UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLEFACULTAD DE TECNOLOGACARRERA DE INGENIERIA EN PETRLEO GAS Y ENERGASIMULACION DE PROCESOS HIDROCARBURIFEROS

OBTENCION DE LUBRICANTES MEDIANTEEL PROCESO DE HIDROTERMINADO

NOMBRE: -----DOCENTE: -----FECHA DE ENTREGA: EVALUACIN: Examen final

Cochabamba-Bolivia1. AntecedentesLa refinera Gualberto Villarroel es la ms grande del pas. Adems de la planta de carburantes es la nica que posee una planta refinadora de aceites lubricantes. Los aceites provienen del crudo reducido que es procesado a travs de las siguientes unidades: Destilacin al Vaco I, destilacin al vaco II, desestatizacin por propano, des aromatizacin por furfural, desparafinacin por MEK-Tolueno e Hidroterminado. El petrleo boliviano tiene una base parafinada y gracias a ello pueden obtenerse bases lubricantes.Proceso de hidroacabado. Los proceso de hidrotratamientos se aplican a los productos terminados para mejorar sus caractersticas: contenido de azufre, ndice cetano, punto de humo y contenido de aromticos y olefinas.Las cargas son producto de la destilacin primaria y ciertos productos de conversin procedentes de las unidades de craqueo cataltico, de viscorreduccion y de conversin de residuos. Para los gasleos, la reduccin del azufre y de los aromticos, esta segunda aumenta el nmero de cetano y mejora el color y la estabilidad trmica.Los subproductos de dichos procesos son gases H2S y algo de nafta. El consumo de hidrogeno es importante en funcin de las calidades requeridas.EVOLUCIN DEL ESQUEMA DEL REFINOEl esquema de refino de los aos 1950-1970El esquema de refino de los aos 1950-1970 estaba esencialmente orientado hacia la produccin de gasolinas, gasleos, gasleo C y fuel oils industriales. A parte de la nafta pesada el resto de los productos destilados no son objetos de profundas transformaciones.Los elementos principales de este esquema: Destilacin primaria Reformado cataltico acompaado pre tratamiento Hidrodesulfuracion parcial de gasleos. Endulzamiento del GLP y del Keroseno.Hace su aparicin la depuracin del gas de refinera por eliminacin del H2S asi como de las unidades de Clauss de produccin de azufre.Se pone en marcha igualmente el tratamiento de los efluentes acuosos.El residuo atmosfrico representa de un 40 a50% del crudo.En este esquema de una gran simplicidad, resalta la importancia del reformado cataltico en el proceso de transformacin de las fracciones petrolferas, ya que permite aumentar el nmero de octano de las gasolinas y producir un elemento esencial para mejorar las otras fracciones del crudo: El Hidrogeno.Figura.

Esquema de reino de los aos 80Despus de la crisis de la energa de los aos 70 la introduccin del craqueo cataltico y la viscorreduccion permitieron asegurar la creciente demandad e gasolinas y destilados, minimizando la importacin de crudo y reduccin de fuel ol industrial, de demanda decreciente al ser sustituida por otras energas: nuclear o carbn. A las unidades de los aos 70 se aaden: Destilacin secundaria (o a vaco) Craqueo cataltico ViscorreduccionEl fuel residual representa de un 20 a 255 del crudo y el contenido en contaminantes(azufre, nitrgeno, metales) aumenta.Este esquema es incapaz de cumplir con las nuevas limitaciones medioambien tales que se impone: Eliminacin del plomo en las gasolinas Disminucin del contenido de azufre de los gasleos y gasleos C domstico. Reduccin de las emisiones de SOx

Esquema de refino de los aos 90En una primera etapa, el esquema de tratamiento de las fracciones petroliferas se completa con la adicion de unidades complementarias que permiten la obtencin de gasolinas sin plomo, tales como: Isomerizacin Eterificacin (MTBE, ETBE Y TAME) AlquilacinAdems son necesarios hidrotratamientos ms severos para reducir las emisiones de SOx y mejorar la calidad de los productos: Hidrodesulfuracion de la carga FCC. Hidrodesulfracion de los gasleos del GO domsticosLos residuos pesados no se transforman siempre. Se intensifica la utilizacin de crudos ligeros de bajo contenido de azufre y de residuo final reducido(relacin gasolina +destilados/residuo de vaco, mayor) as como la utilizacin de gas natural.El aumento de la demanda de productos blancos de buena calidad y disminucin del consumo del fuel oil, unidos a las limitaciones medio ambientales, van a ser factores importantes den los proceso de conversin de residuos y crudos pesados en los siguientes aos.Son prioritarias la adicin de hidrgenos y la disminucin del carbono, lo que hace que la demanda de hidrogeno sea un factor determinante.

Configuracin del refino ms all del 2000 El refino en los aos 2000 se caracteriza por la conversin de los residuos pesados y la reduccin del contenido en aromticos. La conversin de los residuos pesados est ligada a la demanda de un gasleos motos de gran calidad (contenido aromatico10%, ndice de cetano 55) as como una produccin de fuel ligero e muy bajo contenido en azufre, nitrgeno y metales.El hidrocraqueo es el mejor proceso para la produccin del gasleo de automocin; el craqueo cataltico lo es para la produccin de gasolina.Se trata de seleccionar las cargas ms apropiadas para estos dos procesos el coste de hidrocraqueo lleva a la eleccin de cargas ms fciles de transformar; en cuanto al craqueo cataltico, su flexibilidad y su seriedad conducen a la eleccin de cargas ms pesadas.Las selecciones respectivas viene dictadas por el nivel de la tecnologa actual, estado del I+D y proyeccin de las especificaciones futuras.Las necesidades de hidrgeno estn aumentado considerablemente, est surgiendo la introduccin de la oxidacin parcial en, al menos una parte de los residuos finales, a pesar de su coste elevado.Los procesos intermedios de preparacin de cargas harn igualmente acto de aparicin: la hidroconversion de los residuos de vaco, desasfaltado con disolventes y coquizacin mejorada.Por otra parte del problema de la reduccin de aromticos se centra principalmente en nivel de produccin de gasolinas. El reformado cataltico podra disminuir en capacidad y severidad. El craqueo cataltico deber estar orientado a la produccin de olefinas ligeras. Las unidades de eterificacin de alquilacin y oligomerizacion vern aumentar sus capacidades. Harn su aparicin nuevos procesos tales como la isomeracion y la deshidrogenacion del n-butano.La configuracin del refino del futuro y su evolucin dependern principalmente: del coste del crudo, del aumento de la demanda de productos blancos, de la disminucin del mercado fuel oil, de la relacin gasolina/ gasleo motor y del margen que la refinera puede esperar teniendo en cuenta las grandes inversiones a realizar.

2. Introduccin

Bolivia cuenta con dos refineras importantes en el pas las cuales tienen la necesidad de ser renovadas con tecnologas de ltima generacin que puedan aportar al desarrollo humano, cientfico y tecnolgico.La funcin de la empresa de refinacin tiene como prioridad mxima el abastecimiento de productos en el mercado interno sin interrupciones. Las dos principales refineras Gualberto Villarroel y Guillermo Elder Bell producen 7.000 y 2.800 respectivamente.Asimismo, para dar un mejor aprovechamiento de los productos considerados como residuos de refinera debe trabajarse en proyectos que permita obtener productos, entre ellos lubricantes, de calidad. Los lubricantes son sustancias aplicadas a las superficies de rodadura, deslizamiento o contacto de las mquinas para reducir el rozamiento entre las partes mviles. Un buen lubricante tiene que tener cuerpo, o densidad, ser resistente a los cidos corrosivos, tener un grado de fluidez adecuado, presentar una resistencia mnima al rozamiento y la tensin, as como unas elevadas temperaturas de combustin e inflamacin, y estar libre de oxidacin o espesamiento. Los lubricantes permiten un buen funcionamiento mecnico al evitar la abrasin o agarrotamiento de las piezas metlicas a consecuencia de la dilatacin causada por el calor. Algunos tambin actan como refrigerantes, por lo que evitan las deformaciones trmicas del material. En la actualidad los lubricantes se aplican muchas veces mecnicamente para un mejor control, por lo general mediante vlvulas, anillos o cadenas giratorias, dispositivos de inmersin o salpicado o depsitos centrales y bombas. La grasa y otros lubricantes similares se aplican mediante prensado, presin o bombeo. Para un lubricado eficaz hay que elegir el mtodo de aplicacin ms adecuado adems de seleccionar un lubricante.Respecto a este criterio es notable destacar que en algunos pases renovaron con nueva tecnologa el proceso de obtencin de lubricantes para la mejora de sus caractersticas. Es por esa razn que en el presente trabajo se muestran las diferentes etapas que pasa el residuo para obtencin de lubricantes hasta llegar al proceso de hidroterminado o hidroacabado.3. Planteamiento del problema.En vista de los diferentes procesos que pasa el crudo para la obtencin de aceites lubricantes es necesario contar con una herramienta capaz de darnos la informacin necesaria del proceso.Cmo conocer el proceso para la obtencin de lubricantes terminados?4. JustificacinEn el marco de la demanda creciente de hidrocarburos terminados en el mercado interno, entre ellos la produccin de lubricantes y en el que da tras da se incorporan nuevos avances tecnolgicos para desarrollar una amplia gama de lubricantes industriales; debe emplearse los mayores esfuerzos en trminos de recursos, investigacin y tecnologa.Es por ello que para mayor produccin de lubricantes con mayor calidad cumpliendo las normas y estndares proporcionando al mercado la continuidad de los productos.5. Objetivos5.1. Objetivo generalDesarrollar un modelo de simulacin para el proceso de hidroterminado en la refinera Gualberto Villarroel para la obtencin de lubricantes.5.2. Objetivos especficos Entender el proceso cientfico para obtener lubricantes Evaluar las tecnologas adecuadas para una produccin optima de los lubricantes Analizar las variables de proceso de hidroterminado. Verificar el proceso de hidroterminado utilizando el simulador Aspen 7.1 para la obtencin de lubricantes.

6. Marco tericoLos aceites lubricantes son materias de excepcional importancia para la disminucin del coeficiente de friccin entre superficies en contacto. Sin ellos no puede trabajar mquina o motor alguno, ya que las piezas que los componen se desgastaran en poco tiempo.Los aceites lubricantes minerales son obtenidos a partir de las llamadas bases lubricantes, las cuales son hidrocarburos en el intervalo C20C70 contenidos en el petrleo. Las caractersticas esenciales que deben poseer los aceites son la untuosidad y la viscosidad.

Caractersticas de las bases lubricantes Viscosidad cinemtica ndice de Viscosidad Punto de inflamacin Punto de congelacin Volatilidad Contenido en azufre Composicin hidrocarbonada

Obtencin de los aceites lubricantesEl primer paso para la obtencin de los aceites lubricantes comerciales es la obtencin de las bases en la refinera de petrleo. Este proceso aparece esquematizado en la figura 2-1, y es explicado a continuacin.El primer tratamiento a que se somete un crudo de petrleo en cualquier refinera, es el de la destilacin atmosfrica, con objeto de proceder a su fraccionamiento en diferentes cortes caracterizados por su intervalo de ebullicin. El nmero de los cortes de un fraccionamiento industrial y los intervalos de ebullicin de cada uno de ellos son definidos en cada refinera buscando el aprovechamiento ms econmico de cada crudo, aunque los cortes tpicos suelen ser gas, gases licuados del petrleo (GLP), naftas, queroseno, gasleo y el llamado residuo.El residuo es destilado a vaco, y de l se obtienen unas nuevas fracciones: por cabeza se obtiene el llamado gasleo de vaco (GOV), por cola el residuo de vaco, y las fracciones intermedias dependen de la naturaleza del crudo que se est procesando.Cuando el crudo utilizado es de naturaleza parafinica se podrn obtener las bases lubricantes. Estas fracciones no se obtienen en todas las refineras, puesto que dependen del crudo procesado y tambin de las exigencias del mercado en el momento de la produccin. Cuando se producen bases lubricantes, se obtienen cuatro cortes diferentes: SPD (Spindle distillate), LND (light neutral distillate), MND (mdium neutral distillate) y HND (Heavy neutral distillate). De todos ellos el SPD es el ms ligero, y el HND es el ms pesado. Sus intervalos de ebullicin, aproximadamente, son:- SPD: 320-390C- LND: 390-440C- MND:440-490C- HND:490-540C

Las bases lubricantes obtenidas en la refineras deben poseer unas determinadas para que luego, mediante mezcla con distintos aditivos, se obtengan los aceites lubricantes comerciales.Las caractersticas requeridas se pueden resumir en las siguientes: Deben ser qumicamente estables. No deben oxidarse, ni formar barros, ni degradarse en las condiciones de utilizacin. Su viscosidad debe variar poco con la temperatura y ser la adecuada a cada aplicacin. Deben estar libres de impurezas y no solidificar a bajas temperaturas.No todos los hidrocarburos presentes en las bases de los aceites obtenidas de la destilacin a vaco tienen las mismas propiedades en relacin a estas exigencias. Los aromticos ofrecen una buena resistencia a la oxidacin, pero proporcionan fuertes variaciones de viscosidad con la temperatura. Los naftenos no tienen este efecto, pero forman barros con facilidad cuando son insaturados y estn mucho tiempo a alta temperatura.Las parafinas son ms estables que los naftenos, pero cuando su peso molecular es alto y su estructura es de cadena recta (n-parafinas) pueden cristalizar a temperaturas bajas, alterando el rgimen de la lubricacin. En consecuencia todos ellos deben ser eliminados, quedando como componentes mayoritarios las parafinas ramificadas y los naftenos saturados. En relacin con esto, los procesos de refino de lubricantes en las refineras son cuatro: Desasfaltado Desaromatizado. Hidrogenacin DesparafinadoEl objetivo del desasfaltado es separar las materias asflticas contenidas en los aceites de los crudos asflticos, para evitar la aparicin de residuos slidos (asfaltos). La eliminacin de los asfaltos se lleva a cabo con una mezcla de butano-propano y la separacin es a causa de las diferencias de polaridad: Los aceites y la mezcla butano-propano son apolares, y los asfaltenos son polares. Por tanto, los aceites quedarn disueltos en la mezcla de disolventes.

El desaromatizado se realiza mediante un proceso de extraccin con disolventes, y su objetivo es la eliminacin de los compuestos aromticos de las bases lubricantes.La hidrogenacin es un proceso qumico, cuyo objetivo principal es anular la reactividad de los dobles enlaces presentes en los hidrocarburos naftnicos. En las refineras con produccin de lubricantes, esta unidad se dispone a continuacin de la desaromatizacin, de modo que los aromticos residuales se puedan hidrogenar a naftenos.

El desparafinado, cuyo objetivo es separar las fracciones de parafina crea para evitar que la presencia de estos compuestos tan fcilmente congelables perjudique la fluidez del lubricante. Su separacin se consigue mediante cristalizacin a baja temperatura y posterior filtracin. Como la filtrabilidad de la torta a baja temperatura es muy mala (debido a la alta viscosidad de la fase lquida), previamente se mezclan las bases con un diluyente; el ms utilizado es una mezcla de tolueno y metiletilcetona (MEK)

El procedimiento de hidroacabado sirve para la mejora de calidad de bases lubricantes, mediante un tratamiento con hidrogeno a presin inferior a cien atmosferas, caudal de hidrogeno inferior a 500 litros por litro de base lubricante y catalizadores especficos de nquel-molibdeno soportados sobre almina, la mejora de color, evolucin de color y estabilidad a la oxidacin, en ausencia de reacciones de craqueo, presenta la ventaja de aumentar tanto la calidad como el rendimiento de producto, debido a la utilizacin de un catalizador apropiado de elevada actividad para eliminar compuestos de azufre y baja actividad craquizante. Cuando por el procedimiento reivindicado se tratan bases lubricantes adecuadas, se obtienen productos de calidad mejorada para ser utilizados en la formulacin de aceites industriales, tales como, extendedores de caucho, turbinas, hidrulicos y aislantes.

La formulacin final de los aceites lubricantes se realiza por la mezcla de las diferentes bases obtenidas de los residuos atmosfricos, refinadas. Con todos los procesos de refino se habr conseguido una mejora en las propiedades fisico-qumicas de los aceites. Sin embargo, la mayora de las veces resulta imposible satisfacer con ello las cada vez ms exigentes especificaciones de los aceites requeridos para servicios muy severos. Por ello, se hace imprescindible recurrir a la utilizacin de aditivos especficos que mejoran determinadas caractersticas de las mezclas resultantes. Estas mezclas finales contienen, aproximadamente, de un 15 a un 20% en peso de aditivos. Aunque existen muchos y muy diferentes tipos de aditivos, cuya composicin suele mantenerse en secreto por los fabricantes, pueden considerarse los siguientes grandes grupos clasificados por su funcionalidad: Mejoradores del ndice de viscosidad (ndice caracterstico de la variacin de la viscosidad cinemtica con la temperatura). Depresores del punto de fluidez (pour point). Mejoradores de la untuosidad. Aditivos de extrema presin. Aditivos antidesgaste. Inhibidores de oxidacin. Inhibidores de corrosin. Aditivos Detergentes/Dispersantes. Aditivos antiespumantes.Las bases lubricantes obtenidas en la refineras deben poseer unas determinadas para que luego, mediante mezcla con distintos aditivos, se obtengan los aceites lubricantes comerciales.Las caractersticas requeridas se pueden resumir en las siguientes: Deben ser qumicamente estables. No deben oxidarse, ni formar barros, ni degradarse en las condiciones de utilizacin. Su viscosidad debe variar poco con la temperatura y ser la adecuada a cada aplicacin. Deben estar libres de impurezas y no solidificar a bajas temperaturas.La simulacin de procesos es una herramienta de gran importancia en la ingeniera qumica puesto que permite realizar diseos de instalaciones y encontrar las condiciones ptimas de un proceso de una manera rpida. Para ello se usan programas comerciales que pueden realizar complicados clculos matemticos. Algunos de los programas ms utilizados son PRO2, ASPEN y HYSIS. Estos programas simulan los procesos mediante modelos matemticos que requieren una serie de parmetros, los cuales tendrn valores diferentes para cada sistema.

El problema para el clculo que se presenta con los aceites lubricantes, es que estn compuestos de un alto nmero de componentes diferentes, y se desconocen las composiciones en cada uno de ellos. Para salvar este problema se supone que la base lubricante est constituida por tres grupos de compuestos que engloban a todos los compuestos individuales: aromticos, saturados y polares. Estos grupos se han seleccionado en funcin de la naturaleza qumica de los componentes de las bases lubricantes, y en cada grupo se pretenden englobar los siguientes compuestos: Aromticos: Compuestos que en su estructura presentan al menos un anillo con tres dobles enlaces conjugados. Saturados: Se incluyen en este grupo las parafinas (lineales y ramificadas) y los naftenos. Polares: En este grupo se han incluido los compuestos con heterotomos, sobre todo los compuestos de azufre presentes en las bases lubricantes.

7. Ingeniera del proyecto7.1. Materia prima e insumos Crudo de vaco Disolventes Aditivos Hidrogeno Catalizadores especficos de nquel-molibdeno Generacin elctrica

7.2. Localizacin de la plantaLa planta para la obtencin de lubricantes se encuentra ya instalada en la refinera Gualberto Villarroel, zona Valle Hemoso.

7.3. TecnologaLa tecnologa con la que trabaja en el proceso de obtencion de lubricantes es Texaco. Esta tecnologa es usada desde los aos 70

7.4. Capacidad productivaSera especficamente calculada a los requerimientos del diseo en funcin a los objetivos especficos del proyecto.

7.5. Maquinaria y equipos

Horno Intercambiadores de calor Bombas Compresores Alambique Reactores Acumulador de presin Quemadores Stripper Condensador Eyector

7.6. Descripcin del procesoEl hidrogeno procedente del reformador o del generador de hidrogeno, es estabilizado en la temperatura adecuada en el E-802 y luego comprimido en el C-801, de donde se enva para mezclar con el aceite desparafinado procedente de la bomba P-801; esta mezcla luego de pasar por el I-801, precalentndose, entra al alambique, de donde sale a la temperatura y presin apropiadas para la reaccin de hidrogenacin en el reactor R-801. El producto que sale del reactor se enfria en el I-801 y luego se dirige al D-801 (acumulador de alta presion), de donde se ventea una parte del gas en funcin de la presin de este acumulador, y en el que estn contenidos el H2S,H2 y otros componentes livianos, otra parte recicla a la etapa intermedia del compresor C-801, finalmente el aceite con gas pasa al D-802, acumulador de baja presin, de donde un flujo de gas en funcin de la presin de este acumulador, se ventea directamente, ya sea a quemadores o a la atmosfera, y el otro flujo en funcin del nivel de este acumulador se enva a la T-801 (stripper de vacio), cuyo producto de cabeza se condensa junto con el vapor utilizado para hacer el vacio, y se recibe en el D-805 (acumulador de condensado), de donde una parte se drena como purga y la otra en funcin del nivel del D-805 se bombea con la P-803 como aceite SLOP . El producto de fondo de la T-801 se alimenta a la T-802 (secador), la cual a menor vacio que la T-801, deshidrata todo el aceite mediante un eyector cuya descarga junto con el producto de cabeza de la T-801, se dirige al D-805.El aceite deshidratado es tomado del fondo de la T-802 por la P-802 y luego de enfriado en el E-803 y filtrado en el F-801, es enviado directamente a almacenaje.

7.6.1. Diagrama de Flujo (detallado BFD)

7.6.1.1 Variables operativasLas principales variables en los procesos de hidroterminado son los siguientes:- Temperatura en el reactor. - Presin en el reactor.- Velocidad espacial.- Relacin hidrogeno aceite.- Reciclo de hidrogeno. Temperatura La temperatura en el hidrotratamiento es baja, pero debe ser fijada para obtener una adecuada desulfuracin. Presin La presin en funcin del contenido de H2 en el gas, cuanto menor es el contenido de H2, tanto mayor debe ser la presin en el reactor. Velocidad espacial La velocidad espacial es la razn del flujo liquido fresco al volumen de catalizador. Cuando la velocidad es baja, la severidad es mayor. Como el volumen de catalizador es fijo, la velocidad varia con los cambios en la velocidad de alimentacin, vale decir, con la presin de entrada al reactor. La velocidad espacial y la temperatura se ajustan para lograr un grado de reaccin deseado. Relacin hidrogeno aceite De esta relacin depende el grado de severidad en la reaccin de hidroterminado. Reciclo de hidrogeno Se utiliza para ajustar la relacin hidrogeno aceite.