6.8.1 Unidad de Destilación Primaria
Las principales variables usadas para controlar el proceso son: Presión, temperatura y reflujo. En general un aumento en la presión produce un aumento en la carga térmica del horno por lo que es aconsejable operar sin hacer variaciones en la presión. La relación de reflujo interno, que es el cociente de la cantidad de líquido descendiente por la columna y la cantidad de vapor ascendente, tiene gran importancia en el grado de fraccionamiento de los productos y en general un aumento de la misma mejora la rectificación de los productos, lo cual se puede apreciar por la disminución de la diferencia entre las temperaturas de 95% en la curva de destilación ASTM de un producto y del 5% del producto inmediato inferior. Los componentes ligeros del crudo que entran en la zona de vaporización de la Torre, se separan instantáneamente y se elevan en contracorriente con el reflujo interno, mientras los componentes pesados caen en contacto con el vapor despojante que se inyecta por el fondo de la Torre.
Diagrama típico de flujos vapor/líquido en el interior de la columna
a. Temperatura de Tope
Gradiente Líquido Bajante
Vapores
ascendentes Espacio para
la liberación de las moléculas de vapor ascendentes hacia el plato superior. Colector
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Está temperatura se controla automáticamente con el reflujo retornado al tope de la torre a través del TIC-2, la cual permite controlar el 10% de la gasolina. Al aumentar el reflujo disminuye la temperatura de tope obteniéndose una gasolina más refinada.
Este lazo de control opera en cascada con el reflujo de gasolina a la columna (FIC-7), siendo el control principal de la cascada el TIC-2 y el secundario el FIC- 7. A continuación se describen los dos modos de operación.
Operación en cascada.- En este modo de operación ambos controladores, el TIC-2 y El FIC-7 están en automático. Si se desea incrementar la temperatura de tope de la UDP, se incrementará el setpoint de la temperatura del TIC-2, el cual calculará los GPM que envía de setpoint al lazo FIC-7, quien finalmente enviará la señal a la válvula de control para alcanzar el flujo deseado de setpoint que envió la TIC-2. El sistema gradualmente irá alcanzando su valor de temperatura deseada.
Operación sin cascada. Esta operación se interrumpe cuando el controlador TIC- 2 está en manual. En este caso, como el accionamiento de la válvula de reflujo lo controla el FIC-7, si se desea se setea un valor de flujo en el controlador FIC- 7, y la válvula de control trabajará como un lazo común de control de flujo. Para volver a la operación en cascada, seguir los siguientes pasos:
• Verificar que las condiciones de temperatura de tope están aproximadamente constantes para evitar variaciones bruscas cuando se pase el controlador a cascada.
• Fijar en el lazo de control TIC-2 la temperatura de tope de la columna (ejemplo: 250ºF).
• Hacer click en el botón automático/manual para pasar el TIC-2 a automático.
• Ingrese al lazo de control FIC-7 y haga click en el botón automático/manual para pasar el controlador a automático. A partir de ese momento el sistema de control operará en cascada.
E-9 E-6 V-1 LIC-5 P-3/3B TIC-2 FT-7 E-1/1A/1B C-1
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b. Reflujo Externo/ Interno
El reflujo externo que retorna al tope de la torre ingresa a través de un distribuidor, y cae hacia abajo en contracorriente con los vapores ascendentes, los compuestos más livianos del reflujo son revaporizados y retornan al tope mientras que los componentes más pesados de los vapores ascendentes son condensados y descienden hacia los platos inferiores.
Tenemos entonces una corriente de reflujo interno fluyendo desde el tope de la torre hasta la zona de vaporización y que se va haciendo cada vez más pesada a medida que desciende en la torre. Este reflujo interno se verá incrementado con el reflujo de diesel y disminuido con las extracciones de Solvente, Kerosene y Diesel, ya que dichos productos son obtenidos extrayendo porciones del reflujo interno.
Cuando se necesite realizar un mejor fraccionamiento entre los cortes, se debe aumentar el reflujo externo de acuerdo al corte que se desee rectificar, por ejemplo: para rectificar la Gasolina y el Solvente y parcialmente el Kerosene, es necesario aumentar el reflujo de tope, así mismo, para rectificar el Diesel con los fondos y parcialmente el Kerosene se necesita un aumento en el reflujo medio; acotando que el corte de Kerosene es un corte de traslape que recibe influencia de ambos reflujos externos.
c. Punto Final del Corte
Depende de la cantidad extraída. Si se aumenta la extracción de un producto, la cantidad extra que se obtiene es material que anteriormente estaba fluyendo hacia la parte inferior de la columna como parte del reflujo interno. Desde que este reflujo interno ha sido disminuido a partir del plato inferior de la extracción, los vapores más pesados podrán ahora elevarse hasta dicho plato, dando como resultado un reflujo más pesado. Sin embargo es interesante anotar que las condiciones en la columna por encima del plato de extracción permanecerán sin variación. Por lo Tanto, variando las extracciones se pueden mantener en especificación los puntos finales del solvente, kerosene y diesel. Las temperaturas de los platos son una buena indicación de los puntos finales de los productos y por lo tanto se pueden variar las extracciones, de tal manera de mantener una temperatura constante en los platos y por consiguiente productos con puntos finales en especificación. Debe tenerse en cuenta asímismo que el volumen de carga influye en la temperatura de los platos. La temperatura en cada uno de los platos puede ser solamente cambiados, variando la presión ó la composición del material en dicho plato. Por ejemplo: aumentado la extracción de Diesel subirá la temperatura del plato de diesel, debido a que el volumen de éste ha variado. Lo mismo se aplica en las extracciones del Solvente y Kerosene.
Los flujos y temperaturas de los reflujos de gasolina y diesel tienen gran importancia en el balance térmico de la columna, ya que es aparente que una reducción (ó aumento) en la extracción de calor en una sección de la columna, deberá ser compensada con un aumento ( ó reducción) en la extracción de calor en otra sección.
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Por ejemplo: para una carga, presión, temperatura de zona de vaporización y reflujos dados, si reducimos el reflujo de diesel, automáticamente aumentará el reflujo a tope para mantener la temperatura de tope de la columna y si la reducción hecha en el reflujo de diesel fuera muy grande, el reflujo al tope podría aumentar a un grado tal que congestione la parte superior de la columna. Por lo tanto en los casos en que sea necesario una maniobra de este tipo, hay que mantener el reflujo de diesel ó reducir la temperatura de la zona de vaporización, según convenga, para mantener el reflujo de tope en un valor satisfactorio.
El reflujo intermedio controla la cantidad de líquido que desciende por la columna desde el tope hasta el plato Nº14. El calor removido por el reflujo intermedio es más efectivo para el calentamiento de Crudo. Por lo tanto, incrementando el reflujo disminuirá el consumo de combustible del horno F-1 (si es que hay suficiente presión en la bomba de carga para evitar la vaporización del crudo en el intercambiador). Sin embargo este incremento disminuye el fraccionamiento en toda la columna por encima del reflujo intermedio. Entonces, la remoción de calor por el reflujo intermedio debe iniciarse al rate de diseño e ir gradualmente incrementándolo al punto en que cualquier incremento adicional cause que los productos superiores salgan fuera de especificación por insuficiente fraccionamiento.
Algunas veces en una torre de fraccionamiento, los platos se secan. Esto significa que la cantidad de producto que se extrae, es mayor que el reflujo interno que llega al plato acumulador correspondiente. Es decir que todo reflujo interno fluye hacia el stripper dejando los platos inferiores sin líquido y por consiguiente sin poder mantener un nivel en los stripper inferiores, haciendo que las bombas de producto pierdan succión, en estos casos es necesario ya sea bajar la extracción de producto o aumentar el reflujo interno de la torre.
1 2 3 4 5 6 P-7B FIC-16 LIC-3 VAPOR DESPOJANTE RETORNO VAPORES A C-1 PLATO KEROSENE C-1
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6.8.2 La Unidad de Destilación al Vacío
Esta unidad tiene por función extraer la porción de Diesel Pesado ó Gasóleo de Vacío del Crudo reducido ( proveniente de los fondos de la torres de Destilación Primaria).En general en un crudo, los cortes de la curva TBP que están por encima de 650ºF no pueden ser destilados a presión atmosférica ya que cuando la temperatura se eleva demasiado, se produce la descomposición térmica de los hidrocarburos contenidos en el crudo depositándose coke en los tubos del horno. Por lo tanto, para poder separar los componentes más ligeros del Crudo Reducido, es necesario operar a presión reducida ó vacío; lo cual hará que las temperaturas de destilación sean menores, pudiendose separar hasta cortes a 1000 ºF en la curva TBP del crudo. En esta Unidad, el crudo reducido proveniente de los fondos de la Destilación primaria son calentados hasta 660 a 680 ºF según el tipo de operación, para ingresar como carga a la Torre de Vacío C-6 en mezcla líquido vapor.
De acuerdo con el uso que se vaya a dar al destilado, será necesario variar las condiciones de operación, ya sea para producción de residuales ó producción de asfaltos sólidos y líquidos. En nuestra Unidad de Vacío se presenta dos tipos de operación:
• Producción de Residuales de distinta viscosidad. Estas corridas de producción se realizan operando ambas unidades (UDP y UDV) en serie y/o UDP independiente.
• Producción de Base Asfáltica de diversos grados de penetración en función al tipo de Crudo. Esta producción se puede realizar operando ambas unidades en serie ó con la Unidad de Vacío independiente, de acuerdo a la carga suministrada. La operación con la UDV independiente se realiza alimentando Crudo reducido y/o Base asfáltica con bajo ó alto rendimiento de Gasóleo a la Torre de Destilación al Vacío con la bomba P-1A, siendo previamente precalentado en el Circuito Nº2 para luego ser calentado en el horno F-2 hasta 690-720ºF.
a. Control de Temperatura de tope
Para controlar la temperatura de tope, parte del gasóleo liviano es retornado como reflujo al tope de la torre, para mantener una temperatura aproximada de 250 ºF. El lazo de control TIC-1102, es un lazo simple de acción inversa sobre la válvula de control TCV-1102. Si se setea mayor temperatura de tope, el controlador indicará a la válvula de control que cierre, para que menos reflujo frío retorne a la columna, enfriando el tope.
Por el fondo de la torre se inyecta vapor despojante sobrecalentado a 650 ºF aproximadamente para disminuir la presión parcial del hidrocarburo y facilitar su destilación.
b. Vacío de la Columna C-6
El vacío se obtiene por medio de un eyector de vapor, que opera con vapor de 200 psig, el cual arrastra todos los vapores de hidrocarburos, vapor de agua e incondensables desde el tope de la columna hacia el E´32 (condensador de tope) y V-4.
En el drum V-4 es deseable mantener un nivel de hidrocarburos (Nafta de vacío) del orden de 20-30%. Estos son evacuados con bomba reciprocante P-
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15, operando actualmente sin control de nivel. Cualquier incremento en el nivel del V-4 encima de 100 % ocasiona pérdida del vacío en la columna, afectando la performance de las bombas de gasóleos por disminución del fraccionamiento que hace que llegue menos producto a los platos de extracción.
La operación de la bomba P-15 es muy importante en el mantenimiento de un vacío estable en la columna C-6 por lo que el Operador debe chequear su operación las veces que sea necesario.
Tomar en cuenta que en los arranques de planta, el sistema de vapor desprende caliche de la parte interna el cual atora la boquilla interna del eyector causando inestabilidad en el vacío, por lo que en cada maniobra de arranque debe retirarse la boquilla del eyector, realizarle limpieza previo a su reinstalación.
c. Cortes laterales de extracción
La Unidad de Vacío tiene dos cortes laterales de extracción: el gasóleo liviano que es alineado al pool de diesel, y el gasóleo pesado que va al pool de residuales ó a inyección en el sistema de mezclas en operación asfaltos. El gasóleo liviano, tanto en operación asfalto como en operación residual se extrae con el criterio de mantener un flujo tal que su destilación esté en el rango del diesel.
Cuando ocurren problemas de operación con la bomba de evacuación de Nafta de vacío (P-15) que ocasionan cavitación en la bomba de extracción de gasóleo liviano (P-16), la acción inmediata a tomar es el disminuir el flujo de extracción de gasólel liviano almínimo para que la bomba tenga la suficiente presión para mantener bajo control el reflujo al tope de C-6. Una vez normalizada su operación, se procederá a extraer gradualmente el gasóleo liviano cuando se observe que la válvula de control de temperatura de tope ha comenzado a cerrar y cuando el flujo de reflujo al tope va alcanzando su valor antes de la perturbación.
d. Nivel de fondos de la columna C-6
Es controlado con el LIC-1104, que acciona la válvula de control dde nivel. A los niveles de carga actuales (12,000 – 12,500) Bls, se hace necesario abrir ligeramente el by-pass de la válvula de control para mantener los niveles deseados.
Los fondos de la columan C-6 son evacuados con las bombas P-19, P-19 A a través del indicador de flujo FT-122. Cuando el nivel de fondos subre por encima de 100 %, se dispone de otra manera de verificar el nivel y lo constituye el perfil de las temperaturas de fondos indicadas en los TE-41 (indicador de temperatura superior de los fondos), TE-42 (indicador de temperatura media de los fondos) y TE-43 (indicador de temperatura inferior de los fondos). Estas tres termocuplas situadas a niveles distintos del fondo de la columna nos dan un indicio del nivel. Así por ejemplo cuando la columna tiene su nivel el 50 %, las TE-42 y TE-43 marcan aprox. la misma temperatura (640 ºF), mientras que la TE-41 marca una temperatura mucho menor por no estar sumergida en el líquido. Cuando el nivel de la columna es bajo (0-5%) el TE-43 marca la mayor temperratura mientras que los TE-41 y TE-42 marcarán menor temperatura. Cuando el nivel de la columna es alto las tres termocuplas marcará la misma
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temperatura (TE-41, TE-42, TE-43).
Otra forma indirecta de percibir si los fondos continúan incrementando ó están bajando, es la indicación de presión de la zona flash. Cuando el nivel de fondos sigue subiendo, y no se tiene indicación de en qué nivel está, un incremento en la presión de la zona flash indicará que el nivel de la UDV continúa subiendo. En el caso de tener fondos altos, pero se observa que hay flujo de salida de fondos, y la zona flash empieza a disminuir su presión, indicará que los niveles están bajando.
Un incremento de nivel de fondos causado por pérdida de succión de las bombas de fondos por obstrucción en el sistema de alineamiento debe ser solucionado con prioridad, por los efectos que ocasiona en el precalentamiento de crudo, apertura de la controladora de temperatura de salida del horno F-1 y manchado del gasóleo liviano que va al pool de diesel.