Destilación Atmosférica y al Vacío.docx

7/25/2019 Destilacin Atmosfrica y al Vaco.docx

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Destilacin Atmosfrica y al VacoEl objetivo es extraer los hidrocarburos presentes naturalmente en elcrudo por destilacin, sin afectar la estructura molecular de loscomponentes.

Unidades de Destilacin Atmosfricas y al Vaco

n las unidades de !oppin", el objetivo es obtener combustiblesterminados y cortes de hidrocarburos #ue ser$n procesados en otras

unidades, para convertirlos en combustibles m$s valiosos.

n las unidades de Vaco, solo se produce cortes intermedios #ue soncar"a de unidades de conversin, las cuales son transformadas enproductos de mayor valor y de f$cil comerciali%acin.

&undamentos del 'roceso


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(a destilacin del crudo, se basa en la transferencia de masa entre lasfases li#uido ) vapor de una me%cla de hidrocarburos.

(a destilacin permite la separacin de los componentes de una me%clade hidrocarburos, como lo es el petrleo, en funcin de sus temperaturas

de ebullicin.

'ara #ue se produ%ca la *separacin o fraccionamiento* de los cortes, sedebe alcan%ar el e#uilibrio entre las fases l#uido)vapor, ya #ue de estamanera los componentes m$s livianos o de menor peso molecular seconcentran en la fase vapor y por el contrario los de mayor pesomolecular predominan en la fase li#uida, en definitiva se aprovecha lasdiferencias de volatilidad de los hidrocarburos.

l e#uilibrio li#uido)vapor, depende principalmente de los par$metros

termodin$micos, presin y temperatura del sistema. (as unidades sedise+an para #ue se produ%can estos e#uilibrios en forma controlada ydurante el tiempo necesario para obtener los combustibles especificados.

$sicamente el proceso consiste en vapori%ar los hidrocarburos delcrudo y lue"o condensarlos en cortes definidos. -odificandofundamentalmente la temperatura, a lo lar"o de la columnafraccionadora.

(a vapori%acin o fase vapor se produce en el horno y %ona de car"a de

la columna fraccionadora. n el orno se transfiere la ener"a temicanecesaria para producir el cambio de fase y en la /ona de 0ar"a sedisminuye la presin del sistema, producindose el flash de la car"a,obtenindose la vapori%acin definitiva.

(a fase li#uida se lo"ra con reflujos o reciclo de hidrocarburos retornadosa la torre. stos reflujos son corrientes li#uidas de hidrocarburos #ue seenfran por intercambio con crudo o fluidos refri"erantes. (a funcin uobjetivo principal de estos , es eliminar o disipar en forma controlada laener"a cedida a los hidrocarburos en el horno, de esta manera se enfra

y condensa la car"a vapori%ada, en cortes o fracciones de hidrocarburosespecificas, obtenindose los combustibles correspondientes.

(a columna posee bandejas o platos donde se produce el e#uilibrio entrelos vapores #ue ascienden y los l#uidos descendentes. n puntos oalturas exactamente calculadas existen platos colectores desde lo #ue seextraen los combustibles destilados.


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(a diferencia fundamental entre las unidades de !ppin" y Vaco es lapresin de trabajo. l !oppin" opera con presiones tpicas de 1 2"3cm45manomtrica6, mientras #ue en el Vaco trabaja con presiones absolutasde 47 mm de mercurio. sto permite destilar hidrocarburos de alto pesomolecular #ue se descompondran o cra#uearan trmicamente, si las

condiciones operativas normales del !oppin" fuesen sobrepasadas.

Variables del 'roceso

(os paramentos termodin$micos #ue "obiernan la destilacin son latemperatura y presin del sistema, por tal motivo consideramos comovariables del proceso todas a#uellas #ue puedan afectar el e#uilibrioentre las fases vapor)li#uido.

!emperatura de transferencia. sta es la m$xima temperatura a la

#ue se eleva el crudo para vapori%arlo, el rendimiento en destiladosdepende de esta variable.

'resin de trabajo. s la presin a la cual se produce laoperacin. 8i bien afecta directamente el e#uilibrio li#uido)vapor,"eneralmente se trabaja a la menor presin posible, y por ende nose varia frecuentemente.

!emperatura de cabe%a. s la temperatura en la %ona superior dela columna fraccionadora, se controla con el reflujo de cabe%a, este

reflujo es la fuente fra #ue "enera la corriente de l#uidos #ue secontactan con los vapores, producindose los e#uilibrios li#uido)vapor.

!emperatura del corte. s la temperatura a la cual se reali%a laextraccin lateral de un combustible. sta temperatura escontrolada con el reflujo de cabe%a y reflujos circulantes. stos9ltimos tienen un efecto semejante #ue el reflujo de cabe%a yadem$s precalientan el crudo, recuperando ener"a.

:nyeccin de vapor. l vapor o 5incondensables 6 en lasfraccionadoras disminuye la presin parcial de los hidrocarburos,estableciendo nuevos e#uilibrios vapor)li#uidos, favoreciendo lavapori%acin de los componentes mas vol$tiles. sto se aplica enla columna fraccionadora principal como en los strippers de loscortes laterales.


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conoma Asociada

Al"unos de los combustibles de las unidades de destilacin atmosfricasse comerciali%an directamente ya #ue tienen la calidad ) de combustiblespara despacho, son el mayor contribuyente del pool de destilados

medios, pero la ventaja econmica mas importante, es #ue se obtienencortes de hidrocarburos #ue son car"a de unidades de conversin, #uelas transforman en productos valiosos y de f$cil comerciali%acin.

n las unidades de !oppin", se obtienen los si"uientes productos finalesy car"as de otros procesos.

;afta liviana, se enva como car"a a isomeri%acion donde semejora el as =l pesado, se enva como car"a a lsomax, convirtindolo en>as =l y ?' o a las unidades de 0ra@n" 0ataltico &luido.

n las unidades de Vaco, solo se obtienen car"as para unidades deconversin.

>as ol liviano de Vaco, se enva como car"a a lsomax, donde seobtiene "as ol, ?', naftas car"a de idrotratamiento de naftas eisomeri%acion y propano)butano.

>as ol pesado de Vaco, se enva a las unidades de 0ra@n"0ataltico &luido, donde se obtienen nafta de alto


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es car"a de las unidades de 0ra@n" 0ataltico &luido, carbnpropano)butano y "ases combustibles.

l impacto econmico de estas unidades se ve reflejado en el lucrocesante #ue se ori"ina cuando estas unidades no operan, #ue es el

mayor de la refinera. &raccionamiento de 0rudo

l primer proceso #ue se le practica al petrleo crudo en las ran parte del crudo procesado en los !oppin" no se vapori%a, ya #uepara lo"rarlo seria necesario elevar la temperatura de trabajo por sobre elumbral de descomposicin trmica. 'or tal motivo este residuoatmosfrico, denominado crudo reducido, se bombea a la unidad deVaco, donde se baja la presin a 47 mm " 5tpico lo #ue permitedestilarlo a mayores temperaturas sin descomponer la estructuramolecular.

Unidad de Destilacin Atmosfrica o !oppin"

l crudo antes de ser fraccionado, debe ser acondicionado y preparadodebidamente para lo"rar una operacin eficiente. (a primer etapa selleva a cabo en los tan#ues de recepcin.


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l petrleo des"asificado #ue se recibe en las


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l tratamiento en tan#ue, consiste en decantar el a"ua libre #ue ten"a elcrudo por "ravedad. 'or tal motivo la temperatura del tan#ue es muyimportante en esta etapa, ya #ue la propiedad fsica #ue la "obierna es laviscosidad. videntemente a mayor temperatura menor viscosidad, y porlo tanto se mejora la velocidad de mi"racin o decantacin del a"ua, pero

se debe tener mucha precaucin de no superar a#uella temperatura #ueprovo#ue corrientes convectivas, #ue perjudican directamente ladecantacin.

'ara evitar perdida de hidrocarburos vol$tiles, los tan#ues poseen techosflotantes #ue evitan este tipo de fu"as. (a temperatura se controla concalefactores o serpentinas, ubicados en la parte inferior del tan#ue. 8eusa vapor exhausto como elemento calefactor. l a"ua pur"ada, arrastraadicionalmente slidos en suspensin.

sta etapa se lleva a cabo b$sicamente con tres tan#ues en simult$neo,uno recibe el crudo de yacimiento, otro esta en decantacin y el tercero#ue contiene crudo decantado es del #ue aspira la unidad.

l crudo *decantado* en tan#ues es enviado a la unidad de !oppin",donde se lo precalienta con corrientes de mayor temperatura, productosterminados y reflujos circulantes, permitiendo recuperar ener"a calrica,en el circuito de intercambio.

l circuito de intercambio tiene como funcin, la recuperacin de ener"a,

"ener$ndose un "radiente trmico a lo lar"o del circuito, #ue permiteminimi%ar el consumo de combustible en los hornos de calentamiento.'revio al horno se reali%an dos operaciones de fundamental importancia,el desalado y deshidratado del petrleo, para lo cual se necesitancondiciones termodin$mica especificas.

(a se"unda etapa de eliminacin de impure%as es el desalado del crudo.

Desalado de 0rudol propsito de este proceso, es eliminar las sales e impure%as #uetienen los petrleos crudos, car"a de las unidades de !oppin". (osslidos en suspensin y las sales disueltas en muy pe#ue+as "otas dea"ua, dispersas en el seno del petrleo son extradas en los desaladoresya #ue es antieconmico decantarlas y eliminarlas por "ravedad en lostan#ues de almacenamiento. 5&i"ura 1 si"uiente6.


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$sicamente el proceso de desalacin consiste en precalentar el crudopara disminuir la viscosidad, inyectar a"ua de lavado o exenta de sales,

producir una me%cla intima entre ambos, contactarla con el a"ua residualdel crudo y posteriormente separar el a"ua contendiendo la mayorproporcin de impure%as. n definitiva se lleva acabo la disolucin de lassales presentes en el crudo, "ener$ndose pe#ue+os electrolitos 5"otas6,sensibles a la variaciones de un campo elctrico.

'ara lo"rar la me%cla se usan v$lvulas emulsificadoras o me%cladoresest$ticos. 'osteriormente se lo enva a un acumulador donde se hacefluir la corriente uniformemente a travs de un campo elctrico de altovoltaje 547.777 V6, "enerado por pares de electrodos. (as fuer%aselctricas dentro del campo provocan #ue las pe#ue+as "otitas de a"uacoale%can, formando "otas mas "randes #ue pueden decantar en ele#uipo. l crudo libre de sales 5crudo desalado6 sale por la parte superiordel e#uipo.

(a coalescencia de las "otas en el desolador es provocada por fuer%aselctricas "eneradas entre las "otas de a"ua. l campo elctrico induce


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a #ue las pe#ue+as "otas se conviertan en dipolos elctricos, #ueinteractuan entre si "ener$ndose atracciones entre las "otitasa"rup$ndose en "otas mayores, #ue pueden decantar por "ravedad. lefecto del campo alternativo hace #ue las "otas se muevan 5vibrando6 enfase con el campo, lo #ue favorece la coalescencia de las "otas.

(a tercer etapa de acondicionamiento del )crudo es la inyeccin dehidrxido de sodio, esta operacin a diferencia de las dos anteriores noelimina los contaminante, sino #ue se minimi%a el efecto portransformacin de sales menos perniciosas.

Dosificacin de idrxido de 8odio al 0rudo

Al crudo efluente de los desaladores no se les elimina la totalidad de lassales ya #ue estos e#uipos tienen una eficiencia de desalado media del

BC , por tal motivo se les inyecta una solucin c$ustica para transformarlos cloruros de calcio y ma"nesio en cloruros de sodio. l cloruro desodio tiene una constante de hidrlisis menor #ue las otras sales, por locual se minimi%a la "eneracin de cloruro de hidro"eno y por ende elata#ue corrosivo a la unidad.

l "as cloruro de hidro"eno condensa en la %onas fras 5parte superior6de la torre y en contacto con a"ua se forma $cido clorhdrico, el cual esaltamente corrosivo, por tal motivo es fundamental #ue se minimice lapresencia o efectos del mismo.

l a"re"ado de c$ustico sustituye los cationes ma"nesio y calcio porsodio, convirtiendo la mayora de los cloruros en cloruros de sodio,minimi%$ndose la formacin del $cido.

0l4-" E 4= )))))))))))))) 40l E -"=

0140a E 4= )))))))))))))) 40l E 0a=

40l;a E 4= )))))))))))))) 40l E 4;a=

'or cada molcula de sal de calcio o ma"nesio, se "enera el doble de$cido #ue en caso del cloruro de sodio, por otra parte este ultimocomien%a la hidrlisis en el umbral de los F77 G0, mientras #ue a estastemperaturas las otras dos han hidroli%ado el 17 y B7 respectivamente.


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(a sustitucin se lleva a cabo se"9n las si"uientes reacciones.

;a =E 0140a ))))))))))))) ;a 0l E 5=6 4 0a

;a =E 014-" )))))))))))) ;a 0( E 5=6 4 -"

l control de la corrosin se complementa con el uso de productos#umicos, a base de aminas, #ue permiten neutrali%ar el $cido y formarfilms protectores en las paredes de los e#uipos.

Una ve% eliminadas la impure%as del crudo, se continua precalentado yse lo enva a la torre preflash, donde las condiciones termodin$mica sontales #ue el crudo vapori%a parcialmente. (a fraccin vapori%ada se envadirectamente a la columna fraccionadora, lo #ue permite disminuir lacar"a a los hornos, disminuyendo el consumo de combustible,

5condiciones tpicas, 477 G0 y 1.C @"3cm46.

Una ve% alcan%ada la m$xima recuperacin de calor, el crudo esbombeado al horno, donde se le transfiere la ener"a necesaria paralo"rar la vapori%acin re#uerida, en la %ona de alimentacin de la torrefraccionadora . n esta columna se lleva a cabo el fraccionamiento de loshidrocarburos. 0ondiciones tpicas de la %ona de car"a FH7 G0 y 7.I77@"3cm4 de presin 5fi"ura si"uiente6.


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&i"ura 4 U;:DAD D D8!:(A0:J; A!-=8&K

Destilacin Atmosfrica del 0rudo

(a destilacin permite la separacin de los componentes de una me%clade hidrocarburos, como lo es el petrleo, en funcin de sus temperaturasde ebullicin, aprovechando las diferencias de volatilidad de los mismos.

(a car"a parcialmente vapori%ada in"resa en la %ona flash o %ona decar"a. (os hidrocarburos vapori%ados ascienden por la columnafraccionadora a travs de bandejas o platos de fraccionamiento, dondese contacta ntimamente l#uidos y vapores, producindose latransferencia de masa y calor necesaria para fracconar los diferentescombustibles, 5ver fi"ura ;L F 6. stos son extrados lateralmentemediante platos colectores y enviados a torres despojadoras, strippers,donde se ajusta el punto de inflamacin de los cortes.


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&i"ura F '


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l producto de fondo es el residuo #ue no se vapori%o en el horno, ya#ue seria necesario elevar la temperatura por sobre el umbral de cra@eoo descomposicin trmica de los hidrocarburos de alto peso molecular .'or tal motivo esta corriente es enviada a la unidad de Vaco.

Unidad de Destilacin al Vaco(as unidades de Vaco, est$n dise+adas para operar en condicionestermodin$micas adecuadas para destilar las fracciones pesadas delcrudo, sin #ue se produ%ca la descomposicin trmica de los mismos.

'ara lo"rarlo se baja la presin de trabajo hasta alcan%ar presionesabsolutas de 47 mm " en la %ona de car"a de la columna dedestilacin. l Vaco es obtenido con eyectores de vapor. 5ver fi"ura ;GM6.

Figura 4: UNIDAD DE VACO

n esta unidad, la ener"a necesaria para vapori%ar el crudo reducido essuministrada totalmente en hornos, dise+ados para minimi%ar la perdida


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de car"a 5perdidas de presin6 de modo de operar con la menor presinposible en los puntos donde se inicia la vapori%acin. (a car"aparcialmente vapori%ada es enviada a la %ona flash de la columna dedestilacin, donde se produce una corriente ascendente de vapores yotra descendente de l#uidos. n estas columnas el princpo de

operacin es la condensacin de los vapores.

(a torre tiene caractersticas particulares, #ue la diferencian de lasfracionadoras atmosfricas. (os dispositivos o elementos mec$nicos paraproducir el contacto li#uido vapor, son rellenos especiales 5flexi rin"s,ubicados en lechos ordenados6 #ue permiten incrementar la superficie deinterface, favoreciendo la transferencia de masa 5ver fi"ura ;L C6. ldi$metro de la columna es diferente en %ona de condensacin, respectode la %ona superior o inferior de la misma.

Figura 5: FLEXIRING que permite incrementar a !uper"icie #eInter"a!e

(a %ona de condensacin o fraccionamiento tiene el mayor di$metro ya#ue las perdidas de car"a deben ser despreciables para mantener elVaco homo"neo en la totalidad de la torre. (a %ona de cabe%a es de


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di$metro menor ya #ue el caudal de vapores en esta %ona es muy bajodebido a #ue los productos solo son obtenidos lateralmente y no porcabe%a. l fondo de la columna tiene el menor di$metro, ya #ue se debeminimi%ar el tiempo de residencia del asfalto para evitar ladescomposicin trmica y formacin de carbn en la torre.

l primer corte lateral producido es el >as =l (iviano de Vaco, el cual escar"a de la unidad de :somax o &00. Debido a las caractersticas delproceso :somax 5idrocrac@in"6 las especificaciones del productos sonmuy importantes, ya #ue se afecta fuertemente la performance de esaunidad si se da+a el catali%ador.

l se"undo corte lateral es el >as =l 'esado de Vaco, este productointercambia calor con el crudo de la unidad de !oppin" y es la car"a porexcelencia de las unidades de 0rac@in" 0ataltico &luido. 0omoparametro de calidad fundamental, al corte se le controla el contenido de0arbn 0onradson, 5N 7.C 6. ste par$metro afecta directamente elbalance de carbn y por ende el balance de calor de esas unidades, lo

#ue modifica la performance de las mismas.l producto de fondo es residuo asf$ltico, #ue es enviado a las unidades de 0rac@in" !rmico.


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D&:;:0:=;80aracteri%acin del 'etrleo 0rudo

&actor de 0aracteri%acion 2 uop

l factor 2uop, es un valor #ue permite identificar o caracteri%ar el tipo decrudo en cuanto a su composicin #umica, 5base parafinica, mixta,naftenica, arom$tica6.

(a temperatura volumtrica media, es la temperatura de ebullicin de uncomponente hipottico con caractersticas e#uivalente a la me%cla dehidrocarburos anali%ada.

2O 1F A8 'A


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(os "rados A': es una forma de expresar la densidad, la cual fuedefinida por el A-


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la fase vapor, para ser enviados directamente a la torre fraccionadora,solo el producto de fondo continua como car"a del horno.

8trippers

8on pe#ue+as torres cuya funcin principal es eliminar los componentesde bajo peso molecular 5vol$tiles6 de los combustibles extradoslateralmente en las torres fraccionadoras, el principio fsico en el #ue sebasa su funcionamiento es la disminucin de la presin parcial de loscomponentes por la inyeccin de un fluido 5fase vapor6 en el e#uipo.

n estos e#uipos se ajusta el punto de inflamacin de los combustibles.

(os fluidos normalmente usados son vapor o "as seco.

A(2Q(A0:J;

Es un proceso cataltico en el cual secombina una isoparafina 5isobutano6 y una

olefina 5butileno6 para producir uncompuesto de mayor peso molecular,

llamado al@ylato, #ue se encuentra dentrodel ran"o de destilacin de las naftas.

(a Unidad de Al@ylacin est$ compuesta por dos secciones


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QD


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sta corriente se pone en contacto con hidr"eno e in"resa al reactorlue"o de pasar por un tren de intercambio destinado a levantar latemperatura de la me%cla hidrocarburo)hidr"eno a las condiciones dereaccin.

n el reactor se producen las reacciones de saturacin e isomeri%acinde los butenos sobre un catali%ador de al9mina impre"nado en paladio.

l efluente del reactor in"resa a un stripper para despojar por la partesuperior los componentes livianos 54, metanol, dimetilter6 #ueconsumen el $cido fluorhdrico utili%ado en &)Al@ylacin.


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Diolefinas reaccionan con el $cido fluorhdrico y el hidrocarburoen &)Al@ylacin formando fluoruros or"$nicos pesados.

1 mF de diolefina consume 14I 2" de &

0ompuestos oxi"enados reaccionan con el $cido fluorhdrico y elhidrocarburo en &)Al@ylacin formando fluoruros or"$nicospesados.

0ompuestos de a%ufre reaccionan con el $cido fluorhdrico y lacar"a formando fluoruros or"$nicos livianos.

A"ua es extremadamente soluble en & y en concentracionessuperiores al F forma una me%cla altamente corrosiva.

0atali%ador de ydrisom

!:'= D 0A!A(:/AD='< en (r"entina

Repsol >'< cuenta en la (r"entina con tres refineras$

La 'lata #;uenos (ires%, Lun de Cuyo #Mendoa% y

'laa &uincul #*euqu+n%. La Refinera La 'lata elabora

ms de un centenar de productos para el transporte e

industria. Recibe petrleo por oleoducto y por barco

desde las cuencas ?olfo an 8or"e y *euquina.

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En Lun de Cuyo se procesan !asta 9B.333 m4Ada

de crudo producido en el sur de Mendoa y norte de *euqu+n, mientras que

'laa


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&uincul 1ubicada en el coran de la cuenca neuquina, lle"a a procesar !asta

/.33

m4Ada de petrleo.

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