactor:
2: Reactor:
En la parte superior los productos gaseosos fluyen hasta el fraccionador, en la parte inferior se inyecta vapor para limpiar el catalizador.
3: Regenerador:
El coque que se forma en la superficie del catalizador, se quema con aire
4: Fraccionador:
Se obtienen gases livianos, gasolina pesada (producto principal), aceite cíclico liviano (LCO), aceite cíclico pesado (HCO) y lodo acuoso decantado.
Toman lugar las reacciones endotérmicas.
HIDROTRATAMIENTO
Proceso de remoción de impurezas, como compuestos de azufre, compuestos de nitrógeno y metales, utilizando hidrógeno y un catalizador.
HIDROGENACIÓN
Se refiere a la saturación de compuestos aromáticos a sus respectivos naftenos.
HIDROCRAQUEO
OBJETIVO
HIDROCRAQUEO
Conversión de una variedad de materias primas que ingresan a la unidad, en combustibles de más alta calidad y bajos en azufre mediante reacción con hidrógeno y la presencia de un catalizador.
Puede requerir una o dos fases
Una etapa
Dos etapas
Para conseguir una mayor conversión el producto de los fondos de la columna de fraccionamiento se recircula y va de regreso al reactor.
La corriente de producto obtenida del reactor se envía a un separador y luego al fraccionador, los fondos del fraccionador se envían al segundo reactor.
Calentador
Reactor de hidrocraqueo
Separadores de alta y baja presión
Unidad de arrastre
Fraccionador
Temperatura/ °C
Presión/ bar
CONDICIONES
TÍPICAS
1° Reactor
2° Reactor
260 a 480
345 a 425
35 a 200
80 a 200
Más variables...
Velocidad espacial: se refiere a la relación entre el líquido alimentado y el volumen de catalizador. Proporciona el tiempo de contacto entre el catalizador y el flujo, indicador de la conversión.
Razón hidrogenación/acidez: relacionado con el contenido de nitrógeno y sulfuros en el flujo de alimentación al reactor. En el primer paso la relación es alta, lo que causa la remoción de nitrógeno y sulfuros. En el segundo es baja puesto que se maximiza la producción de nafta.
CALENTADOR
Gases de combustión (Composición, flujo, temperatura)
Fallo en termocuplas
Eficiencia de combustión
Temperatura de salida
PROBLEMA
CALENTADOR
SOLUCIÓN
Gases de combustión
Rosemount Analytical (AI)
Coriolis MicroMotion (FC, TC)
Termocuplas
Rosemount 3144 (Redundante)
Combustión y T de salida
Smart Process Fired Heater
REACTOR
PROBLEMA
Restricciones en temperatura de lechos y enfriamiento.
Perfil de temperaturas
Flujo del gas frío para control de temperatura
REACTOR
SOLUCIÓN
Restricciones y perfil de temperaturas
Temperature Advance Control (TC)
Flujo del gas frío
Fisher Digital Valve Controller (FC)
Variables de control presentadas en la Columna de Destilación Atmosférica
FRACCIONADOR
Diagrama
OBJETIVO
PROCESO
CATALÍTICO
CONTROL
UNIDADES
PRINCIPALES
Calentador
Reactor de reformado
Separador (Hidrógeno)
Fraccionador (Estabilizador)
PROCESOS
COMERCIALES
REACCIONES
IMPLICADAS
1° Reactor
2° Reactor
3° Reactor
Deshidrogenación
Isomerización
Deshidrociclización
Pérdida de hidrógenos para formar aromáticos y olefinas.
Formación de isómeros.
Pérdida de hidrógenos para formar ciclos aromáticos.
Se pasan de enlaces simples a dobles
Nafteno
Parafina
Aromático
Olefina
Parafina
Isoparafina
Parafina
Aromático
Hidrocraqueo (no deseado)
Conversión a hidrocarburos livianos, C1, C2, C3, C4
También ocurre la deshidroisomerización.
Proceso de lecho fijo semiregenerativo
Proceso regenerativo continuo (lecho móvil)
Proceso regenerativo cíclico
La regeneración toma de 3 a 24 meses. Su configuración comprende tres reactores en serie.
Comprende tres o cuatro reactores instalados uno por encima del otro. Este proceso describe el Platforming desarrollado y licenciado por UOP de Honeywell.
De forma similar a la semiregeneración con la variante de un reactor extra que evita el detenimiento de todo el proceso de reformado.
DIAGRAMA
SEMIREGENERATIVO
Por la configuración de calentador- reactor el control es similar al expuesto para la unidad de hidrocraqueo.
VARIABLES
Temperatura
Proporcional al número de octano
Presión
Velocidad espacial
Razón H /Hidrocarburo
Alimentación
N+2A
N: naftenos
A: aromáticos
2
Se incrementa el reciclo de H
2
Se incrementa la cantidad de aromáticos y olefinas
Se disminuye la formación de coque y cae el rendimiento de reformado
Formación de hidrógeno, aromáticos y olefinas.
Mayor número de octano, disminución del rendimiento, cae la pureza del H y se incrementa los depósitos de coque.
2
OBJETIVO
APLICACIÓN
PROCESO
DESCRIPCIÓN
CONTROL
VARIABLES
ALQUILACIÓN
AUTOREFRIGERADA
Convertir olefinas de bajo peso molecular por reacción con isoparafinas (isobutano) para formar isoparafinas de alto peso molecular. La olefina más empleada es el butileno por generar alquilatos con mayor número de octano.
CATALIZADOR
Consiste en la reacción de hidrocarburos líquidos a bajas temperaturas y con razones altas de isobutano/olefina. Los productos se envían a un separador ácido donde el ácido se recicla y va de vuelta al reactor. Los productos gaseosos son separados en propano y n-butano LPG y los productos alquilados deseados.
Ácido sulfúrico:
es el más empleado.
Ácido fluorhídrico:
mayor solubilidad de olefina. Vapores son tóxicos.
Autorefrigeración:
desarrollado por Exxon. La evaporación del isobutano y el butileno o buteno (olefina) induce el enfriamiento de la emulsión en el reactor.
Refrigeración del efluente:
desarrollado por Stratford. Una unidad de refrigeración provee el enfriamiento del reactor.
UNIDADES
PRINCIPALES
Reactor multietapa en cascada
Compresor
Columna despropanizadora
Columna desisobutanizadora
Columna desbutanizadora
UNIDADES
PRINCIPALES
Tipo de olefina (butileno)
Concentración de isobutano
Concentración de ácido (acidez)
Grado de agitación
Velocidad espacial (tiempo de residencia)
Temperatura de reacción
Tipo de olefina
Los mejores alquilatos (más altos números de octano) se consiguen al utilizar butileno en presencia de ácido sulfúrico. El RON obtenido está entre 97 y 98, mientras que el MON se ubica entre los 93 y 94.
Concentración de isobutano
Se expresa como la razón isobutano/butileno.
Razón de carga al reactor: 5:1 a 15:1.
Con alta circulación interna varía de 100:1 hasta 1000:1.
Concentración de ácido
Valor óptimo 90% masa/masa.
Ácido fresco: 98% a 99 %.
Acidez mínima: 85% masa.
Grado de agitación
Si la transferencia de masa controla la reacción, la tasa de formación del producto deseado es proporcional a la concentración de isobutano y a la velocidad del agitador.
Velocidad espacial
Flujo volumétrico de olefina (bbl/h)/volumen de ácido en contacto (bbl).
El tiempo de residencia es el inverso de la velocidad espacial, para este caso en presencia de ácido sulfúrico va de 5 min a 25 min.
Temperatura de reacción
Se favorece a bajas temperaturas, para el ácido sulfúrico está entre los 5 °C y los 10 °C.
PROCESO COMERCIAL
Unidad de hidrocraqueo de Port Arthur
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