Diapositiva 1coquización retardada
N. Pérez
G. Rincón
Y. García
J. Santos
Presentado por
Gladys Rincon
Universidad Simón Bolívar
Universidad Simón Bolívar
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR
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
Palluzi [1999] define plantas piloto como una instalación
experimental de dimensiones comprendidas entre aparatos de
laboratorio y plantas comerciales, conformada por una secuencia de
equipos, instrumentos, accesorios y líneas, dispuestos en forma
lógica para reproducir un determinado proceso.
La capacidad de una planta industrial se establece en términos de
los productos principales y se refiere a la capacidad productiva de
la instalación. Esta se representa como la cantidad total de
producto, o alimentación por unidad de tiempo si el proceso es
continuo; o como la cantidad producida, o alimentada, por ciclo de
operación, si el proceso es tipo bach. La capacidad se establece
bajo criterios tales como: demanda y oferta, restricciones
técnicas, disposición de materias primas o insumos, rentabilidad,
restricciones financieras, limitaciones de espacio, etc.
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La capacidad de una planta industrial se establece en base a
criterios como:
demanda y oferta,
rentabilidad,
coquización retardada
La capacidad de una planta industrial se establece en términos de
los productos principales y se refiere a la capacidad productiva de
la instalación. Esta se representa como la cantidad total de
producto, o alimentación por unidad de tiempo si el proceso es
continuo; o como la cantidad producida, o alimentada, por ciclo de
operación, si el proceso es tipo bach. La capacidad se establece
bajo criterios tales como: demanda y oferta, restricciones
técnicas, disposición de materias primas o insumos, rentabilidad,
restricciones financieras, limitaciones de espacio, etc.
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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.
Estableciendo capacidad para plantas piloto:
coquización retardada
La capacidad de una planta industrial se establece en términos de
los productos principales y se refiere a la capacidad productiva de
la instalación. Esta se representa como la cantidad total de
producto, o alimentación por unidad de tiempo si el proceso es
continuo; o como la cantidad producida, o alimentada, por ciclo de
operación, si el proceso es tipo bach. La capacidad se establece
bajo criterios tales como: demanda y oferta, restricciones
técnicas, disposición de materias primas o insumos, rentabilidad,
restricciones financieras, limitaciones de espacio, etc.
La capacidad de plantas piloto no se establece en base a estos
criterios, ya que su fin no es producir un producto para satisfacer
un mercado, sino generar información para ampliar conocimientos
(know-how) relativos al diseño y operación de una planta comercial
[Palluzi,1999]. Ahora independientemente del tipo de planta, la
capacidad define el tamaño y costo de los equipos, y los
requerimientos tanto de materia prima como de servicios.
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¿Cómo establecer la capacidad de una planta piloto que reproduce un
proceso que ya existe industrialmente ?
Estableciendo capacidad para plantas piloto:
coquización retardada
En este caso el problema es reducir desde miles de toneladas a unos
pocos kilos
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Definición de Bases de Diseño
Relación de condiciones de operación y lo que se desea reproducir
Condiciones y características de materia primas y productos.
Limites de capacidad
Lista de parámetro a reproducir
Generación del DBP de la planta piloto
DBP
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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.
Estableciendo capacidad para plantas piloto:
coquización retardada
PASO 1. Formulación del objetivo. Las plantas pilotos generan
conocimientos para el diseño u operación de la planta industrial,
los objetivos se formulan para dar respuesta a la información
requerida. Además, el diseño de una planta piloto que existe y
opera industrialmente se hace con el objeto de reproducir el
comportamientote de una sección del la planta bajo un modo de
operación o el impacto de ciertas variables de operación sobre la
calidad de los productos o medir el efecto de un cambio de carga.
La disponibilidad económica para la realización del proyecto es
otro de los puntos a considerar en la definición de
objetivos.
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Definición de las Bases de Diseño.
Relación entre condiciones de operación y lo que se va a
reproducir.
Identificar las propiedades de los productos que se van a
reproducir;
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.
Estableciendo capacidad para plantas piloto:
coquización retardada
PASO 2. Definición de las Bases de Diseño. Este paso es relativo
a:
Relación entre condiciones de operación y lo que se va a
reproducir. Para establecer esta relación se proponen las
siguientes actividades: 1) identificar las características 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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Condiciones y características de materia 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.
Estableciendo capacidad para plantas piloto:
coquización retardada
PASO 2. Definición de las Bases de Diseño. Este paso es relativo
a:
condiciones y características de materia prima y productos. Se debe
realizar un estudio sobre las características y condiciones de
materia prima, productos y rendimientos del proceso industrial. 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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Limites de capacidad.
capacidad máxima. Lo más pequeña posible tomando en cuenta tres
aspectos:
limitaciones de materia prima;
coquización retardada
PASO 3. Limites de capacidad. La capacidad de la planta piloto está
limitada en un rango donde se garantiza el cumplimiento de los
objetivos establecidos y, las restricciones técnicas y
operacionales.
capacidad máxima. La planta debe ser lo más pequeña posible tomando
en cuenta tres aspectos: 1) limitaciones en suministro de materia
prima; 2) disposición de desechos, tomando en cuenta que los
producto de una planta piloto una vez estudiados se convierte en
desecho del cual se debe disponer; 3) costos mínimos de inversión
inicial.
capacidad mínima. La planta debe ser lo suficientemente grande como
para asegurar: 1) cantidad requerida en las muestras ha emplear en
las pruebas de laboratorio; 2) velocidades mínimas en equipos y
tuberías; 3) minimizar costos iniciales de inversión tomando en
cuenta que los costos de equipos pequeños se incrementan como
consecuencia de la dificultad en su construcción.
Se recomienda diseñar para la capacidad mínima posible, prestando
especial interés a las limitaciones operacionales y al impacto del
tamaño sobre el costo de los equipos.
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capacidad mínima. lo suficientemente grande como para
asegurar:
cantidad requerida en las pruebas de laboratorio;
velocidades mínimas equipos y tuberías;
minimizar costos iniciales de inversión
Se recomienda diseñar para la capacidad mínima posible
Estableciendo capacidad para plantas piloto:
coquización retardada
PASO 3. Limites de capacidad. La capacidad de la planta piloto está
limitada en un rango donde se garantiza el cumplimiento de los
objetivos establecidos y, las restricciones técnicas y
operacionales.
capacidad máxima. La planta debe ser lo más pequeña posible tomando
en cuenta tres aspectos: 1) limitaciones en suministro de materia
prima; 2) disposición de desechos, tomando en cuenta que los
producto de una planta piloto una vez estudiados se convierte en
desecho del cual se debe disponer; 3) costos mínimos de inversión
inicial.
capacidad mínima. La planta debe ser lo suficientemente grande como
para asegurar: 1) cantidad requerida en las muestras ha emplear en
las pruebas de laboratorio; 2) velocidades mínimas en equipos y
tuberías; 3) minimizar costos iniciales de inversión tomando en
cuenta que los costos de equipos pequeños se incrementan como
consecuencia de la dificultad en su construcción.
Se recomienda diseñar para la capacidad mínima posible, prestando
especial interés a las limitaciones operacionales y al impacto del
tamaño sobre el costo de los equipos.
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¿ 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.
Estableciendo capacidad para plantas piloto:
coquización retardada
PASO 4. ¿Cuáles son los parámetros de operación a reproducir?
Cuando se diseña una planta piloto a partir de un proceso
industrial existente, la escala de operación se reduce desde miles
de toneladas a unos pocos kilos. Esta reducción drástica dificulta
la reproducción de todos los parámetros de operación del proceso
industrial. 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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Generación del PFD de la planta piloto.
La formulación de objetivos obliga potencialmente a rediseñar el
DBP ajustándose a los objetivos establecidos.
Estableciendo capacidad para plantas piloto:
coquización retardada
PASO 5. Generación del PFD de la planta piloto. Aun cuando se
dispone del DBP del proceso industrial. lLa formulacion de
objetivos obliga potencialmente a rediseñar un DBP ajustandose a
los objetivos. Este DBP usa como insumo el DBP del proceso
industrial.
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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.
Estableciendo capacidad para plantas piloto:
coquización retardada
PASO 6. Estableciendo la capacidad de diseño. Con la información
recopilada en los pasos anteriores y los balances de masa se puede
establecer 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
La Delayed Coking (DC) es un proceso semicontinuo de conversión
profunda donde cargas, residuos de vació y residual, son sometidas
a un craqueo térmico.
La figura 1 muestra el diagrama de flujo de proceso de una unidad
convencional, a nivel industrial, de DC, donde la alimentación
fresca, caliente y liquida, se alimenta al fondo del fraccionador,
por encima de la zona de retorno de los gases calientes del tambor
de coque.
El crudo residual es bombeado desde el fondo del fraccionador hasta
los tambores de coque, a través del horno a alta velocidad; donde
es parcialmente vaporizado.
La fracción no vaporizada decanta en los tambores de coque por
efecto de las variables de operación tiempo de residencia,
temperatura y presión, generando la formación de coque
retardado.
La fracción vaporizada, constituida básicamente por gas, nafta y
gasóleos, productos de las reacciones de craqueo térmico, retorna
al fraccionador desde el tope del tambor de coque.
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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 Universidad 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
Autores como [Elliot,1996] y [Rodríguez-Reinoso,1998] probaron que
la calidad de este coque es función de las características de la
alimentación, y las condiciones de presión, temperatura y tiempo de
residencia en el tambor de coquización. Manipulando dos variables
de operación en el tambor de coquización como por ejemplo
temperatura y presión, es factible modificar las características
del coque [Rodríguez-Reinoso; 1998].
De acuerdo a la experiencia venezolana este tipo de coque es
excesivamente duro, difícil de remover con el equipo de
decoquizacion hidráulica [Ventura, 1992]. Esta característica ha
ocasionando problemas operacionales durante la descarga de los
tambores de coquización, ya que. es excesivamente duro y difícil de
remover con el equipo de decoquización hidráulico [Ventura, 1992].
Ante esta problemática, el Laboratorio de Carbón y Residuos Pesados
de la Universidad Simón Bolívar (Venezuela), fiel al objetivo de
prestar soporte técnico a la industria nacional y en su empeño por
dar soluciones sustentables al coque producido en las refinerías y
mejoradoras venezolanas, plantea la conceptualización, diseño y
construcción de una planta a escala piloto de CR, que reproduzca la
calidad del coque retardado que se produce a partir de crudo
venezolano.
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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];
Estableciendo capacidad de PPCR
En el ámbito mundial se conoce de la existencia de diferentes
Plantas Pilotos de Coquización Retardada (PP-CR) en el ámbito
mundial como: 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]; entre otras. Algunas de estas
plantas pilotos estudian el rendimiento de los livianos y otras el
comportamiento del coque.
Los investigadores en la primera fase del trabajo propone un método
para establecer los criterios que definan la capacidad de una
planta piloto de un proceso que existe industrialmente. Este metodo
fue probado para el caso de una PP-CR que reproduce la calidad del
coque retardado producido a partir de crudo venezolano.
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Se definió la capacidad de la PPCR como la cantidad de COQUE
RETARDADO producido POR CICLO de operación
Estableciendo capacidad de PPCR
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 mínimo.
Estableciendo capacidad de PPCR
PASO 1. Formulación de los objetivos. La PP-CR tiene como objetivo
brindar apoyo técnico a la industria petrolera, para aportar
soluciones a los problemas del coque retardado que enfrentan
refinerias y mejoradoras en la operación de las unidades de CR
existentes . Por lo expuesto se propone construir una PP-CR que
reproduzca la calidad de coque retardado que se produce a partir de
crudos venezolanos. Este proyecto maneja un financiamiento
reducido, que se debe tomar en cuanta en la toma de decisiones
durante la fase de diseño.
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Definición de las Bases de Diseño.
Relación entre condiciones de operación y lo que 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.
Estableciendo capacidad de PPCR
PASO 2. Definición de Bases de Diseño. En este paso toma en
cuenta:
Relación entre condiciones de operación y lo que se va a
reproducir.
La PP-CR reproducirá las características del coque retardado
requerido para su comercialización, las cuales son: volumen de
diámetro y poro, área superficial, Hardgrove Grindability Index -
HGI ; Contenido de material volatil Volatile Carbon Matter - VCM;
características microestructurales; y contenido de azufre y de
metales pesados.
El contenido de azufre y metales en el coque retardado queda
establecido por 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 y
lo que se va a reproducir.
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 [Elliot,
1991].
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Definición de las Bases de Diseño.
Relación entre condiciones de operación y
lo que se va a reproducir.
Presión 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 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: A presión y relación de
reciclo constantes, el rendimiento de coque disminuye al aumentar
la temperatura de salida de los tambores.
A continuación se explica de forma sucinta el efecto de estas
condiciones de operación sobre el coque retardado:
Presión del tambor de coquización: Si la temperatura y relación de
reciclo son constantes, al aumentar la presión del tambor la
mayoría de los hidrocarburos pesados quedan retenidos en el tambor.
Esto se traduce en un aumento en el rendimiento de coque y un
ligero aumento en la cantidad de gases [Rodríguez
-Reinoso,1998].
Relación de reciclo del proceso: La relación de reciclo tiene el
mismo efecto que la presión en el rendimiento de los productos. El
reciclo además afecta la viscosidad de la alimentación al proceso,
lo que influye directamente en la fluidodinámica y la transferencia
de calor.
Temperatura del tambor de coquización: Si la presión y la relación
de reciclo en los tambores son constantes, el rendimiento de coque
disminuye al aumentar la temperatura de salida de los tambores
[Rodríguez-Reinoso, 1998]. Como un ejemplo de la influencia de la
temperatura sobre la calidad del coque retardado, se tiene que a
bajas temperaturas la reacción de craqueo no ocurre completamente,
por lo cual se forma un coque con alto VCM. Para temperaturas
elevadas el coque retardado es excesivamente duro y difícil de
remover de los tambores con el equipo de decoquización
hidráulico.
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Volatile Matter (VM)
Increase Pressure
Unknown influence
Increase Recycle
Condiciones y características de materia prima, productos y
rendimiento.
Global Properties
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
PASO 2. Definición de las Bases de Diseño. Este paso es relativo
a:
condiciones y características de materia prima y productos. Los
datos sobre componentes y composición que se utilizaron para los
balances de masa que establecen la capacidad de la planta piloto,
se generaron con base en unidades industriales de DC existentes que
procesan crudos venezolanos.
Para la corriente de residual (Figura 1) se considera una buena
suposición que sus componentes son los mismos del residuo de vacío
obtenido industrialmente a partir de crudos venezolanos.
Para los gases de salida del tope del tambor de coquización
(corriente XX, Figura 1), se emplearon valores promedios de de
composicion y de rendimientos de esta corriente a nivel industrial
(ver Tabla 2).
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capacidad máxima. 23 Kg coque retardado por ciclo
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.
capacidad maxima. La capacidad máxima esta limitada por el hecho de
que la alimentación al proceso debe ser suministrada por la
industria petrolera y la disposición de los desechos (coque
retardado, naftas, gasóleos y gases) una vez realizadas las pruebas
de laboratorio, y durante la operación de la planta. En base a
estos criterios se determino el límite superior del rango de
capacidad en XX Kg/ciclo.
capacidad minima. El límite inferior de la PP-CR queda definido por
la cantidad necesaria de coque para llevar a cabo todas las pruebas
de laboratorio que permiten caracterizar el coque retardado. Se
seleccionaron las pruebas de laboratorio tomando en cuenta la
relación entre las variables de operación y las características del
coque retardado que se desean reproducir (ver Tabla 2), las cuales
son: Hardgrove Grindability Index - HGI; Volatile Carbon Matter –
VCM, Calorimetría diferencial de barrido (DSC), Optic Text Index
(OTI), Dureza vikers en coque, ataque con plasma, difracción de
rayos X y contenido de cenizas. Para llevar a cabo las 9 pruebas de
laboratorio se requiere 5kg de coque retardado, lo cual representa
la capacidad mínima.
La capacidad mínima debe garantizar al menos una velocidad lineal
para líquidos de 1m/s y para gases de 4m/s.
La capacidad de la planta establece los costos de inversión
inicial,
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PASO 4.
¿ Cuáles son los parámetros de operación a reproducir ?
La respuesta a esta pregunta requiere analizar el efecto de los
siguientes parámetros sobre el coque retardado: velocidad de
ascenso dentro del tambor: La fluidodinámica dentro del tambor de
coquización está representada por la velocidad superficial de
ascenso de los vapores dentro del mismo. Esta velocidad depende de
la relación entre la densidad del gas dentro del tambor y la
densidad de la alimentación al tambor, y debe ser la máxima posible
sin que ocurra arrastre. Para que no haya arrastre la velocidad de
ascenso debe estar entre 0,0762-0,1524m/s [Hecks, 1972].
Se propone un procedimiento de calculo donde se garantiza que la
velocidad de ascenso este restringida a los límites expuestos. Este
procedimiento calcula la relación largo /diámetro (L/D) del tambor
de coquización, para diferentes masas de coque retardado producido
por ciclo. Se supone la geometría del tambor como un tubo
cilíndrico en cuya parte superior se encuentra una
semiesfera.
El resultado de este procedimiento de cálculo se muestra en la
Figura 2, donde se representa la relación L/D del tambor y la
cantidad de masa coque retardado producida por ciclo para tres
valores de velocidad de ascenso, que garantizan la reproducibilidad
de la fluidodinámica dentro del tambor de coquización. La velocidad
de ascenso máxima corresponde a 0,1524m/s, la mínima a 0,0762 m/s y
la promedio se calculó como el promedio aritmético de las
velocidades máximos y mínimos (0,1143m/s).
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condición 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 coque
requerido por las pruebas de laboratorio.
condición 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. De experiencias anteriores en plantas
pilotos, se conoce que mientras menor sea la dimensión de los
equipos, mayor será la dificultad para operar en forma adiabática.
Investigaciones previas reportadas en la bibliografía [ELLIS y
HARDIN, 1993], [LAYRISSE, 1998] establecen que las condiciones
adiabáticas en el tambor de coquización requiere una capacidad de
al menos una 4 kg/ciclo de coque. Por lo tanto la capacidad minima
esta definida por la cantidad de coque requerido por las pruebas de
laboratorio.
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tiempo de llenado del tambor de coquización
Tiempo de llenado de aproximadamente 6 horas
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
tiempo de llenado: Se requiere de un tiempo de llenado del tambor
de coquización de aproximadamente 6 horas, para garantizar que se
lleven a cabo las reacciones dentro del tambor y se obtengan los
rendimientos requeridos [Rodríguez-Reinoso, 1998]. Para una
velocidad de ascenso constante se debe establecer una altura`(L)
del tambor que permita alcanzar el tiempo de llenado. Se debe
recordar que al establecer la altura del tambor, el diámetro y la
cantidad de coque retardado por ciclo son fijos (Figura 2).
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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/s
operabilidad: Para garantizar la operabilidad de la PP-CR se debe
tomar en cuenta que mientras menor sea la capacidad menor serán las
dimensiones de los equipos, a expensas de que aumente la tendencia
a problemas operacionales por depósitos de coque en tuberías,
accesorios y equipos. Este aspecto se debe de tomar en cuanta al
momento de diseñar una unidad de CR en cualquier escala, ya que las
plantas industriales enfrentan problemas similares. Para evitar la
deposición de coque la velocidad en todas las lineas debe ser
superior a la mínima.
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Desechos generados
Mientras mayor sea la capacidad de la planta mayor será la cantidad
de desechos generados.
Capacidad de al menos 23kg coque retardado/ciclo.
desechos generados: Mientras mayor sea la capacidad de la planta
mayor será la cantidad de desechos generados. El coque y los
líquidos una vez analizados pasan a ser desechos los cuales se
deben disponer según una buena práctica de disposición de desechos,
basadas en leyes ambiemtales. Se estima que el volumen de desecho
esta limitado a un maximo de 15 galones.
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Generación del PFD de la planta piloto
Una PPCR no puede reproducir en simultaneo las características del
coque y el rendimiento de líquidos. Como en este caso solo se desea
reproducir la calidad del coque, la planta piloto incluye una
fraccionadora que solo sepra gases de liquidos. El PFD propuesto
para la DCPP se muestra en la Figura 3 .
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la velocidad debe ser mayor a la mínima;
la velocidad de ascenso se toma como la velocidad de ascenso
promedio,
la relación de reciclo es de 20/80.
Relación de reciclo: cantidad de gasóleo producido por ciclo con
respecto al total recirculado.
PASO 6.
Estableciendo la capacidad de diseño.
El balance de masa de DCPP se desarrolló usando el el método de
seudo-componentes para caracterizar la alimentación a una PP-CR
(Figura 3, corriente xx). La corriente de gas saliendo del tambor
del coquización (corriente x) se caracterizo usando los valores
mostrados en la Tabla 2. El resto de las corrientes del DFP se
calcularon a partir de balances de masa en cada uno de los equipos.
El cálculo de las propiedades y características de los componentes
que conforman cada una de las mezclas se realizó empleando
simuladores comerciales y datos experimentales obtenidos en la
bibliografía para sustancias similares.
El cálculo de la capacidad se basó en las siguientes premisas: 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, valor sugerido por Elliot [1991] para unidades
de CR a pequeña escala. La relación de reciclo se define como la
cantidad de gasóleo producido por el proceso con respecto al total
recirculado de la misma mezcla.
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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
PASO 6.
A continuación se expone el procedimiento iterativo
propuesto:
Se supone la cantidad de coque retardado por ciclo
Se supone el diámetro de todas las líneas mostradas en la Figura 3.
Los valores de los diámetros utilizados corresponden a diámetros de
tuberías comerciales.
Se realizan los balances de masa de la planta. Este calculo
establece la masa de cada componente en cada corriente. Para el
caso del balance del tambor de coquización se utilizó la Figura 2
para establecer 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 la velocidad mínima
establecida.
Una vez detenido el calculo se estable que la cantidad supuesta de
coque retardado a producir es la capacidad de diseño de la planta
piloto.
En este caso la capacidad de la PP-CR resulto de 10,5 Kg, y la
relacion L/D de 8,3 .
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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
10,5Kg coque retardado /ciclo
CONCLUSIONES
By applying the proposed method, it can be established the capacity
of a pilot plant capable of reproducing product quality of an
industrial plant. Applying the proposed method to this case study,
it can be guaranty that delayed coking pilot plant capacity of 10.5
kg with 8.3 L/D ratio is capable to reproduce Venezuelan petroleum
coke quality.
The major problem to establish the capacity of a pilot plant that
reproduces product quality of an industrial plant was selection of
operational parameters to be reproduced to guarantee the
fulfillment of objectives. In this case study, the conclusion was
that to reproduce petroleum coke quality, it is necessary to
faithfully reproduce the fluid dynamics, filling time, and the coke
drum adiabatic condition.
Continuing studies will establish optimum capacity, based on
technical and economic constraints, considering the impact of
construction cost of small equipment.
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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
By applying the proposed method, it can be established the capacity
of a pilot plant capable of reproducing product quality of an
industrial plant. Applying the proposed method to this case study,
it can be guaranty that delayed coking pilot plant capacity of 10.5
kg with 8.3 L/D ratio is capable to reproduce Venezuelan petroleum
coke quality.
The major problem to establish the capacity of a pilot plant that
reproduces product quality of an industrial plant was selection of
operational parameters to be reproduced to guarantee the
fulfillment of objectives. In this case study, the conclusion was
that to reproduce petroleum coke quality, it is necessary to
faithfully reproduce the fluid dynamics, filling time, and the coke
drum adiabatic condition.
Continuing studies will establish optimum capacity, based on
technical and economic constraints, considering the impact of
construction cost of small equipment.
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR
lfa
LIGNO-CARB
GRACIAS
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4
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Delayed Coking masses per cycle (Kg)
Length/Diameter ratio (L/D)
Minimum riser velocity
Mean riser velocity
Maximum riser velocity