CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN.- ............................................................... ......................................................................................... ............................... ..... 2 2. OBJETIVOS.- ....................................................... ................................................................................ ............................................... ...................... 3 2.1 OBJETIVO GENERAL.- ................................................................... .................................................................................... ................. 3 3. MARCO TEÓRICO.- ................................................ ......................................................................... ........................................... .................. 3 3.1 DESTILACIÓN PRIMARIA (TOPPING): ........................................................ ........................................................ 3 3.2 DESCRIPCION TECNICA DE LA UNIDAD DE CRUDO: .............................. .............................. 5 3.3 HIDRODESULFURACION: ................................. .......................................................... ......................................... ................ 11 3.4 DESCRIPCION TECNICA T ECNICA DE LA L A UNIDAD DE HYDROBON: ..................... 12 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: ................................................... ................................................... 16 5. BIBLIOGRAFÍA.- .............................................................. ........................................................................................ ................................. ....... 16
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PROCESOS DE REFINACION EN EL SECTOR CARBURANTES 1. INTRODUCCIÓN.El petróleo crudo no es directamente utilizable, salvo a veces como combustible. Para obtener sus diversos subproductos es necesario refinarlo, de donde resultan, por centenares, los productos acabados y las materias químicas más diversas. El petróleo crudo es una mezcla de diversas sustancias, las cuales tienen diferentes puntos de ebullición. Su separación se logra mediante el proceso llamado "destilación fraccionada". Esta función está destinada a las "refinerías", factorías de transformación y sector clave por definición de la industria petrolífera, bisagra que articula la actividad primaria y extractiva con la actividad terciaria. El petróleo, tal como se extrae de las profundidades de la tierra o del mar mediante perforaciones profundas, no es utilizable como combustible ya que requiere de altas temperaturas para arder. Para poder aprovecharlo como fuente de energía o materia prima es necesario separarlo en fracciones adecuadas para preparar, a partir de ellas, los productos para las diferentes aplicaciones que requiere el mercado. El proceso de refinación produce gasolinas, naftas, destilados, combustibles residuales, asfalto, lubricantes y ceras. La refinación comprende una serie de procesos de separación, transformación y purificación, mediante los cuales el petróleo crudo es convertido en productos útiles con innumerables usos, que van desde la simple combustión en una lámpara hasta la fabricación de productos intermedios, que a su vez, son la materia prima para la obtención de otros productos industriales. Una refinería típica podría estar subdividida en doce procesos o unidades, aunque en ocasiones podrá contar con más unidades debido a las características fisicoquímicos del producto a procesar.
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2. OBJETIVOS.2.1 OBJETIVO GENERAL. Analizar y dar a conocer los diferentes procesos y unidades de refinación del petróleo, para obtener los respectivos productos del petróleo.
3. MARCO TEÓRICO.Una refinería típica podría estar subdividida en doce procesos o unidades, aunque en ocasiones podrá contar con más unidades debido a las características fisicoquímicos del producto a procesar, dependiendo si integran los procesos que elaboran compuestos oxigenados, la refinería Gualberto Villarroel cuenta con algunas de las siguientes unidades:
3.1 DESTILACIÓN PRIMARIA (TOPPING): El proceso de destilación se realiza a presión atmosférica, este proceso se lleva a cabo en una torre de destilación asumiendo que el producto entra a la torre con una determinada temperatura esta se llama temperatura de línea de transferencia. Los productos que se obtienen de este proceso son gas combustible, gasolina liviana y pesada, destilado liviano llamado nafta(menor de 175°C.), destilado medio llamado Kerosene(entre 175°C y 275°C), destilado pesado llamado Diésel Oíl y el fondo de la torre que se llama crudo reducido que e s la carga al sector de lubricantes (Rafael.Torrez, 2002) El crudo se calienta a 350°C y se envía a una torre de fraccionamiento, metálica y de 50 metros de altura, en cuyo interior hay numerosos "platos de burbujeo". Normalmente el Petróleo precalentado puede ser todavía introducido en hornos tubulares, la salida de los cuales buena parte de ello es evaporada. En esas condiciones, la carga introducida en la torre en un punto conocido como zona de vaporización o zona de flash. Los productos son retirados en determinados puntos de la columna de acuerdo con la temperatura máxima de destilación de cada fracción. 3
En condiciones de presión próxima a la atmosférica se obtiene petróleo diésel, kerosene y nafta pesada, como productos laterales de una torre de destilación. Nafta liviana y GLP son productos de tope, condesados y separados fuera de la torre. Como producto de fondo, se obtiene el residuo atmosférico, del cual todavía se puede extraer fracciones importantes. Parte de los productos de tope condesado puede ser retornada a la torre como corriente de reflujo, con el objetivo de controlar la temperatura de salida de vapor y generar reflujo interno en los platos. Puede haber todavía el reflujo de producto lateral circulante, con el objetivo de retirar calor de la torre, sin interferencia directa en el fraccionamiento. En las fracciones intermedias laterales, pude haber componentes más livianos retenidos, que bajan al punto inicial de ebullición. Su eliminación, es por tanto, necesaria y ocurre en pequeñas columnas conocidas como rectificadores laterales (Strippeers), en que se inyecta vapor de agua para rectificar el producto de fondo. Las corrientes de vapor de agua son retiradas por el tope juntamente con los hidrocarburos livianos. Figura N°1. Unidad de destilación primaria
Fuente.
Torres. R, 2002
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3.2 DESCRIPCION TECNICA DE LA UNIDAD DE CRUDO: El petróleo crudo de los yacimientos es enviado a la refinería a través del ducto OSSA I (Oleoducto Santa Cruz-Cochabamba) y este recurso no renovable es almacenado en tanques (TK-2901, TK-2902 y TK-2903), teniendo en cuenta que estos tanques tienen una capacidad de almacenaje de 66 941 barriles (2902 y 2903), pero el tanque de mayor capacidad de almacenaje dentro de la refinería es el TK2901 con una capacidad de 192248 barriles.
Figura N°2 Tanque de almacenamiento de petróleo crudo
Fuente YPFB REFINACION S.A, 2009 El petróleo es bombeado a la torre T-1001 mediante la bomba de carga IP-1001 A/B (las bombas A y B son usadas alternadamente al cumplir cada una con un tiempo determinado de horas de trabajo que son aproximadamente de 2 a 3 meses) con una presión de descarga de 23Kg/cm2, que luego pasa por una serie de intercambiadores de calor del I-1001 al I-1005 donde la carga es precalentada hasta una temperatura de 170°C, el propósito de este intercambio inicial es para 5
Figura N° 3 Diagrama de flujo de la unidad de crudo (1)
Fuente SECTOR CARBURANTES, YPFB REFINACION S.A, ,2009 6
incrementar la temperatura a la entrada del horno H-1001 y reducir el consumo de combustible para calentar el mismo volumen, al ingreso al horno el flujo se distribuye en 4 ramas para poder realizar un intercambio de calor más íntimo, la temperatura de salida del alambique esta seteado a una T de 304°C , para luego ingresar a la torre T-1001, que cuenta con 35 platos donde se produce el fraccionamiento del petróleo crudo en los diferentes cortes de acuerdo a los puntos de ebullición de sus componentes. En el plato 11 se tiene la salida de nafta, en el plato 21 se encuentra la salida del kerosene y a la altura del plato 27 se encuentra la salida del Diesel Oíl, por el fondo de la torre se tiene la salida del crudo reducido que es carga a la planta de lubricantes básicos, para la extracción de aceites bases y asfaltos. Por la cabeza de la T-1001 se inyecta solventes químicos los denominados weth que son inhibidores, anticorrosivos para evitar la corrosión en el producto de cabeza y mantienen un PH neutro, el producto de salida de la torre son gasolina liviana como gasolina pesada, para luego realizar un intercambio de calor en el I-1001 con el crudo de carga, para luego condensarse en el aero enfriador de agua E-1006 como en enfriador de agua E-1001 A/B. El flujo pasa a un acumulador en este caso el D-1001, donde se separa las fases de la gasolina tanto liquida como gaseosa y una tercera que es el agua líquida que debe ser purgada todo este fenómeno se realiza por la diferencia de densidades, para evitar la inundación del acumulador este tiene un controlador de nivel, La parte liquida es succionada por la IP-1002 A/B, una parte como reflujo a la torre T-1001 y otra al cumulador D-1003, la parte gaseosa del acumulador D-1001 es enviada al D-1002, para después pasar al compresor IC-1001 volviendo nuevamente al acumulador D-1001, esta corriente se usa como control de presión de cabeza de la T-1001 controladas mediante válvulas automáticas desde sala.
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Figura N° 4 Diagrama de flujo de la unidad de crudo (2)
Fuente SECTOR CARBURANTES, YPFB REFINACION S.A, ,2009 8
El acumulador D-1003 es la carga a la torre T-1005 mediante la IP-1008 A/B, que luego pasa por unos intercambiadores como el I-1006 e I-1007 calentando la gasolina hasta una temperatura de 110 °C el ingreso de la carga a la torre debutanizadora se lo realiza en el plato 16 esta torre T-1005 está provista de 30 platos, cuyo objetivo es separar las gasolinas desde el butano al metano, por eso la denominación que es una torre debutanizadora, (ver diagrama de flujo) El producto de cabeza es condensado en el aeroenfriador E-1011 y el enfriador de agua E-1003, este flujo semi condensado pasa al acumulador D-1004, la parte liquida es enviada como relujo a la torre mediante la IP-1009 A/B y otra parte se manda a la unidad de recuperación de gases mediante la IP-1010 que tiene la particularidad que es una bomba centrifuga pero con eje horizontal. Los gases no condensados del acumulador D-1004 se mandan a la unidad de recuperación de gases mediante el compresor IC-1101 El producto de fondo de la torre se divide en 2 partes, una que va hacia el horno H1002 (donde es calentado hasta una T de 174°C) mediante la bomba IP-1011 A/B, y otra parte como carga al splitter de naftas que es la torre T-1006 solo por presión en el flujo. La torre T-1006 es la torre fraccionadora de nafta que tiene 30 platos y la alimentación ingrese a la altura del plato 16, en esta torre se separan las gasolinas en 2, saliendo por la cabeza la más liviana LSR (Light straight run) que pasa a enfriarse en los aeroenfriadores E-1012 y de ahí al acumulador D-1005, del acumulador se bombea dos corrientes por la IP-1012 A/B una que ingresa a la torre T-1006 como reflujo y otra que se dirige hacia los tanques s de almacenamiento de LSR que son el TK 2909 y TK-2908 El producto de fondo de la torre T-1006 es MSR (médium straight run), mediante la Ip-1014 A/B es bombeado a los tanques de almacenamiento que son el TK 2904 y TK-2905 que son carga a la unidad de hydron platforming, pasando previamente por intercambiadores y enfriadores de agua y aire
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A) DESTILADO LIVIANO
El destilado proveniente de la torre T-1001, que es corte lateral superior se dirige al stripper de nafta T-1002, para corregir el punto de inflamación del producto mediante la inyección de vapor. La torre tiene un controlador de nivel automático que es seteado a un determinado nivel y el exceso se manda hacia a un manifold de válvulas donde se distribuye en diferentes línea como producto terminado a través de la bomba IP-1013, pudiéndose enviar a tratamiento de Jet Fuel, a los tanques 2922-2923 que son de Diesel Oíl y otra parte a los tanques 2904 y 2905, que se usan como carga a hydrobon, el producto despojado en el stripper vuelve a la T-1001 como reflujo B) DESTILADO MEDIO
El producto destilado que sale de la T-1001 como destilado medio es el Kerosene, esto se realiza a la altura del palto 21, donde ingresa al stripper T-1003 y la otra parte es succionada por la bomba IP-1005 A/B de donde una parte va como re boiler hacia la T-1006 y la otra hacia el intercambiador I-1003 por carcasa, controladas mediante las válvulas automáticas. El fondo del stripper T-1003 es succionado por la bomba IP-1004 A/B y la corriente es enviada hacia el intercambiador I-1002 por la carcasa; ya la corriente más fría se dirige hacia el aero enfriador E-1010 y mediante un manifold se deriva en función al requerimiento que se tenga una parte va a los tanques de almacenamiento 2922,2923 o 2929 que son tanques d e Diesel, otra hacia los tanques de Kerosene 2919 y 2924, el producto de cabeza del stripper T-1003 se lo manda como reflujo casi a la altura del palto 21. C) DESTILADO PESADO
El destilado pesado sale por el plato 27 de la T-1001 ingresando al stripper T-1004 de donde por el fondo es succionado con la Ip-1006 A/B para pasar por carcasa del intercambiador de calor I-1004, la corriente enfriada se dirige hacia el aero enfriador 10
E-1009 e ingresar mediante una válvula automática a los tanque s de diesel que son 2929,2922 y 2923 D) PRODUCTO DE FONDO
Llamado también crudo reducido, es la carga al sector de lubricantes básicos, con un rango de 27-28°API, el fondo de la torre tiene un stripper que mediante la inyección de vapor de media a 150 psi y 400 °F, despoja la mayor cantidad de producto liviano que pueda contener este crudo. El fondo de la torre es succionado a través de la bomba IP-1007, para luego ir a intercambiar todo ese calor con la carga en el I-1005, seguidamente pasa por un sistema de enfriamiento tanto de aire como de agua en los E-1007 y E-1002 respectivamente para luego ir a su tanque de almacenamiento TK-2933 o directamente ir a la planta de lubricantes básicos.
3.3 HIDRODESULFURACION: La hidrodesulfuración (HDS) o hidrodesulfuración térmica (HDT) es un proceso químico catalítico destinado a eliminar el azufre (impureza contaminante) que se encuentra en el gas natural y de los productos refinados del petróleo, tales como gasolina o gasolina, combustible del jet, queroseno, combustible diesel, y fuel oils. En este proceso se quitan los venenos existentes en la gasolina pesada MSR como ser azufre y nitrógeno mediante un reactor de Co Mo que hace que reaccionen las sustancias
produciendo
ácido
sulfhídrico,
amoniaco,
agua
y
parafinas
(Rafael.Torrez, 2002)
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Figura N° 5 Unidad de Hidrodesulfuracion
Fuente.
Torres. R, 2002
3.4 DESCRIPCION TECNICA DE LA UNIDAD DE HYDROBON: Esta unidad tiene la función de prepara la carga para la unidad de platforming, disminuyendo la concentración de los principales contaminantes como: azufre, plomo, arsénico, cloruros, entre otros. El objetivo de la unidad de Platforming es transformar naftas pesadas de las Unidades de Topping y Coque en un producto de alto valor octánico. El Proceso de Hydrobon es un proceso de Refinamiento con hidrógeno, en el cual se utiliza un catalizador selectivo que hace que los compuestos de AZUFRE, OXIGENO, ARSÉNICO, Nitrógeno, PLOMO, CLORUROS, contenido en la Nafta se descompongan en presencia de corrientes de gas ricas en Nitrógeno,
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adicionalmente a éste proceso separa también los contaminantes metálicos y proporciona además la saturación de los compuestos Olefínicos. Este proceso involucra la aplicación de reacciones de HIDROGENACIÓN para separar las sustancias que envenenan el catalizador de Platforming.El proceso Hydrobon emplea una cámara o un Reactor Catalítico, un stripper de producto, un circuito de intercambio de calor de los productos y Hornos de fuego directo para suministrar calor adicional. La carga junto con el hidrogeno pasa por un reactor de flujo axial, cargado con catalizador de Cobalto-Molibdemo, en cual los contaminantes reaccionan produciendo H2S, NH3, HCl, H2O, para luego ser eliminados La sección de hydrobon se emplea en una sola reacción catalítica en el reactor R1201, una torre de estabilización, un circuito de intercambio de calor para recuperar el calor de los productos y hornos de fuego directo para suministrar el calor adicional La gasolina media almacenada en los tanques 2904 y 2905 se envía por medio de la bomba IP-1201 A/B hacia el horno H-1201, previamente la corriente de nafta media se junta con una corriente de hidrogeno proveniente de platforming, pasando por la carcasa del intercambiador de calor I-1201 y posteriormente al horno H-1201 Figura N° 6 Reactores de lecho fijo
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Fuente SECTOR CARBURANTES, YPFB REFINACION S.A, ,2009 Figura N° 7 Diagrama de flujo de la unidad de Hydrobon
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Fuente SECTOR CARBURANTES, YPFB REFINACION S.A, ,2009 El H-1201 incrementa temperatura de carga hasta 310°C aproximadamente y d ahí ingresa directamente al reactor R-1201 dentro el cual fluye a través del catalizador donde las reacciones producidas son exotérmicas La salida del producto del reactor se realiza por la parte baja del mismo, pasa por los tubos del intercambiador de calor I-1201 en los cuales disminuye su temperatura por el contacto con la carga, luego se inyecta agua tratada que sirve para ayudar a la limpieza de sales corrosivas que pueden producirse, luego pasa por el aero enfriador E-1201 ingresando al acumulador ingresando al acumulador D-1201, que es el separador, que por diferencia de presión el líquido sale por la parte inferior, el agua acida sale por la zona de interface por donde es eliminada dirigiéndose una parte hacia el D-1006 y la otra parte a recuperación de gases, por la parte superior del acumulador D-1201 se envía la parte gaseosa ha cia el acumulador D-2401 ( que sirve como acumulador de gas combustible para la alimentación de hornos en la refinería) El líquido del D-1201 se dirige al intercambiador de calor ingresando por la carcasa de I-1202 y luego ingresa a la torre T-1201 a la altura del plato 6 y opera entre 65° C y 210°C de temperatura por cabeza y fondo respectivamente. En esta torre se termina de extraer los contaminantes que todavía arrastra el producto, eliminándose los mismos por la cabeza de la torre; antes de ingresar al E-1202, por la parte superior de la torre se inyecta un inhibidor de corrosión para evitar la corrosión en las líneas; inmediatamente ingresa al aero enfriador E-12102 y posteriormente al acumulador D-1202 En el acumulador la parte liquida se extrae mediante la bomba P-1204 A/B, esta corriente sirve como reflujo a la cabeza de la T-1201 que ingresa a la altura del plato 1, la parte gaseosa de D-1202 se envía de la misma manera que el D-1201 al acumulador D-2401 como gas combustible y el agua acida es eliminada por la parte inferior del equipo.
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El fondo de la T-1201 a la salida de la torre a la salida de la torre se divide en 2 partes, la primera es succionada por la IP-1203 A/B hacia el horno H-1202, esta corriente caliente sirve como reflujo para mantener la temperatura de fondo de la T-1201, la segunda corriente pasa por los tubos del intercambiador I-1202 y posteriormente es succionada por la bomba P-1206 A/B. Esta corriente constituye la carga principal para el proceso de platforming
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: El impacto que tiene en la economía y en la vida, no solamente nacional sino mundial, es tremendo. Además, de que es la más compleja, física y químicamente hablando, de todas las industrias químicas de proceso. Las refinerías tienen una secuencia de proceso la cual consiste primero en la entrada del petróleo crudo el cual después pasa ya sea fraccionar, desintegrar, reformar, combinar y mezcla materiales para producir: gasolina con o sin mejorador del octanaje o también llamado antidetonante que es un compuesto oxigenado que se le adiciona al gas licuado de petróleo o GLP, combustóleos, asfaltos, coque y azufre como subproducto, agrega otros compuestos aditivos, los cuales vendrían hacer las corriente de salida. Las Refinerías que elaboran el producto de Gasolina Especial son Gualberto Villarroel, Guillermo Elder Bell y Oro Negro, todas las refinerías que operan en el país aportan en la producción de Diesel Oil, la refinería de Gualberto Villarroel procesa el 75% de Gas Licuado de Petróleo en el país, el producto Jet fuel lo elaboran tanto la refinería Gualberto Villarroel como Guillermo Elder Bell en un porcentaje de 50-50, la refinería que hoy por hoy elabora Gasolina Premium en la actualidad es Guillermo Elder Bell, las refinerías que elaboran kerosene son Gualberto Villarroel y Guillermo Elder Bell poro la primera tiene una producción del 94% respecto del total producido,
5. BIBLIOGRAFÍA.https://www.monografias.com/trabajos5/petroleo/petroleo2.shtml 16
https://es.slideshare.net/everthjoanescalerafernandez/carburantes-52072195 https://es.wikipedia.org/wiki/Hidrodesulfuraci%C3%B3n http://www.ypfbrefinacion.com.bo/imagen/archivos/3/3.pdf http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/20228/fichero/Memoria%252F3+Descripcion +de+la+planta.pdf https://es.scribd.com/doc/186094275/Destilacion-primaria-o-topping-y-destilacionsecundaria-o-cracking https://www.xuletas.es/ficha/torre-destilacion-platos-1/ http://gustato.com/petroleo/refinacion.html
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