UNIVERSIDAD PRIVADA BOLIVIANA Facultad de IngenieraIngeniera de Petrleo y Gas Natural Estudio Tcnico de la Unidad de Isopentano para su utilizacin en el Blending de Gasolina Especial Prctica Profesional Presentado por: Mara Lourdes Oropeza Eterovic Como requisito parcial para optar al ttulo de: Licenciatura en Ingeniera de Petrleo y Gas Natural Tutor: MSc. Marco Antonio Calle Cochabamba, Septiembre 2011 ii RESUMENEJECUTIVO Elobjetivodelpresenteestudioesevaluaryanalizardeformatcnicalaunidadde isopentanopertenecientealaRefineraGualbertoVillarroel.Especficamente,latorre desisopentanizadora1T-1501,juntoalcondensadordecabezayelrehervidordefondo hansidoevaluadosparadeterminarlafactibilidadtcnicadeunincrementoenla cantidaddeisopentanoproducido,conelpropsitodeaumentarlaproduccinde gasolina especial en la refinera. Latorredesisopentanizadora,surehervidorycondensador,aligualquemuchosdelos otrosequiposdelaunidaddegasolinadeaviacin(Avigas),nocuentanconhojasde datosynoseconocensuscondicionesoperativasrealesdebidoalafaltadeesta informacin y la mala calibracin de instrumentos de medicin en la planta. Para la evaluacin de la torre se realiz la simulacin del proceso en el Software Hysysy seprocediaelaborarlasmemoriasdeclculodelacolumnahidrulicaylaeficiencia de la misma con los datos operativos tomados en planta. Delamismaforma,seevalulaeficienciadelcondensadoryelrehervidorconla utilizacin del Software HTRI. Debido a la mala calibracin de las placas de orificio se recalcularon sus factores de flujo con el software FE-Sizer y se revisaron las lneas para descubrir limitaciones operativas. Con la cromatografa del producto de cabeza (mayormente isopentano) obtenido en la torre 1T-1501 se calcul el Octanaje (RON) y la Tensin de Vapor Reid (TVR) para evaluar la cantidad que puede ser usada en la preparacin de la gasolina especial. Conelconocimientodelascondicionesoperativasdelatorre,elcondensadoryrehervidor,sedeterminaronlasnuevascondicionesdeoperacinconlasquesepuede trabajar en la planta, antes de llegar al lmite en la capacidad de enfriamiento instalada, locualcorrespondeaunincrementodel49%enlaproduccindeisopentanoobtenido enlatorre1T-1501.Loqueasuvez,correspondeaunincrementodel2,2%enla produccin de Gasolina Especial. iii CONTENIDO RESUMENEJECUTIVO ......................................................................................................................ii LISTA DE TABLAS ............................................................................................................................. vi I.INTRODUCCIN....................................................................................................................... 1 1.1.Antecedentes ............................................................................................................................... 1 1.2.Descripcin de las necesidades ................................................................................................ 2 1.3.Justificacin ................................................................................................................................... 3 1.4.Delimitacin .................................................................................................................................. 4 1.5.Objetivo General .......................................................................................................................... 4 1.6.Objetivos Especficos ................................................................................................................... 5 1.7.Metodologa ................................................................................................................................. 6 II.DESCRIPCIN DE LA EMPRESA ............................................................................................... 7 2.1Historia ............................................................................................................................................ 7 2.2Misin .............................................................................................................................................. 8 2.3Visin ............................................................................................................................................... 8 2.4Poltica de Gestin ....................................................................................................................... 8 2.5Descripcin del rea Carburantes ............................................................................................ 9 III.MARCO TERICO .................................................................................................................. 13 3.1.Destilacin ................................................................................................................................... 13 3.2.Columna de destilacin ............................................................................................................ 13 3.3.Tipos de columnas de destilacin ........................................................................................... 14 3.4.Torre de platos perforados ........................................................................................................ 16 3.5.Dinmica de flujo en el plato ................................................................................................... 16 3.6.Columna hidrulica ................................................................................................................... 18 3.7.Parmetros de la hidrulica del plato .................................................................................... 18 3.8.Componentes clave .................................................................................................................. 19 iv 3.9.Eficiencia de una columna de destilacin ............................................................................ 19 3.10.Eficacia de Murphee ......................................................................................................... 19 3.11.Intercambiadores de Calor .............................................................................................. 20 3.12.Condensadores .................................................................................................................. 20 3.13.Re-hervidores ...................................................................................................................... 21 Re-hervidor tipo termosifn horizontal .................................................................................... 21 3.14.Transferencia de calor ...................................................................................................... 22 3.15.Preparacin de la Gasolina ............................................................................................. 23 IV.ESTUDIO TCNICO DE LA UNIDAD DE ISOPENTANO ............................................................ 24 4.1.Estudio de diagnstico .............................................................................................................. 24 4.2.Ingeniera del proyecto ............................................................................................................. 26 4.2.1.Descripcin del proceso .................................................................................................. 26 4.2.2. Variables operativas ........................................................................................................ 30 V.SIMULACIN DEL PROCESO .................................................................................................. 35 5.1.Relevamiento de datos ............................................................................................................. 35 5.2.Uso del simulador Hysys ............................................................................................................. 39 5.2.1. Condiciones Operativas de la Torre 1T-1501 ............................................................... 42 5.3.Determinacin de la eficiencia de la torre y de la columna hidrulica. ......................... 45 5.4.Evaluacin del Condensador E-1501 A-B ............................................................................... 48 5.5.Evaluacin del Re-hervidor I-1501 ........................................................................................... 50 5.6.Aspectos crticos ......................................................................................................................... 52 5.6.1.Placas de orificio ........................................................................................................ 52 5.6.2.Tuberas ........................................................................................................................ 54 5.7.Produccin de gasolina especial ............................................................................................ 56 VI.RESULTADOS DEL ESTUDIO ..................................................................................................... 63 6.1.Identificacin de limitaciones operativas .............................................................................. 63 6.2Condiciones de operacin propuestas por el estudio ........................................................ 65 v 6.3Evaluacin Costo-Beneficio ..................................................................................................... 67 VII.CONCLUSIONES .................................................................................................................... 70 VIII. RECOMENDACIONES ............................................................................................................ 72 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................ 73 ANEXOS ......................................................................................................................................... 74 1Cromatografas ........................................................................................................................... 74 2Determinacin de la tensin de vapor Reid y del Octanaje de una muestra de gasolina en base a su cromatografa ..................................................................................... 80 3Eficiencia de platos de la torre de-isopentanizadora 1T-1501 ........................................... 84 4Columna Hidrulica de la Torre De-isopentanizadora 1T-1501 ........................................ 108 5Evaluacin del Condensador E-1501A-B y del Rehervidor I-1501 pertenecientes a la torre De-isopentanizadora .............................................................................................. 139 6Hojas de datos .......................................................................................................................... 151 Dimensionamiento de una nueva torre De-isopentanizadora ......................................... 151 vi LISTA DE TABLASTabla IV.1Descripcin de los equipos de la Unidad de Isopentano ......................................... 29 Tabla IV.2 Descripcin de los intercambiadores de calor de Unidad de Isopentano ........... 30 Tabla IV.3 Intervalos de Temperaturas para el control operacional de la Unidad de Isopentano ........................................................................................................................ 32 Tabla IV.4 Presiones para el Control Operacional de la Unidad deIsopentano ................... 33 Tabla IV.5 Rango de flujos para el control operacional de la Unidad de Isopentano .......... 33 Tabla IV.6 Control operacional del producto Isopentano .......................................................... 34 Tabla V.7 Flujos y Presiones de operacin ..................................................................................... 36 Tabla V.8 Temperaturas de operacin ........................................................................................... 36 Tabla V.9 Presin y Temperatura de Acumuladores .................................................................... 37 Tabla V.10 Presin de Descarga de Bombas ................................................................................ 37 Tabla V.11 Temperaturas en los Enfriadores .................................................................................. 38 Tabla V.12 Temperaturas en los Intercambiadores ...................................................................... 39 Tabla V.13 Cromatografa de la carga de LSR que alimenta la torre 1T-1501 ........................ 40 Tabla V.14 Diferencia entre las principales variables operativas de la 1T-1501 ...................... 41 Tabla V.15 Resultados de la simulacin en el Software Hysys .................................................... 44 Tabla V.16 Resultados de los clculos de la columna hidrulica de la torre. ......................... 47 Tabla V.17 Factores de Flujo ............................................................................................................. 53 Tabla V.18 Diferencia entre caudal registrado en planta y del simulador .............................. 54 Tabla V.19 Caractersticas de las tuberas donde estn instaladas las placas de orificio .... 55 Tabla V.20 Especificaciones de la Gasolina Especial .................................................................. 57 Tabla V.21 Octanaje y TVR ............................................................................................................... 58 Tabla V.22 Proporcin de la gasolina y de isopentano usados para preparar Gasolina Especial. ............................................................................................................................. 59 Tabla V.23 Cromatografa de la nueva carga de LSR que alimenta la torre 1T-1501 ............ 60 vii Tabla V.24 Porcentaje de isopentano con mayor pureza usado en la preparacin de gasolina. ............................................................................................................................................... 61 Tabla VI.25 Condiciones de operacin de la 1T-1501 para una produccin de541 bbl/d de i-C5 ........................................................................................................... 64 Tabla VI.26 Condiciones operativas para la torre 1T-1501 .......................................................... 65 Tabla VI.27 Indicadores Financieros de la Produccin de Isopentano para incrementarel volumen de Gasolina Especial. .............................................................................. 68 Tabla VI.28 Precios para lacompra de Gasolina Especial que paga YPFB estatalizada. .... 69 Tabla A.2.1 Octanaje y TVR de las muestras de laboratorio ..................................................... 83 Tabla A.3.2 Dimensiones de la torre 1T-1501 ................................................................................ 85 Tabla A.3.3 . Fracciones molares del lquido y vapor de los componentes clave liviano y pesado .......................................................................................................... 86 Tabla A.3.4 Propiedades del lquido y vapor en el plato 11 ..................................................... 88 Tabla A.3.5 Fracciones molares del plato 35 al 44 ..................................................................... 89 Tabla A.3.6 Propiedades del lquido y vapor en el plato 39 ..................................................... 90 Tabla A.3.7 . Resultados en la evaluacin del plato 39 ............................................................. 98 Tabla A.4.8 Propiedades de la gasolina liviana en el plato 11 .............................................. 109 Tabla A.4.9 Dimensiones de la torre 1T-1501 .............................................................................. 110 Tabla A.4.10 Resultados del clculo de la hidrulica de la columna en el plato 39 ......... 128 Tabla A.5.11 Caractersticas de Diseo del Enfriador E-1501A ............................................... 139 Tabla A.5.12 Caractersticas de diseo del Enfriador E-1501B ................................................ 140 Tabla A.5.13 Temperaturas obtenidas con termmetro laser. ............................................... 141 Tabla A.5.14 Volumen de agua de enfriamiento requerido en para condiciones actuales ...................................................................................................................... 142 Tabla A.5.15 Caractersticas de diseo del Intercambiador I-1501 ....................................... 143 Tabla A.5.16 Temperaturas obtenidas con termmetro laser ................................................ 143 Tabla A.5.17 Requerimiento de volumen de vapor ................................................................. 144 viii LISTA DE FIGURAS Figura N 1 Diagrama de la Unidad de Crudo (1) ........................................................................ 10 Figura N 2 Diagrama de flujo de la Unidad de Crudo (2). ........................................................ 11 Figura N 3 Esquema de una torre de destilacin. ....................................................................... 15 Figura N 4 Esquema de un plato de destilacin. ........................................................................ 17 Figura N 5 Termosifn Horizontal de circulacin natural. ........................................................... 22 Figura N 6 Diagrama de flujo de la Unidad de Isopentano ...................................................... 28 Figura N 7 Diferencia entre resultados en la composicin del isopentano de la 1T-1501. ... 42 Figura N 8. Diferencia entre resultados de la composicin del producto de fondode la1T-1501. .................................................................................................................. 42 Figura N 9 Diagrama de condensacin. Temperatura Vs. Entalpia. ....................................... 49 Figura N 10 Condensacin de la gasolina. Temperatura Vs. Calor cedido ........................... 50 Figura N 11 Flujo de calor vs. Temperatura................................................................................... 51 Figura N 12 Curva de ebullicin ..................................................................................................... 51 Figura N 13 Indicadores de produccin de Gasolina Especial del 2011................................. 61 Figura A.3.1 Pendientes de equilibrio de los componentes clave pesado y liviano en la seccin de despojamiento ............................................................................. 88 Figura A.3.2 . Pendientes de equilibrio de los componentes clave pesado y liviano en la seccin de ...................................................................................................... 90 Figura A.3.3 Parmetro de energa del vapor .......................................................................... 101 Figura A.3.4 Factor KW ................................................................................................................... 101 Figura A.3.5 Densidad de la espuma .......................................................................................... 102 Figura A.3.6 Caudal de vapor mnimo para la aplicabilidad de la correlacinpara el rea interfacial ............................................................................................103 Figura A.3.7 . Eficiencia puntual ................................................................................................... 104 Figura A.3.8 Efecto del mezclado del lquido sobre la eficiencia del plato ........................ 105 ix Figura A.3.9 . Efecto del mezclado de vapor sobre la eficiencia del plato ........................ 106 Figura A.3.10 Eficiencia Global .................................................................................................... 107 Figura A.4.11 Correlacin de Fair para arrastre fraccional ..................................................... 134 Figura A.4.12 Factor del sistema o Factor de espuma del sistema ........................................ 135 Figura A.4.13 Coeficiente de descarga para flujo de vapor ................................................. 136 Figura A.4.14 Factor de Aireacin ............................................................................................... 136 Figura A.4.15 Factor de Correccin del vertedero ................................................................... 137 Figura A.4.16 Determinacin del goteo ..................................................................................... 137 Figura A.5.17Curva de condensacin del Enfriador E-1501A-B .............................................. 142 Figura A.5.18 Diagrama del Intercambiador I-1501 ................................................................. 144 Figura A.5.19 Curva de Ebullicin de la gasolina de fondo. ................................................... 145 Figura A.5.20 Fraccin de vapor en peso vs. Flujo de calor ganado. .................................. 145 1 I.INTRODUCCIN1.1.Antecedentes Laindustriadelpetrleoestconstituidaporunaseriedeprocesosglobalescomola exploracindereservorios,perforacindepozos,produccindelosyacimientos, transporteyalmacenajedehidrocarburos,refinacin,procesamientoycomercializacin de los derivados del petrleo.Elpetrleoeslamayorfuentedeenergaenelmundoynosolopermiteabastecerde combustibles,grasas,aceitesylubricantesalmedioengeneral;sinoquetambin representa la materia prima para la elaboracin de una variedad de productos qumicos, farmacuticos, agropecuarios, textiles, etc. en la industria petroqumica. En Bolivia, los hidrocarburos representan un factor estratgico en el desarrollo econmico, industrial y social. Ante una demanda cada vez mayor de combustibles, la necesidad de optimizar procesos y ampliar la capacidad productiva es un tema de mucha importancia que requiere de mayor atencin e inversin por parte del Estado, al ser este el encargado deregular,medianteYPFB,distintassectoresdelacadenaproductivadelos hidrocarburos.Laprincipalsolucinacortoplazoparaaumentarlaproduccindecombustiblesesla optimizacindeprocesosyelaumentodelaproduccinaprovechandolacapacidad instalada con la que se cuenta. LaRefineraGualbertoVillarroelesuneslabndelacadenaproductivadelos hidrocarburos, dedicada a la refinacin del petrleo para la obtencin de combustibles y lubricantes terminados.Esta Refinera est compuesta por cinco reas de procesos diferentes que son: 1.Carburantes 2.Lubricantes 3.Lubricantes terminados 4.Servicios Tcnicos 5.Laboratorio 2 Carburanteseselreaprincipalenelprocesoderefinacin,yaqueesenestesector dondesedestilaelpetrleocrudoquellegaatravsdeductosdesdelosdiversos camposproductores.Esencarburantesdondeseobtienenypreparanloscombustibles comosergasolinaespecial,Kerosene,DieselOil,GasLicuadodePetrleo,JetFuely Gasolina de Aviacin y tambin suministra la carga con la que posteriormente se alimenta al sector de lubricantes. El rea de Carburantes se divide en las siguientes unidades 1.rea de tanques 2.Unidad de Crudo 3.Unidad de Recuperacin de Gases 4.Unidad de Hydrobom - Platforming 5.Unidad de Avigas 1.2.Descripcin de las necesidades LaunidaddeAvigas,pertenecientealreadeCarburantesdelaRefineraGualberto Villarroelfuepuestaenservicioen1979,estcompuestaporlaplantadeispoentano, alquilatosyredestiladodeplatformado,quesonlostrescomponentesdelagasolinade aviacin. Aconsecuenciadetodoslosaosdeservicio,losdiferentesequiposquecomponen dichaunidadrequierendemantenimientopreventivoyreparacionesconstantes; adems, debido a la carencia de las hojas de datos y planos originales de los equipos no es posible realizar una mejor evaluacin de sus parmetros operativos.Estaunidadtampococontabaconunbuensistemadecontrolymanejooperativo, dificultndose la obtencin de los productos con las especificaciones adecuadas. La falta deunainstrumentacinapropiadaylamalacalibracindelosinstrumentosexistentes, comolasplacasdeorificioytermmetros,dificultanladeterminacinexactadelas variables de operacin. Actualmente se puede realizar una mejor evaluacin de la planta deredestiladodeplatformado,graciasalaimplementacindeunnuevosistemade control digital en algunos equipos; mientras, que para la planta de isopentano y alquilatos se mantiene un sistema de control neumtico que presenta muchas fallas por los aos de uso y la falta de un mantenimiento profundo. 3 Laplantadeisopentanotienecomoobjetivolaobtencindeesteproductoparala preparacindegasolinadeaviacin.Elisopentanoseobtieneenlatorre1T-1501que emplea como carga la gasolina liviana LSR y alcanza un mayor grado de pureza una vez que pasa por la torre 1T-1502 donde se eliminan los gases livianos. DeldepartamentodeIngenieradelarefinerasurgelapropuestadeconocerlas condiciones hidrulicas de la torre de-isopentanizadora, puesto que la unidad de Avigas no fue diseada para el trabajo que cumple actualmente, las torres y equipos en general, fueron adaptados para la obtencin de isopentano y alquilatos, habiendo sido diseados originalmenteparadestilacindepetrleocrudo.Elprincipalintersporconocerlas condicionesdeoperacindeestatorre,sedebeaqueelisopentanotieneuna capacidadantidetonanteelevada,loquelohaceatractivoparasuusoenla preparacin de gasolina especial, elevando su octanaje y el volumen de produccin.1.3.Justificacin Considerando que Bolivia es un pas rico en hidrocarburos livianos, los lquidos producidos resultaninsuficientesparacubrirlademandadelmercadointerno,ademsdequela declinacinenlaproduccindelosyacimientosdelpetrleocondensableylafaltade inversin en este mbito, son la causa por la que el pas debe importar cada vez mayores cantidades de Diesel Oil, Gasolina Especial y Gas licuado de Petrleo. Por otro lado, la creciente demanda en la produccin de gasolina especial elaborada en laRefineraGualbertoVillarroel,paracubrirlasnecesidadesdelmercadointerno,hace necesario evaluar diferentes formas de aumentar los volmenes de produccin. De esta necesidad, surge la idea de aprovechar la gasolina liviana de destilacin directa (LSR),paralaobtencindeisopentanoquesera usado enunadeterminada proporcin mediante un anlisis de laboratorio en el pool de la gasolina especial, logrndose de esta maneraincrementarelvolumenproducidosinafectarlasespecificacionesquela gasolina debe cumplir para su venta. Porloexpuestoanteriormente,elpresentedocumentotienecomometadeterminarla cantidadqueesposibleutilizardeisopentano,producidoenlaunidaddeAvigas,para incrementar los volmenes de gasolina especial sin caer fuera de las especificaciones que debe cumplir como ser el TVR y Octanaje. 4 LagasolinalivianaoLSRestcompuestaprincipalmenteporcadenasdehidrocarburos de 5 y 6 carbonos, esta gasolina es empleada como carga en la unidad de Avigas para larecuperacindeisopentanoyalquilatos,quejuntoalredestiladodeplatformadoson comercializados como gasolina de aviacin. Otra parte del LSR producido se emplea en elblendingjuntoalagasolinaplatformadaenlaelaboracindegasolinaespecialyel restantedelaproduccindeLSRsemezclaconelcrudoreducidoparaservendido como un crudo reconstituido (Recon), el cual es una mezcla de petrleo crudo junto a los residuos pesados que no pueden ser procesados en planta y se venden a otros pases que sitienenlacapacidaddefraccionarlosyobtenerproductosderivadosconvalor agregado.Teniendoencuentaesteantecedente,ypuestoquesecuentaconciertacapacidad instaladaenplanta,sevuelveatractivounproyectoparaprocesarelLSRobtenidoen refineraquesevendecomopartedelcrudoreconstituido(Recon),dndolemayor utilidad, beneficios y valor agregado.Finalmente,existeelproyectodelaplantadeisomerizacindeLSR,paraser implementadaamedianoplazo,cuyopropsitoeselmismo:incrementarlacantidad producidadegasolinaespecial.Paraesteproyectotambinseevalalafactiblidadde recuperareli-C5pormotivosoperativos,puestoquesinesteelementoenlacargase aprovecharamejorelvolumendeprocesamiento,debidoaqueelisopentanonosufre ninguna modificacin en los catalizadores de la nueva unidad.1.4.Delimitacin ElestudiocomprendelaunidaddeAvigasconlaevaluacindelatorre deisopentanizadora1T-1501,elcondensadordecabezaE-1501-A-Byelrehervidorde fondo I-1501. Se efectuar la evaluacin tcnica de ingeniera; de modo, que el presente trabajo no contempla las pruebas de integridad y test run de los equipos.1.5.Objetivo General Evaluaryanalizardeformatcnicalatorredeisopentano(i-C5)paradeterminarla factibilidadtcnicadecambiosymejorasenelprocesoparalautilizacindeeste producto en el blending de la gasolina especial. 5 1.6.Objetivos Especficos Relevamiento de datos de las siguientes variables de operacin en las unidades de isopentano: 9Presin 9Temperatura 9Flujos 9Nivel de operacin de los equipos 9Caractersticas de diseo de los equipos RealizarlasimulacindelprocesoenHysysenfuncinalasvariablesoperativas obtenidas en planta. Realizarelestudiodelacolumnahidrulicadelatorrede-isopentanizadora1T-1501. Efectuar el clculo de la eficiencia de la torre de-isopentanizadora 1T-1501 EvaluarlacapacidadtrmicadelcondensadorE-1501A-ByrehervidorI-1501 pertenecientes a la torre 1T-1501 Identificarloscuellosdebotellaylacapacidadmximadeproduccindela planta. Determinarel volumendeisopentanoobtenidoenla torre 1T-1501quepuedeser empleado en la preparacin de la gasolina especial. Efectuar el procesamiento de datos y el diagnostico de factibilidad tcnica Proponer alternativas de solucin a los cuellos de botella identificados y evaluar un posible aumento en la capacidad. 6 1.7.Metodologa El proyecto estar dividido en las siguientes etapas 1.Relevamiento y anlisis de parmetros operativos y de laboratorio de la unidad de Avigas (Recolectar planos, PI&D, diagramas, informacin, muestras de laboratorio, medicin de temperaturas, presiones, etc). Organizacin de la informacin.2.Simulacin del proceso en el Software de Procesos Hysys y clculo de la hidrulica de la torre 1T-1501en el simulador (Revisar trabajos anteriores y realizar la simulacin de acuerdo a las variables recopiladas en el relevamiento de campo). 3.Revisin de lneas y placas de orificio 4.Calculodelacolumnahidrulicayeficienciadelatorre1T-1501(Realizacinde las memorias de clculo para cada uno) 5.CalculodelacapacidadtrmicadelcondensadorE-1501A-ByrehervidorI-1501 (Realizacin de la simulacin en el HTRI y de la memoria de clculo) 6.Obtencin, verificacin y comparacin de resultados 7.Elaboracin del informe final. 7 II.DESCRIPCIN DE LA EMPRESA 2.1Historia YacimientosPetrolferosFiscalesBolivianosRefinacinS.A.eslaempresapetrolera dedicada a la refinacin del petrleo que opera las dos refineras ms grandes del pas, la RefineraGuillermoElderBellenSantaCruzylaGualbertoVillarroelenCochabamba, representandoentreambasmsdel90%delacapacidaddeprocesamientoanivel nacional. La Refinera Gualberto Villarroel de la ciudad de Cochabamba, est ubicada en el km. 6 de la Avenida Petrolera, carretera antigua a Santa Cruz. Esta refinera fue fundadaen la dcadade1940,entrandoenservicioelao1949conlaunidaddetoppingque procesaba 6.500 barriles por da, entre los aos 1967 y 1976 se ampliaron las instalaciones debidoalacrecientedemandadehidrocarburosdelapoca.Finalmente,en1979se adquiriunanuevaunidaddecrudo,conlicenciaU.O.P,quepermiteprocesar27.500 barriles por da de petrleo crudo.El 1 de mayo del 2006 se dict el Decreto Supremo 28701 Hroes del Chaco con el cual el gobierno nacionaliza los recursos hidrocarburferos de Bolivia y por el cual YPFB pasa a controlar el cincuenta por ciento ms uno de las acciones de cinco empresas del mbito petrolero, entre ellas Petrobras Bolivia Refinacin S.A propietaria hasta ese momento de la RefineraGualbertoVillarroel.Ennegociacionesposterioresduranteelao2007,el gobiernomedianteundecretosupremoadquirielcienporcientodelasaccionesde Petrobras dando origen a YPFB Refinacin S.A.En la actualidad,la Refinera Gualberto Villarroel cuenta con un procesamiento promedio de25.300barrilesporda,constituyndoseenelejedelaproduccindecombustibles para el mercado nacional, debiendo abastecer de combustibles a los departamentos de La Paz, Cochabamba, Oruro, Beni y Pando Entreladiversidaddeproductosqueseelaboranenlarefinerasecuentacongasolina especial,gasolinaPremium,DieselOil,GasolinadeAviacin,Kerosene,Grasas,Butano, Propano, Gas Licuado de Petrleo, Alquilatos, Jet Fuel, Aceite Automotriz, Aceite Industrial, Cemento Asfaltico, Solventes y otros lubricantes. 8 2.2Misin ContribuiraldesarrolloSostenibledeBolivia,optimizandoelsuministrodeproductos refinadosdepetrleo,agregandovalorparalosaccionistasyclientes,liderandoel desarrollo industrial del sector y operando en armona con el entorno 2.3VisinSerunaempresabolivianaconactuacininternacionalmodelodeexcelenciaparala refinacin,abastecimientoydesarrolloenergtico,conresponsabilidadsocialy ambiental, enfocada hacia los resultados. 2.4Poltica de Gestin YPFB Refinacin S.A. actuando en el rubro de la refinacin de petrleo, almacenamiento transporteycomercializacindesusderivados,trabajaparaalcanzarlaexcelencia operacionalylasatisfaccindesusclientesydetodaslaspartesinteresadas, responsabilizndoseycomprometindoseconlaseguridaddesusoperaciones, proteccin del medio ambiente y la valoracin del ser humano Para ello trabajamos con el compromiso de: Comunicar e informar a las partes interesadas sobre la Poltica y el desempeo en calidad,seguridad,medioambiente,saludocupacionalyresponsabilidadsocial de nuestra organizacin Trabajardemanerapreventivajuntoalaspartesinteresadas,enconstante evaluacin de riesgos, aspectos e impactos de nuestra actividades, actuando con responsabilidadsocial,protegiendoelmedioambiente,laseguridadylasalud ocupacionalafindeidentificar,atenderysatisfacerlasnecesidadesdenuestros clientesinternosyexternos,atravsdelacalidaddenuestrosproductosy servicios Incentivaryresponsabilizaratodoslosnivelesdelaorganizacinporproveer infraestructurayambientesdetrabajosegurospormediodeequipos, procedimientosyprogramasadecuadosparaelpersonalbajosucargoydela empresa 9 Cumplirconlalegislacin,acuerdos,normasyrequisitossuscritosporlaempresa paraminimizarlosimpactosyriesgosgeneradospornuestrasactividades referentesacalidad,seguridad,medioambiente,saludocupacionaly responsabilidad social Optimizarelsistemadegestinatravsdelapermanenteplanificacin, ejecucin, evaluacin y control de nuestros procesos, la confiabilidad de nuestras instalaciones,lacapacitacin,valorizacinyreconocimientodelpersonalde acuerdoanuestrosobjetivosymetasestablecidasquesernrevisados peridicamente en busca de una mejora continua Disponer de informacin integra y confiable que permita; la ejecucin de nuestras actividades,usoymanejodeproductosconseguridadproteccindelmedio ambiente, de la salud y las instalaciones Estarpreparadoparaunaprontayefectivarespuestaenelcontrolde emergencias y la mitigacin de los impactos por ellos generados 2.5Descripcin del rea Carburantes ElreadondesedesarrollolaprcticacorrespondealadeCarburantesporloquesu descripcin general es la de principal inters.Enlaunidaddecrudo,comosunombreloindica,serealizaladestilacindelpetrleo crudoquellegaalaRefineramedianteductosdesdeloscamposdeproduccinyes almacenadoenlostanquesTK-2901,TK-2902yTK-2903.Deestostanquessebombeael crudo a travs de un tren de precalentamiento al horno 1H-1001 para alimentar a la torre de destilacin atmosfrica 1T-1001, donde se obtienen los diversos cortes del petrleo con laayudadeunacorrientedevaporinyectadaporelfondodelatorreyconlacualse produce el despojamiento. En las Figuras N 1 y 2, presentadas a continuacin, se observa el diagrama de proceso de la unidad de crudo. Por la cabeza de la 1T-1001 se obtiene la gasolina o nafta no estabilizada; en los cortes laterales se obtiene como destilado liviano la nafta para jet fuel; como destilado medio se destila el corte base para el kerosene(el cual tambin se emplea para el preparado de jet fuel); como destilado pesado se saca dieseloilyfinalmentecomoproductodefondoseproduceelcrudoreducidoquees base para aceites lubricantes. 10 Figura N 1 Diagrama de la Unidad de Crudo (1) Fuente: Gerencia de Carburantes 11 Figura N 2 Diagrama de flujo de la Unidad de Crudo (2). Fuente: Gerencia de Carburantes 12 LagasolinanoestabilizadadelacabezadelatorreT-1001,eslabaseparala elaboracindelanaftadedestilacinlivianaynaftadedestilacinmedia,ms conocidascomoLSRyMSR,respectivamente.Elproductodecabezadela1T-1001se enfraparaingresaralacumuladorD-1001dondeseseparaunafasegaseosayotra lquidadehidrocarburos;adems,deunafaseacuosa,productodelainyeccinde vapor. Una parte de la fase de hidrocarburos del acumulador D-1001 se emplea como reflujo a la 1T-1001 para control de temperatura en la cabeza y el excedente se dirige al acumulador D-1003enelcualseestabilizaelflujoyseinyectavapordecabezadelatorrepara de-metanizar la carga, por lo que este equipo opera a presin. En el acumulador D-1003 lafasegaseosavaaFuelgas,elaguasepurgaylafaseliquidadehidrocarburoses enviadaatravsdeuntrendeprecalentamientoparaingresaralade-butanizadora 1T-1005. El producto de fondo de la 1T-1005 cede calor a su carga antes de entrar como alimentacin del splitter, la torre 1T-1006, donde se separan el LSR por lacabeza y el MSR como producto de fondo. ElMSRobtenidoesenfriadoparaserenviadoalostanquesTK-2912yTK-2913ocomo carga a Hydrobon - PlatformingElLSResenfriadoparaserestabilizadoenelacumuladorD-1005dedondeunapartees empleadacomoreflujoparacontrolartemperaturadecabezaenlatorre1T-1006;yla otra parte es enfriada para ser enviada a los tanques TK-2908 y TK-2909. Este producto se usaenelpreparadodelagasolinaespecialyeslacargaconlaquesealimentaalas unidades de isopentano y alquilatos. 13 III.MARCO TERICOParalarealizacinyentendimientodelestudio,esnecesarioelconocimientodeciertos conceptos que se presentan en el siguiente captulo.3.1.DestilacinLadestilacineselprocesoenelcual,porefectodelatemperatura,losdiferentes componentesdeunasustanciasevanseparandodebidoalasdiferenciasentresus volatilidades,lacualdependedeladistribucindeestoscomponentesentreunafase vapor y una lquida, estando ambos componentes presentes en ambas fases. El grado de separacindeestoscompuestosestdirectamenterelacionadoconsuspuntosde ebullicinyaquelafasevaporseoriginadelafaselquidaporvaporizacinendicho punto. Elrequisitobsicoparasepararloscomponentespordestilacin,consisteenquela composicindelvaporseadiferentedelacomposicindellquidoconelcualesten equilibrio en el punto de ebullicin Ladestilacindelpetrleoseproduceencolumnasdeplatosoempacadas,dondelos diferentescompuestossedesplazanatravsdelatorre,demodoque loscomponentes ligerossemuevenhaciaeltopedelatorre;mientrasquelosmspesadossalenporel fondo. 3.2.Columna de destilacinUna columna de destilacin simple es una unidad compuesta por un conjunto deetapas de equilibrio con un alimento y dos productos que son el destilado y fondo. Lastorresdedestilacincuentanconsistemasdecondensacinenlacabeza,locual permite mandar un reflujo de los componentes ms pesados hacia la torre para el control de temperatura y presin en la misma. Enelfondodelatorreexisteundispositivodenominadore-hervidor,cuyopropsitoes transferircalorallquidodefondoparavaporizarloparcialmente,detalmaneraquela fraccinqueesvaporizadaserecirculaalfondodelacolumnaysemantieneunflujo ascendenteatravsdelacolumna.Lafraccinnovaporizadaseremuevecomo producto de fondo. 14 Enlaseccinsuperiordelacolumnasecuentaconuncondensador,ellquido condensadoenesterecipientesedivideendosfracciones.Unafraccinseremueve como el producto de tope o destilado y la otra fraccin, denominada reflujo, se recircula alapartesuperiordelacolumnaproduciendoelcontactorequeridoconlafasevapor ascendenteparalatransferenciademasadeseadaencadaunadelasetapasde equilibrio lquido - vapor.3.3.Tipos de columnas de destilacin Las columnas de destilacin se pueden clasificar segn sus dispositivos internos con las que fuerondiseadasafindepromoverunamejortransferenciademasaycalorentrelas faseslquidayvaporexistentes.Losdispositivosincluyenlastorresempacadas, distribuidores,redistribuidores,deflectores,etc.estosdispositivospromuevenuncontacto ntimoentreambasfases.El tipodeinternosseleccionados vaadeterminar laalturayel dimetrodelatorreparaunflujodecalorespecficoyaquediferentesdiseostienen diferentes capacidades y eficiencias. Existen dos tipos de columnas: Columnas de platos Columnas empaquetadas Tambinexistendiferentestiposdeplatosdeacuerdoaldispositivodeseparacinque utilizan,individualmente,cadatipodeplatopuedeonotenerbajantesydiferentes configuraciones del padrn de flujo. Los tipos de platos existentes son: Perforados Con casquetes de burbujeo De doble flujo (plato perforado sin bajante) Valvulados Deflectores Por su parte, las torres de lecho empacado se clasifican por el lecho que puede ser: Estructurado Aleatorio 15 LaFiguraN3muestraundiagramaesquematizadodeunatorrededestilacino fraccionamiento.Lacargaquealimentalatorreingresaenestadolquido,vaporouna mezcladeambos.Lafasevaporquesemuevehaciaarribaentraencontactoconla faselquidaquefluyehaciaabajodela torre.Lascolumnasdedestilacinsedividenen dos secciones, una de rectificacin y la otra de despojamiento. Figura N 3 Esquema de una torre de destilacin. Fuente: Distillation Column ENGINEERING DESIGN GUIDELINES Losplatosdelaseccinderectificacinseencuentransobreelplatode alimentacindelacolumna,dondelafasevaporseenriquececontinuamente conloscomponenteslivianosquevanaformarpartedelproductodecabeza. Una recirculacin lquida va condensando los componentes menos voltiles que se encuentranenelvapor.Paragenerarestarecirculacinlquidasedebeenfriar una porcin del vapor de la cabeza, esto se lleva a cabo en el condensador y la recirculacin es el reflujo.Los platos de despojamiento, se encuentras por debajo del plato de alimentacin, enestesectorloscomponentesmspesadosestnsiendodespojadosdelafase vapor y concentrados en la fase lquida del producto de fondo. En cada plato, el vaporingresadesdeelplatoinferioraunatemperaturamayor,mientrasqueel lquidoqueentradelplatosuperioringresaaunatemperaturamenor.La transferenciademasaycalorsedayaquelascorrientesestnenequilibriouna con la otra (punto de burbuja del lquido con punto de roco del vapor estn a la misma temperatura y presin) 16 El condensador en la cabeza de la columna puede ser total o parcial. En un condensador total,todoelvaporquedejaeltopedelacolumnaescondensadodemodoqueel reflujo y el producto de cabeza tienen la misma composicin.Enuncondensadorparcialsolounapartedelvapordecabezaescondensado.Enla mayora de los casos la parte lquida que se condensa es enviada como reflujo a la torre y elvaporrepresentaelproductodecabeza.Existenalgunoscasosdondesolounaparte dellquidocondensadoesenviadocomoreflujo,enestascircunstanciasexistendos productos de cabeza, uno lquido con la misma composicin que el reflujo y otro gaseoso que est en equilibrio con el reflujo lquido. 3.4.Torre de platos perforados Estetipodetorresecaracterizaportenerplatosconagujeroscuyodimetrovaraente 3/16 pulgadas a 1 pulgada de dimetro, el dimetro estndar es de 0.5 pulgadas con la perforacin hecha hacia abajo. En este tipo de platos el vapor sube por los agujeros para crear un efecto mltiple en los orificios. La velocidad del vapor alcanza al lquido que fluye hacia abajo a travs de los orificios, el flujo de vapor que contacta al lquido a travs del plato es controlado por el nmero y tamao de las perforaciones. La direccin en la que est hecha la perforacin afecta la cada de presin en seco, un agujeropequeorepresentaunamayorcadadepresinparaunamismarea perforada, esto se debe a la relacin del dimetro del agujero con el espesor del plato. El nmero de perforaciones y su dimetro se basan en el flujo de vapor hacia el tope de la torre.Elflujodelquidoestransportadohaciaabajoporlosbajantes(downcomers) ubicados a los costados del plato.Los platos perforados presentan mayor arrastre que los platos valvulados, esto se debe a que el lquido se atomiza directamente en contacto con el vapor hacia el plato superior.Para una operacin eficiente, la velocidad en las perforaciones debe ser suficiente para balancearlaalturadellquidoalasalidadelplatoyevitarqueellquidoatraviese directamente las perforaciones hacia abajo 3.5.Dinmica de flujo en el plato Lascolumnasdedestilacinconplatosutilizanunadiferencialdepresinytemperatura parasepararlosproductos,elvertederopermitemantenerunniveldelquidoencada 17 plato. La Figura N 4 muestra cmo trabaja cada plato. El lquido entra por el bajante del platosuperior,elvapordebesobrepasarelcabezallquidoparallegaraltopedela columna.Enelplato,elvaporylquidoestnencontactodandoorigenalaformacin de espuma o burbujas donde se lleva a cabo la transferencia de masa, inmediatamente sobre el plato estos se separan. Figura N 4 Esquema de un plato de destilacin. Fuente: Distillation Column ENGINEERING DESIGN GUIDELINES. Parallevaracaboeldiseooevaluacindeunacolumnadedestilacines imprescindibleentenderlahidrodinmicadelvaporylquidoenelplato,porloquese debe describir la hidrulica en el plato y las condiciones limitantes de operabilidad.Paraanalizarladinmicadelflujosobreunplatoperforadoconmayordetalle,sedebe considerarquedichoanlisissehacebajocondicionesestacionalesideales.Bajo condicionesnormales,elvaporfluyeatravsdelasperforacionesyseexpandedentro dellquidoqueatraviesaelplatoformandounamezclaturbulentaqueseconvierteen espuma;mientraslaespumasemuevehaciaelvertederodesalidaseproducela transferenciademasalquido-vaporylaseparacinculminacuandolaespumajuntoal lquido caen por el bajante. Laespumaformadasobreelreadeburbujeoproduceunaalturademasaaireada,a medida que la altura de la espuma aumenta su densidad disminuye. Cuando esta masa delquidoaireadosemuevehaciaelvertederodesalida,porefectodelpequeo gradientedelquidoformado,comienzaadeshacerselaespumaalllegaralazonade calma, quedando el lquido claro con una altura que sobrepasa al vertedero. El lquido al 18 descenderporelbajanteseencuentranuevamenteencondicionesturbulentasyforma unasegundazonadeespuma,endondeellquidoconunamayordensidadllegael platoinferiorynuevamenteelvaporasciende,yserepiteelprocesoenelplatoinferior (ver Figura N4).3.6.Columna hidrulica Elclculodelahidrulicadelacolumnatienecomoobjetivoevitarlainundacindel plato,locualreducelaeficienciaglobaldetrabajodelatorre,esteclculoconsidera comoprincipalesfactoresdeevaluacineltiempoderesidenciadellquidoendos secciones,quesonelplatoyelbajante;tambindebeconsiderarlaalturadellquido claro y espuma en ambas secciones, determina las velocidades mximas del lquido en el readeburbujeoydelgasqueatraviesalasperforacionesyfinalmentelosporcentajes deinundacincorrespondientes.Todasestasconsideraciones,ademsdeotrosfactores calculados simultneamente, permiten evaluar la cantidad de platos o etapas requeridas para obtener el producto con las especificaciones deseadas y la eficiencia con la cual se logra dicho objetivo. 3.7.Parmetros de la hidrulica del plato Laestructuradelosplatosdebeestardiseadaparasoportarlascargashidrulicas durantelaoperacinylascargasimpuestasenlaconstruccinymantenimiento.Los requerimientos bsicos para un plato deben ser 1.Proveer buen contacto vapor-lquido. 2.Proveerbuenaretencindellquidoparagarantizarunabuenatransferenciade masa. 3.Tenersuficientereayespacioparapermitirelarrastredelquidoycadade presin dentro de los lmites aceptables.4.Tener el rea suficiente en el bajante para que el lquido fluya libremente de plato a plato. El rango de operacin de los platos instalados gobierna las cargas mnimas y mximas de vaporylquido.Lascargasmximasposiblesdevaporylquidosonimportantespara 19 determinareldimetrodelacolumnayparmetrosdehidrulicacomolacadade presin. Para las cargas mximas y mnimas de vapor y lquido existen mecanismos hidrulicos que controlan estos lmites.3.8.Componentes clave Aloscomponentes voltilesdeunamezclaselosdenominaligeros,mientras quea los menos voltiles se los denomina pesados. Cuando se destila una mezcla, se encontrar enelresiduouncomponentequeeselmsvoltildetodos,alcualsedenominael componenteclaveliviano;deigualmanera,eneldestiladohabrundeterminado componente menos voltil que es el clave pesado adems de componentes de menor volatilidadqueseencuentranenmenorproporcin.Lacantidaddecadaunodeestos componentes tanto en el destilado como en el residuo son los que ayudan a determinar la eficiencia de separacin en cada uno de los platos.3.9.Eficiencia de una columna de destilacinElmtododeclculogeneral,sebasaenlaprediccindeeficienciaspuntualesque luego son llevadas a eficiencias de platos generando eficiencias globales de torres. A fin de predecir las eficiencias puntuales en cualquier lugar de la torre, se debe contar con la informacin de la composicin de plato a plato, lo cual se logra rpidamente con el uso deunsimulador,elcualademsproporcionainformacinsobrepropiedadesfsicasque agilizan los clculos. Elmtodoparalaprediccindeeficienciasutilizadoenlaevaluacin,sebasaenla teora de las dos resistencias o la transferencia de masa, que postula mecanismos en base aproporciones,atravsdedospequeaspelculas,unaacadaladodelainterfase vaporlquido.3.10. Eficacia de Murphee Es una medida de la efectividad del contacto, expresa la separacin real que se tiene en todo el plato en comparacin con la que se puede obtener tericamente en estado de equilibrio. 20 3.11. Intercambiadores de Calor Estosequipossonusadosampliamenteenlaindustriadelarefinacindelpetrleo,la funcin que cumplen es la transferencia de energa trmica entre dos fluidos a diferente temperatura.Elcalorfluye,debidoalgradientede temperatura,desde elfluidocaliente hacia el fro a travs de una pared de separacin, que corresponde a la superficie o rea de transferencia de calor.Enresumen,lasfuncionestpicasdeunintercambiadordecalorenlosprocesos industriales son las siguientes: 1.Recuperacindecalor:lacorrientefrarecuperapartedelcalorcontenidoenla corrientecaliente.Esdecir,calentamientoyenfriamientodelascorrientes involucradas. 2. Evaporacin: una de las corrientes involucradas en el intercambio de calor cambia de fase lquida a vapor. 3.Condensacin:unadelascorrientesinvolucradasenelintercambiodecalor cambia de fase vapor a fase lquida. Existen diferentes tiposde intercambiadores, como ser los de tubo y coraza, doble tubo, etc. el ms frecuentemente usado en la industria de la refinacin es el tipo tubo y coraza, debidoasubajocosto,porqueesfcildelimpiaryfcildeconstruirendiferentes tamaosypuedeserdiseadoparapresionesquevandemoderadasaaltas,sinvariar sustancialmentesuprecio.Porotrolado,esmecnicamenteresistenteparasoportarlas tensionesalacualessometidodurantelaetapadefabricacin,elenvo,montajee instalacin,ademsdelosesfuerzosexternoseinternosenlascondicionesnormalesde operacin. Es fcil de mantener, reparar y reemplazar partes. Existen diversos tipos de configuracin de estos intercambiadores (TEMA) que permiten un mejor diseo para la transferencia de calor ajustndose al requerimiento del proceso.3.12. Condensadores Loscondensadoressonintercambiadoresdecalorubicadosenlacabezaotopedelas torres de destilacin, tienen por funcin remover el calor del fluido destilado produciendo uncambiodefasedeesteproductoqueseencuentraenestadogaseosoallquido. 21 Tambincabelaposibilidaddeseguirenfriandoestefluido,obtenindoselquidosub-enfriado.La funcin principal del condensadores ser el foco fro o sumidero de calor dentro de un proceso trmico.3.13. Re-hervidores Losre-hervidoressonintercambiadoresdecalorqueconectadosalabasedeuna columnadedestilacin suministran energa enformadecalor,lacual esnecesariapara devolver el vapor al fondo de la columna y permitir as que se lleve a cabo la destilacin. Estosequipospuedentomardiferentesformas,asporejemplo,losfraccionadores pequeos utilizados en el trabajo de plantas piloto tal vez requieran simplemente de una olla con chaqueta, pero necesariamente ser pequea la superficie de transferencia de calor y la capacidad correspondiente de generacin de vapor. Existen varios tipos de rehervidores como ser: Re-hervidor tipo Kettle (tipo paila o marmita) Re-hervidor tipo termosifn horizontal Re-hervidor tipo termosifn vertical Re-hervidor de circulacin forzada. Re-hervidor tipo termosifn horizontal Elfluidodecalentamientocirculaporelinteriordelostubos,mientrasquelaebullicin ocurre por la coraza, sin embargo, no posee espacio extra para la separacin por lo que retornaalatorreunamezcladelquido-vaporyesenelespacioenelfondodela columna,pordebajodelltimoplato,dondeseproducelaseparacin.Generalmente son intercambiadores 1-2 de flujo dividido. El sistema de termosifn mueve el fluido usando, como fuerza impulsora, una diferencia de densidades creada por una entrada de calor a ese sistema. Esta entrada de calor reduce ladensidaddelfluidoalasalidadelintercambiadorysuministracaloralsistema.La diferenciadedensidadesentrelaentradaysalidadelIntercambiadorhacequeel sistema fluya. Este tipo de equipo se esquematiza en la Figura N 5. 22 Figura N 5 Termosifn horizontal de circulacin natural. Fuente: Distillation Column ENGINEERING DESIGN GUIDELINES. Las ventajas del termosifn horizontal con circulacin natural se resumen en: 1. Fcil mantenimiento. 2. Menos cada de presin que el vertical. 3. Ms barato que el Kettle. 4. Posibilidad de tubos ms largos. Sus desventajas son: 1.No es un plato terico. 2.Ms espacio ocupado y ms tubos necesarios en comparacin con el vertical. 3.Se ensucia ms fcil que el vertical. 4.Acumulacindecomponentesconaltospuntosdeebullicinenlalneade alimentacin. 3.14. Transferencia de calorLavelocidaddetransferenciadecalordeunfluidoaotro,atravsdeunaparedde metal es proporcional al coeficiente global de transferencia de calor, el rea de contacto yaladiferenciadetemperaturaentrelosfluidos.Cuandoseevalaunintercambiador decalor,casisiempreseconoceosepuedecalcularelflujodecalorjuntoalos diferencialesdetemperaturaparalascondicionesdeprocesodadas.Esas,queconel readetransferenciadecalordisponible,senecesitaevaluarelcoeficientede 23 transferencia global (U) para conocer las condiciones operativas con las cuales trabaja el equipo.3.15. Preparacin de la Gasolina El blending de la gasolina es la preparacin de este combustible, es un proceso en el cual se mezclan diferentes proporciones de productos obtenidos de la destilacin del petrleo, ademsdeciertosaditivos,conelobjetivodelograrunagasolinaquecumplaconlas especificaciones para su venta a nivel comercial. Enelcasodelapreparacindegasolinaespecialsesueleemplearun35%degasolina liviana de destilacin directa (LSR) con un 65% de gasolina platformada; a esta mezcla se sueleaadirunaditivodenominadoMMT(Tricarbonilodemetil-ciclopentadi-enil manganeso) para elevar el octanaje. 24 IV.ESTUDIO TCNICO DE LA UNIDAD DE ISOPENTANO Lanecesidaddeaumentarlaproduccindegasolinaespecialparacubrirlademanda del mercado nacional requiere de una mayor capacidad de procesamiento utilizando la torre 1T-1501paradestilarisopentanoyusarlo en lapreparacindedichagasolina.Para poderincrementarlaproduccinesnecesarioconocerlascondicionesoperativasdela torreyas,determinarlamximacapacidaddetrabajo,porloquetambinserequiere conocer la eficiencia con la cual ha estado trabajando.Adems, es necesario evaluar los principales equipos involucrados en la operacin normal delatorrequesonelcondensadordecabezayelre-hervidordefondo,loscuales cumplen una funcin imprescindible en el control de las variables operativas como son las temperaturasypresionesdecabezayfondo.Laslimitacionesoperativasquepuedan tenerestosequiposrepresentancuellosdebotellaparalamximacapacidadde trabajodelatorre1T-1501.Estosintercambiadoresdecaloraligualquelatorrefueron readecuadosparalaoperacinenlaobtencindeisopentanoynocuentanconhojas de datos por lo que es importante generar estos documentos. 4.1.Estudio de diagnstico La unidad de isopentano comparte con la unidad de alquilatos el uso de la torre 1T-1501, demodoquelaproduccindeestoshidrocarburosnopuedellevarseacabodeforma simultnea. Ambas plantas trabajan de acuerdo al requerimiento en la programacin de carburantes,paralapreparacindegasolinadeaviacin;estaproduccinnoes continua,porloqueexistenperiodosdetiempoenqueambasunidadesseencuentran fuera de servicio. Seconoceentrevariaspropiedadesdelisopentano,queesteposeeunacapacidad antidetonante(RON)superiora90,convirtindoseenuncompuestoidealparala preparacindegasolinaespecial;pero,tambinsesabequesuTensindeVaporReid (TVR) oscila entre los 19-19.5 psig. valores que limitan su uso en la preparacin de gasolina, porexcederelrangoestablecidocomoaceptableenlanormativadecertificacindel producto para su venta. Considerandoqueelisopentanopodraemplearseenelblendingdelagasolina especialy quela unidadque lo producese encuentra paradadurantediferentes lapsos detiempo,surgelapropuesta,porpartedeldepartamentoingeniera,delestudioque 25 determine cuanto isopentano puede ser mezclado junto a la gasolina especial, antes de que esta quede fuera de especificaciones y cul es la mxima capacidad de produccin de la planta.Launidaddeisopentanocuantacondostorresdedestilacin,la1T-1501yla1T-1502,la segundatorrenoseconsideraenelestudiodebidoasureducidotamao,elcualno permite la produccin de un volumen considerable a nivel comercial. La torre 1T-1501, fue reacondiciona para su operacin en la recuperacin de isopentano y alquilatos,porloquelasvariablesoperativasconlasquetrabajanocorresponden necesariamente a las de diseo. Tampoco se realiz el estudio de la columna hidrulica, demodoquenoseconocenlosvolmenesdeflujolquidoyvaporquelatorrepuede procesar antes de producirse la inundacin en algn sector de la misma. Laeficienciadetrabajodelatorrenofuedeterminadaconanterioridad,porloquela simulacindelproceso,sinconocerestacaracterstica,nopuederealizarsedeforma confiable debido a que los simuladores consideran por defecto casos ideales, otorgando una eficiencia del cien por ciento, alejando los resultados de la verdad.Comosemencionpreviamente,losintercambiadoresdecalorempleadoscomoel condensadoryre-hervidordelatorre1T-1501,noposeenhojasdedatos.Aligualquela torre,sonequiposreacondicionadosqueoriginalmentefuerondiseadospara hidrocarburosmspesados,procedentesdeladestilacindirectadelcrudo;porestos motivos tampoco se conoce las condiciones de operacin de los mismos. Adems, por el tiempodeservicioqueyahancumplido,esnecesarialareposicindeciertaspartes, comolosdeflectores;pero,porlascaractersticasdelagasolinaLSRquealimentala unidad (no es corrosiva ni posee partculas que generen ensuciamiento severo) es que se ha podido prolongar, ms an, el tiempo de vida til de los equipos.En la unidad de isopentano y alquilatos no existe una instrumentacin adecuada para la medicin de variables operativas. En muchos lugares, existe una carencia de instrumentos comolostermmetrosqueregistrenlastemperaturasalaentradaysalidadelos intercambiadoresdecalor,odemanmetrosqueindiquenlacadadepresinenestos equipos. Los termmetros existentes en algunos casos no tienen fecha de calibracin y es evidente la mala medicin que realizan. 26 Eldeteriorodelasplacasdeorificioysumalainstalacinenalgunaslneas,impidensu buenfuncionamientoyportantounabuenamedicindelosflujos.Debidoalosmalos registros que generan no se puede realizar un balance de materia en esta unidad.Paragarantizarunaoperacinseguraduranteelfuncionamientodelaplantaygenerar unincrementodelagasolinaespecialproducida,esnecesarioelestudiotcnicodela unidad y el conocimiento del proceso de forma detallada.4.2.Ingeniera del proyectoElobjetivodelaUnidaddeIsopentanoesseparareli-C5delacargadegasolinaliviana de destilacin directa (LSR) proveniente de la unidad de crudo. El isopentano obtenido en lastorres1T-1501y1T-1502seloempleaenlapreparacindegasolinadeaviacin (Avigas), junto con los Alquilatos y el Redestilado de Platformado. 4.2.1. Descripcin del proceso La carga de LSR proveniente de los tanques TK-2908, TK-2909 de la unidad de crudo se precalienta en el intercambiador de calor I-1502, ganando temperatura del producto de fondo de la torre 1T-1501, para ingresar a esta.Enlatorre1T-1501seseparanelisopentanoyloscomponentesmslivianos(butanos) comoproductodecabezayeln-pentano,alquilatosycompuestosmspesadoscomo producto de fondo.Unapartedelproductodefondodelatorre1T-1501secalientaenelintercambiador I-1501, que acta como re-hervidor,ganando calor del vapor de alta presin. La fraccin que se vaporiza de la corriente de fondo regresa a la torre por desplazamiento positivo y aporta el calor necesario para que se produzca la separacin deseada; la otra parte del productodefondoesimpulsadaporlabomba1P-1502/Aatravsdelintercambiador I-1502 que precalienta la carga a la torre y a travs del enfriador de agua E-1502 para ser enviado a tanque de Slop. El producto de cabeza de la torre 1T-1501 se divide en dos corrientes, una parte pasa por elenfriadordeaguaE-1501A-BparaentraralacumuladorD-1501;laotraparteingresa directamente al D-1501, este flujo by pass se utiliza para controlar la temperatura y presin del acumulador y a su vez la temperatura y presin en la cabeza de la torre 1T-1501. Del acumuladorD-1501semandaelreflujoalatorreatravsdelabombaP-1501/A.La 27 descarga de esta bomba se divide en dos, de modo que el exceso de la produccin que no es empleada como reflujo representa la carga para la torre 1T-1502, donde se eliminan losgaseslivianoscomoserbutanoypropanoporlacabezayseobtieneelisopentano como producto de fondo con una pureza superior al 95% en volumen.La corriente de livianos de la cabeza de la torre 1T-1502 se divide en dos igual que en el casodela1T-1501,aunapartesedisminuyesutemperaturaenelenfriadordeagua E-1504paraingresarposteriormentealacumuladorD-1502,mientraselrestanteingresa directamente al acumulador para el control de presin y temperatura. El nivel de trabajo del acumulador D-1502 suele ser bajo ya que el gas obtenido es muy poco y se lo emplea como reflujo total para mantener la presin en la cabeza de la torre 1T-1502. El producto de fondo de la torre 1T-1502 se lo emplea como reflujo, el cual se calienta en el intercambiador I-1503, que acta como re-hervidor, ganando calor del vapor de alta y generando el movimiento del hidrocarburo por desplazamiento positivo para su retorno a la torre; mientras que el remanente, que se encuentra en fase lquida, es impulsado por la bomba 1P-1504/A a travs del enfriador de agua E-1503 para llegar finalmente al tanque esfrico de almacenamiento de isopentano TK-2920 En la Figura N 6 se presenta el diagrama de flujo de la unidad de Isopentano 28 Figura N 6 Diagrama de flujo de la Unidad de Isopentano Fuente: Gerencia de Carburantes 29 Servicios UtilizadosVapor de alta (250 PSIG): en re-hervidores Vapor de baja (50 PSIG): en lneas de acompaamiento. Energa elctrica: en bombas, iluminacin e instrumentos. Aire comprimido: en planta e instrumentos. Agua de enfriamiento: en enfriadores Descripcin del equipo Los equipos principales de esta unidadse describen en la Tabla IV.1.Tabla IV.1Descripcin de los equipos de la Unidad de Isopentano Equipo TAG FuncinDimetro, pie (m) 1T-1501 Torre de-isopentanizadora. Cuenta con 45 platos de destilacin. Su alimentacin se encuentra en el plato 34 4 (1,22) 1T-1502 Torre de destilacin. Su funcin es eliminar los gases livianos. Cuenta con 20 platos y su alimentacin est en el plato 6. 1,25 (0,38) D-1501 Acumulador de producto de cabeza de la 1T-1501 5 (1,52) x 17,52 (5.34) largo D-1502 Acumulador de producto de cabeza de la 1T-1502 4,5 (1,37)x 14,56 (4,44) largo Fuente: Elaboracin propia Los intercambiadores de calor que intervienen en el proceso se presentan a continuacin en la Tabla IV.2 30 Tabla IV.2 Descripcin de los intercambiadores de calor de Unidad de Isopentano Equipo TAG Descripcin Temperatura de Diseo, C (F) Presin de Diseo, kPa (psi) I-1501 TubosVapor- - CorazaReflujo fondo T-1501- - I-1502 TubosFondo T-1501- - CorazaCarga de LSR- - I-1503 TubosVapor- - CorazaReflujo fondo T-1502- - E-1501A-B TubosAgua65,5 (150) 517,1 (75) CorazaCabeza T-1501232,2 (450) 517,1 (75) E-1502 TubosAgua65,5 (150) 517,1 (75) CorazaFondo T-1501 a slop232,2 (450) 3 447,4 (500) E-1503 TubosAgua65,5 (150) 517,1 (75) CorazaIsopentano a tanque232,2 (450) 517,1 (75) E-1504 TubosAgua65,5 (150) 517,1 (75) CorazaCabeza T-1502315,5 (600) 2 968,4 (300) Fuente: Planos y placas de identificacin de equipos. Refinera Gualberto Villarroel 4.2.2. Variables operativas Lasprincipalesvariablesdeoperacindeestaunidadsonlatemperatura,presiny reflujo.Encondicionesnormalesdetrabajolapresinselamantienefijaymediantelos reflujossemodificanlastemperaturasenlastorreshastaobtenerlascondicionesde separacin deseada. A continuacin se describen con mayor detalle cada una de estas variablesTemperaturadeoperacin.Latemperaturaenlastorresdebesercontroladaenla cabezacomoenelfondo.Amayortemperaturaladestilacindecomponentes livianosesmayor.Elreflujodecabezasirveparacontrolarlatemperaturaeneste 31 sectoryevitarlaproduccinexcesivadecomponentesmspesadosdelquese quieredestilar,ademsdepermitirlaregulacindelapresindecabeza.La temperaturadefondoayudaacontrolarelniveldelatorreymantenerlos compuestos pesados en el fondo.La temperatura en los acumuladores est en funcin de la temperatura de entrada del producto, el cual puede ser enfriado al momento de salir de la torre y antes de ingresaralacumulador,obieningresardirectamentede la torrealacumuladorde acuerdo al requerimiento que se tenga para el control de la presin. Presin de operacin. Esta variable se la regula mediante la temperatura de cabeza enlastorresconlaayudadelosacumuladoresymedianteelreflujodecabezay recirculacin del producto de fondo. Al igual que en el caso de la temperatura, este parmetro operativo varia a lo largo de la torre. La presin en los acumuladores depende directamente de la temperatura a la que ingresan los productos de cabeza, tambin se cuenta con una vlvula de control de presinquepermiteregularesteparmetrocuandoelproductoingresaal acumulador sin previo enfriamiento. Reflujo de cabeza. Es la recirculacin de producto destilado que ha sido enfriado y estabilizado en los acumuladores, esta variable permite controlar la temperatura de cabeza en las torres y ayuda a la separacin de los componentes de la destilacin. Nivel operativo.El nivel de las torres se encuentra alrededor del 50% para garantizar unaoperacinnormal,esteparmetropermitecontrolarlapresinytemperatura de fondo garantizando que los componentes pesados se mantengan en el fondo. Elnivelenlosacumuladorespermitecontrolarlapresindeestosequiposy garantiza el excedente de lquidos para que puedan ser enviados como reflujo a las torres y el excedente se bombee a la 1T-1502 en el caso del acumulador D-1501 y a slop en el caso del D-1502. A continuacin, en la Tabla IV.3 se presentan los parmetros de control operacional de la temperatura que debe mantenerse durante la produccin de isopentano.

32 Tabla IV.3 Intervalos de Temperaturas para el control operacional de la Unidad de Isopentano FLUJOS Rango de Temperatura, C Carga a la 1T-150156 Producto de fondo 1T-150185 90 Cabeza 1T-150166 68 Fondo 1T-150198 99 Plato 11 de la 1T-150169 71 Carga a la 1T-150245 Cabeza 1T-150230 37 43 Plato 6 de la 1T-150238 45 Fondo 1T-150251-48 58 Acumulador D-150140 Acumulador D-150235 Fuente: Gerencia Carburantes. Refinera Gualberto Villarroel La temperatura en el plato 11 de la 1T-1501 es muy importante ya que es la que permite cumplir con las especificaciones de TVR de la gasolina, valor que debe mantenerse entre 19-19.5 psi, en caso de estar fuera de especificaciones se debe regular la temperatura en este plato mediante el reflujo de cabeza.Los rangos operativos de las presiones y flujos se presentan en las Tablas 4.4 y4.5 33 Tabla IV.4 Presiones para el Control Operacional de la Unidad deIsopentano PUNTOS DE MEDICINRango de Presiones, kg/cm2 Descarga de 1P-150236Descarga de 1P-60612Acumulador D-15011.201,90 Acumulador D-15020,70 Cabeza 1T-15012,82,90 Fondo 1T-15012,933,50 Cabeza 1T-15021,251,55 Fondo 1T-15021,41 Fuente: Gerencia Carburantes. Refinera Gualberto Villarroel Tabla IV.5 Rango de flujos para el control operacional de la Unidad de Isopentano FLUJOFactorRango de flujo (l/h) Alimentacin 1T-15011 2006,57,5 ReflujoT-15012 5005,35,7 Reflujo T-15021501,251,55 Vapor reboiler T-15012 0505,35,5 Alimentacin T-15021408,610,0 Descarga Bomba fondo T-15024004,06,20 Descarga bomba fondo D-15024502,23,90 Producto fondo T-15017 0006,98,9 Producto isopentano1 0006,010,0 Fuente: Gerencia Carburantes. Refinera Gualberto Villarroel En laTabla IV.6 se presentan algunos valores establecidos para el control operacional y de calidad del producto. 34 Tabla IV.6 Control operacional del producto Isopentano Producto de la unidad:ISOPENTANO DescripcinRango API9397 Gravedad Especfica0,620,63 TVR max. (psi)20,5 CROMATOGRAFIA (%Vol)i-C40,30,6 n-C40,40,9 i-C59098 n-C525 Pureza del producto 97 - 98% Fuente: Gerencia Carburantes. Refinera Gualberto Villarroel 35 V.SIMULACIN DEL PROCESO Para realizar la evaluacin de la eficiencia e hidrulica de la torre junto a la simulacin del proceso se tomaron datos y muestras despus de la puesta en marcha y normalizacin de la planta.Durante una semana del mes de abril, se oper normalmente la unidad de isopentano, en esteperiododetiemposeregistraronlosdatosoperativosdelosequiposparaunmejor control operacional. Tambin se procedi a la toma de muestras para el posterior anlisis enlaboratorio de la gasolina LSR que alimenta la unidad, del producto de cabeza y fondo de las torres 1T-1501 y1T-1502.LascromatografasdeestasmuestrassepresentanenelAnexoN1yenel AnexoN2seadjuntanlosclculostericosrealizadosparadeterminarelOctanajeyla Tensin de Vapor Reid. 5.1.Relevamiento de datos Las principales variables operativas son la presin, temperatura y reflujo, siendo de mayor interslasvariablesdeoperacindela1T-1501.Losvaloresdelosdiferentesparmetros operativos registrados en planta durante la produccin de isopentano se presentan de la Tabla V.7 a la V.12. 36 Tabla V.7 Flujos y Presiones de operacin INSTRUMENTOFactor (l/h)DescripcinPlanta FRC-15011215Alimentacin 1T-15017,5 FRC-1502130Vapor a Rehervidor(250) I-15014,7 FR-1503704Fondo 1T-15017,9 FRC-1504146Alimentacin 1T-15029,4 FRC-15052.495Reflujo a la 1T-15014,8 FRC-1506109Prod. Isopentano7,1 FRC-1507407Fondo T-1502 (Descarga bombas)5,2 FRC-1508925Vapor a Rehervidor (150) I-15034,3 FRC-1509385D-15025,8 FRC-151060D-1502 a Slop2 FRC-1511148Reflujo a la 1T-15023,9 PRC-1506Presin cabeza 1T-15012,85 PRC-1511Presin cabeza 1T-15021,1 Fuente: Relevamiento en campo. Refinera Gualberto Villarroel. Tabla V.8 Temperaturas de operacin INSTRUMENTODescripcinTemperatura, C TI-1502Cabeza 1T-150165 TI-1503Plato 11 1T-150170 TI-1505Fondo 1T-150199 TI-1506Salida Rehervidor I-1501101 TI-1510Salida condensador E-150115 TI-1512Salida E-1504, Fondo T-150249 TI-1513Cabeza 1T-150238 37 Tabla V.8 Temperaturas de operacin (Continuacin) INSTRUMENTODescripcinTemperatura, C TI-1514Plato 5 1T-150246 TI-1516Fondo 1T-1502 y entrada Rehervidor55 TI-1517Salida I-150256 TI-1518Vapor de 150 a I-1503144 TI-1519Entrada E-1503, Cabeza 1T-150238 TI-1520Salida E-150327 TI-1521Salida agua enfriamiento E-1504, Fondo 1T-150135 Fuente: Relevamiento en campo. Refinera Gualberto Villarroel Tabla V.9 Presin y Temperatura de Acumuladores ACUMULADORESDescripcin Planta Acumulador D-1501 Presin (kg/cm2)1,55 Temperatura (C) fase gaseosa40 Temperatura (C) fase lquida24,3 Acumulador D-1502 Presin (kg/cm2)1,61 Temperatura (C) 33,8 Fuente: Relevamiento en campo. Refinera Gualberto Villarroel Tabla V.10 Presin de Descarga de Bombas BOMBASDescripcin Planta P-1501-B(psig)Reflujo 1T-1501135 P-1502-A (psig)Fondo 1T-150170 P-1503-A (Kg/cm2)Reflujo 1T-15025,6 P-1504 (Kg/cm2)Fondo 1T-15024,5 Fuente: Relevamiento en campo. Refinera Gualberto Villarroel 38 Tabla V.11 Temperaturas en los Enfriadoresa ENFRIADORESPasoProducto CF EntradaSalidaEntradaSalida E-1501-A TubosAgua14,923,758,8274,66 CorazaCabeza 1T-150167,224,3152,9675,74 E-1501-B TubosAgua12,814,955,0458,82 CorazaCabeza 1T-150124,218,975,5666,02 E-1502-A TubosAgua12,320,354,1468,54 CorazaFondo 1T-150148,438,7119,12101,66 E-1502-B TubosAgua20,327,668,5481,68 CorazaFondo 1T-150151,348,4124,34119,12 E-1503-A TubosAgua42,645,4108,68113,72 CorazaCabeza 1T-150250,844,8123,44112,64 E-1503-B TubosAgua38,842,6101,84108,68 CorazaCabeza 1T-150244,841,6112,64106,88 E-1504 TubosAgua14,219,857,5667,64 CorazaFondo 1T-150241,321,9106,3471,42 Fuente: Relevamiento en campo. Refinera Gualberto Villarroel

aLastemperaturasfueronmedidasconuntermmetrolaser,porloquelosvaloresregistradossondelas superficies de los equipos, no siendo representativo del flujo. 39 Tabla V.12 Temperaturas en los Intercambiadores INTERCAMBIADORESPasoProducto CF EntradaSalidaEntradaSalida I-1501 TubosVapor de alta (250)185,798,4366,26209,12 CorazaFondo 1T-150197,799,7207,86211,46 I-1502 TubosFondo 1T-150168,747,7155,66117,86 CorazaCarga 1T-150133,366,991,94152,42 I-1503 TubosVapor de media (150)125,156,8257,18134,24 CorazaFondo 1T-150254,855,6130,64132,08 Fuente: Relevamiento en campo. Refinera Gualberto Villarroel 5.2.Uso del simulador Hysys Lamodelacindelatorre1T-1501serealizconelSoftwaredesimulacindeprocesos AspenHysysversin2006.Elpropsitodeemplearelsimuladoresobtener,conlosdatos recopiladosduranteelrelevamientoencampo,unarepresentacingeneraldelas condiciones reales de trabajo de la torre que permitan conocer variables como la cada depresinenlosplatos,temperaturas,flujo,inundacinenelbajanteehidrulicaen general. Paralacaracterizacindelacargaquealimentalatorre1T-1501seempleala cromatografa de LSR presentada en la Tabla V.13. Las cromatografas de los productos se adjuntan en el Anexo N 1. 40 Tabla V.13 Cromatografa de la carga de LSR que alimenta la torre 1T-1501 COMPONENTES GRUPO% PESO% VOLUMEN i-butanoparafina0,090,11 n-butano parafina1,441,63 2,2-dimetilpropano parafina0,160,18 isopentano parafina22,1523,39 n-pentano parafina21,6322,79 2,2-dimetilbutano parafina1,481,50 ciclopentano nafteno0,870,77 2,3-dimetilbutano parafina2,192,18 2-metilpentano parafina8,598,68 3-metilpentano parafina5,225,18 n-hexano parafina11,2611,27 2,2-dimetilpentano parafina2,462,39 Metilciclopentanonafteno0,480,42 2,4-dimetilpentano parafina0,100,10 2,2,3-trimetilbutanoparafina0,690,66 3,3-dimetilpentanoparafina2,081,97 ciclohexano nafteno3,232,72 2-metilhexano parafina0,180,17 1,1-dimetilciclopentano nafteno2,502,20 3-metilhexano parafina0,280,27 cis-1,3-dimetilciclopentano nafteno0,270,24 trans-1,3-dimetilciclopentano nafteno0,560,49 n-heptanoparafina4,594,43 metilciclohexano + cis-1,2-dimetilciclopentanonafteno3,392,89 tolueno + 2,3,3-trimetilpentano aromatico1,210,92 1-cis-2-trans-4-trimetilciclopentano + 1-cis-2-cis-4-trimetil ciclopentano nafteno0,380,32 1-cis-2-cis-3-trimetilciclopentanonafteno1,611,37 no identificado Nafteno nafteno0,440,38 no identificado Naftenonafteno0,460,39 Fuente: Anlisis de laboratorio. Refinera Gualberto Villarroel 41 Para la validacin de la simulacin se compara las variables reales con las simuladas y los resultados obtenidos.EnlaTablaV.14sepresentanladiferenciaentrelasvariablesoperativasdelatorreen planta y del simulador.Tabla V.14 Diferencia entre las principales variables operativas de la 1T-1501 DescripcinUnidadesSimulacinPlanta Alimentacin bbl/d1 3761 375,58 Reflujobbl/d1 808,41 807,91 Temperatura producto cabezaC68,3665,00 Temperatura producto de fondoC95,6099,00 Produccin de cabezabbl/d207,8207,84 Presin de Cabeza kg/cm2 2,9 2,85 Presin de Fondo kg/cm2 3,233,23Presin del acumulador D-1501 kg/cm21,351,4 Fuente: Elaboracin propia. Simulacin en Hysys EnlasFigurasN7y8seaprecialadiferenciaentrelosresultadosobtenidosenla composicin de los productos de cabeza y fondo de la 1T-1501generadas en el simulador en comparacin a los de laboratorio. 42 Figura N 7 Diferencia entre resultados en la composicin del isopentano de la 1T-1501. Fuente: Elaboracin propia Figura N 8. Diferencia entre resultados de la composicin del producto de fondo de la 1T-1501. Fuente: Elaboracin propia 5.2.1. Condiciones Operativas de la Torre 1T-1501 A continuacin, en la Tabla V.15 se presentan los resultados obtenidos con el simulador de procesosHysysconsiderandodiferentesalternativasdelproceso.Laprimeracolumna, 0102030405060708090i-C4 n-C4 2,2-DM C3i-C5 n-C5 n-C6fraccin volumtrica, %Simulacin Planta051015202530i-C52,2-DM C42,3-DM C43-M-C5 2,2-DM-C5 2,4-DM C5benceno c-C61,1-DM-c-C5 cis-1,3-DM-c-C5 n-C7tolueno + 1-2-cis-3-TM-c-C5 Fraccion volumtrica, %Simulacin Planta 43 referidacomoSimulacinPlantacorrespondealasimulacinrealizadaconlosdatos del relevamiento.LasegundacolumnadenominadaReflujoMnimocorrespondealresultadoobtenido con el mnimo volumen de reflujo calculado por el simulador, con el cual se puede operar la torre manteniendo la pureza del isopentano, sin afectar el volumen de produccin del destilado de cabeza. En la tercera columna, correspondiente al Reflujo Mximo, se tienen los resultados de la simulacindelprocesoconunincrementoenelreflujo,enelcualnoseaumentala pureza del isopentano significativamente, pero si se incrementa el volumen del producto destilado utilizando la misma carga que en la operacin normal. Se debe considerar que este reflujo no es el mximo calculadob para una buena separacin de los componentes clave, sino que es el mximo reflujo con el que puede operar la torre sin que se produzca inundacin en los bajantes de los platos superiores. Lacuartacolumna,llamadaMximaCargacorrespondealasimulacinenlacualse determinlamximaalimentacinalatorresinqueexistainundacinenelplatocomo en los bajantes. En este caso se mantiene incrementa la produccin de isopentano, pero debido a que no se puede incrementar el reflujo la pureza disminuye un poco. Trabajando la torre con estas variables operativas, se necesita de una mayor cantidad de cargaparaalimentarlayobtenerunmayordestilado,perolosrequerimientosde enfriamiento y calor son menores que en el caso de tener un reflujo mximo.

bCalculado en funcin a la mxima pureza que podra obtenerse si es que se pudiera aumentar el volumen del reflujo sin ocasionar inundacin en los primeros platos. 44 Tabla V.15 Resultados de la simulacin en el Software Hysys DescripcinUnidad Simulacin Planta Reflujo Mnimo Reflujo Mximo MximaCarga Carga 1T-1501bbl/d1 3761 3761 3761 630 Capacidad de enfriamiento Btu/h2 866 7392 690 3083 278 2723 039 571 Calor requerido en rehervidor Btu/h3 376 0933 200 5573 785 4323 644 393 Reflujobbl/d1 808,7761 685,1472 069,9391 895,324 Flujo al condensadorbbl/d2 016,6201 891,1652 309,9322 135,368 Flujo al rehervidorbbl/d3 684,3773 554,9643 952 9944 105,676 Temperatura producto cabeza C68,36868,38969,25068,334 Temperatura producto de fondo C95,59895,64096,26395,622 Produccin de cabeza bbl/d207,844206,018239,993240,044 Fraccin volumtricai-C40,0690,0700,0600,071 Fraccin volumtrican-C40,1070,1080,0930,109 Fraccin volumtricai-C50,7880,7800,7980,774 Fraccin volumtrican-C50,0250,0310,0390,034 DC Backup (11)%23,33322,44925,38124,065 DC Backup (39)%23,36522,48125,43824,110 Tiempo de Residencia plato 11 s 3,1873,2943,0413,141 Tiempo de Residencia plato 39 s 3,1863,2923,0403,140 Velocidad en el bajante (11) pie/s0,1220,1140,1390,128 Velocidad en el bajante (39) pie/s0,1220,1140,1390,128 45 Tabla V.15 Resultados de la simulacin en el Software Hysys (Continuacin) DescripcinUnidad Simulacin Planta Reflujo Mnimo Reflujo Mximo MximaCarga Cada de presin en seco (11) pulg0,9240,8111,2051,032 Cada de presin en seco (39) pulg0,9300,8161,2141,039 Arrastre(11)%0,3350,2860,4730,388 Arrastre(39)%0,3370,2880,4780,392 Capacidad de Flujo (11) 0,4210,4210,4210,421 Capacidad de Flujo (39) 0,4210,4210,4210,421 Inundacin (11)%40,31037,73946,00942,573 Inundacin (39)%40,42837,86546,18542,725 Altura de lq. sobre el vertedero (11) pulg0,7520,7160,8220,776 Altura de lq. sobre el vertedero (39) pulg 0,7530,7170,8240,777 Fuente: Elaboracin propia. Simulacin en Hysys 5.3.Determinacin de la eficiencia de la torre y de la columna hidrulica. Losclculosdelahidrulicadelacolumnaserealizaronparadeterminarlacapacidad de la torre,su eficiencia y tambin para conocer las limitaciones operativas de la misma juntoalosporcentajesdeinundacinenlosplatos,yaqueestoreducelaeficiencia globaldetrabajodelacolumna;esteclculomanual,consideracomoprincipales factores de evaluacin el tiempo de residencia del lquido en las secciones del plato y el bajante(downcomer);tambinsedebecalcularlaalturadellquidoclaroyespumaen ambasseccionesyfinalmentesedeterminalavelocidaddellquidoenelreade burbujeo y del gas que atraviesa las perforaciones. Todas estas consideraciones, permiten evaluar los porcentajes de inundacin y las cargas de operacin.La determinacin de la composicindellafaselquidayvaporencadaplato,conlaayudadelsimulador, 46 permitedeterminarlacantidaddeplatosoetapasrequeridasparaobtenerelproducto con las especificaciones deseadas y la eficiencia con la cual se logra dicho objetivo. Con los datos obtenidos del relevamiento en campo se realizo el clculo de la eficiencia y columna hidrulica de la torre. En el Anexo N 3 se presenta la memoria de clculo de la eficiencia de la torre, obtenindose como resultado que la torre trabaja con un 90.44% de eficiencia global.Acontinuacin,enlaTablaV.16sepresentanlosresultadosrepresentativosquefueron obtenidos en la estimacin de la columna hidrulica de la torre, la memoria de clculo se adjunta en el Anexo N 4. Ambasevaluaciones,delaeficienciaylahidrulica,correspondenalosplatos11y39, elegidos como representativos de la seccin de rectificacin y despojamiento en que se divide la torre para su estudio, son representativos debido a que la pendiente de equilibrio delacurvadeconcentracindeloscomponentesclavepesadoyclavelivianose mantieneconstanteyesuniformeenlamayoradelosplatosdecadaunadelas seccionesdeterminadas,talcomosepuedeapreciarenlasFigurasA.3.1yA.3.2del Anexo N 3. 47 Tabla V.16 Resultados de los clculos de la columna hidrulica de la torre. DescripcinPlato 11Plato 39Unidades Flujos volumtricos VV11,41210,728pie3/s VL70,602125,469Gpm Velocidad superficial del vapor en el punto de inundacin Vn,inun 1,6431,520pie/s Velocidad mxima de lquido de ingreso al bajanteVd,max 46,99383,512gpm/pie2 Tiempo de residencia del lquido en el bajantetr 15,9188,957S Velocidad superficial de vaporVS1,0310,970pie/s Porcentaje de inundacin en el plato%INUN50,00053,233% Tiempo de residencia del lquido en el bajante tr 13,3567,516S Tiempo de residencia necesario para la separacin del lquido y vaporTr 4,4314,667S Velocidad mxima recomendada en el bajante segn el criterio de KochVd,max 218,87218,962 gpm/pie2 bajante Caudal mximo de ingreso al bajante para la velocidad mxima de KochGPM 178,386199,030Caudal mximo de ingreso al bajante segn criterio de Koch-GlitschGPM132,363132,363Altura de lquido claro sobre vertederohow0,7651,134pulgAltura de lquido claro en el platohc2,2652,634Pulg Cada de presin total en el platoht4,7175,078Pulg Perdida de carga en los orificiosPd0,2340,264Pulg Perdida de carga en vertederoPiw0,0180,018Pulg Perdida de carga en el bajantehd0,2810,281Pulg Porcentaje de inundacin en el bajante (back up)%inundDC-BK 18,61018,935% (10-30%) Porcentaje de inundacin del bajanteINUNd36,34843,096% (mx. 50%) Altura del lquido en el bajantehd7,2708,619Pulg Altura de la espuma en el bajantehpd7,6629,295Pulg Fuente: Elaboracin propia. 48 5.4.Evaluacin del Condensador E-1501 A-BLaevaluacindeesteequipoenparticular,sehacebastantecomplicadadebidoala faltadeinstrumentacinenplanta.Laltimainspeccinrealizadasellevacaboen septiembre del 2009, en la cual se report entre otras cosas, la falta de termmetros que indiquenlatemperaturadelacarcasa,lostuboscuentancontermmetrossinfechade calibracinynoexistenmanmetrosqueindiquenlaspresionesdeingresoysalidadel producto, el manmetro instalado a la salida del agua de enfriamiento tampoco cuenta confechadecalibracin.Apesardelarecomendacindeimplementarestos instrumentos, en el informe de inspeccin, estos no han sido instalados. Tambin se reporta la existencia de corrosin generalizada leve en las carcasas de ambos enfriadores al igual queenlostubos,aunquelacorrosinenlosdeflectoresdeambosmazosfuereportada comoseverayserecomiendasureemplazo,estosnoafectansignificativamenteal proceso de transferencia de calor.Paraunaevaluacineficientedeestosequipossedebeconsiderarelcoeficientede transferencia de calor global U, que es la capacidad de dos fluidos para transferir energa, enformadecalor,delmscalientehaciaelmsfrio.Existentresresistenciasprincipales que se oponen a la transferencia de calor y que estn directamente involucradas con el rea de contacto de los fluidos; estas resistencias corresponden al coeficiente convectivo dentro de los tubos, al coeficiente convectivo del fluido que atraviesa la coraza (fuera de los tubos) y la resistencia del material que separa ambos flujos. Este coeficiente global es un indicador del grado de efectividad de la transmisin de calor.LaevaluacindeesteintercambiadordecalorserrealizconelsimuladorHTRI(Heat Transfer Research Inc.) clculos realizados para determinar el valor del coeficiente global se presentan en el Anexo N 5. Delosresultadosobtenidossesabequelacondensacindelagasolina,productode cabezadela1T-1501seproduceenmayormedidaenelE-1501-Ayterminade condensar totalmente en el E-1501-B. Este cambio de fase se puede apreciar mejor en el diagrama de condensacin de la Figura N 9 presentado a continuacin 49 Figura N 9 Diagrama de condensacin. Temperatura Vs. Entalpia. Fuente: Elaboracin propia. Simulador HTRI La entalpa es una propiedad intrnseca de la materia o sustancia, representa la suma de la energa interna ms el trmino de presin-volumen. En un sistema a presin constante la diferenciadeentalpiadelasustanciadebidaaunavariacindelatemperaturase traduceenunavariacindelcalor;portanto,lavariacindelaentalpaexpresauna medida de la cantidad de energa absorbida o cedida por un sistema termodinmico. ElcoeficientedetransferenciadecalorglobalU,calculadoparaelenfriadorE-1501-A es de 112,98 Btu/pie2hF. Para el enfriador E-1501-B se determin un coeficiente global de 38,25 Btu/pie2hF. En la Figura N 10 se muestra la temperatura vs. Flujo de calor cedido por la gasolina en su enfriamiento. 404550556065700 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220Temperatura, CEntalpia, Btu/lb 50 Figura N 10 Condensacin de la gasolina. Temperatura Vs. Calor cedido Fuente: Elaboracin propia. Simulador HTRI ElcoeficientedetransferenciadecalorUparacadaunodelosenfriadores,estdentro losparmetrosdediseoestablecidosycumplenconlosmanualesylibrosdediseoc para una buena operacin; segn la evaluacin realizada, la capacidad de enfriamiento de estos equipos se puede incrementar a pesar del ensuciamiento que ya han sufrido por el tiempo de trabajo que tienen.Paraquelatransferenciadecalorseefectivabajolascondicionesdeoperacin establecidas, se determin que el requerimiento de agua de enfriamiento para el lado A delcondensadoresde14.64m3/hyde6.77m3/hparaelladoB,sumandountotalde 21.41 m3/h. 5.5.Evaluacin del Re-hervidor I-1501 Elproductodefondodela1T-1501secalientaconvapordealtapresin(250psigy 240C) en un re-hervidor tipo termosifn de flujo dividido por su carcasa tipo H. El flujo de vapor circula por el interior de los tubos, mientras que la ebullicin de la gasolina ocurre en lacarcasa,estetipodere-hervidornoposeeespacioextraparalaseparacindefases de manera que retorna a la torre una mezcla de lquido-vapor y es por debajo del ltimo plato, donde se produce la separacin.

c Donald Kern. Procesos de Transferencia de Calor.01020304050607080-3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0Temperatura, CFlujo de calor, MMBtu/hr 51 EnlasiguienteFiguraN11y12semuestralavariacindelatemperaturaenfuncinal calor cedido por el vapor a la gasolina y la curva de ebullicin. Figura N 11 Flujo de calor vs. Temperatura Fuente: Elaboracin propia. Simulador HTRI Figura N 12 Curva de ebullicin Fuente: Elaboracin propia. Simulador HTRI Elreadetransferenciadecalorcalculadaparaesteintercambiadoresde746,25pie2 con un coeficiente de transferencia de calor global de 72,02 Btu/pie2hF. 95969798991001011021031041050 1 2 3 4Temperatura, C Flujo de calor, MM Btu/hr-920-900-880-860-840-820-800-780-76085 90 95 100 105 110 115 120Entalpia, Btu/lbTemperatura, C 52 En elcaso del este equipose estableciunrequerimientode vaporde33.001lb/h,para que el calentamiento de la gasolina de fondo sea efectiva.Paramayoresreferencias,enelAnexoN5sepresentalashojasdeclculoydatosde este intercambiador. 5.6.Aspectos crticosEn la produccin normal de la planta, existen ciertos factores que no son simulados, pero que si representan un punto crtico en el desarrollo del proceso como lo son las placas de orificioylaslneasqueconducenelflujodeunequipoaotro,ysinlascualeselproceso simplementenoseseraposible.Comopartedelaevaluacindelaplanta,laslneasy placasdeorificiofueronobjetodeunseguimientoyrecalculoparaconocersus condiciones en general.5.6.1. Placas de orificio Lasplacasdeorificiosonlosinstrumentosdemedicinmscomunesparadeterminarel flujodediferentesproductosseanlquidosogaseosos.Enelcasodelaunidadde isopentano, los transmisores de presin diferencial de las placas estn mal calibrados y no son un indicador confiable. EnlaTablaV.17sepresentanlosfactoresdeflujodelosdiferentesFRCylosnuevos factoresrecalculados,tambinsemuestranlosdatosdelrelevamientodurantela operacin de la unidad de isopentano. 53 Tabla V.17 Factores de Flujo FRC/FR Factores planta (l/h) Descripcin Nuevos factores (l/h) Lecturas en planta Flujo calculado (l/h) FRC-15011.200Alimentacin T-15011 2157,59 113 FRC-1502205Vapor a Rehervidor (250) I-15011304,7611 FR-1503700Fondo T-15017047,95 563 FRC-1504140Alimentacin T-15021469,41.377 FRC-15052.500Reflujo a la T-15012 4954,811 976 FRC-1506 Prod. Isopentano1097,1773 FRC-1507400Fondo T-1502 (Descarga bombas)4075,22 115 FRC-150836.4Vapor a Rehervidor (150) I-15039254,33 976 FRC-1509450D-15023855,82 234 FRC-1510 D-1502 a Slop602119 FRC-1511150Reflujo a la T-15021483,9575 Fuente: Elaboracin Propia. Software FE Sizer Segn el FRC-1501, la corriente que alimenta la torre 1T-1501 es de 9113 litros por hora, el FRC-1503 corresponde a un flujo de 5563 litros por hora que sale por el fondo y es enviado a slopd; mientras que el FRC-1504 r