UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo Estableciendo...

Tarragona 09/09/05 Prof. Gladys Rincón Polo

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR

lfaLIGNO-CARB

Estableciendo capacidad para plantas piloto:

coquización retardada

N. PérezG. Rincón Y. García J. Santos

Presentado por

Gladys Rincon

Laboratorio de Carbón y Residuos Pesados Universidad Simón Bolívar

IQP&P-Ingeniería Química Petroquímica y Procesos

Universidad Simón Bolívar



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Las plantas pilotos son instalaciones experimentales de dimensiones comprendidas entre aparatos de laboratorio y plantas comerciales, conformadas por una secuencia de equipos, instrumentos, accesorios y líneas, dispuestos en forma lógica para reproducir un determinado proceso

Estableciendo capacidad para plantas piloto:coquización retardada



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La capacidad de una planta industrial se establece en base a criterios como:

•demanda y oferta,demanda y oferta, •restricciones técnicas,restricciones técnicas, •disposición de materias primas o insumosdisposición de materias primas o insumos, •rentabilidad,rentabilidad, •restricciones financieras,restricciones financieras, •limitaciones de espacio. limitaciones de espacio.




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El objetivo de una planta piloto es generar información para ampliar conocimientos relativos al diseño y operación de una planta comercial.




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¿Cómo establecer la capacidad de una planta piloto que reproduce un

proceso que ya existe industrialmente ?




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PASOS ENTREGABLE

Formulación Objetivos Lista de objetivos de la planta piloto

Definición de Bases de Diseño

Relación de condiciones de operación y lo que se desea reproducirCondiciones y características de materia primas y productos.

Limites de capacidad Capacidad mínima y máxima

¿Cuáles son los parámetros a reproducir?

Lista de parámetro a reproducir

Generación del DBP de la planta piloto

DBP

Capacidad de diseño Capacidad de diseño la planta piloto



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PASO 1. Formulación del objetivo.

los objetivos se formulan para dar respuesta a la información requerida para el diseño u operación de la planta industrial.




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PASO 2. Definición de las Bases de Diseño. Relación entre condiciones de operación y lo Relación entre condiciones de operación y lo que se va a reproducirque se va a reproducir..

1.Identificar las propiedades de los productos que se van a reproducir;

2.Estudiar el proceso industrial para identificar las variables de operación que tienen mayor impacto sobre lo que se va a reproducir, se desechan aquellas que no lo afectan.




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PASO 2. Definición de las Bases de Diseño. Condiciones y características de materia Condiciones y características de materia prima, productos y rendimiento.prima, productos y rendimiento.

El diseño de la planta piloto se realiza sobre la base de que la materia prima y los productos son equivalentes a los del proceso industrial.




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PASO 3.

Limites de capacidad.

capacidad máxima.capacidad máxima. Lo más pequeña posible tomando en cuenta tres aspectos:

1) limitaciones de materia prima;

2) disposición de desechos

3) costos mínimos de inversión inicial.




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PASO 3. Limites de capacidad.

capacidad mínima.capacidad mínima. lo suficientemente grande como para asegurar:

1) cantidad requerida en las pruebas de laboratorio;

2) velocidades mínimas equipos y tuberías;

3) minimizar costos iniciales de inversión

Se recomienda diseñar para la capacidad Se recomienda diseñar para la capacidad mínima posiblemínima posible




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PASO 4.

¿ ¿ Cuáles son los parámetros de operación a reproducir ??

Se deben seleccionar cuáles son los parámetros de operación que tienen mayor impacto sobre lo que se desea reproducir. La capacidad de la planta piloto queda restringida por las limitaciones impuestas por los parámetros de operación.




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PASO 5.

Generación del PFD de la planta piloto.

La formulación de objetivos obliga potencialmente a rediseñar el DBP ajustándose a los objetivos establecidos.




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PASO 6. Estableciendo la capacidad de diseño.

Con la información recopilada en los pasos anteriores y los balances de masa se establece la capacidad de diseño de una planta piloto que reproduce parcialmente o totalmente un proceso existente.




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DFP: Coquización Retardada a nivel Industrial

Feed

Main Fractionator

Gasoil

Gas

Unstabilized Naphta

Coke graves

Coke

Coker Drum

Furnace

Steam

Gasoil Stripper

Residual Stream

-Gas

Separator

CW

CW

Steam

Coker Drum



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El coque retardado producto del crudo venezolano es excesivamente duro y difícil de remover con el equipo de decoquizacion hidráulica.

EL Laboratorio de Carbón y Residuos Pesados de la EL Laboratorio de Carbón y Residuos Pesados de la Universidad Simón BolívarUniversidad Simón Bolívar, fiel al objetivo de prestar soporte técnico a la industria y en su empeño por dar soluciones sustentables al coque retardado, plantea la conceptualización, diseño y construcción de una planta piloto de coquización retardada (PPCR), que reproduzca la calidad del coque retardado que se produce a partir de crudo venezolano.

Estableciendo capacidad de PPCR



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Great Lakes Carbon [Ellis y Hardin, 1993];

Process Improvement Engineering [Lieberman, 1986];

Universidad de Milano [Del Bianco, 1993];

Universidad de Trondheim [Blekkan, 1992];

El instituto de Investigación Aplicada de Pittsburg [Rodríguez, 1994];

PDVSA-Intevep [Layrisse, 1998];




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Se definió la capacidad de la PPCR como la cantidad de COQUE RETARDADO producido POR CICLO de operación




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PASO 1. Formulación del objetivo.

Construir una PPCR que reproduzca la calidad de coque retardado que se produce a partir de crudos venezolanos.

Este proyecto maneja un financiamiento Este proyecto maneja un financiamiento mínimo.mínimo.




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PASO 2. Definición de las Bases de Diseño. Relación entre condiciones de operación y lo Relación entre condiciones de operación y lo que se va a reproducirque se va a reproducir..

La PPCR reproducirá las características del coque retardado requeridas para su comercialización, las cuales son:

El contenido de azufre y metales lo establece el contenido de los mismos en la alimentación.




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Para una alimentación dada, la presión y la relación de reciclo del tambor de coquización, y la temperatura de salida del horno determinan la calidad y rendimiento del coque retardado.

PASO 2. Definición de las Bases de Diseño. Relación entre condiciones de operación ylo que se va a reproducir.



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PASO 2. Definición de las Bases de Diseño. Relación entre condiciones de operación ylo que se va a reproducir.

Presión del tambor de coquizaciónPresión del tambor de coquización:: A temperatura y relación de reciclo constantes, al aumentar la presión del tambor los hidrocarburos pesados quedan retenidos en él. Esto se traduce en un aumento en el rendimiento de coque y un ligero aumento en la cantidad de gases.Relación de reciclo del procesoRelación de reciclo del proceso: La relación de reciclo tiene el mismo efecto que el de la presión en el rendimiento de los productos. Temperatura del tambor de coquización:Temperatura del tambor de coquización: A presión y relación de reciclo constantes, el rendimiento de coque disminuye al aumentar la temperatura de salida de los tambores.



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Coke PhysicalPropertiesOperationVariables

Volatile Matter (VM)

Microstructural Characteristics

Superficial area

Pore volume and diameter

Microstructure

Increase Temperature

Increase hardness

Reduction of superficial

area

Reduction of pore size

Temperature affects the mesofase

development

Increase PressureIncrease VM

content

Reduction of superficial

area

Reduction of volume of available

empty spaces

Unknown influence

•Increase RecycleReduction of VM content

Increase residence

time

Increase residence

time

Increase residence

time



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PASO 2. Definición de las Bases de Diseño. Condiciones y características de materia prima, productos y rendimiento.

Global Properties

Mass Flow (kg/hr) 6.46 Pressure (psia) 40

Specific Gravity 2.83

Vapor fraction 1.00 Temperature (K) 732 Viscosity (cP) 0.02

Mass Composition

Water 0.17 Heptanes 0.00033 Sulphidric acid 0.000021

Hydrogen 0.00027 Decane 0.11 Carbon dioxide 0.03

Methane 0.0092 Undecane 0.12Carbon

monoxide 0.000017

Ethylene 0.00013 Dodecane 0.13 Resin 0

Ethane 0.0027 Trydecane 0.14 Saturated 0

Propane 0.0035 Tetradecane 0.15 Aromatic 0

Butane 0.002 Benzene 0.051 Naphtenic 0

Pentane 0.0012 Toluene 0.061

Hexane 0.00048 Cyclohexane 0.024



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PASO 3.

Limites de capacidad. capacidad máxima.capacidad máxima. 23 Kg coque retardado por ciclo

capacidad mínima.capacidad mínima. 5 Kg coque retardado por ciclo

La capacidad mínima debe garantizar una velocidad lineal de: líquidos 1m/s y gases 4m/s.

Existe un compromiso entre la capacidad, la inversión inicial y las restricciones impuestas por los parámetros de operación

PASO 3. Limites de capacidad.



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velocidad de ascenso dentro del tamborvelocidad de ascenso dentro del tambor

PASO 4. ¿ Cuáles son los parámetros de operación a reproducir ?

2

4

6

8

10

12

14

16

18

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16Delayed Coking masses per cycle (Kg)

Le

ng

th/D

iam

ete

r ra

tio

(L

/D)

Minimum riser velocityMean riser velocityMaximum riser velocity



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condición adiabática del tamborcondición adiabática del tambor

Para reproducir las características del coque retardado es fundamental reproducir el perfil térmico dentro del tambor, por lo tanto el tambor debe operar de forma adiabática.

Capacidad de al menos 4 kg coque retardado/ciclo.

La capacidad mínima está definida por la cantidad de La capacidad mínima está definida por la cantidad de coque requerido por las pruebas de laboratorio.coque requerido por las pruebas de laboratorio.



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tiempo de llenado del tambor de coquización tiempo de llenado del tambor de coquización

Tiempo de llenado de aproximadamente 6 horas

2

4

6

8

10

12

14

16

18

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16Delayed Coking masses per cycle (Kg)

Le

ng

th/D

iam

ete

r ra

tio

(L

/D)

Minimum riser velocityMean riser velocityMaximum riser velocity

Para una velocidad de ascenso constante se debe establecer una altura`(L) del tambor que permita alcanzar el tiempo de llenado. Al establecer L, el diámetro (D) y la cantidad de coque retardado por ciclo son fijos



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operabilidad operabilidad

Mientras menor sea la capacidad menor serán las dimensiones de los equipos, aumentando los problemas operacionales por depósitos de coque en tuberías, accesorios y equipos.

Para evitar la deposición de coque la velocidad en todas las líneas debe ser superior a la mínima.

Líquidos 1m/s - Gases 4m/sLíquidos 1m/s - Gases 4m/s



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Desechos generadosDesechos generados

Mientras mayor sea la capacidad de la planta mayor será la cantidad de desechos generados.

Capacidad de al menos 23kg coque retardado/ciclo.



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PASO 5. Generación del PFD de la planta piloto



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PREMISAS para BM:

1) la velocidad debe ser mayor a la mínima;

2) la velocidad de ascenso se toma como la velocidad de ascenso promedio,

3) la relación de reciclo es de 20/80.

Relación de reciclo: cantidad de gasóleo producido por ciclo con respecto al total recirculado.




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• Se supone la cantidad de coque retardado por ciclo • Se supone el diámetro de todas las líneas del DFP. Los valores de

los diámetros corresponden a D comerciales.• Se realizan los BM. Para el tambor de coquización se utilizó la

figura que establece la relación de L/D. • Se calculó el caudal en cada tubería. • Se calculó la velocidad lineal de cada tubería. • El cálculo iterativo se detiene cuando la velocidad lineal de todas

las tuberías es mayor o igual a las velocidades mínimas. • Una vez detenido el cálculo se estable que la cantidad supuesta de

coque retardado a producir es la capacidad de diseño PPCR




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CONCLUSIONS

El método propuesto garantiza establecer la capacidad de una planta piloto de un proceso industrial. Este método se probó para establecer la capacidad de una PPCR que reproduce la calidad del coque venezolano.

La capacidad PPCR es La capacidad PPCR es 10,5Kg coque retardado /ciclo 10,5Kg coque retardado /ciclo L/D L/D = 8,3= 8,3

CONCLUSIONES



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CONCLUSIONS

La mayor dificultad para establecer la capacidad de una planta piloto de un proceso industrial, radica en seleccionar cuáles parámetros de operación se deben reproducir. Para la PPCR se estableció que para reproducir la calidad del coque retardado es necesario reproducir la fluidodinámica, el tiempo de llenado y la condición adiabática del tambor de coquización. Se recomienda hacer un estudio detallado que establezca la capacidad mínima óptima, basado tanto en los aspectos técnicos como en el incremento de los costos de construcción de equipos muy pequeños.

CONCLUSIONES



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GRACIASGRACIAS

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