Determinar Las Fracciones De Volumen Líquido De Los Distintos Cortes.docx

1. Determinar las fracciones de volumen líquido de los distintos cortes (nafta, kerosene, diesel, AGO, residuo). Luego emplear estos valores para especificar los caudales DistillateRate, KeroSSProdFlow, DieselSSProdFlow y AGOSSProd Flow en la columna fraccionadora.

Figura 1 Representación del corte de crudo con datos del simulador hysys. Fuente: simulador Aspen Hysys V10 El grafico representa los cortes obtenidos en el software de simulación hysys, y la siguiente tabla nos indica el porcentaje de cada corte obtenido.

Tabla 1 Fracción de Corte. Name

Begin T °F

End T °F

Fraction Xi

Naphtha

67,9

356,0

0,205

Kerosene

356,0

464,0

0,129

Light Diesel

464,0

554,0

0,089

Heavy Diesel

554,0

644,0

0,083

Atm Gas Oil

644,0

698,0

0,049

Residue

698,0

1491,2

0,444

total

1,000

Fuente: Simulación de Hysys V10 La tabla de fracciones de corte se lo obtuvo de oíl distribución, y eliminamos Lt St Run porque es un corte que no nos interesa por el enunciado.

Ahora se calculara el caudal para cada uno de los cortes de a acuerdo a la alimentación que introdujimos. Xi * 100000[bbl/dia] Ecuación 1 Caudal para cada uno de los cortes. Dónde: Qi: es caudal en [bbl/dia]. Xi: es el porcentaje de fracción en tanto por uno. Tabla 2 Caudales de los cortes Nombre

Fracción Xi

Caudal Bbl/día

Naphtha

0,205

20525

Kerosene

0,129

12897

Light Diesel

0,089

8940

Heavy Diesel

0,083

8309

Atm Gas Oil

0,049

4898

Residue

0,444

44431

total

1,000

100000

En la tabla observamos los distintos caudales de cada corte para introducir como datos en la simulación mostrados a continuación, para ello el diesel total debe ser la sumatoria del light diesel y el Heavy diesel, el cual sale un valor total de 17249 Bbl/día.

Figura 2 Stripper lateral - KeroSS ProdFlow Fuente: Simulación en Aspen Hysys V10. Introducimos los datos de caudal obtenidos anteriormente del Kerosene en Draw Spec.

Figura 3 Stripper lateral – DieselSSProdFlow

Fuente: Simulación en Aspen Hysys V10. Introducimos los caudales de diesel total obtenido anteriormente con las fracciones del mismo, en Draw Spec.

Figura 4 Stripper lateral - AGOSSProd Flow Fuente: Simulación en Aspen Hysys V10. Introducios le caudal hallado de Atm Gas Oil en Draw Spec. 2. Resolver los balances de materia y energía asociados. El simulador Aspen Hysys tiene herramientas que nos facilitan la resolución de los balances. Para ello nos proporciona tablas con los distintos resultados de la simulación, para acceder a esta información debemos ingresar a la pestaña de Home y seleccionar Flowsheet Summary, el cual refleja de forma tabulada un resumen de las condiciones y composición de corrientes y equipos

Figura 5 Balance de masa. Fuente: balance de masa elaboración propia. Las cargas de alimentación que ingresan en el pre flash y en la columna son nuestros datos de entrada y los productos como ser el off gas, el agua, la nafta el querosene, diesel el AGO, y los residuos son nuestros datos de salida.

Figura 6 Planilla de flujo de Balance de Masa.

Fuente: Simulador Hysys V10. En la pestaña de Mass/Energy Balance podemos observar la planilla que nos proporciona la simulación como balance de masa. Salida – Entrada =  Ecuacion 2 Balance de materia (Total Flow of Outlet Streams) - (Total Flow of inlet Streams) = imbalance

(Flujo total de corrientes de salida) – (Flujo total de corrientes de entrada) = variación (A + B + C + D) - (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7) = variación

Figura 7 Balance de energía Fuente: elaboración propia. Como flujo de corrientes de entrada tenemos a CrudeDuty, Preheat Crude, Trim Duty, Bottom Steam, Kero SS_Energy, Diesel Steam y AGO Steam, y como energías de salida tenemos el residuo, la nafta, el off gas, CondDuty, la energia del agua, Kerosene, Diesel, AGO, PA_1, PA_2 y PA_3.

Como observamos en la siguiente figura.

Figura 8 Plantilla de flujo de Balance de energía. 3. Informar cómo afecta el valor de Overflash al requerimiento de energía TrimDuty, y a la relación de reciclo. Sabiendo que el Databook es una facilidad del HYSYS que permite registrar el valor de las variables claves de un proceso ante diferentes escenarios, utilice esta herramienta para examinar como varían el flujo de calor de la corriente de energía TrimDuty y la relación de reflujo de la columna con el valor especificado de Overflash, cuando éste asume los valores de 1500, 3500, 5500 y 7500 barriles/día. La herramienta que veremos en esta parte de la simulación y la más importante en lo que se refiere al análisis de resultados será el Libro de Datos o Databook.

La simulación estática está concluida pero debemos ver si los resultados obtenidos son aceptables o deben ser mejorados. Para mejorar los resultados debemos saber que variables pueden ser modificadas y cómo influyen en el sistema, y esta es la principal función del Databook. Hay variables, como son los caudales de los productos, que han sido especificadas que podemos ver si pueden ser mayores para maximizar la producción y a qué precio. Otras variables deben estar dentro de un límite para obtener un buen producto como ocurre con la composición de ligeros y pesados de las corrientes productos. Y por último están las variables que afectan al ahorro energético de la planta como pueden ser el consumo de vapor o los calores empleados en la alimentación y en el condensador. Todas estas variables dependerán en mayor o menor medida de las demás variables del sistema. El Databook nos ayuda a poder ver la evolución del sistema, tanto de forma gráfica como tabular, y observar si la variación de una o más variables produce un efecto positivo o negativo sobre las demás. Para 1500 Bbl/Dia

Para 3500 Bbl/Dia

Para 5500 Bbl/día

Para 7500 Bbl/día

Trascribimos los resultados que nos interesa en una tabla Relación de TrimDuty con el Reflujo

Overflash Bbl/dia 1500 3500 5500 7500

TrimDuty Btu/hr x107 2,695 3,118 3,596 4,018

TrimDuty vs Overflash 4.100

TrimDuty Btu/hr x107

3.900 3.700 3.500 3.300 3.100 2.900 2.700

2.500 0

1000

2000

3000

4000

5000

Overflash Bbl/dia

6000

7000

8000

Podemos observar mientras aumente del overflash aumentara la energía Trim_Duty. Informe técnico Las hipótesis, consideraciones y/o datos utilizados para ingresar la información del proceso al modelo estacionario que utilizó en HYSYS. En este apartado explicaremos la construcción de la simulación en modo estacionario, con una alimentación de crudo de gravedad API de 50 y un peso molecular de 300, el cual por sus características es un crudo liviano, del cual se desea obtener cortes de nafta, kerosene, diesel, AGO y productos de residuo atmosférico. Suponiendo los siguientes valores para los productos de nuestra operación: Tabla 1 Productos esperados

Productos supuestos

% Vol

Off Gas

3

Nafta

20

Kerosene

13

Diesel

18

AGO

5

Residuos

41

El caso de estudio de este trabajo es la simulación de una torre de destilación atmosférica de crudo, en la cual se diferencian dos partes claramente. La primera parte, el tren de calentamiento, está compuesta por un separador flash y un horno, y su función es acondicionar la corriente de alimentación de crudo a las condiciones de entrada en la columna. La segunda parte es la torre de destilación propiamente dicha que separará el crudo en fracciones más ligeras, que evidentemente no son productos terminados que cumple con las especificaciones de calidad.

¨La simulación en estado estacionario permite evaluar las diferentes alternativas de configuración del proceso y/o determinar la sensibilidad de las variables claves del proceso con respecto a cambios “factibles” en el proceso.¨ (Jamanca, 2016) A continuación tenemos las propiedades de la alimentación del crudo precalentado:

Figura 9 Propiedades del crudo precalentado

Fuente: Simulacion Hysys En esta figura podemos observar las propiedades más significativas del crudo que alimentara nuestro esquema de refinación. La composición de nuestro crudo, con el paquete Peng Robin, se crea pseudocomponentes hipotéticos. Composición: Tabla 2 Composición de los compuestos de ingreso

componentes

%vol

Propane

0,000

i-Butane

0,19

n-Butane

0,11

i-Pentane

0,37

n-Pentane

0,46

Resultados de las condiciones para las corrientes de entrada y salida (materiales y energía) para cada equipo, obtenidos durante la simulación estacionaria. Entrada antes del mixer (Primera parte)

Figura 10 Tren de calentamiento

La primera parte, el tren de calentamiento, está compuesta por un separador flash y un horno, y su función es acondicionar la corriente de alimentación de crudo a las condiciones de entrada en la columna. Tabla 3 Condiciones de entrada y salida primera parte

Name

Preheat

Vap.

Liq. Preflash Hot Crude

Crude

Preflash

Pressure [psia]

75

75

75

75

Temperature [F]

475

475

475

650

Mass Flow [lb/hr]

1136283,79

110983,1315 1025300,659 1025300,659

Std Ideal Liq Vol Flow

100000

11306,55656 88693,44344 88693,44344

[barrel/day] Vapor / Phase Fraction

0,229581199 1

0

0,477493344

Molar Enthalpy [Btu/lbmole]

-

-

-

-

192862,9576 74391,15253 228167,0014 175514,4582

Entrada después del mixer (segunda parte)

Figura 11 Torre atmosférica

Fuente: Simulación Hysys La segunda parte es la torre de destilación propiamente dicha que separará el crudo en fracciones más ligeras, que evidentemente no son productos terminados que cumple con las especificaciones de calidad. Tabla 4 Condiciones de entrada y salida segunda parte

Name

Tower

Bottom

AGO

Diesel

Off Gas

Naphtha

Feed

Steam

Steam

Steam

Pressure [psia]

75,00

150,00

50,00

50,00

19,70

19,70

Temperature [F]

632,29

375,00

300,00

300,00

168,10

168,10

Mass Flow [lb/hr]

1136283,79

7500,00

2500,00

3000,00

0,03

199874,69

Std Ideal Liq Vol Flow

100000,00

514,58

171,53

205,83

0,00

20524,99

[barrel/day] Vapor / Phase Fraction

0,62

1,00

1,00

1,00

1,00

0,00

Molar Enthalpy

-152298,45

-101761,85

-102237,18

-102237,18

-76940,16

-108620,96

[Btu/lbmole]

Name

Waste

Residue

KEROSENE DIESEL

AGO

H2O Pressure [psia]

19,70

32,70

29,73

30,76

31,41

Temperature [F]

168,10

644,93

452,66

483,17

572,23

Mass Flow [lb/hr]

12610,53

535196,72

142242,83

199897,93

59461,09

Std Ideal Liq Vol Flow

865,22

42637,45

13608,44

18118,92

5136,93

Vapor / Phase Fraction

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

Molar Enthalpy [Btu/lbmole]

-121357,22

-

-138144,63

-196036,52

-256147,82

[barrel/day]

403576,42

Informe de cómo afecta el valor de Overflash al requerimiento de energía TrimDuty, y a la relación de reciclo. Rango de Overflash es de 3-5% del caudal de alimentación de la torre. Por lo tanto la relación de reciclo debe estar entre los valores de 3000 a 5000(energía optima) para poder generar la energía necesaria para simular el proceso, para un caudal de 100.000 Bbl/dia. ¨La temperatura de salida del horno debe ser suficiente para vaporizar todos los productos que se extraen por encima de la zona flash más un 3 a 5% vol. del crudo reducido. Este overflash tiene la función de proveer líquido que sirve para el lavado de los vapores que ascienden por la columna desde la zona flash, previniendo la deposición de coque en los platos de la zona de lavado

(sección comprendida entre la zona flash y los fondos).¨ (NAKAMATSU SCHIAFFINO, 2013, pág. 16) Curva de puntos de ebullición (BP) para la nafta obtenida. Para ello vamos a las propiedades de la torre atmosferia, a la pestaña de Performance, luego a la parte izquierda Plot, nos dirigimos a Assay Curves, Boiling Point Assay y finalmente View graph.

Figura 12 Condiciones de la Nafta en la torre

Figura 13 Boiling Point Properties

Figura 14 Curva BP vs Naphta

Especificaciones de las gasolinas comerciales respecto a la naphta obtenida. En relación al Reglamento de Calidad vigente, tomar en cuenta las especificaciones que deben cumplir las gasolinas comerciales respecto a dichas curvas, y verificar si la gasolina (nafta) obtenida cumple tales requisitos. ANALISIS COMPLETOS DE CARBURANTES ¨Los análisis completos son los requisitos y parámetros de calidad que deben tener los productos derivados del petróleo, estos están establecidos en el Decreto Supremo 1499 de fecha 20 de febrero de 2013, Anexo I para Carburantes y Anexo II para Lubricantes, el proponente debe considerar realizar los análisis completos de acuerdo a estos parámetros, para los cuales deberá

proponer los equipos, metodología y ubicación de cada uno. Los Carburantes a tomar en cuenta son los siguientes: • Gasolina Especial • Gasolina Premium • Diesel Oíl • GLP – Jet Fuel – Av. Gas Se detalla a continuación los cuadros de especificaciones de calidad de Carburantes: GASOLINA ESPECIAL¨ (Agencia Nacional de Hidrocarburos, 2014, pág. 6)

TABLA 3. Rangos de destilación para la Gasolina Especial

FUENTE: Reglamento de calidad de carburantes y lubricantes

GRAFICA 4. Intersección de las temperaturas149, 245, 374, 437.

FUENTE: Elaboración Propia HYSYS-EXEL En la intersección de temperaturas, observamos:

-

149°f, un volumen aproximado de 13%.

-

245°f, un volumen aproximado de 44%.

-

374°f, un volumen aproximado de 99%.

Comparando con los parámetros de calidad, se concluye: que no cumple los requerimientos de calidad para las gasolinas. Es debido, claramente a que estamos hablando de nafta, que es gasolina de baja calidad, y para que suba su calidad y cumpla los requisitos de ley, necesitara de algunos aditivos.