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Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Química y Agroindustria Carrera de Ingeniería Química Cátedra de Refinación del Petróleo Nombre: Fecha:
Ivonne Carolina Rivas Rea 16 de mayo de 2012
Craqueo térmico o viscorreducción La descomposición térmica de los hidrocarburos fue descubierta accidentalmente en 1861 en una pequeña refinería de New Jersey cuando se dejó desatendida la unidad batch para la destilación del crudo, la temperatura se incremento y ocasionó que los rompimiento de las moléculas del los fondos produciendo unas fracciones de gasolina liviana. En 1910 se desarrolla un proceso batch de cracking térmico, el cual trabajaba a una temperatura de 750°F y una presión entre 70 y 100 psig con tiempos de corrida de 48 horas. En 1925 se desarrolla el proceso continuo a una temperatura de 880 a 1100°F para incrementar los rendimientos de destilados livianos en el crudo. La viscorreducción es un proceso de craqueo por medio de temperatura que se aplica a los residuos de la destilación atmosférica o al vacío. La conversión alcanzada se limita de acuerdo a especificaciones para fuel oil marino o industrial y además por la formación de depósitos de coque en el equipo de intercambio de calor. Cuando se aplica a los residuos atmosféricos, su propósito es el producir la máxima cantidad de diesel y gasolina mientras que cuando se aplica a los residuos de vacío se pretende reducir la viscosidad al mínimo, con motivo de reducir la aplicación de solventes ligeros en la producción de fuel oil industrial. Los productos provenientes del craqueo térmico son inestables, olefínicos y con muy altas concentraciones de azufre y nitrógeno, por lo cual se deben someter a tratamientos purificadores antes de ser incorporados a los productos finales. Los destilados al vacío de los productos de la viscorreducción son enviados al FCC. En la figura 1 se puede observar la posición de las unidades de viscorreducción en el proceso de refinación. Las tabla 1, 2 y 3 muestran las características de los flujos de alimentación y de descarga de una unidad de viscorreducción alimentada desde la torre de destilación al vacío.
Figura 1. Ubicación de la unidad de viscorreducción (visbreaking) en el proceso de refinación
Tabla 1. Alimentación a la unidad de viscorreducción de residuo de vacío. Alimentación
Corte TBP, oC Gravedad específica
Heavy Arabian VR 538+ 1.048
Azufre, % w. Nitrógeno, ppm NI + V, ppm Carbón conradson, %w. C7, % w. Viscocidad a 100oC, mm2/s
5.78 3500 290 23 13.6 4500
Tabla 2. Productos de la unidad de viscorreducción de residuo de vacío. Producto
H2S C1-C4 C5-80 80-150 150-350 350+
% w. 0.35 1.60 1.20 2.40 12.45 82.00
Total
100.00
Tabla 3. Caracterización de los productos de la unidad de viscorreducción de residuo de vacío. Propiedad
Corte TBP, oC Gravedad SP. Azufre, % w. Visc. a 50oC, mm2/s Visc. a 100oC, mm2/s Índ. Bromo g/100g MAV, mg/g Nitrógeno, ppm Índ. Cetano Cenizas, % w. Carbón Conr., %w. Ni + V, ppm Estabilidad (ASTM 1661)
Gasolina Gasolina ligera pesada C5-80 80-150 0.68 0.5
85 20 5
0.745 1.4
70 12 25
DIesel
Residuo
150350 0.865 3.35 2.2
350+ 1.065 6.1 ≈
400000 2600
1.1 20 300 42
4100 0.25 28 350
Descripción del proceso La alimentación a la unidad se da desde el resíduo de la unidad de destilación al vacío a o
670 F. La corriente de carga es bombeada por la bomba P-101 (Ver Figura 2) al o
intercambiador H-101A y 101B, donde es calentada a 920 F. El intercambiador viscorreductor es de un solo paso, gradiente controlado, de tipo caja con precalentador y serpentines de remojo. El perfil de temperatura en el intercambiador es el que se muestra en la Figura 3. Las conexiones para la inyección de agua están a la entrada de los
serpentines y, durante la operación normal, no se inyecta agua. Normalmente solo funciona un intercambiador mientras el otro permanece en standby. Durante la operación se forma coque en el tubo. Respecto a esto se hace circular una corriente permanente de aire para la descoquización. Se asume que la temperatura del o
tubo metálico alcanza un máximo de 1400 C durante la decoquización. El serpentín está diseñado para aproximadamente 133% de la caída total del tubo limpio.
Figura 2. Diagrama de flujo del proceso de viscorreducción.
Figura 3. Gradiente de temperatura en la unidad de viscorreducción. o
El efluente del intercambiador esta alcanza los 750 F y se une con el gas oil craqueado que sale del stripper. Este efluente fluye hasta la columna fraccionadora principal V-101, con alrededor de 72 platos. El vapor entra y se produce flasheo que lo separa en gas, gasolina, nafta craqueada y gas oil. El vapor de cabeza es condensado en el condensador E-105 y se acumula en el tambor de nafta inestable V-103, el cual provee un reflujo al fraccionador principal. El vapor que no condensa es enfriado en E-103 y se acumula en el tambor estabilizador de alimentación V104. La nafta inestable de V-104 fluye al estabilizador o a la columna debutanizadora V105, con 26 platos, la cual remueve cualquier gas de C4 en el tope y estabiliza la nafta en el fondo. La corriente de gas oil es removida de la columna fraccionadora principal y pasa al despojador de gas oil V-102. Esta corriente es bombeada por P-105 y se une al efluente del intercambiador viscorreductor, como ya se dijo anteriormente. Para minimizar la o
formación de coque en el fondo, la columna fraccionadora se mantiene a 650 F removiendo corrientes y enfriándolas con la alimentación fresca a la columna y un enfriador de aire. El residuo de la columna fraccionadora es transferido por P-102 a la columna stripper de residuo V-107, donde es despojado por medio de vapor a mediana presión para remover
gases livianos. El producto despojado de esta torre es enfriado por los intercambiadores E112 y E-113 antes de ser enviado al almacenamiento. Las condiciones operatorias de la unidad viscorreductora se muestran en la Tabla 4. Las variables importantes son la calidad de la alimentación, la temperatura de craqueo y el tiempo de residencia en las tuberías. Temperaturas bajas pueden producir un rendimiento pobre mientras que temperaturas altas producen la formación de coque. Tabla 4. Condiciones operatorias de la unidad de viscorreducción.
Bibliografía:
PARKISH S., Refining Processes Handbook, ELSEVIER, Bourlington-USA, 2003, pp. 190-196.
WAUKIER J., Crude Oil Petroleum Products Process Flowsheets, TECHNIP, ParísFrancia, 2001, pp.380-386.
CORTINAGO P. 2008, Ingeniería de Proceso Químicos, http://ingenieriapro.blogspot.com/2010/05/visbreaking.html, Marzo 2012
