DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO

DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO

ORIGEN DEL PETRÓLEO

El origen del petróleo es a partir de animales y plantas que perecieron y se acumularon sus restos orgánicos, mediante sedimentación. Por transformaciones sucesivas de la materia orgánica, por descomposición en presencia de bacterias anaeróbicas y en condiciones inusuales de presión y temperatura más el factor tiempo, resultó en la producción de petróleo.

http://4.bp.blogspot.com/_pO6_LWzFSx4/TETzE8LG_KI/AAAAAAAADmU/kSqJgYi7eus/s1600/petroleo1.jpg

CARACTERIZACIÓN DEL PETRÓLEO CRUDO

Factor de Caracterización Kuop

K= 13 base parafinica

K= 12 base mixta

K= 11 base naftenica

K= 10 base aromatica

Gravedad API

Punto Inicial Punto Final Punto Inflamación

DEFINICIONES Torres Fraccionadoras

Se producen condensaciones controladas, estableciéndose transferencias de energía y masa adecuadas para obtener los combustibles específicos.

Las etapas de equilibrio se logran con dispositivos que permiten un intimo contacto entre la fase vapor (ascendente) y la fase liquida (descendente). Los más comunes son campanas de burbujeo, platos de válvulas, platos perforados, rellenos, etc.

DEFINICIONES

Torres PreflashSon equipos donde no es necesario obtener un fraccionamiento de alta calidad.

StrippersSon pequeñas torres cuya función principal es eliminar los componentes de bajo peso molecular (volátiles) .

FUNDAMENTOS DEL PROCESO

La destilación del crudo, se basa en la transferencia de masa entre las fases líquido - vapor de una mezcla de hidrocarburos.

Para que se produzca la "separación o fraccionamiento" de los cortes, se debe alcanzar el equilibrio entre las fases líquido-vapor

La vaporización o fase vapor se produce en el horno y zona de carga de la columna fraccionadora.

La fase liquida se logra con reflujos o reciclo de hidrocarburos retornados a la torre.

La diferencia fundamental entre las unidades de Topping y Vacío es la presión de trabajo.

VARIABLES DEL PROCESO

Temperatura de transferencia Presión de trabajo Temperatura de cabeza Temperatura del corte Inyección de vapor

UNIDAD DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA O TOPPING

El petróleo desgasificado que se recibe en las Refinerías, contiene impurezas que son perjudiciales para los equipos, productos y procesos. Las impurezas son: Sales Óxidos de hierro Arcilla, arena, sólidos en general Compuestos organometálicos Cristales de sal u óxidos en suspensión

Para evitar o minimizar los efectos perniciosos de estas impurezas se realizan fundamentalmente tres tratamientos: Decantación en Tanques Desalado Inyección de Hidróxido de Sodio

DESALADO DE CRUDO

•Los productos obtenidos por la parte superior o cabeza son gases y nafta.•El primer corte lateral es el kerosene•El segundo corte lateral es el gas oíl liviano•El tercer y último corte lateral es el gas oíl pesado de Topping •El producto de fondo es el residuo que no se vaporizo en el horno

Los dispositivos o elementos mecánicos para producir el contacto liquido vapor, son rellenos especiales (flexi rings, ubicados en lechos ordenados) que permiten incrementar la superficie de interface

FLEXIRING que permite incrementar la superficie de Interfase

PRODUCTOS FINALES:

•Los residuos sólidos asfaltos, betunes y ceras•Los aceites pesados lubricación de máquinas, parafina, la vaselina y ciertos extractos aromáticos•Los gasóleos combustible para calefacción y en los motores Diesel•El querosenocombustible en los motores de los aviones.•Las gasolinascombustibles en multitud de vehículos•Los productos gaseososcombustibles domésticos.

MODELAMIENTO DE DESTILACION MULTICOMPONENTE


Equilibrio Termodinámico.

ji

jisatji

jij

jiji

j

ji

jisatjijijiji

P

PK

L

lK

V

óPxPy

)1(

Balance de Materia.

)2(

0

)11(0

)22(0

0

,,1

,,,1,1

,,,,1,1

,,1,1,2,

,,,1,1

,1,2

iiNiN

ijijijij

iFifififif

iFifififif

ijijijij

iii

bl

Njfll

lll

ll

fjll

ld


Se define una relación semejante al factor de absorción (Aji):

)3(ji

ji

jji

jji

l

VK

LA

Combinando las ecuaciones (2) y (3), se tiene la siguiente distribución matricial de los balances de materia, del componente i, del plato 1 al j:

Ai vi = - ₤i (4)


Balance de Energía.

)5()1...,1,(

)2,...,2,1(

11

11

11

RCDB

RBjjjj

CDffFFff

CDjjjj

QQHDhBHF

NffjQhBhLHV

QHDhLHVHV

fjQHDhLHV

FORMULACION DEL MÉTODO DE CONVERGENCIA

)8(cai

i

coi

i

d

b

d

b

)10()9(1

DdbdFXC

icoicoicoii


)11(

1cai

i

icoi

d

b

FXd

De tal forma que, combinando las ecuaciones (8) y (9), se tiene:

Así para el caso en el que se seleccione un inadecuado, la ecuación (10), se transforma en:

)12()(1

DdgC

icoi

)13()()()()1(

ddggkk

)14(

/1

/)(

12

c

i caii

icaii

db

FXdb

d

dg


Con el valor correcto de , las composiciones molares de cada etapa, se calculan de la siguiente forma:

)16()(/

)(/)15(

)(/

)(/

11

C

icoicaiji

coicaiji

jiC

icoicaiji

coicaiji

ji

dd

ddy

ddl

ddlx

EJEMPLO: D = 31.6, V2 = 94.8 (todas las velocidades de flujo se dan en Ib mol/h)

alimentación líquida a su punto de ebullición, condensador parcial, presión de la columna = 300 lb/pulg2 abs, N = 12 y f = 5. Los datos de equilibrio y entalpia para todos los componentes aparecen en las tablas 2 y 3. El perfil de temperatura inicial se supondrá lineal respecto al número de platos entre T1 = 610 °R y T13 = 910 °R. Se considera que los perfiles iniciales de velocidad de vapor son Vj = 94.8 (j = 2, 3,... 13), y que el perfil correspondiente de velocidad de líquido se determina por un balance de materiales. El componente i-C4H10 se tomó como componente base y los valores a y b en la ecuación (17) se determinaron de acuerdo con los valores de K para i-C4H10 a 510 y 960 °R.

Componente F.Xi

CH4 2

C2H6 10

C3H6 6

C3H8 12.5

i-C4H10 3.5

n-C4H10 15

n-C5H12 15.2

n-C6H14 11.3

n-C7H16 9

n-C8H18 8.5

400* 7

SOLUCIÓN

Etapa

Perfiles de temperatura (ºR)Iteración

1 2 3 4 5 6

1 (destilado) 573.59 567.84 567.56 567.56 567.56 567.57

2 596.60 590.67 594.54 594.42 594.42 594.33

3 607.01 606.81 612.61 611.99 611.99 611.89

4 612.65 627.85 631.10 629.91 630.26 630.25

5 (alimentación) 617.02 695.72 658.24 670.53 665.95 668.04

6 647.02 709.68 681.56 691.68 687.53 689.20

7 670.05 717.92 697.73 705.76 702.37 703.69

8 689.59 724.20 709.70 716.11 713.40 714.46

9 707.47 730.07 719.35 724.47 722.32 723.17

10 725.93 737.58 728.94 732.96 731.25 731.92

11 747.73 749.93 742.09 745.17 743.78 744.32

12 777.47 774.19 766.54 768.84 767.70 768.13

13 (fondos) 833.68 833.41 825.47 827.21 826.36 826.68

D (calculado) 41.5475 30.4606 32.3414 31.37940 31.6940 31.5598

θ 22.4131 0.303676 2.34622 0.835224 1.07461 0.968934

SOLUCIÓN

Etapa

Perfiles de temperatura (ºR)Iteración

7 8 9 10 11 12

1 (destilado) 567.57 567.57 567.57 567.57 567.57 567.57

2 594.38 594.36 594.37 594.37 594.37 594.37

3 611.95 611.92 611.93 611.93 611.93 611.93

4 630.27 630.26 630.27 630.27 630.27 630.26

5 (alimentación) 667.14 667.53 667.37 667.44 667.41 667.41

6 688.47 688.79 688.65 688.71 688.68 688.69

7 703.11 703.36 703.25 703.30 703.28 703.28

8 714.00 714.19 714.11 714.14 714.13 714.13

9 722.79 722.95 722.88 722.91 722.90 722.90

10 731.63 731.75 731.70 731.72 731.71 731.71

11 744.08 744.18 744.13 744.15 744.15 744.15

12 767.94 768.02 767.99 768.00 767.99 768.00

13 (fondos) 826.53 826.59 826.56 826.58 826.57 826.57

D (calculado) 31.6175 31.5925 31.6031 31.5986 31.60057 31.59977

θ 1.01356 0.994182 1.00243 0.998940 1.00042 1.00000

Los perfiles de temperatura obtenidos por el uso del método Kb con base en las composiciones corregidas determinadas por el uso del método θ (ecuaciones 12 y 14) se presentan en la tabla anterior. Los valores de θ y los valores calculados de D al final de cada ensayo también aparecen en esta tabla. Las velocidades de vapor calculadas aplicando el método de composición constante, las temperaturas determinadas por el método Kb y las composiciones corregidas se presentan a continuación:

SOLUCIÓN

Etapa

Velocidades de vapor (lb mol/h)Iteración

1 2 3 4 5 6

2 94.80 94.80 94.80 94.80 94.80 94.80

3 94.63 93.23 93.06 93.29 93.29 93.29

4 94.13 88.11 89.31 89.41 89.45 89.41

5 93.13 72.10 82.71 79.25 80.51 79.94

6 140.71 108.19 117.18 109.35 111.52 110.55

7 143.80 125.43 129.81 125.40 126.79 126.13

8 146.69 137.24 138.81 136.34 137.20 136.78

9 148.52 145.60 145.39 144.16 144.60 144.38

10 148.03 150.07 149.13 148.83 148.94 148.87

11 144.63 150.08 149.09 149.59 149.59 149.50

12 137.74 143.88 142.75 143.97 143.97 143.77

13 120.86 123.86 122.24 123.93 123.93 123.60

Etapa

Velocidades de vapor (lb mol/h)Iteración

7 8 9 10 11 12

2 94.80 94.80 94.80 94.80 94.80 94.80

3 93.29 93.29 93.29 93.29 93.29 93.29

4 89.41 89.41 89.42 89.42 89.42 89.42

5 80.18 80.08 80.12 80.10 80.11 80.11

6 110.92 110.75 110.82 110.79 110.81 110.80

7 126.36 126.25 126.29 126.24 126.28 126.27

8 136.91 136.84 136.87 136.86 136.86 136.86

9 144.44 144.41 144.42 144.42 144.42 144.41

10 148.89 148.87 148.88 148.88 148.88 148.87

11 149.47 149.48 149.47 149.48 149.47 149.47

12 143.70 143.73 143.72 143.72 143.72 143.72

13 123.49 123.54 123.52 123.53 123.52 123.52

SOLUCIÓN

Los conjuntos de soluciones {di} y {bi} (velocidades de flujo), por comparación en el destilado y los fondos, son:

SOLUCIÓN

Componente di bi

CH4 0.200000 x 10 0.11163 x 10-8

C2H6 0.999990 x 10 0.11627 x 10-3

C3H6 0.597230 x 10 0.27665 x 10-1

C3H8 0.124560 x 102 0.15358

i-C4H10 0.74216 0.27578 x 10

n-C4H10 0.53699 0.14462 x 102

n-C5H12 0.20153 x 10-2 0.15197 x 102

n-C6H14 0.94035 x 10-5 0.11299 x 102

n-C7H16 0.94025 x 10-5 0.89999 x 10

n-C8H18 0.63427 x 10-7 0.84999 x 10

400 0.65162 x 10-12 0.69999 x 10

QC = 3.9628 x 105 BTU/hQR = 1.3278 x 106 BTU/hCriterio de convergencia: | g(1) | <= 10-5

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