Hysys. Destilación Atmosférica de crudo Petrolífero.pdf

Escuela Superior de Ingenieros Departamento de Ingeniería Química y Ambiental

PROYECTO FIN DE CARRERA:

APLICACIÓN HYSYS. DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA DE CRUDO PETROLÍFERO.

Autor: Miguel Ángel García Gallego Tutores: Antonio Plumed Rubio Ángel Luis Villanueva Perales MARZO 2012

Hysys. Destilación Atmosférica de crudo Petrolífero.

Miguel Ángel García Gallego

ÍNDICE. 1.

2. 3.

4.

5.

Introducción. 1.1. Evolución histórica de la industria del refino. 1.2. Introducción de las herramientas de modelado. 1.3. Modelos comerciales de simuladores. Alcance y objetivo. Proceso y esquema de refino. 3.1. Esquema de la planta de refinado de petróleo. 3.2. Proceso de refino. 3.2.1. Destilación a vacío. 3.2.2. Coquización. 3.2.3. Reformado catalítico. 3.2.4. Isomerización. 3.2.5. Cracking catalítico. 3.2.6. Hidrotratamientos. 3.2.7. Hidrocracking.

5 5 6 7 9 11 11 13 14 15 16 17 18 20 22 23 25 31 31 33 34 37 37 38 38 40 44 49 51 51 55 60 62 63 68

3.2.8. Alquilación. 3.3. Destilación atmosférica. Los crudos. 4.1. Generalidades y libro de crudos. 4.2. Caracterización y evaluación de los crudos. 4.3. Clasificaciones de los crudos. Aspen Hysys. Dest. Atmos. de crudo petrolífero. 5.1. Introducción a Aspen Hysys. 5.2. Simulación estática. 5.2.1. Creación de un nuevo caso. 5.2.2. Introducción de componentes y elección del modelo termodinámico. 5.2.3. Definición del crudo. 5.2.4. Entorno de simulación. 5.2.5. Creación de las corrientes de alimentación. 5.2.6. Definición de los equipos del tren de calentamiento. 5.2.7. Instalación de la columna de fraccionamiento. 5.2.7.1. Instalación de los strippers laterales. 5.2.7.2. Instalación de los pump around. 5.2.7.3. Especificaciones y ajuste de los grados de libertad. 5.2.8. Libro de datos o Databook.

�


6.


5.3. Simulación dinámica. 5.3.1. Modelo simplificado. 5.3.2. Dimensionamiento de los equipos. 5.3.3. Instalación de las unidades de control. 5.3.4. Introducción de especificaciones de presión y caudal a las corrientes. Análisis de resultados. 6.1. Simulación estática. 6.1.1. Optimización de la operación. 6.2. Simulación dinámica.

70 71 72 75 76 79 79 99 105

Anexos. Bibliografía.

117 227

�

Hysys. Destilación Destil ación Atmosférica Atmosféric a de crudo Petrolífero.


1.- INTRODUCCIÓN. 1.1.- EVOLUCION HISTÓRICA DE LA INDUSTRIA DEL REFINO. El objetivo técnico de la actividad del refino es satisfacer la demanda de los productos de refino (principalmente combustibles) en cantidad, calidad y tiempo según las necesidades del mercado. Las refinerías adaptan sus esquemas de refino con la inclusión de una serie de procesos de refino y procesan el crudo o mezcla de crudos más adecuado para conseguir este objetivo técnico. La primera refinería de petróleo se instala en EEUU en 1861 dedicada a la obtención por destilación atmosférica discontinua de keroseno de iluminación. A partir de este hito fundamental la ingeniería del refino fue desarrollando diferentes procesos e introduciéndolos en el esquema de refino para ir desarrollando y mejorando los combustibles según el mercado lo requería. A continuación se se describen describen los hitos o desarrollos desarrollos más más importantes del refino: 

1870. Desarrollo de la destilación a vacío. Permite la producción producción de aceites aceites lubricantes y asfaltos como coproductos. coproductos.



1890. Se crea la demanda de gasóleos gasóleos y gasolinas con la utilización del del motor de combustión interna y decae la demanda de keroseno por la aparición del alumbrado eléctrico.



1913. Se desarrolla el proceso de cracking cracki ng térmico de de fracciones fracci ones pesadas de destilación debido al incremento de la demanda en gasolinas.



Años 1930s. Se desarrolla desarrolla el cracking catalítico, el el reformado reformado térmico y la polimerización catalítica porque se necesitan gasolinas de mayor octanaje debido a la evolución del motor de combustión. A parte de los mencionados procesos, en esta década se desarrollan e introducen otras mejoras para el tratamiento del crudo como: o

Hidrodesulfuración Hidrodesulf uración para rebajar el contenido en S.

o

Coquización Coquizaci ón de residuos para producir gasolinas y gasóleos.

o

Extracción Extracci ón con disolv disolventes entes para mejorar la calidad de los aceites lubricantes.

o

Visbreaking Visbreaki ng para reducir la viscosidad visc osidad de los fuelóleos. fuelól eos.

Como consecuencia de todo este desarrollo aparecen productos nuevos como el coque, los aromáticos, las parafinas y productos base para la petroquímica. 

Años 1940s. De esta década se destacan los siguientes dos procesos: o

Alquilación, Alquilaci ón, permite obtener gasolinas de alto octanaje para aviación.

o

Cracking fluido catalítico catalític o para incrementar increment ar la producción de gasolinas. 5





Años 1950-1970. Se desarrollan multitud de procesos de entre los que cabe destacar: o

El reformado catalítico.

o

El desafaltado.

o

Los hidrotratamientos.

o

El hidrocracking.

La tecnología del refino es una tecnología que en su desarrollo se ha ido adaptando a los cambios de demanda y a la calidad exigida a los combustibles con los procesos adecuados. En los últimos años lo que ha mejorado y sigue mejorándose es la tecnología utilizada y especialmente los catalizadores. El objetivo económico de la actividad de refino es conseguir el máximo beneficio económico, medido por la ecuación de margen que queda definida como la diferencia entre el producto de las ventas de los productos menos el coste del crudo utilizado para obtenerlo. Además a este margen bruto hay que descontar el coste económico de la operación. Esta operación implica a los tres grandes factores a tener en cuenta: por un lado los crudos y los productos, por otro lado la tecnología capaz de transformar los primeros en los segundos y por último los mercados y el entorno en el que se realiza el margen.

1.2.- INTRODUCCIÓN DE LAS HERRAMIENTAS DE MODELADO. La necesidad de nuevos productos, el cuidado del medio ambiente, el ahorro y optimización de energía hace necesario que la ingeniería busque alternativas económicas y factibles para la solución de estos nuevos retos. Los simuladores de procesos son una herramienta muy eficaz y efectiva para el análisis, la síntesis y la optimización de procesos. Los simuladores ayudan a proponer diferentes alternativas para poder satisfacer las nuevas necesidades que se le plantea a la ingeniería. El desarrollo de simuladores de procesos ha avanzado rápidamente gracias a varios factores de los cuales destacan: 

Computadores con procesadores de mayor velocidad.



Lenguajes de programación estructurados.



El cálculo de propiedades de mezcla y componentes con menor desviación de los datos obtenidos experimentalmente.

La simulación es la solución de las ecuaciones de balance de materia y energía para procesos químicos en estado estacionario o dinámico, así como el dimensionamiento y la obtención de costes de los equipos que intervengan en un proceso.

6



La simulación de un proceso químico es una herramienta que se ha hecho indispensable para la solución adecuada de los problemas de proceso. Permite efectuar el análisis de plantas químicas en operación, también se emplea para el diseño de nuevas plantas o equipo, en el desarrollo de un proyecto para probar la factibilidad técnica y económica, para probar diferentes alternativas de procesos y condiciones de operación. La simulación proporciona todos los datos de proceso requeridos para el diseño detallado de los diferentes equipos y para la construcción de plantas a nivel banco, piloto o industrial, que después de construirlas y operar en ellas servirán para retroalimentar el modelo utilizado o para validarlo. La simulación de un proceso tiene multitud de ventajas de las cuales se destacan: 

Proceso relativamente eficiente y flexible.



Puede ser usado para analizar y sintetizar una completa y extensa situación real.



En algunos casos es el único método disponible.



Se pueden obtener varias opciones de decisión.



Los modelos de simulación se estructuran y nos resuelve en general problemas transcendentes.

Como cualquier proceso real, los simuladores también tienen desventajas como: 

Un buen modelo puede resultar bastante costoso; a menudo el proceso de desarrollar un modelo es largo y costoso.



La simulación no genera soluciones óptimas a problemas de análisis cuantitativos.



Hay que introducirle todas las condiciones y restricciones para analizar las soluciones.



Cada modelo de simulación es único. Las soluciones e inferencias no son usualmente transferibles a otros problemas.



Siempre quedaran variables por fuera y dichas variables pueden cambiar completamente los resultados en la vida real que la simulación no previó.

1.3.- MODELOS COMERCIALES DE SIMULADORES. Existen una gran variedad de simuladores de proceso comerciales, algunos de los cuales son poderosas herramientas de cálculo, con inmensos bancos de datos que contienen las propiedades físicas de miles de compuestos y sustancias químicas, selección de modelos termodinámicos, calculo de equipos (teórico y real), análisis de costo, estado de agregación y condiciones de operación, que le dan al simulador la ventaja de una gran versatilidad.

7



En la siguiente tabla se recogen las principales funciones y características de cuatro simuladores de procesos más importantes del mercado. SIMULADOR FUNCIONES Y/O UTILIDAD 

HYSYS



AspenPlus





CHEMCAD

   



ProModel







Modelado para el diseño conceptual, la optimización, planificación empresarial, gestión de activos y la supervisión del rendimiento para la producción de petróleo y gas, procesamiento de gas, refinación de petróleo y las industrias de separación de aire.

Modelado para el diseño conceptual, la optimización y supervisión del rendimiento para la industria química, polímeros, productos químicos especiales, metales y minerales, y la industria del carbón.

Diseñar procesos o evaluar procesos existentes en estacionario o dinámico. Cálculo y diseño de intercambiadores de calor. Destilaciones dinámicas. Destilaciones por lotes. Reactores por lotes. Redes de tuberías y válvulas de seguridad. Se utiliza para planificar, diseñar y mejorar la fabricación de nuevos o existentes, logística y otros sistemas operativos y tácticos. Llevar a cabo análisis de rendimiento predictivo de los posibles cambios. Para optimizar el sistema basado en los indicadores de rendimiento clave. Cualquier tipo de proceso de manufactura.

CARACTERISTICAS  

 



 

















Fácil de usar. Base termodinámica completa para el petróleo y las industrias del gas y la refinación. Simulador bidireccional. Entorno de simulación modular estacionario y dinámico. Permite el empleo de operadores lógicos. Simulador estacionario. Simulador secuencial modular. Posee la base de datos más amplia. Posee herramienta de costes y optimización de procesos. Escalabilidad para grandes procesos y complejos.

Usado como herramienta de productividad. Usado para el diseño, operación y mantenimiento de procesos químicos.

Predecir las necesidades de los recursos. Visualmente demostrar la mejora de los escenarios. Optimiza los procesos.

8



2.- ALCANCE Y OBJETIVO.

Los objetivos que se persiguen en la realización de este trabajo son los siguientes: 1. Aprendizaje del manejo del simulador de procesos Aspen Hysys. 2. Realizar un manual de uso del simulador basado en el tutorial de uso. 3. Aplicación práctica sobre un crudo Arabia ligero 33.9º API tomado como base. Para alcanzar dichos objetivos realizaremos una simulación de una torre de destilación atmosférica de crudo petrolífero sirviéndonos de un caso base. Dicho caso base se trata del tutorial “Refining Tutorial” que te proporciona el propio programa.

En nuestro caso utilizaremos un crudo diferente al del caso base, nos serviremos de la curva TBP de un crudo Arabia ligero de 33.9º API. A parte del tutorial, nos servimos de varios tutoriales más, recogidos en la bibliografía, para empezar a aprender a usar Aspen Hysys.

9



3.- PROCESO Y ESQUEMA DE REFINO. Aunque en el presente proyecto se restringe la aplicación a una sección del esquema de refino para una mejor comprensión del simulador, en este apartado se aborda la descripción de los procesos mas importantes de las plantas de refino de crudo.

3.1.- ESQUEMA DE LA PLANTA DE REFINADO DE PETRÓLEO. En esta primera figura observamos un esquema general de una planta de refino de crudo en el que se pueden diferenciar los grandes bloques u operaciones principales del refino de crudo, que son: 

Destilación atmosférica.



Destilación a vacio.

Coquización.





Reformado catalítico.

Isomerización.





Cracking catalítico.

Hidrotratamientos.



Hidrocracking.



Alquilación.



Figura 3.1.- Esquema general de una planta de refinado de petróleo.

11



Estos bloques serán explicados brevemente en el siguiente apartado, dejando para el último apartado de este capítulo la explicación de la destilación atmosférica, siendo esta más extensa, ya que es el proceso que se simula en este proyecto. En la siguiente figura podemos ver el esquema o diagrama de bloques de una planta de refinado mucho más detallado que el anterior donde se reflejan en las corrientes valores obtenidos para una alimentación de crudo dada.

12



Figura 3.2.- Diagrama de bloques de una planta de refino.

3.2.- PROCESO DE REFINO. Como se ha dicho, en este apartado veremos brevemente cada bloque principal de operación por separado para ver la función realiza dentro de la planta, su finalidad y características. Esta sección se divide en ocho partes, una por cada operación, para que su seguimiento sea más fácil. Antes de empezar con las diferentes partes se debe comentar el pretratamiento del crudo. Este pretratamiento consiste básicamente en un desalado del crudo. El principio de éste es lavar los hidrocarburos con agua a alta temperatura y presión para disolver, separar y eliminar las sales y los sólidos. En la siguiente figura podemos ver el esquema básico de un desalador.

13



Figura 3.3.- Esquema básico de un desalador.

El objetivo de este paso previo al refino de crudo es reducir o eliminar componentes inorgánicos como sales hidrosolubles, arena, oxido de hierro y otros sólidos que en conjunto son caracterizados como sedimentos. Estas impurezas deben ser eliminadas porque inhiben la actividad de muchos catalizadores y pueden conducir al ensuciamiento y corrosión de los intercambiadores de calor. El proceso de desalado se resuelve en dos etapas; la primera consiste en una deshidratación (tratamiento de emulsión), para reducir el agua remanente en el crudo a niveles de 0.2 a 1%, y la segunda etapa consiste en la desalación, que incluye los medios para incorporar agua dulce como diluyente de las sales emulsionadas y posteriormente deshidratar para reducir el contenido de agua al nivel especificado. El crudo junto con agua fresca y reutilizada entra en el desalador como alimento del proceso y como producto de éste obtenemos el crudo desalado y agua contaminada. El proceso de desalado sigue los siguientes pasos básicos: 1. Precalentamiento del crudo a 115-150ºC. 2. Inyección de agua en la alimentación del crudo. 3. Dispersión en un mezclador. 4. Se separa el agua añadiendo demulsificantes o aplicando un campo eléctrico (separadores electrostáticos). 5. Obtenemos el crudo desalado, que será la alimentación a nuestra planta de refino, y agua contaminada.

3.2.1.- Destilación a vacío. El proceso de destilación a vacío es un proceso que a menudo se integra con la unidad de destilación atmosférica en cuanto a la transferencia de calor se refiere. La alimentación de esta unidad es el residuo que sale por fondo de la torre de destilación atmosférica. Este residuo es destilado a vacío para proporcionar las corrientes de destilado pesado que se utiliza para la producción de aceite lubricante o para las unidades de conversión.

14



Las temperaturas de salida del horno requeridas para la destilación a presión atmosférica de las fracciones más pesadas del crudo de petróleo son tan altas que podrían dar lugar al craqueo térmico, con la consiguiente pérdida de producto y ensuciamiento del equipo. A menor presión la temperatura de ebullición decrece y este es el motivo por lo que se realiza a vacío. La destilación se lleva a cabo con presiones absolutas, en la zona de alimentación de la columna de 25 a 40 mm de Hg. En la siguiente figura podemos ver un esquema general de un equipo de destilación a vacío de crudo.

Figura 3.4.- Esquema general de la torre de vacío.

El crudo reducido es alimentado, junto con vapor (rebaja aun más la presión efectiva), son alimentados a un horno para calentarlos hasta unos 730-850ºF. También se introduce vapor directamente en la torre como alimentación. Obtenemos dos productos intermedios, gasóleo ligero de vacío y gasóleo pesado de vacío, y una corriente de cola, la cual serán los asfaltos. Obtenemos dos corrientes más por la corriente de cabeza, gas no condensable y agua aceitosa. La corriente de cabeza pasa por tres etapas de eyectores de vapor y condensadores barométricos o de superficie que son los instrumentos para mantener la presión de operación deseada.

3.2.2.- Coquización. La coquización puede considerarse como un proceso de craqueo térmico energético, en el cual uno de los productos finales es el carbón (coque). La coquización se utiliza principalmente como un pretratamiento de los residuos de vacío para preparar corrientes de gasóleos de coque adecuados como alimento para el cracking catalítico. También se utiliza para la preparación de materias primas para el hidrocracking (gasóleo) y para los hidrotratamientos (nafta). Por último decir que también obtenemos con este procedimiento una corriente producto de LPG+FG. 15



En el siguiente esquema observamos las corrientes de alimentación y las de productos del proceso de coquización y el origen o destino de las corrientes.

Figura 3.5.- Corrientes de entrada y salida de la coquización.

En la siguiente figura observaremos un esquema básico de una unidad de coquización de una planta de refino de petróleo.

Figura 3.6.- Esquema básico de una unidad de coquización.

3.2.3.- Reformado catalítico. La inserción de este proceso en la planta de refino se debe a la demanda de automóviles de alto voltaje, por lo tanto el objetivo principal de dicho proceso es aumentar el octanaje, en su mayor medida de la gasolina. Las materias primas características de los reformadores son las gasolinas directas y naftas.

16



Para conseguir el objetivo deseado se debe favorecer las reacciones que dan lugar a compuestos aromáticos o isoparafinas. Los procesos de reformado catalítico se clasifican en continuos, cíclicos y semirregenerativos, dependiendo de la frecuencia de regeneración del catalizador. A continuación se muestra un esquema de un proceso de reformado semirregerador.

Figura 3.7.- Esquema básico de un reformador catalítico semirregerativo.

3.2.4.- Isomerización. La introducción de este proceso en una planta de refino persigue el mismo objetivo que el reformado catalítico, aumentar el octanaje de las gasolinas. Este proceso es utilizado para mejorar el octanaje de la gasolina ligera convirtiendo las parafinas normales en sus isómeros. Un diagrama de bloques de proceso sería el siguiente:

Figura 3.8.- Diagrama de bloques de la unidad de isomerización.

17



En la siguiente figura se muestra un diagrama de flujo representativo de una unidad de isomerización.

Figura 3.9.- Esquema básico de una unidad de isomerización.

3.2.5.- Cracking catalítico. El cracking catalítico trata cargas cuyos puntos de ebullición extremos están generalmente comprendidos entre 300 y 500ºC de diversa procedencia: destilados atmosféricos y de vacío, gasoil de cracking térmico obtenidos en procesos de reducción de viscosidad o de coquización, extractos parafínicos o aromáticos que constituyen subproductos de las cadenas de fabricación de aceites, etc. La operación se realiza en fase vapor a aproximadamente 500ºC y una presión un poco superior a la atmosférica, empleando catalizadores. Como productos obtenemos gasoil ligero, residuos (que se recirculan) y cok principalmente. En el siguiente diagrama observamos las corrientes de entrada y salida.

18



Figura 3.10.- Diagrama de bloques de la unidad de cracking catalítico.

El cracking catalítico es el proceso más importante de la refinería y el más ampliamente utilizado para la conversión de aceites pesados en gasolinas más valiosas y productos más ligeros. Los procesos de craqueo catalítico se pueden clasificar en unidades de lecho móvil o de lecho fluidizado. En las siguientes figuras podemos ver los diagramas de flujo del proceso de cracking en lecho móvil y en lecho fluidizado.

Figura 3.11.- Esquema básico de cracking en lecho fluidizado.

19



Figura 3.12.- Esquema básico de cracking en lecho móvil.

3.2.6.- Hidrotratamientos. El tratamiento con hidrógeno es un proceso para estabilizar los productos del petróleo y/o eliminar los elementos inadmisibles en las materias primas o en los productos haciéndolos reaccionar con hidrógeno. La estabilización implica la conversión de los hidrocarburos insaturados tales como olefinas o diolefinas a materias saturadas tales como parafinas. Los elementos

insaturados

mediante

tratamiento

con

hidrogeno

incluyen

al

azufre

(hidrodesulfuración), el nitrógeno, el oxígeno, los haluros y las trazas de metales. Los hidrotratamientos abarcan un amplio sector de materias primas, desde la nafta al crudo reducido. La reacción principal del hidrotratamiento es la de desulfuración, pero pueden tener lugar otras muchas en un grado proporcional al rigor de la operación. Las reacciones características se describen a continuación.

20



1. Desulfuración. a. Mercaptanos.

       

b. Sulfuros.

         

c. Disulfuros.

        

d. Tiofenos.

           

2. Desnitrogenación. a. Pirrol.

         

b. Piridina.

          

3. Desoxidación. a. Fenol.

           

b. Peróxido.

           

4. Desalogenación. a. Cloruros.

      

5. Hidrogenación. a. Pentano.

      

En la siguiente figura se muestra una unidad características de tratamiento con hidrógeno.

Figura 3.13.- Esquema básico de una unidad de hidrodesulfuración.

21



3.2.7.- Hidrocracking. El uso del craqueo con hidrógeno ha venido motivado por diversos factores, de los cuales destacan los siguientes: 

La demanda de los productos del petróleo se ha acrecentado por parte de la gasolina a costa del empleo de destilados medios.



Se dispone de hidrógeno como subproductos de bajo coste y en grandes cantidades.



Demanda decreciente de destilados combustibles ha motivado la necesidad de convertir los derivados del petróleo de mayores puntos de ebullición en gasolinas y combustibles para reactores.



Versatilidad del craqueo catalítico con hidrógeno.

Las ventajas que ofrece este proceso son principalmente las que se recogen a continuación: 

Mejor balance en la producción de gasolinas y destilados.



Mejor rendimiento en gasolinas.



Mejoramiento de la calidad y sensibilidad del número de octano de la gasolina.



Complementa al cracking catalítico para degradar los alimentos de craqueo pesado, aromáticos, aceites cíclicos y aceites de coque hasta gasolinas, combustibles para reactores y fuelóleos ligeros.

Como podemos observar en el siguiente diagrama el hidrocracking utiliza como alimento los aceites cíclicos y los destilados de coque, pero es también posible procesar fuelóleos residuales y crudo reducido.

Figura 3.14.- Diagrama de bloque de la unidad de hidrocracking.

Todos los procesos de craqueo con hidrógeno usados son de lecho catalítico fijo con circulación del líquido a través del catalizador. Los procesos suelen necesitar una o dos etapas dependiendo ello del proceso y del alimento empleado. En la siguiente figura observamos un craqueador con hidrógeno en dos etapas.

22



Figura 3.15.- Esquema básico de una unidad de hidrocracking.

3.2.8.- Alquilación. La alquilación es un proceso en el cual se da la reacción de olefinas de bajo peso molecular con una isoparafina para dar como productos isoparafinas de mayor peso molecular. Esta reacción es inversa al cracking. La demanda de carburantes de aviación de alto octanaje durante la 2ª Guerra Mundial actuó como estimulante para el desarrollo del proceso de alquilación para producir gasolinas isoparafínicas de alto número de octano. Las reacciones se dan en presencia de un catalizador, bien sulfúrico o fluorhídrico. En la siguiente imagen podemos ver dos reacciones típicas que se dan en la alquilación.

Figura 3.16.- Reacciones de alquilación. 23



En la siguiente figura se muestra un diagrama de bloque con las corrientes de entrada y salida del proceso de alquilación.

Figura 3.17.- Diagrama de bloques de la unidad de alquilación.

A continuación se muestra un diagrama de flujo de un proceso de alquilación utilizando acido fluorhídrico como catalizador.

Figura 3.18.- Esquema básico de la unidad de alquilación.

24



3.3.- DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA. La destilación atmosférica de crudo es la primera etapa importante en una refinería. Se utiliza para separar el crudo de petróleo en fracciones de acuerdo con su punto de ebullición. A continuación se muestra una tabla con los intervalos característicos de ebullición de las fracciones de crudo de petróleo.

Fracción Butanos y más ligeros Gasolina ligera (LSR) Nafta (gasolina pesada directa) Queroseno Gasóleo ligero (GOL) Gasóleo atmosférico Gasóleo a vacío (GOV) Crudo reducido de vacío

Intervalos de ebullición ASTM (ºF) PEV (ºF) 90-220 180-400 330-540 420-640 550-830 750-1050 1000+

90-190 190-380 380-520 520-610 610-800 800-1050 1050+

Tabla 3.1.- Intervalos de ebullición de las fracciones características del crudo.

El crudo es calentado a elevada temperatura y sometido a destilación fraccionada a presión atmosférica separando las diversas fracciones de acuerdo a su intervalo de ebullición. Las corrientes obtenidas de la torre de destilación serán la base de los diferentes productos de refino. Estas corrientes serán tratadas posteriormente para ajustes de propiedades o bien serán la carga de diversos procesos de transformación existentes en la refinería. En la siguiente figura podemos ver un diagrama de flujo de la torre de destilación atmosférica de crudo en la que están marcadas las diferentes partes de la operación de la torre con recuadros de diferente color y numeradas. El crudo se bombea desde el almacenamiento y es precalentado en un tren de cambiadores por intercambio con las corrientes de destilado salientes de la unidad (1). A una temperatura entre 100 y 150ºC se inyecta agua y emulsiona el crudo tratándose en un desalador deshidratador (2). El crudo desalado se envía a un deposito de espera donde se separan una parte del agua no separada en la operación de desalado y una parte de los ligeros contenidos en el crudo enviándose esta corriente a la zona de expansión de la destilación (Flash) sin ser precalentada (3). Una bomba aspira el crudo y lo envía al horno tras pasar por el resto de intercambiadores donde enfría las corrientes que abandonan la destilación (4).

25



Figura 3.19.- Esquema básico de la destilación atmosférica de crudo.

26



El crudo calentado en el horno se vaporiza parcialmente al entrar en la torre. Para garantizar una corriente de reflujo suficiente en la destilación se suele vaporizar aproximadamente entre un 3 y un 5 % más del requerido por balance para garantizar la producción de destilados. El crudo entra en la zona inferior de flash de la torre. La fracción liquida de la alimentación abandona la destilación por fondos de la torre tras someterse a un stripping con vapor (5), mientras que los vapores ascienden en contracorriente con el reflujo frío promoviendo el contacto intimo entre ambas corrientes por medio de una serie de platos de campanas de borboteo. Los destilados se recuperan en diferentes platos, tratándose estas corrientes en diferentes strippers laterales para eliminar ligeros enviando el producto al almacenamiento o introduciéndolo en otra operación de la refinería, y los ligeros y el vapor de agua es reintroducido en la torre por encima del plato de extracción (6). Las columnas de líquido no utilizan hervidores, generalmente se incorporan varios platos por debajo de la zona de alimentación, introduciéndose vapor por debajo del plato de cola para separar cualquier gasóleo residual del líquido en la zona de alimentación y dar lugar a residuos con un alto punto de inflamación. El vapor reduce la presión parcial de los hidrocarburos rebajando así la temperatura requerida para la vaporización. La corriente de productos más ligeros (LPG y naftas) abandonan la torre por la parte superior condensados y recogidos en el depósito de reflujo de cabeza, utilizándose una parte como reflujo mientras que la restante se envía a la unidad de ligeros para su posterior estabilización y destilación (7). Un sistema de bombeo y enfriamiento (Pump Around) garantiza el reflujo en la zona de flash condensando una fracción de la corriente de vapor justo en el plato de extracción de gasoil ligero (8).

Zona Flash. La alimentación es introducida en una sección de la torre justo por debajo de las etapas de fraccionamiento. Esta sección se denomina zona flash. La temperatura en esta sección es tal que mantiene el correcto grado de vaporización de la carga para alimentar la zona de rectificación y suministrar el reflujo necesario para garantizar la calidad del destilado.

27



Figura 3.20.- Esquema de la zona flash y la p arte inferior de la torre. 

Presión en la Zona Flash.

La presión en la zona flash está determinada por la presión en el tambor de reflujo más las perdidas asociadas al condensador y las diferentes etapas, una estimación de la presión podría ser de 25 psig con el siguiente reparto:



o

Presión en el condensador: 5 psig.

o

Perdidas en el condensador: 7 psi.

o

Perdidas en los platos: 10 psi (40 platos con una pérdida de 0.25 cada uno).

Temperatura en la Zona Flash.

La temperatura en la zona flash es aquella que corresponde en la EFV al porcentaje de destilado y el porcentaje en exceso necesario para garantizar el reflujo. El exceso se fija entre el 3 y el 5% del volumen del crudo, con lo que se consigue suficiente reflujo para garantizar la separación entre los productos.

Equipo cabeza fraccionadora. Los vapores dejan la torre por cabeza en su punto de rocío. Primero es parcialmente condensado en un condensador carcasa-tubo, para posteriormente serlo totalmente y enviado al bidón de condensado de cabeza que separa el agua de los hidrocarburos. Una fracción del hidrocarburo condensado es enviada como reflujo por encima del plato superior. El reflujo entra a través de un sistema de rociadores para asegurar una buena distribución de aquel en el último plato.

28



Figura 3.21.- Esquema de la parte superior de la torre y s istema de condensación. 

Presión de condensación.

La presión se controla por medio de dos válvulas de control/seguridad, una de ellas conectada a la red de antorchas de la refinería, mientras que la segunda con la red de fuel gas. Si la presión es excesiva se abre la válvula de alivio enviando el gas a la antorcha, y en caso contrario la segunda válvula se abre conectando con la red de fuel gas y corrigiendo la situación. 

Temperatura de condensación.

La temperatura de condensación se mantiene en el punto de rocío del condensado o ligeramente subenfriado, ello se consigue por un control de velocidad de aerorrefrigerantes. 

Presión en cabeza de la torre.

La presión de la cabeza de la torre es la presión del tambor de reflujo mas las pérdidas de carga asociadas al proceso. Esta pérdida se estima en 7-9 psi.

Corrientes laterales y reflujos intermedios. En general, en una torre de destilación atmosférica de crudo, se disponen de tres corrientes laterales, keroseno, gasoil ligero y gasoil pesado. La existencia de tres extracciones supone que al menos existan dos secciones “pump around”, cuyo objetivo es garantizar el reflujo interno suficiente en la sección inmediatamente inferior al plato de extracción, “draw off tray”. El reflujo se asegura toman do una fracción de liquido del extraído como destilado y

bombeándolo a través de un intercambiador subenfriador e introduciéndolo frio en dos o tres etapas por encima del plato de sangrado. El líquido frio introducido en su descenso por la torre actúa como un condensador interno de contacto directo. Las corrientes laterales son sangradas desde platos especiales instalados en la torre principal. La siguiente figura muestra un esquema de la extracción y posterior stripping de una corriente lateral.

29



Figura 3.22.- Esquema extracción y stripping de una corriente lateral.

La corriente lateral se introduce por cabeza del stripper a través de un plato distribuidor dotado de un control de nivel, introduciéndose el vapor por fondos de la columna. Los ligeros entrantes con la alimentación son separados y enviados al espacio entre los platos justo por encima del plato de sangrado. El producto abandona el stripper por los fondos y es bombeado a almacenamiento. El bombeo se controla por el nivel del producto en el fondo del stripper.

30



4.- LOS CRUDOS. En este apartado del proyecto daremos una breve exposición sobre las características de los crudos y la evaluación y clasificación de estos a través de sus características o datos más significativos.

4.1.- GENERALIDADES Y LIBRO DE CRUDOS. El crudo es la materia prima de la industria del refino, es de naturaleza hidrocarbonada y está constituido por una mezcla compleja de diferentes tipos de hidrocarburos, se compone prácticamente de carbono e hidrogeno, con un pequeño porcentaje de otros elementos como azufre, nitrógeno y metales integrados en hidrocarburos de estructuras más o menos complejas. La composición elemental del crudo está comprendida normalmente dentro de los siguientes intervalos tabulados.

Elemento Carbón Hidrógeno Azufre Nitrógeno

% peso 84-87 11-14 0-5 0-0,2

Tabla 4.1.- Composición elemental de los crudos.

Desde el punto de vista estructural, en el crudo están presentes hidrocarburos parafínicos, aromáticos y nafténicos. Los crudos tienen características físicas y químicas muy variables de un campo de producción a otro, incluso dentro de un mismo yacimiento estas también varían conforme avanza la explotación del yacimiento. En las siguientes tablas se recogen los principales datos y características de algunos crudos dependiendo de la localización de extracción.

Crudo

% Vol. Ebullición a 350ºC

API

% azufre

Arabia ligero Arabia pesado Iraní ligero Iraní pesado Iraq Kuwait Argelia Libia Nigeria Mar del Norte Sudamérica

54,0 46,5 55,0 53,0 61,1 49,0 75,2 64,0 54,5 61,2 30,0

33,4 28,2 33,5 30,8 35,9 31,2 44,7 40,4 26,0 36,3 16,8

1,8 2,84 1,4 1,6 1,95 2,5 0,13 0,21 0,23 0,21 2,4

Análisis de nafta pesada (%vol.) Corte (ºC) 100-150 100-150 149-204 149-204 100-150 100-150 95-175 100-150 100-150 100-200 93-177

Parafinas

Olefinas

Naftenos

Aromáticos

69,5 70,3 54,0 50,0 69,0 67,9 56,5 53,0 27,5 56,5 27,6

265 ppm 20 ppm 1,5 -

18,2 21,4 30,0 35,0 21,0 22,1 32,9 39,3 57,0 29,5 58,5

12,3 8,3 16,0 15,0 9,8 10,0 10,6 7,7 14,0 14,0 13,9

Metales en el residuo Temperatura Vanadio Níquel (ºC) (ppm) (ppm) >565 94 22 >565 171 53 >538 188 70 >538 404 138 >370 58 3 >370 59 18 >350 5 5 >570 24 32 >535 7 52 >350 1,95 5,04 >350 437 75 31



ARABIA SAUDITA º API

Azufre (% peso)

Pour point (º C)

Naftas

ARABIA EXTRA LIGERO ARABIA LIGERO ARABIA MEDIO ARABIA PESADO

37,46 33,19 31,52 26,59

1,28 1,91 2,47 2,64

-21 -27 -30 -30

20,18 16,19 16,06 13,32

KIRKUK BASRAH FAO BLEND

34,85 34,72 29,52

2,26 1,96 2,98

-21 -34 -48

Rendimiento s/crudo (% peso) Destilados Destilados Medios a Vacío 34,56 23,94 30,37 23,63 27,3 22,13 25,68 22,68

Residuo Vacío 13,51 18,64 22,44 26,1

IRAQ 19,48 17,6

27,93 32,7

22,95 40,46

27,93 16,75

-18 18,17 30,26 -30 16,41 29,47 OTROS CRUDOS ORIENTE MEDIO 2,41 -24 15,83 26,4 1,91 -30 16,84 31,04 1,47 -3 19,86 32,14 1,72 3 14,23 28,76 NIGERIA 0,16 -15 19,95 34,74 0,08 9 29,23 41,25 0,18 -12 11,27 42,81 0,14 9 18,11 42,96 0,2 -36 8,36 44,66 LIBIA 0,18 18 14,96 29,89 0,15 24 14,71 28,74 0,39 0 24,52 33,47 1,74 12 9,97 25,85 OTROS CRUDOS DEL NORTE DE ÁFRICA 0,14 -36 24,52 38,76 0,1 -6 23,8 33,57 0,88 -12 MAR DEL NORTE 0,38 0 21,13 32,77 1,02 -15 20,83 34,8 0,24 -6 0,34 -3 24,87 32,76 1,19 -30 1,7 15,92 RUSIA 1,41 -3 15,01 28,06 1,45 -12 14,66 28,53 0,65 -12 17,9 25,73 2,3 4,05 2,05 18 14,76 MEXICO 1,28 -36 10,86 21,98 3,17 -36 17,02 31,5 AMÉRICA LATINA 0,48 3 9,74 34,18 0,19 3 6,02 21,04 2,54 -39 3,7 17,26 5,28 24 1,81 13,65 0,41 -9 19,57 32,22

24,85 19,67

16,08 22,73

24,07 25,99 24,78 23,67

22,26 15,05 13,43 22,03

24,72 16,53 28,02 21,4 27,72

9,74 3,29 7,72 7,84 9,07

25,33 26,21 20,36 28,21

20,15 20,95 12,02 25,17

17,78 20,45

7,94 11,03

24,13 19,07

9,02 14,06

22,95 31,64

8,93 36,13

26,9 25,6 23,39 42,94 41,71

19,53 20,39 18,03 46,65 32,45

20,15 25,24

35,67 31,5

27,67 23,49 27,35 24,48 21,85

34,18 41,18 39,19 13,65 16,47

IRÁN IRÁN LIGERO IRÁN PESADO

33,73 29,92

KUWAIT DUBAI QATAR MARINO SUEZ BLEND

31,61 32,06 36,49 29,85

PALANCA BRASS RIVER FORCADOS BONNY LIGERO BONNY MEDIO

38,98 42,76 29,81 34,93 26,3

AMNA SARIR SIRTICA BOURI

36,81 37,19 39,52 26,37

SAHARA BLEND ZARZAITINE ASHTAR

43,56 42,52 29,88

BRENT FLOTTA OSEBERG FORTIES ALBA

38,18 37,03 35,9 39,19 19,22

URAL LIGERO URAL PESADO SIBERIA LIGERO RESIDUO M100 RESIDUO E4

32,39 31,11 35,07 15,33 19,08

ITSMUS MAYA

33,19 21,44

CAÑO LIMÓN ESCALANTE BACHAQUERO BOSCAN MEDANITO

28,99 23,53 15,73 9,94 35,88

1,59 1,89

Tablas 4.2 y 4.3.- Datos de los principales crudos.

32



El libro de crudo (crude assay) es un documento en el que se recoge la caracterización total de un crudo, constituye un análisis completo de sus propiedades físicas y composición hidrocarbonada y permite a la empresa de refino de disponer de la información necesaria para evaluarlo económicamente en cualquier sistema de refino. Se recogen las características globales del crudo y que informaran de sus condiciones de transporte, bombeabilidad y almacenamiento, corrosividad y presencia de contaminantes. En el Anexo I se recoge un libro de crudo para el crudo Arabia Ligero. La información de los libros de crudos se recoge en bases de datos que cada compañía de refino puede particularizar, o bien adquirir bases estándar en el mercado. En la industria del refino lo normal es de disponer de una base de datos lo más completa posible alimentada con evaluaciones propias o ajenas, estas últimas procedentes normalmente de los propios v endedores. En el Anexo II se recogen los datos generales, características generales, rendimientos de las fracciones y sus densidades, contenido en azufre y viscosidad de 50 crudos que cubren un amplio espectro geográfico.

4.2.- CARACTERIZACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS CRUDOS. Los crudos tienen diferente composición en cuanto al tipo y cantidad de familias químicas hidrocarbonadas de las que estén formados. Las características físicas variaran en función de esta composición, y las posibilidades de refino o aprovechamiento para la obtención de sus productos derivados serán diferentes, así como su valoración económica. Una serie mínima de propiedades permiten un conocimiento básico de la calidad de un crudo: se trata de su densidad, contenido en azufre y la curva TBP. El conocimiento de estas propiedades permite una diferenciación entre los crudos en términos de ligero o pesado según el valor de la densidad API, rendimiento en destilación mediante su curva TBP, y el contenido en azufre que permite una primera valoración de sus dificultades de procesamiento. Densidad.

La densidad en grados API se define a partir de la densidad relativa o “specific gravity 60/60ºF” mediante la siguiente expresión:

 

      

La densidad API da una idea de la composición más o menos ligera de un crudo, que será más ligero cuanto mayor sea su API, con mayor proporción de hidrocarburos ligeros, y por lo tanto más favorable para obtención de productos destilados de mayor valor añadido como 33



gasolinas y gasóleos mediante un esquema de refino simple; mientras que un crudo con menor API, más pesado, necesitara un esquema de refino más complejo que incluya procesos de conversión para obtener los mismos destilados. Los crudos se sitúan, de forma general, entre una densidad API de 20 y 40. Azufre.

El contenido en azufre de un crudo es un factor importante, ya que se traslada casi en su totalidad a los productos de refino, que están sometidos a fuertes restricciones de calidad respecto a su contenido. Será necesario eliminarlo de forma adecuada mediante una serie de procesos industriales que encarecen la operación. Por esta razón, los crudos de bajo contenido en azufre necesitarán unos proceso más suaves, y normalmente su valoración en el mercado será superior a la del crudo que tenga alto contenido en azufre. Normalmente el intervalo de azufre en los crudos se encuentra entre el 0.2 y el 4% en peso, clasificando los crudos como dulces si su contenido es menor a 0.5% y seco en caso contrario. Curva de destilación TBP.

La curva TBP representa el volumen de líquido recogido en función de la temperatura de destilación en una columna estándar definida. Las condiciones de determinación experimental de la curva intentan realizar un buen fraccionamiento mediante el uso de rellenos de alta eficiencia. A partir de esta curva se pueden determinar unos valores medios representativos del punto de ebullición de la fracción como el VABP (volumen avarage boiling point), el WABP (weight average boiling point), el MEABP (mean average boiling point), etc. Cada uno de ellos está relacionado con alguna propiedad física de la fracción. A partir de estas características básicas podemos obtener la mayoría de los datos necesarios para el refino del crudo mediante la existencia de multitud de correlaciones graficadas y tabuladas.

4.3.- CLASIFICACIÓN DE LOS CRUDOS. Todas las clasificaciones de los crudos pretenden distinguir la naturaleza de los crudos en función de sus contenidos relativos en hidrocarburos parafínicos, nafténicos y aromáticos. En este apartado explicaremos brevemente la clasificación mediante el factor de caracterización de los crudos K UOP, que es uno de los métodos de clasificación más usado. En el Anexo III podemos ver otros sistemas de clasificación de los crudos. Existe una relación entre la temperatura de ebullición de un componente puro, su densidad y su relación H/C, esta relación viene expresada por la siguiente ecuación: 34


Miguel Ángel García Gallego 

      El valor de K es específico para cada familia de hidrocarburo y en la siguiente tabla se pueden observar que valor es el correspondiente a cada familia de hidrocarburo:

K 13 12 11 10

TIPO DE HIDROCARBURO Parafinas e Isoparafinas Mixtos de cadena equivalente Naftenos o Aromáticos ligeramente sustituidos Aromáticos puros

Tabla 4.4.- Valores del factor de caracterización para cada familia.

En un crudo o una fracción de crudo, conformado por una mezcla de hidrocarburos, hay que utilizar un concepto equivalente a la temperatura de ebullición de un compuesto puro. Se utiliza para ello el MEABP. Este factor se conoce como K UOP y su expresión es: 

       Se han desarrollado correlaciones que permiten calcular diferentes características de fracciones de petróleo, por ejemplo viscosidades a partir del K UOP y la densidad, punto de anilina, relación C/H, etc

35



5.- ASPEN HYSYS. DEST. ATMOS. DE CRUDO PETROLÍFERO. En este apartado desarrollaremos el alcance y objetivo del proyecto, así que este será el capítulo más importante del trabajo. Como ya hemos dicho anteriormente, simulamos una torre de destilación atmosférica de crudo petrolífero y realizamos un análisis de resultados sirviéndonos de la herramienta Aspen Hysys del simulador AspenONE AspenTech. La simulación de la torre se realiza en dos partes, la primera parte consiste en el desarrollo de la simulación estática de la planta y la segunda en la simulación dinámica.

5.1.- INTRODUCCIÓN A ASPEN HYSYS. Una vez conocida la herramienta a utilizar para la simulación de la torre de destilación lo primero que tenemos que hacer es respondernos a dos preguntas; ¿Qué es? y ¿Para qué sirve Aspen Hysys? Aspen Hysys es una herramienta de simulación de procesos de aspenONE AspenTech que sirve para el diseño conceptual, la optimización, planificación empresarial, gestión de activos y la supervisión del rendimiento de petróleo y gas, procesamiento de gas, refinación de petróleo y las industrias de separación de aire. Aspen Hysys ha sido creada teniendo en cuenta lo siguiente: 

Arquitectura de programa.



Diseño de interface.



Capacidades ingenieriles.



Operación interactiva.

Este software permite simulaciones tanto estáticas como dinámicas. Sus operaciones y propiedades permiten modelar una amplia gama de procesos con confianza, tiene una gran base termodinámica y sus paquetes de propiedades llevan a la presentación de un modelo más realista. Aspen Hysys se ha establecido como un simulador de procesos intuitivo y fácil de usar en la industria de petróleo y gas. Ofrece una base termodinámica completa para el cálculo preciso de las propiedades físicas, propiedades de transporte y el comportamiento de fase para el petróleo y las industrias del gas y la refinación.

37



5.2.- SIMULACIÓN ESTÁTICA. En este apartado explicaremos la construcción de la simulación en modo estacionario. En el Anexo V de este proyecto podemos ver cómo realizar todo lo explicado aquí paso por paso. El caso de estudio de este trabajo es la simulación de una torre de destilación atmosférica de crudo, en la cual se diferencian dos partes claramente. La primera parte, el tren de calentamiento, está compuesta por un separador flash y un horno, y su función es acondicionar la corriente de alimentación de crudo a las condiciones de entrada en la columna. La segunda parte es la torre de destilación propiamente dicha que separará el crudo en fracciones más ligeras.

5.2.1.- Creación de una nuevo caso. Lo primero que tenemos que hacer al abrir Aspen Hysys es crear un nuevo caso y nos aparecerá la ventana que se muestra en la siguiente figura.

Figura 5.1. - Ventana Simulation Basis Manager.

Esta ventana está compuesta de una serie de pestañas en las que introduciremos los componentes que participarán en la simulación y el método termodinámico que se utilizara, en nuestro caso debemos introducir un crudo y para ello Hysys dispone de la pestaña Oil Manager donde se podrá caracterizar nuestro crudo. Otras pestañas dentro de esta ventana son las de Hipotéticos, que sirve para crear pseudocomponentes o compuestos hipotéticos, y la pestaña de Reacciones, que se utiliza para definir las reacciones que se produzcan en la simulación. En nuestro caso ninguna de estas pestañas será utilizada, ya que no tendremos reacción en la simulación y aunque si necesitamos de compuestos hipotéticos o pseudocomponentes, estos serán creados en la caracterización del crudo. 38



Antes de comenzar a introducir cualquier información es importante ver el menú de preferencias de Hysys desde el menú Tools. La ventana que nos aparece es la siguiente:

Figura 5.2.- Ventana de preferencias de Hysys.

Igual que la ventana anterior, y la mayoría de las ventanas que aparecen en Hysys, muestran varias pestañas en donde podemos ver y cambiar las preferencias que el programa tiene establecidas por defecto. A su vez, cada pestaña está compuesta de una serie de páginas de entre las que destacamos Options y Dynamics dentro de la pestaña Simulation y la pagina Units dentro de la pestaña Variables. La página Options nos sirve principalmente para seleccionar las opciones generales que queremos que Hysys tenga activas, para nuestro caso no cambiaremos nada, solamente tener en cuenta que esté activa la opción Use Input Experts, que nos servirá de gran ayuda a la hora de definir la columna. La pagina Dynamics será utilizada en la simulación dinámica. La pagina Units nos sirve para seleccionar el set de unidades que queremos emplear. La base de datos del programa contiene tres sistemas de unidades, todas inmodificables, pero podemos cambiar las unidades de alguna propiedad copiando uno de los set de unidades y modificando las unidades que nos interesen. En el caso hemos copiado el sistema de unidades Field y hemos modificado las unidades de algunas variables. En la siguiente tabla podemos ver la utilidad de algunas de las paginas que aparecen en la ventana de preferencias y que pueden ser modificadas. La mayoría de las opciones que aparecen en preferencias pueden ser modificadas desde otras páginas conforme avancemos en la simulación o volviendo a esta ventana llegado a un punto donde queramos modificar alguna cosa.

39


Pestaña


Página

Utilidad

Naming

Formato del nombre y comienzo de la numeración de las unidades que se pueden usar en Hysys.

Performance

Velocidad de la memoria utilizada.

Variables

Formats

Formato de las cifras significativas para las propiedades.

Report

Company info

Información personal o de una empresa para que aparezcan en la impresión de los documentos.

Simulation

Colours Color y tipo de letras de las diferentes funciones. Resources

Fonts Icons

Iconos de las funciones y operaciones.

Extensions

Registration

Registrar alguna extensión de Hysys.

Oil Input

Assay Options

Métodos de conversión y extrapolación de la creación de un crudo.

Tabla 5.1.- Utilidades de las páginas de preferencias.

5.2.2.-Introduccion de componentes y elección del modelo termodinámico. El siguiente paso en la simulación es añadir los componentes. Los compuestos añadidos inicialmente serán los compuestos no aceitosos (agua) y los ligeros finales (propano, isobutano, n-butano, isopentano y n-pentano) y lo hacemos desde la pestaña Components. Una vez introducido estos compuestos iniciales y antes de empezar con la definición del crudo debemos elegir el método termodinámico a usar en la pestaña Fluid Pkgs. El modelo termodinámico es una parte fundamental de la simulación. En la simulación encontraremos compuestos no polares y una mezcla no ideal de compuestos, por lo tanto nos tendremos que servir de modelos basados en ecuaciones de estado y más concretamente en las ecuaciones cúbicas. En la industria petroquímica las ecuaciones de estado se utilizan entre muchas aplicaciones para: predecir con alta precisión entalpias para así optimizar el diseño de intercambiadores de calor; determinar datos de equilibrio vapor/liquido de los gases para los procesos de separación; predicción precisa de la densidad de liquido para conocer la masa o el volumen, etc. Dentro del grupo de las ecuaciones cúbicas de estado, las más usadas y que mejor predicen el comportamiento de las mezclas liquido-gaseosas de este tipo son la ecuación de Peng-Robinson (PR) y la ecuación de Soave-Redlich-Kwong (SRK), y particularmente la primera de ellas. Ambas fueron desarrolladas de forma explícita para cálculos de equilibrio vapor/líquido.

40



En la siguiente tabla podemos ver un resumen de algunos sistemas típicos y de sus modelos recomendados a usar en Hysys.

Tabla 5.2.- Sistemas típicos y modelos relacionados. 

Ecuación de Peng-Robinson (PR).

                            



                  La ecuación de PR fue desarrollada para cumplir los siguientes objetivos: 1. Los parámetros habían de poder ser expresados en función de las propiedades críticas y el factor acéntrico. 2. El modelo debía ser razonablemente preciso cerca del punto crítico, particularmente para cálculos del factor de compresibilidad y la densidad de líquidos.

41



3. Las técnicas de mezclado no debían de emplear más que un parámetro sobre las iteraciones binarias, que debían ser independientes de la presión, temperatura y composición. 4. La ecuación debía ser aplicable a todos los cálculos de todas las propiedades de los fluidos en procesos naturales de gases. Generalmente la ecuación de PR da unos resultados similares a la de SRK, aunque es bastante mejor en la predicción de las regiones críticas de fase y de densidades de líquidos de cualquier material, especialmente los no polares. La ecuación requiere el uso de tres propiedades por compuesto: temperatura crítica, presión crítica y el factor acéntrico. La ecuación de PR representa también una mejora cualitativa importante, ya que reduce los promedios de las desviaciones relativas hasta aproximadamente la mitad de los logrados con la ecuación de SRK. La ecuación de PR soporta un amplio rango de condiciones de operación y una gran variedad de sistemas. La ecuación de PR representa el mejor compromiso entre complejidad de cálculo y la bondad de sus resultados. Para petróleo, gas y aplicaciones petroquímicas esta ecuación es generalmente la recomendada. 

Ecuación de Soave-Redlich-Kwong (SRK).

          

                             La ecuación de Soave o SRK es la ecuación modificada de Redlich-Kwong a la que se le incluye el parámetro ω (factor acéntrico), que es característico de la estructura molecular del fluido. Esta ecuación permite mejorar los resultados entregados por la ecuación RK, sin embargo aun no logra representar fielmente el comportamiento de un fluido para grandes intervalos de presión y temperatura. La ecuación de SRK no es muy exacta cerca del punto crítico, pero da buenos resultados a altas presiones y temperaturas superiores a la crítica.

42



La función (T, ω) fue concebida para cuadrar con los datos de las presiones de vapor de los hidrocarburos, esta ecuación describe adecuadamente el comportamiento de estas sustancias. Tanto esta ecuación como la de PR generan directamente todas las propiedades de equilibrio y termodinámicas. Viendo la bibliografía de estos dos modelos el elegido para nuestro caso será la ecuación de PR, ya que es la recomendada por los tutoriales de Hysys y por la información bibliográfica consultada, ya que esta ecuación mejora los resultados de la ecuación de SRK. Por lo tanto el siguiente paso en la simulación es elegir el modelo Peng-Robinson de la lista de métodos termodinámicos disponibles en la pestaña Fluid Pkgs. Cuando queremos añadir el modelo termodinámico, Hysys nos abre la ventana que aparece en la siguiente figura.

Figura 5.3.- Ventana para la elección del método termodinámico.

En esta ventana se dispone de varias pestañas, en la primera de ellas se selecciona el modelo termodinámico y también debemos seleccionar la lista de componentes en la que queremos aplicar el método, en nuestro caso solo hemos definido una lista de componentes y Hysys la selecciona por defecto. Otras pestañas de interés de esta ventana son la de Coeficientes Binarios (Binary Coeffs) y la de Reacciones (Rxns). La segunda de estas sirve para introducir las reacciones que se regirán por el modelo seleccionado, al no tener reacciones en nuestro sistema esta pestaña no tendrá utilidad para este caso. En la pestaña Binary Coeffs podemos ver los parámetros de interacción entre los diferentes compuestos de nuestra lista. En la siguiente figura se refleja esta ultima pestaña.

43



Figura 5.4.- Pestaña de los parámetros de interacción de los compuestos.

5.2.3.- Definición del crudo. Una vez creados los componentes ligeros y el paquete de fluido, nos queda introducir nuestro crudo para proceder a la simulación. En refino de crudo trabajamos con componentes ficticios o pseudocomponentes, no con compuestos conocidos y definidos, cuyas propiedades son determinadas por procedimientos de caracterización. El crudo es un mezcla homogénea de compuestos orgánicos muy similar en propiedades y características que hace muy difícil la separación completa unos de otros que tengan simular rango de temperatura de ebullición. Debido a esto y a la multitud de compuestos diferentes presentes en el crudo se deben crear pseudocomponentes, que no serán más que una agrupación de compuestos que están dentro de un rango de temperatura de ebullición o a una determinada temperatura. Hysys crea estos compuestos con solo la introducción de una serie de datos fácilmente obtenibles por ensayos en laboratorio de una muestra del crudo. En nuestro caso de lo que disponemos es de una curva de destilación TBP y a partir de esta y como se indica en el Anexo IV se obtienen los datos que necesita Hysys para crear y caracterizar el crudo. En la tabla 5.3 se recogen los datos necesarios que Hysys necesita para la creación del crudo. Para trasformar estos datos en la caracterización del crudo Hysys disponen de la pestaña Oil Manager. En esta pestaña se nos indica que antes de crear y caracterizar el crudo debemos seleccionar el modelo termodinámico y este debe ser capaz de manejar los pseudocomponentes que se van a crear, por este motivo hemos definido antes el paquete de fluido.

44


PROPIEDADES DEL CRUDO MW API Gravity

282,62 33,9

ENSAYO DE DESTILACION TBP % DESTILADO TEMPERATURA (ºF) 0,855 5 5,4 115 10,5 199 20 299 30 456 42 596 54,8 700 70 835 87,2 1115

% DESTILADO 10,5 20 30 54,8 70

MW 75,34 97,58 127,11 185,52 251,07 307,32 405,32 591,7


COMPOSICION LIGEROS FINALES %VOL. PROPANO, C3 0,306 i-BUTANE, Ic4 0,224 n-BUTANE, Nc4 1,18 i-PENTANE, Ic5 0,954 n-PENTANE,nc5 1,201 DATOS DE GRAVEDAD API % DESTILADO API 10,5 67 30 44 54,8 27 70 23,2 87,2 16

DATOS DE VISCOSIDAD VISCOSIDAD A 100ºF (cP) VISCOSIDAD A 210ºF (cP) 0,319 0,214 0.627 0.337 1,464 0,650 25,918 4,680 89,046 9,128 Tablas 5.3.- Datos para introducir en la simulación.

Para crear el crudo utilizado nos servimos de la ventana que aparece en la siguiente figura. La mayoría de las pestañas de esta ventana son útiles para nuestro propósito, ya bien sea para la introducción de los datos (Input Data y Calculation Defaults) o para la visualización de los resultados.

Figura 5.5.- Ventana para la caracterización del crudo.

45



Aquí introducimos nuestros datos obtenidos del laboratorio y Hysys con los puntos que hemos introducido crea las curvas de las características de laboratorio. Lo primero que debemos definir será el método de extrapolación para el cálculo de los puntos y dicho método es el de Lagrange para todas las curvas y será definido en la pestaña Calcultion Defaults. Una vez hecho esto debemos introducir la composición de los ligeros finales y los datos extraídos del ensayo de laboratorio en la pestaña Assay tal y como se indica en el tutorial de refino (Anexo V). Llegado a este punto y antes de seguir avanzando debemos explicar lo que en Hysys se conoce como color de estatus. En muchas ventanas y pestañas (en todas en las que Hysys debe realizar cálculos) aparece un mensaje en un recuadro con fondo coloreado, normalmente en la parte inferior de la ventana o pestaña. Si el fondo del recuadro es de color rojo Hysys no nos deja simular porque hay errores o la solución es imposible. Si el estatus es de color amarillo nos puede indicar que falta algún dato para que la simulación pueda progresar o que la simulación puede dar resultados con posibles errores, o simplemente que aun no se ha simulado. Si el estatus es de color verde nos indica que Hysys ha simulado y calculado con éxito y no ha detectado errores apreciables. Aunque saber esto agiliza mucho la operación es conveniente leer el mensaje del estatus porque nos puede indicar que es lo que nos falta para poder simular o cual puede ser el fallo que no nos permite simular o que dará una simulación errónea. Una vez introducido

todos los datos y que Hysys haya calculado los resultados

pertinentes podemos verlos en la pestaña Working Curves en forma de tabla, o en la pestaña Plots en forma de grafica. Aquí simplemente se crean las curvas de datos del ensayo y estos datos a su vez serán los datos de los que se servirá Hysys para crear y caracterizar el crudo.

Figura 5.6.- Curva de Densidad API calculada por Hysys.

46

Hysys. Destilación Atmosférica de crudo Petrolífero. Punto 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Moles 0,0000 0,0257 0,0249 0,0242 0,0235 0,0229 0,0223 0,0217 0,0211 0,0205 0,0200 0,0464 0,0433 0,0401 0,0370 0,0343 0,0321 0,0303 0,0288 0,0275 0,0265 0,0257 0,0250 0,0243 0,0237 0,0229 0,0221 0,0212 0,0203 0,0194 0,0185 0,0176 0,0166 0,0157 0,0149 0,0142 0,0135 0,0129 0,0124 0,0119 0,0115 0,0067 0,0066 0,0065 0,0064 0,0063 0,0062 0,0061 0,0060 0,0060 0,0059


Cum. Moles NBP [F] Peso Molecular Densidad [API] Viscosidad 1 [cP] 0,0000 96,9 90,8 84,9 0,228 0,0257 114,9 95,4 81,1 0,241 0,0506 132,2 100,0 77,7 0,254 0,0748 148,7 104,6 74,6 0,269 0,0983 164,5 109,1 71,7 0,286 0,1212 179,7 113,5 69,1 0,303 0,1435 191,9 117,7 67,1 0,322 0,1652 200,9 121,9 65,6 0,343 0,1863 209,0 126,2 64,4 0,365 0,2068 219,7 130,5 63,2 0,390 0,2267 230,7 134,9 62,0 0,416 0,2731 255,4 147,4 59,2 0,493 0,3164 277,7 162,5 53,9 0,590 0,3565 304,5 178,8 50,3 0,707 0,3934 339,2 195,8 48,5 0,870 0,4278 377,4 213,1 46,7 1,061 0,4599 415,9 229,8 45,1 1,292 0,4902 453,0 246,3 43,2 1,637 0,5190 485,8 262,5 41,0 2,120 0,5465 515,2 278,1 38,9 2,774 0,5730 543,0 291,6 37,0 3,664 0,5987 569,0 303,6 35,2 4,870 0,6238 593,1 315,4 33,6 6,493 0,6481 614,9 327,4 32,0 8,662 0,6717 635,0 339,8 30,6 11,529 0,6946 654,2 354,0 29,3 15,265 0,7167 672,7 370,1 28,2 20,051 0,7379 690,8 387,6 27,1 26,007 0,7582 709,0 406,6 26,4 32,436 0,7776 727,4 427,2 25,7 39,876 0,7961 746,6 449,4 25,2 48,533 0,8137 766,8 475,3 24,6 58,544 0,8303 788,5 504,0 24,1 70,109 0,8460 811,8 534,2 23,6 83,484 0,8610 838,1 565,7 22,7 99,014 0,8752 868,6 598,2 21,9 117,154 0,8887 902,3 631,5 21,2 138,515 0,9016 938,3 665,3 20,2 163,917 0,9139 976,9 699,3 19,2 194,470 0,9258 1017,0 733,2 18,1 231,682 0,9373 1067,1 766,9 16,9 277,621 0,9440 1099,9 786,8 16,1 310,523 0,9506 1128,1 806,4 15,3 348,379 0,9571 1157,8 825,7 14,5 392,175 0,9635 1188,4 844,7 13,7 443,131 0,9698 1220,0 863,1 12,8 502,760 0,9759 1252,4 881,1 11,9 572,955 0,9821 1285,8 898,5 10,9 656,092 0,9881 1320,2 915,3 9,9 755,172 0,9941 1355,4 931,4 8,9 874,013 1,0000 1391,6 946,8 7,9 1017,501 Tabla 5.4.- Puntos calculados para las gráficas d e propiedades.

Viscosidad 2 [cP] 0,177 0,182 0,188 0,194 0,200 0,208 0,215 0,224 0,233 0,243 0,253 0,284 0,322 0,370 0,428 0,501 0,591 0,706 0,853 1,036 1,262 1,540 1,880 2,288 2,771 3,335 3,979 4,688 5,342 6,007 6,691 7,389 8,105 8,843 9,612 10,424 11,297 12,254 13,323 14,543 15,961 16,933 18,015 19,228 20,596 22,145 23,911 25,935 28,268 30,970 34,119

47



Las gráficas que aparezcan en Hysys pueden ser modificadas haciendo clic con el botón derecho del ratón y seleccionando la opción Graph Control, aquí podemos cambiar el color de la curva, cambiar titulo, ejes, modificar tipo de letra y todo lo relacionado con el formato de la gráfica. Ahora es el momento de crear nuestro crudo sirviéndonos como hemos dicho de los datos calculados anteriormente. Para crear el crudo Hysys lo que hará será crear componentes ficticios según una temperatura de ebullición dada y características de densidad, peso molecular y viscosidad dados. El simulador realiza cortes dependiendo del rango de temperaturas en el que estemos, aunque dicho numero de cortes o rango de temperaturas pueden ser modificados tomaremos los cortes que el software toma por defecto que se basan en lo siguiente: 

Desde la temperatura inicial hasta 800ºF crea un pseudocomponentes por cada intervalo de 25ºF.



Desde 800ºF hasta 1200ºF crea un pseudocomponete cada 50ºF.



Desde 1200ºF hasta 1400ºF crea 2 pseudocomponentes. Una vez añadida las curvas Hysys crea 38 pseudocomponentes. En la siguiente tabla

se pueden ver estos componentes ficticios creados y sus propiedades más importantes. Componente NBP_113 NBP_135 NBP_160 NBP_187 NBP_208 NBP_234 NBP_262 NBP_285 NBP_310 NBP_336 NBP_361 NBP_386 NBP_411 NBP_436 NBP_462 NBP_487 NBP_512 NBP_537 NBP_562 NBP_587 NBP_612 NBP_637 NBP_662 NBP_688 NBP_713 NBP_738 NBP_763 NBP_788 NBP_824 NBP_875 NBP_925 NBP_975 NBP_1023 NBP_1077 NBP_1125 NBP_1175 NBP_1251 NBP_1356

NBP [F] 113,2 134,6 159,8 186,7 208,4 233,7 262,4 284,5 309,9 335,6 360,7 385,9 411,1 436,3 461,6 486,8 511,7 536,9 562,1 587,3 612,5 637,4 662,5 687,5 712,5 737,6 762,6 787,8 823,9 874,7 924,8 975,3 1023,3 1076,6 1124,5 1174,8 1251,3 1356,5

Peso Molecular Densidad [API] Viscosidad 1 [cP] 93,0 83,1 0,233 98,6 78,8 0,249 105,7 73,9 0,272 113,9 69,0 0,304 124,0 65,0 0,352 134,0 62,2 0,409 144,7 59,9 0,475 159,3 55,0 0,566 173,7 51,2 0,665 186,0 49,4 0,768 197,5 48,3 0,883 208,7 47,1 1,004 219,8 46,0 1,139 230,9 44,9 1,304 242,8 43,6 1,540 255,5 41,9 1,875 269,1 40,1 2,344 282,6 38,3 2,993 295,0 36,5 3,906 307,3 34,7 5,235 320,6 32,9 7,249 335,7 31,1 10,354 354,0 29,3 15,039 376,3 27,7 21,834 401,5 26,5 30,411 428,8 25,7 40,166 457,8 24,9 51,371 489,5 24,3 63,758 534,6 23,5 83,152 589,1 22,1 111,133 637,3 21,0 141,644 682,3 19,7 177,174 722,1 18,4 216,932 759,5 17,2 264,314 795,9 15,8 324,157 828,6 14,4 394,927 873,4 12,3 533,922 925,8 9,3 815,272 Tabla 5.5.- Datos de los pseudocomponentes creados.

Viscosidad 2 [cP] 0,179 0,186 0,195 0,208 0,227 0,250 0,277 0,313 0,353 0,392 0,433 0,479 0,532 0,596 0,675 0,780 0,917 1,093 1,320 1,620 2,027 2,579 3,303 4,201 5,147 6,032 6,898 7,723 8,826 10,163 11,419 12,727 14,068 15,558 17,327 19,303 22,936 29,646

48



Unos datos que podemos obtener con Hysys y que nos servirán de gran ayuda a la hora del diseño de la columna es la distribución de los productos en nuestro crudo en composición volumétrica, en la siguiente tabla se refleja dicha composición y los rangos de temperaturas de los cortes.

Producto Fuel Gas Nafta Keroseno Diesel Ligero Diesel Pesado AGO Residuo

TBI (ºF) 96,9 158,0 356,0 464,0 554,0 644,0 698,0

TBF (ºF) 158,0 356,0 464,0 554,0 644,0 698,0 1407,0

% Vol 0,069 0,161 0,069 0,074 0,097 0,070 0,459

Tabla 5.6.- Distribución de los productos en el crudo.

Los datos creados se pueden ver de forma grafica en % en volumen, molar o en masa y también se pueden ver graficados la comparación entre las curva de datos introducidas y la curva de propiedades del crudo creada por Hysys. El último paso en la caracterización es la instalación del crudo dentro del entorno de simulación que se realiza mediante la creación de una corriente (Crudo Precalentado) dentro de la pestaña Install Oil de la ventana de caracterización. Si volvemos a la ventana del asistente de Simulación Básico y nos vamos moviendo por las diferentes pestañas antes vistas observamos que los pseudocomponentes han sido agregados a la lista de componentes y que el paquete de fluido ahora trata 44 componentes (6 introducidos anteriormente mas los 38 pseudocomponentes creados), calculando también los parámetros de interacción entre cada par de componentes. Llegado hasta aquí Hysys está listo para poder realizar los cálculos de los diferentes equipos y funciones que instalemos y debemos pasar al entorno de simulación donde iremos construyendo la planta a simular.

5.2.4.- Entorno de simulación. Al entrar en el entorno de simulación nos aparece la imagen que se muestra en la figura siguiente.

49



Figura 5.7.- Imagen inicial del entorno de simulación (PFD).

Observamos que en el plano de simulación aparece la corriente creada en la instalación de nuestro crudo, que es la que abastecerá de la información de la alimentación al sistema. Hysys es un programa visualmente intuitivo y muestra diferente color dependiendo si la corriente está completamente definida o no, en nuestro caso aun no lo está y aparece en color celeste y cuando terminemos de definirla cambiara a color azul. La ventana que nos aparece a la derecha es la denominada paleta de objetos, de donde se pueden instalar las corrientes, los equipos y las operaciones lógicas necesarias. Nos aparece una ventana interior (PFD) donde aparecen una serie de iconos que sirven para conexiones de corrientes de equipos y ajustes de tamaño principalmente. El nombre de cada icono aparece dejando el puntero fijo sobre ellos y sabiendo su nombre nos podemos hacer una idea de la utilidad de cada uno de ellos. Dentro de la ventana principal han aparecido una serie de iconos de relevante importancia para el manejo de la simulación. La siguiente tabla refleja las funciones más importantes de algunos de ellos.

50


Nombre

Icono


Función

Workbook

Principalmente usado para instalar y definir corrientes y equipos.

Object Navigator

Buscar cualquier tipo de información sobre corrientes, equipos y funciones.

Flowsheet Summary

Refleja de forma tabulada un resumen de las condiciones y composición de corrientes y equipos.

Steady State Mode

La simulación transcurra en régimen estático.

Dynamics Mode

La simulación transcurra en régimen dinámico.

Dynamics Assistant

Sirve para activar la ayuda del asistente dinámico.

Tabla 5.7.- Utilidades de algunos de los Iconos del PFD.

5.2.5.- Creación de las corrientes de alimentación. El primer paso dentro de la simulación es crear las corrientes de alimentación al sistema, en nuestro caso habrá que crear tres corrientes más y definir sus condiciones y composición. Estas corrientes estarán compuestas solamente por vapor de agua y serán utilizadas para administrar calor al sistema y para el arrastre de ligeros en la columna y los stripper laterales. Existen dos formas principalmente de introducir las corrientes, igual que las unidades de operación, una es seleccionándola desde la paleta de objetos y otra a través del Workbook. Para instalar una sola corriente es mas cómodo hacerlo desde la paleta, pero cuando vamos a crear varias, el Workbook es la mejor opción ya que desde una sola ventana se pueden crear y definir todas las corrientes y su composición. A parte de la composición, las corrientes necesitan datos de temperatura, presión y caudal para su completa definición.

5.2.6.- Definicion de los equipos del tren de calentamiento. Una vez creadas las corrientes de alimentación el siguiente paso es comenzar con la instalación de los equipos. Al igual que ocurre con las corrientes, Hysys da diferentes colores al equipo dependiendo si está completamente definido o no. Si el equipo no está definido o no tiene las corrientes conectadas aparecerá de color rojo, si el equipo está definido pero no ha simulado por algún motivo aparecerá de color gris con borde de color amarillo y si el equipo está correctamente definido y simulado aparecerá de color gris con bordes en negro. Los colores de las opciones pueden ser cambiados en el menú de preferencias.

51



Separador Flash. Hemos iniciado la simulación suponiendo que la corriente de alimentación de crudo esta precalentada por los diversos intercambiadores de calor con las corrientes de productos, como se explica en la parte teórica de una planta de refino. Esta corriente suponemos que también ha pasado la operación de desalado y viene exenta de agua. Por lo tanto la primera unidad de operación que debemos encontrarnos en la simulación es un separador flash. La función del separador es separar la alimentación en dos corrientes, una liquida y otra gas, para posteriormente calentar la corriente liquida hasta la temperatura de entrada de la alimentación a la torre. En la siguiente imagen podemos ver la pagina de diseño de un separador.

Figura 5.8.- Ventana de diseño del separador flash.

Para su diseño el separador necesita de una o varias corrientes de alimentación y dos corrientes productos, una líquida y otra gas (ambas corrientes se crean desde esta ventana de diseño). La creación del separador requiere de dos parámetros: la perdida de presión y el nivel de líquido, que en nuestro caso serán los marcados por defectos por Hysys, 0 para la perdida de carga y 50% para el nivel de líquido dentro del separador. Hysys va realizando los cálculos a medida que vamos añadiendo los equipos y pueden ser visualizados desde el Workbook, donde aparecen todas las corrientes y equipos existentes, o desde la pestaña Worksheet de la ventana de diseño de cada equipo, donde solo se visualizan las condiciones de las corrientes involucradas en el equipo.

52



Figura 5.9.- Corrientes involucradas en el separador flash.

Figura 5.10.- Todas las corrientes existentes hasta la creación del fl ash.

Horno. El siguiente equipo que debe ser instalado es el calentador, su función es el acondicionamiento térmico del crudo hasta una temperatura determinada para que cuando la corriente gaseosa del flash y la que salga del horno se mezclen tenga la temperatura deseada 53



para la alimentación de la torre. La clase de horno instalada necesita la especificación de la corriente de entrada, de salida y una corriente de calor (estas dos últimas creadas desde la ventana de diseño del horno).

Figura 5.11.- Ventana de diseño del horno.

Al igual que el equipo anterior el horno necesita dos especificaciones de diseño, la perdida de carga (para este equipo supondremos que es 10 psi) y el calor proporcionado por la corriente de energía (desconocido). Esta última especificación puede ser calculada por Hysys si especificamos la temperatura de salida del horno, pero resulta que esta temperatura también es desconocida para nosotros, así que por ahora dejaremos esta parte sin terminar de definir y en el diagrama el horno aparecerá de color amarillo y la corriente de salida de color celeste, lo que indica lo anteriormente dicho.

Figura 5.12.- Diagrama de flujo hasta la instalación del horno.

54



Mezclador. El último equipo a instalar que conforma el tren de calentamiento del crudo será un mezclador que una las corrientes, la gaseosa que sale del flash y la corriente de salida del horno.

Figura 5.13.- Ventana para el diseño del mezclador.

Debemos especificar las corrientes de entrada y crear la corriente de salida (Alimentación Torre). Para especificar la presión de la corriente de salida Hysys toma por defecto (puede ser modificada dentro de los parámetros de diseño del mezclador) la menor presión de las de las corrientes de entradas. Observamos que la corriente de salida del mezclador esta sin especificar completamente debido a que una de las corrientes de entrada no lo está aun. En este punto si sabemos la temperatura de la corriente Alimentación Torre, y especificando esta temperatura desde la ventana de diseño del mezclador Hysys realiza los cálculos anteriores (Corriente Crudo Calentado y horno).

5.2.7.- Instalacion de la columna de fraccionamiento. Llegamos a la parte más importante de la simulación, la instalación de la torre de fraccionamiento del crudo, pero antes debemos crear una corriente de energía que entrará en la torre junto con la alimentación de crudo y que su función es la de proporcionar el calor necesario para crear el reflujo suficiente en el punto de alimentación y en los platos por debajo de esta. El calor necesario que debe aportar esta corriente será calculado con el diseño de la columna. Hysys dispone de un numero de columnas predefinidas que se pueden instalar y definir completamente. La columna elegida es un Refluxed Absorber. Al instalar dicha columna y 55



usando la opción Use Input Expert Hysys te guía en la especificación de esta columna en una especie de tutorial de 4 ventanas, dejándote acceder a la ventana siguiente solo si la ventana anterior esta correctamente completada. En la primera ventana debemos definir lo siguiente: 

Numero de platos teóricos: 29.



Corrientes de alimentación (Alimentación Torre y Q-Alimentación) y plato de entrada (28).



Vapor que entra por cola (Vapor Fondo).



Tipo de condensador (Parcial).



Crear las corrientes productos (Off Gas, Nafta, Agua y Residuo).

El condensador elegido será parcial aunque no tendremos salida gaseosa, lo que tendremos finalmente serán dos corrientes líquidas: una de agua y otra que contendrá la nafta y los ligeros finales. El condensador actuara como uno total con un caudal 0 en la corriente gaseosa. Además de las corrientes productos aquí creadas se crearan tres más, pero estas serán creadas con la introducción de los equipos laterales.

Figura 5.14.- 1ª Ventana para instalar la columna.

El programa también te da la opción de poder comenzar la numeración de los platos por donde queramos, por arriba o por abajo. En la siguiente página hay que definir los valores estimados de presión de salida del condensador, salida por cola y perdida de presión en el condensador. Con estos datos ayudamos a Hysys a realizar la distribución de presiones a lo largo de la columna.

56




Un rango de valor típico de pérdida de presión en los condensadores de estos equipo es de 7-11 psi, nosotros marcamos como 9 psi la perdida de presión en el condensador. La tercera de las ventanas nos pide la estimación de las temperaturas en el condensador, en el plato superior y la temperatura del último plato. Aunque estos datos son opcionales y no seria estrictamente necesario especificarlos, nosotros marcaremos estas temperaturas para facilitar la convergencia de la columna.


57



Las torres de este tipo (con condensador parcial) tienen 2 grados de libertad y Hysys proporciona dos especificaciones por defecto (Ratio de Vapor y Ratio de Reflujo) que es lo que nos aparece en esta última ventana. Marcamos el ratio de vapor como 0, ya que solo queremos obtener corrientes líquidas del condensador y marcamos como 1 el ratio de reflujo.

Figura 5.17.- Última ventana para instalar la columna.

Concluyendo estos 4 pasos correctamente habremos introducido las especificaciones necesarias para el diseño de la columna y nos aparecerá la siguiente ventana.

Figura 5.18.- Ventana de diseño de la columna.

58



El estatus de la columna aparece en color rojo, lo cual indica que aun no está lista para ser simulada. En esta ventana nos aparecen una serie de páginas, clasificadas dentro de su pestaña correspondiente, de gran importancia en el diseño y simulación de la columna; unas ya vistas anteriormente (Worsheet, Performance, Parameters, Reactions…) y con igual función

que en las demás ventanas anteriormente vistas, y otras nuevas (Monitor y Spec dentro de la pestaña Design y la pestaña Side Ops) que deben ser explicadas su funcionalidad. 

Monitor: podemos ver los cálculos de las iteraciones que hace el sistema y la evolución gráfica de estos cálculos de presión, temperatura y caudal. Ver los grados de libertad que posee el sistema y activar o desactivar las especificaciones existentes.



Specs: desde esta página podemos ver, modificar, borrar o crear especificaciones para el correcto funcionamiento de la columna.



Side Ops: desde esta página se realiza la adicción de equipos laterales a la torre de destilación.

Como observamos en la pagina Monitor tenemos dos especificaciones activas, que han sido creadas en la instalación de la columna, los grados de libertad deberían ser 0, pero esto no es así debido a que en la creación de la corriente de energía de entrada se creó un grado de libertad, ya que es desconocido su valor. Para que la torre pueda ser simulada por Hysys los grados de libertad deben ser 0 y por lo tanto una especificación más debe ser activada.

Figura 5.19.- Ventana de la página Monitor.

Creamos una nueva especificación llamada WasteH2O para hacer los grados de libertad 0, Hysys activará esta especificación una vez sea creada. Con los grados de libertad a 0 pasamos a la instalación de los equipos laterales. Como ya comentamos anteriormente crearemos 3 corrientes productos más (Keroseno, Diesel y AGO) que serán obtenidas de la instalación de 3 stripper laterales. Estos equipos serán creados desde la pestaña Side Ops. 59



Figura 5.20.- Ventana para la instalación de equipos laterales.

5.2.7.1.- INSTALACIÓN DE STRIPPER LATERALES. En la instalación de los stripper laterales debemos especificar el plato de extracción y el plato de la corriente de regreso, el número de platos del stripper, debemos crear una corriente producto y especificar su caudal e instalar un reboiler o una corriente vapor.

Figura 5.21.- Ventana de instalación de un stripper lateral.

En nuestro caso el stripper del Keroseno usará un reboiler como fuente de calor al sistema y por lo tanto tendremos que especificar el ratio de hervido. En los otros dos strippers tendremos arrastre con vapor, ambas corrientes (Vapor Diesel y Vapor AGO) deben ser creadas antes de la instalación de sus strippers.

60



Respecto al número de platos, sabemos que bibliográficamente oscilan entre 3 y 6 platos, el número elegido para nuestro caso será de 3 platos en todos los strippers. Para la especificación de los caudales de las corrientes productos nos debemos fijar en los datos que nos dio Hysys en la creación del crudo (Tabla 5.6), multiplicando estos porcentajes por el caudal de alimentación. En la siguiente figura se muestra el resumen que recoge la página Side Strippers de estos 3 equipos instalados.

Figura 5.22.- Cuadro resumen de los strippers laterales.

Si observamos el diagrama de flujo (PFD) vemos que Hysys ha creado y dibujado las nuevas corrientes productos y que se encuentran en color celeste porque aun no han sido calculadas.

Figura 5.23.- Diagrama de flujo con los strippers laterales instalados.

Con la adicción de los 3 strippers se han creado 4 grados de libertad nuevos, uno por cada especificación de caudal y uno más por el reboiler del stripper del Keroseno. Tenemos un total de 7 grados de libertad y debemos tener 7 especificaciones activas y así se puede ver si volvemos a la pagina Monitor. 61



5.2.7.2.- INSTALACIÓN DE LOS PUMP AROUND. Al realizar una extracción lateral, hacerla pasar por un stripper y devolver parte de esta corriente a la torre, la temperatura de la corriente de regreso es superior a la temperatura de la mezcla en el plato de regreso, lo cual implica menor fase liquida e influye en la cantidad de reflujo que puede ser inferior a la necesaria para el mejor funcionamiento de la torre. Para subsanar esto es necesario incluir 3 pump around, uno por cada extracción lateral, para garantizar el reflujo en todos los platos de la columna. Estos pump around pueden ser instalados bien en el mismo plato que los stripper o en platos superiores. Consisten en extraer una parte del caudal que pasa por el plato, hacerlo pasar por un intercambiador de calor y devolverlo un plato más arriba a inferior temperatura. A la hora de instalar un pump around, Hysys nos va a pedir el plato de extracción y de regreso y nos dará la posibilidad de introducir una pérdida de carga en el intercambiador (en nuestro caso 0). Cada pump around genera dos grados de libertad sobre el sistema y por lo tanto dos especificaciones deben ser introducidas; Hysys por defecto te pide el caudal y la diferencia de temperatura; nosotros cambiaremos la diferencia de temperatura por el calor en el intercambiador.

Figura 5.24.- Ventana instalación del pump around.

Figura 5.25.- Ventana para las especificaciones de los pump around. 62



Al igual que los strippers laterales, se puede ver un cuadro resumen de los pump around que se muestra a continuación.

Figura 5.26.- Cuadro resumen de los pump arounds.

5.2.7.3.- ESPECIFICACIONES Y AJUSTE DE LOS GRADOS DE LIBERTAD. Como hemos comentado ya, cada pump around genera 2 grados de libertad al sistema y a los 7 que teníamos antes hay que sumarles estos 6 nuevos, por lo tanto debemos de tener activas 13 especificaciones para cubrir todos los grados de libertad.

Figura 5.27.- Página Monitor con las especificaciones activas.

63



La página nos muestra que los grados de libertad son 0 y que la columna esta lista para ser resuelta, sin embargo el estatus sigue de color rojo, lo cual indica todo lo contrario y puede que algunas de las especificaciones tenga que ser cambiada. El conjunto de especificaciones no nos permite poder darle un valor a la corriente Q-Alimentación, pero si especificamos el reflujo en el plato superior a la alimentación e introducimos un valor del calor empleado en el reboiler si puede ser calculado. Creamos dos nuevas especificaciones (Overflash y Kero Reb Duty), la primera de ellas estará relacionada con el reflujo del plato 27, y un valor típico está entre el 3 y el 5 % del caudal de alimentación. La segunda será el calor usado en el reboiler. Al crear y activar dos nuevas especificaciones debemos desactivar dos de las que ya estaban activas, una es KeroSS BoilUP Ratio, ya que sino entraría en discordancia con la nueva creada. La segunda de las especificaciones a desactivar es WasteH2O, ya que este valor me lo proporcionará el programa. Por último hay que activar la especificación Vap Prod Rate (0 barril/día) y desactivar la especificación de Reflujo, ya que no puede ser ese valor porque no obtendríamos caudal por cabeza al recircularlo todo. La columna finalmente converge con esto cambios.

Figura 5.28.- Ventana Monitor con las especificaciones activas que convergen l a simulación.

Es conveniente observar los resultados obtenidos antes de continuar, y para ello nos situamos dentro de la pestaña Performance de la ventana de la columna. En la página Column Profiles podemos ver tabulados los perfiles de presión, temperatura y caudal líquido y gaseoso en cada plato.

64



Figura 5.29.- Distribución de presión, temperatura y caudal a lo largo de la c olumna.

Dentro de la página Plots pueden verse de forma tabular o gráfica propiedades como presión, temperatura y caudal de cada etapa y también puede verse de forma tabular o gráfica ensayos de destilación, peso molecular y densidad de una cierta etapa o de varias a la vez. En la siguiente imagen se refleja las temperaturas de ebullición frente al porcentaje de destilado de las 5 corrientes productos.

Figura 5.30.- Distribución de Temperatura de las corrientes productos.

65



Todos los resultados que se obtendrán serán visto y analizados con mas detalles mas adelante en el punto de análisis de resultados. En el diagrama de flujo que se nos muestra en el PFD no aparecen reflejados los equipos laterales instalados, solo las corrientes de entrada y salida de la columna, pero Hysys nos da la posibilidad de poder ver el sub-diagrama de la columna con todos sus detalles haciendo clic en el recuadro Column Environment.

Figura 5.31.- Sub-diagrama de flujo de la columna de destilación.

Dentro del sub-diagrama tenemos todas las opciones posibles de ver resultados o realizar alguna acción que en el diagrama principal. Volviendo al diagrama principal, usamos de nuevo la herramienta Workbook para ver los resultados calculados para las corrientes y los equipos. En la siguiente tabla se reflejan los datos de todas las corrientes participantes en el diagrama principal.

66


Nombre

Crudo Vapor Fondo Precalentado


Vapor Diesel

Vapor AGO

PreFlash Vapor

Vapor

0,366

1,000

1,000

1,000

1,000

Temperatura [F]

450,0

375,0

300,0

300,0

450,0

Presión [psia] Caudal Molar [lbmole/hr] Caudal Másico [lb/hr] Caudal Volumétrico [barril/día] Caudal Calorífico [Btu/hr]

50,0

150,0

50,0

50,0

50,0

4411,89

416,32

166,53

138,77

1614,97

1246889,41

7500,00

3000,00

2500,00

191581,15

100000,00

514,58

205,83

171,53

18421,49

-8,535E+08

-4,237E+07

-1,703E+07

-1,419E+07

-1,204E+08

Nombre

PreFlash Liquido

Crudo Calentado

Alimentación Torre

Off Gas

Nafta

Vapor

0,000

0,434

0,682

1,000

0,000

Temperatura [F]

450,0

688,5

650,0

112,5

112,5


50,0

40,0

40,0

19,7

19,7

2796,92

2796,92

4411,89

0,00

1867,45

1055308,26

1055308,26

1246889,41

0,03

203643,51

81578,51

81578,51

100000,00

0,00

20000,08

-7,332E+08

-5,427E+08

-6,631E+08

-3,459E+01

-1,872E+08

Nombre

Agua

Residuo

Keroseno

Diesel

AGO

Vapor

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

Temperatura [F]

112,5

642,9

412,4

460,2

568,8


19,7

32,7

29,8

31,0

31,7

702,34

1181,70

402,60

738,00

241,36

12652,76

665233,86

80435,32

207646,26

90276,45

868,12

49021,95

7000,17

17000,90

7000,63

-8,596E+07

-3,770E+08

-5,766E+07

-1,440E+08

-5,637E+07

Tabla 5.8.- Características de las corrientes del diagrama de flujo.

Una de las herramientas muy útil en Hysys es el Objet Navigator. Con esta herramienta podemos abrir rápidamente cualquier corriente o equipo para ver sus propiedades o composición, o incluso instalar y ver curvas, como las vistas anteriormente de puntos de ebullición de alguna etapa o corriente. Lo útil de esta herramienta es que podemos acceder con ella a las corrientes y equipos internos de la columna, los que se reflejan en el sub-diagrama, 67



cosa que no se puede hacer con otra herramienta desde el diagrama principal. La siguiente grafica representa la curva de destilación de la corriente de Keroseno.

Figura 5.32.- Curvas de destilación de la corriente Keroseno.

5.2.8.- Libro de Datos o Databook. La ultima herramienta que veremos en esta parte de la simulación y la más importante en lo que se refiere al análisis de resultados será el Libro de Datos o Databook.

Figura 5.33.- Ventana del Databook.

68



La simulación estática está concluida pero debemos ver si los resultados obtenidos son aceptables o deben ser mejorados. Para mejorar los resultados debemos saber que variables pueden ser modificadas y cómo influyen en el sistema, y esta es la principal función del Databook. Hay variables, como son los caudales de los productos, que han sido especificadas que podemos ver si pueden ser mayores para maximizar la producción y a qué precio. Otras variables deben estar dentro de un límite para obtener un buen producto como ocurre con la composición de ligeros y pesados de las corrientes productos. Y por ultimo están las variables que afectan al ahorro energético de la planta como pueden ser el consumo de vapor o los calores empleados en la alimentación y en el condensador. Todas estas variables dependerán en mayor o menor medida de las demás variables del sistema. El Databook nos ayuda a poder ver la evolución del sistema, tanto de forma gráfica como tabular, y observar si la variación de una o más variables produce un efecto positivo o negativo sobre las demás. Para usar esta herramienta lo primero que tenemos que hacer es añadir las variables que nos interesa ver su evolución, en nuestro caso serán los calores de alimentación y del condensador y la composición de compuestos ligeros y pesados de las corrientes productos, ya que daremos prioridad a una mejor distribución de los cortes que a una maximización de alguno de los productos. Por lo tanto las variables creados son las siguientes: 

Punto 90% de la curva TBP de Nafta.



Punto 10% de la curva TBP de Keroseno.



Punto 90% de la curva TBP de Keroseno.



Punto 10% de la curva TBP de Diesel.



Punto 90% de la curva TBP de Diesel.



Punto 10% de la curva TBP de AGO.



Punto 90% de la curva TBP de AGO.



Punto 10% de la curva TBP de Residuo.



Calor Q-Alimentación.



Calor Q-Condensador.

Para poder ver estos puntos de las TBP, antes han de crearse estas curvas como utilidades del sistema. Una vez creadas las variables debemos crear un escenario (por ejemplo: Caudal Vapor Fondo), seleccionamos las variables que queremos observar de las creadas y grabamos el primer estado como el estado actual. Vamos cambiando el valor de esta variable (Caudal Vapor Fondo) y vamos grabando los distintos estados. Por último queda ver cómo han evolucionado las variables definidas en una tabla o en un gráfico y llegar a un consenso de cuál es el mejor valor para la variable manipulada.

69



Las variables manipuladas para nuestro caso serán las siguientes: 

Caudales de las corrientes productos.



Caudales, presión y temperatura de las corrientes de alimentación de vapor.



Temperatura y presión de la corriente de alimentación de crudo.



Caudal y calor empleado en los pump around.



Numero de platos de los strippers laterales.



Especificación Overflash.

El análisis de todos estos escenarios se verá en el apartado de análisis de resultados.

5.3.- SIMULACIÓN DINÁMICA. Igual que ocurre con la simulación estática, lo expuesto en este apartado se recoge paso por paso en el Anexo V pero continuando con las cambios realizados en el análisis de resultados de la simulación estacionaria. Un simple fraccionador facilita productos como naftas, keroseno, diesel y residuo atmosférico a través de la alimentación de un crudo pesado. En el tutorial el crudo alimentado fue calentado en el horno y vuelta a combinar con el vapor. La combinación de ambas corrientes sirvió de alimentación a una columna de fraccionación atmosférica. En la parte dinámica solo consideraremos la columna de crudo, es decir, eliminaremos el tren de precalentamiento del diagrama de flujo. El principal objetivo de esta parte del proyecto es ofrecer un conocimiento adecuado de la transformación de una columna en estado estacionario a estado dinámico. El tutorial ofrece una manera única de preparar un caso estático en dinámico, sin embargo, también puede optar por utilizar el asistente dinámico para establecer especificaciones de presión, el tamaño de un equipo de la planta o introducir un nuevo equipo. Este tutorial te guía a través de los pasos necesarios para añadir la funcionalidad dinámica a una simulación de refinería de petróleo en estado estacionario. La trasformación al modelo dinámico sigue los siguientes pasos: 1. Obtener un modelo simplificado del estado estacionario que se convierte en dinámico. 2. Implementar la utilidad de tamaño de equipo para el dimensionamiento de la columna y de los equipos laterales. 3. Instalar y definir los controladores apropiados. 4. Añadir especificaciones de caudal o presión a las corrientes. 5. Establecer los datos habituales. Realizar cambios en las variables clave del proceso y observar el comportamiento dinámico del modelo.

70



5.3.1.- Modelo Simplificado. Como hemos dicho, solo nos centramos en la columna de destilación y sus equipos laterales para el caso dinámico, por lo tanto el primer paso es eliminar las corrientes y los equipos anteriores a la corriente de alimentación de la columna. Tenemos que tener en cuenta que la corriente de alimentación de la columna está definida a partir de las corrientes y equipos anteriores; así que antes de nada debemos crear una corriente con las mismas características actuales que la corriente Alimentación Torre. Hysys, al crear una corriente, tiene la opción de definir esta corriente a partir de otra ya existente (copia los datos), por lo tanto crearemos y definiremos una nueva corriente usando la opción Define from Other Stream y la corriente Alimentación Torre.

Figura 5.34.- Ventana para definir una corriente a partir de una existente.

Desde la ventana que se muestra en la figura podemos seleccionar la corriente y ver las propiedades de esta. Una vez definida la nueva corriente borramos lo anteriormente dicho. Por último paso para el acondicionamiento del sistema para la simulación dinámica falta definir la corriente Alimentación Torre, que será definida a partir de la corriente antes creada. Borramos la corriente antes creada y el diagrama de flujo está listo para comenzar con la simulación dinámica.

71



Figura 5.35.- Esquema de la planta para la simulación dinámic a.

5.3.2.- Dimensionado de equipos. En la preparación para la operación dinámica debemos conocer la dimensión de la columna y de sus equipos laterales. Lo primero que debemos conocer es el tamaño de la columna y sus platos, para ello debemos crear una utilidad llamada Tray Sizing, como hicimos en la creación de las curvas TBP. Esta utilidad de Hysys nos va a calcular el tamaño de los platos de la columna basándose en los parámetros estacionarios introducidos y el tipo de plato seleccionado (Valve). Para nuestro caso Hysys distingue tres secciones diferentes en nuestra columna ya que tendremos tres tipos de condiciones de flujo a lo largo de la columna. Desde esta utilidad creada debemos obtener una serie de datos que deberán ser introducidos en el PFD para pasar a la simulación dinámica, estos datos se recogen en la siguiente tabla.

Diámetro (m) Distancia entre platos (mm) Distancia entre poros (mm) Numero de líneas de flujo Altura total (m) Max. DP/Plato (kPa)

Sección 1 5,486 50,8 609,6 2 8,594 0,893

Sección 2 3,962 50,8 609,6 2 5,545 0,916

Sección 3 3,353 50,8 609,6 2 5,805 0,641

Tabla 5.9.- Datos para definir el tamaño de la columna.

La altura total de nuestra columna será la altura total dividida por el número de líneas de flujo (en nuestro caso 2) y la pérdida total de presión será la máxima perdida de carga por plato multiplicada por el numero de platos. Estos datos de dimensión de la columna deben ser introducidos en la página Sizing de la pestaña Rating de la columna.

72



Figura 5.36.- Ventana para definir el tamaño de la columna.

También debemos cambiar la perdida de carga de la columna, cambiando la presión del plato 29 por la suma de la perdida de carga total calculada y la presión en el plato 1.

Figura 5.37.- Ventana para definir la presión de la columna.

El siguiente paso es realizar los mismo descrito para la columna, pero ahora con los strippers laterales. Para ello debemos crear tres nuevas utilidades, una por cada stripper lateral. Obtenemos los datos de tamaño que se reflejan en la siguiente tabla.

73


STRIPER KEROSENO

Miguel Ángel García Gallego STRIPPER DIESEL LIGERO

STRIPPER DIESEL PESADO

Sección 1

Sección 2

Sección 1

Sección 2

Sección 1

Sección 2

Diámetro (m)

1,067

0,762

1,829

1,372

1,981

1,524

Distancia entre platos (mm)

50,8

50,8

50,8

50,8

50,8

50,8

Distancia entre poros (mm)

609,6

609,6

609,6

609,6

609,6

609,6

Altura total (m)

908,738

703,791

1303,530

999,031

1441,716

1168,883

Número de líneas de flujo

1

1

1

1

1

1

Longitud actual (m)

1,61

2,3

2,6

Tabla 5.10.- Datos de tamaño de los stripper laterales.

Estos datos serán introducidos en sus respectivos equipos igual que se ha hecho en la columna. El condensador y los intercambiadores de los pump around también requieren de especificaciones de tamaño para operar eficientemente en modo dinámico. Para el cálculo del volumen del condensador nos basaremos en un tiempo de residencia de 10 minutos y un nivel de liquido del 50% del volumen total. Este volumen es calculado manualmente aplicando la siguiente fórmula:

                  El caudal total de salida se halla sumando los caudales de las corrientes de salida del condensador. El volumen calculado es introducido en las especificaciones dinámicas del condensador. En este caso debemos elegir también la forma de nuestro condensador (cilindro vertical).

Figura 5.38.- Ventana de especificaciones dinámicas del condensador. 74



En el caso de los Cooler de los pump around, Hysys asigna un valor por defecto al volumen del equipo (0.1 m 3) y aunque queramos eliminar este valor observamos que seguirá apareciendo, eso es debido a que necesita un valor para la simulación y toma el menor posible. En nuestro caso dejaremos este valor por defecto que marca Hysys y comprobamos que no esté activa ninguna de las especificaciones dinámicas tal como se muestra en la siguiente figura, para los tres intercambiadores de las pump around.

Figura 5.39.- Ventana de especificaciones dinámicas del Cooler.

5.3.3.- Instalación de las unidades de control. El siguiente paso es añadir controladores de nivel y caudal en la simulación. Hysys nos permite añadir controladores tanto en modo dinámico como en estacionario, y estos podrían ser introducidos después de la transición al modelo dinámico, pero nosotros los introduciremos antes. Las variables serán identificadas y controladas mediante operaciones de control lógicas PID. Estos controladores no requieren correr la simulación en modo dinámico

para ser

instalados. Ellos introducirán el realismo al modelo y lo harán más estable. Cuando introducimos un controlador tipo PID desde la paleta de objetos nos aparece la siguiente ventana para poder definirlo.

Figura 5.40.- Ventana para la definición del controlador. 75



En la pestaña Connections podemos cambiar el nombre que Hysys pone por defecto y debemos introducir la variables que va a controlar (PV) y la variable que tiene que manipular para controlar a la primera (OP). En la página Configuracion de la pestaña Parameters debemos especificar si el controlador es de acción directa o inversa, el set point, el rango de la variable a controlar y las características estáticas del controlador (Kc, Ti y Td). Para que el controlador este completamente definido y pueda ejecutar su función solo falta introducir el rango de la variable manipulada en la ventana que se abre al hacer clic en recuadro Control Valve. La pestaña Stripchart es utilizada para crear una gráfica de la evolución de las variables controladas y manipuladas a lo largo del tiempo. Crearemos 4 controladores de caudal para corrientes de productos y un controlador de nivel para controlar el nivel de líquido del condensador. Los datos que deben ser introducidos en los controladores se recogen en la siguiente tabla. Controlador PV

Cond LC Nivel liquido condensador

OP

Caudal Nafta

Acción Kc Ti SP PV min. PV max. OP min OP max

Directa 4 5 50% 0% 100% 0 kgmol/h 2000 kgmol/h

Off Gas FC

Keroseno FC

Caudal Off Gas

Caudal Keroseno

Calor QCondensador Directa 0,01 5 5 kgmol/h 0 kgmol/h 100 kgmol/h 0 kJ/h 2*10e8 kJ/h

Caudal extracción plato 9 Inversa 1 5 46,31 m3/h 0 m3/h 100 m3/h 0 kgmol/h 400 kgmol/h

Diesel Ligero FC Diesel Pesado FC Caudal Diesel Caudal Diesel Ligero Pesado Caudal extracción Caudal extracción plato 17 plato 22 Inversa Inversa 1 0,7 5 3 3 49,57 m /h 66,07 m3/h 0 m3/h 0 m3/h 250 m3/h 100 m3/h 0 kgmol/h 0 kgmol/h 1200 kgmol/h 500 kgmol/h

Tabla 5.11.- Datos de los controladores.

Los set point de los controladores son los valores de los que partimos del caso estacionario, exceptuando el del controlador Off Gas FC, el caudal de la corriente a controlar es casi nulo en caso estacionario y es difícil de controlar con el set point actual, ya que en las oscilaciones hasta alcanzar el régimen permanente puede tomar valores negativos, por este motivo tomamos un valor mayor en este caso.

5.3.4.- Especificaciones de presión y caudal de las corrientes. Antes de poder comenzar la integración en aspen Hysys, los grados de libertad en modo dinámico deben ser reducidos a cero añadiendo especificaciones de presión y caudal. Normalmente se hace una especificación de presión o caudal por cada corriente, pero necesitamos una especificación adicional por cada unidad lateral de la columna, estas 76



especificaciones adicionales serán los caudales de los productos ya especificados en la instalación de los controladores. Todas las corrientes de entrada y salida en el diagrama de flujo principal deberán tener una especificación de corriente o de caudal, exceptuando la corriente Nafta, ya que al especificar la presión de la corriente Off Gas y el caudal de la corriente Agua queda implícito su presión y su caudal. Dentro del subdiagrama de flujo tenemos las especificaciones que han sido añadidas con los controladores (corriente de la variable manipulada y variable a controlar), pero los pump arounds deben tener una especificación de flujo ya que la presión del flujo y la pérdida de carga no están definidas. Antes de empezar a introducir estas variables debemos pasar al modo dinámico haciendo clic en el botón Dynamic Mode y Hysys nos indicara que es necesario una serie de especificaciones y nos preguntara si queremos que el asistente nos ayude a solucionarlo. Si pulsamos en SI Hysys automáticamente activará las especificaciones necesarias para poder correr la simulación, en nuestro caso marcaremos la respuesta NO y si quisiéramos correr la simulación en este punto Hysys te diría que no es posible y te indicaría unas pautas de lo que haría falta especificar antes de poder simular. Marcaremos la opción NO e introduciremos las especificaciones que se recogen en las siguientes tablas. Corriente Vapor Diesel Ligero Alimentación Torre Vapor Fondo Vapor Diesel Pesado Vapor Keroseno Off Gas Agua Keroseno Diesel Ligero Diesel Pesado Residuo

Presión Inactiva Inactiva Inactiva Inactiva Inactiva Activa Inactiva Activa Activa Activa Activa

Caudal Activa, Molar Flow Activa, Molar Flow Activa, Molar Flow Activa, Molar Flow Activa, Molar Flow Inactiva Activa, Ideal Inactiva Inactiva Inactiva Inactiva

Valor 377,7 kgmol/h 2001 kgmol/h 377,7 kgmol/h 377,7 kgmol/h 75,54 kgmol/h 135,8 kPa 21,61 m3/h 205,4 kPa 212,8 kPa 217,5 kPa 224 kPa

Tabla 5.12.- Especificaciones introducidas en el diagrama principal.

Corriente PA_1_Draw PA_2_Draw PA_3_Draw Reflux Keroseno_SS_Draw Diesel Ligero_SS_Draw Diesel Pesado_SS_Draw

Especificación Activa Caudal Molar Caudal Molar Caudal Molar Caudal Molar Caudal Molar Caudal Molar Caudal Molar

Valor 1496 kgmol/h 632,6 kgmol/h 544 kgmol/h 1,049*10e-4 kgmol/h 244,4 kgmol/h 288,9 kgmol/h 308,9 kgmol/h

Tabla 5.13.- Especificaciones introducidas en el sub-diagrama. 77



El valor introducido para cada especificación es el obtenido del modelo estacionario, para partir de una buena aproximación, ya que se supone que hemos realizado un buen ajuste en el modelo estacionario. Llegado a este punto, la planta está lista para ser integrada. Hacemos que estén visible solamente los Face Plate de los controladores y las gráficas antes creadas y observamos la evolución de las variables a controlar. Para correr la simulación hacemos clic en el botón Start Integrator y observamos la evolución de la variables. Una vez trascurrido un tiempo alcanzamos el régimen permanente y en la siguiente imagen podemos observar los Face Plate de los controladores que han llegado al valor que le hemos marcado.

Figura 5.41.- Face Plate de los controladores al alcanzar el régimen permanente.

Observamos que no existe error en el régimen permanente, esto es debido al buen ajuste de los controladores y que estamos simulando en los puntos obtenidos en la simulación estática, pero debemos observar si estos controladores son buenos para distintos puntos (seguimiento de la señal) y evolucionan bien frente a las perturbaciones. Todo esto se verá en el apartado de análisis de resultados del modelo dinámico (apartado 6.2).

78



6.- ANÁLISIS DE RESULTADOS. 6.1.- SIMULACIÓN ESTÁTICA. Con la ayuda del programa obtenemos los diferentes cortes de nuestro crudo y la composición volumétrica de cada uno de ellos.


TBI (ºF) TBF (ºF) 96,9 158,0 158,0 356,0 356,0 464,0 464,0 554,0 554,0 644,0 644,0 698,0 698,0 1407,0

% Vol 0,069 0,161 0,069 0,074 0,097 0,070 0,459

Tabla 6.1.- Cortes y composición volumétrica del crudo.

En nuestra simulación sacamos 5 cortes que serán: Nafta + FG, Keroseno, Diesel (Ligero + Pesado), AGO y Residuo. Conservando estos cortes podernos ver la siguientes tabla y graficas de la distribución de temperatura, presión y caudal a lo largo de la columna. En la tabla se muestran marcadas en color las características de los platos de extracción de donde se obtiene los productos intermedios (azul para el Keroseno, rojo para el Diesel y verde para AGO).

Figura 6.1.- Evolución de la temperatura a lo largo de l a torre.

79



Figura 6.2.- Evolución de la presión a lo l argo de la torre.

Figura 6.3.- Evolución del caudal a lo largo de la torr e.

80


*Condenser 1__Main TS 2__Main TS 3__Main TS 4__Main TS 5__Main TS 6__Main TS 7__Main TS 8__Main TS 9__Main TS 10__Main TS 11__Main TS 12__Main TS 13__Main TS 14__Main TS 15__Main TS 16__Main TS 17__Main TS 18__Main TS 19__Main TS 20__Main TS 21__Main TS 22__Main TS 23__Main TS 24__Main TS 25__Main TS 26__Main TS 27__Main TS 28__Main TS 29__Main TS 1__KeroSS 2__KeroSS 3__KeroSS KeroSS_Reb 1__DieselSS 2__DieselSS 3__DieselSS 1__AGOSS 2__AGOSS 3__AGOSS


Temperatura [F] Presión [psia] Liquido [lbmole/hr] Gas [lbmole/hr] 112,5 19,7 468,5 241,7 28,7 6665,6 3038,4 277,7 28,8 3532,9 5585,4 299,7 29,0 3555,9 6102,8 310,9 29,1 3505,1 6125,7 318,7 29,3 3424,8 6075,0 325,8 29,4 3315,3 5994,7 333,3 29,6 3161,6 5885,2 342,8 29,7 2944,4 5731,4 354,0 29,8 2006,2 5258,5 371,4 30,0 1807,7 4978,6 387,0 30,1 1681,2 4780,2 399,2 30,3 1587,4 4653,7 408,7 30,4 1492,8 4559,9 417,3 30,6 1362,5 4465,3 427,5 30,7 1126,4 4334,9 444,7 30,8 3086,6 4098,8 483,1 31,0 524,1 4372,8 538,1 31,1 378,1 4068,1 556,3 31,3 321,5 3922,0 562,7 31,4 281,7 3865,5 566,1 31,6 1813,8 3825,7 598,8 31,7 435,4 4060,3 623,9 31,8 364,0 4081,9 632,3 32,0 311,1 4010,5 636,6 32,1 268,7 3957,6 639,6 32,3 221,6 3915,3 642,8 32,4 105,4 3868,1 651,1 32,6 1335,2 3751,9 642,9 32,7 569,8 382,7 29,8 765,0 392,7 29,8 792,5 362,4 400,9 29,8 799,9 389,9 412,4 29,8 397,3 476,6 31,0 845,9 471,3 31,0 806,9 274,4 460,2 31,0 235,4 591,4 31,7 287,7 584,5 31,7 270,4 185,1 568,8 31,7 167,8

Tabla 5.2.- Distribución de temperatura, caudal y presión a lo largo de la columna.

81



Para el análisis de resultados también nos podemos servir de las curvas TBP de las corrientes productos que se muestra a continuación.

Figura 6.4.- Curvas TBP de las corrientes productos intermedios.

Observando las tablas y las gráficas podemos deducir que el último stripper (AGO) está mal situado ya que su temperatura del plato de extracción es muy inferior a la del rango inferior de ebullición que debe de tener y por lo tanto contiene excesivos ligeros, este problema podría solucionarse bajando el plato de extracción, pero observando la distribución de temperaturas (ultimo plato de la columna 650ºF) no podría solucionarse con un buen resultado, solo mejorar la composición de ligeros. Antes de continuar con el análisis de resultados sería conveniente realizar algunos cambios sobre la simulación original, y más concretamente 3 cambios: 1. Eliminar el reflujo del condensador. 2. Eliminar reboiler del Keroseno. 3. Cambiar el último Stripper.

1.- Eliminación del reflujo del condensador. Estudiando la bibliografía encontramos que el reflujo en las plantas de refino es casi inexistente en el condensador debido a que todo lo que sale por cabeza de la columna está prácticamente exento de compuestos pesados. Por la corriente de nafta tienen que salir todos los ligeros finales y evitar que salgan compuestos con una temperatura de ebullición superior a 82



350ºF, si observamos la gráfica siguiente vemos que no existen compuestos pesados, por lo tanto es conveniente aumentar la producción de nafta para minimizar este reflujo.

Figura 6.5.- Curva TBP y ASTM de l a corriente Nafta.

Por la corriente de nafta salen los ligeros finales y las naftas, el cuadro resumen de la composición del crudo nos indica que esta corriente puede tener un caudal de 23.000 barril/día. Cambiamos este dato y también debemos activar la especificación del ratio de destilado y marcar esta especificación como 0, para ello debemos desactivar algunas de las especificaciones activas. Las únicas especificaciones que me van a permitir la convergencia de la columna serán los caudales y los calores de los pump arounds.

Figura 6.6.- Imagen de la pagina Monitor después del primer cambio. 83



La especificación elegida para su desactivación será la del calor del primer pump around y podemos volver a ver las curvas de destilación para observar que sigue con el cumplimiento en lo que a componentes pesados se refiere, aunque su temperatura final haya aumentado un poco.

Figura 6.7.- Curvas TBP y ASTM de la corriente Nafta.

2.- Eliminación del Reboiler del Keroseno. Buscando bibliográficamente encontramos que siempre o en la mayoría de los casos se usa un el stripper con arrastre de vapor como en los demás stripper del sistema y no un reboiler. Para seguir lo más comúnmente utilizado debemos eliminar este stripper e introducir una corriente de vapor en su lugar. Al eliminar el reboiler eliminamos un grado de libertad por lo tanto debe de ser eliminada la especificación del reboiler y debemos crear una corriente vapor que tendrá las mismas propiedades que la usada para el segundo stripper.

Figura 6.8.- Curvas TBP y ASTM de la corriente Keroseno.

84



Figura 6.9.- Imagen de la pagina Monitor después del segundo cambio.

3.- Cambiar el tercer stripper. Normalmente en una refinería los tres productos intermedios que se obtienen son keroseno, diesel ligero y diesel pesado, en nuestro caso el diesel lo obtenemos en conjunto y sacamos una corriente de AGO. Viendo los resultados tabulados y la grafica que sigue observamos que la temperatura de ebullición de la corriente no se corresponde con del corte que queremos obtener (posee ligeros en su mayoría y pesados).

Figura 6.10.- Curva TBP de la corriente AGO.

85



En este caso deberíamos cambiar la producción del tercer stripper y obtener diesel pesado de él y la corriente AGO obtenerla junto con el Residuo. Por lo tanto las corrientes que se obtienen y su composición son las que se reflejan en la siguiente tabla.

Corriente Nafta + FG Keroseno Diesel Ligero Diesel Pesado Residuo

TBI-TBF TBI-350 350-470 470-560 560-650 650-TBF

% Vol. 0,23 0,07 0,075 0,1 0,525

Tabla 5.3.- Cortes y composición definitivos.

Realizamos los cambios pertinentes de composición para las corrientes y cambiamos los nombres necesarios y la pantalla Monitor Monitor queda como refleja la siguiente figura.

Figura 6.11.- Imagen de la pagina Monitor después del tercer cambio.

Una vez realizado los cambios podemos ver de nuevo las gráficas de composición de las corrientes productos y curvas de presión, temperatura y caudal a lo largo de la torre, aunque estas últimas no tienen especial interés reflejarlas de nuevo porque su variación ha sido mínima. El objetivo a cumplir es obtener las corrientes productos dentro de los rangos marcados por los cortes, es decir, eliminar los pesados y los ligeros que pueden llevar las corrientes. La eliminación completa de estos puede llevar a excesivos costes y no sería conveniente económicamente, por lo tanto deberíamos eliminarlo en la medida de lo posible sin sobrepasar un rango que vendrá impuesto por la economía de la planta.

86



Figura 6.12.- Curvas TBP de los productos.

Para ver que variables influye y en qué medida lo hacen, respecto a la composición de ligeros y pesados se refiere, utilizaremos la herramienta Databook de Hysys de la forma que se explica al final del apartado 5.2 de este trabajo.

Figura 6.13.- Imagen del Databook con los diferentes escenarios creados.

A continuación continuación se muestran los diferentes diferentes escenarios escenarios o variables tratados tratados con los distintos valores que hemos tomado para la variable o estados y una tabla donde se observaran cómo evolucionan las variables que queremos controlar.

87



Escenario 1: Temperatura de la corriente Alimentación Torre.

Estado 1: 650ºF. Estado 2: 630ºF. Estado 3: 610ºF. Estado 4: 670ºF. Estado 5: 690ºF. Variable BP 90% NAFTA [F] BP 10% KEROSENO [F] BP 90% KEROSENO [F] BP 10% DIESEL LIGERO [F] BP 90% DIESEL LIGERO [F] BP 10% DIESEL PESADO [F] BP 90% DIESEL PESADO [F] BP 10% RESIDUO [F] CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] CALOR CONDENSADOR [Btu/hr]

Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 326,8 326,8 326,8 326,8 360,2 360,2 360,2 360,2 484,3 484,3 484,3 484,3 460,7 460,7 460,7 460,7 600,4 600,4 600,4 600,4 556,9 556,9 556,9 556,9 724,9 724,9 724,9 724,9 653,0 653,0 653,0 653,0 -1,562E+07 4,512E+06 2,438E+07 -3,597E+07 6,117E+07 6,118E+07 6,118E+07 6,118E+07

Estado 5 326,8 360,2 484,3 460,7 600,4 556,9 724,9 653,0 -5,649E+07 6,118E+07

Escenario 2 : Presión de la corriente Alimentación Torre.

Estado 1: 40 psia. Estado 2: 35 psia. Estado 3: 45 psia. Estado 4: 50 psia. Estado 5: 55 psia. Variable Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5 BP 90% NAFTA [F] 326,8 326,8 326,8 326,8 326,8 BP 10% KEROSENO [F] 360,2 360,2 360,2 360,2 360,2 BP 90% KEROSENO [F] 484,3 484,3 484,3 484,3 484,3 BP 10% DIESEL LIGERO [F] 460,7 460,7 460,7 460,7 460,7 BP 90% DIESEL LIGERO [F] 600,4 600,4 600,4 600,4 600,4 BP 10% DIESEL PESADO [F] 556,9 556,9 556,9 556,9 556,9 BP 90% DIESEL PESADO [F] 724,9 724,9 724,9 724,9 724,9 BP 10% RESIDUO [F] 653,0 653,0 653,0 653,0 653,0 CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] -1,562E+07 -1,748E+07 -1,398E+07 -1,252E+07 -1,119E+07 CALOR CONDENSADOR [Btu/hr] 6,118E+07 6,118E+07 6,118E+07 6,118E+07 6,118E+07

88



Escenario 3: Presión de la corriente Vapor Fondo.

Estado 1: 150 psia. Estado 2: 140 psia. Estado 3: 130 psia. Estado 4: 170 psia. Estado 5: 180 psia. Variable BP 90% NAFTA [F] BP 10% KEROSENO [F] BP 90% KEROSENO [F] BP 10% DIESEL LIGERO [F] BP 90% DIESEL LIGERO [F] BP 10% DIESEL PESADO [F] BP 90% DIESEL PESADO [F] BP 10% RESIDUO [F] CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] CALOR CONDENSADOR [Btu/hr]

Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5 326,8 326,8 326,8 326,8 326,8 360,2 360,2 360,2 360,2 360,2 484,3 484,3 484,3 484,3 484,3 460,7 460,7 460,7 460,7 460,7 600,4 600,4 600,4 600,4 600,4 556,9 556,9 556,9 556,9 556,9 724,9 724,9 724,9 724,9 724,9 653,0 653,0 653,0 653,0 653,0 -1,562E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 -1,561E+07 -1,562E+07 6,118E+07 6,118E+07 6,119E+07 6,119E+07 6,117E+07

Escenario 4: Temperatura de la corriente Vapor Fondo.

Estado 1: 375ºF. Estado 2: 350ºF. Estado 3: 325ºF. Estado 4: 400ºF. Estado 5: 425ºF. Variable BP 90% NAFTA [F] BP 10% KEROSENO [F] BP 90% KEROSENO [F] BP 10% DIESEL LIGERO [F] BP 90% DIESEL LIGERO [F] BP 10% DIESEL PESADO [F] BP 90% DIESEL PESADO [F] BP 10% RESIDUO [F] CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] CALOR CONDENSADOR [Btu/hr]


89



Escenario 5 : Caudal de la corriente Vapor Fondo.

Estado 1: 7500 lb/h. Estado 2: 6500 lb/h. Estado 3: 5500 lb/h. Estado 4: 8500 lb/h. Estado 5: 9500 lb/h. Variable BP 90% NAFTA [F] BP 10% KEROSENO [F] BP 90% KEROSENO [F] BP 10% DIESEL LIGERO [F] BP 90% DIESEL LIGERO [F] BP 10% DIESEL PESADO [F] BP 90% DIESEL PESADO [F] BP 10% RESIDUO [F] CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] CALOR CONDENSADOR [Btu/hr]


Escenario 6 : Presión de la corriente Vapor Keroseno.

Estado 1: 50 psia. Estado 2: 40 psia. Estado 3: 30 psia. Estado 4: 60 psia. Estado 5: 70 psia. Variable BP 90% NAFTA [F] BP 10% KEROSENO [F] BP 90% KEROSENO [F] BP 10% DIESEL LIGERO [F] BP 90% DIESEL LIGERO [F] BP 10% DIESEL PESADO [F] BP 90% DIESEL PESADO [F] BP 10% RESIDUO [F] CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] CALOR CONDENSADOR [Btu/hr]


90



Escenario 7 : Temperatura de la corriente Vapor Keroseno.

Estado 1: 300ºF. Estado 2: 275ºF. Estado 3: 250ºF. Estado 4: 350ºF. Estado 5: 400ºF. Variable Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5 BP 90% NAFTA [F] 326,9 327,3 327,4 326,8 326,8 BP 10% KEROSENO [F] 360,2 359,5 359,5 360,2 360,2 BP 90% KEROSENO [F] 484,4 484,3 484,4 484,3 484,3 BP 10% DIESEL LIGERO [F] 460,7 460,7 460,7 460,7 460,7 BP 90% DIESEL LIGERO [F] 600,4 600,3 600,4 600,4 600,4 BP 10% DIESEL PESADO [F] 556,9 556,8 556,9 556,9 556,9 BP 90% DIESEL PESADO [F] 724,9 724,9 724,9 724,9 724,9 BP 10% RESIDUO [F] 653,0 653,0 653,0 653,0 653,0 CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] -1,561E+07 -1,563E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 CALOR CONDENSADOR [Btu/hr] 6,115E+07 6,122E+07 6,121E+07 6,117E+07 6,117E+07

Escenario 8 : Caudal de la corriente Vapor Keroseno.

Estado 1: 3000 lb/h. Estado 2: 2000 lb/h. Estado 3: 5000 lb/h. Estado 4: 7000 lb/h. Variable BP 90% NAFTA [F] BP 10% KEROSENO [F] BP 90% KEROSENO [F] BP 10% DIESEL LIGERO [F] BP 90% DIESEL LIGERO [F] BP 10% DIESEL PESADO [F] BP 90% DIESEL PESADO [F] BP 10% RESIDUO [F] CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] CALOR CONDENSADOR [Btu/hr]

Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 326,8 327,7 325,8 325,3 360,2 358,6 361,4 362,2 484,3 484,3 484,3 484,3 460,7 460,7 460,7 460,7 600,4 600,4 600,4 600,4 556,9 556,9 556,9 556,9 724,9 724,9 724,9 724,9 653,0 653,0 653,0 653,0 -1,562E+07 -1,561E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 6,116E+07 6,034E+07 6,299E+07 6,487E+07

Como podemos observar en las dos corrientes anteriores de vapor, la presión y la temperaturas de estas corrientes no influyen sobre las variables analizadas, por lo tanto no 91



observaremos el efecto que producen estas dos variables (presión y temperatura) de las demás corrientes vapor que quedan por analizar, ya que ocurrirá lo mismo. Escenario 9: Caudal de la corriente Vapor Diesel Ligero.

Estado 1: 3000 lb/h. Estado 2: 2000 lb/h. Estado 3: 1000 lb/h. Estado 4: 5000 lb/h. Estado 5: 7000 lb/h. Variable Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5 BP 90% NAFTA [F] 326,8 327,1 327,7 326,6 326,5 BP 10% KEROSENO [F] 360,2 360,5 361,3 360,0 360,0 BP 90% KEROSENO [F] 484,3 486,9 491,1 480,9 478,6 BP 10% DIESEL LIGERO [F] 460,7 456,5 448,2 464,5 466,8 BP 90% DIESEL LIGERO [F] 600,4 600,3 600,3 600,4 600,5 BP 10% DIESEL PESADO [F] 556,9 556,9 557,0 556,8 556,7 BP 90% DIESEL PESADO [F] 724,9 724,9 724,9 724,9 724,9 BP 10% RESIDUO [F] 653,0 653,0 653,0 653,0 653,0 CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] -1,561E+07 -1,561E+07 -1,561E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 CALOR CONDENSADOR [Btu/hr] 6,122E+07 6,027E+07 5,938E+07 6,305E+07 6,497E+07

Escenario 10 : Caudal de la corriente Vapor Diesel Pesado.

Estado 1: 2500 lb/h. Estado 2: 2000 lb/h. Estado 3: 1500 lb/h. Estado 4: 4500 lb/h. Estado 5: 6500 lb/h. Variable Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5 BP 90% NAFTA [F] 326,8 326,9 327,0 326,7 326,5 BP 10% KEROSENO [F] 360,2 360,2 360,2 360,3 360,5 BP 90% KEROSENO [F] 484,3 485,1 486,0 482,4 481,3 BP 10% DIESEL LIGERO [F] 460,7 460,8 460,9 460,8 461,2 BP 90% DIESEL LIGERO [F] 600,4 601,7 600,0 596,3 593,5 BP 10% DIESEL PESADO [F] 556,9 554,3 551,0 563,1 567,0 BP 90% DIESEL PESADO [F] 724,9 724,9 724,9 724,9 724,9 BP 10% RESIDUO [F] 653,0 653,0 653,0 653,0 653,0 CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] -1,561E+07 -1,562E+07 -1,561E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 CALOR CONDENSADOR [Btu/hr] 6,122E+07 6,074E+07 6,027E+07 6,306E+07 6,498E+07 92



Escenario 11: Caudal de la corriente Nafta.

Estado 1: 23000 barril/día. Estado 2: 21000 barril/día. Estado 3: 19000 barril/día. Estado 4: 25000 barril/día. Estado 5: 27000 barril/día. Variable Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5 BP 90% NAFTA [F] 326,8 303,2 285,3 354,0 382,9 BP 10% KEROSENO [F] 360,2 326,1 289,8 391,3 422,4 BP 90% KEROSENO [F] 484,3 451,0 419,3 514,2 541,9 BP 10% DIESEL LIGERO [F] 460,7 433,9 403,4 484,7 506,9 BP 90% DIESEL LIGERO [F] 600,4 574,4 546,6 623,9 644,8 BP 10% DIESEL PESADO [F] 556,9 537,8 517,4 574,1 589,6 BP 90% DIESEL PESADO [F] 724,9 709,5 693,6 741,9 755,5 BP 10% RESIDUO [F] 653,0 642,3 631,6 663,8 674,8 CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] -1,561E+07 -2,783E+07 -4,029E+07 -3,537E+06 8,488E+06 CALOR CONDENSADOR [Btu/hr] 6,122E+07 5,560E+07 5,066E+07 6,756E+07 7,478E+07

Escenario 12 : Caudal de la corriente Keroseno.

Estado 1: 7000 barril/día. Estado 2: 6000 barril/día. Estado 3: 5000 barril/día. Estado 4: 8000 barril/día. Estado 5: 9000 barril/día. Variable Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5 BP 90% NAFTA [F] 326,8 327,1 327,5 326,6 326,3 BP 10% KEROSENO [F] 360,2 357,6 353,5 362,3 364,6 BP 90% KEROSENO [F] 484,3 472,9 459,7 496,5 507,1 BP 10% DIESEL LIGERO [F] 460,7 448,2 433,9 473,5 484,8 BP 90% DIESEL LIGERO [F] 600,4 585,5 574,4 610,3 623,9 BP 10% DIESEL PESADO [F] 556,9 547,8 537,8 565,4 574,1 BP 90% DIESEL PESADO [F] 724,9 718,9 709,5 733,2 741,9 BP 10% RESIDUO [F] 653,1 647,7 642,3 658,4 663,8 CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] -1,560E+07 -2,170E+07 -2,784E+07 -9,566E+06 -3,530E+06 CALOR CONDENSADOR [Btu/hr] 6,118E+07 6,121E+07 6,124E+07 6,116E+07 6,114E+07

93



Escenario 13: Caudal de la corriente Diesel Ligero.


Escenario 14: Caudal de la corriente Diesel Pesado.


94



Escenario 15 : Número de platos del stripper del Keroseno.

Estado 1: 3 platos. Estado 2: 4 platos. Estado 3: 5 platos. Estado 4: 6 platos. Variable BP 90% NAFTA [F] BP 10% KEROSENO [F] BP 90% KEROSENO [F] BP 10% DIESEL LIGERO [F] BP 90% DIESEL LIGERO [F] BP 10% DIESEL PESADO [F] BP 90% DIESEL PESADO [F] BP 10% RESIDUO [F] CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] CALOR CONDENSADOR [Btu/hr]


Escenario 16 : Número de platos del stripper del Diesel Ligero.



95



Escenario 17 : Número de platos del stripper del Diesel Pesado.



Escenario 18 : Caudal que circula por el Pump Around 1.

Estado 1: 50000 barril/día. Estado 2: 45000 barril/día. Estado 3: 40000 barril/día. Estado 4: 55000 barril/día. Estado 5: 60000 barril/día. Variable Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5 BP 90% NAFTA [F] 326,8 326,8 326,8 326,8 326,8 BP 10% KEROSENO [F] 360,2 360,2 360,2 360,2 360,2 BP 90% KEROSENO [F] 484,3 484,3 484,3 484,3 484,3 BP 10% DIESEL LIGERO [F] 460,7 460,7 460,7 460,7 460,7 BP 90% DIESEL LIGERO [F] 600,4 600,4 600,4 600,4 600,4 BP 10% DIESEL PESADO [F] 556,9 556,9 556,9 556,9 556,9 BP 90% DIESEL PESADO [F] 724,9 724,9 724,9 724,9 724,9 BP 10% RESIDUO [F] 653,0 653,0 653,0 653,0 653,0 CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] -1,561E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 CALOR CONDENSADOR [Btu/hr] 6,118E+07 6,118E+07 6,118E+07 6,118E+07 6,118E+07 El calor que quitamos en el intercambiador de este pump around es una especificación que esta desactivada y la variación de esta no producirá ningún cambio en el sistema.

96



Escenario 19: Caudal que circula por el Pump Around 2.


Escenario 20 : Calor del intercambiador del Pump Around 2.

Estado 1: -3.5*107 Btu/h. Estado 2: -3*107 Btu/h. Estado 3: -2.5*107 Btu/h. Estado 4: -4*107 Btu/h. Estado 5: -4.5*107 Btu/h. Variable Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5 BP 90% NAFTA [F] 326,8 325,8 326,3 327,5 328,4 BP 10% KEROSENO [F] 360,2 361,2 360,7 359,0 356,8 BP 90% KEROSENO [F] 484,3 479,3 481,5 488,5 493,2 BP 10% DIESEL LIGERO [F] 460,7 465,6 463,5 456,1 449,9 BP 90% DIESEL LIGERO [F] 600,4 600,4 600,4 600,3 600,3 BP 10% DIESEL PESADO [F] 556,9 556,8 556,8 556,9 556,9 BP 90% DIESEL PESADO [F] 724,9 724,9 724,9 724,9 724,9 BP 10% RESIDUO [F] 653,0 653,0 653,0 653,0 653,0 CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] -1,561E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 CALOR CONDENSADOR [Btu/hr] 6,118E+07 6,110E+07 6,114E+07 6,124E+07 6,132E+07

97



Escenario 21: Caudal que circula por el Pump Around 3.


Escenario 22 : Calor del intercambiador del Pump Around 3.

Estado 1: -3.5*107 Btu/h. Estado 2: -3*107 Btu/h. Estado 3: -2.5*107 Btu/h. Estado 4: -4*107 Btu/h. Estado 5: -4.5*107 Btu/h. Variable Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5 BP 90% NAFTA [F] 326,8 326,3 325,8 327,5 328,3 BP 10% KEROSENO [F] 360,2 360,7 361,0 359,2 357,6 BP 90% KEROSENO [F] 484,3 481,0 478,3 489,0 493,8 BP 10% DIESEL LIGERO [F] 460,7 463,7 465,9 455,7 449,0 BP 90% DIESEL LIGERO [F] 600,4 598,7 597,4 599,1 602,6 BP 10% DIESEL PESADO [F] 556,9 559,2 561,0 553,9 550,2 BP 90% DIESEL PESADO [F] 724,9 724,9 724,9 724,9 724,9 BP 10% RESIDUO [F] 653,0 653,0 653,0 653,0 653,0 CALOR ALIMENTACION [Btu/hr] -1,561E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 -1,562E+07 CALOR CONDENSADOR [Btu/hr] 6,118E+07 6,114E+07 6,109E+07 6,123E+07 6,131E+07

98



Escenario 23: Especificación Overflash, reflujo del plato 27.


6.1.1.- Optimización de la operación. Una vez visto los diferentes escenarios debemos ver que variables podemos cambiar para realizar un mejor ajuste de la columna, y así obtener un mejor rendimiento en los productos obtenidos. La siguiente tabla muestra los productos que obtenemos de la columna y el rango de temperatura que debe de tener su curva TBP, también muestra la temperatura del producto obtenido del 10 y el 90% de destilado TBP que tiene actualmente. En la última columna de la tabla la flecha indica hacia donde debe evolucionar esta temperatura para eliminar los ligeros o los pesados que pueda contener. Corte

TBI-TBF (ºF)

TBP 10% Vol (ºF)

TBP 90% Vol (ºF)

Evolución

Nafta + FG

TBI-350

-

326,8

-

-

Keroseno

350-470

360,2

484,3

-

↓

Diesel Ligero

470-560

460,7

600,4

↑

↓

Diesel Pesado

560-650

556,9

724,9

↑

↓

Residuo

650-TBF

653

-

-

-

Tabla 6.4.- Evolución de la composición de los productos.

La siguiente tabla muestra un resumen de lo realizado anteriormente con los escenarios. Muestra cómo evoluciona la variable al cambiar el valor de la especificación. Esta tabla nos sirve de gran ayuda a la hora de elegir las variables que pueden ser modificadas para poder cumplir nuestro objetivo y como afecta esta variable. En la tabla aparecen parejas de 99



flechas en las que la primera flecha indica si la variable manipulada ha aumentado o disminuido y la segunda flecha muestra la evolución de la variable correspondiente a cada fila dependiendo de la variación de la primera. El par de flechas que se muestran de color rojo indica que este cambio no es favorable para el cumplimiento de nuestro objetivo y las flechas de color verde indican lo contrario.

Fracción 90 % vol Nafta (ºF) 10 % vol Keroseno (ºF) 90 % vol Keroseno (ºF) 10 % vol Diesel L. (ºF) 90 % vol Diesel L. (ºF) 10 % vol Diesel P. (ºF) 90 % vol Diesel P. (ºF) 90 % vol Residuo (ºF) Q-Alimentación (Btu/h) Q-Condensador (Btu/h)

Escenario 1

Escenario 2

Escenario 3

Escenario 4

Escenario 5

=

=

=

=

≈

=

=

=

=

≈

=

=

=

=

≈

=

=

=

=

↓↑/↑↓

=

=

=

=

↓↑/↑↓

=

=

=

=

↓↑/↑↓

=

=

=

=

↓↑/↑↓

=

=

=

=

↓↓/↑↑

↓↑/↑↓

↓↓/↑↑

=

≈

↓↑/↑↓

=

=

≈

≈

↓↓/↑↑


Escenario 6

Escenario 7

Escenario 8

Escenario 9

Escenario 10

=

≈

↓↑/↑↓

≈

≈

=

≈

↓↓/↑↑

≈

≈

=

=

=

↓↑/↑↓

≈

=

=

=

↓↓/↑↑

≈

=

=

=

=

↓↑/↑↓

=

=

=

≈

↓↓/↑↑

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

≈

≈

≈

≈

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑


Escenario 11

Escenario 12

Escenario 13

Escenario 14

Escenario 15

↓↓/↑↑

↓↑/↑↓

↓↑/↑↓

↓↑/↑↓

↑↓

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↑/↑↓

↓↑/↑↓

=

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

=

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↑/↑↓

=

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

=

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

=

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

=

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

↓↓/↑↑

=

↓↓/↑↑

↓↑/↑↓

↓↑/↑↓

↓↑/↑↓

≈

100




Escenario 16

Escenario 17

Escenario 18

Escenario 19

Escenario 20

≈

=

=

=

↓↓/↑↑

≈

=

=

≈

↓↑/↑↓

↑↓

≈

=

≈

↓↓/↑↑

↑↑

≈

=

≈

↓↑/↑↓

=

↑↓

=

=

=

=

↑↑

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

≈

≈

=

=

=

≈


Escenario 21

Escenario 22

Escenario 23

≈

↓↓/↑↑

≈

=

↓↑/↑↓

≈

≈

↓↓/↑↑

↓↑/↑↓

≈

↓↑/↑↓

↓↓/↑↑

≈

↓↓/↑↑

↓↑/↑↓

↓↑/↑↓

↓↑/↑↓

≈

=

=

↓↑/↑↓

=

=

↓↓/↑↑

=

=

↓↓/↑↑

≈

≈

≈

Tabla 6.5.- Evolución de las variables en c ada escenario.

Con la ayuda de esta tabla y los escenarios anteriormente creados evaluamos la influencia de cada una de las variables o especificaciones modificadas. 1. Temperatura de la corriente Alimentación Torre. La variación de esta variable solamente influye en el calor introducido con la alimentación (Q-Alimentación), ya que hemos definido unas temperaturas a lo largo de la torre cuando la instalamos y la alimentación debe entrar en unas condiciones adecuadas para estas temperaturas definidas. La corriente de calor sirve para acondicionar la alimentación a las condiciones de la torre, podríamos aumentar la temperatura para obtener un ahorro energético, pero dicho ahorro será gastado en subir la temperatura del crudo en el horno, por lo cual esta variable no conviene manipular, ya que no produce un beneficio neto de la instalación y porque aumentar la temperatura por encima de los 650ºF podría ocasionarme problemas, exceso de vapor en la alimentación o fenómenos de cracking térmico.

101



2. Presión de la corriente Alimentación Torre. Como ocurre con la variable anterior también hemos definido la presión a lo largo de la columna y es de nuevo la corriente calor a la entrada la que acondiciona la corriente de alimentación de crudo en la entrada de la torre. Una disminución de la presión hace que aumente la fase vapor de la corriente y como consecuencia la necesidad de calor son menores, con lo cual tendríamos un ahorro energético. Este ahorro debería ser empleado en equipos de reducción de presión y puede llegar a no ser rentable, por lo cual esta variable no es idónea de manipular. 3. Presión de la corriente Vapor Fondo. El objetivo de esta corriente es el arrastre de los componentes ligeros a lo largo de la torre y especialmente la eliminación de estos de la corriente Residuo, para ello necesitamos vapor a alta presión. Observamos que la variación de esta variable no influye y tomaremos el valor de 150 psia porque es un valor que nos asegura el arrastre a lo largo de toda la columna y es el normalmente utilizado en plantas de este tipo. Un valor mayor de esta variable me produciría un mayor gasto en la generación de este vapor y valores inferiores puede causarme que al final de la torre no realice las funciones para las que es introducido. 4. Temperatura de la corriente Vapor Fondo. La temperatura de esta corriente debe ser tal que me garantice la entrada de la corriente, a la presión definida, en fase gas. A la presión que tenemos, bajar la temperatura por debajo de 375ºF hace que la corriente entre en estado liquido con lo cual no realiza sus funciones de arrastrar los componentes ligeros. Aumentar la temperatura me supone un gasto en calentar más la corriente y no produce ningún beneficio notable en la columna. Por tanto la temperatura de esta corriente no será manipulada para conseguir los objetivos. 5. Caudal de la corriente Vapor Fondo. La variación de esta variable nos influye a lo largo de la torre, influyendo en mayor medida a las corrientes más próximas a ella. Tenemos una temperatura de 653ºF en el 10% de la TBP de la corriente Residuo, el cual es un valor aceptable, bajar este valor significaría aumentar la composición de ligeros en la corriente, algo que no es deseable. Lo que se intenta conseguir es la menor proporción de ligeros en la corriente Residuo y mayor valor de caudal de esta corriente empleado menor porcentaje en ligeros. Por lo tanto la opción sería aumentar el caudal de la corriente Vapor Fondo y esto también conlleva a disminuir la composición de pesados y aumentar la composición de ligeros en las corrientes de extracción superiores al arrastrar más ligeros del fondo de la columna. El primero de los efectos es deseable pero el segundo no. Igual ocurre con las necesidades de calor, disminuye en la entrada del crudo y aumenta en el condensador al llegar componentes más pesados al final de la torre. Visto todo esto cabe concluir que esta variable solo debería ser manipulada si tuviéramos más ligeros de los deseados en la corriente residuo.

102



6. Presión de la corriente Vapor Keroseno. La función de esta corriente es la eliminación de los compuestos ligeros de la extracción de Kerosenos y al igual que ocurre con la variable 3 (presión corriente Vapor Fondo) no produce ningún efecto su manipulación. El valor de la variable será el actual (50 psia) que me asegura el arrastre en fase vapor a lo largo del stripper. 7. Temperatura de la corriente Vapor Keroseno. La temperatura de esta corriente es de 300ºF y bajar de esta a la presión definida hace que aparezca fase liquida en la corriente. La manipulación de esta variable no produce ningún cabio y por lo tanto su valor será el actual, ya que aumentarlo supondría un gasto energético. Como ocurre con estas dos últimas variables pasara también con las variables presión y temperatura de las corrientes Vapor Diesel Ligero y Vapor Diesel Pesado, por lo tanto no es necesario analizar su evolución. 8. Caudal de la corriente Vapor Keroseno. La función des esta corriente es la eliminación de los ligeros de la corriente Keroseno. Aumentar el caudal de esta corriente supone una mayor eliminación de los compuestos ligeros, que serán arrastrados y extraídos con la corriente Nafta. Observamos que la variable no influye en la fracción pesada del keroseno, que es la que queremos reducir, ya que la fracción de ligeros es aceptable y además me provoca un mayor consumo energético en el condensador, por lo cual esta variable no será manipulada. 9. Caudal de la corriente Vapor Diesel Ligero. La corriente Vapor Diesel Ligero es usada para arrastras los ligeros de la corriente Diesel Ligero. La disminución de este caudal aunque provoca un beneficio en el ahorro energético del condensador, perjudica aumentando la composición de pesados de la corriente Keroseno y la composición de ligeros de la corriente Diesel Ligero, ambos contrarias al objetivo a conseguir. Esta variable podrá ser manipulada, pero siempre aumentándose su valor, en el ajuste de la torre para conseguir eliminar pesados del Keroseno y ligeros del Diesel Ligero. 10. Caudal de la corriente Vapor Diesel Pesado. Esta corriente es usada para arrastrar los ligeros del Diesel Pesado y al igual que ocurre con la variable anterior, la manipulación de esta provoca los mismos efectos, por lo tanto esta variable también podrá ser manipulada (aumentándose) para conseguir el ajuste de la columna que perseguimos, eliminar pesados del Diesel Ligero y pesados del Diesel Pesado. 11. Caudales de las corrientes Nafta, Keroseno, Diesel Ligero y Diesel Pesado. La variación de los caudales de estas corrientes provoca evoluciones dispares de las variables a lo largo de toda la columna y no se podría realizar un buen ajuste de la torre variando uno de ellos ya que influye positiva y negativamente en todas las corrientes. El objetivo a seguir es la obtención de los productos en su rango de ebullición deseado y no una 103



maximización de unos de los productos, por lo tanto decir que estas variables solo deberían manipularse en caso de que queramos la obtención máxima de algunos de los productos, como no es nuestro caso, los caudales serán los establecidos por Hysys al principio de la simulación. 12. Número de platos de los strippers laterales. Los strippers son equipos instalados para poner en contacto las corrientes vapor (Vapor Keroseno, Vapor Diesel Ligero y Vapor Diesel Pesado), en contracorriente, con las extracciones laterales para arrastrar los ligeros de las corrientes de producto (Keroseno, Diesel Ligero y Diesel Pesado). Los strippers empleados en refinería suelen tener de 3 a 6 platos como ya se ha dicho anteriormente. Manipulando estos valores observamos que cada stripper produce dos efectos en el sistema: baja el nivel de ligeros de la corriente producto y disminuye el porcentaje de pesados de la corriente producto superior a la de ese stripper, ambos efectos deseables para el mejor ajuste de la columna. Hemos considerado que la composición de ligeros de la corriente Keroseno es aceptable, pero no es el caso de las otras dos corrientes producto (Diesel Ligero y Diesel Pesado) por lo tanto será cambiado su número de platos de los dos strippers de 3 a 6 platos. 13. Caudales de los Pump Around. Los pump arounds son sistemas que extraen una parte del caudal que tiene el plato y la hace pasar por un intercambiador y lo devuelve a la torre un plato superior a la extracción y sirve para asegurar el reflujo a lo largo de la columna. Observamos que la variación de estos caudales no tiene ninguna variación significativa sobre el sistema, así pues no serán manipulados para el ajuste de la columna y aunque un menor caudal provocaría un menor coste de instalación podríamos no tener el reflujo suficiente en la columna, algo que es totalmente indeseable. 14. Calor extraído de los Pump Arounds. Del calor extraído en los pump arounds va a depender la fase liquida mandada de vuelta a la torre. Al disminuir este valor (aumentamos el calor extraído) enviamos mayor parte liquida a la torre con lo cual pondremos mas fase liquida en contacto con el gas de arrastre. El efecto práctico de esta variable es que al disminuir el calor extraído el liquido mandado de vuelta es menor, favoreciendo el paso del gas a través de él, lo cual favorece al arrastre de ligeros y ayuda a que los pesados sigan su camino hacia el fondo de la columna. Concluyendo, disminuir el calor extraído favorece la eliminación de compuestos ligeros y compuestos pesados de las corrientes de los productos, pero debemos tener cuidada porque una excesiva reducción de este calor podría provocar la falta de reflujo en algún punto de la torre. 15. Especificación Overflash. Overflash es una especificación añadida a la columna para hacer que los grados de libertad sean 0 y hacer converger la planta. La especificaron indica el reflujo del plato justo superior a la alimentación de la torre, bibliográficamente este valor debe estar entre el 3 y el 5% 104



del caudal de alimentación de la columna. Manipulando la variable observamos que a mayor reflujo menor cantidad de ligeros y pesados en las corrientes de los productos, con lo cual trabajaremos al mayor reflujo posible según la bibliografía tratada, 5000 barril/día.

6.3.- SIMULACIÓN DINÁMICA. Una vez que hemos dejado integrar el sistema durante unos minutos y hemos alcanzado el régimen permanente, el siguiente paso es analizar los resultados. Observamos que en la parte inferior derecha de la pantalla nos aparece un mensaje que nos indica que puede haber un problema en el balance de materia y energía del pump around 1. Si nos fijamos en el intercambiador de éste observamos que devuelve la corriente a -200 ºC, que es una temperatura muy dispar en relación a la temperatura del plato al que regresa. Para solucionar este problema lo que hacemos es disminuir el calor extraído en el intercambiador hasta 6.5*10 7 kJ/h. Realizando el cambio y volviendo a integrar la planta observamos un nuevo problema y es la falta de reflujo en la parte inferior de la columna. Para solucionar este problema es necesario aumentar el calor extraído de los pump around 2 y 3. Los nuevos valores de estos calores serán 3*10 7 y 3.5*107 kJ/h respectivamente. Una vez realizado estos cambios y dejado alcanzar el régimen permanente a la planta podemos observar la distribución de presión, temperatura y caudal a lo largo de la columna y debemos observar que esta distribución sea coherente con los objetivos a cumplir.

105



Etapa Presión [kPa] Temperatura [C] Líquido [kgmole/h] 0 135,8 47,7 0,000 1 197,9 112,5 2724,613 2 198,8 144,1 1603,267 3 199,7 160,7 1628,113 4 200,7 168,7 1602,853 5 201,6 173,9 1561,594 6 202,5 178,3 1505,430 7 203,5 182,8 1430,259 8 204,4 188,1 1335,656 9 205,4 194,9 1014,820 10 206,3 202,7 941,002 11 207,2 209,3 891,057 12 208,2 214,6 853,108 13 209,1 218,7 817,427 14 210,0 222,3 777,120 15 211,0 225,8 725,953 16 211,9 230,0 1582,802 17 212,8 242,9 695,186 18 213,8 254,3 627,383 19 214,7 262,3 555,835 20 215,6 269,1 480,100 21 216,6 275,9 1166,468 22 217,5 290,6 289,632 23 218,4 306,5 229,238 24 219,4 313,9 194,177 25 220,3 317,6 168,904 26 221,2 320,1 141,533 27 222,2 322,5 73,552 28 223,1 328,6 685,055 29 224,0 322,1 589,249

Vapor [kgmole/h] 0,000 2128,677 3357,692 3731,944 3756,790 3731,529 3690,270 3634,107 3558,936 3333,884 3237,475 3163,656 3113,711 3075,762 3040,082 2999,774 2948,608 2657,735 2691,636 2623,832 2552,284 2476,549 2103,235 2079,285 2018,892 1983,830 1958,557 1931,186 1863,205 473,486

Tabla 6.6.- Distribución presión, caudal y temperatura de la columna.

Lo siguiente a observar seria la distribución de los componentes en las corrientes productos que se refleja en la siguiente tabla. Podemos observar que hay al menos una pequeña parte (aunque sean trazas) de la mayoría de los compuestos en todas las corrientes, pero es destacable que los componentes que tienen mayor composición son los compuestos que tienen temperatura de ebullición en ese rango. En el caso del agua, en la simulación estática no sacábamos nada de hidrocarburos por esta corriente, pero al pasar al modelo dinámico sacamos trazas y esto es simplemente un causa de pasar al modelo dinámico y con ello acercarnos a la realidad.

106

Hysys. Destilación Atmosférica de crudo Petrolífero. Nombre Comp Mole Frac (H2O) Comp Mole Frac (Propane) Comp Mole Frac (i-Butane) Comp Mole Frac (n-Butane) Comp Mole Frac (i-Pentane) Comp Mole Frac (n-Pentane) Comp Mole Frac (NBP[0]113*) Comp Mole Frac (NBP[0]135*) Comp Mole Frac (NBP[0]160*) Comp Mole Frac (NBP[0]187*) Comp Mole Frac (NBP[0]208*) Comp Mole Frac (NBP[0]234*) Comp Mole Frac (NBP[0]262*) Comp Mole Frac (NBP[0]285*) Comp Mole Frac (NBP[0]310*) Comp Mole Frac (NBP[0]336*) Comp Mole Frac (NBP[0]361*) Comp Mole Frac (NBP[0]386*) Comp Mole Frac (NBP[0]411*) Comp Mole Frac (NBP[0]436*) Comp Mole Frac (NBP[0]462*) Comp Mole Frac (NBP[0]487*) Comp Mole Frac (NBP[0]512*) Comp Mole Frac (NBP[0]537*) Comp Mole Frac (NBP[0]562*) Comp Mole Frac (NBP[0]587*) Comp Mole Frac (NBP[0]612*) Comp Mole Frac (NBP[0]637*) Comp Mole Frac (NBP[0]662*) Comp Mole Frac (NBP[0]688*) Comp Mole Frac (NBP[0]713*) Comp Mole Frac (NBP[0]738*) Comp Mole Frac (NBP[0]763*) Comp Mole Frac (NBP[0]788*) Comp Mole Frac (NBP[0]824*) Comp Mole Frac (NBP[0]875*) Comp Mole Frac (NBP[0]925*) Comp Mole Frac (NBP[0]975*) Comp Mole Frac (NBP[0]1023*) Comp Mole Frac (NBP[0]1077*) Comp Mole Frac (NBP[0]1125*) Comp Mole Frac (NBP[0]1175*) Comp Mole Frac (NBP[0]1251*) Comp Mole Frac (NBP[0]1356*)

Off Gas 9,12E-02 2,47E-01 6,81E-02 2,74E-01 8,39E-02 8,30E-02 3,54E-02 4,10E-02 2,59E-02 1,98E-02 1,55E-02 6,33E-03 4,24E-03 2,46E-03 1,03E-03 4,57E-04 2,22E-04 9,58E-05 2,06E-05 9,21E-07 2,23E-08 4,20E-10 4,48E-12 1,20E-14 1,22E-17 7,69E-21 3,12E-24 7,13E-28 8,41E-32 6,19E-36 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

Nafta 1,43E-03 2,23E-02 1,41E-02 7,77E-02 5,47E-02 6,96E-02 3,97E-02 6,66E-02 6,62E-02 8,34E-02 9,89E-02 6,70E-02 8,11E-02 7,53E-02 5,49E-02 4,37E-02 3,82E-02 3,12E-02 1,27E-02 1,10E-03 5,30E-05 2,02E-06 4,44E-08 2,53E-10 5,57E-13 7,81E-16 7,21E-19 3,81E-22 1,07E-25 1,91E-29 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

Agua 1,00E+00 3,61E-12 4,97E-15 3,19E-14 3,68E-17 4,12E-17 2,94E-18 5,37E-19 6,77E-20 9,50E-21 1,51E-21 3,73E-23 5,72E-25 1,37E-25 6,94E-27 8,40E-29 5,72E-31 2,86E-33 5,02E-36 1,37E-39 2,06E-43 3,27E-47 3,48E-51 7,44E-56 5,51E-61 2,36E-66 6,82E-72 1,14E-77 7,61E-84 2,04E-90 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

Miguel Ángel García Gallego Residuo 9,93E-03 6,75E-06 7,17E-06 4,56E-05 5,62E-05 7,72E-05 5,76E-05 1,18E-04 1,50E-04 2,52E-04 3,80E-04 3,47E-04 5,97E-04 7,26E-04 7,34E-04 8,29E-04 1,06E-03 1,40E-03 1,90E-03 2,65E-03 3,91E-03 5,74E-03 8,12E-03 1,12E-02 1,55E-02 2,15E-02 2,96E-02 3,85E-02 4,68E-02 5,34E-02 5,71E-02 5,73E-02 5,47E-02 5,08E-02 8,47E-02 6,70E-02 5,70E-02 5,01E-02 3,97E-02 4,11E-02 3,59E-02 3,27E-02 6,16E-02 5,48E-02

Diesel L. 1,21E-02 6,26E-16 6,92E-15 9,46E-14 1,30E-12 2,94E-12 6,15E-12 3,26E-11 1,32E-10 8,19E-10 3,75E-09 1,30E-08 1,07E-07 4,43E-07 1,88E-06 9,27E-06 4,93E-05 2,67E-04 1,29E-03 5,24E-03 1,79E-02 5,36E-02 1,45E-01 2,24E-01 2,14E-01 1,69E-01 1,03E-01 4,08E-02 1,05E-02 2,05E-03 3,38E-04 4,87E-05 6,66E-06 8,22E-07 6,75E-08 3,45E-10 2,84E-13 9,03E-17 2,92E-20 4,62E-24 1,32E-27 0,000 0,000 0,000

Diesel P. 1,11E-02 3,03E-16 2,02E-15 2,29E-14 1,91E-13 3,67E-13 6,56E-13 2,77E-12 8,53E-12 3,93E-11 1,41E-10 3,63E-10 2,11E-09 6,82E-09 2,18E-08 8,12E-08 3,41E-07 1,57E-06 7,41E-06 3,65E-05 1,87E-04 8,89E-04 3,55E-03 1,15E-02 3,03E-02 6,68E-02 1,21E-01 1,62E-01 1,63E-01 1,38E-01 1,05E-01 7,40E-02 4,90E-02 3,08E-02 2,69E-02 4,16E-03 1,06E-04 1,15E-06 1,11E-08 7,64E-11 6,68E-13 0,000 0,000 0,000

Keroseno 9,56E-03 2,58E-08 9,42E-08 9,16E-07 3,87E-06 7,12E-06 8,59E-06 2,86E-05 6,48E-05 2,02E-04 5,01E-04 7,93E-04 2,42E-03 4,35E-03 6,50E-03 1,03E-02 1,87E-02 4,66E-02 1,51E-01 2,16E-01 2,18E-01 1,92E-01 1,05E-01 1,69E-02 1,16E-03 5,71E-05 2,04E-06 4,51E-08 6,02E-10 5,73E-12 4,21E-14 2,45E-16 1,38E-18 6,21E-21 4,06E-24 1,94E-29 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

Tabla 6.7.- Composición de las corrientes de los productos. 107



Observamos también las condiciones de las corrientes en la siguiente tabla.

Vapor Alimentación Off Gas Nafta Fondo Torre Fracción Vapor 1,000 0,698 1,000 0,000 Temperatura [C] 190,6 343,3 50,4 50,4 Presión [kPa] 252,1 250,4 135,8 135,8 Caudal Molar [kgmole/h] 377,68 2001,22 5,00 990,76 Caudal Másico [kg/h] 6803,96 565585,32 304,39 120700,53 Caudal Volumétrico [m3/h] 6,82 662,45 0,50 168,52 Calor [kJ/h] -8,924E+07 -6,980E+08 -7,205E+05 -2,541E+08 Vapor Vapor Diesel Diesel Nombre Diesel L. Diesel P. Ligero Pesado Fracción Vapor 1,000 1,000 0,002 0,002 Temperatura [C] 148,9 148,9 199,1 255,0 Presión [kPa] 249,2 255,4 212,8 217,5 Caudal Molar [kgmole/h] 377,68 377,68 144,46 159,26 Caudal Másico [kg/h] 6803,96 6803,96 41722,13 58291,14 Caudal Volumétrico [m3/h] 6,82 6,82 49,69 66,23 Calor [kJ/h] -8,979E+07 -8,979E+07 -7,173E+07 -9,178E+07 Nombre

Agua

Residuo

0,000 50,4 135,8 1197,40 21571,19 21,61 -3,404E+08 Vapor Keroseno 1,000 148,9 221,5 75,54 1360,79 1,36 -1,796E+07

0,002 324,4 224,0 555,78 307390,07 331,33 -4,190E+08

Keroseno 0,001 189,2 205,4 158,26 37385,96 46,38 -6,493E+07

Tabla 6.8.- Condiciones de las corrientes de la planta.

En este punto sería importante recordar los intervalos de temperaturas de los diferentes cortes de nuestro crudo.


TBI (ºC) 36,1 70,0 180,0 240,0 290,0 340,0 370,0

TBF (ºC) 70,0 180,0 240,0 290,0 340,0 370,0 763,9

% Vol 0,069 0,161 0,069 0,074 0,097 0,070 0,459

Tabla 6.9.- Rango de temperaturas de los diferentes cortes.

Como ya hemos dicho anteriormente lo más importante en la torre de destilación es el rendimiento en las corrientes de productos y este rendimiento se refleja en la composición de ligeros y pesados en dichas corrientes, a menor composición de ellos mejor rendimiento. Para ver si el rendimiento de la planta es bueno deberemos ver las curvas TBP de las corrientes de los productos (Nafta, Keroseno, Diesel Ligero, Diesel Pesado y Residuo) y analizarlas. Para poder ver las curvas TBP deberemos crear la utilidad para ello como hicimos en el apartado anterior.

108



La curva TBP de la corriente Nafta debe estar entre la temperatura inicial de ebullición y 180ºC. En esta corriente no me preocupan los ligeros, todo lo contrario, quiero que todos los ligeros existentes salga por esta corriente. Nos tenemos que fijar en la composición de pesados y si observamos la gráfica siguiente podemos ver que tenemos en torno a un 10 % de componentes pesados, es un buen rendimiento pero es mejorable.

Figura 6.14.- Curva TBP de la corriente Nafta.

El Keroseno debe estar comprendido entre 180 y 240ºC si observamos su gráfica TBP podemos observar que tenemos en torno al 5% de compuestos ligeros que deberían salir con la corriente de Nafta y en torno al 20% de compuestos pesados que deberían salir por corrientes más debajo de la del Keroseno.

Figura 6.15.- Curva TBP de la corriente Keroseno. 109



La curva TBP de la corriente Diesel Ligero debe estar comprendida entre 240 y 310ºC y si observamos la figura siguiente podemos ver que cumple en el rango inferior pero no el superior y tenemos en torno al 30% de compuestos pesados que deberían salir por la corriente de Diesel Pesado.

Figura 6.16.- Curva TBP de la corriente Diesel Ligero.

La corriente Diesel Pesado debe estar comprendida entre 310 y 370ºC. Si observamos la curva TBP vemos que la corriente tiene en torno al 5% de compuestos ligeros y en torno al 25% de compuestos pesados que deberían salir con la corriente Residuo.

Figura 6.17.- Curva TBP de la corriente Diesel P esado. 110



Por ultimo nos queda por visualizar la TBP de la corriente Residuo en la que no tendremos problemas con los compuestos pesados y si deberemos procurar que por esta corriente salgan todos los compuestos que tengan una temperatura de ebullición suprior a los 370ºC.Obsevamos que tenemos en torno al 15% de compuestos ligeros que deberían salir por corrientes superiores.

Figura 6.8.- Curva TBP de la corriente Residuo.

Comparando estos resultados con los obtenidos en la simulación estacionario deducimos que estos resultados son peores a los anteriores. Parte de este empeoramiento es por la modificaciones en los calores de los pump around, pero lo que más influye es el paso a modelo dinámico ya que este paso acerca el modelo a la realidad y no es tan perfecto como en un modelo estacionario. Para mejorar el modelo dinámico debes eliminar los compuestos ligeros y pesados que puedan contener las corrientes de los productos. El mayor problema radica en la composición de ligeros de la corriente Nafta y la composición de pesados y ligeros de la corriente Keroseno. El primero es debido a que la corriente Nafta va dirigida a otro proceso en que no admite carga mucho más pesada de la admisible y deberíamos eliminar estos compuestos. También es necesario eliminar los compuestos pesados y ligeros de la corriente Keroseno porque este es un producto que se vende tal y como sale de la columna o solamente realizándole algún hidrotratamiento. En las demás corrientes no es necesario obtener un buen ajuste, aunque si es bueno, en cuanto a pesados y ligeros se refiere. Las corrientes de Diesel, tanto la de Ligero como la de Pesados, son corrientes que van a procesos posteriores para sus ajustes y pueden ser eliminados allí sus excesos de ligeros y pesados. La corriente Diesel Pesado es muy habitual que contenga bastante compuestos pesados, incluso hay refinerías que evitan sacar esta corriente de la destilación atmosférica y lo envían directamente a Residuo para la destilación a 111



vacío. En cuanto a los ligeros de la corriente Residuo es bueno eliminarlo para mejorar la producción de los productos superiores, pero no es contraproducente si no se eliminan, ya que estos serian separados en la destilación a vacío. En la simulación dinámica debemos analizar los controladores instalados en el sistema. Hemos instalados 4 controladores de caudal y un controlador de nivel, todos ellos ha evolucionado correctamente hasta el set point marcado. El set point marcado ha sido el valor de la corriente que obteníamos en el régimen estacionario. Debemos observar si estos controladores evolucionan bien si cambiamos el set point o si se produce alguna perturbación en el sistema. En el controlador de nivel, Cond LC, damos dos saltos en el set point que se reflejan en las graficas siguientes, el primero desde el 50% hasta 45% y el segundo desde 45% hasta 55%.

Figura 6.9 y 6.10.- Gráficas de evolución del set point del c ontrolador Cond LC.

112



La modificaciones de este controlador influye sobre el controlador Off Gas FC debido a que están relacionados y si observamos la línea azul de la gráfica, valor de apertura de la válvula de la variable manipulada, vemos que aun sigue evolucionando debido a que el controlador de caudal no ha alcanzado el régimen permanente. El controlador de nivel hace un buen seguimiento de la señal y si quisiéramos ajustarlo mejor variando los valores de su característica estática (Kc y Ti) observaríamos que el sistema se vuelve inestable. Al aumentar Kc aumenta la oscilación hasta alcanzar el régimen permanente y por lo tanto aumenta el tiempo en alcanzarlo, y si bajamos Kc no oscilaría pero tarda más tiempo en alcanzar el régimen permanente. En la siguiente tabla se reflejan los cambios realizados en los demás controladores.

Controlador SP inicial Off Gas FC 5 kgmol/h Keroseno FC 46,31 m 3/h Diesel Ligero FC 49,57 m 3/h Diesel Pesado FC 66,07 m 3/h

SP 1 3 kgmol/h 50 m3/h 45 m3/h 70 m3/h

SP2 7 kgmol/h 40 m3/h 55 m3/h 60 m3/h

Tabla 6.10.- Tabla de cambios del set point en los c ontroladores.

En las siguientes figuras se pueden ver la evolución de los controladores frente a estos cambios realizados.

113



Figura 6.11 y 6.12.- Gráficas de evolución del set point del c ontrolador Off Gas FC.

Figura 6.13.- Gráfica de evolución del set point del c ontrolador Keroseno FC.

Figura 6.14.- Gráfica de evolución del set point del controlador Diesel Ligero FC. 114



Figura 6.15.- Gráfica de evolución del set point del controlador Diesel P esado FC.

En las gráficas la línea roja representa el valor del set point marcado, la línea verde representa la evolución de la variable a controlar hasta alcanzar el valor del set point marcado y la línea azul representa la evolución de la apertura de la válvula de la variable manipulada para controlar la primera. Observamos que todos los controladores evolucionan bien antes los cambios y que todos alcanzan el régimen permanente sin error exceptuando el controlador Off Gas que oscila en torno al set point, esto es debido a que la corriente Off Gas es muy oscilante debido a que esta corriente se obtiene del gas que está en equilibrio con el liquido en el condensador, y este gas varia debido a la entrada y salida constante de caudal del equipo.

115



ANEXOS. Anexo I. Libro de crudo del Arabia Ligero. Anexo II. Banco de datos de crudos. Anexo III. Clasificación de crudos. Anexo IV. Obtención de datos. Anexo V. Tutorial de refino.

117



118



ANEXO I. Libro de crudo del Arabia Ligero.

CRUDO ARABIA LIGERO MUESTRA TOMADA A LA DESCARGA DEL B/T…..

Hoja 1

Fecha 05 de mayo de 1989 PROPIEDAD Densidad relativa 15,5/15,5ºC ºAPI Azufre Presión de vapor Reid Punto de vertido Viscosidad a 20ºC Viscosidad a 40ºC Residuo carbonoso Sulfhídrico disuelto Sulfhídrico evolucionado a 340ºC Nitrógeno Vanadio Níquel Número de Neutralización Agua por destilación Hidrocarburos C1-C4 C2 C3 i C4 n C4 i C5 n C5

UNIDAD

% peso psig ºC cSt cSt % peso ppm ppm ppm ppm ppm mgKOH/gr % vol % peso

NORMA ASTM D 1298 ASTM D 1298 ASTM D 4294 ASTM D 5191 ASTM D 97 ASTM D 445 ASTM D 445 ASTM D 4530 REPSOL REPSOL Quimiluminiscencia ASTM D 1548 Abs. Atómica ASTM D 664 ASTM D 4006 Cromat. Gases 0,02 0,18 0,13 0,7 0,6 1,15

CRUDO 0,8632 32,42 1,8 3,5 -21 11,6 6,7 4,48 6 70 20 5,5 0,08 menor a 0,1

119



CRUDO ARABIA LIGERO CURVA TBP

Hoja 2

Curva TBP Temperatura, ºC 15

% vol 1,49

65

5,79

77

6,39

105

9,93

132

14,17

155 160

18,43 19,82

190

24,83

213

29,39

216

29,96

240

34,19

261 284

38,58 42,97

299

45,67

325

49,98

335

52,42

355

54,86

370 412

59,51 64,11

427

66,38

445

69,77

468

73,17

494

76,56

520

79,95

538

82,73

565

85,48

RECOMPOSICION CURVA TBP Fracción, ºC

% vol

% peso

C5-77 77-105

4,8 3,54

3,59 2,89

105-160

9,89

8,57

160-190

5,01

4,52

190-216

5,13

4,69

216-240

4,23

3,94

240-299 299-335

11,84 6,75

11,08 6,71

335-370

7,08

7,26

370-427

6,87

7,13

427-565

19,1

20,82

565+

14,83

17,77

370+

40,8

45,72

538+

17,58

20,83

LPG

120



CRUDO ARABIA LIGERO NAFTAS

PROPIEDAD Rendimiento s/crudo Rendimiento s/crudo Densidad relativa 15,5/15,5ºC ºAPI Azufre mercaptano Azufre total Análisis PIONA i-Parafinas n-Parafinas Naftenos Aromáticos Total olefinas Polinaftenos Superior 299ºC Numero de octano Research Numero de octano Motor Número de neutralización Presión de vapor Reid Destilación P. Inicial 5 % vol 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 P.Final

UNIDAD

NORMA

% vol % peso

ppm % peso % vol

mgKOH/g psig ºC

ASTM D 1298 ASTM D 1298 UOP 163 ASTM D 2622 Crom. PIONA

ASTM D 2699 ASTM D 2700 ASTM D 947 ASTM D 5191 ASTM D 86

Hoja 3

INTERVALO ºC C5-77 77-105 105-160 4,8 3,54 9,89 3,59 2,89 8,57 0,6456 87,68 66 0,006

0,7047 69,29 81 0,01

0,748 57,67 96 0,028

41,02 50,41 7,36 0,92 0,29

34,67 42,27 17,62 4,96 0,48

36,29 32,73 17,96 12,21 0,74 0,02 0,05

0,01 4,6

0,02 1,5

0,02 0,5

34 39 41 43 46 48 50 53 57 61 67 71 75

75 81 83 85 86 87 89 91 93 95 98 100 108

108 117 120 123 125 128 130 133 137 141 147 153 157

121



CRUDO ARABIA LIGERO KEROSENOS

PROPIEDAD

UNIDAD

Rendimiento s/crudo Rendimiento s/crudo

% vol % peso

Densidad relativa 15,5/15,5ºC ºAPI Azufre mercaptano Azufre total Análisis PIONA i-Parafinas n-Parafinas Naftenos Aromáticos Total olefinas Polinaftenos Superiores a 200ºC Monoaromáticos Diaromárticos Poliaromáticos Aromáticos totales Aromáticos (FIA) Punto de cristalización Punto de humo Viscosidad a 40ºC Viscosidad a 50ºC Numero de neutralización Presión de vapor Reid Índice de cetano Punto de anilina Destilación P. Inicial 5 % vol 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 P.Final

ppm % peso % vol

% peso % peso % peso % peso % vol ºC mm cSt cSt mgKOH/G psig ºC ºC

NORMA

ASTM D 1298 ASTM D 1298 UOP 163 ASTM D 2622 Crom. PIONA

IP 391 IP 391 IP 391 IP 391 ASTM D 1319 ASTM D 2386 ASTM D 1322 ASTM D 445 ASTM D 445 ASTM D 947 ASTM D 5191 ASTM D 976 ASTM D 611 ASTM D 86

Hoja 4

INTERVALO ºC 160-190 190-216 216-240 5,01 5,13 4,23 4,52 4,69 3,94 0,7788 50,19 105 0,063

0,7892 47,8 99 0,095

0,804 44,5 85 0,16

23,42 0,82 0,03 24,27 21,2 -49 28 1,17 1,03 0,03

19,18 3,66 0,08 22,92 19,2 -39 26 1,56 1,35 0,06

52,6

56,4

49,8 61,8

152 161 163 165 166 168 169 171 173 175 178 182 186

180 185 187 190 191 193 194 195 197 200 203 208 218

210 212 213 215 217 218 219 220 222 223 225 228 232

35 29,4 13,96 20,05 0 1,06 0,53 22,9 0,2 0,03 23,19 menor -60 30 0,93 0,83 0,05 0,5

122



CRUDO ARABIA LIGERO DESTILADOS MEDIOS Y PESADOS ATMOSFERICOS PROPIEDAD

UNIDAD

Rendimiento Rendimient o s/crudo Rendimiento Rendimient o s/crudo

% vol % peso

Densidad relativa relativ a 15,5/15,5ºC º API Azufre total Viscosidad a 40ºC Viscosidad a 50ºC Viscosidad a 100ºC Monoaromáticos Monoaromátic os Diaromárticos Diaromárti cos Poliaromáticos Poliaromáti cos Aromáticos totales Punto de congelación Punto de niebla POFF Índice de cetano Nitrógeno Nitrógeno básico Índice de refracción a 60ºC Residuo carbonoso Relación C/H Número de neutralización Destilación Destil ación P. Inicial 5 % vol 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 P.Final

% peso cSt cSt cSt % peso % peso % peso % peso ºC ºC ºC ppm ppm

NORMA

ASTM D 1298 ASTM D 1298 ASTM D 2622 ASTM D 445 ASTM D 445 ASTM D 445 IP 391 IP 391 IP 391 IP 391 ASTM D 97 ASTM D 2500 IP 309 ASTM D 976 Quimiluminiscencia Quimilumini scencia UOP 269 ASTM D 1747

% peso

ASTM D 4530

mgKOH/g ºC

Anal.Elemental Anal.El emental ASTM D 947 ASTM D 86

Hoja 5

INTERVALO TEMPERATURA ºC 240-299 299-335 335-370 11,48 6,75 7,09 11,08 6,71 7,26 0,8331 38,35 0,74 2,53 2,11

0,8581 33,4 1,36 4,88 3,85

0,8839 28,59 1,99 9,09

15,7 11,1 0,12 26,91 -21 -21 -23 51,1

14,5 10,7 1 26,2 0 -2 -2 51,1

0,09

0,06

2,44 13,4 10,1 4,81 28,3 12 13 12 46,1 330 59 1,4783 MENOR A 0,1 7,33 0,11

241 248 250 252 254 256 259 261 264 268 274 278 283

290 299 301 303 305 306 307 309 311 314 317 319 323

326 334 338 340 341 342 343 345 347 350 356 367 373

123



CRUDO ARABIA LIGERO DESTILADOS A VACÍO

PROPIEDAD

UNIDAD

Rendimiento Rendimient o s/crudo Rendimiento Rendimient o s/crudo

% vol % peso

Densidad relativa 15,5/15,5ºC º API Azufre total Punto de anilina Nitrógeno Nitrógeno básico Viscosidad a 40ºC Viscosidad a 50ºC Viscosidad a 100ºC Punto de congelación Punto de niebla Índice de refracción a 60ºC Residuo carbonoso Relación Relaci ón C/H Níquel Vanadio Hierro Cobre Sodio Asfaltenos Número de neutralización Destilación Destil ación a vacío P. Inicial 5 % vol 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 P.Final

NORMA

ASTM D 1298 ASTM D 1298 % peso ASTM D 2622 ºC ASTM D 611 ppm Quimiluminiscencia Quimilumini scencia ppm UOP 269 cSt ASTM D 445 cSt ASTM D 445 cSt ASTM D 445 ºC ASTM D 97 ºC ASTM D 2500 ASTM D 1747 % peso ASTM D 4530 Anal.Elemental Anal.El emental ppm Abs. Atómica ppm Abs. Atómica ppm Abs. Atómica ppm Abs. Atómica ppm Abs. Atómica % peso ASTM D 3279 mgKOH/g ASTM D 947 ºC ASTM D 1160

Hoja 6

INTERVALO TEMPERATURA ºC 370-427 427-565 6,87 19,1 7,13 20,82 0,8959

0,9409

26,44 2,19 80,6 554

18,89 2,55 82,6 1195 346 182,9 97,9 13,6 39

18,51 3,71 21 28 1,4852 0,11 menor a 0,3 menor a 0,4 menor a 0,2 menor a 0,2 menor a 0,4

1,5075 0,84

0,13

menor a 0,3 menor a 0,4 menor a 0,2 menor a 0,2 0,5 0,03 0,08

306 376 381 385 388 389 390 392 394 396 398 401 404

380 439 445 455 461 470 481 498 506 521 528 549 562

124



CRUDO ARABIA LIGERO RESIDUOS ATMOSFÉRICOS Y DE VACÍO

PROPIEDAD

Rendimiento Rendimient o s/crudo Rendimiento Rendimient o s/crudo Densidad relativa 15,5/15,5ºC º API Azufre total Viscosidad a 40ºC Viscosidad a 50ºC Viscosidad a 82,2ºC Viscosidad a 100ºC Viscosidad a 40ºC Viscosidad a 50ºC Viscosidad a 100ºC Punto de congelación Residuo carbonoso Asfaltenos Número de neutralización Níquel Vanadio Sodio Silicio Silici o Aluminio Nitrógeno Nitrógeno básico Punto de niebla Índice de refracción a 60ºC Penetración Penetraci ón Anillo y bola Índice de penetración Fraaas Ductilidad

UNIDAD

NORMA

Hoja 7

INTERVALO TEMPERATURA ºC 370+ 40,8 45,72

% vol % peso ASTM D 1298 ASTM D 1298 % peso ASTM D 2622 cSt ASTM D 445 cSt ASTM D 445 cSt ASTM D 445 cSt ASTM D 445 cp Brookfield Brookfi eld cp Brookfield Brookfi eld cp Brookfield Brookfi eld ºC ASTM D 97 % peso ASTM D 4530 % peso ASTM D 3279 mgKOH/g ASTM D 947 ppm Abs. Atómica ppm Abs. Atómica ppm Abs. A bs. Atómica ppm Abs. Atómica ppm Abs. Atómica ppm Quimiluminiscencia Quimilumini scencia ppm UOP 269 ºC ASTM D 2500 ASTM D 1747 1/10 mm ASTM D 5 ºC ASTM D 36 NLT 181 ºC IP 80 cm NLT 126

427+ 33,93 38,59

565+ 14,83 17,77

0,9673 0,9818

1,0343

14,78 3,22

12,62 3,41

468

1537

5,31 4,41

42,28

85,75

15998 3370

9 9,37 3,42 0,05 14 44 0,08

12 11,31 4,12 0,05 16 52

mayor a 51 23,78 9,59 0,14 36 112

2242 548

78 46,4 -1,06

125



CRUDO ARABIA LIGERO CROMATOGRAFÍA DE LA FRACCIÓN C5-160ºC

COMPONENTE Isobutano n-butano Isopentano n-pentano 2,2 dimetilbutano dimetilbut ano Ciclopentano 2,3 dimetilbutano dimetilbut ano 2 metilpentano metil pentano 3 metilpentano metil pentano n-hexano 2,2 dimetilpentano dimetilpent ano Metilciclopentano Metilciclopentano 2,4 dimetilpentano dimetilpent ano Benceno Ciclohexano Ciclohex ano 2metilhexano 2metilhex ano 2,3 dimetilpentano dimetilpent ano 3 metilhexano metil hexano 1,1 dimetilciclopentano dimetilci clopentano cis 1,3 dimetilciclopentano dimetilcic lopentano trans 1,3 dimetilciclopentano dimetilci clopentano 3 etilpentano trans 1,2 dimetilciclopentano dimetilci clopentano n-heptano metilciclohexano metilci clohexano dimetilhexanos dimetilhex anos etilciclopentano etilcicl opentano trimetilciclopentanos trimetilc iclopentanos Tolueno Metiletilpentano

% peso 0,02 0,53 3,85 7,99 0,05 0,44 0,49 3,59 2,61 8,63 0,05 1,49 0,22 0,62 1,1 2,34 0,81 2,89 0,09 0,32 0,34 0,24 0,58 8,63 2,12 1,51 0,05 0,51 2,57 0,37

COMPONENTE Metilheptanos Metilhept anos Dimetilciclohexano Dimetilci clohexano Trimetilciclopentanos Trimetilc iclopentanos Metiletilciclopentanos Metiletil ciclopentanos n-octano Dimetilheptanos Dimetil heptanos Trimetilhexanos Trimetil hexanos Trimetilciclohexanos Trimetilc iclohexanos Metiloctanos Metiloc tanos Propilciclopentano Propilcic lopentano Etilbenceno Etilbenc eno Etilciclohexanos Etilciclohexanos Etilmetilciclohex Etilm etilciclohexanos anos Naftenos C-9 p-xileno m-xileno o-xileno Isopropilbenceno Isopropilbenc eno Propilbenceno Propil benceno Propilciclohexano Propilcic lohexano i-nonano n-nonano Dimetiloctano Dimetil octano Etilmetilbencenos Etilm etilbencenos Metilnonano Isoparafinas Isoparafi nas C-10 Trimetilbenceno Trimetil benceno n-decano Otros sin identificar identifi car

Hoja 8

% peso 6,76 0,73 0,36 0,87 7,73 2,04 0,23 0,67 3,87 1,17 1,37 0,79 0,57 0,82 0,6 1,37 1,17 0,15 0,29 0,42 0,11 5,69 0,28 1,67 0,94 0,55 0,56 0,33 2,84

126



ANEXO II. Banco de datos de crudos. Datos globales de los crudos. CRUDO

ORIGEN

ALBA AMNA ARABIA LIGERO ARABIA MEDIO ARABIA PESADO ASHTART BACHAQUERO 17 BONNY LIGHT BONNY MEDIO BOSCAN BOURI BRASS RIVER BRENT CAÑO LIMON CASABLANCA CONDENSADO DJENO DUBAI DUC EKOFISK ES SIDER ESCALANTE FLOTTA FORCADOS FORTIES HARDING IRAN LIGERO IRAN PESADO ITSMUS KIRKUK KOLE KUWAIT MAYA ORIENTE OSSBERG OSSO CONDENSADO PENNINGTON QATAR MARINO RESIDUO E4 RESIDUO M100 ROPOMARE SAHARA BLEND SARIR SIBERIA LIGHT SOUEDIE SUEZ BLEND URAL LIGERO ZARZAITINE ZUEITINA

MAR DEL NORTE LIBIA ARABIA ARABIA ARABIA TUNEZ VENEZUELA NIGERIA NIGERIA VENEZUELA LIBIA NIGERIA MAR DEL NORTE COLOMBIA ESPAÑA ARGELIA CONGO DUBAI MAR DEL NORTE MAR DEL NORTE LIBIA ARGENTINA MAR DEL NORTE NIGERIA MAR DEL NORTE MAR DEL NORTE IRAN IRAN MEXICO IRAK CAMERUN KUWAIT MEXICO ECUADOR MAR DEL NORTE MAR DEL NORTE NIGERIA QATAR RUSIA RUSIA ITALIA ARGELIA LIBIA RUSIA SIRIA EGIPTO RUSIA ARGELIA LIBIA

Densidad kg/l 0,9388 0,8407 0,8592 0,8680 0,8839 0,8768 0,9611 0,8502 0,8967 1,0004 0,8963 0,8120 0,8339 0,8817 0,8624 0,7224 0,8930 0,8651 0,8541 0,8324 0,8450 0,9127 0,8396 0,8772 0,8290 0,9405 0,8564 0,8766 0,8592 0,8506 0,8610 0,8675 0,9252 0,8816 0,8453 0,7912 0,8540 0,8423 0,9397 0,9637 0,9751 0,8033 0,8388 0,8495 0,9175 0,8770 0,8634 0,8144 0,8222

º API 19,22 36,81 33,19 31,52 28,59 29,88 15,73 34,93 26,30 9,94 26,37 42,76 38,18 28,99 32,58 64,37 26,95 32,06 34,17 38,49 35,96 23,53 37,03 29,81 39,19 18,95 33,73 29,92 33,19 34,85 32,84 31,61 21,44 29,00 35,90 47,34 34,19 36,49 19,08 15,33 13,61 44,65 37,19 35,07 22,72 29,85 32,39 42,25 40,60

Azufre Congelación Viscosidad a 50ºC % peso ºC cSt 1,19 -30 126 0,18 18 9 1,91 -27 6 2,47 -30 9 2,64 -30 14 0,88 -12 9 2,54 277 0,14 9 3 0,20 -36 8 5,28 24 14500 1,74 12 21 0,08 9 2 0,38 0 4 0,48 3 15 0,24 0 9 0,00 -45 1 0,26 9 40 1,91 -30 6 0,25 -27 5 0,20 -12 4 0,42 3 6 0,19 3 250 1,02 -15 4 0,18 -12 7 0,34 -3 3 0,65 -30 103 1,59 -18 6 1,89 -30 9 1,28 -36 6 2,26 -21 5 0,31 -9 6 2,41 -24 9 3,17 -36 73 0,99 -1 14 0,24 -6 4 0,09 2 0,12 -15 3 1,47 -3 5 2,05 18 162 2,30 6,54 -3 1021 0,14 -0,36 3 0,15 24 15 0,65 -12 5 32,52 -33 35 1,72 3 12 1,41 -3 7 0,10 -6 3 0,30 6 3

Metales mg/Kg 47 1 16 39 56 29 363 1 1 1810 44 1 6 20 1 0,1 1 30 1 2 8 4 12 1 4 12 50 92 64 32 9 45 405 81 0 0 0 1 87 355 4 2 12 192 30 56 2 1 127



Rendimientos de destilación (% peso).

0,14

C5 77°C 0,22

77 160°C 1,52

160 240°C 5,44

240 299°C 10,29

299 335°C 7,48

335 370°C 7,15

370 538°C 31,63

370+ °C 67,76

538+ °C 36,13

AMNA ARABIA LIGERO

1,18 1,03

3,57 4,41

11,39 11,78

11,81 14,73

11,02 8,93

7,06 6,71

5,74 6,69

25,33 23,63

48,23 45,72

22,90 22,09

ARABIA MEDIO ARABIA PESADO ASHTART

1,90 1,16 0,65

5,11 3,39 2,93

10,95 9,93 11,54

12,26 12,82 13,24

9,21 7,86 9,79

5,83 5,00 6,50

5,71 6,31 6,17

22,13 22,68 26,78

49,03 53,54 49,18

26,90 30,85 22,40

BACHAQUERO 17 BONNY LIGHT

0,57 1,36

1,04 4,04

2,66 14,07

5,29 15,99

5,31 15,20

6,68 11,77

7,45 6,93

27,35 21,40

71,02 30,64

43,67 9,24

BONNY MEDIO BOSCAN BOURI

0,40 0,00 0,52

1,78 0,10 2,16

6,58 1,71 7,81

13,76 3,96 10,60

19,11 4,31 10,14

11,79 5,38 5,11

8,71 3,61 6,64

27,72 24,48 28,21

37,87 80,93 57,02

10,15 56,45 28,81

BRASS RIVER BRENT

2,81 2,62

6,72 5,37

22,51 15,76

17,54 14,20

15,91 11,67

7,80 6,90

6,12 5,78

16,53 24,13

20,59 37,70

4,06 13,58

CAÑO LIMON CASABLANCA

0,10 1,01

1,04 1,70

8,70 11,00

3,56 14,67

12,96 12,76

7,66 8,43

6,72 5,41

27,67 29,62

49,26 45,02

21,59 15,40

CONDENSADO DJENO DUBAI

4,95 1,00 1,53

26,12 1,81 4,31

36,87 6,23 12,53

20,44 8,71 13,72

11,62 9,37 9,85

6,07 7,47

5,85 6,26

25,79 25,99

60,95 44,33

35,15 18,34

DUC EKOFISK

1,92 1,58

4,94 6,29

14,82 15,55

13,41 14,52

11,79 9,82

6,96 7,12

5,54 6,95

23,17 22,05

40,62 38,17

17,45 16,12

ES SIDER ESCALANTE FLOTTA

2,01 0,15 2,94

4,75 1,47 5,56

13,02 4,55 15,27

12,62 7,40 13,89

11,99 7,13 12,02

8,32 6,51 8,89

6,07 4,73 5,51

25,25 23,49 19,07

41,22 68,06 35,92

15,97 44,57 16,85

FORCADOS FORTIES

0,07 2,71

1,88 6,65

9,39 18,22

15,55 14,00

18,77 11,53

8,49 7,23

9,12 6,03

28,02 22,95

36,73 33,63

8,71 10,68

HARDING IRAN LIGERO

0,22 1,64

0,19 4,77

0,77 13,40

5,61 13,86

12,12 9,16

7,69 7,24

8,23 5,79

34,18 24,85

65,17 44,14

30,99 19,29

IRAN PESADO ITSMUS KIRKUK

1,21 1,24 1,01

4,27 3,53 5,56

12,14 13,49 13,92

12,09 14,46 14,84

10,21 9,97 11,54

7,17 7,07 6,32

6,31 3,73 6,35

19,67 25,24 20,21

46,60 46,51 40,46

26,93 21,27 20,25

KOLE KUWAIT

1,57 2,21

3,61 4,57

14,36 11,26

14,16 12,56

12,00 7,33

6,72 6,51

5,94 4,89

22,69 24,07

41,64 50,67

18,95 26,60

MAYA ORIENTE OSSBERG

0,73 1,06 1,46

2,58 3,13 4,49

8,28 10,01 14,32

10,27 11,71 14,18

7,65 11,28 11,65

4,06 7,57 7,46

4,75 6,56 7,09

20,15 22,78 23,16

61,67 48,68 39,35

41,53 25,90 16,19

OSSO CONDENSADO PENNINGTON

6,34 0,47

10,50 3,02

24,14 13,31

15,38 20,37

13,27 22,06

5,66 8,99

4,47 5,99

15,96 21,10

20,24 25,80

4,28 4,69

QATAR MARINO RESIDUO E4

1,77 0,00

4,95 0,00

14,91 0,56

15,62 2,59

9,72 6,47

6,80 5,70

5,31 7,70

24,78 41,71

40,92 76,98

16,14 35,27

RESIDUO M100 ROPOMARE SAHARA BLEND

0,00 0,26 2,29

0,00 3,29 7,21

0,01 6,42 17,31

0,84 6,80 18,79

1,47 6,59 13,79

1,74 5,04 6,18

3,38 4,71 7,23

42,94 23,89 17,78

92,54 66,89 27,20

49,60 43,00 9,42

SARIR SIBERIA LIGHT

1,90 1,49

3,47 4,79

11,24 13,22

11,58 14,25

11,37 11,25

5,79 6,88

4,03 6,70

26,21 23,39

50,62 41,42

24,41 18,03

SOUEDIE SUEZ BLEND URAL LIGERO

0,30 1,40 1,39

3,34 3,64 3,61

8,17 10,59 11,40

8,73 11,42 12,89

7,74 10,10 11,14

5,51 7,24 4,03

5,72 5,78 5,85

23,72 23,67 26,90

60,49 49,83 49,69

36,77 26,16 22,79

ZARZAITINE ZUEITINA

2,47 1,64

6,30 4,53

17,50 17,89

14,68 17,42

11,66 12,33

7,23 7,61

6,82 5,69

20,45 17,11

33,34 32,89

12,89 15,78

CRUDO

LPG

ALBA

128



Densidades de destilados y residuos (kg/l).

ALBA

C5 77ºC 0,702

77 160ºC 0,800

160 240ºC 0,843

240 299ºC 0,871

299 335ºC 0,895

335 370ºC 0,912

370 538ºC 0,937

370+ ºC 0,971

538+ ºC 1,003

AMNA ARABIA LIGERO

0,658 0,654

0,735 0,734

0,784 0,791

0,821 0,835

0,834 0,853

0,844 0,884

0,876 0,922

0,912 0,966

0,956 1,012


0,655 0,657 0,679

0,734 0,732 0,756

0,792 0,794 0,812

0,833 0,841 0,848

0,865 0,858 0,868

0,888 0,887 0,884

0,931 0,925 0,912

0,988 0,989 0,959

1,040 1,045 1,015


0,668 0,663

0,760 0,759

0,829 8,190

0,869 0,859

0,899 0,868

0,924 0,889

0,961 0,922

1,016 0,938

1,055 1,003


0,683 0,715 0,666

0,771 0,774 0,754

0,843 0,829 8,090

0,885 0,884 0,850

0,898 0,903 0,873

0,919 0,924 0,886

0,947 0,963 0,917

0,963 1,035 0,971

1,003 1,069 1,026

BRASS RIVER BRENT

0,668 0,668

0,757 0,751

0,807 0,802

0,852 0,839

0,861 0,859

0,876 0,872

0,905 0,905

0,923 0,932

1,001 1,256


0,669 0,657

0,738 0,744

0,793 0,796

0,835 0,834

0,858 0,850

0,877 0,870

0,914 0,911

0,965 0,955

1,038 1,051


0,652 0,658 0,661

0,732 0,750 0,747

0,778 0,813 0,803

0,828 0,852 0,850

0,871 0,871

0,882 0,897

0,909 0,930

0,949 0,978

0,981 1,054

DUC EKOFISK

0,662 0,662

0,751 0,749

0,829 0,800

0,864 0,838

0,885 0,849

0,900 0,869

0,933 0,901

0,954 0,926

0,954 0,966


0,660 0,678 0,670

0,744 0,738 0,753

0,801 0,796 0,804

0,837 0,841 0,847

0,853 0,862 0,870

0,874 0,878 0,895

0,905 0,911 0,925

0,937 0,961 0,960

0,993 0,988 1,006

FORCADOS FORTIES

0,667 0,667

0,764 0,756

0,833 0,807

0,876 0,844

0,887 0,860

0,904 0,881

0,930 0,914

0,946 0,939

0,990 0,991

HARDING IRAN LIGERO

0,657 0,656

0,784 0,741

0,860 0,797

0,883 0,840

0,903 0,860

0,921 0,886

0,943 0,925

0,969 0,967

1,000 1,027


0,668 0,663 0,665

0,749 0,744 0,738

0,800 0,797 0,794

0,844 0,841 0,833

0,886 0,861 0,858

0,894 0,884 0,882

0,936 0,913 0,915

0,990 0,960 0,972

1,039 1,015 1,028

KOLE KUWAIT

0,675 0,653

0,761 0,734

0,811 0,794

0,846 0,836

0,864 0,860

0,878 0,884

0,917 0,925

0,958 0,981

1,011 1,037


0,662 0,651 0,670

0,746 0,745 0,753

0,800 0,806 0,802

0,851 0,843 0,829

0,876 0,869 0,865

0,897 0,885 0,878

0,937 0,916 0,911

1,020 0,976 0,941

1,077 1,037 0,988


0,667 0,674

0,759 0,768

0,809 0,830

0,842 0,862

0,853 0,877

0,866 0,892

0,898 0,924

0,916 0,944

1,005 0,997


0,657

0,739

0,793 0,816

0,837 0,850

0,854 0,870

0,875 0,888

0,913 0,925

0,950 0,968

1,012 1,021


0,747 0,668 0,657

0,728 0,730 0,737

0,802 0,794 0,798

0,834 0,852 0,834

0,858 0,892 0,854

0,875 0,926 0,864

0,921 0,978 0,895

0,974 1,082 0,917

1,025 1,133 0,959

SARIR SIBERIA LIGHT

0,662 0,659

0,741 0,747

0,789 0,805

0,817 0,843

0,831 0,861

0,849 0,880

0,870 0,913

0,918 0,951

0,977 1,001


0,660 0,691 0,665

0,732 0,744 0,743

0,798 0,799 0,803

0,850 0,844 0,846

0,879 0,865 0,858

0,902 0,883 0,875

0,939 0,924 0,917

1,011 0,982 0,956

1,067 1,041 1,007

ZARZAITINE ZUEITINA

0,658 0,658

0,741 0,738

0,793 0,793

0,829 0,827

0,843 0,846

0,861 0,860

0,889 0,886

0,916 0,924

0,951 0,969

CRUDO

129



Contenido en azufre de fracciones y residuos (% peso).

ALBA

160 240ºC 0,09

240 299ºC 0,25

299 335ºC 0,58

335 370ºC 0,82

370 538ºC 0,99

370+ ºC 1,56

538+ ºC 2,05

AMNA ARABIA LIGERO

0,06 0,14

0,11 0,94

0,14 1,59

0,16 2,01

0,19 2,63

0,28 3,41

0,38 4,23


0,20 0,21 0,09

0,93 1,13 0,67

1,79 1,54 0,95

2,43 2,33 1,03

2,96 2,86 1,13

4,31 4,30 1,38

5,43 5,35 1,68


0,25 0,02

0,64 0,08

1,22 0,13

1,85 0,17

2,05 0,22

3,20 0,31

3,63 0,53


0,03 2,58 0,12

0,10 3,76 0,90

0,17 4,28 1,48

0,25 4,52 1,67

0,29 4,91 1,89

0,36 5,70 2,61

0,56 6,04 3,30

BRASS RIVER BRENT

0,01 0,02

0,06 0,10

0,11 0,32

0,14 0,44

0,19 0,59

0,24 0,83

0,48 1,26


0,02 0,01

0,13 0,07

0,27 0,16

0,41 0,28

0,60 0,35

0,83 0,44

1,13 0,60


0,02 0,14 0,33

0,15 1,39

0,16 1,78

0,16 2,29

0,16 2,64

0,26 3,26

0,33 4,14

DUC EKOFISK

0,05 0,01

0,13 0,06

0,21 0,14

0,29 0,24

0,34 0,33

0,48 0,44

0,65 0,60


0,09 0,02 0,10

0,22 0,04 0,51

0,34 0,10 0,97

0,44 0,14 1,35

0,53 0,20 1,55

0,78 0,26 2,17

1,18 0,28 2,86

FORCADOS FORTIES

0,03 0,02

0,07 0,12

0,15 0,33

0,24 0,50

0,27 0,63

0,34 0,81

0,57 1,19

HARDING IRAN LIGERO

0,03 0,14

0,12 0,78

0,34 1,26

0,58 1,83

0,66 2,17

0,87 2,94

1,11 3,93


0,25 0,09 0,21

0,96 0,67 0,93

1,38 1,02 1,60

1,87 1,42 2,30

2,19 1,65 2,76

3,29 2,30 4,60

4,08 3,18 6,44

KOLE KUWAIT

0,06 0,16

0,18 0,96

0,26 1,59

0,31 2,30

0,40 2,79

0,58 4,15

0,78 5,38


0,62 0,08 0,02

1,77 0,36 0,09

2,15 0,63 0,20

2,56 0,80 0,25

2,96 1,22 0,39

4,46 1,79 0,51

5,19 2,29 0,68


0,02 0,04

0,08 0,08

0,15 0,14

0,16 0,21

0,20 0,23

0,31 0,28

0,67 0,47


0,14 0,36

0,72 0,98

1,12 1,32

1,81 1,57

2,18 1,83

2,92 2,31

4,04 2,88


0,18 0,61 0,01

0,49 2,35 0,05

0,80 3,63 0,13

1,05 4,51 0,19

1,75 6,96 0,26

2,51 8,88 0,39

3,17 9,95 0,65

SARIR SIBERIA LIGHT

0,01 0,03

0,06 0,22

0,12 0,48

0,15 0,74

0,18 0,97

0,26 1,29

0,34 1,68


0,38 0,19 0,20

1,66 1,02 0,77

2,47 1,41 1,01

2,85 1,71 1,34

3,37 2,12 1,72

5,05 2,79 2,35

6,14 3,40 3,25

ZARZAITINE ZUEITINA

0,01 0,11

0,04 0,24

0,07 0,31

0,10 0,35

0,15 0,40

0,24 0,62

0,46 0,87

CRUDO

130



Viscosidad a 100ºC de fracciones y residuos (cSt). CRUDO

370-538 ºC

370+ ºC

538+ ºC

ALBA AMNA ARABIA LIGERO ARABIA MEDIO ARABIA PESADO ASHTART BACHAQUERO 17 BONNY LIGHT

12 6 7,2 7,8 7,6 7,6 13,5 8,4

72,9 30,1 37,4 95,4 119,4 35,8 413,6 18,1

92,1 523 729 4814 5575 1300 23407 1904

BONNY MEDIO BOSCAN BOURI BRASS RIVER BRENT CAÑO LIMON CASABLANCA CONDENSADO DJENO DUBAI DUC EKOFISK ES SIDER ESCALANTE FLOTTA FORCADOS FORTIES HARDING IRAN LIGERO IRAN PESADO ITSMUS KIRKUK KOLE KUWAIT MAYA

12,4 13,8 7,5 7,7 7,6 8,5 8

28,2 1929 54,1 13,3 20,9 64,5 31,2

831 237944 2764 828 390 29037 30250

8,7 9,8 9,1 7,2 8 9,8 8,4 10 7,7 12,8 8,8 9,6 5,7 7,8 9,8 8,7 8,5

85,7 50,2 32 23,2 34,3 172 31,8 19,6 19,2 61,8 43 133,2 34,7 52,9 52,6 83,2 992,6

1605 8140 290 232 1836 372 448 471 962 2373 4563 987 1631 1741 3300 152615

ORIENTE OSSBERG OSSO CONDENSADO PENNINGTON QATAR MARINO RESIDUO E4 RESIDUO M100 ROPOMARE SAHARA BLEND SARIR SIBERIA LIGHT SOUEDIE SUEZ BLEND URAL LIGERO ZARZAITINE ZUEITINA

9,1 7,8 6,3 9 5,4 8,8 8,5 11,1 7,1 4,5 7,8 8,5 8,3 7,1 7,6 5,4

25,8

412

15 17,3 44,2 65,5 18558 17,2 32,1 29,6 247 73,8 35,5 18,3 20,2

561 462 2028 1784 202 8208 479 3223 894 179 148

131



132



ANEXO III. Clasificación de crudos.



Viscosity Gravity Constant. La constante Viscosidad Densidad viene definida por las siguientes expresiones:

                   Donde V1 y V2 son las viscosidades a 100 ºC y a 210 ºC respectivamente en Segundos Saybolt Furol. El valor de VGC da una indicación del carácter parafínico, nafténico o aromático del crudo.



Clasificación del Bureau of Mines. El “Bureau of Mines” de los EEUU aplica un sistema en función de la densidad

API de dos fracciones de destilación a diferentes temperaturas (la Nº1 de 250 a 275 ºC a 760 mm Hg y la Nº2 de 275 a 300 ºC a 40 mm de Hg) con lo que todos los crudos pueden incluirse en nueve grandes grupos y de acuerdo con la siguiente tabla.

API de la Fracción Nº1

API de la Fracción Nº2 API ≥ 30

API 29,9-20,1 API ≤ 20 API ≥ 30

API 29,9-20,1 API ≤ 20 API ≥ 30

API 29,9-20,1 API ≤ 20



Base del crudo Fracción Nº1 Parafínica Parafínica Parafínica Intermedia Intermedia Intermedia Nafténica Nafténica Nafténica

Fracción Nº1 Parafínica Intermedia Nafténica Parafínica Intermedia Intermedia Parafínica Intermedia Nafténica

Clasificación de SACHANIN. Sachanin propuso un sistema de clasificación de crudos en nueve grupos distintos en función del contenido en hidrocarburos parafínicos, nafténicos, aromáticos y en resinas y asfaltenos. Adicionalmente, cada tipo se divide en dos según que su

133



contenido en azufre es inferior a 0.5%, crudo no azufroso, o superior al 0.5%, crudo azufroso. En la siguiente tabla visualizamos los distintos grupos.

Parafinas Naftenos Aromáticos Resinas % % % %

Tipo 1 Parafínico 2 Nafténico 3 Aromático 4 Asfáltico 5 Parafínico/Nafténico 6 Parafínico/Nafténico/Aromático 7 Nafténico/Aromático 8 Nafténico/Aromático/Asfáltico 9 Asfáltico



≥ 75 ≥ 70 ≥ 50 ≥ 60

60-70 ~ > 25

≥ 20

~

~

≥ 36

≥ 36

> 25

> 25 ≥ 36

~

≥ 36

Clasificación de CREANGA. Creanga desarrollo un sistema más avanzado y que se basa en la utilización de dos series de medidas experimentales. En primer lugar, los crudos se clasifican en siete tipos básicos utilizando unos parámetros estructurales que representan los porcentajes

de átomos de carbono que forman parte de estructuras parafínicas,

núcleos nafténicos y núcleos aromáticos, definidos como %CP, %CN y %CA, respectivamente. Estos parámetros pueden calcularse fácilmente a partir de medidas experimentales, como son la densidad a 20 ºC (d), índice de refracción a 20 ºC (n) y punto de anilina (PA), por medio de las ecuaciones siguientes:

                       La clasificación principal de este método se refleja en la siguiente tabla:

1 2 3 4 5 6 7

Tipo Parafínico Parafínico/Nafténico Parafínico/Aromático Parafínico/Nafténico/Aromático Parafínico/Aromático/Nafténico Nafténico/Aromático Aromático/Nafténico

% CP % CN

% CA

% CP + % CN

% CP + % CA

≥ 72 ≥ 50 ≥ 50

≥ 90 ≥ 90

> % CA > 10 ≥ 50 > 10 > % CN < 50 > % CA < 50 > % CN ≥ 50

134



Adicionalmente y teniendo en cuenta los resultados de una serie de medidas experimentales, tales como C, contenido en parafinas solidas, r, contenido en compuestos asfálticos y resinas y contenido en azufre S se obtiene la siguiente serie de subgrupos:

Subgrupo Parafinoso % C ≥ 25 No parafinoso %C<2 Ligeramente resinoso % r < 10 Resinoso % r ≥ 10 - < 25 Asfáltico % r ≥ 25 No azufroso % S < 0,5 Azufroso % S > 9,5

135



136



ANEXO IV. Obtención de datos. Aspen Hysys necesita una serie de datos mínimos para poder simular correctamente que describimos a continuación como obtenerlos a partir de los datos que tenemos. Nuestro crudo a tratar es un Arabia ligero con una gravedad API de 33.9 y de los datos iniciales de los que disponemos es de la siguiente curva de destilación TBP.

Figura V.1. Curva TBP de un crudo Arabia lig ero.

Mediante datos que se pueden observar en esta gráfica obtenemos los datos de peso molecular, densidad API y viscosidad a dos temperaturas (100ºF y 210ºF) de la forma que explicamos a continuación. Lo primero es dividir la curva en cortes, nos serviremos de los cortes ya marcados en el gráfico; el primero de los cortes (0-1,71%) refleja a los componentes ligeros del crudo y no lo tendremos en cuenta ya que disponemos de la composición de estos ligeros finales. Debemos obtener la temperatura de ebullición media de cada corte, dicha temperatura es la que trazando una horizontal en el corte el área que queda por encima de la curva sea igual a la que queda 137



por debajo. En la siguiente gráfica se reflejan los cortes con las temperaturas de ebullición del corte y la fracción media de destilado que será la correspondiente a la de la temperatura de ebullición.

Figura V.2. Grafica TBP con temperatura ebullición.

138



Una vez que tenemos estos datos recogidos calculamos la densidad API de cada corte entrando en la siguiente gráfica bien con la temperatura de ebullición o con el porcentaje de destilado medio.

Figura V.3. Gráfica característica de un crudo Arabia ligero.

El siguiente paso es calcular la densidad relativa estándar (S) de cada corte aplicando la siguiente fórmula:

     El factor de caracterización K uop o factor de Watson K w es un valor que se puede considerar constante e indica la naturaleza del crudo. Para calcular el K uop del crudo calculamos el factor de Watson de cada corte y multiplicamos este valor por el peso en porcentaje de cada corte y sumamos todos los valores.

        Si: densidad relativa estándar de cada corte. Kw: factor de Watson. Tbi: temperatura de ebullición de cada corte. Para el cálculo del peso molecular API recomienda la siguiente fórmula establecida por Riazi:

             139



También existe el método de Lee y Kesler para calcular el peso molecular:

                    )     El método de Riazi se aplica a las fracciones cuya densidad relativa estándar es inferior a 0.97 y el punto de ebullición está por debajo de 840K. El de Lee y Kesler es aplicable a las fracciones petrolíferas en las que el peso molecular está comprendido entre 60 y 650. El error medio de los dos métodos es de 5% aproximadamente. Asumiendo que el factor de Watson es igual a 12.02 obtenemos un valor para la densidad relativa de nuestro crudo de 0.8556 y calculando la temperatura de ebullición (650ºF) y la formula de Riazi calculamos el peso molecular medio de nuestro crudo (282.62 Kg/Kmol). Los pesos moleculares de cada fracción serán calculados por la formula de Riazi, ya que no superan el rango de aplicación, excepto el corte número 9, que será calculado por el método de Lee y Kesler. Por último debemos calcular las viscosidades dinámicas a dos temperaturas. Las viscosidades de los líquidos a 100ºF y 210ºF sirven para caracterizar las fracciones petrolíferas y en especial las fracciones pesadas. Cuando las viscosidades no son conocidas, es posible estimarlas por medio de las relaciones propuestas por Abbot:

                                                      En estas ecuaciones la A representa a la densidad API y el resultado que obtenemos es la viscosidad cinemática y lo que nosotros necesitamos es la viscosidad dinámica o absoluta que es igual a la viscosidad cinemática multiplicada por la densidad. Debemos tener en cuenta las unidades para poder obtener la viscosidad en centipoise y sabiendo que las formulas anteriores dan el resultado en mm 2/s. Estas relaciones de viscosidad no deben utilizarse si K w es menor de 10 y la densidad API es menor a 0.

140



Todos los cálculos explicados hasta ahora pueden ser obtenidos mediante respectivas gráficas. En la tabla siguiente se reflejan los resultados obtenidos.

CORTE Interv.T (ºF) 1 (-40)-50 2 50-180 3 180-210 4 210-380 5 380-520 6 520-650 7 650-750 8 750-930 9 930-1300

CORTE 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Kwi 12,60 12,21 11,94 12,04 11,98 11,77 11,92 12,13

Interv.T (%) Xmedia (%) % Dest. 0-1,71 0,855 1,71 1,17-9 5,4 7,28 9-12,17 10,5 3,17 12,17-26,37 20 14,2 26,37-35,46 30 9,09 35,46-49,29 42 13,83 49,29-60,14 54,8 10,85 60,14-78,69 70 18,55 78,69-95 87,2 16,31

MW 75,34 97,58 127,11 185,52 251,07 307,22 405,32 591,70

2

log γ100

γ100 (mm /s)

-0,441 -0,349 -0,085 0,259 0,752 1,463 1,988 3,971

0,362 0,448 0,822 1,816 5,647 29,031 97,353 9357,802

Tb (ºF) 5 115 199 299 456 596 700 835 1115

V100 (cP) 0,239 0,319 0,627 1,464 4,799 25,918 89,046 8977,146

Tb (ºK) 258,15 319,26 365,93 421,48 508,71 586,48 644,26 719,26 874,82

API 83 67 53,8 44 35 27 23,2 16

2

log γ210

γ210 (mm /s)

-0,465 -0,524 -0,356 -0,093 0,268 0,719 0,999 1,771

0,343 0,300 0,441 0,806 1,854 5,242 9,980 59,010

S 0,6597 0,7128 0,7636 0,8063 0,8498 0,8927 0,9147 0,9593

V210 (cP) 0,226 0,214 0,337 0,650 1,576 4,680 9,128 56,610

Tabla V.1. Datos y cálculos de la TBP.

En las tablas que se muestran a continuación se muestran los datos anteriormente calculados resumidos, que serán los datos que requiere Aspen Hysys para la simulación.

PROPIEDADES DEL CRUDO MW API Gravity

282,62 33,9

ENSAYO DE DESTILACION TBP % DESTILADO TEMPERATURA (ºF) 0,855 5 5,4 115 10,5 199 20 299 30 456 42 596 54,8 700 70 835 87,2 1115

MW 75,34 97,58 127,11 185,52 251,07 307,32 405,32 591,7

COMPOSICION LIGEROS FINALES %VOL. PROPANO, C3 0,306 i-BUTANE, Ic4 0,224 n-BUTANE, Nc4 1,18 i-PENTANE, Ic5 0,954 n-PENTANE,nc5 1,201 DATOS DE GRAVEDAD API % DESTILADO API 10,5 67 30 44 54,8 27 70 23,2 87,2 16

141


% DESTILADO 10,5 20 30 54,8 70


DATOS DE VISCOSIDAD VISCOSIDAD A 100ºF (cP) VISCOSIDAD A 210ºF (cP) 0,319 0,214 0.627 0.337 1,464 0,650 25,918 4,680 89,046 9,128 Tablas V.2. Datos para introducir en la simulación.

142



ANEXO V. Tutorial de refino. V.1.- Introducción. La simulación de este tutorial de refino puede ser construida siguiendo los siguientes pasos básicos. 1. Crear un conjunto de unidades. 2. Elegir un paquete de propiedades (método termodinámico). 3. Seleccionar los componentes no aceitosos. 4. Caracterización del crudo. 5. Crear y especificar las corrientes de crudo precalentado y vapor. 6. Instalar y definir las unidades de operación en el tren antes del fraccionamiento. 7. Instalar y definir la columna de fraccionamiento del crudo.

V.2.- Simulación en estado estacionario. V.2.1.- Descripción del proceso. Este tutorial modela un proceso de fraccionamiento de crudo que consiste de un tren de precalentamiento del crudo y una columna de destilación atmosférica de crudo de donde se obtienen las corrientes productos. El crudo precalentado es alimentado a un pre-flash, modelado como un separador, donde el vapor es separado del crudo liquido. Este líquido es calentado posteriormente hasta la temperatura de entrada en la columna en un horno, modelado como un calentador. El vapor del pre-flash es combinado con el líquido calentado mediante un mezclador. La mezcla de las dos corrientes es el alimento a la columna de separación atmosférica de crudo. La columna de crudo es modelada como un Refluxed Absorber, equipado con tres pump-around y tres stripper laterales. La columna principal consiste en 29 platos más un condensador parcial. La alimentación entra en la torre por el plato 28, mientras que vapor supercalentado es alimentado por la última etapa.

V.2.2.- Establecer las preferencias. La primera tarea es elegir las preferencias para la simulación. 1.

Abrimos el simulador Aspen Hysys y creamos un nuevo caso. Podemos ver la siguiente pantalla. 143


2.


Desde el menú Tools de la parte superior abrimos Preferences. la preferencia más importante que se debe elegir es el set de unidades. Hysys no te permite cambiar las unidades que aparecen en la lista por defecto, pero puedes crear un nuevo set de unidades por clonación de una ya existente.

3.

En la pestaña Variables, nos situamos en la página Units.

4.

En el recuadro Available Unit Sets seleccionamos Field como set de unidades.

5.

Haciendo clic en el botón Clone nos aparecerá un nuevo set de unidades llamado por defecto NewUser y es automáticamente seleccionado como el conjunto de unidades actual.

6.

Renombramos este set de unidades, en el recuadro Unit Set Name, como refino. 144

Hysys. Destilación Atmosférica de crudo Petrolífero. 7.


En este set de unidades si podemos cambiar las unidades y lo haremos en el cuadro de Display Units. Los cambios que se realizan se recogen en la siguiente tabla.

8.

Unidad antigua

Unidad nueva

Standard Density

lb/ft3

API_60

Mass Density

lb/ft3

API

Los cambios de unidades se realizan haciendo clic sobre la unidad escrita para desplegar la lista de posibles unidades y seleccionando la nueva unidad de dicha lista.

9.

El nuevo set de unidades está definido. Cerramos la ventana de preferencias y nos situamos en la ventana Simulation Basis Manager.

V.2.3.- Construyendo la simulación. Selección de componentes.

Antes de definir el paquete de fluido en Aspen HYSYS, se debe crear una lista de componentes para el paquete de fluidos. En nuestro caso los componentes a definir en este paso serán los componentes no aceitosos y ligeros finales, ya que el crudo será creado posterior al paquete de fluido. Los componentes serán introducidos desde la librería de

145



1. Clic en la tabla Components, Components, después clic en el botón Add. La lista de componentes componentes que aparece es la siguiente.

2. Hysys te da varias vari as opciones para buscar e introducir introduci r los componentes: introduciendo la formula, el nombre completo o un sinónimo, según marquemos un botón u otro de los tres que aparecen debajo de la celda Match. Para esta simulación los componentes no aceitosos y ligeros que se añadirán son: H2O, C3, i-C4, n-C4, i-C5 y n-C5. 3. Marcamos el botón Full Name/Synonym e introducimos introducim os el nombre de Water en la celda Match.

4. Con el componente Agua seleccionado pulsamos en el recuadro de Add Pure para añadirlo a la lista de componentes. 5. Otra forma de seleccionar los componentes es a través del botón View View Filters que se encuentra a la derecha de la celda donde se introduce el nombre. Aquí nos aparecerá una serie de filtros para buscar los componentes por familia. 6. Clic en el recuadro View Filter y, en la nueva ventana que nos aparece, marcar la opción Use Filter primero y después marcar la familia de los hidrocarburos.

146



7. Introducimos Introducim os los componentes que nos faltan. Se pueden introducir introduci r todos a la vez si tenemos pulsada la tecla control del teclado a la vez que los vamos seleccionando de la lista.

8. Por último, cambiamos el nombre de la lista de componentes que Hysys pone por defecto. Escribimos el nombre de Lista de Componentes Refino en el recuadro de la parte inferior de la ventana. 9. Cerramos la ventana ventana volviendo volviendo a la de la Simulación Simulación Básica. Básica. Definición del paquete de fluido o método termodinámico.

El siguiente paso es definir el paquete de fluido. Un paquete de fluido contiene los componentes y métodos que hysys usara para sus cálculos para un caso particular. Dependiendo de lo que se requiera, el paquete puede incluir también otras informaciones, como puede ser caracterización de un fluido de petróleo.

147



1. Nos situamos en la pestaña Fluid Pkgs y pulsamos pulsamos el botón Add para seleccionar el paquete termodinámico. Aparecen una serie de pestañas en las que se puede suministrar toda la información necesaria para definir completamente el paquete de fluido.

2. Dentro de la primera pestaña selecci seleccionamos onamos el paquete Peng Robinson de la lista.

3. Al igual que para la lista de componentes Hysys da un nombre por defecto al crear este paquete (Basis-1) que cambiaremos por el de Paquete Refino en el recuadro Name de la parte inferior de la pantalla. 4. Debemos asegurarnos que este seleccionada selecci onada la lista de componentes que que hemos creado (Component List Selection) para que el programa aplique este fluido a dicha lista. 5. Cerramos la ventana para volver a la de Simulación Simulaci ón Básica. 148



Definición del crudo.

El siguiente paso es crear y añadir el crudo, que será creado como una mezcla de pseudocomponentes. En la simulación se usaran los siguientes datos obtenidos del laboratorio.

Propiedades del crudo MW

282.62

API Gravity

33.9

Ligeros finales % v/v Propano

0.306

i-Butane

0,224

n-Butane

1.18

i-Pentane

0,954

n-Pentane

1.201

149



Ensayo Destilación TBP % v/v Destilado

Temperature (ºF)

MW

0.855

5

-

5.4

115

75.34

10.5

199

97.58

20

299

127.11

30

456

185.52

42

596

185.52

54.8

700

307.32

70

835

405.32

87.2

1115

591.70

Datos de densidad API % v/v Destilado

API

10.5

67

30

44

54.8

27

70

23.2

87.2

16

150



Datos de Viscosidad % v/v Destilado Viscosidad (cP) 100ºF Viscosidad (cP) 210ºF 10.5

0.319

0.214

20

0.627

0.337

30

1.464

0.650

54.8

25.918

4.680

70

89.046

9.128

El siguiente paso es la caracterización del crudo para convertir los datos de laboratorio en pseudocomponentes, para ello Hysys dispone de la herramienta Oil Characterization. 1. Dentro de la ventana de Simulación Básica, abrimos la pestaña Oil Manager. El texto de la derecha nos indica que antes de acceder al desarrollo del crudo debemos tener en cuenta dos consideraciones, una es que el paquete de fluido este definido y seleccionado y otra que dicho paquete sea capaz de manejar los componentes hipotéticos que se van a crear.

151



2. Hacemos clic en el recuadro Enter Oil Environment.

3. Dentro de la ventana que nos ha aparecido nos situamos en la pestaña Assay y pulsamos el recuadro Add para poder crear nuestro crudo.

4. En la pestaña desplegable de Assay Data Type seleccionamos la opción TBP.

152



5. Seleccionamos del menú desplegable de ligeros finales la opción Input Composition. 6. En la parte de la derecha marcamos el botón Light Ends y elegimos la opción Liquid Volume % de la pestaña desplegable para introducir la composición de los ligeros finales. 7. Rellenamos la tabla con la composición.

8. Dentro del menú desplegable de Bulk Properties elegiremos la opción Used. 9. En el recuadro de Molecular Wt. Curve seleccionamos la opción Dependent. 10. En el resto de pestañas desplegables elegiremos en todas la opción Independent. 11. Seleccionando todo esto aparecen una serie de botones en la parte de la derecha, que tendremos que ir seleccionando para introducir los datos del ensayo.

153



12. Seleccionando el botón Bulk Props introducimos el peso molecular del crudo (282.62) y la densidad API (33.9).

13. Antes de seguir introduciendo los datos del ensayo hay que elegir los métodos de extrapolación que Hysys usara para los cálculos. Dentro de la pestaña Calculation Defaults elegimos Lagrange para todas las curvas.

154



14. Volvemos a la pestaña Input Data, marcamos el botón Distillation y elegimos la opción Liquid Volume en el recuadro de Assay Basis. 15. Hacemos clic en el recuadro Edit Assay y nos aparecerá una tabla donde introduciremos los datos de porcentaje destilado y temperatura del ensayo TBP.

16. Pulsar Ok cuando se acabe de introducir los datos. 17. Seleccionamos el botón Molecular Wt y hacemos clic en Edit Assay e introducimos los valores de los pesos moleculares del ensayo TBP.

18. Clic en Ok cuando se acabe de introducir los datos. 155



19. Seleccionamos el botón Viscosity 1 y también seleccionamos el botón Use Both. 20. Clic en Edit Assay e introducimos los datos de viscosidad para la temperatura 1 (100º F) y pulsar Ok cuando se hayan introducido. 21. Repetir estos dos últimos pasos para introducir los datos de viscosidad para la temperatura 2 (210º F).

22. Seleccionamos el botón Density y pulsamos Edit Assay para introducir los datos de densidad API.

156



23. Clic en Ok. El crudo está completamente definido mediante los datos del ensayo de laboratorio. 24. Hacemos clic en el botón Calculate, que aparece en la parte inferior derecha, para que Hysys haga los cálculos. 25. La franja de color inferior, que antes era de color amarillo, ha cambiado a color verde indicando que los cálculos se han realizado con éxito. 26. Hacemos clic en la pestaña Working Curves y observamos que con los datos introducidos, Hysys ha calculado 50 puntos para cada una de las curvas.

27. Estos puntos se pueden ver de forma grafica en la pestaña Plots y seleccionando del menú desplegable la curva que queramos ver.

157



28. Cerramos la ventana.

158



Creación de los pseudocomponentes y la mezcla.

Ahora que los datos han sido calculados el siguiente paso es cortar el ensayo en pseudocomponentes individuales del petróleo. 1. Nos vamos a la pestaña Cut/Blend y hacemos clic en el botón Add.

2. En la lista de ensayos esta seleccionado el ensayo que hemos creado (Assay-1). Pulsamos el botón Add. 3. Hysys ha calculado por si mismo los cortes basándose en sus opciones por defecto, esta opción se puede cambiar en la pestaña de la derecha (Cut Option Selection), seleccionando otra opción diferente a la que está marcada (Auto Cut). 4. Si nos situamos en la pestaña Tables podemos ver que Hysys ha creado 38 pseudocomponentes y ha calculado sus propiedades.

159



5. Dentro de esta pestaña se pueden ver datos de interés que Hysys ha calculado variando la opción del menú desplegable Table Type.

6. En la pestaña Property Plot se pueden ver los datos calculados, visto antes tabulados, en forma de grafica y distribuido en volumen de líquido destilado, en masa o en moles.

160



7. Otra de las pestañas interesantes a observar es la Composite Plot, aquí se compara la grafica que Hysys ha calculado con la grafica que Hysys crea al introducir los datos.

8. Cuando se hayan observados todos los resultados cerramos la ventana para volver a la de Caracterización del crudo.

Instalación del crudo.

1. Nos situamos en la pestaña Install Oil. 2. En la celda Stream Name introducimos el nombre de la corriente que abastecerá la simulación con la alimentación de crudo (Crudo Precalentado).

161



3. Ahora pulsamos el recuadro inferior derecho (Return to Basis Environment). 4. Si nos vamos a la pestaña de componentes y vemos nuestra lista de componentes observaremos que se han añadido a la lista los pseudocomponentes.

5. Si volvemos a ver nuestro paquete de fluidos podremos observar que el número de componentes que trata ha aumentado hasta 44 debido a los pseudocomponentes.

162



V.2.4.- Entrando en el entorno de simulación (PFD). 1. Pulsamos el recuadro Enter Simulation Environment y se puede observar la siguiente imagen.

2. A la derecha se encuentra la paleta de objetos de donde se pueden introducir corrientes, unidades de operación, unidades lógicas, etc. 3. En el mapa de dibujo encontramos una corriente de material que fue creada durante la instalación del crudo. 4. Desde el menú Tools, en la parte superior, seleccionamos el Workbook. 5. Aquí podemos ver la corriente creada y su composición.

163



V.2.5.- Instalando corrientes de alimentación. En general el primer paso en la simulación es instalar y definir las corrientes de alimentación del proceso. 1. Introducimos la temperatura (450º F) y la presión (50 psia) de la corriente de alimentación en la pestaña Material Streams del Workbook. 2. Introducimos el caudal de la corriente (100000 barriles/día) en la celda Liquid Volume Flow. 3. Como la composición de la corriente quedó definida en la creación del crudo, la corriente está completamente definida.

4. Ahora instalamos la corriente de vapor que será utilizada de alimentación por el fondo de la torre. 5. Hacemos clic en la celda **New** del Workbook e introducimos el nombre de esta corriente (Vapor de Fondo). 6. Introducimos la temperatura (375º F), presión (150 psia) y el caudal másico (7500 lb/h).

164



7. Creamos una nueva corriente llamada Vapor Diesel e introducimos las condiciones de temperatura (300º F), presión (50 psia) y caudal másico (3000 lb/h).

8. Para que ambas corrientes estén completamente definidas debemos definir su composición. Para ello nos situamos en la pestaña Compositions del Workbook. 9. Si introducimos el valor 1 en la composición del agua para una de estas corrientes y pulsamos intro nos aparece la siguiente ventana.

10. Esta corriente está compuesta solo de agua, pulsamos el recuadro Normalize para que los demás valores marquen 0. 11. Hacemos clic en Ok para cerrar la ventana y realizamos la misma operación para la otra corriente creada. 12. Si cerramos el Workbook podemos ver que las corrientes creadas aparecen en el entorno de simulación.

165



13. En Hysys se pueden introducir las corrientes de varias formas, otra de ellas puede ser seleccionándola de la paleta de objetos. 14. Clic en la flecha de Material Stream de la paleta de objetos y después clic en un punto del entorno de simulación para instalar la corriente. 15. Hacemos doble clic sobre la corriente instalada para abrir su hoja de datos e introducimos la temperatura (300º F) y la presión. Cambiamos el nombre por el de Vapor AGO.

16. Dentro de la pestaña Worksheet nos dirigimos a la página Composition. 17. Para especificar el caudal másico (2500 lb/h) pulsaremos el cuadro Edit y seleccionaremos Mass Flows para especificar la composición e introducimos el valor en la celda del componente agua. 18. Pulsamos ok.

19. Cerramos la ventana de la corriente. 166



V.2.6.- Instalación de unidades de operación. El siguiente paso es instalar las unidades de operación necesaria para procesar el crudo. Instalando el separador.

La primera operación es un separador para separar la alimentación en dos corrientes, una liquida y otra gas. Como los demás comando de Hysys instalar una operación puede hacerse de varias formas, una es desde el Workbook. 1. Clic en el icono de Workbook. 2. Abrimos la pestaña de Units Ops y hacemos clic en el recuadro Add UnitOp. Aparecerá una lista de unidades de operación. 3. Dentro de la categoría seleccionamos el botón Vessels y dentro de las unidades disponibles seleccionamos Separator.

4. Clic en Add y aparecerá la siguiente ventana.

167



5. Cambiamos el nombre que viene por defecto (V-100) por el de PreFlash. 6. Ahora debemos conectarles las corrientes de entrada y de salida. La corriente de entrada será Crudo Precalentado que la seleccionaremos del menú desplegable de la matriz Inlets. Las corrientes de salida serán creadas ambas e introduciremos sus nombres en los recuadros correspondientes: PreFlash Vapor en el recuadro Vapor Outlet y PreFlash Liquido en el recuadro Liquid Outlet. 7. El separador está definido completamente.

8. Dentro de la pestaña diseño, abrimos la página Parameters y observamos el valor de los parámetros para el equipo, que son todos aceptables para este caso.

9. Se pueden ver los resultados de los cálculos que Hysys ha realizado para las corrientes de salida en la pestaña Worksheet.

168



10. Cerramos la ventana del PreFlash y observamos que el equipo instalado aparece en el entorno de simulación y también lo hace en el Workbook donde se refleja su nombre y las corrientes de entrada y salida.

Instalación del horno.

El horno para calentar la corriente liquida que sale del separador será diseñado como un calentador. 1. Seleccionamos un Heater de la paleta de objetos (presionar F4 si la paleta no está visible) 2. Introducimos el Heater en el PFD.

169



3. Cambiamos el icono del calentador haciendo clic con el botón derecho del ratón sobre él y seleccionando Chage Icon del menú.

4. Seleccionamos el icono Wire Frame Heater 5 y pulsamos Ok. 5. Ahora añadimos las corrientes al calentador sirviéndonos para ello del icono Attach. 6. Clic en el icono Attach. 7. Posicionamos el cursor en el final de la corriente liquida del separador y cuando este visible la palabra Out hacemos clic y arrastramos hasta el calentador.

8. Con la opción aun activada y poniendo el ratón sobre el horno añadimos una corriente producto y una corriente de energía.

170



9. Hacemos doble clic en el icono del horno y dentro de la ventana que nos aparece nos situaremos en la página Conections de la pestaña de diseño. 10. Cambiamos el nombre que viene por defecto por el de Horno.

11. Para que el horno este completamente definido haría falta especificar la perdida de carga (10 psi) y el calor absorbido en la página Parameters.

12. Especificando la temperatura de la corriente de salida Hysys calcula el calor, pero esta temperatura no es conocida. 13. Este equipo y su corriente de salida quedaran definida cuando instalemos el mezclador del cual si sabemos a que temperatura tiene que salir la corriente. 14. Cambiamos el nombre de la corriente de salida por el de Crudo Calentado.

171



Instalando el mezclador.

La siguiente unidad es un mezclador utilizado para unir las corrientes de Crudo Calentado y PreFlash Vapor. 1. Seleccionamos el Mixer de la paleta de objetos y lo posicionamos en el PFD. 2. Unimos las corrientes de entrada de algunas de las formas explicadas con anterioridad. 3. Creamos una corriente producto llamada Alimentación Torre. 4. En esta corriente introducimos la temperatura de entrada a la torre (650º F).

172



5. Al marcar la temperatura de esta corriente Hysys ha calculado la corriente anterior y el calor necesario en el horno.

Instalación de una corriente de energía.

1. Seleccionamos Energy Streams de la paleta de objetos. 2. La introducimos en el PFD y le cambiamos el nombre por el de Q-Alimentación. Instalación de la columna.

Hysys tiene un numero de columnas predefinidas que tu puedes instalar y operara cambiando los nombres de las corrientes, el numero de etapas y las especificaciones por defecto, y añadir equipos laterales o auxiliares. Para este caso la columna elegida es un Refluxed Absorber con un condensador total. 1. Nos dirigimos al menú de preferencias de Hysys desde la pestaña superior Tools. 2. Dentro de la página de opciones debemos comprobar que esté marcada la opción Use Input Experts.

3. Cerramos la ventana e instalamos el Refluxed Absorber desde la paleta de objetos. 4. Si hacemos doble clic en la figura nos aparecerá la ventana para definir la torre que está dividida en 4 pasos. 173



5. Introducimos el numero de etapas en #Stages como 29 platos teóricos. 6. En la matriz Optional Inlet Streams debemos introducir las corrientes de alimentación la torre (Alimentación Torre y Q-Alimentación) y seleccionar el plato de entrada (ambas en el plato 28).

7. Como corriente de entrada de cola (Bottom Stage Inlet) debemos seleccionar el vapor que entrara por cola (Vapor Fondo). En el condensador vemos que por defecto es de tipo parcial y aparecen dos corrientes de salida, una vapor y otra liquida. En nuestro caso dejaremos esta opción por defecto y la corriente vapor no tendrá caudal. Tendremos dos corrientes en fase liquida, una de 174



hidrocarburos y otra de aguas. Todas las corrientes productos deberán ser creadas introduciendo sus nombres en los recuadros correspondientes. 8. Introducimos las corrientes Off Gas y Nafta en los recuadros de Ovhd Outlets. 9. En la tabla Optional Side Draws introducimos la corriente Agua y especificamos el tipo de corriente (Type W) y la etapa de salida (Condensador).

10. Cambiamos el nombre que viene por defecto por el de Torre Atmosférica. 11. En la pestaña de liquido de cola (Bottoms Liquid Outlet) introducimos la corriente producto Residuo. 12. En la pestaña de Condenser Energy Stream introducimos el nombre de QCondensador. 13. Hysys te da la opción de numerar las etapas de arriba abajo (Top Down) o de abajo arriba (Bottom Up) en los botones de Stage Numbering. 14. La primera página está completamente definida y por lo tanto aparecerá visible el recuadro Next para avanzar a la siguiente página de la configuración de la torre. Clic en Next.

15. En esta página se van a estimados de presión del equipo: 19.7 psia en la presión del condensador, 9 psi en la perdida de presión del condensador y 32.7 en la presión de la etapa de salida. 175



16. La página está completamente definida y hacemos clic en Next.

17. La siguiente página sirve para introducir estimaciones opcionales de valores de temperaturas, Hysys normalmente no requiere de estimaciones para producir la convergencia de la columna, obtiene resultados buenos en una rápida solución. Introduciremos los siguientes valores: 100º F en el condensador, 250º F en Top Stage y 700º F en Bottom Stage.

18. Clic en Next para avanzar hasta la última página de definición de la torre. 19. En general una torre de este tipo con un condensador parcial tiene dos grados de libertad y Hysys proporciona dos especificaciones por defecto, el ratio de vapor y el ratio de reflujo, que es lo que nos aparece en esta ultima página. 20. De la pestaña desplegable de Flow Basis elegimos la opción Volume. 176



21. Introducimos los valores de 0 para el ratio de vapor y 1 para el ratio del reflujo.

22. Hacemos clic en el recuadro Done y nos aparecerá la siguiente ventana.

El estatus se muestra en color rojo, lo cual indica que la torre aun no está completamente especificada para su simulación. 23. Seleccionamos la página Monitor de la pestaña Diseño de la columna. Esta página muestra el estado de la columna y se calcula y actualiza la información con cada iteración. También puedes cambiar los valores de especificaciones, y activar o desactivar las especificaciones utilizadas por el solucionador de la columna. Esta 177



página nos muestra los grados de libertad y marca que actualmente es 1, con lo cual necesitamos una especificación. Como ya se dijo antes la columna genera dos grados de libertad y requiere de dos especificaciones activas. En nuestro caso se ha creado un tercer grado de libertad al crear la corriente Q-Alimentación, ya que es desconocida su especificación. Hysys no ha creado ninguna especificación para este grado de libertad y tenemos la necesidad de crearlo.

24. Nos dirigimos a la página Specs para introducir la especificación que nos falta. 25. En el recuadro Column Specifications, borramos las especificaciones Reflux Rate y Btms Prod Rate.

26. Hacemos clic en Add y de la lista que aparece seleccionamos Column Draw Rate y clic en el botón Add Spec(s).

178



27. Cambiamos el nombre que viene por defecto por el de Waste H2O y no hará falta más información ya que esta especificación estimara su valor cuando simulemos la torre. Tenemos ahora 0 grados de libertad.

Instalación de los equipos laterales.

1. Nos situamos ahora en la página Side Stripper de la pestaña Side Option.

2. Hacemos clic en el recuadro Add para añadir un stripper lateral.

179



3. Cambiamos el nombre por KeroSS. 4. Introducimos la etapa de extracción (Draw Stage) en la etapa 9 y la etapa de reintroducción (Return Stage) en la etapa 8. 5. En Flow Basis marcamos el botón Std Ideal Vol. 6. Debemos crear una nueva corriente producto (Keroseno) en Product Stream en el cual debemos introducir un valor aproximado de caudal. Este valor se calcula fijándonos en los valores que Hysys nos dio al principio de la composición de nuestro crudo. El valor que nos daba era de 0.069, esto multiplicado por el caudal de alimentación hace que este valor sea de 7000 barril/día aproximadamente. Este valor es introducido en la celda Draw Spec.

7. El equipo está completamente definido y hacemos clic en el recuadro Install. 180



8. Cerramos la ventana y observamos un resumen de la información del equipo que hemos instalado.

9. Siguiendo los mismos pasos instalamos dos stripper laterales más. Las siguientes figuras recogen toda la información a introducir.

181



10. Nos dirigimos a la página Monitor y vemos las nuevas especificaciones que Hysys ha creado. La instalación de los equipos laterales ha creado 4 grados de libertad y Hysys ha creado 3 especificaciones de caudal producido y una especificación adicional para el hervidor que se crea en el stripper del Keroseno. Actualmente tenemos 7 grados de libertad y debemos de tener 7 especificaciones activas.

Instalación de los Pump Arounds.

1. Desde la pestaña Side Ops seleccionamos la página Pump Arounds. 2. Hacemos clic en Add y nos aparece una ventana para introducir los datos. 3. En la pestaña Return Stage marcamos la etapa 1. 4. En la pestaña de Draw Stage seleccionamos la etapa 2.

182



5. Hacemos clic en Install y aparece la siguiente ventana.

6. Cada Pump Around tiene dos especificaciones asociadas a él. Por defecto hysys marca estas especificaciones como el ratio de circulación y la diferencia de temperatura. En este caso cambiaremos la especificación de la temperatura por la de calor. 7. Introducimos el valor de la primera especificación como 5000 barril /día.

8. Hacemos doble clic en el nombre de la segunda especificación y nos aparecerá otra ventana, donde seleccionaremos Duty del menú desplegable de Spec Type. 9. En el valor de la especificación introducimos -55e6 Btu/h.

183



10. Cerramos la ventana y volvemos a la ventana anterior. El resto de datos es calculado por el resolvedor de la columna.

11. Cerramos la ventana. 12. Creamos dos Pump Around mas siguiendo los pasos anteriores. En las siguientes figuras se reflejan los datos introducidos.

184



13. Volvemos a la página Monitor. Observamos que Hysys ha creado 6 nuevas especificaciones ya que la adición de los pumpa round ha creado 6 nuevos grados de libertad (13 en total). Debemos tener 13 especificaciones activas.

185



Añadiendo especificaciones a la columna.

La pagina Monitor nos muestra que los grados de libertad son 0 y que la columna esta lista para ser resuelta. Sin embargo el estatus sigue de color rojo, lo cual nos indica que alguna de las especificaciones deben ser cambiadas. Reemplazaremos las especificaciones WasteH2O Rate y KeroSS BoilUp. 1. Nos situamos en la página Specs.

2. Pulsamos el botón de Add y seleccionamos Column Liquid Flow y hacemos clic en Add Spec(s). 3. Cambiamos el nombre que viene por defecto por el nombre de Overflash. En la celda de Stage seleccionaremos la etapa 27. Un valor típico para este tipo de especificación es un 3-5% del total de la alimentación de la columna en este caso marcaremos el 3.5% y será 3500 barril/día.

4. Cerramos la ventana y la especificación habrá sido añadida. 186



5. Pulsamos el botón Add y seleccionamos Column Duty y hacemos clic en Add Spec(s). 6. Cambiamos el nombre por defecto por el de Kero Reb Duty. 7. En la celda Energy Stream seleccionamos Kero_SS_Energy@COL1. 8. En la celda de Spec Value introducimos 7.5e6.

9. Cerramos la ventana. Simulando la columna.

1. Seleccionamos la página Monitor para ver la matriz de especificaciones. Los grados de libertad son cero, la columna esta lista para ser calculada, pero un valor para la especificación del ratio de destilado de nafta debe ser supuesto inicialmente. Hay algunas especificaciones que actualmente están activas y tú quieres usar solo como estimación y viceversa. 2. En el Specified Value para Distillate Rate introducir 2e4. 3. Activar la especificación Overflash seleccionándola como activa. 4. Activar la especificación Kero Reb Duty. 5. Activar la especificación Vap Prod Rate. 6. Desactivar la especificación Reflux Ratio. 7. Desactivar la especificación Waste H2O Rate. 8. Desactivar la especificación KeroSS BoilUp Ratio. 9. Hysys empieza a calcular y la información va apareciendo en la siguiente figura con cada iteración.

187



10. Hacemos clic en la pestaña Performance y seleccionamos la página Column Profiles o Feed/Products para ver más detalles de cada etapa.

188



Perfiles de temperatura de las corrientes productos.

1. Nos situamos en la página Plots dentro de la pestaña Performance.

2. Seleccionamos Selecci onamos la propiedad de temperatura en el primer recuadro y en el segundo seleccionamos Boiling Points Assay. 3. Hacemos clic en View Graph.

4. Hacemos clic en el recuadro Profile Data Control.

189



5. Seleccionamos Selecci onamos el botón Multi Tray y aparece una matriz con las etapas del proceso, donde tenemos que seleccionar las etapas que queremos ver. 6. Activamos Activ amos las etapas: condenser, 29_Main TS (Residue), KeroSS_Reb (Kerosene), 3_DieselSS (Diesel) y 3_AGOSS (AGO). 7. Del menú desplegable inferior seleccionamos la opción TBP. 8. Marcamos los botones de Liquid Vol y Light Liquid.

9. Cerramos la ventana y podemos ver las curvas.

190



10. Cerramos la ventana para volver a la ventana de datos de la columna.

Moviéndose dentro del diagrama de flujo de la columna.

1. Hacemos clic en el recuadro inferior Column Environment. 2. Vemos un sub-diagrama de flujo de la columna.

191



3. Para ver el diagrama de esta forma hemos personalizado la columna. 4. Teniendo seleccionada la columna, pulsamos el botón derecho del ratón y seleccionamos la opción Show Trays. 5. En la ventana que aparece marcamos el el botón Selected Expansion y hacemos clic en el recuadro Check All para marcar y que aparezcan en el PFD todos los platos. 6. Ahora desmarcamos las etapas que no nos nos interesa ver de la lista Selected control.

7. Del menú Tools seleccionamos la opción Auto Position All y Hysys recolocara el PFD. PFD. 8. Haciendo clic en el icono del Workbook podemos ver las propiedades propiedades de todas las corrientes de materia y energía y unidades de operación.

192



9. Pulsamos el icono Enter Parent Simulation Environment para volver al PFD de la simulación completa. 10. Si utilizamos la opción de autoposicionar tendremos el diagrama de flujo como se muestra en la figura.

V.2.7.- Viendo y analizando resultados. Los resultados calculados para cada equipo y para las corrientes de entrada y salida se pueden ver usando el Workbook.

193



Otra forma que ofrece Hysys para poder ver los resultados es usar el Object Navigator, para ver un equipo, corriente u operación en particular.

1. Si pulsamos este botón nos aparece la siguiente ventana.

2. Desde aquí puedes seleccionar lo que deseas buscar para ver sus resultados. 3. Por ejemplo, si queremos ver el resultado de una corriente marcaríamos el botón Streams y de la lista seleccionaríamos la corriente la corriente de la cual queremos ver los resultados y pulsamos el recuadro View.

V.2.8.- Instalando curvas de puntos de ebullición. Previamente se han visto los puntos de ebullición de las corrientes productos usando la pestaña Plots. También se pueden ver las curvas para una corriente producto usando la herramienta Aspen HYSYS´BP Curves Utility. 1. Abrimos el Navigator. 2. Seleccionamos el botón Streams. 3. De la lista seleccionamos Keroseno. 4. Hacemos clic en el botón View. 5. En la ventana que aparece nos situamos en la página Utilities de la pestaña Attachments y hacemos clic en Create.

194



6. Seleccionamos la opción Boiling Point Curves y hacemos clic en añadir utilidad. 7. En la ventana que nos aparece cambiamos el nombre por el de Keroseno Curva BP.

8. Para ver los resultados abrimos la pestaña Performance para ver la matriz de datos.

195



9. Seleccionamos la página Plots y aparecen estos datos graficados.

10. Cerramos la ventana. 11. Las siguientes graficas reflejan las curvas TBP de las demás corrientes productos.

196



V.2.9.- Usando el Databook. La herramienta databook de Hysys nos servirá para poder ver diferentes resultados de nuestras variables más importantes al cambiar el escenario de simulación. Estos resultados se pueden ver de forma tabular o grafica. Para abrirlo lo seleccionamos del menú desplegable Tools.

197



El primer paso es añadir las variables al databook dese la pestaña Variables. En este ejemplo la especificación Overflash será variada y examinada para investigar sus efectos en las variables siguientes: 

D1160 Boiling Temperature para el 5 % del volumen del punto de corte de la corriente de Residue.



Corriente de calor de la corriente Trim Duty.



Ratio de reflujo de la columna.

1. Hacemos clic en el recuadro Insert. 2. Seleccionamos el botón UnitOps. 3. Seleccionamos Torre Atmosférica de la lista de objetos y Reflux Ratio de la lista de variables.

4. Clic en Add y la variable aparece en el Databook y también en el Navigator. 198



5. Para introducir las otras dos variables nos fijamos en las siguientes figuras.

6. El nombre de la variable puede ser cambiado en el recuadro inferior de la ventana. 7. Cerramos la ventana y observamos las variables que se han introducido.

8. El siguiente paso es crear una tabla de datos. Nos situamos en la pestaña Process Data Tables.

199



9. Hacemos clic en Add y Hysys creara una tabla de datos en la que cambiaremos el nombre por defecto por el de Variables Llaves.

10. Marcamos las tres variables para que aparezcan en la tabla creada.

11. Hacemos clic en el recuadro View y observamos la tabla que Hysys ha creado.

200



12. Supongamos que quieres hacer algunos cambios en la simulación pero te gustaría recordar los valores de algunas variables antes de hacer estos cambios, tú puedes usar el Databook para ello. Nos situamos en la pestaña Data Recorder.

13. Clic en el botón Add y Hysys crea un escenario llamado Scenario 1 14. Activamos las tres variables.

15. Hacemos clic en Record y aparecerá una nueva ventana para darle un nombre a este primer estado de la simulación.

16. Cambiamos el nombre por el de 3500 O.F. y pulsamos OK. 201



17. Marcamos ahora el botón Table y hacemos clic en View.

Cambiando la especificación Overflash.

1. Clic en Object Navigator. 2. Marcamos el botón UnitOps. 3. Seleccionamos Torre Atmosférica y hacemos clic en View. 4. Nos vamos a la página Monitor de la pestaña de diseño. 5. Cambiamos el valor de la especificación por 1500 barril/día y Hysys automáticamente recalcula el sistema. 6. Guardamos estos datos en otro estado en el databook. 7. En la siguiente figura se muestran el valor de las variables de diferentes estados para el escenario 1.

202



V.3.- Simulación Dinámica. En este tutorial la capacidades dinámicas de aspen Hysys serán incorporadas dentro del caso básicos del modelo de refino. Un simple fraccionador facilita productos como nafta, keroseno, diesel, gas oil, residuo atmosférico a través de la alimentación de un crudo pesado. En este tutorial el crudo precalentado fue alimentado a un separador de fases para separar el líquido del vapor. El líquido fue calentado en un horno y vuelta a combinar con el vapor. La combinación de ambas corrientes sirvió de alimentación a una columna de fraccionación atmosférica. En la parte dinámica de este tutorial solo consideraremos la columna de crudo. Es decir, eliminaremos el tren de precalentamiento del diagrama de flujo.

V.3.1.- Simplificar el diagrama de flujo en estado estacionario. 1. Continuamos con el caso tal y como lo hemos dejado en el apartado de análisis de resultados de la parte estática. 2. Seleccionamos Preferences en el menú Tools. 3. Nos dirigimos a la página Dynamics de la pestaña Simulation. 4. Marcar las opciones que aparecen en la imagen.

5. Nos vamos a la pestaña de variables y seleccionamos la página de Units. 6. En Available Unit Sets seleccionamos SI. 7. Cerramos la ventana. 8. Añadimos una corriente de material al PFD. 9. En el nombre de la corriente escribimos Store. Esta corriente será utilizada para almacenar la información de la corriente de alimentación a la torre.

203



10. Hacemos clic en el botón de la parte inferior Define from Other Stream. 11. En el grupo de Available Streams seleccionamos la corriente Alimentación Torre.

12. Hacemos clic en Ok y copiara la información de la corriente Alimentación Torre a la nueva corriente creada (Store).

13. Cerramos la ventana. 14. Borramos las corrientes y unidades de operación anteriores a la alimentación de la torre. Después de borrar todo esto la corriente Alimentación Torre no está especificada completamente. 15. Abrimos la ventana de propiedades de la corriente Alimentación Torre. 16. Pulsamos el botón Define from Other Stream. 17. Seleccionamos la corriente Store y hacemos clic en Ok.

204



18. Cerramos esta ventana y borramos la corriente Store. 19. Guardamos el caso y tenemos en cuenta que este seleccionado el botón Standard Windows file picker de la pestaña Files de la sección de preferencias.

V.3.2.- Definiendo tamaño de los equipos y la columna. Tamaño de la columna de fraccionamiento.

1. Abrir la ventana de propiedades de Utilities pulsando CTRL U. 2. Bajamos por la lista hasta la opción Tray Sizing.

3. Hacemos clic en Add Utility.

205



4. Cambiar el nombre por el de Main TS. 5. Clic en el botón Select TS.

6. En la lista de Flowsheet seleccionamos Torre Atmosférica y en la lista de objetos seleccionamos Main TS. Y pulsamos Ok. 7. En la lista Use Tray Vapour seleccionamos Always Yes. 8. Hacemos clic en Auto Section, por defecto aparecerá seleccionada el tipo Valve.

9. Dejamos el valor por defecto y hacemos clic en Next. 10. Dejamos los valores que aparecen y hacemos clic en Complete AutoSection.

11. Aspen calcula el tamaño de los platos basándose en los parámetros de las corrientes del estado estacionario y del tipo de plato que queramos. Tres secciones han aparecido una sección que incluye los platos del 1 al 25, otra que incluye los platos 26

206



y 27, y otra que incluye los platos 28 y 29. Ya que hay tres tipos de condiciones de flujo volumétrico tres secciones de tamaño de plato son necesarias.

12. Nos dirigimos ahora a la página Specs de la pestaña de diseño.

13. Ahora nos vamos a la pestaña Performance y seleccionamos la página Results para ver la dimensión y la configuración de los platos de las diferentes secciones. Debemos recordar los datos que se recogen en la siguiente tabla.

207


Diámetro (m) Distancia entre platos (mm) Distancia entre poros (mm) Numero de líneas de flujo Altura total (m) Max. DP/Plato (kPa)

Sección 1 5,486 50,8 609,6 2 8,594 0,893

Miguel Ángel García Gallego Sección 2 3,962 50,8 609,6 2 5,545 0,916

Sección 3 3,353 50,8 609,6 2 5,805 0,641

14. El numero de flujo es dos por tanto la longitud actual es la altura total dividida entre dos (4.297 m.). 15. Confirmamos la máxima pérdida de presión por plato y el número de platos de la columna, la pérdida de presión total de la columna será el número de platos por la máxima perdida de presión de platos (26.55 kPa). 16. Cerramos el Tray Sizing. 17. Hacemos doble clic en el icono del PFD Column Torre Atmosférica. 18. Hacemos clic en la página Sizing de la pestaña Rating. 19. Introducimos los valores que hemos visto antes. 20. En el Internal Type seleccionamos Valve.

21. Cerramos la ventana. 22. Hacemos clic en Column Runner. 23. Hacemos clic en la tabla Parameters y luego seleccionamos la página Profiles.

208



24. Recordad el valor de la presión de la etapa 1. Calculamos la presión teórica de la etapa Bottom como la presión de la primera etapa más la pérdida total de carga. 25. En la columna de Pressure especificamos la presión de la etapa 29 como 224.45 kPa. 26. Hacemos clic en el botón Run. 27. Cerramos la ventana.

Tamaño de los equipos laterales.

1. Desde el menú Tools seleccionamos Utilities. 2. Hacemos doble clic sobre Tray Sizing. 3. Cambiamos el nombre por el de Keroseno_SS TS. 4. Clic en Select TS. 5. Seleccionamos Torre atmosférica de la lista y después Keroseno_SS. Pulsamos Ok. 6. Hacemos clic en Auto Section. 7. Seleccionamos la opción Valve y clic en next.

209



8. Clic en Complete AutoSection. 9. Recordamos los datos de la página Result de la pestaña Performance.

10. Cerramos la ventana 11. Repetimos los pasos para Diesel Ligero_SS y para Diesel Pesado_SS.

210



12. Cerramos la ventana de Available Utilities. 13. Introducimos los datos como hemos hecho antes para la columna.

211



Tamaño del condensador.

1. Doble clic en el icono del condensador.

2. Nos vamos a la página de condiciones del Worksheet.

3. En la página de condiciones nos fijamos en el caudal de líquido de cada corriente. 4. Calculamos el volumen del condensador asumiendo un nivel de líquido del 50% del volumen total del condensador y un tiempo de residencia de 10 minutos.

                  5. El volumen calculado es de 58 m 3. 6. Nos situamos en la pestaña Dynamics y en la página Specs. En el grupo Model Details especificamos el volumen y el level Calculator como un Vertical Cylinder.

212



7. Cerramos la ventana. Tamaño de los intercambiadores de los Pump Arounds.

1. Doble clic en PA_1_Cooler. 2. Clic en Dynamics y seleccionamos Specs.

3. En la celda de Volume observamos que el valor por defecto es de 0.1 m 3. 4. En el grupo Dynamics Specification comprobar que todas las especificaciones esta limpias. 5. Cerramos la ventana. 6. Repetimos el proceso para PA_2_Cooler y PA_3_Cooler. 7. Guardamos el caso.

V.3.3.- Añadiendo las operaciones de control. Las operaciones de control pueden ser añadidas antes o después de la transición al modelo dinámico. Las variables son identificadas y controladas mediante operaciones de 213



control lógicas PID. Sin embargo estos controladores no requieren de correr la simulación en modo dinámico, ellos introducen el realismo del modelo y lo hacen más estable. Añadiendo un controlador de nivel.

1. Hacemos visible la paleta de objetos pulsando la tecla F4. 2. Hacemos clic en PID Controller. 3. Hacemos clic cerca del condensador e instalamos el controlador. 4. Hacemos doble clic en el icono del controlador (IC-100). 5. En la pestaña Connections cambiamos el nombre del controlador por el de Cond LC.

6. En el grupo Process Variable Source hacemos clic en Select PV y seleccionamos la información como vemos en la figura. Clic en Ok.

7. En el grupo Output Target Objet hacemos clic en Select OP y seleccionamos la información como aparece en la figura. Clic en Ok.

214



8. Nos vamos a la pestaña Parameters y seleccionamos la página Configuration. 9. En la celda de Action cambiamos a Direct y en la celda de Kc introducimos 4, Ti 5 minutes, PV Minimum 0% y PV Maximum 100%. 10. Clic en el botón Control Valve. 11. En la celda Max Flow introducimos 2000 kgmole/h.

12. Cerramos la ventana y hacemos clic en Face Plate.

13. Cambiamos el modo de Man a Auto. 14. Hacemos doble clic en PV e imponemos el set point como 50%.

15. Nos vamos a la pestaña Stripchart. 16. En la pestaña Variable Set seleccionamos la opción SP, PV, OP only. 215



17. Hacemos clic en el recuadro Create Stripchart y nos aparecerá la siguiente grafica donde podremos ver la evolución de la variable.

18. Cerramos la ventana sin cerrar la ventana Face Plate ni la ventana de la grafica.

Añadiendo los controladores de caudal.

1. Instalamos un controlador PID cerca de la corriente Off Gas. 2. Insertamos los datos del controlador.

216



3. Clic en Control Valve. 4. En el grupo Duty Source comprobamos que el botón Direct Q este seleccionado. 5. Introducimos los valores que aparecen en la imagen.

6. Cerramos la ventana. 7. Hacemos clic en Face Plate y cambiamos el controlador a modo auto e imponemos el set point de 5 kgmole/h. 8. Creamos una gráfica para ver la evolución de la variable igual que con el controlador anterior. 9. Cerramos la ventana dejando abiertas la del Face Plate y la gráfica. 10. Instalamos un PID cerca de la corriente Diesel. 11. Abrimos el controlador e introducimos los datos.

217



12. Hacemos clic en Face Plate y cambiamos el modo a auto e introducimos el valor del set point. 13. Creamos una gráfica para ver la evolución y cerramos todas las ventanas excepto esta y la del Face Plate. 14. Ahora añadimos un controlador PID para la corriente Diesel Pesado con los datos que se muestran en la siguiente figura.

218



15. Como en los demás controladores creamos la gráfica para ver la evolución de la variable y cerramos las ventanas. 16. Por último añadimos un controlador de caudal para la corriente Keroseno. 219



17. Abrimos el Face Plate, cambiamos a posición Auto e introducimos el set point. 18. Creamos la gráfica para ver la evolución de la variable y cerramos las ventanas.

220



V.3.4.- Añadiendo especificaciones de presión y caudal. 1. Entramos en el Main Flowsheet (Diagrama de flujo principal). 2. Clicamos en el botón Dynamic Mode. Cuando nos pregunten si queremos continuar con asistente dinámico para identificar que ítems deben ser cambiados antes de entrar en dinámico hacer clic en el botón No. 3. Hacemos doble clic en la corriente Vapor Diesel Ligero. 4. Nos vamos a la pestaña Dynamics y seleccionamos la página Specs. 5. En el grupo de Pressure Specification desactivamos la opción Active. 6. En el grupo Flow Specification seleccionamos el botón Molar y activamos la opción. 7. El valor de la celda será el que nos aparece por defecto, ya que es el valor que tiene la variable en la simulación estática.

8. Introducimos las siguientes especificaciones de presión y caudal como se muestran en la siguiente figura y siguiendo los pasos anteriores.

221



222



9. Hacemos clic en Object Navigator y doble clic en Torre atmosférica. Cada corriente de material necesita también una especificación de presión o de caudal. Usar lo siguiente procedimiento para introducir la especificación presión-caudal para la corriente PA_1_Draw. 10. Doble clic en PA_1_Draw. 11. En la página Specs de la pestaña Dynamics, activamos la opción Flow Specification y marcamos el botón Molar.

12. Cerramos la ventana. 13. Al tener que especificar varias corrientes que están dentro del sub-diagrama, es más cómodo abrir el sub-diagrama y seleccionarla directamente. 14. Realizamos las siguientes especificaciones.

223



15. Guardamos el caso. 16. Cerramos todas las ventanas exepto las de face plates. 17. Para disponer de los Face Plates seleccionamos la opción Arrange Desktop del comando Windows. 18. El integrador puede ser corrido en este punto. Hacemos clic en Start Integrator. Cuando te salga una pregunta contestar que no. 19. Dejar que el integrador actúe unos minutos. Observe los cambios en los valores de los Face Plate y la evolución grafica de las variables 20. Para parar el integrador hacer clic en Stop Integrator.

224

Hysys. Destilación Atmosférica de crudo Petrolífero.pdf

Recommend Documents