REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FALCUTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA S ADO V R E S E R CHOS DERE RECUPERACIÓN DE HEXANO DE LA CORRIENTE DE GASOLINA NATURAL EN LA PLANTA DE FRACCIONAMIENTO BAJO GRANDE Trabajo Especial de Grado presentado ante la Universidad Rafael Urdaneta para optar al título de: INGENIERO QUÍMICO Autor: Br. MARIELEN MORILLO Br. AIDA PERALTA Tutor: Ing. María Emilia Da Costa Maracaíbo, enero 2013 2 RECUPERACION DE HEXANO DE LA CORRIENTE DE GASOLINA NATURAL EN LA PLANTA DE FRACCIONAMIENTO DE BAJO GRANDE S ADO V R E S E R CHOS DERE _____________________ _________________________ Morillo Dezeo, Marielen Fabiola C.I. 20.662.362 Av. Pomona Las Pirámides, torre A Piso 7, apt 706 Telf.: (0426) 1677038 Marielen_md@hotmail.com Peralta García, Aída Mercedes C.I.20.380.167 Calle 200 No. 48ñ-08 Barrió Milagro sur Telf.: (0416) 4623417 aida_mpg@hotmail.com ____________________ Da Costa, María Emilia Tutor académico 3 DEDICATORIA Especialmente este trabajo de grado, está dedicado a unos de los profesores más influyentes a lo largo de nuestra carrera, y que en este momento no se encuentra presente, pero sigue ocupando un lugar sumamente importante en nuestros corazones, a nuestro profesor el Ing. Humberto Martínez, gracias por colaborar y estar allí, cuando lo necesitamos, con todo el cariño y respecto que usted se merecía. Gracias por todo. S DERE ADO V R E S E R CHOS Que Dios lo tenga en su Gloria. Marielen y Aída. 4 AGRADECIMIENTO En primer lugar a nuestros padres por todo su apoyo durante el desarrollo profesional, el cual fue de gran ayuda para la culminación de nuestra carrera. A la tutora académica Ingeniera María Emilia Da Costa al tutor industrial Licenciado Vladimir Díaz y al profesor Waldo Urribarri, por su colaboración durante el desarrollo de la presente investigación. S ADO V R E S E R CHOS A la Universidad Rafael Urdaneta por prestar sus servicios durante todos estos DERE años, y al Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería, de igual manera a PDVSA Gas, por hacernos parte de su equipo de trabajo. A la escuela de Ingeniería Química y su secretaria Beatriz, por sus fieles y constantes servicios. A nuestros compañeros y demás familiares, por el cariño y confianza prestados durante el proceso de realización de éste trabajo especial de grado. Amigos universitarios que gracias a ellos el tiempo en la universidad fue de mucho agrado. Y para finalizar, con un dulce recuerdo se agradece al profesor Humberto Martínez que en vida nos asesoró en la realización de dicha investigación. Que Dios los tenga en su gloria. Marielen y Aída. 5 INDICE GENERAL RESUMEN ABSTRACT pag. INTRODUCCION .................................................................................................. 14 S O D A V R E S 1.1. Planteamiento del problemaO ........................................................................... 16 S RE H C E R E D CAPITULO I EL PROBLEMA ................................................................................ 16 1.2 Objetivos de la Investigación ........................................................................... 17 1.2.1. Objetivo general .......................................................................................... 17 1.2.2. Objetivos específicos................................................................................... 17 1.3. Justificación del problema .............................................................................. 18 1.4. Delimitación del problema .............................................................................. 19 1.4.1. Delimitación espacial ................................................................................... 19 1.4.2. Delimitación temporal .................................................................................. 19 1.4.3. Delimitación científica .................................................................................. 19 1.5. Alcance........................................................................................................... 19 CAPITULO II MARCO TEÓRICO .......................................................................... 20 2.1. Descripción de la empresa ............................................................................. 20 2.1.1. Generalidades del Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería ...... 20 2.1.1.1. Misión ....................................................................................................... 21 2.1.1.2. Visión........................................................................................................ 21 2.1.1.3. Organigrama ............................................................................................ 22 6 2.1.2. Dirección Regional Maracaibo ..................................................................... 23 2.1.2.1. Misión ....................................................................................................... 23 2.1.2.2. Visión........................................................................................................ 23 2.1.2.3. Oficina de Industrialización y Petroquímica .............................................. 23 2.1.2.5. Estructura Organizativa ............................................................................ 24 2.1.2.4. Ubicación .................................................................................................. 25 2.2. Antecedentes ................................................................................................. 25 2.3. Bases teóricas ................................................................................................ 27 S O D A V R E S S RE O 2.3.2. Diseño de procesos ..................................................................................... 31 H C E R E D 2.3.1. Planta de Fraccionamiento Bajo Grande ..................................................... 27 2.3.3. Equipos principales utilizados en los procesos de fraccionamiento ............ 32 2.3.3.1 Torres de fraccionamiento ......................................................................... 32 2.3.3.2. Intercambiadores de calor ........................................................................ 35 2.3.3.3 Tambor de reflujo ...................................................................................... 40 2.3.4. Equipos auxiliares utilizados en los procesos de fraccionamiento .............. 42 2.3.4.1. Bombas .................................................................................................... 42 2.3.4.2. Hornos ...................................................................................................... 43 2.3.4.3. Tanques de almacenamiento ................................................................... 44 2.3.4.4. Sistema de compresión ............................................................................ 45 2.3.5. Simulación de Procesos .............................................................................. 46 2.3.5.1. Simulación HYSYS ................................................................................... 47 2.3.5.2. Modelos termodinámicos.......................................................................... 48 2.4. Sistema de Variables ..................................................................................... 53 7 CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO............................................................ 55 3.1. Tipo de investigación ...................................................................................... 55 3.2. Diseño de la investigación .............................................................................. 56 3.3. Técnicas de recolección de datos .................................................................. 57 3.3.1. Revisión bibliográfica................................................................................... 58 3.3.2. Entrevista no- estructurada ......................................................................... 58 3.3.3. Observación directa .................................................................................... 59 3.3.4. Observación indirecta .................................................................................. 60 S O D A V R E S S RE O 3.5. Fases de la investigación ............................................................................... 65 H C E R E D 3.4. Instrumento de recolección de datos .............................................................. 60 3.5.1. Fase I: Caracterización de la corriente de gasolina natural de la planta de fraccionamiento de bajo grande ............................................................................ 65 3.5.2. Fase II: Levantamiento de las instalaciones en la planta de fraccionamiento .............................................................................................................................. 67 4.5.3. Fase III: Bases y criterios de diseño para la recuperación del hexano..... 68 3.5.4. Fase IV: Simulación del proceso de recuperación de hexano de la corriente de gasolina natural ................................................................................................ 68 3.5.5. Fase V: Propuesta del proceso necesario para la recuperación de hexano en la planta de fraccionamiento de bajo grande .................................................... 72 CAPITULO IV ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................ 73 4.1. Fase I: Caracterización de la corriente de gasolina natural de la planta de fraccionamiento de bajo grande ............................................................................ 73 4.2. Fase II: Levantamiento de las instalaciones en la planta de fraccionamiento 74 4.3. Fase III: Bases y criterios de diseño para la recuperación del hexano. .......... 78 4.3.1. Bases de diseño .......................................................................................... 78 4.3.2. Criterios de diseño ...................................................................................... 81 4.4. Fase IV: Simulación del proceso de recuperación de hexano de la corriente de gasolina natural ..................................................................................................... 82 8 4.4.1. Caso 1: Entrada al sistema de recuperación: Salida del intercambiador E301B ...................................................................................................................... 82 4.4.2. Caso 2: Entrada al sistema de recuperación: Salida del rehervidor E-304.. 87 4.4. Fase V: Propuesta del proceso necesario para la recuperación de hexano en la planta de fraccionamiento de bajo grande .................................................... 92 CONCLUSIONES ..................................................... ¡Error! Marcador no definido. RECOMENDACIONES ............................................ ¡Error! Marcador no definido. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 100 S DERE ADO V R E S E R CHOS 9 INDICE DE TABLAS Tabla 2.1. Modelos termodinámicos simulador HYSYS…………………...…......50 Tabla 2.2. Paquete termodinámico recomendado….…………… …..................52 Tabla 3.1. Propiedades de la corriente de gasolina natural…...........................61 Tabla 3.2. Composición (%mol) de la corriente de gasolina natural …………………………............................................................................................61 S ADO V R E S E R CHOS Tabla 3.3. Equipos presentes en el sistema de refrigeración de la planta de fraccionamiento Bajo Grande ……………………………………………………….62 DERE Tabla 3.4. Equipos presentes en el sistema de aceite caliente de la planta de fraccionamiento Bajo Grande …………………….…………………………………..63 Tabla 3.5. Equipos presentes en el área de fraccionamiento de la planta de Bajo Grande ………………………………..………………………………………………….64 Tabla 4.1. Caracterización de la corriente de gasolina natural …………………….…..............................................................................................73 Tabla 4.2. Propiedades de la corriente de gasolina natural ………………………………………………….………………………………………….74 Tabla 4.3. Equipos presente en el sistema de refrigeración ………………………...….........................................................................................75 Tabla 4.4. Equipos presente en el sistema de calentamiento ………………......76 Tabla 4.5. Equipos presentes en el área de fraccionamiento….........................77 Tabla 4.6. Promedio composición molar en el fondo de la torre V 303…………………………......................................................................................79 Tabla 4.7. Promedio composición molar en el tanque S-503…………………......79 10 Tabla 4.8. Condiciones de algunos equipos presentes en planta …………………….…………………………………………………….……………….80 Tabla 4.9. Normas aplicadas ………………………………..……….…….…………81 Tabla 4.10. Caída de presión típicas …………………….…...................................81 Tabla 4.11. Datos del simulador ………………………………………………….…..82 Tabla 4.12. Balance de materiales torre despentanizadora ………………………...….........................................................................................83 Tabla 4.13. Balance de materiales torre deshexanizadora …………..……..........83 S ADO V R E S E R CHOS Tabla 4.14. Resultados de la simulación caso 1…...............................................85 ERE D Tabla 4.15. Datos del simulador ………………………….......................................87 Tabla 4.16. Balance de materiales torre despentanizadora ……………….…….88 Tabla 4.17. Balance de materiales torre deshexanizadora ……………….….…..88 Tabla 4.18. Resultados de la simulación caso 2………………………………..….90 Tabla 4.19. Criterios básicos …………………….…...............................................92 Tabla 4.20.Requerimientos del proceso ……………………………………………96 Tabla 4.21. Composición y condiciones de las corrientes …………………….96 11 INDICE DE FIGURAS Figura 2.1. Organigrama del Ministerio del Poder Popular el Petróleo y Minería ……………….…………………………………………………………………………….22 Figura 2.2. Estructura Organizativa de la Oficina de Industrialización y Petroquímica …………………………………………………………………………….24 Figura 2.3.Planta de fraccionamiento Bajo Grande..……………………………...27 Figura 2.4. Diagrama de proceso de la planta de Fraccionamiento Bajo S ADO V R E S E R CHOS Grande..…………………………………………………………………………………..29 DERE Figura 2.5. Diseño de procesos …………………………………………….……….31 Figura 4.1. Simulación HYSYS 3.2 caso 1.…………………………………………...84 Figura 4.2 Simulación HYSYS 3.2 caso 2 ……………………………………….......89 Figura 4.3. Diagrama de flujo de la Planta de Fraccionamiento Bajo Grande modificado ……………………………………………………………………………….94 12 MORILLO DEZEO, MARIELEN FABIOLA; PERALTA GARCIA, AIDA MERCEDES. RECUPERACION DE HEXANO DE LA CORRIENTE DE GASOLINA NATURAL, DE LA PLANTA DE FRACCIONAMIENTO DE BAJO GRANDE. Trabajo especial de grado para optar al título de Ingeniero Químico. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo, Venezuela. 2013. 106p. RESUMEN El objetivo del presente trabajo especial de grado fue realizar la propuesta para la recuperación de hexano de la corriente de gasolina natural en la planta de fraccionamiento Bajo Grande. Para esto se caracterizó la corriente, tomando una muestra del tanque TK-S-503, se determino la cantidad de hexano presente donde se hallo una composición molar de n-hexano 8.77%, y de i- hexano 15.05%. De igual manera se realizó el levantamiento de las instalaciones de la planta, para determinar la disponibilidad de los equipos, y su funcionamiento, los únicos equipos que operan son K-301C, E-309/10, V-308, que pertenecen al área de refrigeración y se encarga de acondicionar los productos que llegan de los buques. Se establecieron las bases y criterios de diseño del proyecto y se procedió a recolectar los datos para acondicionar el proceso, de esta manera se tomó en cuenta las normativas establecidas por PDVSA, así como los requerimientos del cliente. Se realizó la simulación del proceso, utilizando como programa ASPEN HYSYS 3.2 a través del cual se determinó la presión y temperatura de los productos que salen por el tope de la torre despentanizadora, así como de la torre deshexanizadora; se realizaron dos simulaciones, esto por las exigencias del proceso, y con distintos puntos de alimentación. Además se seleccionó el mejor proceso para la recuperación de hexano, donde la alimentación de la torre despentanizadora, proviene del rehervidor E-304, dando como resultado una salida del producto (hexano) a una temperatura de 144.8°F y trabajando con una torre a presión atmosférica. Con el siguiente proyecto, se lograra disminuir las importaciones de hexano al país cubriendo la demanda de este producto en PEQUIVEN, y adicional a esto dando un valor agregado a la corriente de gas. S ADO V R E S E R CHOS DERE Palabras claves: recuperación, hexano, simulación de proceso, torre de fraccionamiento, ASPEN HYSYS 3.2. marielen_md@hotmail.com, aida_mpg@hotmail.com 13 DEZEO MORILLO, FABIOLA MARIELEN; GARCIA PERALTA, MERCEDES AIDA. HEXANE RECOVERY CURRENT NATURAL GAS FRACTIONATION PLANT BAJO GRANDE. Degree thesis to qualify for the degree in Chemical Engineering. Universidad Rafael Urdaneta. Faculty of Engineering. School of Chemical Engineering. Maracaibo, Venezuela. 2013. 106p. ABSTRACT S ADO V R E S E R CHOS The aim of this study was to conduct special degree the proposal for the recovery of hexane current natural gas fractionation plant Bajo Grande. To this stream is characterized by taking a sample from the tank TK-S-503, we determined the amount of hexane present which hallo a molar composition of 8.77% n-hexane, ihexane and 15.05%. Just as was done to lift the plant facilities, to determine the availability of equipment, and if it was in operation, the only teams that operate are K-301C, E-309/10, V-308, which belong to the refrigeration area and put in charge of the products arriving ships. The foundations were laid and the project design criteria and proceeded to collect data to condition the process, so they take into account the standards set by PDVSA, as well as customer requirements. We performed the process simulation, using 3.2 Aspen HYSYS program through which the determined pressure and temperature of the products leaving the top of the tower depentanizer and deshexanizadora tower; two simulations were performed, this for process requirements, and with different feed points. Furthermore select the best process for the recovery of hexane, where the depentanizer tower feed comes from reboiler E-304, resulting in a product outlet (hexane) at a temperature of 144.8 ° F and working with a tower atmospheric pressure. With the next project, an alternative view is achieved to reduce the purchase abroad of hexane, giving added value to the gas stream, and meeting the demand for this product in PEQUIVEN DERE Key words: recovery, hexane, process simulation, fractionation tower, ASPEN HYSYS 3.2. marielen_md@hotmail.com, aida_mpg@hotmail.com 14 INTRODUCCION Al transcurrir el tiempo, el uso de solventes orgánicos, ha adquirido una mayor demanda, por lo que existen diversos compuestos utilizados para mejorar la calidad de los productos, o como aditivos a ciertos procesos. El solvente hexano es utilizado en diversas industria venezolanas, como lo son las industrias aceiteras, industrias de químicos (plásticos, agente de limpieza) y de igual manera en textiles, muebles y la industria de calzado, por lo que S ADO V R E S E R CHOS Venezuela para obtener este producto, debe realizar compras al exterior, la cual DERE es cotizada a un alto precio, en las distintas empresas que se encuentran, en los Estados Unidos, Alemania, y México. Esta investigación surgió, a petición del Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería, por las necesidades que presenta Pequiven de obtener hexano para sus procesos de polimerización. El siguiente trabajo especial de grado, tiene como finalidad realizar una propuesta para recuperar hexano de la corriente de gasolina natural en la planta de fraccionamiento Bajo Grande Para poder alcanzar este objetivo se plantearon los siguientes objetivos específicos: Caracterizar la corriente de gasolina natural, realizar el levantamiento de las instalaciones en la planta, asimismo establecer las bases y criterios de diseño para la recuperación de hexano, simular el proceso para recuperar hexano de la corriente de gasolina natural, y por ultimo proponer el proceso necesario para la recuperación de hexano en la planta de fraccionamiento Bajo Grande. 15 El trabajo está estructurado en cuatro (4) capítulos. El primero contiene el planteamiento del problema, la justificación, las delimitaciones de la investigación y los objetivos generales y específicos establecidos para la realización de este trabajo especial de grado. En el segundo capítulo se presenta la descripción de las empresas, posteriormente se encuentran los antecedentes que se tomó para la investigación, y además comprende los fundamentos teóricos que fueron la base del presente proyecto, comenzando por la descripción de la planta de fraccionamiento Bajo Grande, la definición de los equipos para realizar fraccionamiento, la selección de S ADO V R E S E R CHOS la ecuación termodinámica y la descripción de los documentos concernientes para DERE realizar la simulación de procesos. Por último este capítulo presenta un sistema de variables especificando los indicadores de cada objetivo. Posteriormente, en el tercer capítulo se describe el tipo y diseño de investigación, las técnicas e instrumentos de recolección de datos y las fases de la investigación en donde se muestran cada uno de los pasos a seguir para el desarrollo de cada objetivo planteado. En el cuarto y último capítulo se encuentra el análisis de resultados para cada fase descrita. Finalmente, se presentan las conclusiones, recomendaciones y referencias bibliográficas. 16 CAPITULO I EL PROBLEMA Corresponde este capítulo al primer paso del trabajo especial de grado, el cual comprende los siguientes aspectos: planteamiento del problema, objetivos, justificación, delimitación y alcance de la investigación. S ADO V R E S E R 1.1. PlanteamientoR CHOS DE delEproblema Con el paso del tiempo el uso de solventes orgánicos en el ámbito industrial ha adquirido una mayor demanda, por lo que existen diversos tipos de compuestos orgánicos usados como solventes, entre ellos el hexano, el cual es utilizado en diversas áreas de producción del país, como lo es en la industria química, la alimenticia, entre otras. La mayoría del hexano utilizado en las industrias se mezcla con productos químicos similares, para mejorar las propiedades químicas y físicas de los disolventes. El mayor uso de los solventes que contienen hexano es utilizado en las industrias petroquímicas, como medio de reacción en los procesos de polimerización de etileno y propileno. El hexano es un producto químico que en su mayoría, es importado al país, con un alto costo de adquisición, que empresas como Pequiven, además de empresas aceiteras, deben obtener este producto para que sus procesos se lleven a cabo, originando problemas como: adquisición de divisas, retrasos en la entrega del material, parada de plantas, entre otros. 17 En la corriente de Gasolina Natural de la planta de fraccionamiento Bajo Grande, se determinó presencia de hexano, por lo que se estudó la posibilidad de recuperar este hexano, con el fin de ser utilizado en el Complejo Petroquímico “Ana María Campos” como solvente. De acuerdo con lo anterior esta investigación tuvó como propósito realizar una propuesta viable para la recuperación de hexano de la corriente de gasolina natural. S ADO V R E S E R 1.2 Objetivos de la Investigación S DERECHO 1.2.1. Objetivo general Proponer modificaciones en la planta de fraccionamiento de bajo grande que permitan la recuperación del hexano presente en la corriente de gasolina natural. 1.2.2. Objetivos específicos Caracterizar la corriente de Gasolina Natural de la planta de fraccionamiento de bajo grande. Realizar el levantamiento de las instalaciones en la planta de fraccionamiento. Establecer bases y criterios de diseño para la recuperación del hexano. Simular el proceso de recuperación de hexano de la corriente de Gasolina Natural. Proponer el proceso necesario para la recuperación de hexano en la planta de fraccionamiento de bajo grande. 18 1.3. Justificación del problema Con esta investigación se quiso aportar el proceso para la recuperación de hexano de la corriente de Gasolina Natural en la planta de fraccionamiento de Bajo Grande, evaluación necesaria para buscar alternativas de adquisición de productos químicos, indispensables para la producción de bienes y servicios en Venezuela. Además, se pudo dar un valor agregado a las corrientes de gas, obteniendo S ADO V R E S E R CHOS un producto que posee una gran importancia en distintos procesos, como Pequiven, que necesitan de este para la polimerización de etileno y propileno y así DERE como las distintas empresas aceiteras que utilizan el hexano como medio de extracción. Metodológicamente la realización de esta investigación sirvió para crear procedimientos para el diseño de un sistema de recuperación de hexano que puede ser herramienta para estudios futuros. Igualmente se pudo alcanzar los conocimientos suficientes sobre el diseño y cálculo del sistema de recuperación y de esta manera se aporto a la comunidad académica y profesional las conclusiones y resultados proyecto. obtenidos, donde se estableció la factibilidad del 19 1.4. Delimitación del problema 1.4.1. Delimitación espacial La investigación se realizó en la Oficina de Industrialización y Petroquímica, de la Dirección Regional de Maracaibo, del Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería, así como en la planta de fraccionamiento Bajo Grande, Edo. Zulia. S ADO V R E S E R CHOS 1.4.2. Delimitación temporal DERE El desarrollo del proyecto tuvo una duración de ocho meses, y comprendió desde mayo hasta diciembre del 2012. 1.4.3. Delimitación científica Se utilizaron los conocimientos adquiridos durante el crecimiento profesional en la Universidad Rafael Urdaneta, específicamente se aplicara los conocimientos obtenido en las diferentes asignaturas como lo son, estadística, operaciones unitarias, técnicas de simulación, y diseño de plantas. 1.5. Alcance El estudio estuvo delimitado a la recuperación de hexano de la corriente de gasolina natural en la planta de fraccionamiento Bajo Grande, aprovechando las facilidades existentes. 20 CAPITULO II MARCO TEÓRICO En este capítulo se describen algunas generalidades del Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería, el proceso de fraccionamiento de la Planta de fraccionamiento Bajo Grande y algunos conceptos necesarios para desarrollar este proyecto. S ADO V R E S E R 2.1. Descripción de la empresa S DERECHO 2.1.1. Generalidades del Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería El Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería es el órgano rector del Ejecutivo Nacional en materia de hidrocarburos y energía en general, tiene la misión de formular, administrar y controlar las políticas del Ejecutivo Nacional en la área de energía e hidrocarburos y petroquímica para promover su explotación armónica e integral con el ambiente y garantizar su necesaria contribución al desarrollo sostenible de la República Bolivariana de Venezuela. Es competencia del Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería: La regulación, formulación y seguimiento de políticas, la planificación, realización y fiscalización de las actividades del Ejecutivo Nacional en materia de hidrocarburos y energía en general. 21 El desarrollo, aprovechamiento y control de los recursos naturales no renovables y de otros recursos energéticos, así como de las industrias eléctricas y petroleras. El estudio de mercado y análisis y fijación de precios de los productos de petróleo y del servicio de la electricidad. La prevención de la contaminación del medio ambiente derivada de las actividades energéticas y de hidrocarburos, en coordinación con el Ministerio de Ambiente y de los Recursos Naturales. S ADO V R E S E R CHOS Las demás que le atribuyan las leyes y otros actos normativos. (Gaceta Oficial de la República Bolivariana de Venezuela, Nº 38.111 de fecha jueves 20 de DERE enero de 2005, Artículo 19). 2.1.1.1. Misión Regular, formular, administrar, evaluar y controlar las políticas del Ejecutivo Nacional, en las áreas de hidrocarburos, energía en general, petroquímica, carboquímica, similares y conexas, para promover su explotación racional, armónica e integral y garantizar su necesaria contribución al desarrollo económico, social y endógeno sostenible y sustentable de la República Bolivariana de Venezuela. 2.1.1.2. Visión Ser el órgano de la Administración Pública Central líder rector de las áreas de hidrocarburos, energía en general, petroquímica, carboquímica, similares y conexas, en razón a su competencia institucional y acción adecuada y oportuna fundamentada sólidamente en la excelencia y motivación al logro de sus trabajadores. 22 2.1.1.3. Organigrama S ADO V R E S E R CHOS DERE Figura 2.1. Organigrama del Ministerio del Poder Popular el Petróleo y Minería (MPPPM, 2006) 23 2.1.2. Dirección Regional Maracaibo 2.1.2.1. Misión Vigilar y garantizar el cumplimiento en el marco legal en materia de hidrocarburos líquidos y gaseosos en la Regional Occidental, a través del control y seguimiento de las actividades de procesamiento de gas natural, de la refinación de crudo para la obtención de productos derivados y de las plantas petroquímicas, así como también las actividades de transformación de derivados de los procesos S O D A V R E S E de la Nación. SelR eficiente del recurso energético para bienestar O H C E R E D de refinación y petroquímica, con la intención de asegurar la transformación 2.1.2.2. Visión Alcanzar la excelencia en la aplicación del marco legal vigente en materia de hidrocarburos gaseosos, líquidos y productos petroquímicos permitiendo el control de las actividades de materia efectiva, con la finalidad de generar recursos confiables y auditables, que conlleven al máximo aprovechamiento de la interrelación hombre - método - tecnología, garantizando la optimización de los procesos involucrados en la refinación de crudo. Procesamiento de gas, petroquímica e industrialización. 2.1.2.3. Oficina de Industrialización y Petroquímica El ámbito de la oficina de industrialización y petroquímica está conformado por: Procesamiento de Gas: Procesos de Extracción y Fraccionamiento del gas natural. 24 Petroquímica. Refinación de crudo. Empresas industrializadas. 2.1.2.5. Estructura Organizativa S ADO V R E S E R CHOS INDUSTRIALIZACIÓ ÓN YY PETROQUÍ ÍMICA INDUSTRIALIZACI PETROQU INDUSTRIALIZACIÓN PETROQUÍMICA Ing. Ing. Marianella Marianella Rojas Rojas DERE REFINERIA BAJO GRANDE PROCESAMIENTO DE GAS INDUSTRIALIZACIÓN PETROQUÍMICA COMPLEJO PETROQUÍMICO PLANTA 2 Y LLENADEROS DE PRODUCTOS NEGROS • Ing. Roberto Camacaro • Profesional I “ ANA MARÍA CAMPOS” EXTRACCIÓN FRACCIONAMIENTO • Lic. Vladimir Díaz Profesional I • Lic. Vladimir Díaz Profesional I • Ing. Marianella Rojas • T.S.U. Hebert López • Técnico I • Lic. Vladimir Díaz Profesional I • T.S.U. Hebert López • Técnico I • T.S.U. Douglas Barios Técnico I PROYECTO CCO • Lic. Vladimir Díaz Profesional I • T.S.U. Hebert López • Técnico I EMPRESAS INDUSTRIALIZADORAS TRANSPORTISTAS DE PRODUCTOS DISTINTOS A LOS COMBUSTIBLES Y/O INDUSTRIALIZADOS Profesional I • T.S.U. Hebert López • Técnico I EMPRESAS MIXTAS PEQUIVEN • Ing. Roberto Camacaro • Profesional I • Lic. Vladimir Díaz Profesional I • Ing. Roberto Camacaro • Profesional I • T.S.U. Douglas Barios Técnico I COMPLEJO INDUSTRIAL “ANA MARIA CAMPOS” CAMPOS” (CIAMCA) • Ing. Roberto Camacaro • Profesional I • Lic. Vladimir Díaz Profesional I Figura 2.2. Estructura Organizativa de la Oficina de Industrialización y Petroquímica. (MPPPM, 2006) 25 2.1.2.4. Ubicación La Dirección Regional Maracaibo se encuentra ubicada en la calle 77 Prolongación 5 de julio, esquina con calle 71 Antiguo Edificio CIED; Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela. 2.2. Antecedentes Blanco (2011) realizó el trabajo de investigación de pregrado titulado S O D A V R E S planta de fraccionamiento Bajo Grande en E condiciones del CCO” en la Universidad SR O H C E R E D Rafael Urdaneta. “Evaluación de la capacidad máxima de la torre despropanizadora (v-301) de la El objetivo general de esta investigación fue: Evaluación de la capacidad máxima de fraccionamiento de la torre Despropanizadora (V-302) de la Planta de Fraccionamiento Bajo Grande en condiciones del CCO. En este trabajo se desarrolló una simulación del proceso estudiado a las condiciones originales de diseño utilizando el programa HYSYS. Para la selección del modelo termodinámico de la simulación se tomaron en cuenta modelos matemáticos y correlaciones empíricas que pueden ser aplicadas a las condiciones del proceso, entre las cuales se encuentran: Peng-Robinson (PR) y Soave-Redlich-Kwong (SRK), esto con la finalidad de determinar qué modelo se ajusta más al comportamiento de los sistemas. Este trabajo fue utilizado como apoyo en todo lo referente al paquete de simulación HYSYS, tomando como referencia los criterios de selección del modelo termodinámico recomendado para el tipo de procesos que involucran gases e hidrocarburos. 26 González (2008) realizó el trabajo especial de grado presentado ante la Universidad Rafael Urdaneta, para optar al título de Ingeniero Químico titulado: “Diseño de un sistema de recuperación de hexano y nitrógeno en la planta de polipropilenos de Venezuela; Propilven S.A.” El objetivo general de esta investigación fue: Diseño de un sistema de recuperación de hexano y nitrógeno en la planta de Polipropileno de Venezuela; Propilven S.A.. En este trabajo se desarrolló la ingeniería conceptual del sistema de recuperación, tomando como bases y criterios de diseño algunos manuales, S O D A V R E S E y diseño y ubicación del diseño características del fluido, condiciones SdeRoperación O H C E R E D dentro de la planta. Los criterios utilizados en la realización de este trabajo normas y consideraciones especiales, entre las cuales se puede mencionar: estuvieron basados en las normas PDVSA, centrándose en los documentos que abarcan las condiciones de diseño de algunos equipos como lo son; bombas, separador gas-liquido, condensador y adsorbedor. Esto con la finalidad de tener la documentación necesaria para sustentar el trabajo especial de grado realizado. Este trabajo fue utilizado como apoyo en todo lo referente al manejo de las normas PDVSA, tomando como referencia algunos de los criterios de selección de equipos utilizados en procesos, que son indispensables en este, entre los que se encuentran, bombas, condensador y separador gas-liquido. 27 2.3. Bases teóricas 2.3.1. Planta de Fraccionamiento Bajo Grande La Planta de Fraccionamiento Bajo Grande está conformada por las áreas 300, 500 y 600. S ADO V R E S E R CHOS DERE Figura 2.3. Planta de fraccionamiento Bajo Grande. (Memoria Descriptiva PFBG; 2001). El área 300 es la encargada principalmente del almacenaje de LGN de alimentación y del fraccionamiento del mismo, a través de la torre despropanizadora (V-301), desbutanizadora (V-303) y desisobutanizadora (V-307) y equipos asociados, como se observa en la Figura 2.3., mientras que el área 500 28 está conformada por los tanques de almacenamiento (S-501, S-502, S-503 y S504) y las esferas del almacenamiento (V-324 y V-325) utilizadas solo para el almacenamiento de propano (C3), para luego ser llevado al llenadero; en el área 600 se realizan las actividades de carga y descarga de los productos refrigerados (C3, I-C4 y –C4), así como también de C5 a través de buques, para exportación y cabotaje. El área 300, visualizada en la Figura 2.4. y encargada del fraccionamiento de los líquidos del Gas Natural provenientes de las plantas de extracción Lamar Líquidos, Lama proceso y LGN I de El tablazo, son alimentados a la torre S O D A V R E S S REmás pesados por el fondo (C O H el tope de la torre, retirándose los productos C E R E D despropanizadora V-301, en donde se realiza la separación del propano (C3) por 4+). El propano producto es condensado en los enfriadores C-301 (utilizan aire como fluido de enfriamiento), parte del condensado retorna a la torre V-301 para mantener el proceso de fraccionamiento, y el resto de la corriente es enviada hacia el proceso de secado; en las cuales se realiza la adsorción de la humedad presente en el propano por medio de tamiz molecular (Zeolitas de tipo alumino silicato), contenido en el interior de las mismas. Una vez que el propano producto es secado, pasa a través de los chiller E-305 y E-306 los cuales bajan su temperatura hasta 0 °F aproximadamente, para luego ser almacenado en el tanque refrigerado S-501 a una temperatura de hasta –53 °F. Parte de la corriente de C4+ proveniente del fondo de la V-301 es calentada en el rehervidor E-302, y alimentada nuevamente a la torre V-301, de forma de mantener el proceso de fraccionamiento; la corriente remanente de C4+ y la corriente proveniente de LGN II de El Tablazo se le unen para luego ser alimentadas a la torre desbutanizadora V-303, en donde son fraccionadas como Mezcla de Butanos (Tope) y Gasolina natural C5+. 29 DERECH S O D A V R OS RESE Figura 2.4. Diagrama de proceso de la planta de Fraccionamiento Bajo Grande. (Memoria Descriptiva PFBG, 2001) 30 La corriente de C5+ provenientes del fondo de la torre V-303, es calentada en el rehervidor E-304 (intercambiador que utiliza como medio de calentamiento aceite), y alimentada nuevamente a la torre, para mantener el proceso de fraccionamiento, el resto de la corriente de gasolina luego de intercambiar calor con la entrada de producto del Lago en el E-301, pasa a través de filtros F-100 A/B/C/D (en caso de ser necesario), que utilizan Atapulgitus Clay como medio filtrante (Arcillas del tipo alumino silicato), y permiten retirar sólidos disueltos ayudando a mantener el color del producto; posteriormente es almacenada en el tanque S-503 de techo flotante, el cual trabaja a presión y temperatura S ADO V R E S E R CHOS atmosférica. DERE La mezcla de Butanos es alimentada a la torre Desisobutanizadora V-317, donde se realiza la separación de la mezcla en Iso y Normal Butano, por tope y fondo respectivamente, la corriente de Iso butano es condensada en enfriadores C-305 (que utilizan aire como fluido de enfriamiento), donde parte de la misma es nuevamente alimentada a la torre para mantener el proceso de fraccionamiento, el resto es bombeada por medio de las P-307 A/B hacia los chiller de refrigeración E316 (Enfriador primario) y E-317 (Enfriador secundario), para luego ser almacenada en el tanque refrigerado S-505, a una temperatura de -15 °F. La corriente de Normal Butano que sale por el fondo de la torre V-317 es calentada en los rehervidores E-312 A/B (Intercambiador que utiliza aceite como medio de calentamiento), para ser alimentada nuevamente a la torre, de forma de mantener el proceso de fraccionamiento, el resto del producto es enfriado en los chiller de refrigeración E-308 (Enfriador primario) y E-318 (Enfriador secundario) para luego ser almacenado en el tanque refrigerado S-502 a una temperatura de 25 °F. (Memoria Descriptiva PFBG, 2010) 31 2.3.2. Diseño de procesos Dentro de la estrategia general de ingeniería de procesos, diseño de procesos puede considerarse constituido por tres etapas: Síntesis de procesos, Simulación de procesos y Optimización, como se observa en la Figura 2.5. S ADO V R E S E R CHOS DERE Figura 2.5. Diseño de procesos. (Martínez et al., 2000). La síntesis de procesos es la etapa en la cual se crea la estructura básica del diagrama de flujo, se seleccionan los equipos a ser utilizados, con sus correspondientes interconexiones, y se establecen los valores iniciales de las condiciones de operación. Por su parte, la simulación de procesos es la etapa en la cual se requiere solucionar balances de materia y energía para un proceso en estado estacionario, calcular dimensiones y costos de los equipos y efectuar una evaluación económica preliminar del proceso. El punto final es la optimización que 32 puede ser paramétrica, modificando parámetros tales como presión o temperatura; o estructural, cuando se hacen modificaciones al diagrama de flujo involucrando a los equipos y/o sus interconexiones. El resultado de estas tres etapas es el diagrama de flujo de proceso en una forma no definitiva puesto que dentro de este proceso de diseño se continúa con lo que se conoce como ingeniería de detalle. (Martínez et al., 2000). 2.3.3. Equipos principales utilizados en los procesos de fraccionamiento S ADO V R E S E R S 2.3.3.1 Torres de fraccionamiento DERECHO PDVSA (1996) dice que el fraccionamiento es el método de separación más usado de las operaciones unitarias a nivel industrial. El proceso consiste en una transferencia de masa por el intercambio de calor desde el fondo de la torre, con un mayor enriquecimiento de los elementos más volátiles que conforman el vapor en el tope. Las operaciones de destilación empleadas en la industria química en general, tienen por objeto aislar compuestos individuales bastante puros, partiendo de mezclas de líquidos volátiles, formada fundamentalmente por componentes bien definidos. En estos casos la destilación simple intermitente es suficiente para una separación eficaz, tal como la deshidratación de disolventes orgánicos. A menos que las volatilidades de dos ó más componentes de una mezcla líquida sean casi idénticas, o que dos ó más componentes se asocien para formar una mezcla de punto de ebullición constante. Uno de los accesorios más importantes al considerar un diseño de una torre de fraccionamiento son los dispositivos de contacto, que cumplen con la función de lograr el equilibrio de las fases líquido y vapor en la torre. El propósito de los 33 dispositivos de contacto es el de lograr el equilibrio entre las fases líquido y vapor. Estos dispositivos en una torre están diseñados para mezclar el vapor ascendente y el líquido que desciende. El flujo puede tender al equilibrio por la transferencia de calor y/o de materia de los componentes. De esta manera, los dispositivos de contacto tienen el mismo efecto que una serie de etapas de vaporizaciones en equilibrio. Existen dos grandes grupos de dispositivos de contacto: platos y empaques. a) Tipo de platos - Platos tipo casquete de burbujeo S ADO V R E S E R CHOS DERE Este plato se caracteriza por ser plano y perforado, con tubos pequeños en cada perforación, sobre estos tubos están colocados los casquetes (tazas invertidas). El arreglo se asemeja a pequeñas chimeneas colocadas en todo el plato. El líquido y la espuma son atrapados sobre el plato alcanzando por lo menos una altura igual a la del casquete. Esto le da la habilidad única de operar a bajas velocidades de vapor y líquido. - Platos perforados Este plato es plano y perforado. El vapor asciende por los orificios ocasionando un efecto equivalente a un sistema de multiorificios. La velocidad del vapor evita que el líquido fluya a través de los orificios (goteo). A velocidades bajas el líquido gotea, no hace contacto con todos los orificios del plato y por lo tanto se reduce considerablemente la eficiencia. Esto le da a estos platos una flexibilidad operacional relativamente pobre. - Platos perforados sin bajante Son platos perforados sin bajante que (flujo dual o plato fluctuante) poseen alta capacidad, moderada eficiencia y baja flexibilidad, sin embargo estos platos 34 deben ser apropiadamente diseñados para las cargas a las cuales van a ser operados, de lo contrario no funcionarán satisfactoriamente. - Platos tipo válvula Estos platos pueden ser circulares o rectangulares, con o sin una estructura. El disco de la válvula sube a medida que aumenta el flujo de vapor. La máxima elevación del disco está controlada por la estructura o por el largo de los sujetadores ubicados en la parte inferior de la válvula (“piernas”). A medida que el flujo de vapor disminuye la apertura del disco disminuye, lo que evita el goteo del S ADO V R E S E R CHOS líquido a través de los orificios. DERE b) Tipo de empaques - Empaques desordenados o rellenos Son unidades o piezas discretas de empaques con una forma geométrica específica, los cuales son vaciados o rellenados aleatoriamente dentro de la columna. Son los de uso más común en la práctica comercial. La selección del material de empaque se basa principalmente en la resistencia a la corrosión. Existen 3 tipos de materiales: metal, cerámica y plástico. Los empaques de acero al carbono deberían ser considerados como la primera alternativa para la mayoría de las aplicaciones cuando la corrosión no representa un problema. Los empaques de acero inoxidable cuestan aproximadamente de 3 a 5 veces más que los de acero al carbono; las aleaciones son inclusive más costosas. El uso de empaques de cerámica se ha visto reducido desde el advenimiento de los empaques plásticos. Actualmente, los empaques cerámicos se especifican solo cuando se requiere una gran resistencia al ataque químico y altas temperaturas. El polipropileno es barato y es el más usado cuando las temperaturas de operación no exceden los 120 °C. 35 - Empaque estructurado o sistemáticamente arreglado Está constituido por capas onduladas de malla tejida u hojas corrugadas. Este empaque es apilado ordenadamente en secciones dentro de la columna. En general, los empaques estructurados muestran ventajas en capacidad y eficiencia comparadas con empaques desordenados, cuando son operados a cargas líquidas menores. Los empaques estructurados tienen una considerablemente menor caída de presión por etapa teórica que los desordenados. Los empaques estructurados cuestan de 3 a 10 veces más por unidad de volumen que los empaques desordenados. Sin embargo, su mayor capacidad y eficiencia permiten S O D A V R E S S REcon un diseño de torre con empaque un análisis costo–beneficio y compararlo O H C E R E D desordenado. (PDVSA; 1997). el uso de columnas de menor altura y diámetro, por lo que será necesario realizar 2.3.3.2. Intercambiadores de calor Se conoce con el nombre de intercambiador de calor a cualquier dispositivo en el que se verifica un intercambio de calor entre dos fluidos separados por una pared metálica, esta pared representa la superficie de transferencia de calor y puede tener cualquier geometría. En la industria química entre otras, se utilizan intercambiadores de calor de diferentes tipos, por lo tanto elegir el equipo de transferencia de calor más adecuado es una gran labor. Para esto, se debe tener una idea del tipo de trabajo de intercambio que hace falta, los fluidos en cuestión y las condiciones de operación imperantes en el proceso. Las condiciones de operación más importantes son los flujos, las temperaturas, presiones de operación y las limitaciones de caída de presión en el sistema. Con esto se puede estimar el área 36 de transferencia de calor; una vez calculada el área necesaria, se puede estimar el costo aproximado de las distintas alternativas posibles. Los intercambiadores son diseñados para satisfacer requerimientos específicos, existiendo en el mercado una gran diversidad de tipos que difieren en tamaño y forma. Estos tipos son clasificados de acuerdo a diferentes criterios, tales como procesos y mecanismos de transferencia de calor, grado de compacticidad de la superficie, patrón de flujo, número de fluidos, geometría y tipo de construcción. Este último criterio engloba un amplio rango de intercambiadores S ADO V R E S E R CHOS usados en la industria petrolera, los cuales se describen a continuación. Existen DERE otros tipos de intercambiadores de calor a los cuales no se hace referencia, pero éstos no se utilizan con frecuencia en la industria petrolera. (Tlatemoan Revista académica de investigación N°6, 2011) Intercambiadores del tipo tubo y carcasa Este es el tipo de intercambiador que se utiliza comúnmente en las refinerías. No es caro, es fácil de limpiar y relativamente fácil de construir en diferentes tamaños y puede ser diseñado para presiones desde moderadas a altas, sin que varíe sustancialmente el costo. Fácil de mantener y reparar (aquellas partes sujetas a fallas frecuentes, tubos y empacaduras, son fáciles de reemplazar). Adicionalmente, la disponibilidad de buenos procedimientos de diseño, de experticia y de facilidades de fabricación, asegura el diseño y construcción exitosa de este tipo de intercambiadores, convirtiéndoles en la primera opción a seleccionarse para un proceso de transferencia de calor. El intercambiador de tubo y carcasa consiste de un haz de tubos paralelos encerrados en un estuche cilíndrico llamado carcasa. 37 Intercambiadores de doble tubo Los intercambiadores comerciales de doble tubo consisten de uno o más tubos, encerrados dentro de otro tubo en forma de U u “horquilla” que hace el papel de carcasa. Son unidades de costos relativamente bajos, resistentes y se pueden desmantelar fácilmente para limpieza, removiendo la tapa colocada en el extremo en U del tubo externo, desmontando ambos cierres frontales y retirando el elemento de transferencia de calor. Estos intercambiadores se encuentran disponibles como unidades de fabricación estándar. Las secciones de doble tubo permiten un flujo en contracorriente y corriente verdadero, lo cual puede ser S ADO V R E S E R pequeñas o rangos de E CHOSgrandes. DER temperaturas particularmente ventajoso cuando se requieren temperaturas de aproximación Además, las unidades de doble tubo encajan muy bien en aquellas aplicaciones que involucran presiones altas y/o flujos bajos, debido a que estas unidades son de diámetros relativamente pequeños. Esto permite el uso de bridas pequeñas y paredes delgadas, si se las compara con los equipos de carcasa y tubo convencionales. Los intercambiadores de doble tubo simple se encuentran disponibles en el mercado en diferentes tamaños. Intercambiadores de superficie extendida Este tipo de superficie se emplea cuando, debido a las propiedades de transferencia de calor de un fluido, existe una resistencia alta para el flujo de calor, mientras que las propiedades del otro fluido permiten una resistencia baja. El fluido con la resistencia alta al flujo de calor se pone en contacto con la superficie de las aletas. 38 Intercambiadores de placas Desde 1930 los intercambiadores de placa han sido usados en la industria química y de alimentos. Actualmente su uso se ha extendido considerablemente hacia la industria petrolera, especialmente cuando se requiere un sistema de intercambio de calor compacto. En estas unidades, la superficie de transferencia de calor es construida de planchas de metal en lugar de tubos. Estas planchas pueden ser de superficie lisa, corrugada o canalizada. Dependiendo del tipo de superficie de la plancha y de la S ADO V R E S E R CHOS configuración de la unidad, se conocen cuatro (4) tipos de intercambiadores de DERE placa: (1) intercambiadores de placas en espiral, (2) intercambiadores de placas con empacadura, (3) intercambiadores de placas con aletas y (4) intercambiadores de láminas repujadas. Intercambiadores de tipo espiral Los intercambiadores de tubos en forma de espirales consisten de un grupo de serpentines concéntricos enrollados en forma de espiral, los cuales están conectados a placas o cabezales de tubos. Entre sus características se pueden mencionar las siguientes: son económicos, de fácil instalación y limpieza; se utilizan para flujo en contracorriente, no tienen problemas de expansión diferencial, son compactos y pueden ser usados para el intercambio de calor de dos o más fluidos. Estas unidades se utilizan normalmente en las aplicaciones criogénicas, donde la presión de proceso es 4500 kPa man. (650 psig) o mayor; siendo particularmente útiles en el manejo de fluidos viscosos y aplicables como condensadores o rehervidores. (PDVSA; 1997) 39 Enfriadores de aire Los enfriadores de aire consisten de uno o más ventiladores de flujo axial, velocidades relativamente bajas y diámetros grandes, que inducen al aire a fluir a través de un banco de tubos, generalmente con aletas. La configuración básica de una unidad es un banco de tubos aleteados montado sobre una estructura de acero con una cámara de pleno y un anillo vénturi, un motor y otros accesorios como persianas, guarda ventilador, alambrado e interruptores de vibración. En general, los enfriadores de aire resultan especialmente atractivos en S ADO V R E S E R CHOS aquéllas localidades donde el agua escasea o requieren un tratamiento costoso DERE como una torre de enfriamiento, donde la expansión de los sistemas de agua de enfriamiento sea necesaria, o donde la naturaleza del medio enfriante cause taponamientos frecuentes o problemas de corrosión. Estas unidades requieren una inversión inicial más alta que los enfriadores de agua pero los costos de operación y mantenimiento son menores. Estos equipos se utilizan con frecuencia en combinación con enfriadores de agua, cuando se requiere remover una gran cantidad de calor. En este caso los enfriadores de aire remueven primero la mayor parte del calor y el enfriamiento final se consigue con los de agua. Los enfriadores de aire ocupan un área relativamente grande. Por lo tanto, estas unidades se instalan normalmente encima de los tendidos de líneas y de los equipos de proceso, tales como tambores e intercambiadores. Cuando se considere la instalación de enfriadores de aire, se debería tomar en cuenta el efecto que puedan tener las pérdidas de calor de los equipos circundantes, en la temperatura de entrada del aire. 40 La selección entre enfriadores de aire o intercambiadores convencionales de tubos y carcasa, depende del balance económico, el cual debe considerar en la inversión inicial, los costos de las facilidades requeridas dentro y fuera del área, para la instalación de los equipos y los costos de operación de los mismos. 2.3.3.3 Tambor de reflujo El término separador es aplicado a una gran variedad de equipos usados para separar mezclas de dos o más fases. Estas mezclas pueden estar formadas por: una fase vapor y una líquida; una fase vapor y una sólida; dos fases líquidas S ADO V R E S E R CHOS inmiscibles (aceite/agua); una fase vapor y dos líquidas o alguna otra combinación DERE de las anteriores. Las torres de destilación de gran escala usan un sistema de reflujo para obtener una separación de producto más compleja. El reflujo es esa porción del producto líquido superior condensado de una torre que se cicla de regreso a lo alto de la torre donde fluye hacia abajo para proporcionar refrigeración y condensación de los vapores ascendentes. El tambor de reflujo, o acumulador, sirve como un punto de distribución para el reflujo y destilado. Los líquidos condensados salen del tambor de reflujo bajo control de nivel. El control de nivel en el tambor es crítico para asegurar que la cantidad adecuada de reflujo regresará a la torre de destilación. La indicación de nivel de líquido inadecuada puede causar calor problemas de operación y degradación del producto. La necesidad de un tambor separador aparece para cumplir una etapa dentro de un proceso de refinación de petróleo, o de producción, etc. Para facilitar el uso de este procedimiento, se han identificado ciertos servicios normalmente requeridos en plantas de refinerías, que representan la mayoría de operaciones de 41 separación vapor–líquido. Algunos de los servicios prestados son: tambores de vapor para servicios de calderas, de separación de agua, de descarga, entre otros. Los separadores pueden clasificarse, según su forma en: separadores cilíndricos, separadores esféricos y separadores de dos barriles. También los separadores cilíndricos pueden clasificarse según su orientación en: separadores verticales y separadores horizontales. Otra clasificación sería de acuerdo a la manera de inducir físicamente la separación: separadores por gravedad (típico separador vertical gas–líquido), separadores por impacto (separadores de filtro) y S ADO V R E S E R CHOS separadores por fuerza centrífuga (separadores centrífugos). DERE Separador vertical En estos equipos, la fase pesada decanta en dirección opuesta al flujo vertical de la fase liviana. Por consiguiente, si la velocidad de flujo de la fase liviana excede levemente la velocidad de decantación de la fase pesada, no se producirá la separación de fases, a menos que esta fase pesada coalesca en una gota más grande. Separador horizontal En estos equipos, la fase pesada decanta perpendicularmente a la dirección horizontal de flujo de la fase liviana, permitiendo que la fase liviana continua pueda viajar a una velocidad superior a la velocidad de decantación de la fase pesada discontinua (hasta un cierto límite). 42 2.3.4. Equipos auxiliares utilizados en los procesos de fraccionamiento 2.3.4.1. Bombas La gran mayoría de las bombas que se usan actualmente en las refinerías, plantas químicas y de servicios son centrífugas. El cambio de las bombas de desplazamiento positivo principalmente reciprocantes comenzó en la década de los 30 y se completó a mediados de los 50. La selección del estilo de construcción y las características de diseño S O D A V R E S usado en las aplicaciones de plantas S REde proceso entra en las siguientes O H C E R E D categorías: centrífuga, axial, tipo turbina regenerativa, reciprocante, dosificadora, usualmente se realiza en la ingeniería de detalles. El tipo de bomba comúnmente diafragma y rotativa. Las bombas dinámicas (centrífugas y axiales) operan desarrollando una velocidad de líquido alta y convirtiendo la velocidad en presión en un pasaje de difusión de flujo. Tienden a tener una eficiencia menor que las bombas de desplazamiento positivo, pero operan a una velocidad relativamente alta para permitir un caudal de flujo alto en relación con el tamaño físico de la bomba. Las bombas dinámicas tienden a tener requerimientos mucho menores de mantenimiento que las bombas de desplazamiento positivo. Las bombas de desplazamiento positivo operan forzando a un volumen fijo de líquido a ir desde la zona de presión de entrada de la bomba hacia la zona de descarga. Esto se lleva a cabo intermitentemente en el caso de las bombas reciprocantes y continuamente, en el caso de las bombas rotativas de tornillo y engranaje. Las bombas de desplazamiento positivo operan a una velocidad rotativa menor que las bombas dinámicas y tienden a ser físicamente más grandes que las bombas dinámicas de igual capacidad (PDVSA, 1997). 43 2.3.4.2. Hornos El calentamiento de un fluido de procesos en un horno está acompañado por la combinación de la radiación y convección. El patrón usual de flujo del fluido en el proceso es en contracorriente con el de los gases de combustión, es decir, el fluido en el proceso pasa primero a través de la sección de convección y luego a través de la sección de radiación del horno, mientras que los gases de combustión van en dirección opuesta. Este arreglo permite obtener una mayor eficiencia (la temperatura del gas en la chimenea es más baja) que la que se obtendría si el S ADO V R E S E R CHOS flujo fuera en paralelo. DERE En la sección de radiación, el calor es transferido al fluido de proceso principalmente por radiación de la alta temperatura de los gases que resultan de la combustión en la cámara. Otra parte del calor es también transferida por convección. Los gases de combustión a medida que transfieren calor se enfrían, y por lo tanto, la transferencia de calor por radiación progresivamente requiere de más área en los tubos, lo cual llega a ser poco atractivo desde el punto de vista económico. Por esta razón, la transición a la sección de convección es hecha mientras el gas de combustión aún está relativamente caliente. En la sección de convección, el calor es transferido principalmente por convección, aunque una pequeña cantidad de calor se transfiere por radiación. Después que todo el calor, que económicamente puede ser recuperado, ha sido transferido al fluido de proceso, el gas de combustión deja el horno y pasa a través de una chimenea a la atmósfera. Los hornos están divididos en dos categorías principales: hornos de procesos y hornos de pirolisis (PDVSA, 1995). 44 2.3.4.3. Tanques de almacenamiento Los tanques de almacenamiento se usan como depósitos para contener una reserva suficiente de algún producto para su uso posterior y/o comercialización. Los tanques de almacenamiento, se clasifican en: cilíndricos horizontales y cilíndricos verticales de fondo plano. Los tanques cilíndricos horizontales, generalmente son de volúmenes relativamente bajos, debido a que presentan problemas por fallas de corte y flexión. S O D A V R E S S RdeEfondo plano nos permiten almacenar O H Los tanquesR cilíndricos verticales C E E D grandes cantidades volumétricas con un costo bajo. Con la limitante que solo se pueden usar a presión atmosférica o presiones internas relativamente pequeñas. Estos tipos de tanques se clasifican en: Techo fijo Se emplean para contener productos no volátiles o de bajo contenido de ligeros (no inflamables) como son: agua, diesel, asfalto, petróleo crudo, entre otros. Debido a que al disminuir la columna del fluido, se va generando una cámara de aire que facilita la evaporación del fluido, lo que es altamente peligroso. Techo flotante Se emplea para almacenar productos con alto contenido de volátiles como son: alcohol, gasolinas y combustibles en general. Este tipo de techo fue desarrollado para reducir o anular la cámara de aire, o espacio libre entre el espejo del líquido y el techo, además de proporcionar un medio aislante para la superficie del líquido, reducir la velocidad de transferencia de calor al producto almacenado durante los periodos en que la temperatura ambiental es alta, 45 evitando así la formación de gases (su evaporación), y consecuentemente, la contaminación del ambiente y, al mismo tiempo se reducen los riesgos al almacenar productos inflamables. Sin techo Se usan para almacenar productos en los cuales no es importante que éste se contamine o que se evapore a la atmósfera como el caso del agua cruda, residual, contra incendios, entre otros. (Megyesy E., 1989) S ADO V R E S E R CHOS DERE 2.3.4.4. Sistema de compresión La ingeniería juega un papel muy importante en el diseño de servicios de compresión, sobre todo cuando se utilizan nuevas unidades compresoras; de ello depende el éxito en la operabilidad, ejecución y confiabilidad de las mismas, de manera de garantizar una operación rentable y económica. Los costos de inversión de los equipos de proceso y equipos auxiliares son elevados y representan una porción significativa del costo total de la planta. Los costos de instalación y servicios auxiliares son por lo general más elevados que los mismos precios del equipo. Los principales tipos de compresores se dividen en dos grandes grupos: dinámicos y de desplazamiento positivo. Los compresores dinámicos son máquinas rotatorias de flujo continuo en la cual el cabezal de velocidad del gas es convertido en presión. Los compresores dinámicos se clasifican de acuerdo al flujo que manejan en centrífugos (flujo radial), axial (flujo axial) y flujo mezclado. Los compresores de desplazamiento positivo son unidades de flujo intermitente, donde sucesivos volúmenes de gas son confinados en un espacio y 46 elevado a alta presión. Se dividen en dos grandes grupos: reciprocantes y rotatorios. Los primeros son máquinas en las cuales la compresión y el elemento desplazado es un pistón con un cilindro. Los compresores rotatorios son máquinas en la cual la compresión y el desplazamiento son afectados por la acción positiva de los elementos que rotan. 2.3.5. Simulación de Procesos La simulación de procesos puede ser definida como una técnica para S ADO V R E S E R CHOS evaluar en forma rápida un proceso con base en una representación del mismo, DERE mediante modelos matemáticos. La solución de estos se lleva a cabo por medio de programas de computadora y permite tener un mejor conocimiento del comportamiento de dicho proceso. En los últimos años, la Simulación de procesos en estado estacionario ha llegado a ser una herramienta de apoyo para el diseño de procesos químicos y además su uso se está extendiendo en las instituciones de formación de ingenieros químicos. La Simulación de procesos está jugando un papel muy importante en la industria química, como una herramienta adecuada y oportuna para el diseño, caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento de procesos industriales. La Simulación de procesos químicos es una herramienta moderna que se ha hecho indispensable para la solución adecuada de los problemas de proceso. Permite efectuar el análisis de plantas químicas en operación y llevar a cabo las siguientes tareas, las cuales son comunes en las diversas ramas de la industria química: 47 Detección de cuellos de botella en la producción. Predicción de los efectos de cambios en las condiciones de operación y capacidad de la planta. Optimización de las variables de operación. Optimización del proceso cuando cambian las características de los insumos y/o las condiciones económicas del mercado. Análisis de nuevos procesos para nuevos productos. Evaluación de alternativas de proceso para reducir el consumo de energía. Transformación de un proceso para desarrollar otras materias primas. Análisis de la factibilidad y viabilidad de nuevos procesos. Optimización del proceso para minimizar la producción de desechos y S ADO V R E S E R CHOS DERE contaminantes. 2.3.5.1. Simulación HYSYS Existe una gran variedad de simuladores de procesos comerciales, alguno de las cuales son poderosas herramientas de cálculo en procesos industriales, con enormes bases de datos y un fuerte respaldo de bibliotecas para cálculos de equipos y bibliotecas de modelos para cálculos termodinámicos, que le dan al simulador la ventaja de una gran versatilidad. Uno de los simuladores de procesos de propósitos generales es Aspen HYSYS. (Martínez et al., 2000). Aspen HYSYS es una herramienta de simulación de procesos muy poderosa, ha sido específicamente creada teniendo en cuenta lo siguiente: arquitectura de programa, diseño de interfase, capacidades ingenieriles y operación interactiva. Este software permite simulaciones tanto en estado estacionario como en estado transitorio. Los variados componentes que 48 comprende Aspen HYSYS proveen un enfoque extremadamente poderoso del modelado en estado estacionario. Sus operaciones o propiedades permiten modelar una amplia gama de procesos con confianza. En los últimos años, este programa ha sido ampliamente usado en la industria para: investigación, desarrollo, simulación y diseño. Aspen HYSYS sirve como plataforma ingenieril para modelar procesos como: Procesamiento de gases, instalaciones criogénicas, procesos químicos y de refinación, entre otros. (González C. y González M., 2010). Un aspecto muy importante en los simuladores de procesos, es la S O D A V R E S proceso, estas propiedades son fundamentales S RE para efectuar los balances de O H C E R E D disponibilidad de propiedades termodinámicas y de transporte de las corrientes del materia y energía al grado de que si tenemos buenos datos o buenas correlaciones para las propiedades, entonces los resultados de la simulación serán altamente confiables. (Martínez et al. 2000). 2.3.5.2. Modelos termodinámicos El diseño y simulación de procesos químicos necesitan de datos de propiedades físicas, termodinámicas y de transporte y estos se calculan a partir de modelos de propiedades con base teórica o empírica. La representación precisa de las propiedades es fundamental para la simulación de procesos. El usuario debe seleccionar un modelo para representar las propiedades, el uso de un modelo inadecuado puede cambiar radicalmente los resultados de la simulación y perder validez. Los errores en la simulación por una mala selección del modelo de propiedades físicas no se pueden detectar o prevenir fácilmente, los resultados parecen correctos, pero no lo son. 49 El comportamiento de una solución depende de la naturaleza de cada uno de sus componentes, de las cantidades presentes y de las condiciones de presión y temperatura. A su vez el comportamiento de cada compuesto está relacionado a las fuerzas intermoleculares que actúan en el nivel molecular y a su interacción con los otros compuestos. Cada modelo termodinámico ha sido desarrollado para ciertos intervalos específicos de condiciones, y para ciertos tipos de sustancias, no pueden reproducir el comportamiento de todos los compuestos y en todas las condiciones. S ADO V R E S E R CHOS DERE La selección del modelo termodinámico apropiado a una aplicación especifica, es una decisión crucial para el éxito de la simulación. Los criterios a tomar en cuenta para una selección adecuada se basan en los siguientes aspectos: Naturaleza de los componentes (polaridad), idealidad o no idealidad de la mezcla. Intervalo de composición, temperatura y presión. Tipo de aplicación (equilibrio vapor-líquido, equilibrio líquido-líquido, una fase). 50 Tabla 2.1. Modelos termodinámicos simulador HYSYS. Modelos de ecuaciones de estado Ley de gas ideal Lee-Kesler (LK) Lee-Kesler-Plocker Peng-Robinson (PR) Peng-Robinson Stryjek Vera (PRSV) Redlich Kwong (RK) Redlich Kwong Soave (RKS) API Soave Redlich Kwong (API-SRK) RKS o PR con regla de mezclado Huron Vidal 2 Modificada (MHV2) RKS o PR con reglas de mezcladores Wong-Sandler (WS) RKS o PR con la función alfa de BostonMathias (BM) RKS Predictor (PRKS) Sánchez-Lacombe para polímeros Hayden-O`Connell. Benedict-Webb-Rubin (BWR)-LeeStarling- Schwartzentruber-Renon Modelos de coeficiente de actividad Electrolitos NRTL Flory-Huggins NRTL Uniquac Unifac Van Laar Wilson Margules Pitzer S O D A V Modelos especiales R E S CHOS RE DERE Brain K-10 Chao-Seader Grayson-Streed Kent-Eisenberg Aminas Tablas de vapor (Martínez et al, 2000) En general, las propiedades se calculan con ecuaciones de estado, modelos de coeficiente de actividad y modelos especiales. En la Tabla 2.1 se muestran algunos modelos de propiedades en cada una de esas categorías que pueden encontrarse en un simulador. Las ecuaciones de estado se aplican a fluidos normales (gases raros, nitrógeno, oxigeno, monóxido de carbono, hidrocarburos), CO2, H2S, H2 y a sustancias de baja polaridad aun a presiones altas, trabajan muy bien con componentes supercríticos. El uso de modelos de coeficientes de actividad en la fase líquida permite representar el comportamiento no ideal de mezclas (especies fuertemente polares, polímeros, electrolitos, componentes que forman enlaces de hidrogeno) a presiones bajas. Estos modelos solamente se aplican a la fase líquida, por ello, es necesario utilizar una ecuación de estado para representar la 51 fase vapor. En la industria del procesamiento de gas natural los métodos termodinámicos más empleados son las ecuaciones de Soave-Redlich-Kwong (SRK) y Peng Robinson (PR), por ser relativamente sencillas y aplicables en un amplio rango de presión y temperatura. (Van Wylen y Sonntag, 1997). Tabla 2.2. Paquete termodinámico recomendado. Tipo de Proceso Paquete Termodinámico recomendado Deshidratación de TEG PR S O D A Sour PR V R E S CHOS RE Acuoso ácido RE E D Procesamiento de gas criogénico PR, PRSV Separación de aire PR, PRSV Torres atmosféricas de crudo PR y sus variantes, Grayson Streed (GS) Torres a vacío PR y sus variantes, GS, Braun K10, Esso Torres de etileno Lee Kesler Plocker Sistemas con alto contenido deH2 PR, Zudkevitch-Joffee (ZJ), GS Reservorios PR y sus variantes Sistemas de vapour ASME Steam, Chao Seader, GS Inhibición de hidratos PR Productos químicos Modelos de actividad, PRSV Alquilación de HF PRSV, NRTL (ASPENTech, 2010) 52 Tabla 2.2. Continuación. Tipo de Proceso Paquete Termodinámico recomendado Hidrocarburos-agua (alta solubilidad del agua en HC) Separaciones de hidrocarburos Kabadi Danner Aromáticos Wilson, NRTL, UNIQUAC PR, SRK Hidrocarburos sustituidos (cloruro de PR, SRK vinilo, acrilonitrilo) Producción de éter (MTBE, ETBE, Wilson, NRTL, UNIQUAC ter-amil metil eter TAME) Plantas de etilbenceno / estireno PR, SRK o Wilson, NRTL, UNIQUAC (según la tecnología de producción) Producción de ácido tereftálico Wilson, NRTL, UNIQUAC S ADO V R E S E R CHOS DERE (ASPENTech, 2010) 53 2.4. Sistema de Variables Objetivo general: Proponer modificaciones en la planta de fraccionamiento de bajo grande que permitan la recuperación del hexano presente en la corriente de gasolina natural. Objetivo especifico Variable Subvariable Indicadores Características Composición molar de la de la corriente corriente de gasolina natural, Caracterizar la corriente de gasolina natural de la planta de Fraccionamiento E de la El hexano DER de Bajo Grande Realizar el levantamiento de las instalaciones en la planta de fraccionamiento. S ADO V R E S E R CHOS de gasolina corriente de gasolina natural de la planta de Fraccionamiento natural gravedad específica, RVP. Levantamiento Equipos existentes en las de las instalaciones. Disponibilidad. instalaciones. Condiciones de operación de algunos equipos. de Bajo Grande Flujo volumétrico gasolina natural. Promedio composición molar. Porcentaje de Establecer bases y criterios para la recuperación del hexano recuperación en cada torre. Bases y criterios Condiciones del sistema de de diseño refrigeración y medio de calentamiento. Criterios de diseño. Normas aplicadas. Caída de presión en las torres de fraccionamiento. Relación de reflujo. Caída de presión típicas de intercambiadores de calor. 54 Objetivo general: Proponer modificaciones en la planta de fraccionamiento de bajo grande que permitan la recuperación del hexano presente en la corriente de gasolina natural. Objetivo especifico Simular el proceso de recuperación de hexano de la corriente de Gasolina Natural. Proponer el proceso necesario para la recuperación de hexano en la planta de fraccionamiento de bajo grande. Variable El hexano de la corriente de gasolina natural de la planta de Fraccionamiento de Bajo Grande Subvariable Indicadores Simulación del sistema de recuperación Condiciones de entrada del sistema. Balance de materiales en cada equipo. Simulación del sistema. Equipos requeridos para realizar la recuperación de hexano. Diagrama de proceso. Condiciones de salida de productos. Requerimientos del proceso. S DERE ADO V R E S E R CHOS Propuesta del proceso de recuperación 55 CAPITULO III MARCO METODOLOGICO En este capítulo se presenta la metodología que permitió desarrollar el presente trabajo especial de grado. Se muestran aspectos como el tipo de investigación, las técnicas y procedimientos que fueron utilizados para llevar a cabo dicha investigación. S DERE ADO V R E S E R CHOS 3.1. Tipo de investigación Al momento de clasificar una investigación, se debe tomar en consideración el problema planteado y los objetivos a alcanzar. En este sentido, existen diferentes clasificaciones en atención a criterios establecidos por los autores investigadores del tema, tales como exploratoria, descriptiva, comparativa, explicativa y evaluativas. Existen otros tipos de estudios, y estos son proyectos factibles, proyectos especiales, e innovación tecnológica. (Finol y Camacho, 2006). Para Rodríguez y Pineda (2003), citado por Finol y Camacho (2006, p.59) indica: Los proyectos factibles constituyen propuestas para transformar una realidad al cubrir una necesidad o solucionar un problema, aportando el diseño o creación de un modelo; mas aun no solo modelos, pueden ser programas, estrategias entre otros. Parten de una fase diagnostica o de análisis situaciones para ir a una fase de prognosis. Esta investigación se considera un proyecto factible, debido a que dio solución a una necesidad de obtener hexano de la corriente de gasolina natural de la planta de fraccionamiento de bajo grande, donde esto satisface 56 la necesidad que posee el Ministerio del Poder Popular del Petróleo y Minería, de darle un valor agregado a la corriente de gas, por lo que minimizaran las importaciones al país de este producto. 3.2. Diseño de la investigación Para Arias (2006), “el diseño de investigación es la estrategia general que adopta el investigador para responder al problema planteado. En atención al S ADO V R E S E R CHOS diseño la investigación se clasifica en: documental, de campo y experimental”. DERE (p.26) El diseño de la investigación deberá describirse sistemáticamente, detallando el porqué de ello, y como se trabajaran las variables en estudio En función del tipo de datos a ser recogidos para llevar a cabo una investigación es posible que se forjen dentro de un grupo de modalidades generales de estudios que se justifiquen por los avances del conocimiento y la investigación, o por las especificidades de los diseños; en los que se tienen la investigación de campo, investigación documental. (Norma FEDUPEL, 2006). Según Arias (2006, p. 31) la investigación de campo expresa lo siguiente: La investigación de campo es aquella que consiste en la recolección de datos directamente de los sujetos investigados o de la realidad donde ocurren los hechos, sin manipular o controlar variable alguna, es decir, el investigado obtiene la información pero no altera las condiciones existentes. Para Arias (1999), “la investigación documental es aquella que tiene como propósito la revisión de fuentes documentales recolectando, evaluando, verificando y sintetizando evidencias de lo que se investiga; con el fin de 57 establecer conclusiones relacionadas con los objetivos de la investigación”. (p. 40). Esta investigación es documental por que se soporto en publicaciones de revistas, manuales de diseño, manuales de operación de la planta, libros y publicaciones en internet referente al tema, así como trabajos de grado, todo esto para obtener la información, sobre criterios y operación de equipos, el cual permitirá el desarrollo del diseño para el sistema de recuperación de hexano. Es de campo porque se realizo en el sitio donde se encuentra el objeto de S ADO V R E S E R CHOS estudio, y de esta manera se pudo recolectar la serie de datos, lo cual permitirá DERE visualizar las verdaderas condiciones en las que se encuentra la planta, de esta manera se obtuvieron los datos primarios, los cuales son esenciales para el cumplimiento de los objetivos planteados. 3.3. Técnicas de recolección de datos Se refiere al uso de gran diversidad de técnicas y herramientas que pueden ser utilizadas por el analista e investigador, para desarrollar los sistemas de información, los cuales pueden ser la entrevista, la encuesta, el cuestionario, la observación y la revisión bibliográfica. Todos estos instrumentos se aplicaron en un momento en particular, con la finalidad de buscar información que sería útil a una investigación común. 58 3.3.1. Revisión bibliográfica Según Arias (2006) es una etapa ineludible en todo proceso investigativo, a través de la cual obtendremos las fuentes y los datos necesarios para abordar el problema planteado. Se hicieron revisiones de material bibliográfico referente con el proyecto que se desarrollo, utilizando como apoyo manuales, normativas de la empresa, entre otros, con la finalidad de tener una base teórica más amplia y completa. De S igual manera se realizó una revisión detallada de normativas venezolanas vigente ADO V R E S E R CHOS relacionada en materia de diseño de procesos, seguridad, y ambiente, entre las DERE cuales se mencionan: Memoria Descriptiva de Bajo Grande. Manual de Diseño de Procesos PDVSA. Descripción de Procesos de la Planta de Fraccionamiento de Bajo Grande. Libro “Simulación de Procesos en Ingeniería Química”. 3.3.2. Entrevista no- estructurada Según Arias (2006, p.74) define la entrevista no estructurada: Esta modalidad no se dispone de una guía de preguntas elaboradas previamente. Sin embargo, se orienta por unos objetivos preestablecidos, lo que permite definir el tema de la entrevista. Es por eso que el entrevistador debe poseer una gran habilidad para formular las interrogantes sin perder la coherencia. Estas entrevistas fueron formuladas y realizada, al supervisor de la planta, supervisores de turno y los operarios inmediatos de esta área de la planta que se 59 consideran necesario para contribuir y dar información para el desarrollo del proyecto, con el fin de conocer las actividades desempeñadas en la ejecución de cada uno de los procedimientos, equipos, herramientas empleadas, fallas, todo esto para conocer a fondo el proceso que se realiza en la planta de fraccionamiento de bajo grande. Dichas entrevistas no constan de un cuestionario formal, solo se formularon una serie de preguntas abiertas con respuestas delimitadas, consideradas necesarias para adquirir la información real requerida. S ADO V R E S E R CHOS 3.3.3. Observación directa DERE Según Arias (2006). “es una técnica que consiste en visualizar o captar mediante la vista, en forma sistemática, cualquier hecho, fenómeno o situación que se produzca en la naturaleza o en la sociedad, en función de unos objetivos de investigación preestablecidos”. (p.69) Se efectuaron varias visitas al área de estudio, con la finalidad de observar y conocer los procedimientos que se manejan en la planta de fraccionamiento de bajo grande, y de qué manera se llevan los diversos procesos que se realizan. Con base en lo observado esta actividad nos permitió conocer e instruirnos de manera eficiente en todo lo referente al funcionamiento, mantenimiento, y operaciones asociadas a la plataforma en estudio. Así mismo esta técnica consistió en identificar los equipos y las condiciones en que opera la planta; donde se anexaron las fotografías y el análisis preciso en el desarrollo del proyecto. 60 3.3.4. Observación indirecta Según Risquez (1999) “es aquella que se utiliza para obtener testimonios orales o escritos por parte de personas que han tenido contacto directo con la muestra” (p.56) Esta técnica, se aplico a lo largo de la investigación, ya que se recolecto la información necesaria para el cumplimiento de los objetivos, mediante los testimonios, de los operadores de la planta, ya que estos conocen a fondo el S ADO V R E S E R CHOS proceso que se lleva a cabo, así como los equipos presente y el estado que se DERE encontraban. Además mediante análisis que se realizaron a la corriente de gasolina natural, durante los últimos diez años, se observo el comportamiento de las composiciones en esta corriente, así como las condiciones operacionales, donde esta información fue suministrada por el personal que labora en las instalaciones de bajo grande, la cual tuvo contacto directo con la muestra. 3.4. Instrumento de recolección de datos Seguidamente, el termino instrumento es definido por Arias (1999) como: “cualquier recurso, dispositivo o formato (en papel o digital) que se utiliza para recoger y almacenar la información. Ejemplo: fichas, formatos de cuestionario, guías de entrevista, lista de cotejo, grabadores, escalas de actitudes u opinión (tipo likert), etc.”. (p.53) Los instrumentos están en correspondencia con las técnicas, y la selección de las técnicas a utilizar en una investigación está relacionada con el tipo de indicios que permiten captar el evento de estudio. Por otro lado Bernal (2000), dice que los instrumentos de recolección de datos, son aquellos con los cuales el investigador cuenta para plasmar los 61 resultados obtenidos, experimentos y experiencias sin ser modificados por el mismo, así como también para obtener información vía verbal o escrita con especialistas del tema a tratar. A continuación se presenta la Tabla 3.1, la cual corresponde a las propiedades que presenta la corriente. Estas propiedades a mostrar son la temperatura, flujo, presión, gravedad especifica, presion de vapor (P.V), y gravedad (A.P.I.) Estos datos fueron fundamentales para proceder con la simulación del proceso y la obtención de resultados. S O D A V R E S E de gasolina natural Tabla 3.1. Propiedades la corriente Sde R O H C E R E D Flujo Presión Temperatura Gravedad A.P.I PROPIEDADES DE LA CORRIENTE (barr/d) (°F) (psi) Especifica P.V. RVP La Tabla 3.2. muestra la composición molar de la corriente de gasolina natural. Los compuestos presente en la corriente, son metano, dióxido de carbono, etano, propano, butanos, pentanos, hexanos, heptano y otros compuestos pesados. Esta información fue fundamental al momento de simular el proceso. Tabla 3.2. Composición (%mol) de la corriente de gasolina natural. Composición ( % mol) C1 CO2 C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 iC6 nC6 C7+ 62 Las Tablas 3.3; 3.4; 3.5, se encuentran los equipos que están presente en la planta, esta tabla se utilizo al momento de realizar el levantamiento de información de las instalaciones de bajo grande, evaluando las siguientes condiciones de los equipos: en la segunda columna si estos están fuera de servicio y en la tercera columna si esta en servicio. Tabla 3.3. Equipos presentes en el sistema de refrigeración de la planta de fraccionamiento Bajo Grande S Estado O D A V R E S S CHOS RE F.S LISTA DE EQUIPOS Compresores de Refrigeración RE DEK-301 A K-301 B K-301 C K-301 D Condensador C-303 Separadores de succión V-309 V-308 V-307 Enfriadores primarios E-316 E-318 E-305 E-307 E-317 E-308 E-306 Enfriadores de vapores de propano refrigerante E-309 E-310 *F.S: Fuera de Servicio; S: En servicio 63 Tabla 3.4. Equipos presentes en el sistema de aceite caliente de la planta de fraccionamiento Bajo Grande LISTA DE EQUIPOS Estado Tanque acumuladores F.S S S-302 S-303 Bombas P-304 A P-304 B S ADO V R E S E R CHOS REA DEP-310 P-310 B Rehervidores E-302 E-303 A E-303 E-304 E-312 A E-312 B E-315 Hornos M-302 A M-302 B M-302 C * F.S: Fuera de Servicio; S: En servicio. 64 Tabla 3.5. Equipos presentes en el área de fraccionamiento de la planta de Bajo Grande LISTA DE EQUIPOS Sistema despropanizador Estado F.S S E-301 A E-301 B V-314 A S ADO V R E S E R CHOS V-314 B ERE DV-301 C-301 V-302 Sistema desbutanizador V-303 C-302 V-304 Sistema des-isobutanizador E-314 A E-314 B V-317 C-305 V-318 *F.S: Fuera de Servicio; S: En servicio. 65 3.5. Fases de la investigación A continuación se presenta de forma organizada las fases y el procedimiento utilizado para desarrollar el objetivo establecido en esta investigación entre las que están: 3.5.1. Fase I: Caracterización de la corriente de gasolina natural de la planta de fraccionamiento de bajo grande S O D A V R E S Se realizo la caracterización S deRlaEcorriente de gasolina natural, para O H C E R E Dcomposiciones de los distintos compuestos presentes en esta determinar las corriente. La caracterización se ejecuto en el Laboratorio de control de calidad de los productos de Bajo Grande, con la colaboración del Supervisor de Laboratorio José Manzanilla. Un análisis cromatografico, es un método de separación de los diferentes componentes de una muestra, este logra la disociación de los mismos a través del paso de una muestra por una fase estacionaria con la ayuda de la fase móvil. Se tomo una muestra de gasolina natural del tanque TK- S- 503, utilizando como recipiente un envase de vidrio, y se realizo el análisis; se utilizo un cromatografo de gas HP 6890 Series GC (sistem), mediante un software integrado en el equipo, se establecieron los parámetros para realizar el análisis cromatografico a la gasolina natural, la muestra se inyecta al equipo y pasa mediante las columnas que posee el cromatografo, (model N° Hp 19095P-M25, 200°C max), adicional a esto se inyecta el gas de arrastre (hidrogeno), para que los compuestos que se encuentra en la solución pasen por estas columnas, y mediante los distintos gradientes de temperatura se separen. 66 Los métodos que se utilizaron se rigen mediante la normativa de ASTM, estos fueron para determinar la composición molar de la corriente de gasolina natural así como la gravedad específica y la presión de vapor de la corriente 1. ASTM D5443 - 04(2009)e1 Standard Test Method for Paraffin, Naphthene, and Aromatic Hydrocarbon Type Analysis in Petroleum Distillates Through 200°C by Multi-Dimensional Gas Chromatography. Método de prueba estándar para la parafina, nafténico, aromático y Análisis de Tipo de Hidrocarburos en Destilados de petróleo a través de 200 ° C en un Multi- 2. S ADO V R E S E R CHOS Dimensional cromatografía de gases. E R E D ASTM D-1298 “Standard practice for density, relative density (specific gravity), or API gravity of crude, petroleum and liquid petroleum products by hidrometer method”. Método de prueba estándar para densidad relativa (gravedad específica) o gravedad API de petróleo crudo y productos líquidos de petróleo, por el método del hidrómetro. 3. ASTM D-323 “Standard test method for vapor pressure of petroleum products (reid method). Método de prueba estándar para presión de vapor de productos de petróleo (método reid). 4. Norma COVENIN 950-87 Para determinar la gravedad especifica de la corriente, la muestra se refrigera mediante 15 min, para que la temperatura disminuya, luego de esto se vierte en un cilindro y se introduce un termómetro y un densímetro, este se encarga de medir la densidad relativa, se toman los datos del densímetro y la temperatura que se encuentra la muestra, con estos se va a las tablas oficiales de 67 corrección y se determina la gravedad especifica. La gravedad API se determinar utilizando el método COVENIN 1143-80 (ASTM D-1298) Para mezclas de hidrocarburos, tales como las gasolinas, la presión de vapor depende de la relación vapor / líquido en el recipiente, y también de la temperatura. La presión de vapor de la gasolina, cuando se mide a 100 ºF en una bomba que tiene una relación 4/1 de aire a líquido, se conoce con el nombre de presión de vapor Reid (R.V.P.) S ADO V R E S E R CHOS Para conocer el R.V.P, o presión de vapor Reid, se toma una muestra de gasolina natural refrigerada, y se introduce 200ml en un cilindro de acero DERE inoxidable, donde este se coloca en el equipo de marca Herzog (Walter herzog GmbH reid semi automat) el cual mide la presión de vapor del fluido. 3.5.2. Fase II: Levantamiento de las instalaciones en la planta de fraccionamiento Se realizaron lecturas a los manuales de proceso y operación de la planta de fraccionamiento de bajo grande, contando con la colaboración del personal que labora en las instalaciones de la planta (operadores, panelista, ingenieros) para la realización del levantamiento de las instalaciones, así como aportes desde el punto de vista técnico y operacional, de esta manera se logro obtener un conocimiento mas amplio del funcionamiento de la planta y los distintos equipos presentes. Para observar las condiciones se procedió a visitar el área de fraccionamiento en compañía del operador de turno, y tomando las medidas de seguridad aplicables. Se pudo observar el proceso que se lleva acabo así como 68 los equipos que se encuentran presente, evaluando las condiciones, y disponibilidad de los mismos. Por otra parte se revisaron las data sheet de los equipos existentes ya que se necesitaban datos puntuales de estos, como temperaturas, presiones, y medios de enfriamiento y/o calentamiento, para posterior análisis y estudio. 4.5.3. Fase III: Bases y criterios de diseño para la recuperación del hexano S O D A V R E S E realizo una revisión bibliográfica, de S Rse O condicionaron el desarrollo del proyecto, H C E R E D Para el establecimiento de las bases y criterios de diseño que los manuales de diseño de proceso de PDVSA MDP-04-CF-03, para el diseño de torre de fraccionamiento, PDVSA MDP-05-E-01, principios basicos para los intercambiadores de calor, entre otras normas, ademas la descripción del proceso en el área de fraccionamiento de bajo grande, asimismo estudios realizados para obtener hexano, mediante fraccionamiento, todo esto con el fin de determinar los requerimientos para el proceso. Para las bases se tomo en cuenta las exigencias del cliente como la cantidad de flujo que manejaría el sistema, la composición de la corriente, el porcentaje de recuperación, servicios industriales y la disposición del producto final. Se establecieron los criterios de diseño mediante los códigos y normas que se aplican al momento de diseñar un proceso, la relación de reflujo, y las caídas de presiones de los equipos. 3.5.4. Fase IV: Simulación del proceso de recuperación de hexano de la corriente de gasolina natural 69 Se utilizó el simulador de procesos Aspen HYSYS, el cual es muy efectivo al momento de modelar procesos químicos. Este programa fue de gran utilidad ya que nos proporcionó una previa visualización del proceso para la recuperación de hexano, con las condiciones de los equipos requeridos mostrando temperaturas, presiones, flujos, composiciones, densidades, entre otras. Al momento de simular el proceso de recuperación de hexano y realizar la propuesta correspondiente, se debió efectuar dos simulaciones. S O D A V R E S E la función de precalentador de la natural del intercambiador E-301B, SqueRcumple O H C E R E D alimentación a la torre despropanizadora en la planta de fraccionamiento. Caso 1: tomando como punto de entrada del sistema la salida de gasolina Caso 2: la entrada del sistema, es la salida del rehervidor E-304 que cumple la función de calentar el fondo de la torre desbutanizadora. Para cada caso existen condiciones distintas, tanto de presión y temperatura como de composiciones, pero se realizó el mismo procedimiento al momento de simular, por lo que es válido para ambos casos. Para la simulación fue necesario realizar un balance de componentes por cada torre simulada, esto con el objetivo de encontrar la composición del componente clave liviano en el fondo y la composición del componente pesado en el tope de las torres. Para realizar el balance se necesitó como dato, la composición molar de entrada al sistema, el flujo molar de la gasolina natural, porcentaje de recuperación y composición máxima del componente clave pesado en el tope de las torres. Con la finalidad de simular el sistema, se vio la necesidad de ampliar los conocimientos sobre el manejo del simulador Aspen HYSYS mediante la búsqueda de manuales y tutoriales referentes a la simulación. Para la realización de la simulación se utilizó el siguiente procedimiento: 70 1. Se inició el simulador, se creó y abrió un archivo nuevo donde se colocó el nombre de la simulación. 2. Luego se ingresaron los componentes generales involucrados en la simulación. 3. Se seleccionó el paquete termodinámico a utilizar en la simulación del proceso, el que se adapto a las condiciones del sistema fue la ecuación de Peng Robinson (PR), esto por ser componentes no polares. 4. Luego de la selección de los componentes y el paquete termodinámico se 5. S ADO V R E S E R CHOS ingresa a la pantalla de simulación. RE E D Se creó la corriente de entrada al sistema. Se ingresaron los datos de composición, temperatura, presión y flujo volumétrico. 6. Seguidamente se seleccionaron los equipos involucrados en el proceso dentro de la simulación, para el caso 1, tres equipos. 7. Se realizó la conexión entre equipos por medio de líneas que representaran las líneas de proceso del sistema, es decir el paso que tomara la corriente. 8. Al primer equipo del sistema de recuperación se le ingresó la caída de presión y la condición de salida del fluido. 9. Al segundo equipo del sistema de recuperación se le ingresa la composición del componente clave liviano en el fondo y la composición del componente pesado en el tope de las torre. 10. Se procede a realizar distintas interacciones para determinar la presión de operación de la torre, asumiendo como presión inicial, presión atmosférica. 11. Se verifica la temperatura de salida del condensador en el tope, esto con la ayuda de los deltas de temperatura de los distintos fluidos de enfriamiento. 71 12. Luego de haber obtenido la presión óptima de operación de la torre se procede a calcular la relación de reflujo. 13. Se realizaron idénticamente los pasos del 9 al 12 para el tercer equipo del caso 1. 14. Por último se procede a correr la simulación. 15. Seguidamente se realizo el caso 2. Se seleccionaron los equipos involucrados en el proceso dentro de la simulación, dos equipos. S O D A V R E S E el paso que tomara la corriente, S esRdecir las líneas de procesoEdel sistema, O H C R E D identificando cada conexión. 16. Se realizó la conexión entre equipos por medio de líneas que representaran 17. Al primer equipo del sistema de recuperación se le ingresa la composición del componente clave liviano en el fondo y la composición del componente pesado en el tope de las torre. 18. Se procede a realizar distintas interacciones para obtener la presión de operación de la torre, asumiendo como presión inicial, presión atmosférica. 19. Se verifica la temperatura de salida del condensador en el tope, esto con la ayuda de los deltas de temperatura de los distintos fluidos de enfriamiento. 20. Luego de haber obtenido la presión óptima de operación de la torre se procede a calcular la relación de reflujo. 21. Se realizaron idénticamente los pasos del 17 al 20 para el segundo equipo del caso 2. 22. Por último se procede a correr la simulación. 72 3.5.5. Fase V: Propuesta del proceso necesario para la recuperación de hexano en la planta de fraccionamiento de bajo grande Al momento de la selección del proceso que se adapto mejor al funcionamiento de la planta, se evaluó las distintas posibilidades y los arreglos que se debían efectuar, para poder realizar la recuperación del hexano. Se tomo en cuenta, las disponibilidad de los equipos presentes, así como las capacidades de este para realizar el proceso, adicional a esto, se evaluó los servicios industriales en la planta es decir las capacidades que poseía el sistema de refrigeración como S ADO V R E S E R OS caloríficas del nuevo ECHa implantar. DERproceso el sistema de aceite caliente, tomando en cuenta si cubre las necesidades Asimismo se analizo las condiciones de salida de los productos y los equipos requeridos para realizar la recuperación, es importante acotar que al momento de realizar propuesta para la recuperación de hexano, se estudio los requerimientos del proceso, y si estos se adaptaban de la mejor manera al funcionamiento de la planta, es decir que no afectaran directamente el proceso que se lleva a cabo. Adicional a esto se realizo el diagrama de proceso, donde se identifico los equipos principales presentes para realizar la recuperación de hexano de la corriente de gasolina natural, así como las líneas del proceso, indicando las condiciones de operación y el balance de materiales respectivo. 73 CAPITULO IV ANÁLISIS DE RESULTADOS A continuación se presentan los resultados obtenidos en el trabajo de investigación, los cuales se mostraran acorde a las fases de investigación definidas. S O D A V R E S RE de gasolina natural de la planta de 4.1. Fase I: Caracterización deO la S corriente H C E R E D fraccionamiento de bajo grande Se realizó la caracterización de la corriente de gasolina natural, para observar la composición de hexano que se encuentra presente, ya que este es el producto de mayor interés para la investigación. Luego de realizar el análisis cromatografico, y determinar los distintos compuestos que se encuentran en la muestra de gasolina natural, se utilizó la siguiente Tabla 4.1. para reportar los resultados. Tabla 4.1. Caracterización de la corriente de gasolina natural. Corriente de Gasolina Natural TK-S-503 Composición ( % mol) C1 CO2 - - C2 - C3 iC4 nC4 0.14 0.47 1.71 iC5 nC5 iC6 30.08 31.43 15.05 nC6 C7+ 8.77 12.34 74 Como se puede observar en la tabla, la muestra de gasolina natural, no contiene, metano, dióxido de carbono, ni etano, ya que son compuestos sumamente volátiles, y se encuentra almacenado en un tanque atmosférico. Además es importante mencionar que se encuentra iso-hexano con una composición molar de 15.05 %, y n-hexano de 8.77 %, lo que representa que existe este compuesto en la mezcla y con un porcentaje significativo, por lo cual se puede extraer, y ser utilizado en los distintos procesos que requieran este producto. Adicional a esto al momento del análisis, se determinaron las condiciones S ADO V R E S E R CHOS en que se encuentra la gasolina natural. DERE Tabla 4.2. Propiedades de la corriente de gasolina natural. PROPIEDADES DE LA CORRIENTE Presión (psi) Temperatura (F) Gravedad Especifica A.P.I P.V. RVP (psig) 14.7 90 0.662 82.2 13 4.2. Fase II: Levantamiento de las instalaciones en la planta de fraccionamiento Se realizó el levantamiento de información en la planta, donde se utilizó las siguientes tablas, para verificar la disponibilidad de los equipos, asimismo si estos se encontraban en servicio o fuera de servicio. Todo esto se realizó para conocer a fondo el proceso que se lleva a cabo en la planta de fraccionamiento de bajo grande, así como los equipos que están presente y su funcionamiento. 75 Al momento de realizar el levantamiento, se determino que la planta no se encuentra operando, solo el sistema de enfriamiento, y el área 500 donde se almacenan los distintos productos que llegan por medio de buques. En la Tabla 4.3. se observan los equipos que están presentes en el sistema de refrigeración de la planta de fraccionamiento de bajo grande, y de esta manera la selección, entre los ítems, los cuales son en servicio (S) y fuera de servicio (F.S). Tabla 4.3. Equipos presente en el sistema de refrigeración. S O D A V Estado R E S CHOS RE LISTA DE EQUIPOS Compresores de Refrigeración F.S K-301 A X K-301 B K-301 C K-301 D X DERE S X X Condensador C-303 V-309 V-308 V-307 X Separadores de succión X X Enfriadores primarios E-316 X E-318 X E-305 X E-307 X E-317 X E-308 X E-306 X Enfriadores de vapores de propano refrigerante E-309 E-310 X X X 76 En la Tabla 4.4. se muestran los equipos presentes en el sistema de aceite caliente, este sistema permite el calentamiento del fluido que pasa por los distintos rehervidores de las torres de fraccionamiento. En esta tabla se evalúa si estos se encuentran en servicio o no. Tabla 4.4. Equipos presente en el sistema de calentamiento. LISTA DE EQUIPOS Estado Tanque acumuladores F.S S-302 X S S D ADO V R E S E R ERECHOSBombas S-303 X P-304 A X P-304 B X P-310 A X P-310 B X Rehervidores E-302 X E-303 A X E-303 X E-304 X E-312 A X E-312 B X E-315 X Hornos M-302 A X M-302 B X M-302 C X 77 En la Tabla 4.5. se muestran los equipos presentes en el área de fraccionamiento de la planta y se evalúan los estados de estos. Tabla 4.5. Equipos presentes en el área de fraccionamiento. LISTA DE EQUIPOS Estado Sistema despropanizador F.S E-301 A X E-301 B X V-314 A X V-314 B S S O X RVAD E S E R CHOS RE DE V-301 X C-301 X V-302 X Sistema desbutanizador V-303 X C-302 X V-304 X Sistema des-isobutanizador E-314 A X E-314 B X V-317 X C-305 X V-318 X 78 La mayoría de los equipos presentes en planta, se encuentran disponibles. Como se dijo anteriormente la planta de fraccionamiento bajo grande, no se encuentra operativa, por lo que estos equipos están fuera de servicio. Es importante mencionar que solo está en funcionamiento una parte del sistema de refrigeración, específicamente los equipos K-301 C, E-309 E-310 y V-308, ya que se encargan de acondicionar los productos que llegan mediante los buques y serán utilizados para la distribución local. S ADO V R E S E R CHOS 4.3. Fase III: Bases y criterios de diseño para la recuperación del hexano. DERE 4.3.1. Bases de diseño El sistema de recuperación de hexano consta de dos torres de fraccionamiento para un caudal de diseño de 5538 BPD de gasolina natural. El porcentaje de recuperación de pentano en la primera torre de fraccionamiento se estableció como 99% y la composición máxima de 1% de n-hexano en el tope, mientras que el porcentaje de recuperación de hexano en la segunda torre de fraccionamiento fue fijado como 99% y la composición máxima de 1% de C7+ en el tope. La composición molar de entrada al sistema es un promedio aritmético de la data histórica (con su respectiva desviación estándar), mostrada en la Tabla 4.6 y 4.7, basado en un promedio anual de la composición de la corriente de gasolina natural entre el año 2002 - 2010, para dos puntos distintos de muestra, fondo de la torre V-303 y el tanque S-503, obtenida en las instalaciones de la Planta de Fraccionamiento Bajo Grande. 79 Tabla 4.6. Promedio composición molar en el fondo de la torre V-303. REPORTE PROMEDIO ANUAL DE LA COMPOSICION (% MOL) EN EL FONDO V-303 Año 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 PROMEDIO DESV. C3 0,010 IC4 0,020 NC 1,700 4 IC5 31,94 NC 32,75 5 IC6 14,25 NC 8,410 6 C7+ 10,930 0,070 0,020 0,010 0,030 0,027 100 0,010 0,680 0,660 0,650 0,390 0,330 0,350 0,260 0,650 0,630 0,435 35,04 31,49 34,45 38,90 40,06 38,38 35,71 38,71 36,076 3,124 33,65 33,44 34,65 35,50 35,59 35,86 34,97 34,66 34,563 1,071 13,37 14,57 13,76 11,970 11,290 12,640 12,870 11,750 12,941 1,140 S7,160 7,020 A6,240 O D V R E S RE6,800 9,170 7,990 8,672 S 6,710 O 9,620 11,320 8,700 6,810 H C E R E D 100 100 100 100 100 100 100 100 100 7,640 8,510 7,790 6,430 6,020 6,380 0,957 1,752 Tabla 4.7. Promedio composición molar en el tanque S-503. REPORTE PROMEDIO ANUAL DE LA COMPOSICION (% MOL) EN EL TANQUE S-503 Año 2002 2003 2004 2005 2006 2007 C3 IC4 2008 2009 0,010 0,020 2010 Promedio Desv. 0,395 0,166 0,272 0,070 0,020 0,683 0,198 0,324 NC4 1,700 0,680 0,660 0,650 0,390 0,330 0,350 0,260 2,154 0,797 0,669 IC5 31,94 35,04 31,490 34,45 38,90 40,06 37,38 35,71 29,74 34,968 3,474 NC5 32,75 33,65 33,440 34,65 35,50 35,59 35,86 33,97 29,86 33,919 1,861 IC6 14,25 13,37 14,570 13,76 11,97 11,29 11,64 12,87 14,54 13,141 1,265 NC6 8,410 7,640 8,510 7,790 6,430 6,020 6,380 7,020 8,511 7,412 0,983 C7+ 10,93 9,620 11,320 8,700 6,810 6,710 6,800 9,170 14,10 9,351 2,485 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Se puede observar en las Tablas 4.6 y 4.7 que la composición de hexano (nC6 e iC6) se mantiene dentro de un rango considerablemente pequeño. Los compuestos en donde se nota mayor desviación dentro de los valores de composición son los más livianos C3 e iC4, pero su valor es tan pequeño que podría decirse que su composición es despreciable dentro de la mezcla. 80 Para definir los servicios industriales como medio de enfriamiento y medio de calentamiento, presentes en la planta de fraccionamiento bajo grande se muestra a continuación, en la Tabla 4.8, algunas condiciones de diseño de equipos en la planta. Tabla 4.8. Condiciones de algunos equipos presentes en planta. Equipo INTERCAMBIADOR E- 304 Tubo Aceite Caliente Descripción Entrada: 400 ºF Salida 300 ºF Presión: 50 psig Entrada: 223 ºF Temperatura: Salida: 233 ºF Presión: 80 psig Entrada: 95 ºF Temperatura: Salida: 110 ºF Presión: 270 psig Entrada: 130 ºF Temperatura: Salida: 119 ºF Presión: 270 psig Entrada: 120 ºF Temperatura: Salida 75 ºF Presión : 290 psig Entrada: 70 ºF Temperatura: Salida: 70 ºF Presión: 116 psig Temperatura: S ADO V R E S E R CHOS DERE Carcasa Gasolina Aire CONDENSADOR C-301 Propano Tubo Propano Producto INTERCAMBIADOR E- 305 Carcasa Propano Refrigerante (Memoria Descriptiva PFBG; 2001). Tomando en consideración lo revisado en los manuales de diseño se puede decir que la planta cuenta con: medio de enfriamiento, aire a 95ºF y 0 psig, con ∆T=15ºF; medio de refrigeración, propano a 69ºF y 116 psig, con ∆T=4ºF y medio de calentamiento, aceite a 400ºF y 80 psig. No existen otros medios de enfriamiento ni calentamiento, como puede ser agua y vapor. 81 4.3.2. Criterios de diseño Códigos y normas aplicables Tabla 4.9. Normas aplicadas. Norma Titulo Edición PDVSA Mº LTP 1.1 Preparación de diagramas de procesos. Revisión Mayo 1994 PDVSA MDP–04– CF–03 Metodología general de cálculo. Torres de fraccionamiento Aprobada Noviembre 1996 PDVSA MDP–05– E–01 Principios básicos. Intercambiadores de calor. Aprobada Julio 1995 E–03 enfriadores por aire 1995 S O D A V R E S S RE O H PDVSA MDP–05– Procedimientos de diseño para Aprobada Agosto C E R E D Los criterios utilizados y que fueron extraídos de las normas mencionadas fueron los siguientes: Normalmente se permite una caída de presión de 4 a 10 psi a través de la columna, basado en 0.2 psi de caída de presión por plato. La relación de reflujo está comprendida entre 1 y 3. Caída de presión típicas de intercambiadores de calor: Tabla 4.10. Caída de presión típicas. Intercambiadores de carcasa y tubos, doble tubo y enfriadores de Aire Gases y vapores (Alta presión) Gases y vapores (baja presión) Gases y vapores (presión atmosférica) Vapores (vacío) 5-10 psi 2-5 psi 0.5-2 psi <0.5 psi 82 4.4. Fase IV: Simulación del proceso de recuperación de hexano de la corriente de gasolina natural A continuación se presentan los datos solicitados por el simulador HYSYS 3.2 y los resultados arrojados por este, para los distintos casos desarrollados: 4.4.1. Caso 1: Entrada al sistema de recuperación: Salida del intercambiador E-301B Datos solicitados por el simulador: Tabla 4.11. Datos del simulador. Nombre S O D A V R E Unidades S CHOS RE DERE Datos Paquete termodinámico Peng-Robinson --- Flujo volumétrico 5538 Barriles por día Presión 75 Psig Temperatura 105 ºF Composición Condición de reflujo Caída de presión en las torre Caída de presión en intercambiadores Ver Tabla 4.7 2 --- 48.2 kPa 48.2 kPa Componente liviano en el Ver Tabla 4.12. Balance de materiales torre fondo (despentanizadora) despentanizadora Componente pesado en el tope (despentanizadora) Componente liviano en el Ver Tabla 4.13. Balance de materiales torre fondo (deshexanizadora) deshexanizadora Componente pesado en el tope (deshexanizadora) 83 Tabla 4.12. Balance de materiales torre despentanizadora. Alimentación Fracción Componentes molar Propano 0,0013 i-Butano 0,0025 n-Butano 0,0132 i-Pentano 0,3144 n-Pentano 0,3088 i-Hexano 0,0843 n-Hexano 0,1414 Heptano + 0,1341 Total 1 # moles 0,8056 1,5960 8,4718 201,5588 197,9672 54,0760 90,6643 85,9605 641,1 Tope Fracción # moles molar 0,8056 0,00197 1,5960 0,00390 8,4718 0,02072 201,5588 0,49286 195,9875 0,47923 0,54076 0,00132 Fondo Fracción # moles molar 1,97967 53,53519 90,66434 85,96046 232,1396 S 1 ADO V R E S E R CHOS DERE 408,96 0,00853 0,23062 0,39056 0,37030 1 Tabla 4.13. Balance de materiales torre deshexanizadora Alimentación Fracción Componentes molar i-Pentano 0,0005 n-Pentano 0,0085 i-Hexano 0,3881 n-Hexano 0,2328 Heptano + 0,3701 Total 1 # moles 0,105648 1,981677 90,14813 54,08169 85,98284 232,3 Tope Fracción # moles molar 0,1056 0,00072 1,9816 0,01351 90,1481 0,61477 53,5408 0,3651 0,8598 0,0058 146,636 1 Fondo Fracción # moles molar 0,5408 85,123 85,663 0,0063 0,9936 1 Los datos que se encuentran sombreados en las Tablas 4.12 y 4.13 indican que esos fueron los valores que se introdujeron en el simulador para la categoría de componente liviano en el fondo y componente pesado en el tope. Para la torre despentanizadora en el caso 1, el componente liviano en el fondo es n-pentano con una composición de 0,00853 y el componente pesado en el tope es el i-hexano con composición de 0,00132. Mientras que para la torre deshexanizadora el componente liviano en el fondo es n-hexano con una 84 composición de 0,0063 y el componente pesado en el tope es el heptano con composición de 0,0058. Se presenta en la Figura 4.1. el arreglo realizado en el simulador HYSYS 3.2 que muestra la posición de los equipos básicos necesarios para levar a cabo el proceso planteado con las condiciones del caso 1. S ADO V R E S E R CHOS DERE Figura 4.1. Simulación HYSYS 3.2 caso 1. Los resultados obtenidos en la simulación se muestran a continuación en la Tabla 4.14. con sus respectivas unidades. 85 Tabla 4.14. Resultados de la simulación caso 1 Parámetros Presión de tope Presión de fondo Temperatura de tope Temperatura de fondo Flujo de alimentación: Volumétrico Másico Molar Densidad de la alimentación Peso molecular alimentación Temperatura alimentación Presión alimentación Condición térmica alimentación Flujo de productos 1 (tope) Volumétrico Másico Molar Flujo de productos 2 (Fondo) Volumétrico Másico Molar Porcentaje recuperación Unidades Calentador Despentanizador a Deshexanizadora kPa --- 158.6 101.4 kPa --- 206.8 149.6 ºC --- 43.63 62.67 ºC --- 105.3 188.3 S 15.40 O D 36.69 A V R E S 1.124x10 CHOS RE 2.455x10 m3/hora kg/h kgmol/h 36.69 2.455x104 290.8 290.8 105.3 kg/m3 650.6 8.560 (mezcla) 650.7 kg/kgmol 84.43 84.43 (mezcla) 106.7 ºC 40.56 108.8 105.3 kPa 618.4 570.2 206.8 Líquido 10% vapor Líquido m3/hora kg/h kgmol/h ------- 21.28 1.31x104 185.5 8.485 5720 66.28 m3/hora kg/h kgmol/h ------- 15.40 1.124x104 105.3 6.917 5522 39.07 --- 99% 99% --- 2 2 DERE Razón de reflujo 4 4 86 Tabla 4.14. Continuación. Parámetros Unidades Calentador Deshexanizadora Calor condensador Despentanizador a kJ/h --- -15.8 -2.2 kJ/h 4.11 12.8 2.7 kPa 48.2 --- --- 25 4 Calor rehervidor Caída de presión precalentador Numero de platos reales Numero de platos teóricos Plato de alimentación real --- S DERE ADO V R E S E R CHOS --- 16 --- 16 10 5 En la Tabla 4.14, se presenta en detalle los principales resultados extraídos de la simulación de un calentador de la alimentación, una torre despentanizadora y una unidad deshexanizadora, para el caso 1.Como resultado de este caso se tiene que se necesita una calentador para elevar la temperatura de la corriente de gasolina natural que sale del intercambiador E-301 B, luego de cumplir con la función de precalentar la alimentación a la torre despropanizadora. El calor necesario para elevar la temperatura desde 40.56 ºC hasta 108.8ºC donde se alcanza un porcentaje de vaporización del 10%, es 4.11 kJ/h. Para la torre despentanizadora, la simulación indica que se necesita una torre con un numero de plato reales de 25, con entrada estimada del plato de la alimentación el numero 16, para manejar un temperatura y presión de tope de 43.63 ºC y 158.6 kPa y una temperatura y presión de fondo de 105.3 ºC y 206.8 kPa, respectivamente, y un flujo de 36.69 m3/h. El calor necesario en el rehervidor para alcanzar la temperatura de fondo y propiciar el fraccionamiento es 12.8 kJ/h y el calor en el condensador indispensable para bajar la temperatura en el tope es 87 15.8 kJ/h. El porcentaje molar de recuperación que podría alcanzar la torre es del 99%. Para la torre deshexanizadora, la simulación indica que se necesita una torre con un numero de plato reales de 10, con entrada estimada del plato de la alimentación el numero 5, para manejar un temperatura y presión de tope de 62.67 ºC y 101.4 kP y una temperatura y presión de fondo de 188.3 ºC y 149.6 kPa, respectivamente, y un flujo de 15.4 m3/h. El calor necesario en el rehervidor para alcanzar la temperatura de fondo y propiciar el fraccionamiento es 2.7 kJ/h y el calor en el condensador indispensable para bajar la temperatura en el tope es 2.2 S ADO V R E S E R CHOS kJ/h. El porcentaje molar de recuperación que podría alcanzar la torre es del 99%. DERE 4.4.2. Caso 2: Entrada al sistema de recuperación: Salida del rehervidor E304 Datos solicitados por el simulador: Tabla 4.15. Datos del simulador: Nombre Paquete termodinámico Flujo volumétrico Presión Temperatura Composición Condición de reflujo Caída de presión en las torre Datos Unidades Peng-Robinson --5538 Barriles por día 80 Psig 210 ºF Ver Tabla 4.8. 2 --- Componente liviano en el fondo (despentanizadora) Ver Tabla 4.16. Balance de materiales torre despentanizadora 7 Psi Componente pesado en el tope (despentanizadora) Componente liviano en el fondo (deshexanizadora) Componente pesado en el tope (deshexanizadora) Ver Tabla 4.17. Balance de materiales torre deshexanizadora 88 Se presentan a continuación los balances de materiales en las torres simuladas. Para la torre despentanizadora se utilizaron los datos de composición que se muestran en la Tabla 4.8, mientras que para la torre deshexanizadora se utilizo a composición que dio como resultado la simulación de la torre despentanizadora. Tabla 4.16. Balance de materiales torre despentanizadora. Alimentación Fracción Componentes molar Propano 0,0001 i-Butano 0,0003 n-Butano 0,0063 i-Pentano 0,3604 n-Pentano 0,3454 i-Hexano 0,1293 n-Hexano 0,0715 Heptano + 0,0866 Total Tope Fracción # moles molar 0,0657 0,00014 0,1971 0,00042 4,1387 0,00886 236,958 0,50743 224,768 0,48132 0,85 0,00182 Fondo Fracción # moles molar S ADO V R E S E R OS DERECH0,0657 # moles 0,1971 4,1387 236,9583 227,0385 85,0081 47,0369 56,9567 466,978 1 2,2703 84,157 47,036 56,956 190,42 0,0119 0,4419 0,2470 0,2991 1 Tabla 4.17. Balance de materiales torre deshexanizadora Alimentación Fracción Componentes molar i-Pentano 0,0007 n-Pentano 0,0119 i-Hexano 0,4417 n-Hexano 0,2468 Heptano + 0,2989 Total # moles 0,1406 2,2729 84,1802 47,0347 56,9714 Tope Fracción # moles molar 0,1406 0,0010 2,2729 0,0169 84,1802 0,6294 46,5644 0,3482 0,5697 0,0042 133,7279 1 Fondo Fracción # moles molar 0,4703 56,401 56,872 0,00827 0,9917 1 89 Los datos que se encuentran sombreados en las Tablas 4.16 y 4.17 indican que esos fueron los valores que se introdujeron en el simulador para la categoría de componente liviano en el fondo y componente pesado en el tope. Para la torre despentanizadora el componente liviano en el fondo es el npentano con una composición de 0,0119 y el componente pesado en el tope es el i-hexano con composición de 0,00182. Mientras que para la torre deshexanizadora el componente liviano en el fondo es n-hexano con una composición de 0,00827 y el componente pesado en el tope es el heptano con composición de 0,0042. S ADO V R E S E R CHOS Se presenta en la Figura 4.2. el arreglo realizado en el simulador HYSYS 3.2 que muestra la posición de los equipos básicos necesarios para levar a cabo DERE el proceso planteado con las condiciones del caso 2. Figura 4.2. Simulación HYSYS 3.2 caso 2. Los resultados obtenidos en la simulación se muestran a continuación en la Tabla 4.18. con sus respectivas unidades. 90 Tabla 4.18. Resultados de la simulación caso 2 Parámetros Unidades Despentanizadora Deshexanizadora Presión de tope kPa 151 101.4 Presión de fondo kPa 207 149.6 Temperatura de tope ºC 43.64 62.33 Temperatura de fondo ºC 99.16 186.8 Flujo de alimentación: Volumétrico Másico Molar m3/hora kg/h kgmol/h 36.69 2.413x104 298.2 12.32 8876 86.44 Densidad de la alimentación Kg/m3 573.1 645.5 Peso molecular alimentación kg/kgmol 80.93 102.7 Temperatura alimentación ºC 98.89 99.16 Presión alimentación kPa 652.9 199.3 Líquido Líquido m3/hora kg/h kgmol/h 24.36 1.526 x104 211.8 7.727 5208 60.44 m3/hora kg/h kgmol/h 12.32 8876 86.44 4.497 3668 26 99% 99% 2 2 S ADO V R E S E R CHOS DERE Condición térmica alimentación Flujo de productos 1 (tope) Volumétrico Másico Molar Flujo de productos 2 (Fondo) Volumétrico Másico Molar Porcentaje molar de recuperación Razón de reflujo Calor condensador kJ/h -17.2 -1.95 Calor rehervidor kJ/h 15.09 2.25 Numero de plato reales 24 4 Numero de platos teóricos 15 10 Plato de alimentación real 14 6 91 En la Tabla 4.18, se presenta en detalle los principales resultados extraídos de la simulación de una torre despentanizadora y una unidad deshexanizadora, para el caso 2. Como resultado de este caso tenemos que se necesita una torre despentanizadora, con un numero de plato reales de 24, con entrada estimada del plato de la alimentación el numero 15, para manejar un temperatura y presión de tope de 43.64 ºC y 151 kPa y una temperatura y presión de fondo de 99.16ºC y 207 kPa, respectivamente, y un flujo de 36.69 m3/h. El calor necesario en el rehervidor para alcanzar la temperatura de fondo y propiciar el fraccionamiento es 15.09 kJ/h y el calor en el condensador indispensable para bajar la temperatura en S ADO V R E S E R CHOS el tope es 17.2 kJ/h. El porcentaje molar de recuperación que podría alcanzar la torre es del 99%. DERE Para la torre deshexanizadora, la simulación indica que se necesita una torre con un numero de plato reales de 10, con entrada estimada del plato de la alimentación el numero 5, para manejar un temperatura y presión de tope de 62.33 ºC y 101.4 kP y una temperatura y presión de fondo de 188.8 ºC y 149.6 kPa, respectivamente, y un flujo de 12.32 m3/h. El calor necesario en el rehervidor para alcanzar la temperatura de fondo y propiciar el fraccionamiento es 2.25 kJ/h y el calor en el condensador indispensable para bajar la temperatura en el tope es 1.95 kJ/h. El porcentaje molar de recuperación que podría alcanzar la torre es del 99%. Para compensar la modificación que trae consigo el desarrollo de este caso, es indispensable suplir las necesidades de calor en los precalentadores de la alimentación de la planta E-301 A/B. El manual de diseño de la planta de fraccionamiento bajo grande indica que la suma de los calores necesarios en los precalentadores es de 5.2 kJ/h. 92 4.4. Fase V: Propuesta del proceso necesario para la recuperación de hexano en la planta de fraccionamiento de bajo grande Los criterios básicos utilizados para la selección de la propuesta más lógica desde el punto de vista de ingeniería fueron la cantidad de equipos requeridos y el calor necesario para ejecutar el proceso de recuperación, reflejados en la Tabla 4.19 con sus respectivos resultados. S O D A V R E S OS1 RE Caso 2 CHCaso Tabla 4.19. Criterios básicos. Criterios DER1EIntercambiador de calor Cantidad de equipos básicos Calor condensador Calor rehervidor Calor calentador Calor total sistema en la entrada 2 torres de fraccionamiento 2 condensadores 2 rehervidores 3 enfriadores primarios de productos 3 tanques de almacenamiento Condensador 1:15.8 kJ/h Condensador 2: 2.2 kJ/h Rehervidor 1: 12.8 kJ/h Rehervidor 2: 2.7 kJ/hr Calentador: 4.11 kJ/hr 37.61 kJ/hr 2 torres de fraccionamiento 2 condensadores 2 rehervidores 3 enfriadores primarios de productos 3 tanques de almacenamiento Condensador 1: 17.2 kJ/h Condensador 2: 1.95 kJ/h Rehervidor 1: 15.09 kJ/hr Rehervidor 2: 2.25 kJ/hr --36.59 kJ/hr Tomando en cuenta los criterios mencionados se considera como mejor opción para efectuar este proceso el caso 2, ya que basado en sus planteamientos se adapta de mejor manera a las condiciones y requerimientos del proceso en general, además que se necesita una menor cantidad de equipos y de calor. 93 El proceso necesario para la recuperación de hexano de la corriente de gasolina natural en la planta de fraccionamiento bajo grande se ve reflejado en la Figura 4.3, que muestra los equipos y sus nombres genéricos, la dirección y los nombres de las corrientes, así mismo se observan las modificaciones pertinentes al proceso existente en la planta (en otras palabras, el diagrama de flujo de la planta de fraccionamiento bajo grande modificada). Para llevar a cabo la recuperación de hexano, es necesario crear dos torres de fraccionamiento. La primera torre (despentanizadora), alimentada por el fondo de la torre desbutanizadora V-303, será la encargada de separar la mezcla de S O D A V R E S E S lasRcondiciones O H podrá ser realizado el plato 14, ya que de este plato son parecidas a C E R E D pentanos de los compuestos más pesados de dicha corriente. Dicho suministro las condiciones de entrada de la alimentación. Por el tope saldrá la corriente de la mezcla de pentanos, de ahí pasará a los condensadores en donde se enfriará la corriente, posteriormente será enviada al tambor de reflujo, cuya función es mantener un suministro de reflujo a la torre, ya que esta corriente es la que purifica el producto del tope de la columna. Una vez que la corriente de fondo del tambor de reflujo es dividida en dos, una parte es enviada a la columna y la otra es el producto de tope de la torre constituido por la mezcla de pentanos que será enviada a los tanques de almacenamiento a temperatura y presión atmosférica, estas condiciones pueden ser obtenidas por medio de un intercambiador de calor que podría utilizar como medio de enfriamiento propano. El fondo de la torre poseerá un rehervidor, que tendrá como función suministrar calor para propiciar la separación, el rehervidor podría ser calentado con aceite. El producto de fondo de la torre está constituido por la corriente de hexano plus que al dejar la torre pasa a ser la alimentación de la torre deshexanizadora para proceder con la recuperación de hexano. 94 DERECH S O D A V R OS RESE Figura 4.3. Diagrama de flujo de la Planta de Fraccionamiento Bajo Grande modificado. 95 La alimentación a la torre deshexanizadora proviene del fondo de la despentanizadora. Dicho suministro deberá ser introducido en el plato 6, posteriormente la separación por destilación será llevada a cabo en los 10 platos que componen la torre. Por el tope sale la corriente de la mezcla de hexanos, de ahí pasan a los condensadores en donde se enfriará la corriente, posteriormente es enviada al tambor de reflujo, cuya función será mantener un suministro de reflujo a la torre, ya que esta corriente es la que purifica el producto del tope de la columna. Una vez que la corriente de fondo del tambor de reflujo es dividida en dos, una parte es retornada a la columna y la otra es el producto de tope de la torre S O D A V R E S E S Ratmosférica, H almacenamiento E a temperatura yO presión estas, pueden ser obtenidas C E R D constituido por la mezcla de hexanos que será enviada a los tanques de por medio de un intercambiador de calor que podría utilizar como medio de enfriamiento propano. En el fondo de la torre poseerá un rehervidor, que tendrá como función suministrar calor para propiciar la separación, el rehervidor podría ser calentado con aceite. El producto de fondo de la torre está constituido por la corriente de heptano plus que al dejar la torre deberá ser pasada por el tren de precalentamiento (intercambiadores E-301 A/B) de la alimentación de la torre despropanizadora, ya que para obtener la mayor eficiencia desde el punto de vista de ingeniería, será necesario evitar que la corriente de gasolina natural, producto del fondo de la torre desbutanizadora pase por estos intercambiadores. Para suministrar el calor “perdido” al realizar esta modificación se propone que la corriente de heptano plus, producto del fondo de la torre deshexanizadora, pase por dichos precalentadores. Esta parte de la propuesta se basa en la comparación entre los valores de calor diseño de los precalentadores de la alimentación y el flujo de calor de esta corriente, resultado obtenido a través de la simulación del caso 2. Finalmente, a continuación se muestran las composiciones y algunas condiciones de los productos finales de las dos torres de fraccionamiento incluidas 96 en el proceso y los requerimientos en términos generales y como parte de la evaluación técnica del proyecto. Tabla 4.20. Requerimientos del proceso. Requerimientos 2 torres de fraccionamiento 2 condensadores Equipos básicos Tipo de plato: Válvula Enfriadores por aire Condensador 1: 17 kJ/hr Condensador 2: 2 kJ/hr Tubo y carcaza Medio de calentamiento: aceite Rehervidor 1: 15 MMBTU/hr Rehervidor 2: 2.5 MMBTU/hr Tubo y carcasa Medio de refrigeración: propano De techo flotante y fijo Temperatura y presión de almacenamiento: atmosférica S ADO V R E S E R CHOS 2 rehervidores E primarios DE3Renfriadores de productos 3 tanques de almacenamiento Tabla 4.21. Composición y condiciones de las corrientes. Gasolina Pentano Hexano + Hexano Heptano + natural (producto (producto (producto (producto (alimentación) tope) fondo) tope) fondo) C3 0,0001 0,0001 0 0 0 IC4 0,0003 0,0004 0 0 0 NC4 0,0063 0,0089 0 0 0 IC5 0,3604 0,5073 0,0007 0,0011 0 NC5 0,3454 0,4815 0,0119 0,0170 0 IC6 0,0715 0,002 0,2468 0,3494 0,0083 NC6 0,1293 0,0018 0,4417 0,6283 0,0078 C7+ 0,0866 0 0,2989 0,0042 0,9839 Estado líquido Líquido líquido líquido líquido Temperatura 98.89 ºC 43.64 ºC 99.16 ºC 62.33 ºC 186.8 ºC Presión 652.9 kPa 151 kPa 207 kPa 101.4 kPa 149.6 kPa Flujo molar 298.2 211.8 86.44 60.44 26 7 7 7 7 Flujo de calor -5.3x10 kJ/h -3.7 x10 kJ/h -1.8 x10 kJ/h -1.2 x10 kJ/h -6.6x106kJ/h 97 CONCLUSIÓN La composición de hexano a través de los años se encuentra dentro de un rango muy pequeño, lo cual ayuda con el diseño de las torres de fraccionamiento, ya que no será un factor relevante al momento de realizar los cálculos. La mayoría de los equipos presentes en planta de fraccionamiento bajo grande se encuentran disponible. Solo está en funcionamiento una parte del sistema de refrigeración, específicamente los equipos K-301 C, E-309, E-310 y V- S 308, ya que se encargan de acondicionar los productos que llegan mediante los ADO V R E S E R CHOS buques y serán utilizados para la distribución local. E R E D El sistema de recuperación de hexano cumple con las bases y criterios de diseño suministradas por el Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería. Para realizar la simulación del sistema de recuperación de hexano, fueron necesarias dos torres de fraccionamiento, la primera es una torre que separa la mezcla de pentanos de la gasolina natural con una pureza de 99% y la segunda, una torre que separa la mezcla de hexanos del producto de fondo en la torre despentanizadora con un porcentaje de recuperación del 99%. La propuesta del sistema de recuperación de hexano se basa en la cantidad de equipos requeridos, el calor necesario para ejecutar el proceso de recuperación y los planteamientos lógicos dentro del punto de vista de ingeniería. Por tal motivo el caso 2 se adapta de mejor manera a estos requerimientos. Parte del problema planteado puede ser solucionado con el desarrollo de esta propuesta, ya que la cantidad de hexano obtenido con valores de diseño (5538 BBL/d) es de 1116 BBL/d. El consumo de Pequiven del componente hexano es aproximadamente de 40,5 BBL/d, lo que demuestra que es factible técnicamente este proyecto. 98 Se encuentra además que aparte del objetivo principal del trabajo que es extraer hexano, se producen dos corriente adicionales, una de pentano, que es uno de los agentes espumantes primarios que se usan en la producción de espuma de poliestireno, y una mezcla de heptanos y más pesados que podría usarse para mejorar el octanaje de la gasolina. Por lo tanto, el desarrollo de esta propuesta podría significar un gran avance para la producción de compuestos en el país. S DERE ADO V R E S E R CHOS 99 RECOMENDACIÓN Evaluar la posibilidad de utilizar el horno M-302 C que se encuentra en reserva actualmente, para solventar las necesidades en cuanto a medio de calentamiento se refiere en las dos torres de fraccionamiento propuestas. Diseñar un sistema de aceite caliente en caso de que el sistema actual no pueda cubrir las necesidades de los nuevos equipos. Evaluar la posibilidad de ampliar la capacidad del sistema de refrigeración S O D A V R E S RE o colocar un acumulador de reflujo una nueva etapa de compresión al Sproceso O H C E R E D mas grande, con el objetivo de solventar las necesidades en cuanto a medio de que se encuentra en la planta de fraccionamiento bajo grande, ya sea agregando refrigeración de productos se refiere. Desarrollar la ingeniería conceptual, básica y de detalle del proyecto tomando en cuenta las bases y criterios, la simulación y la propuesta planteada en esta investigación. Evaluar la corriente de gasolina natural originada en Ule, en cuanto a operación, costos y beneficios, en caso de que el Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería tenga otras expectativas más allá de suplir las necesidades de la empresa Pequiven. 100 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Arias, F. (1999). El proyecto de Investigación. Ed. 3. Caracas, Venezuela: Editorial Episteme. Arias, F. (2006). El proyecto de la investigación. (5ª ed.) Caracas – Venezuela: Episteme. Aspen HYSYS. (2005). Manual de simulación: “simulation basis.” “Operation guide” user guid. Aspen Technology Blanco, C. (2011). Evaluación de la capacidad máxima de la torre despropanizadora (V-301) de la planta de fraccionamiento de bajo grande en condiciones del CCO. (Tesis de pregrado), Universidad Rafael Urdaneta, Maracaibo, Venezuela. 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Venezuela ERE D Tamayo, M. (2009). El proceso de la investigación Científica. (5ª ed.) Limusa Tlatemoan, Revista academica de la investigación Nº6. (2011). Guía para seleccionar intercambiadores. 102 S ADO V R E S E R CHOS DERE ANEXOS 103 Anexo 1. Resultados de la simulación caso 1 (unidades inglesas) Parámetros Presión de tope Presión de fondo Temperatura de tope Temperatura de fondo Flujo de alimentación: Volumétrico Másico Molar Densidad de la alimentación Peso molecular alimentación Temperatura alimentación Presión alimentación Condición térmica alimentación Flujo de productos 1 (tope) Volumétrico Másico Molar Flujo de productos 2 (Fondo) Volumétrico Másico Molar Porcentaje molar de recuperación Unidades Calentador Despentanizadora Deshexanizadora psig --- 8.3 0 psig --- 15.3 7 ºF --- 110.5 144.8 ºF --- 226 370.9 Barril/día Lb/h Lbmol/h 5538 5.413x104 641.1 Lb/ft3 S2.479x104 O D A V R E S RE 5538 5.413x104 641.1 146.1 40.62 8.560 (mezcla) 40.272 Lb/lbmol 84.43 84.43 (mezcla) 106.71 ºF 105 227.8 231.6 Psig 89.7 68 19.5 Líquido 10% vapor Líquido Barril/día Lb/h Lbmol/h ------- 3213 2.935x104 408.9 1281 1.261x104 146.1 Barril/día Lb/h Lbmol/h ------- 2325 2.479x104 232.3 1044 1.217x104 86.13 --- 99% 99% S DERECHO 2325 104 Parámetros Unidades Calentador Razón de reflujo --Calor condensador MMBTU/h --Calor rehervidor MMBTU/h 4.41417 Caída de presión Psi 7 precalentador Numero de plato reales --Numero de platos --teóricos Plato de alimentación --real Despentanizadora Deshexanizadora 2 2 -15 -2.1 12.2 2.578 --- --- 25 4 DERECH S O D A V R E S OS RE 16 10 16 5 105 Anexo 2. Resultados de la simulación caso 2 (unidades inglesas) Parámetros Unidades Despentanizadora Deshexanizadora Presión de tope psig 7.2 0 Presión de fondo psig 14.2 7 Temperatura de tope Temperatura de fondo ºF 110.1 144.8 ºF 210.5 370.9 Barril/día Lb/h Lbmol/h 5538 5.32x104 657.4 1860 1.957 x104 190.6 35.78 40.3 Lb/lbmol 80.93 102.7 Unidades Despentanizadora Deshexanizadora ºF 210 210.5 psig 80 14.2 Líquido Líquido Flujo de alimentación: Volumétrico Másico Molar DERE Lb/ft Densidad de la alimentación Peso molecular alimentación Parámetros Temperatura alimentación Presión alimentación Condición térmica alimentación S ADO V R E S E R CHOS 3 Flujo de productos 1 (tope) Volumétrico Másico Molar Barril/día Lb/h Lbmol/h 3678 3.36 x104 466.9 1166 1.148x104 132.2 Flujo de productos 2 (Fondo) Volumétrico Másico Molar Barril/día Lb/h Lbmol/h 1860 1.957 x104 190.6 694 8087 57.31 Porcentaje molar de recuperación 99% 99% Razón de reflujo 2 2 106 Parámetros Unidades Despentanizadora Deshexanizadora Calor condensador MMBTU/h -16.3 -1.848 Calor rehervidor MMBTU/h 14.3 2.132 24 4 15 10 14 6 Numero de plato reales Numero de platos teóricos Plato de alimentación real S DERE ADO V R E S E R CHOS 107 S ADO V R E S E R CHOS DERE Toma de muestra tanque s-503 Tanque s-503, planta de fraccionamiento Bajo Grande Toma de muestra de propano refrigerante Horno del cromatografo 108 S ADO V R E S E R CHOS Cromatografo de Gas DERE Muestra de gasolina natural para determinar la gravedad especifica Equipo medidor del R.V.P Planta de Fraccionamiento Bajo Grande