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PROGRAMA DE FORMACIÓN

EN EL NEGOCIO PETROLERO

MODULO 8 REFINACIÓN

RELATOR: VICTOR ARANCIBIA B.

SANTIAGO,DICIEMBRE DE 2003

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INTRODUCCIÓN

A través de este módulo conoceremos qué es una refinería, qué produce, cuáles son sus procesos productivos y cuáles son los grupos que interactúan para mantenerla en funcionamiento en condiciones seguras para las personas y el medio ambiente.

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¿QUÉ ES UNA REFINERÍA?

Conjunto de procesos, estanques y cañerías que actúan coordinadamente para recibir crudo, procesarlo y entregar los productos obtenidos al mercado.

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VISTA AÉREA DE PETROX

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VISTA AÉREA DE RPC

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¿CUÁLES SON LOS PRODUCTOS DE REFINERÍA?

Son productos de refinería los siguientes :

• LPG• Gasolinas• Kerosenes• Diesel• Petróleos Combustibles• Asfaltos• Solventes• Productos Petroquímicos• Lubricantes

GASOLINAS MOTOR

Las gasolinas motor son productos del petróleo que se utilizan como combustibles de motores de combustión interna de ignición por chispa, y que deben cumplir la especificación definida por la Norma Chilena NCh 64 Of 95, además de las características especiales que Conama defina por problemas de contaminación.

DIESEL

El diesel se usa principalmente en motores de combustión interna de ignición por compresión (transporte de mercaderías, locomoción colectiva), calefacción, y turbinas a gas de diesel. La especificacion del diesel esta regulada por la norma NCh 62 Of 2000 además de las características especiales que Conama defina por problemas de contaminación.

REFINACIÓN

El proceso de refinación comienza cuando el petróleo crudo llega a la refinería. El crudo llega la refinería por dos vías:

• Marítima

• Oleoducto

SUPER TANKER

BUQUE TANQUE

TERMINAL CON MUELLE

TERMINAL MULTIBOYA

CONECCION FLEXIBLE

MONOBOYA

MONOBOYA RPC

BOMBAS OLEODUCTO OTC

ESTANQUES DE CRUDO OTC

ESTANQUE DE RECEPCIÓN CRUDO

COMPOSICIÓN CRUDO % PESO

CARBÓN : 84 - 87

HIDRÓGENO : 11 - 14

AZUFRE : 0 - 5

OXÍGENO : 0 - 2

NITRÓGENO : 0 - 1

Ni, V, Na, Fe, Cr : trazas

CONTAMINANTES

• VANADIO

• NÍQUEL

• AZUFRE

• NITRÓGENO

• PLOMO

• SAL

TIPOS DE CRUDOS

LIVIANOS > 30° API

MEDIANOS 20° - 30° API

PESADOS < 20° API

TIPOS DE CRUDOS (cont.)

BAJO AZUFRE < 0,5% PESO

MEDIO 0,5 - 1,5 % PESO

ALTO AZUFRE > 1,5% PESO

• PARAFíNICOS

• NAFTÉNICOS

• AROMÁTICOS

• MIXTOS

TIPOS DE CRUDOS (cont.)

¿QUÉ ES EL PETRÓLEO CRUDO?

Es una mezcla de compuestos químicos llamados hidrocarburos que tienen distintos puntos de ebullición, que van desde -44 ºF (propano, -42 ºC) hasta 1.500 °F (~820 ºC) que es el punto de ebullición del asfalto.

Como los hidrocarburos del petróleo son muy numerosos y difíciles de identificar, se agrupan por fracciones o cortes.

COMPUESTO QUÍMICO

Substancia formada por uno o más elementos químicos.

Ej. H20:

Los compuestos tienen fórmula, la que indica los elementos químicos presentes y el N° de átomos de cada uno.

PUNTO DE EBULLICIÓN

Temperatura a la que un compuesto químico pasa del estado líquido a gaseoso y viceversa. En este último caso se llama punto de condensación.

El agua es un compuesto químico puro, formado por 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno.

Su fórmula química es H20.

El agua hierve a 100°C desde que comienza hasta cuando se termina el proceso, con el recipiente seco.

TEMPERATURA DE EBULLICION DEL AGUA

Al ser el petróleo crudo una mezcla de compuestos químicos, cada uno con una temperatura de ebullición distinta, cuando es calentado en un recipiente comienza a hervir a una temperatura que corresponde a la temperatura de ebullición de los compuestos más livianos y volátiles. En la medida que estos compuestos se evaporan (destilan) y salen del recipiente, la temperatura del crudo en el recipiente sube, porque comienzan a hervir los compuestos más pesados. Este comportamiento es similar cuando se calienta cualquier mezcla de hidrocarburos y es la base para su separación o fraccionamiento.

EBULLICIÓN DEL CRUDO

En la figura que se muestra a continuación, puede verse el efecto descrito anteriormente:

EBULLICIÓN DEL CRUDO

CONDENSACION DEL CRUDOLos hidrocarburos evaporados pueden ser condensados (transformados en líquidos) en forma selectiva, enfriando los vapores a una determinada temperatura, mediante equipo de enfriamiento. El líquido resultante es una mezcla de hidrocarburos, en equilibrio con el vapor no condensado, a la presión del sistema, que también incluye hidrocarburos livianos. Para purificar el líquido de los hidrocarburos livianos, es necesario someterlo a sucesivas re vaporizaciones y condensaciones en los platos de una torre de destilación.

CONDENSACIÓN CRUDO

ENSAYO TBP

Para determinar los volúmenes de cada fracción o corte de un petróleo crudo y sus propiedades, es necesario efectuar un ensayo TBP, el que consiste en destilar el petróleo crudo en una columna de laboratorio que tiene un número elevado de etapas de fraccionamiento y una alta razón de reflujo, para que de esta manera los hidrocarburos vayan saliendo lo más purificados o fraccionados posible. Las temperaturas de corte utilizadas por ENAP se muestran a continuación.

TEMPERATURAS DE CORTE TBP

IBPGrados F

IBPGrados C

FBPGrados F

FPBGrados C

Gasolina NC5 220 104

Swing1 GN 220 104 260 127

Nafta 260 127 300 149

Swing2 N/K 300 149 380 193

Swing3/kerosene 380 193 480 249

Disel 480 249 600 316

Swing4 D/GA 600 316 670 354

Gas oil At 670 354 720 382

Gas Oil Vac 720 382 1050 566

Pitch 1050+ 566+

FRACCIÓN O CORTE

Una fracción o corte corresponde al conjunto de hidrocarburos que están contenidos entre dos temperaturas de corte TBP.

La fracción o corte, su nombre y su volumen queda entonces definida por el rango de temperaturas TBP.

Todos los productos y subproductos del petróleo son fracciones o cortes.

EJEMPLO DE DEFINICION DE CORTES

DETERMINACION TEMPERATURAS DE CORTE

Conociendo la temperatura inicial de ebullición (IBP) y la temperatura final de ebullición (EBP) de la volatilidad ASTM especificada para un producto final, se pueden estimar mediante correlaciones experimentales, las temperaturas de corte TBP del producto y así determinar el volumen y conocer las propiedades. Si las propiedades no son las requeridas, deben cambiarse las temperaturas de corte TBP.

PROPIEDADES FRACCIONES

Cada fracción o corte tiene distintas propiedades (API, azufre, viscosidad, presión de vapor, etc.), las que se miden mediante equipos de laboratorio durante el ensayo TBP o se estiman a partir de algunas propiedades básicas, mediante correlaciones experimentales cuando no se dispone de ellas. Cambiando las temperaturas de corte, cambian las propiedades del corte.

RENDIMIENTOS

Volumen de un producto determinado por la aplicación de las temperaturas de corte TBP sobre la curva del mismo nombre.

A continuación, en forma gráfica, se muestra como se relacionan las temperaturas de corte TBP y los rendimientos.

TEMPERATURAS DE CORTE Y RENDIMIENTOS

LPG

GASOLINA

SW1 G/N

NAFTA

SW2 N/K

SW3/KEROSENE

DIESEL

SW4 D/GA

GAS OIL ATMOSFERICO

GAS OIL VACIO

PITCH

% Vol. rendimiento

Pto. Flash

Max Diesel

90% ASTM, Escurrimiento

Crudo reducido

100%SW: SWING

nc5

220

260

300

380

ºF

480

600

720

1.050

1.050 +

670

CURVA TBP

TIPOS DE CURVAS TBP

CRUDE ASSAY

TBP

0%

20%

40%

60%

80%

100%Arabe Liviano Maya Rincón

Rendimientos de Crudos

Crudo. Reducido (720+)

Gas Oil Atm. (640-720)

Diesel (480-640)

Kerosene (350-480)

Nafta (240-350)

Gasolina (C5-240)

LPG

Gases

TIPOS DE HIDROCARBUROS DEL CRUDO

Considerando el tipo de enlaces entre los átomos (simple, doble o triple), y la estructura molecular (lineal, ramificada o cíclica), los hidrocarburos del crudo se clasifican en parafinas normales, isoparafinas, naftenos, aromáticos y olefinas.

DESTILACIÓN

La destilación separa compuestos químicos que tengan facilidad para vaporizarse.

La destilación puede clasificarse en:• Binaria, cuando son dos componentes a separar.• Multicomponentes, cuando son varios componentes.

Además puede ser:• Batch, cuando se destila una carga discontinua.• Continua, cuando la carga se renueva continuamente.

TIPOS DE DESTILACIÓN

Stripping:

Remover productos livianos de un producto pesado.

Rectificación:

Remover producto pesado de un producto liviano.

Fraccionamiento:

Remueve productos livianos del pesado y productos pesados del liviano.

Una torre de fraccionamiento tiene 2 secciones. La superior o de rectificación y la inferior o stripping. La separación entre ambas zonas está dada por el punto donde ingresa la alimentación.

TORRE DE DESTILACIÓN

El fraccionamiento o separación en una torre de destilación se produce como consecuencia del enfriamiento y condensación de los vapores que ascienden por la torre, mediante el contacto con un flujo de líquido frío, llamado reflujo, el que se agrega externamente en el tope de la torre y que la recorre en sentido contrario a los vapores. El reflujo de tope es parte del mismo producto de tope de la torre, el que ha sido condensado con agua de refrigeración o aire. El reflujo se va calentando a medida que va bajando por la torre, condensando los hidrocarburos que tienen mayor temperatura de ebullición y dejando pasar aquellos con menor temperatura de ebullición, los cuales son condensados más arriba. Hidrocarburos livianos, atrapados por el reflujo, se revaporizan a medida que este se calienta.

FRACCIONAMIENTO

La composición de los vapores que suben se va haciendo más rica en componentes más livianos, mientras el líquido se va enriqueciendo en los componentes más pesados. Así es posible fraccionar los distintos productos del petroleo crudo y extraerlos a distintas alturas de la torre.

El contacto íntimo entre los vapores que ascienden y el reflujo que baja , necesario para enfriar y condensar los vapores, se produce en dispositivos internos de la torre llamados bandejas. Las bandejas están constituidas por planchas horizontales circulares, instaladas a cada 50 centímetros.

FRACCIONAMIENTO

Las bandejas tienen orificios y dispositivos para la distribución de los vapores que ascienden y elementos que reparten uniformemente el líquido que cae sobre ella desde la bandeja superior.

BANDEJA O PLATO DE DESTILACIÓN

DETALLE DE UNA BANDEJA

VÁLVULA DE UNA BANDEJA

TORRE DEDESTILACIÓN

NOMENCLATURA SIMPLIFICADA

C1 METANO

C2 ETANO C2= ETILENO

C3 PROPANO C3= PROPILENO

C4 BUTANO 1,3 C4= 1,3 BUTADIENO

iC4 ISOBUTANO

C5 PENTANOS

iC5 ISOPENTANOS

C6+ HEXANOS +

Para simplificar la escritura, los hidrocarburos se nombran de acuerdo al número de átomos de carbono en la molécula y al tipo de estructura y enlaces existentes.

TIPOS DE PROCESOS

• Separación Física

• Conversión

• Tratamientos

• Blendings

ANTIGUA REFINERÍA

PRINCIPALES PROCESOS DE REFINACIÓN

• Topping

• Vacío

• Reformación

• Cracking

• Hidrocracking

• Coking

• Hidrodesulfurización / Hidrotratamiento

DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA

El petróleo crudo descargado desde los buques tanques o recepcionado de un oleoducto, es almacenado en estanques de recepción en la refinería, donde permanece un tiempo con todas las válvulas del estanque selladas hasta ser aforado por las autoridades aduaneras.

Previo al aforo y dependiendo del agua en suspención que pueda contener el crudo, el estanque permanece en reposo hasta que ésta decante y pueda ser medida con huincha de medición y pasta sensible al agua.

DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA (Cont.)

En la torre atmosférica se separan a través de la destilación los productos a distintas alturas de ella. Los más volátiles salen por la parte más alta de la torre, que tiene una menor temperatura; los menos volátiles, por el medio de la torre que tiene una mayor temperatura que el tope, quedando en el fondo de la torre, que tiene la mayor temperatura de ésta, un residuo líquido negro denominado crudo reducido. Los productos separados, cuando están bien fraccionados, son transparentes (y no coloreados o negros), con excepción del crudo reducido y del gas oil atmosférico.

CALENTAMIENTO CRUDO

LLEGADA ZONA FLASH

Los productos de la destilación atmosférica son: gases (Fuel Gas), gas licuado, gasolinas de topping, naftas, kerosenes domésticos y de aviación, diesel, un producto denominado gas oil atmosférico y crudo reducido.Los productos finales kerosenes y diesel, se envían a estanque final una vez que se ajusta su punto de inflamación, eliminándoles los volátiles que quedaron incorporados en ellos ya que el fraccionamiento no es perfecto; Las gasolinas de topping y naftas son componentes que se usan en mezclas para producir gasolinas finales y/o como carga a otras plantas como Etileno, Isomerización y Reformación.

DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA (Cont.)

DIAGRAMA SIMPLIFICADO

TOPPING

GASES

GASOLINA

NAFTA

KEROSENE

GAS OIL ATMOSFÉRICO

CRUDOS

CRUDO REDUCIDO

DIESEL

TOPPING

TOPPING Y VACIO

TOPPING Y VACIO

Como el crudo reducido aún contiene hidrocarburos valiosos que pueden recuperarse para ser utilizados en otras unidades, se le somete a una segunda destilación o separación en la planta de vacío, donde se recupera el gas oil de vacío.

El fraccionamiento del crudo reducido se realiza calentando el crudo reducido en un horno y enviándolo después a una torre de vacío, en que toda la unidad opera a presión reducida o vacío (es decir, presión menor que la atmosférica). El uso de vacío permite operar con temperaturas más bajas para vaporizar parcialmente el crudo reducido y no destruirlo por cracking térmico.

DESTILACIÓN AL VACIO

El producto que queda después de retirar el gas oil de vacío se llama pitch de vacío, que se usa en la preparación de asfaltos, petróleos combustibles, carga para coquización retardada y desasfaltado. El pitch de vacío es muy viscoso (resistente al movimiento) y sólido a temperatura ambiente.

El gas oil de vacío se separa en dos fracciones para optimizar el precalentamiento del crudo, que son el gas oil liviano y el gas oil pesado.

El gas oil liviano y pesado de vacío obtenidos en esta separación son productos intermedios que se utilizan como materia prima en unidades de conversión, como cracking catalítico o hidrocracking, permitiendo producir gasolinas de alto octanaje o diesel de muy buena calidad.

DESTILACIÓN AL VACÍO (cont.)

El pitch de vacío, después de pasar por la planta de viscorreducción, se diluye con petróleo diesel, kerosene u otro solvente apropiado para ajustar su viscosidad a la de los diferentes petróleos combustibles que produce la refinería.

El pitch de vacío puede ser usado como asfalto cuando contiene una cantidad de gasoil de vacío incluida, que le da una consistencia más blanda y ciertas características especiales que son propias de ciertos crudos utilizados y que son necesarias para el uso en pavimentos. No todos los pitch sirven para producir asfaltos, porque no tienen asfaltenos.

DESTILACIÓN AL VACÍO (cont.)

DIAGRAMA SIMPLIFICADO

VACIO

GAS OIL LIVIANO

GAS OIL PESADOCRUDO

PITCH

REDUCIDO

DESTILACIÓN AL VACÍO (cont.)

VACIO

Las unidades de Topping y Vacío operan integradas para maximizar el intercambio térmico, reduciendo así el consumo energético y de refrigeración.

TOPPING Y VACIO

La nafta de topping, nafta de hidrocracking y la nafta de coque, son productos de bajo octanaje, que se envían a la planta de reformación para ser transformadas en reformato, que es un componente de gasolina sin plomo de alto octanaje. La planta de reformación, además, produce hidrógeno, gases (Fuel Gas) y gas licuado. Una planta de reformación moderna produce un rendimiento de reformato de 85% vol., con un octanaje de 102 NOR.

REFORMACIÓN CATALÍTICA

REFORMACIÓN CATALÍTICA (cont.)

La carga a la planta de reformación se mezcla con hidrógeno fresco y de reciclo y es calentada hasta la temperatura de reacción en intercambiadores y en un horno. A continuación se hace reaccionar sobre un catalizador de platino/renio a temperaturas de 480 -500 °C y una presión de 3,5 a 6 kg/cm2. Como la mayoría de las reacciones son endotérmicas, la sección de reacción está constituida por varios reactores en serie y hornos de recalentamiento para mantener la temperatura deseada. A consecuencia de las reacciones endotérmicas que consumen calor, el efluente de cada reactor se enfría.

REFORMACIÓN CATALÍTICA (cont.)

El efluente del último reactor es enfriado en intercambiadores hasta condensarlo parcialmente, y es enviado a un separador para retirar el exceso de hidrógeno de los productos líquidos, el que es reciclado al proceso. Enseguida, se envían los productos al fraccionador para recuperar los gases (Fuel Gas), gas licuado (LPG) y reformato o gasolina de Reformación, que es el producto principal de la planta.

El proceso de reformación catalítica necesita de la inyección de un halógeno (hidrocarburo que contiene cloro) para mantener la actividad de la reacción.

REFORMACIÓN CATALÍTICA (cont.)

La deshidrogenación de compuestos nafténicos es la principal reacción de reformación catalítica y responsable del aumento de octanaje y de la cantidad de hidrógeno que se produce. El hidrógeno previene la formación de olefinas y minimiza el depósito de coque en el catalizador.

La planta de reformación es la principal productora de aromáticos de una refinería. El reformato tiene una concentración de alrededor de 65% de aromáticos. También aporta el 80% del benceno del pool de gasolinas.

REFORMACIÓN CATALÍTICA (cont.)

La mayor importancia de la planta de reformación, radica en la producción de gasolina sin plomo de alto octanaje y en la producción de hidrógeno. El hidrógeno producido en exceso sobre el escenario para su propio consumo, es suficiente normalmente para permitir la instalación de plantas de hidrotratamiento e hidrocracking. Sin embargo, si el hidrógeno no es suficiente, será necesario considerar una planta de hidrógeno.

REFORMACIÓN CATALÍTICA (cont.)

DIAGRAMA SIMPLIFICADO

REFORMACION

HIDROGENO

LPG

NAFTAS

REFORMATO

GASES

REFORMACIÓN CATALÍTICA (cont.)

REFORMACIÓN CATALÍTICA (cont.)

REFORMACIÓN CATALÍTICA (cont.)

REFORMACIÓN CATALÍTICA (cont.)

REFORMACIÓN CATALÍTICA (cont.)

La función principal de la planta de cracking catalítico es la producción de gasolina de alto octanaje sin plomo y Gas Licuado de Petróleo (LPG). Con catalizadores modernos de zeolitas y altas temperaturas de reacción, es posible alcanzar rendimientos de un 60% en volumen de gasolina de alto octanaje. El cracking catalítico es el proceso más importante de una refinería, porque contribuye de manera importante al valor actual.

CRACKING CATALÍTICO

En el cracking catalítico, las moléculas de la carga de gas oil se rompen formando otras más pequeñas de mayor valor y demanda como son el Gas Licuado de Petróleo (LPG) y la gasolina. También se producen otras fracciones de menor valor, como gases y componentes de petróleo combustible, como el diesel de cracking (COL) y el aceite decantado. Mientras en el cracking térmico el rompimiento de las moléculas es al azar, en el cracking catalítico el rompimiento es selectivo y en la dirección de producir gasolinas.

CRACKING CATALÍTICO (cont.)

CRACKING CATALÍTICO (cont.)

Un cracking catalítico tiene dos secciones:• el convertidor, y • el fraccionador

El convertidor a su vez tiene dos recipientes que pueden ser superpuestos o colocados uno al lado del otro. Estos son el reactor y el regenerador. Ambos equipos están interconectados y operan en conjunto.

CRACKING CATALÍTICO (cont.)

CONVERTIDOR FCC

El gas oil de vacío, el gas oil pesado de coquización retardada, el gas oil sin convertir de hidrocracking, el gasoil de desasfaltado y el gas oil atmosférico son alimentados al reactor de cracking catalítico, en conjunto con una catalizador y son hechos reaccionar a una temperatura de 530 a 550 °C. A continuación, se separa el catalizador de los productos de la reacción en ciclones (separadores) que lo retienen. Los productos de la reacción son gases (Fuel Gas), gasolina sin estabilizar de cracking, diesel de cracking y aceite decantado. Estos productos se separan el fraccionador principal.

CRACKING CATALÍTICO (cont.)

El catalizador usado baja por gravedad desde el reactor hasta el stripper donde se le despoja de los hidrocarburos ocluidos con vapor de agua. A continuación, el catalizador baja al regenerador, regulado por una válvula de corredera que evita el flujo en sentido contrario, donde se quema el coque que contiene. En el regenerador también hay ciclones para retener los finos de catalizador y evitar que salgan a la atmósfera con los gases de combustión. El catalizador limpio a alta temperatura vuelve al proceso bajo la regulación de una válvula de corredera, que es comandada por la temperatura de reacción. Ambas válvulas de corredera evitan que pase aire o hidrocarburo en sentido contrario, elementos que podrían causar una explosión.

CRACKING CATALÍTICO (cont.)

El gas de la combustión del coque del catalizador, tiene alta temperatura y contiene monóxido de carbono (que es combustible), el que se utiliza para generar vapor en una caldera de diseño especial.

La gasolina sin estabilizar contiene LPG olefínico formado por propano, propileno, butano, isobutano, isobutilenos. La gasolina sin estabilizar es enviada a la URL (Unidad de Recuperación de Livianos) para su estabilización (ajuste de presión de vapor), tratamiento y recuperación de los componentes del LPG que contiene. Estos componentes también pueden ser usados en procesos de alquilación.

CRACKING CATALÍTICO (cont.)

La gasolina de cracking catalítico contiene también compuestos de azufre, olefinas y aromáticos. Su contenido de benceno es bajo (0,4%). La gasolina de cracking aporta el 30% de los componentes aromáticos y el 94% de las olefinas de las gasolinas totales.

El diesel de cracking o “cycle oil” tiene baja calidad, con un índice cetano de 20, debido al alto contenido de aromáticos, azufre y nitrógeno que contiene, siendo difícil usarlo como componente para la producción de diesel, cuyo índice de cetano mínimo es de 45 para el diesel B y de 50 para el diesel A-1. El diesel de cracking se usa principalmente como diluyente del petróleo combustible (cutting).

CRACKING CATALÍTICO (cont.)

CRACKING CATALÍTICO (cont.)

CRACKING CATALÍTICO (cont.)

CRACKING CATALÍTICO (cont.)

CRACKING CATALÍTICO (cont.)

DIAGRAMA SIMPLIFICADO

CRACKING CATALITICO

GAS OIL

GASES

LPG

GASOLINA

LCO

DECANTADO

CRACKING CATALÍTICO (cont.)

FCC

CRACKING CATALÍTICO (cont.)

FCC

COQUIZACION RETARDADAEl pitch de vacío también puede ser enviado a una planta de coquización retardada a Coker, donde se convierte en gases (Fuel Gas), nafta de Coker, diesel de Coker , gas oil pesado de Coker y coque de petróleo.

La coquización retardada es un proceso de cracking térmico donde el calor necesario para las reacciones de coquización es proporcionado por un horno. A la salida del horno hay dos cámaras o tambores de gran tamaño y altura (8-9 metros de diámetro por 25-30 metros de altura), donde en uno de ellos se deja reaccionar el producto por 24 horas para su coquización. El otro tambor está aislado del proceso para ser descargado de su carga de coque, utilizando herramientas de corte con agua. El tambor, una vez despojado del coque, vuelve a la línea de producción mientras el otro sale al mismo proceso de descarga o decoquificado.

Las reacciones de coking son en dos etapas; en la primera etapa, la carga es sometida a una vaporización parcial y a un cracking térmico suave en el horno a 500°C. En la segunda etapa que ocurre en el tambor en servicio, se produce el craqueo y polimerización del líquido atrapado en éste a coque y vapor. El vapor sale por el tope del tambor y continúa hacia una fraccionador donde se separa en gas (Fuel Gas), nafta, gas oil liviano y gas oil pesado.

Durante la polimerización, se unen las moléculas que se han craqueado, formando compuestos muy pesados o coque de petróleo.

COQUIZACION RETARDADA (cont.)

La nafta y el gas oil liviano producidas durante el proceso de coquización retardada, deben hidrotratarse antes de ser enviados a otros procesos o a mezcla, porque contienen material olefínico inestable, azufre y nitrógeno debido al proceso de cracking térmico.

El gas oil pesado se puede enviar al cracking catalítico o hidrocracking. Por su alto contenido de material olefínico, azufre y nitrógeno, el gas oil pesado no es una buena carga para el cracking catalítico.

Los productos de la coquización retardada contienen mucho azufre, concentrándose éste en el gas (Fuel Gas) 30%, gas oil 30% y coque 30%.

COQUIZACION RETARDADA (cont.)

El coque de petróleo, llamado esponja o verde, puede contener cantidades variables de metales (vanadio, níquel), azufre y poca materia volátil. Son propiedades típicas del coque las siguientes:Humedad : 7-9% Dureza : 35-90 HGI

Cenizas : 0.4-1% Vanadio : 400-1300 ppm

Volátiles : 8-14% Níquel : 120-350 ppm

Carbono fijo : 76-86% Fierro : 30-300 ppm

Azufre : 2-7% HGI : Hard Grove Index

Poder calorífico: 7500-7800 Kcal/kg

COQUIZACION RETARDADA (cont.)

El coque de petróleo se utiliza como combustible. Como el coque de petróleo tiene un contenido bajo de compuestos volátiles, al ser quemado en las calderas produce escasa llama, por lo que se utiliza mezclado con carbones fósiles. El coque de petróleo no es un residuo.

Su precio internacional depende principalmente de su contenido de azufre, así como del precio del petróleo crudo y del precio de otros energéticos competitivos. Estos precios reflejan,el valor de la tecnología de control de emisiones que debe emplearse al quemarlo.

COQUIZACION RETARDADA (cont.)

El coque de petróleo está experimentando una gran demanda en el mundo. Su mercado global actual es de aproximadamente sesenta y cinco millones de toneladas anuales y se proyecta para el año 2005 un consumo cercano a los noventa millones de toneladas. Se le utiliza principalmente en la generación de potencia

COQUIZACION RETARDADA (cont.)

COQUIZACION RETARDADA (cont.)

COQUIZACION RETARDADA (cont.)

COQUIZACION RETARDADA (cont.)

CORTADO COQUE DE PETROLEO

COQUIZACION RETARDADA (cont.)

DIAGRAMA SIMPLIFICADO

COKER

GASES

GASOLINA

NAFTA

GAS OIL LIVIANO/DIESEL

GAS OIL PESADO

PITCH

COQUE DE PETROLEO

COQUIZACION RETARDADA (cont.)

COKER

TAMBORES COKER

COQUIZACION RETARDADA (cont.)

COQUIZACION RETARDADA (cont.)

CORTE DELCOQUE

COKER

HIDROCRACKINGEl gas oil proveniente de todas las unidades también puede ser enviado a la unidad de hidrocracking, donde se producen: gases (Fuel Gas), nafta de hidrocracking, diesel de alta calidad y muy bajo azufre y un gas oil no convertido, ya que la conversión que se logra en esta unidad no es completa.

La función principal del hidrocrackig es la producción de diesel de alta calidad y bajo azufre. En plantas de hidrocracking de alta severidad y conversión, 85%, por ejemplo, es posible alcanzar rendimientos de 68% de volumen de diesel con índice de cetano 55. El proceso de hidrocracking también puede producir kerosene de aviación.

HIDROCRACKING (cont.)

En este proceso, la carga junto con el hidrógeno de reciclo e hidrógeno fresco es calentada hasta la temperatura de reacción y hecha reaccionar sobre un catalizador en lecho fijo a una temperatura de 450 a 500 °C y a una presión de 140 a 176 kg/cm2.

HIDROCRACKING (cont.)

Los gases del hidrocracking se pueden enviar a la planta de hidrógeno o a la URL. La nafta de hidrocracking se utiliza como carga a Etileno o al splitter de nafta que alimenta a la planta de isomerización. También puede ser alimentada directamente a la reformación, porque contiene una alta cantidad de naftenos.

El gas oil no convertido producido puede ser enviado a la unidad de cracking catalítico, donde sus características de alta parafinicidad y bajo azufre lo hacen muy atractivo para la producción de gasolinas. Otra opción es la producción de bases de lubricantes de alto índice de viscosidad (HVI).

HIDROCRACKING (cont.)

En el catalizador de hidrocracking se producen dos reacciones: el cracking térmico de hidrocarburos de alto peso molecular y la hidrogenación de los compuestos insaturados que se forman durante la reacción de cracking térmico o presentes en la carga. Por este motivo, los productos de hidrocracking son mayoritariamente saturados o parafínicos.

HIDROCRACKING (cont.)

El catalizador de hidrocracking es muy delicado y debe ser protegido de contaminantes como vanadio, níquel y nitrógeno que vienen en la carga, por un catalizador de hidrotratamiento y demetalizado que lo antecede. El catalizador de hidrocracking debe ser regenerado cada vez que se satura de carbón y de contaminantes, lo que ocurre después de alrededor de 2 años de operación. Para regenerar el catalizador es necesario detener la unidad, sacar éste y enviarlo a una instalación especializada donde es posible restituir sus características en forma controlada.

HIDROCRACKING (cont.)

HIDROCRACKING (cont.)

HIDROCRACKING (cont.)

HIDROCRACKING (cont.)

HIDROCRACKING (cont.)

HIDROCRACKING (cont.)

DIAGRAMA SIMPLIFICADO

HIDROCRACKING

GAS OIL

VACIO

GASES

GASOLINA

NAFTA

KEROSENE

DIESELHIDROGENO

GAS OIL NO CONVERTIDO

HIDROCRACKING (cont.)

REACTORES

HIDROCRACKING (cont.)

HIDROCRACKING (cont.)

HIDROCRACKING

HIDROCRACKING

SOPORTE DEL CATALIZADOR

HIDROCRACKING (cont.)

CAMA DE CATALIZADOR

HIDROCRACKING (cont.)

HIDROCRACKING (cont.)

HIDRODESULFURIZACION O HIDROTRATAMIENTO DE NAFTA Y DIESEL

• En las unidades de NHT, la nafta es tratada mediante una desulfurización con hidrógeno, para disminuir el contenido de azufre de la alimentación a Reformación.

• De modo similar, la hidrodesulfurización del diesel, mediante una unidad de HDS permite la reducción de los contenidos de azufre de este combustible a niveles inferiores 500 ppm. En la actualidad esta unidad se utiliza con el mismo objetivo para la producción de Jet Fuel.

• En la unidad de HDT se trata la nafta y Diesel producidos en el Coker, generando como productos nafta y diesel de bajos contenidos de azufre, además de gases con altos contenidos de azufre.

DIAGRAMA SIMPLIFICADO

HIDRODESULFURIZACIÓN/HIDROTRATAMIENTO

CARGA

HIDROGENO

GASES

NAFTA

PRODUCTO DESULFURIZADO/

HIDROTRATADO

HIDROTRATAMIENTO

HIDROTRATAMIENTO (cont.)

HIDROTRATAMIENTO (cont.)

HIDROTRATAMIENTO (cont.)

HDT/HDS

HIDROTRATAMIENTO (cont.)

SISTEMA DE GAS COMBUSTIBLE Y TRATAMIENTOS

El gas que alimenta hornos y calderas debe ser tratado previamente a su utilización para no contaminar el aire. El tratamiento consiste en eliminar los compuestos de azufre que contiene, los que se convierten en dióxido de azufre, SO2, cuando se combustionan. Los compuesto de azufre son principalmente ácido sulfhídrico y mercaptanos.

DIAGRAMA SIMPLIFICADO

SISTEMA GAS COMBUSTIBLE TRATAMIENTOS

HORNOS Y CALDERASGASES DISTINTAS PLANTAS

AZUFRE

GAS NATURAL

GAS COMBUSTIBLE SIN AZUFRE

MEZCLA DE PRODUCTOS/BLENDING

Las gasolinas finales, petróleos combustibles y otros productos comerciales del petróleo son en realidad mezclas de varios componentes que han sido producidos en la refinería por las distintas plantas o importados, los cuales se dosifican y mezclan para cumplir las especificaciones de calidad, de acuerdo a proporciones desarrolladas en forma experimental o usando modelos de mezcla (blending).

La mezcla de componentes para producir un producto final en una fecha determinada es muy compleja, ya que hay que cumplir con una serie de especificaciones de calidad a partir de componentes existentes, cuyos volúmenes y propiedades pueden variar. La estimación de propiedades finales puede ser complicada si la propiedad no es aditiva. Una propiedad de una mezcla es aditiva si puede ser calculada como el valor promedio ponderado (en peso, volumen, fracción molar) de los componentes. Son propiedades aditivas:

• Presión de vapor (fracción molar)• Gravedad específica• Contenido de azufre• Punto anilina

MEZCLA DE PRODUCTOS/BLENDING (cont.)

No son propiedades aditivas:• NOR• Viscosidad• Punto de Inflamación• Punto de escurrimiento• API

Cuando una propiedad no se puede calcular linealmente, no es aditiva. En ese caso se sustituye la propiedad por un índice que se mezcla aditivamente. Este es por ejemplo, el caso de la viscosidad (VBN, viscosity blending number) y del octanaje (RBN, octane blending number).

MEZCLA DE PRODUCTOS/BLENDING (cont.)

La mezcla de componentes se puede realizar en estanques o mediante sistemas de mezclado en línea. En este último caso, los componentes se agregan directamente a la tubería o línea de carga a cabotaje o estanque de cliente. Para el control de la calidad se necesita instalar un analizador de la propiedad más crítica, el que funciona en línea.

Por regla general, la mezcla de componentes disponibles debe efectuarse siempre de manera de cumplir con las demandas de productos y especificaciones, que maximizen la utilidad global.

MEZCLA DE PRODUCTOS/BLENDING (cont.)

DIAGRAMA SIMPLIFICADO

MEZCLADO BLENDING

GASOLINA 97 NOR

GASOLINA 93 NOR

REFORMATO

GASOLINA CRAQUING CATALITICO

GASOLINA ETILENO

ISOMERATO

ALQUILATO

ENTREGA DE PRODUCTOS (cont.)

El regalo de calidad puede deberse a:• Mala información técnica o receta de mezclado

deficiente.• Existencia sólo de componentes o productos

de alta calidad por desoptimización de la producción.

• Descuido en la preparación de estanques.• Buque tanque esperando para cargar sin haber

producto disponible.• La presión competitiva obliga a regalar calidad

para atraer al cliente.

MEZCLA DE PRODUCTOS/BLENDING (cont.)

Por el contrario, si no se cumple con las especificaciones de calidad, será necesario repreparar el estanque, lo que ocasiona :

• Pérdida de capacidad de estanques, al quedar un estanque inmovilizado por más tiempo.

• Se degradan componentes valiosos que estaban destinados a otra mezcla.

• Eventual costo de sobre estadía de los buques tanques que esperan por el producto, mientras este se prepara.

• Hay aumento de costo de análisis por mayor número de ellos.

MEZCLA DE PRODUCTOS/BLENDING (cont.)

Para una gestión óptima de manejo de productos es necesario:

• Mezclar óptimamente.• Minimizar los regalos de calidad.• Minimizar el remezclado.• Minimizar la sobre estadía de buques

tanques.• Minimizar el costo de operación.

MEZCLA DE PRODUCTOS/BLENDING (cont.)

ALMACENAMIENTO Y DESPACHO DE PRODUCTOS

• Los productos para venta se almacenan en las Refinerías, previo a su despacho a clientes directos y a las compañías distribuidoras.

• El despacho de los distintos productos se hace por vía marítima, a través de poliductos o de camiones.

Oleoducto

Buque tanque

Camión

ENTREGAS

ENTREGA DE PRODUCTOS

Las entregas de productos se realizan en volúmenes normalizados a 15.5°C o 60ºF mediante medidores de turbina o desplazamiento positivos. Para reducir el volumen natural (volumen a la temperatura en que se encuentra el producto) a volumen a 15.5° C, se utilizan tablas y softwares proporcionados por el American Petroleum Institute.

Los productos que se entregan por peso, como el petróleo combustible, se hacen a través de romanas o convirtiendo el volumen en toneladas mediante la densidad del producto.

Las entregas de productos del petróleo desde una refinería se realizan, en lo posible, a través de oleoductos, que conectan la refinería con la planta distribuidora del cliente o con los terminales de cabotaje marítimo para el cargamento de buques tanques.

Los oleoductos de productos blancos (Gasolinas, LPG y otros) son en realidad poliductos, ya que se transporta en ellos, en forma secuencial, uno detrás del otro, toda la gama de productos limpios de una refinería, incluyendo el gas licuado.

ENTREGA DE PRODUCTOS (cont.)

Para minimizar la degradación del producto, que se produce en los puntos de contacto entre los distintos productos que están siendo transportados por un poliducto, la velocidad del producto por la tubería debe corresponder a un régimen de flujo turbulento, que a diferencia del régimen laminar, evita que los productos se mezclen unos con otros. Como hay productos cuyas especificaciones son más sensibles que las de otros, existe una secuencia óptima de transporte de productos. Por ejemplo, las gasolinas se transportan entre cortes de kerosene.

ENTREGA DE PRODUCTOS (cont.)

A pesar de lo anterior, existe siempre una cantidad pequeña de producto que se degrada durante el transporte o en la carga a un buque tanque y que es necesario retirarla del poliducto en algún punto y dosificarla en forma controlada a alguno de los productos que se venden. Este producto se denomina genéricamente “slop”.

ENTREGA DE PRODUCTOS (cont.)

MEDIDOR DE TURBINA

VENTURI

DENSIDAD RELATIVA

Razón entre el peso de un volumen de líquido con el peso de igual volumen de agua.

HIDRÓMETRO

Instrumento que se basa en los principios de flotación para medir la gravedad específica de un líquido, con respecto a la gravedad específica del agua a una temperatura especificada.

DENSIDAD LIQUIDA

Cuociente entre la masa de un líquido y su volumen, se expresa en gr/cm3.

La densidad depende de la temperatura.

Sirve para calcular el peso de un líquido conociendo su volumen.

HIDRÓMETRO

TERMINAL DE PRODUCTOS

PATIO DE CARGA

CARGA DE PRODUCTOS

ESPECIFICACIONES DE CALIDAD DE PRODUCTOS TERMINADOS

Valores máximos o mínimos de las propiedades de un producto terminado, las cuales han sido establecidas por las condiciones de uso, razones de prevención de riesgos o medio ambientales.

CERTIFICACIÓN DE CALIDAD DE PRODUCTOS TERMINADOS

Aplicación de normas y procedimientos estandarizados que permiten determinar con una precisión razonable la calidad de un producto terminado.

NORMAS DE CALIDAD DE PRODUCTOS TERMINADOS

En Chile, las normas de calidad de Productos terminados son emitidas por el Instituto Nacional de Normalización (INN), y tienen validez oficial, una vez publicado el decreto respectivo del Ministerio de Economía.

Además, en aquellas zonas geográficas con Planes de Prevención o Descontaminación, la Conama de la Región puede definir calidades más restrictivas

CONTROL DE CALIDAD

• El control de calidad de los productos en proceso se efectúa con analizadores en línea, y a través de un programa rutinario de monitoreo y análisis de Laboratorio, de las principales propiedades de los diferentes productos finales e intermedios.

• A los productos de venta se les verifica el cumplimiento de las especificaciones vigentes en Chile y requisitos adicionales acordados con los clientes.

DESTILADORES ASTM

MAQUINA OCTANO MOTOR

MOTORES

CALIDAD DE PRODUCTOS DEL PETROLEO

La volatilidad es una de las características más importantes de los productos del petróleo, especialmente en el caso de la gasolina, ya que está relacionada con las condiciones de uso del motor como su punto inicial de ebullición, que debe permitir la partida en frío.

La volatilidad de la gasolina terminada debe cumplir con una especificación, la que está definida en la norma INN, NCh 64 Of 95.

El método de análisis de la volatilidad corresponde al método de la ASTM para esa propiedad.

ASTM v/s TBP

Los métodos ASTM y TBP son con propósitos distintos y por ese motivo, no son intercambiables. Mientras el método TBP utiliza equipo de fraccionamiento, el método ASTM no tiene fraccionamiento. El método TBP tiene por objetivo determinar volúmenes de productos, el método ASTM determinar volatilidad.

DESTILACIÓN ASTM

ASTM

Destilación ASTM Gasolina

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

Pie 5% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 95% PFE

% Recuperación

Te

mp

era

tura

en

°C

DESTILACIÓN ASTM

CONTROL OPERACIONAL

Para asegurarnos que la gasolina final cumplirá con la especificación de volatilidad, debe monitorearse continuamente esta característica en cada planta que produce gasolinas. Esto se realiza en la actualidad con equipo analítico en línea.

CALIDAD DE PRODUCTOS

Corresponde al valor de las distintas propiedades que tiene un producto, el que depende del crudo y del proceso productivo.

Hornos

Torres

Cañerías

Estanques

Bombas

Intercambiadores de calor

EQUIPOS DE REFINERÍA

ESTANQUES

Los estanques de una refinería son de dos tipos:

• Techo flotante para productos, volátiles.

• Techo fijo para productos no volátiles.

• Cilindro a presión para LPG

AREA DE ESTANQUES

ESTANQUES TECHO FLOTANTE

ESTANQUES TECHO FIJO

ESFERAS DE LPG

CILINDROS DE LPG

CAVERNA DE ROCA

CAVERNA DE SAL

DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD

Con el objeto de proteger adecuadamente un equipo de una sobrepresión, se incluyen válvulas de alivio que se abren ante esta situación, enviando los gases o líquidos a un sistema cerrado que los colecta y envía a una antorcha donde son quemados en forma segura.

DISCO RUPTURA Y VALVULA DE SEGURIDAD

COMPRESOR

El compresor se utiliza para transportar gases desde un punto de baja presión a uno de mayor presión.

Pueden ser centrífugos, recíprocos, a pistón o axiales.

COMPRESOR CENTRIFUGO

COMPRESOR CENTRIFUGO CON ENTRADAS Y SALIDAS MULTIPLES

COMPRESOR AXIAL Y TURBINA

COMPRESOR A PISTÓN

BOMBAS

La bomba moviliza líquidos desde un punto a menor altura o presión, hasta uno a mayor altura / presión.

Pueden ser centrífugas, alternativas, diafragmas, etc.

BOMBA CENTRIFUGA

BOMBA CENTRIFUGA

VAPOR DE AGUA

Se utiliza para calentar, mover máquinas o generar energía eléctrica. También se utiliza directamente en el proceso como elemento regulador de reacciones (de coquificado) y para eliminar componentes livianos incluidos en los productos (stripping).

Es inocuo, no tiene riesgo de incendio y por ese motivo sirve para controlarlos, no necesita compresor para circular. Puede ser distribuido a diferentes presiones. Para que tenga alta temperatura, necesita una generación a alta presión.

SISTEMA DE VAPOR

El sistema de vapor de una refinería constituye el corazón y arterias de ésta. Sin el sistema de vapor, la refinería no podría operar, ya que las máquinas dejarían de funcionar y no habría vapor para controlar las emergencias que pudieran producirse.

El sistema de vapor afecta al costo de operación y por ese motivo su operación debe ser optimizada.

SISTEMA DE VAPOR

SISTEMA TORRE ENFRIAMIENTO

TORRE ENFRIAMIENTO

HORNOS

Los hornos se utilizan para calentar y vaporizar parcialmente la carga que se alimenta a una torre.

Existen hornos de crudo, de crudo reducido, de coker, de reformación, etc.

Los hornos pueden ser verticales u horizontales.

Los hornos tienen una zona de convección y radiación.

HORNO VERTICAL

HORNO HORIZONTAL

PARTE INFERIOR HORNOS TOPPING Y VACIO

HORNOS DE TOPPING Y VACIO

TURBINA VAPOR

Proporciona energía motriz a bombas y compresores.

Existen turbinas a condensación, cuando después de haber sido utilizado el vapor, éste es enfriado y convertido en líquido (condensado).

Hay turbinas a contrapresión, cuando el vapor de escape es enviado a un sistema de menor presión.

TURBINA VAPOR

CALDERA TIPO PAQUETE DE FRENTE

CALDERA TIPO PAQUETE

E ExchangerINTERCAMBIADORES

ESQUEMA INTERCAMBIADOR

INTERCAMBIADORES

MANÓMETROS

CAÑERIAS Y VALVULASEl movimiento de los hidrocarburos de una refinería, de un punto a otro, se realiza a través de cañerías e impulsados por bombas o compresores.

El tamaño y tipo de material de construcción de las cañerías y válvulas dependen del tipo de servicio, presión, temperatura y naturaleza del fluido.

Existen distintos tipos de válvulas (corte, globo, etc.), las que pueden ser manuales y operadas automáticamente.

PATIO CAÑERIAS

CRUCE DE CALLES

PREVENCION DE RIESGOS

Considerando que el petróleo y los productos del petróleo son inflamables, la existencia de altas y bajas temperaturas de proceso, altas y bajas presiones, productos tóxicos y/o corrosivos, es necesario que las operaciones se desarrollen con absoluto control de los riesgos y seguridad para las personas y el medio ambiente.

Lo anterior se logra con una política clara sobre prevención de riesgos y salud ocupacional, que establezca los lineamientos sobre prevención y protección de la vida al mismo nivel de importancia de la producción y las instalaciones; personal muy bien capacitado y motivado; manuales de operación de plantas actualizados; instrucciones de operación vigentes; procedimientos de trabajo adecuados; y un sistema de permisos para todos los trabajos en caliente a desarrollar en las plantas, que considere un análisis de todas las situaciones de riesgo, tales como trabajos en líneas de alta tensión, trabajos en caliente, trabajos en interior de equipos, trabajos en frío, etc.

PREVENCION DE RIESGOS (cont.)

EMERGENCIAS

En una refinería se pueden producir emergencias tales como:

• Incendio / Explosión.

• Derrame de productos líquidos / contaminación.

• Escape de gases / intoxicación.

PELIGROS

Peligro aire

Peligro gas

Peligro agua

MEDICION EXPLOSIVIDAD

ANTORCHA

ANTORCHA

ANTORCHA EN OPERACION

SIMULACRO

PRÁCTICA CONTRA INCENDIO

SALUD

Una de las áreas más importante de la gestión en prevención de riesgos es la salud ocupacional, la cuál es el conjunto de acciones que permite a la línea, asesorada por los grupos médicos y profesionales de prevención de riesgos, asegurar que el ambiente de trabajo no afecte negativamente la salud de sus trabajadores y contratistas.

MANTENIMIENTOEl costo anual del mantenimiento de las unidades de proceso varía entre 1,5% a 3% de la inversión, según sea la complejidad.

Las plantas operan durante 3 años o más sin detenerse. Algunas alcanzan 5 años. Más tiempo no siempre es conveniente, porque hay que incorporar los cambios que la tecnología ha desarrollado para continuar siendo eficiente y competitivo.

El mantenimiento diario se realiza en base a programas y a trabajos solicitados por los usuarios, utilizando un sistema de prioridades según la urgencia (0,1,2).

ENSUCIAMIENTO ENFRIADOR

IMPACTO AMBIENTE

DP CELL

PARO DE PLANTA

PARO DE PLANTA

PARO DE PLANTA

PARO DE PLANTA

PERMISOS DE TRABAJO EN CALIENTE

Documento escrito, por el cual Operaciones hace entrega al Departamento de Mantención, de un área de una planta en condiciones de seguridad adecuadas para realizar un trabajo en caliente.

El Departamento de Mantención por su parte, reconoce que las condiciones de seguridad son adecuadas y se compromete a realizar el trabajo utilizando prácticas seguras.

Firman ambos supervisores.

PRESENCIA FEMENINA

INGENIERÍA

El personal técnico de una refinería debe colaborar para resolver los problemas de operación y mantenimiento del día a día.

Efectuar análisis técnico económico, que permitan mejorar el margen de la refinería, reducir costos de operación, mejorar productividad, resolver cuellos de botella que impidan subir la carga o aumentar la producción de un producto determinado.

Gestionar los proyectos de inversión.

INGENIERIA BASICA DE PROCESOS

La ingeniería básica de un proceso constituye lo que es la Arquitectura para un edificio. Esto es, la definición de lo que es el proyecto.

La ingeniería básica define el proceso que se va a utilizar; establece sus garantías de rendimiento y calidad de los productos; selecciona y/o diseña los equipos, determina la forma como se interconectarán y dispondrán los equipos en el área; realiza los estudios y análisis de seguridad, salud ocupacional, medio ambiente y de protección contraincendio.

DIAGRAMA DE PROCESOS

DATA SHEET

SISTEMA INSTRUMENTACION HORNO

LÓGICA ENCENDIDO

Los modelos de simulación de plantas sirven para :Predecir rendimientos, calidades de productos,

condiciones de operación de una planta.Investigar otras opciones de operación y

alimentaciones distintas.Análisis “post mortem” de la operación realizada

versus la programación.Entrenar gente en el manejo de plantas.Seleccionar catalizadores. Evaluar estrategias y opciones de control avanzado.Estudios de revamping de plantas.Optimizar diseños de planta y modificaciones.Optimizar las operaciones de la planta usando el

modelo en modo On line / Off line.

MODELOS DE SIMULACION

MODELOS DE SIMULACION

INGENIERIA DE DETALLES

Conocida en Inglés como “Detailed Mechanical Design”, “Detailed Engineering”, “Detailed Design”, “Design and Drafting” o “Detailed Drafting”.

La Ingeniería de Detalles consiste en convertir las definiciones contenidas en la Ingeniería Básica, en el diseño detallado de la planta, de tal manera que permita la compra, fabricación y/o construcción de sus elementos constitutivos y su montaje, cumpliendo los requerimientos técnicos del proceso.

DIAGRAMA DE CAÑERIAS E INSTRUMENTOS

MAQUETA DIGITAL

COMPRA DE EQUIPOS Y MATERIALES (PURCHASING)

Probablemente uno de los aspectos más complejo que se encuentra durante el desarrollo de un proyecto, es la especificación y compra de equipos y materiales. En efecto, el equipamiento no sólo debe satisfacer los requerimientos técnicos del proyecto a precios competitivos, sino también permitir la operación en forma segura y confiable durante los períodos de tiempo establecidos para la operación comercial de la unidad.

A medida que el proyecto avanza, es conveniente planear la construcción dividiendo ésta en paquetes de obra tal como Movimiento de Tierras y Mejoramiento de Suelos, Obras Civiles, Obras Mecánicas y Aislación, Montaje de Equipos, Electricidad e Instrumentos, Servicios de Apoyo a la puesta en Marcha, Configuración y Puesta en Servicio del Sistema de Control Automático Distribuido.

CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE

PUNTERAS

FUNDACIONES

FUNDACIONES

MONTAJE DE EQUIPOS

PERNO ANCLAJE

MONTAJE TORRE

INSPECCION

Cuando el contratista termina constructivamente un circuito de cañerías que está incluido en un “circuito de prueba”, se procede a efectuar la prueba hidráulica o de hermeticidad y a la confección del certificado de prueba hidráulica correspondiente cuando ésta es satisfactoria. Debe ser complementada con radiografías de las uniones soldadas del circuito. Las radiografías permiten verificar la calidad de las soldaduras. El circuito queda de esta manera terminado y entregado a Operaciones.

La prueba hidráulica consiste en someter el circuito de cañería, a una presión con agua de al menos 150% la presión de diseño. Permite asegurar la hermeticidad del circuito.

INSPECCION

TÉRMINO CONSTRUCCIÓN O MECHANICAL COMPLETION

Se considera como término de la construcción cuando una instalación ha sido ejecutada fielmente de acuerdo a normas, planos y especificaciones, se han corregido los errores y defectos, y cumple con los requisitos de calidad según los tests constructivos (prueba hidráulica y radiografías).

TÉRMINO CONSTRUCCIÓN

NORMALIZACION O PRECOMMISSIONING

A medida que la construcción progresa, el personal de Operaciones y de Mantenimiento de la refinería, van tomando a su cargo los equipos y circuitos terminados constructivamente, efectuando una revisión detallada de ellos y realizando trabajos para dejarlos en condiciones de funcionar en forma normal y segura. El Contratista de Construcción no sabe como funcionan los equipos, solo los arma o monta. Además como algunos equipos se pueden ensuciar o dañar durante la construcción y montaje, están protegidos especialmente, protección que hay que retirar para que puedan funcionar. Para evitar que se descalibren o se extravíen, muchos elementos e instrumentos se instalan después del montaje de los equipos. Otros, como motores eléctricos, deben ser revisados en el taller.

Termina la etapa anterior cuando todos los equipos están listos para funcionar individualmente en forma confiable y segura, el sistema de control de la planta está en servicio y el personal de operaciones está a cargo de ella. A partir de ese momento, la planta esta lista para recibir hidrocarburos.

Corresponde ahora asegurarse que la planta puede funcionar satisfactoriamente como conjunto, para lo cual hay que habilitar todos los servicios como: aire de instrumentos, agua refrigeración, vapor de agua, electricidad, antorcha, sistema de aguas aceitosas, agua contra incendio, etc., e iniciar las pruebas de sistemas.

PREPARTIDA O COMISIONNING

PUESTA EN MARCHA

La planta se coloca en marcha de acuerdo a procedimientos de operación desarrollados por el jefe de la planta y su equipo de operadores, con la asistencia del licenciador del proceso.

Durante las operaciones iniciales, hay que monitorear cuidadosamente el calentamiento de los sistemas mecánicos críticos, especialmente líneas que funcionan a alta temperatura y que son largas. Si el proceso es nuevo, se debe partir lentamente permitiendo que los operadores adquieran experiencia.

ACEPTACION

El conjunto de test de aceptación tienen por objetivo confirmar la validez de la evaluación económica del proyecto, a través de la verificación de que la unidad cumple con los parámetros garantizados.

Test de capacidadLa planta debe correr en forma estable a la capacidad y carga de diseño, por un periodo de 72 a 96 horas y cumplir con los rendimientos y calidades de productos garantizados.

Test de EficienciaDurante el periodo de 72 a 96 horas, la planta debe demostrar a la carga de diseño, que el consumo de energía es el garantizado.

ACEPTACION

RECEPCIÓN

Se entiende por recepción en un proyecto, a la acción formal mediante un acta, de la aceptación de la instalación, después de ser construida.

El acta certifica que la instalación cumple con los requisitos del proyecto.

DESARROLLO DE PROYECTOS

ACTIVIDAD AÑO 1 AÑO 2 AÑO 3

Estructuración y Formalización

financiamiento de terceros

Implementación Proyecto

(Construcción planta)

Mejoramiento terreno

Ingeniería

Adquisición equipos

Construcción Planta

Commisioning y puesta en marcha

Operación Planta

Closing financieroMechanical completion

Test Run de aceptación de Planta

Operación de Planta

INVERSION REFINERÍA DE PETRÓLEO Unidades de Proceso:

- Topping y vacío - FCC

- Reformación - Visbreaker

- HDT Gas Oil - Planta Azufre

- Isomerización - Otras unidades

subtotal 44,5%

Servicios:

- Vapor

- Agua enfriamiento

- Energía eléctrica

subtotal 15,2%

INVERSIÓN REFINERÍA DE PETRÓLEO (cont.)

Seguridad y Medio Ambiente

- Sistema contra incendio

subtotal 6,9%

Almacenamiento y entregas

- Productos líquidos y LPG

- Sistema cañerías

subtotal 25,2%

Infraestructura

- Preparación sitio, caminos, edificios

subtotal 8,2%

TOTAL 100%

Refineríasimple s/nConv. 5 M

tpa

Refinería conconversión

simple8 M tpa

Refinería conconversiónprofunda8 M tpa

Inv. Total, $MM 580 1.475 2.455

Costo Medio, $/ton 116 184 307

Costo variable, $/ton 3,0 3,5 4,0

Refinería europeas* excluyendo los servicios

INVERSIÓN REFINERÍA DE PETRÓLEO (cont.)

ROL DEL OPERADOR DE REFINERIA

El trabajo del operador de refinería es fundamental para:Partir y parar plantas en forma segura para las

personas, ambiente e instalaciones.Operar las plantas en forma confiable y

eficiente.Actuar anticipadamente en el control de

equipos, evitando que su falla pueda ocasionar daños a las personas o al medio ambiente.

Solicitar oportunamente el mantenimiento de los equipos a su cargo que lo necesiten.

ROL DEL OPERADOR DE REFINERIA (cont.)

El trabajo del operador de refinería es fundamental para:Mantener bajo control las condiciones de

seguridad de su área.Monitorear la producción y calidad de ésta.Colaborar con los equipos técnicos y de

mantenimiento en la solución de problemas.Participar en proyectos como inspector de

operaciones.

SALA DE CONTROL DE REFINERÍA

PANTALLAS SISTEMA TDC

OPERADOR

CAPACITACIÓN

Plan Emergencia

Guardia Fin de semana

Crisis

ATENCIÓN LAS 24 HORAS

MEDIO AMBIENTE

El accionar de una refinería, debido a su propia naturaleza como productora de combustibles, guarda una estrecha vinculación con el medio ambiente y la comunidad tanto en sus plantas productoras, como en la distribución, manejo y consumo de sus productos.

EMISIONES REFINERÍA

Para medir en forma efectiva la eficiencia, productividad y pérdidas reales de una refinería, es necesario efectuar un balance en peso alrededor de ella. El balance en peso mide lo que se alimenta o incorpora a la refinería como petróleo crudo, cargas intermedias (nafta, gas oil de vacío), productos químicos y lo que se obtiene de la operación de ella como productos de venta, productos enviados a almacenamiento, productos químicos utilizados en tratamientos, efluentes, combustibles utilizados, etc.

CONTROL DE PÉRDIDAS

BALANCE DE MATERIALES

FLUJO DE INFORMACIÓN BALANCE

" SECCION CRUDOS " (M3 a 60 °F) Septiembre, 2003

EXISTENCIA RECEPCION CABOTAJES TRASPASOS EXISTENCIA CRUDO

INICIAL NETA NETOS PRODUCTOS FINAL PROCESADO

1 BCF 24 23.631,2 1.846,8 21.784,42 Cañadon Seco 42.104,3 59.158,5 24,0 24.474,2 76.764,63 Loreto 54.829,0 60.289,1 37.255,9 77.862,24 Mandji 2.854,0 2.854,05 Marlim 23.257,2 31,0 5.308,9 17.917,36 Mayna 171,7 171,1 0,67 Sauces 63.539,1 322.297,5 218,0 88.515,4 297.103,28

9

10

11 Total Crudos 186.755,3 465.376,3 273,0 157.572,3 494.286,312 Slop de Crudo 17.956,4 2.137,0 948,0 15.108,6 1.658,8

13 Slop Liviano 21.430,8 127,0 3.905,0 4.964,1 20.244,714 Slop Pesado 1.815,2 168,0 5.612,0 5.340,2 1.919,0

15 Total Crudos / Reproceso 227.957,7 465.376,3 2.705,0 10.465,0 182.985,2 518.108,8Cargas complementarias

16 CRUDOS Y SLOP A VISBREAKING 2.705,017 PROPANO/PROPILENO 4.725,2 4.725,218 GASOLINA NATURAL

19 GAS.TOPPING

20 NAFTA

21 GAS OIL - PETR. COMB.

22 RECICLO (PD Y PQ) 5.442,5 5.442,5

23 GAS NATURAL (M3 FOE) 1.647,9 1.647,9

24 TOTALES 227.957,7 475.544,0 2.705,0 12.112,9 182.985,2 532.629,4

BALANCE VOLUMÉTRICO DE PRODUCCIÓN

CRUDOS

BALANCE VOLUMÉTRICO DE PRODUCCION" SECCIÓN PRODUCTOS " Septiembre, 2003

Existenc Recepc Traspas Consum Traspas Existenc ProduccInicial Netas de Intern Sn Fdo Ventas Consig a Final Mensual

3 Gas Combust. (M3 FOE) 61 616 Etileno (m3 liq) 488 12.344 153 12.00910 Propano 4.851 10.405 6.109 10.054 4.039 4.94515 Butano 4.824 7.609 12.804 4.453 20.04212 Propileno 932 21.621 771 21.46023 Gasolina 97 S/Pb 1.576 25.990 11.336 10 7.476 11.997 11.935 229 7.25625 Gasolina 95 S/Pb 11.968 7.719 18.496 1.191 034 Gasolina 93 S/Pb 47.790 8.208 21.924 45.361 43.283 305 24.468 79.344

Gasolina Alto Octanaje42 Reformato 15.109 15.10943 Gasolina etileno 3.634 2.133 1.50144 Gasolina Cracking 11.595 10.020 1.57545 Gasolina Topping 2.034 1 10.001 17.341 25.30847 Nafta 3.989 5.001 26.867 27.879

Isomerato51 Kerosene Aviacion 16.627 28.284 10.030 400 16.787 38.87452 Kerosene 1.442 562 87 2.09161 Diesel B 51.900 470 12 35.275 48.020 96.412 3.611 62.187 193.14563 Diesel Invierno64 Diesel A-1 7.078 5.742 114 1.222 065 Gas Oil 54.274 714 72.085 1.572 18.495 37.16566 Comp.Asf. 153 15375 Petr.Comb.N°6 36.536 3.095 17.627 13.618 5.239 41.775 38.62973 Petr.Comb.IFO-180 3.559 3.665 7.22574 Petr.Comb.IFO-380 1.368 3.634 5.00277 Petr.Comb.Esp.B.M.78 Petr.Comb.Esp.CAP83 Pitch Asfaltico 2.477 2.776 5.25384 Asfalto fv 60/70 3.072 93 7.735 4.75685 Asfalto fv 50/60

Coke Comb. (M3 FOE) 19.306 20.113 17.842 18.649Slop de Crudo 3.306 948 2.464 106Slop Liviano 1.394 1.172 1.578 3.905 1.293 1.055Slop Pesado 5.612 5.612

TOTALES 302.282 37.567 38.731 23 112.418 299.676 198.140 49.196 262.277 543.150GAS NATURAL (M3 FOE) 11.350 9.702 1.648

Gas Refinería (M3 FOE) 9.778

91 NaHS (TM) 240 336 9692 Azufre (TM) 144 322 223 40093 coke comb. (TM) 21.451 22.348 19.824 20.721

NOTAS Y OBSERVACIONES :

610.234

PRODUCTOS ENTREGAS(M3 a 60 °F)

PROGRAMA DE PRODUCCIÓN

Documento que establece el nivel de refinación, las mezclas de crudos, los productos a producir, las cargas a las plantas y condiciones de operación, necesarios para cumplir con las metas de producción fijadas.

La selección de crudo se realiza utilizando un modelo de programación lineal, que tiene representado la configuración de las refinerías y al cual se le entrega información sobre demandas de productos, disponibilidad y precios de crudos y productos.

El modelo selecciona el conjunto de crudos que permite cumplir con la demanda de productos del mercado en cantidad y calidad, y que maximiza el margen neto.

SELECCIÓN DE CRUDO

REFINERÍA TOPPING

CRUDO

LIVIANOS

NAFTA + GASOLINA TOPPING

KEROSENE

DIESEL TOPPING

CRUDO REDUCIDO

FUEL GAS

GASOLINA

JET FUEL

DIESEL

PETROLEO COMBUSTIBLE

REFINERÍA TOPPING CON REFORMACIÓN

CRUDO

LIVIANOS

GASOLINA TOPPING

HIDROTRATAMIENTO YREFORMACION

HIDROTRATAMIENTO

HIDROTRATAMIETNO

CRUDO REDUCIDO

DIESEL TOPPING

KEROSENE

NAFTA

FUEL GAS

LPG

GASOLINA

JET FUEL

DIESEL

PETROLEO COMBUSTIBLE

BUTANO

REFORMATO

Hydroskimming

REFINERÍA CON CRACKING

CRUDO

LIVIANOS

GASOLINA TOPPING

HIDROTRATAMIENTO YREFORMACION

HIDROTRATAMIENTO

HIDROTRATAMIENTO

CRUDO REDUCIDO

DIESEL TOPPING

KEROSENE

NAFTA

FUEL GAS

LPG

GASOLINA

JET FUEL

DIESEL

REFORMATO

VGO HDTFCC/Hydrocracker

Alkylación

GAS OIL DE VACIO

FONDO VACÍO

COL

A.DECANTADO

PETROLEO

COMBUSTIBLE

ALQUILATO

GASOLINA DE FCC

BUTANO

GAS OIL ATMOSFERICO

REFINERÍA CON CRACKING Y COKING

CRUDO

LIVIANOS

GASOLINA TOPPING

HIDROTRATAMIENTO YREFORMACION

HIDROTRATAMIENTO

HIDROTRATAMIENTO

CRUDO REDUCIDO

DIESEL TOPPING

KEROSENE

NAFTA

FUEL GAS

LPG

GASOLINA

JET FUEL

DIESEL

REFORMATO

VGO HDTFCC/Hydrocracker

Alkylación

GAS OIL DE VACIO

FONDO VACÍO

COL

A.DECANTADO

COKE DE PETROLEO

ALQUILATO GASOLINA DE FCC

COKERGAS OIL PESADO

GAS OIL LIVIANO

NAFTA

BUTANO

GAS OIL ATMOSFERICO

Deep Convertion

MARGEN

Margen bruto:

Ingresos por Venta Productos- Costos de Materia Prima

Costos Materia Prima = Costos de Crudo + Cargas Complementarias

Margen Neto:

Margen Bruto - Costos de Operación

COSTOS DE OPERACIÓN

Corresponden a los costos necesarios para operar y mantener la refinería en funcionamiento.

Incluyen los costos de energía, personal, mantención, medio ambiente, productos químicos, etc.

MARGEN BRUTO

Vol % $/BBL $/DÍA

Crudo 100 $17,3 $1.737

Producto, % vol crudo

Fuel gas 2,5 $7,50 $19

Propano 2,0 $15,00 $30

Butano 0,9 $16,00 $14

Gasolina 36,0 $22,23 $800

Jet 7,0 $20,83 $146

Diesel 23,6 $20,10 $474

LSFO 33,4 $6,67 $223

HSFO 0 $5,99 0

Total 105,4 $1.706

Margen Bruto -$25

TOPPING/REFORMACION WTI

CRACKING WTI

Vol % $/BBL $/DÍA

Crudo 100 $17,37 $1.737

Producto, % vol crudo

Fuel gas 3,0 $7,50 $23

Propano 2,6 $15,00 $39

Butano 2,8 $16,00 $45

Gasolina 61,2 $22,23 $1.360

Jet 7,0 $20,83 $146

Diesel 21,2 $20,10 $426

LSFO 12,7 $6,67 $85

HSFO 0 $5,99 0

Total 110,5 $2,126

Margen Bruto $389

MARGEN BRUTO

COKING WTI

Vol % $/BBL $/DÍA

Crudo 100 $17,37 $1.737

Producto, % vol crudo

Fuel gas 4,3 $7,50 $32

Propano 2,8 $15,00 $42

Butano 2,8 $16,00 $45

Gasolina 63,5 $22,23 $1.411

Jet 7,5 $20,83 $156

Diesel 27,0 $20,10 $543

LSFO 1,6 $6,67 $11

HSFO 0 $5,99 0

Coke 1,6 $11,25 $15

Total 109,5 $2.255

Margen Bruto $518

MARGEN BRUTO

MARGENES BRUTOS

MAYA ARABLIVIANO

WTI

$/BBL $/BBL $/BBL

TOPPING REFORMACION -7,14 -$2,66 -$0,66

CRACKING -$1,40 $1,56 $2,88

COKING $4,84 $3,80 $4,28

TODOS LOS MARGENES SON US$/BBL CRUDO

COMENTARIOSLos productos que valen menos que el crudo,

reducen el margen.Los productos que valen más que el crudo, suben

el margen.Productos de mejor calidad tienen mejor precio y

suben el margen.La disminución del mercado de un producto puede

enfrentarse, agregando procesos que lo transformen en productos necesarios, cambiando de crudo o exportando a otros mercados.

Crudos pesados baratos, con procesos de conversión, son los que más suben el margen.

Refinerías con mayor complejidad tienen costos de operación mayores, pero también mayores márgenes.

Reducir el costo de operación mejora el margen. El 44% del costo de operación es energía.

A mayor tamaño de plantas, menor costo de operación. Disminuyen los costos fijos. Mejor margen.

Maximizar la disponibilidad de las refinerías aumenta el margen. Esto significa espaciar los paros (cada 3 años), acortarlos y minimizar los paros no programados.

Operar las unidades a la mayor carga posible disminuye los costos unitarios y mejora el margen.

COMENTARIOS (cont.)

NEGOCIO REFINACIÓN

Satisfacer las demandas del mercado produciendo productos de la calidad requerida, cumpliendo con las regulaciones ambientales, sin afectar a la comunidad y maximizando el margen neto.

DESAFIOS FUTUROS NEGOCIO REFINACION

• Handbook of Petroleum Refining Processes Robert Meyers

• Petroleum Refinery Process Economics Robert Maples

• Petroleum Refinery Engineering W.L. Nelson

• Petroleum Refining (5) J. P. Wauquier

• Petroleum Refining Technology and Economics Gary, Handwerk

• Petroleum Refining Processes Speight, Ozum

• OSHA Technical Manual

• Petroleum Refinery Distillation R. N. Watkins

BIBLIOGRAFÍA

• Oil and Gas Journal

• Hydrocarbon Processing Magazine

• www.r-t-o-l.com

• www.imp.mx/petroleo/apuntes/refina.htm

• El Negocio de la Refinación Renato Sepulveda

• NPRA Q&A

• www.eia.doe.gov

• www.enap.cl/sala de clase

• http://jechura.com/ChEN409/#ClassNotes

• La Gestión de la Refinación Victor Arancibia

BIBLIOGRAFÍA (cont.)