Estableciendo capacidad para plantas piloto: coquización retardada

1. Estableciendo capacidad para plantas piloto:coquización retardada N. Pérez G. Rincón Y. García J. Santos Laboratorio de Carbón y Residuos Pesados Universidad Simón Bolívar IQP&P-Ingeniería Química Petroquímica y Procesos Universidad Simón Bolívar Presentado por Gladys Rincon Prof. Gladys Rincón Polo

2. Estableciendo capacidad para plantas piloto:coquización retardada 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 Prof. Gladys Rincón Polo

3. Estableciendo capacidad para plantas piloto:coquización retardada • La capacidad de una planta industrial se establece en base a criterios como: • demanda y oferta, • restricciones técnicas, • disposición de materias primas o insumos, • rentabilidad, • restricciones financieras, • limitaciones de espacio. Prof. Gladys Rincón Polo

4. Estableciendo capacidad para plantas piloto:coquización retardada El objetivo de una planta piloto es generar información para ampliar conocimientos relativos al diseño y operación de una planta comercial. Prof. Gladys Rincón Polo

5. Estableciendo capacidad para plantas piloto:coquización retardada ¿Cómo establecer la capacidad de una planta piloto que reproduce un proceso que ya existe industrialmente ? Prof. Gladys Rincón Polo

6. Prof. Gladys Rincón Polo

7. Estableciendo capacidad para plantas piloto:coquización retardada 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. Prof. Gladys Rincón Polo

8. Estableciendo capacidad para plantas piloto:coquización retardada • PASO 2. • 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. Prof. Gladys Rincón Polo

9. Estableciendo capacidad para plantas piloto:coquización retardada PASO 2. Definición de las Bases de Diseño. 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. Prof. Gladys Rincón Polo

10. Estableciendo capacidad para plantas piloto:coquización retardada • PASO 3. • Limites de capacidad. • capacidad máxima. Lo más pequeña posible tomando en cuenta tres aspectos: • limitaciones de materia prima; • disposición de desechos • costos mínimos de inversión inicial. Prof. Gladys Rincón Polo

11. Estableciendo capacidad para plantas piloto:coquización retardada • PASO 3. Limites de capacidad. • 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 Prof. Gladys Rincón Polo

12. Estableciendo capacidad para plantas piloto:coquización retardada 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. Prof. Gladys Rincón Polo

13. Estableciendo capacidad para plantas piloto:coquización retardada PASO 5. Generación del PFD de la planta piloto. La formulación de objetivos obliga potencialmente a rediseñar el DBP ajustándose a los objetivos establecidos. Prof. Gladys Rincón Polo

14. 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 establece la capacidad de diseño de una planta piloto que reproduce parcialmente o totalmente un proceso existente. Prof. Gladys Rincón Polo

15. DFP: Coquización Retardada a nivel Industrial Prof. Gladys Rincón Polo

16. Estableciendo capacidad de PPCR 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. Prof. Gladys Rincón Polo

17. Estableciendo capacidad de PPCR 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]; Prof. Gladys Rincón Polo

18. Estableciendo capacidad de PPCR Se definió la capacidad de la PPCR como la cantidad de COQUE RETARDADO producido POR CICLO de operación Prof. Gladys Rincón Polo

19. 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. Prof. Gladys Rincón Polo

20. Estableciendo capacidad de PPCR PASO 2. 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. Prof. Gladys Rincón Polo

21. 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. Prof. Gladys Rincón Polo

22. PASO 2. 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. Prof. Gladys Rincón Polo

23. Prof. Gladys Rincón Polo

24. PASO 2. Definición de las Bases de Diseño. Condiciones y características de materia prima, productos y rendimiento. Prof. Gladys Rincón Polo

25. PASO 3. Limites de capacidad. PASO 3. Limites de capacidad. 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 Prof. Gladys Rincón Polo

26. PASO 4. ¿ Cuáles son los parámetros de operación a reproducir ? velocidad de ascenso dentro del tambor Prof. Gladys Rincón Polo

27. PASO 4. ¿ Cuáles son los parámetros de operación a reproducir ? 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. Prof. Gladys Rincón Polo

28. PASO 4. ¿ Cuáles son los parámetros de operación a reproducir ? 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 Prof. Gladys Rincón Polo

29. PASO 4. ¿ Cuáles son los parámetros de operación a reproducir ? 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 Prof. Gladys Rincón Polo

30. PASO 4. ¿ Cuáles son los parámetros de operación a reproducir ? 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. Prof. Gladys Rincón Polo

31. PASO 5. Generación del PFD de la planta piloto Prof. Gladys Rincón Polo

32. PASO 6. Estableciendo la capacidad de diseño. • PREMISAS para BM: • 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. Prof. Gladys Rincón Polo

33. PASO 6. Estableciendo la capacidad de diseño. • 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 Prof. Gladys Rincón Polo

34. CONCLUSIONS CONCLUSIONES 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 L/D = 8,3 Prof. Gladys Rincón Polo

35. CONCLUSIONS CONCLUSIONES 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. Prof. Gladys Rincón Polo

36. GRACIAS Prof. Gladys Rincón Polo