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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
TESIS PROFESIONAL
“RECUPERACIÓN DE PRODUCTO DE VALOR AGREGADO EN
RECUPERADO DE TRAMPAS DE SEPARACIÓN”
Asesor:
Ing. Ariel Diazbarriga Delgado
Egresado:
Márquez Verea Monserrat Magaly
Generación:
2008-2012
2
Agradecimientos
A mis padres porque con su apoyo, ejemplo y confianza puesta en mi he logrado
finalizar mis estudios, con este logro quiero devolverles un poco de todo lo que me
han dado. Gracias por su amor y ayuda en todo momento, porque con sabiduría
me guiaron por el camino al éxito. Los amo, gracias infinitas.
A mis hermanos por su apoyo en todo momento y por que como buenos hermanos
siempre han estado cuando los necesito.
A la institución por todo el conocimiento que me brindo, las experiencias y los
amigos que a lo largo de la carrera gane.
3
ÍNDICE
OBJETIVO……………………………………………………………………………...… 8
RESUMEN………………………………………………………………….………......... 9
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………….….… 12
CAPÍTULO I
GENERALIDADES…………………………………………………….……..…15
PETRÓLEO……………………………………………………..……... 16
REFINERÍA…………………………………………………..………… 16
PROCESO DE LA REFINERIA………………………………..…….. 17
CAPÍTULO II
EFLUENTES DE HIDROCARBURO AL DRENAJE INDUSTRIAL….… 21
DEFINICIONES……………………………………………….....…… 22
CLASIFICACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE DRENAJES.………... 23
TIPO DE DRENAJE POR ÁREAS………………………………….. 25
CAPÍTULO III
BALANCE DE MATERIA DE EFLUENTES EN
RECUPERADO DE TRAMPAS………………………………..................…. 34
BALANCE DE MATERIA……………………………………………... 35
SECUENCIA DE CALCULOS………………………………………... 36
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CAPÍTULO IV
CÁLCULO DE LA COLUMNA DE RECUPERACION DE PRODUCTOS………………………………………... 39
INTRODUCCIÓN AL CAPÍTULO…………………………………….. 40
SECUENCIA DE CALCULOS………………………………………… 41
CAPÍTULO V
BALANCE ECONOMICO……………………………………………………… 47
RESULTADOS………………………………………………………….. 48
CONCLUSIONES………………………………………………………………………. 49
ANEXO…………………………………………………………………………………... 51
BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………… 54
5
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA No. 1
COLOR DE IDENTIFICACIÓN DE DRENAJES………………….………… 23
TABLA No. 2
CARACTERISTICAS DEL COMPONENTE LIGERO…………………….. 35
TABLA No. 3
CARACTERISTICAS DEL COMPONENTE PESADO……………………. 35
TABLA No. 4
DATOS PARA TRAZO DE DIAGRAMA
DE PUNTOS Y CURVA DE EQUILIBRIO……………………….…………. 46
TABLA No. 5
PORCENTAJE DE EXTRACCIÓN…………………………………………… 48
TABLA No. 6
FLUJOS SEGÚN CANTIDADES DE
SECUENCIA DE CÁLCULO DEL CAPÍTULO III…………………..……… 48
6
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA No. 1
ORGANIGRAMA DEL PROCESO DE UNA REFINERIA…………………. 24
FIGURA No. 2
FUNCIONAMIENTO DE UNA COLUMNA DE DESTILACIÓN
DE PLATOS CON CAPUCHAS DE BURBUJEO…………………………. 40
FIGURA No. 3
ESQUEMA DEL PLANTEAMIENTO DEL
SISTEMA DE DESTILACIÓN…………………………………………………. 41
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ÍNDICE DE GRÁFICAS
GRÁFICA No. 1
PRESIÓN DE VAPOR CONTRA TEMPERATURA………………………... 43
GRÁFICA No. 2
PUNTOS DE EBULLICIÓN…………………………………………………… 44
GRÁFICA No. 3
CURVA DE EQUILIBRIO……………………………………………………... 45
8
OBJETIVO:
El objetivo de este proyecto de investigación es realizar la recuperación de
productos de mayor valor agregado, que están presentes en trampas de
separación de una refinería, las cuales se encuentran situadas en los límites de
batería de esta. La recuperación de hidrocarburos se realiza para utilizarlos como
producto terminado lo cual permite sostener la alimentación de crudo programado,
obteniéndose así resultados positivos en el proceso productivo de la refinería y por
consecuencia beneficios económicos.
9
RESUMEN
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La producción de residuos es una consecuencia de la actividad industrial es por
ello que existen los principios esenciales de la gestión de residuos:
Minimización: Se procura reducir a través del control de todas las variables de
fabricación, evitando el desecho de productos no utilizados.
Reutilización: En la medida que los residuos puedan tener una segunda aplicación
en los distintos procesos de fabricación incluso aplicando procesos de
regeneración, principalmente en los catalizadores, para poder ser reutilizados con
total eficacia en sucesivos ciclos operativos.
Valorización: Terminado el ciclo útil y sin posibilidad de ser regenerado el residuo,
se procede, por empresas autorizadas, a la obtención de otros productos válidos
para el uso industrial o en su caso en la valorización energética térmica.
Eliminación: Este es el último tratamiento al que se recurre cuando los anteriores
no son posibles desde el punto de vista técnico. Habitualmente consiste en el
depósito en vertedero propiedad de un gestor autorizado por la Administración.
Los impactos ambientales de la refinación de petróleo son el resultado,
principalmente, de las emisiones gaseosas, descargas de efluentes, desechos
sólidos, ruido y olor además de efectos visuales o estéticos.
Se emplean grandes cantidades de agua en la refinación de petróleo para lavar
los materiales indeseados de la corriente del proceso, para enfriamiento y
producción de vapor, y en los procesos de reacción. Entre los contaminantes
principales que se encuentran en los efluentes de las refinerías de petróleo se
tienen: aceites y grasas (componentes ligeros y pesados respectivamente),
amoniaco, compuestos fenólicos, sulfuros, ácidos orgánicos, cromo y otros
metales.
Para el medio ambiente un derrame o descarga importante de materia prima,
productos o desechos, puede ser dañino especialmente para los ecosistemas
marinos o acuáticos.
Los diseños de las instalaciones de almacenamiento y transferencia deben incluir
medios para contener los derrames. Los oleoductos deben estar equipados de
alarmas y válvulas de cierre automáticas, a fin de permitir una respuesta rápida a
las roturas. Los procedimientos de operación de las plantas deben incluir
inspecciones frecuentes de los tanques y oleoductos para detectar fugas.
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Dentro de este proyecto de investigación se tratan los siguientes puntos:
Capítulo I. Generalidades: Este capítulo inicia con una breve definición del
petróleo, seguido de la conceptualización de la refinería en general y finaliza con
la explicación del proceso de la refinación del petróleo.
Capítulo II. Efluentes de hidrocarburo al drenaje industrial: Para propósitos del
capítulo se establecen ciertas definiciones, se explican los tipos de drenaje así
como los colores con los cuales son identificados (tabla No. 1), finalmente se
realiza la descripción de los requerimientos según el tipo de drenaje por área
dentro de la refinería.
Capítulo III. Balance de materia de efluentes en recuperado de trampas: Por
medio de una serie de cálculos tomando como base los datos de las tablas No. 2 y
No. 3 se obtiene el flujo total que se procesará siendo esto la alimentación a la
columna, así mismo se obtienen los flujos de salida de la columna y al final del
capítulo se incluye un listado de la nomenclatura usada en la serie de cálculos.
Capítulo IV. Cálculo de la columna de recuperación de productos: Este capítulo se
inicia con una breve descripción del funcionamiento de una columna de destilación
de platos con capuchas de burbujeo apoyada en la figura No. 2, en seguida se
plantea la columna que se desea calcular por medio de la figura No. 3, la cual es
seguida de una serie de cálculos, nomenclatura utilizada en la serie de
cálculos,diagramas puntos de ebullición (gráfica No. 2) y de equilibrio (gráfica No.
3), finalizando este con latabla No. 4 que contiene datos para la realización de los
diagramas antes citados.
Capitulo V. Balance económico: Se presenta una breve introducción al capítulo,
seguida de los porcentajes teóricos de extracción, presentados en la tabla No. 5 y
finalmente los ingresos que representara la implementación del proceso de
recuperación de productos de mayor valor agregado en trampas de separación.
12
INTRODUCCIÓN
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La recuperación es una alternativa de minimización cuyo objetivo es la extracción,
a partir de un subproducto resultante de un proceso industrial.
Se realiza sobre aquellos componentes que poseen algún valor para otra industria,
o con algún paso intermedio de purificación o tratamiento. También se considera
recuperación al aprovechamiento del contenido calorífico (valoración energética)
de un subproducto.
La recuperación de los subproductos industriales es cada vez más atractiva desde
el punto de vista medioambiental y económico, a medida que las opciones de
eliminación de residuos se vuelven más caras y más estrictamente reguladas, y el
costo de algunas materias primas aumenta.
También juega un papel importante la aparición de tecnologías y equipos que
hacen más efectiva la recuperación; así mismo el desarrollo en los últimos años
de una mayor conciencia ambiental.
Las dos principales características de la recuperación son:
- Los subproductos requieren un tratamiento previo importante antes de extraer
los componentes considerados valiosos.
- Se aprovecha una parte del subproducto.
La recuperación de elementos contenidos en los subproductos puede resultar
ventajosa por las razones que se exponen a continuación:
- Disminución del consumo de materia prima virgen, cuando es posible
sustituirla.
- Recuperar hidrocarburos valiosos.
- Transformación de una fuente atractiva de ingresos si se comercializa el
material o recurso recuperado.
La recuperación en la industria se orienta en dos direcciones, la recuperación de
materias primas y la recuperación energética, también conocida como valoración
energética del subproducto.
El proyecto se enfoca a la recuperación de productos de valor agregado de los
procesos que se llevan a cabo en la refinería, los cuales por el sistema de drenaje
industrial de hidrocarburos, se conducen a una serie de residuos de proceso a las
trampas de separación en donde normalmente esta corriente se recircula a la
corriente de alimentación de la refinería para reprocesarla, con el desarrollo de
este proyecto de investigación se evita que dicha corriente arriba mencionada no
14
se retroalimente a la refinería, sino que, con una columna de separación, se
obtengan componentes ligeros y pesados que se envíen a almacenamiento.
Si esto se lleva a cabo se evitará el reprocesamiento de estos subproductos y se
logrará que la alimentación a la refinería sea completamente crudo lo cual se
traduce en un incremento de la producción de la refinería.
Las técnicas de recuperación que se emplean en una refinería dependen de los
tipos de crudo que deben refinarse, los procesos que en ella se lleven a cabo y de
las necesidades del mercado.
En los últimos años, muchas refinerías han invertido importantes sumas en
instalaciones de recuperación, instalando computadoras para controlar las
operaciones de refinerías e introducido planes de manejo de energía, todo esto
con la finalidad de aumentar su flexibilidad, para satisfacer mejor los
requerimientos del mercado y minimizar los escurrimientos o purgas de
hidrocarburos, las cuales son producidas por una mala operación, fallas en los
instrumentos, filtraciones, canalizaciones, condiciones de diseño, entre otras.
Lo ideal seria que no existiera ningún drenado para que las trampas de
recuperación no se saturaran, si esto ocurre, y de no ser adecuadamente
operadas se puede producir un siniestro que generaría consecuencias graves para
el medio ambiente.
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I.GENERALIDADES:
16
El petróleo es una mezcla de compuestos hidrocarburos sólidos, líquidos o
gaseosos que se encuentra en las rocas sedimentarias de la mayor parte del
mundo. El petróleo también contiene compuestos de nitrógeno, oxígeno y azufre,
así como trazas de metales. Así mismo, este es el material de consumo más
importante en la sociedad moderna.
En el petróleo crudo se encuentran varias series homólogas de hidrocarburos.
Otras series diferentes se producen cuando el crudo se procesa en las unidades
de transformación química de la refinería. Las series homólogas mejor conocidas
son: Parafinas CnH2n+2,Olefinas CnH2n,Naftenos CnH2n, Aromáticos (CH)n,
Diolefinas CnH2n-2 y Cíclicos CnH2n-2
Refinería
Una refinería es un gran complejo donde el petróleo crudo se somete en primer lugar a un proceso de destilación o separación física y luego a procesos químicos que permiten extraerle buena parte de la gran variedad de componentes que contiene (figura No. 1).
Los productos que se sacan del proceso de refinación se llaman derivados y los hay de dos tipos: los combustibles, como la gasolina, diesel, entre otros; y los petroquímicos, tales como polietileno y benceno.
El objetivo principal de la refinería es la obtención de combustibles para el transporte considerando la red compleja de operaciones y procesos unitarios que en ella se llevan a cabo, los cuales se pueden clasificar en procesos de separación, de conversión y procesos de afinado.
En los procesos de separación se lleva a cabo la división del crudo en varias corrientes o fracciones, dependiendo de la naturaleza de la materia prima.
La producción de materiales comerciales a partir del crudo por medio de cambios en la estructura química de sus constituyentes se realiza en los procesos de conversión.
Finalmente en los procesos de separación se purifican las corrientes de productos por medio de diferentes procesos que esencialmente eliminan las impurezas. Pueden ser procesos físicos (operaciones unitarias), o procesos químicos (procesos unitarios).
Las refinerías son muy distintas unas de otras, según las tecnologías y los esquemas de proceso que se utilicen, así como su capacidad. Las hay para procesar crudos ligeros, crudos pesados o mezclas de ambos. Por consiguiente, los productos que se obtienen varían de una a otra. Por esto una refinería aplica las operaciones unitarias que la industria necesita. La refinación se cumple en varias etapas.
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Desalado del crudo
Prácticamente todos los crudos contienen sales cuando se extraen de los
yacimientos, dichas sales se presentan en el crudo en forma de salmuera
emulsificada. Además de las sales, la salmuera en emulsión contiene metales que
se depositan en los diversos catalizadores utilizados en los procesos de
transformación de la refinería
La presencia de sal en el crudo no permite su transporte en los oleoductos y su
procesamiento en la refinería. Las sales producen depósitos sólidos en los
intercambiadores de calor y la formación de ácido sulfhídrico por hidrolisis
conduce a problemas serios de corrosión de los materiales de construcción de los
equipos.
Es evidente la necesidad de eliminar estos contaminantes de las corrientes de
crudo desde los mismos campos de extracción terrestre o marina.
La unidad de desalado se localiza en el tren de precalentamiento de crudo. Se
debe observar cuidadosamente la temperatura y la presión en los
intercambiadores de calor del tren, de tal manera que el agua no se evapore.
Las sales se disuelven en al agua de lavado y las fases acuosa y aceites se
separan en un recipiente mediante la adición de emulsificantes que ayudan en el
rompimiento de la emulsión y/o por la aplicación de un campo electroestático con
el objetivo de hacer coalescer las gotas de salmuera de una forma mas rápida.
Unidad de destilación de crudo UDC
El propósito de la destilación atmosférica es recuperar materiales ligeros y
fraccionarlos en cortes bien definidos. Lo anterior se logra mediante la destilación
a presión atmosférica y el agotamiento con vapor para mejorar la calidad de los
cortes. La destilación atmosférica es el proceso más antiguo de refinación y
constituye la primera etapa en el procesamiento de petróleo crudo en una refinería
moderna.
Los cortes que se obtendrán en la torre de destilación atmosférica son: nafta
ligera, nafta pesada, querosina, gasóleo ligero primario, gasóleo pesado primario,
residuo primario y turbosina.
Unidad de destilación al vacío UDV
El objetivo del proceso de destilación al vacío es proporcionar a la refinería
gasóleos adicionales a partir del residuo de la torre de destilación atmosférica.
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Este proceso se lleva a cabo a presiones de vacío para obtener la separación
requerida, las cuales se logran debido a un sistema de eyectores y
condensadores, de tal manera que se reduce la desintegración térmica de la
carga. La destilación al vacío es la manera tradicional de procesar a los residuos
(fondos) de la torre de destilación atmosférica debido a su bajo costo.
Los productos que se obtiene en este proceso son: gasóleo ligero, gasóleo
pesado, aceites lubricantes, asfalto o combustóleo pesado y la corriente de
alimentación del coquizador.
El agua sucia se genera en dos lugares: en el tanque acumulador del domo de la
columna atmosférica y en el sistema de eyectores condensadores de la columna
de vacío. Se ha reducido la producción de aguas amargas mediante el uso de
sistemas secos, es decir sin agotamiento de vapor.
Hidrodesintegración catalítica
Es un proceso catalítico diseñado para la hidrogenación y la desintegración de
residuos y otras cargas pesadas, en un reactor multifásico de retromezclado
denominado reactor de lecho ebullente, con el fin de elevar el rendimiento a
productos valiosos en una refinería.
El sistema reaccionante proporciona una conversión eficiente al poner en contacto
a tres fases, asegurando una distribución uniforme entre los hidrocarburos
líquidos, el gas rico en hidrógeno y el catalizador sólido. El proceso convierte todo
tipo de cargas pesadas en productos destilables, y al mismo tiempo desulfuriza y
desmineraliza a los residuos con el objetivo de alimentarlos a procesos de
coquización a procesos FCC.
La gasolina, querosina, diesel, gasóleo y residuos son los productos que se
obtiene en este proceso de refinación.
Hidrotratamiento
A diferencia de la hidrodesintegración, el hidrotratamiento es un proceso no
destructivo; y se refiere a una operación relativamente suave cuyo propósito
principal es saturar olefinas, y/o reducir los contenidos de heteroátomos sin
cambiar el intervalo de ebullición de la carga.
Los procesos de hidrogenación para la conversión de corrientes liquidas
provenientes de las columnas de destilación atmosférica y de vacío (naftas,
destilados y gasóleo), tienen el objetivo de eliminar los contaminantes que
envenenan a los catalizadores de procesos posteriores, y también romper a los
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anillos aromáticos contenidos en estas corrientes. Lo anterior se logra mediante la
adición de hidrógeno a presiones altas.
El hidrotratamiento es un proceso que estabiliza a los productos del petróleo, y/o
elimina a los compuestos no deseados de las cargas, productos o subproductos
por medio de las reacciones de hidrogenación. El termino estabilización significa la
conversión de hidrocarburos insaturados como las olefinas y las diolefinas
(formadoras de gomas), a parafinas.
Cuando el proceso de hidrotratamiento se emplea específicamente para reducir el
contenido de azufre, se le denomina hidrodesulfuración, HDS. Donde los
productos principales de ésta son gasolina desulfurizada, naftas ligeras, naftas
pesadas desufurizada.
Desintegración catalítica
La complejidad de una planta FCC actual, involucra una multitud de acciones
interdependientes. Es bien conocida la relación entre la calidad de los productos y
el tipo de catalizador utilizado y de ésta con la naturaleza de la carga.
Un factor importante es el equipo o unidad de proceso, es decir el diseño, la
ingeniería, la tecnología y la operación de la planta. Todo lo anterior dentro de un
marco en donde se deben cuidar las relaciones con el medio ambiente.
El proceso FCC adquiere gran relevancia por su flexibilidad al situarse como el
mayor productor de olefinas ligeras en la refinería, para ser convertidas en aditivos
de gasolina reformulada (alquilado y éteres).
Los productos de la unidad de desintegración catalítica son gasolina catalítica,
destilados ligeros y gases olefínicos los cuales son utilizados en la petroquímica.
Coquización
La coquización puede ser considerada como un proceso severo de desintegración
térmica, en el cual uno de los productos finales es el coque.
El procesamiento de los crudos pesados y la reducción del mercado de los
combustóleos, ha determinado el procesamiento de lo que se conoce como fondo
de barril.
Las plantas de coquización convierten cargas pesadas en coque sólido y
productos hidrocarburos que pueden ser alimentados a otras unidades de
refinación para su conversión en combustibles de transporte de alto valor
(gasolina, turbosina, querosina y diesel).
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De las plantas de coquización se obtienen productos como combustibles, nafta,
gasóleos ligeros, gasóleos pesados y el antes mencionado coque.
Reducción de viscosidad
La reducción de viscosidad es un proceso de desintegración térmica relativamente
suave que se usa para reducir las viscosidades y los puntos de escurrimiento de
residuos de vacío para obtener aceite de calentamiento, o también para reducir la
cantidad de cortes diluyentes para residuo.
La fracción de gasóleo que se produce, se adiciona a la alimentación de la
desintegradora catalítica con el fin de aumentar el rendimiento general de gasolina
en una refinería.
La causa principal de los altos puntos de escurrimiento y de las altas viscosidades
de los residuos de vacío son las grandes cadenas de parafinas laterales a los
anillos aromáticos. El proceso de reducción de viscosidad se lleva a cabo bajo
tales condiciones que permiten optimizar el rompimiento de estas cadenas
laterales y su desintegración subsecuente.
El objetivo es obtener moléculas con mayor escurrimiento y menor viscosidad.
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II.EFLUENTES DE
HIDROCARBURO AL
DRENAJE INDUSTRIAL
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Para los propósitos de este capítulo es necesario establecer las siguientes definiciones: Área de Efluentes. - Es el área destinada a la recolección, tratamiento ydisposición de las corrientes de aguas contaminadas que se generan en loscentros de trabajo. Boca de Limpieza. - Es un accesorio abocinado que se coloca en los inicioso extremos muertos de los ramales de drenaje, que se emplea para efectuarlimpieza; en tramos rectos no mayores de 15 metros, puede sustituir a losregistros de limpieza. Colector. - Es la tubería que recibe los líquidos aportados por los troncales ylos conduce hacia los sistemas de tratamiento y emisores, según sean aguasprovenientes de drenajes químicos, aceitosos o pluviales. Copa o Caja de Purga. - Elemento en forma de copa, embudo o caja,empleado para recibir una o más purgas de recipientes u otros equipos. Drenaje. - Es el sistema formado por el conjunto de tuberías, válvulas yaccesorios que sirven para colectar y desalojar líquidos de desecho, incluyeobras complementarias como: los cárcamos colectores, pozos de visita,fosas y registros entre otros. Drenaje Aceitoso. - Es el sistema que colecta y desaloja todas las aguas nocorrosivas, contaminadas con hidrocarburos. Drenaje Pluvial. - Es el sistema que colecta y desaloja las aguas de lluvia delas calles y áreas pavimentadas, aguas de purgas de las torres deenfriamiento, así como todas aquellas aguas que no estén contaminadas conhidrocarburos, productos corrosivos o tóxicos. Drenaje Químico. - Es el sistema que se utiliza para colectar y desalojar lasaguas residuales contaminadas con productos ácidos, alcalinos o tóxicos;sus materiales de construcción no son afectados por estas sustancias y sudiseño no permite la generación de emanaciones que afecten la salud de lostrabajadores y/o el medio ambiente. Drenaje Sanitario. - Es el sistema que se utiliza para desalojar las aguasnegras y de servicio de los baños de oficinas, cuartos de control, talleres,almacenes y otras instalaciones similares. Emisor. - Es la tubería o canal que conduce las aguas hacia el punto dedescarga final, sin recibir nuevas aportaciones. Ramal. - Es la tubería que capta los flujos provenientes de, entre otros:copas de purga, equipos, coladeras y rejillas hacia las tuberías troncales. Reductor de Flama. (Atajallama)- Es el accesorio instalado en las rejillas delos registros de drenajes, con objeto de reducir la altura de las flamas encaso de incendio. Registro del Drenaje. - Obra complementaria de un sistema de drenaje,consistente en un receptáculo con una o más tuberías de entrada y unasalida, cuya función es la de captar y dirigir los líquidos, propiciando el buenfuncionamiento hidráulico del sistema. Sus dimensiones serán tales quepermitan en algunos casos la introducción de aparatos mecánicos y en otros,el acceso de personas.
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Sello Hidráulico. - Es generalmente, el arribo ahogado de una tubería dedrenaje dentro de un registro. Se emplean principalmente en registros dedrenajes aceitosos y químicos y su principal función es evitar laconducción de gases o la propagación de flama en casos de incendio. Separador de Agua-Aceite (Trampa). - Instalación que aprovechando laseparación del aceite y agua debida a la diferencia de densidades, permite ellibre paso de ésta última, reteniendo el aceite para su posterior recuperación. Troncales. - Son las tuberías que se utilizan para conducir los líquidosrecolectados por los ramales hacia los colectores. Clasificación de los drenajes. Los drenajes se clasifican en cuatro tipos:
Drenaje Aceitoso.
Drenaje Pluvial.
Drenaje Químico.
Drenaje Sanitario. Identificación de los drenajes. La identificación en planos y físicamente en los registros de los diversostipos de drenajes debe hacerse de acuerdo al siguiente código, el cual es presentado en la tabla No. 1:
TIPO DE DRENAJE LETRA COLOR DE IDENTIFICACIÓN
ACEITOSO. A CAFÉ SEGURIDAD
PLUVIAL. P AZUL SEGURIDAD
QUÍMICO. Q NARANJA SEGURIDAD
SANITARIO. S NEGRO
Tabla No. 1 Color de identificación de drenajes
Además de lo anterior, se debe indicar el sentido de flujo de las corrientesmediante flechas tanto en los planos, como marcadas sobre el piso o latapa del registro.
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25
1. Tipo de drenaje por áreas. A continuación se describen las características de los drenajes en las áreas industriales más comunes en los centros de trabajo.
1.1. Drenaje en las áreas operativas.
1.1.1. Deben contar con drenaje aceitoso, drenaje pluvial, sanitario y, cuando se requiera, con drenaje químico.
1.1.2. Por razones de seguridad y protección ambiental, los distintos tipos de drenaje deben ser independientes (segregados).
1.1.3. El drenaje aceitoso para las áreas operativas debe captar todos los derrames y purgas de hidrocarburos, para su recuperación.
1.1.4. Debe verificarse que cualquier descarga que se envíe al drenaje aceitoso, tenga una temperatura lo suficientemente baja para reducir la vaporización de hidrocarburos, por ejemplo: Purgas de desaladoras, calderas y tanques de expansión súbita.
1.1.5. Las aguas negras provenientes de los servicios sanitarios, deben ser desalojadas a través del drenaje sanitario hacia los sistemas de alcantarillado urbano, municipal o cuerpos receptores o bien, hacia una fosa séptica para su tratamiento y posterior disposición.
1.2. Drenaje en las áreas de almacenamiento atmosférico.
1.2.1. Los tanques de almacenamiento deben contar con un dique o muro de contención, que impida en caso de derrame del producto almacenado, que éste salga del área circundada por el dique.
1.2.2. De acuerdo a cada instalación, los pisos de las áreas circundadas por los diques deben tener suficientes zonas de escurrimiento con pendientes, parteaguas o canaletas que aseguren el correcto flujo de las aguas contenidas hacia los registros (al menos uno) pluviales de captación.
1.2.3. Las áreas de almacenamiento atmosférico y específicamente las comprendidas dentro de los diques o muros de contención, deben contar con sistemas de drenaje pluvial y aceitoso independientes, con sus correspondientes válvulas de bloqueo (tipo poste con bandera indicadora, mariposa, macho esférico, o compuerta con vástago ascendente) colocadas fuera del dique y con una clara indicación de posición: “ABIERTO-CERRADO”, así como la identificación con letreros señalando a qué drenaje pertenece cada válvula.
1.2.4. El sistema de válvulas debe permitir que se puedan emplear selectivamente el drenaje pluvial o el aceitoso, según se requiera, mediante las válvulas mencionadas en el párrafo anterior.
1.2.5. Debe existir por fuera del dique de contención y antes de las válvulas de bloqueo de los drenajes pluvial y aceitoso, una interconexión valvulada entre estas dos tuberías que permita derivar por gravedad, corrientes del drenaje pluvial hacia el aceitoso.
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1.2.6. La válvula instalada en la interconexión mencionada en el inciso anterior, así como en las tuberías de descarga de los drenajes pluvial y aceitoso de los diques de contención, deben encontrarse normalmente cerradas (condición que debe indicarse en campo mediante letreros) y para su operación debe elaborarse un procedimiento específico en cada centro de trabajo.
1.2.7. El nivel de arrastre de la tubería del drenaje pluvial, debe estar situado por encima del nivel de arrastre del ducto de drenaje aceitoso por lo menos una vez el diámetro de su tubería, medido a partir de la parte inferior del ducto del drenaje pluvial.
1.2.8. Las purgas de los tanques atmosféricos, incluyendo los sistemas de drene de las cúpulas flotantes, deben descargar directamente en las copas o registros conectados al drenaje aceitoso.
1.2.9. Los registros abiertos de captación del drenaje aceitoso, deben estar rodeados de un sardinel o tener un brocal de la altura adecuada que minimice la captación de agua de lluvia.
1.2.10. Los registros mencionados en el inciso anterior, deben contar con tapas provistas de escotillas de inspección para reducir la entrada de material que pudiera azolvar o tapar el registro.
1.2.11. El patio interno de los diques de contención de cada tanque de almacenamiento atmosférico, debe contar como mínimo con un registro de drenaje pluvial.
1.2.12. Los registros del drenaje pluvial en el patio interno de los diquesde contención, deben contar con sello hidráulico por lo menos enel registro de drenaje anterior a la descarga en los ramales otuberías troncales.
1.3. Drenaje en las áreas de tanques de almacenamiento a presión.
1.3.1. El patio interior de cada dique de contención, tanto de tanquesesféricos como horizontales, debe contar con un canal de drenajepluvial (trinchera) que en un extremo descargue a un registro consello hidráulico y posteriormente a la tubería troncal de drenajepluvial, por medio de una tubería de descarga que tenga integradauna válvula de bloqueo.
1.3.2. La toma para operaciones de purga y muestreo en tanquespresurizados debe descargar directamente en el registro deldrenaje pluvial provisto con sello hidráulico mencionado en elinciso anterior.
1.3.3. La trinchera del drenaje pluvial debe ser construida de concretoreforzado, cubierta con rejilla en la longitud comprendidadentro del dique de contención, con dimensiones y pendientes quegaranticen la adecuada conducción del fluido hacia el registro.
1.3.4. La ubicación del canal de drenaje (trinchera) y la pendiente delpiso dentro de los patios de tanques de almacenamiento a presióndeben ser tales, que cualquier líquido vertido dentro del dique fluyahacia el citado canal evitando su acumulación bajo la sombra delos recipientes.
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1.4. Drenajes en áreas de calderas y plantas de tratamiento de agua.
1.4.1. El área de calderas debe contar con drenaje aceitoso y con drenaje pluvial, delimitándose las áreas tributarias de cada uno de ellos por medio de una guarnición. El agua caliente de las purgas no debe ser descargada al drenaje aceitoso.
1.4.2. Las zonas que reciben precipitación pluvial en mayor cantidad, no es necesario que sean delimitadas por guarniciones, su superficie únicamente debe tener las pendientes y parteaguas adecuados que conduzcan el caudal hacia los registros apropiados.
1.4.3. Las purgas de los domos de calderas deben ir a un tanque “separador instantáneo de fases” y posteriormente al drenaje pluvial.
1.4.4. Las áreas de plantas de tratamiento de agua a base de desmineralización, y en general todas aquellas que manejan gran cantidad de sólidos en sus aguas crudas, deben tener un drenaje químico que maneje por separado tanto los productos ácidos como los alcalinos y se debe contar además con fosas de neutralización y sistemas de separación antes de enviar sus efluentes con la temperatura adecuada, al drenaje aceitoso.
1.4.5. Independientemente del sistema que se utilice para neutralizar las aguas residuales de las plantas de tratamiento, éstas podrán ser enviadas a tratamientos secundarios para su reuso. Si no esta considerado el reuso, los efluentes de las fosas de neutralización se deben descargar al drenaje aceitoso con un valor de pH entre 6.0 y 8.0.
1.4.6. Las aguas negras provenientes de los servicios sanitarios, deben ser desalojadas a través del drenaje sanitario hacia los sistemas de alcantarillado urbano, municipal o cuerpos receptores o bien, hacia una fosa séptica para su tratamiento y posterior disposición.
1.5. Drenaje en áreas de torres de enfriamiento de agua.
1.5.1. Las purgas de las torres de enfriamiento de agua pueden ser enviadas hacia sistemas de tratamiento para su reutilización, de no ser así, se descargarán al drenaje pluvial.
1.5.2. Los derrames de las torres de enfriamiento irán hacia el sistema de tratamiento de efluentes, vía colectores aceitosos.
1.5.3. Las aguas negras provenientes de los servicios sanitarios, deben ser desalojadas a través del drenaje sanitario hacia los sistemas de alcantarillado urbano, municipal o cuerpos receptores o bien, hacia una fosa séptica para su tratamiento y posterior disposición.
1.6. Drenajes en áreas de carga o descarga de productos.
1.6.1. Las áreas de carga y descarga de productos petrolíferos, contarán con drenaje aceitoso y pluvial. Cada isla y el espacio entre ellas debe contar con registros del drenaje aceitoso (provistos de atajallamas) que capten posibles derrames de hidrocarburos mediante pendientes y parteaguas diseñados para ese fin.
28
1.6.2. Las áreas de carga y descarga de productos químicos, tóxicos o corrosivos, contarán con drenaje químico y estarán diseñadas en forma tal que los posibles derrames sean debidamente contenidos y canalizados hacia los registros apropiados.
1.6.3. Las áreas de llenaderas de carrotanques de productos petrolíferos contarán con drenaje aceitoso y deben estar cubiertas con piso de concreto.
1.7. Drenaje en áreas de talleres.
1.7.1. El área de talleres debe contar con drenaje pluvial, sanitario y donde se requiera, aceitoso o químico.
1.7.2. En los talleres en donde se utilicen solventes o productos de limpieza para el lavado de equipos, o se derramen aceites, como los talleres mecánico, de instrumentos, eléctrico y pintura, contarán con una guarnición que limite dicha área, que descargará al drenaje aceitoso.
1.7.3. En los talleres de combustión interna, de reparación de locomotoras, eléctricos, cambiadores de calor, máquinas herramientas o similares, las rampas, fosas de servicio y en general, las áreas destinadas a la neutralización y/o lavado de equipos o partes de los mismos, deben contar con drenaje sanitario, aceitoso y/o químico según corresponda.
1.8. Drenaje en áreas de laboratorios.
1.8.1. El área de trabajo de los laboratorios debe tener drenaje sanitario y drenaje químico, conectado en su extremo a una fosa de neutralización que descargará al drenaje aceitoso.
1.9. Drenaje en estaciones de compresión y generación de electricidad.
1.9.1. Las áreas de estaciones de compresión o de generación eléctrica, deben contar con drenaje aceitoso, además del sanitario para las casas de cambio de los trabajadores.
1.10. Drenaje en áreas de pasos inferiores y trincheras para tuberías
(ajenos a casas de bombas). 1.10.1. Cuando las condiciones de diseño lo permitan, los pasos
inferiores y trincheras para tuberías que transportan hidrocarburos deben contar con drenaje pluvial, cuyo flujo pueda ser derivado hacia el sistema de tratamiento de efluentes en caso de detectar una eventual contaminación.
1.11. Drenaje en casas de bombas.
1.11.1. Las casas de bombas deben contar con drenaje sanitario para los cuartos de control y áreas de cambio de los trabajadores, con drenaje aceitoso para sardineles de equipo, purgas, cobertizo principal y trincheras de tuberías y con drenaje pluvial para las demás áreas.
29
1.12. Drenaje en áreas de muelles. 1.12.1. Los muelles de carga y descarga de productos petrolíferos
deben contar con drenaje aceitoso e instalaciones receptoras de aguas oleosas provenientes del deslastre, achique de sentinas y lavado de tanques, además deben contar con drenaje sanitario.
2. Diseño.
2.1. Generalidades. 2.1.1. Para desalojar las aguas residuales de las áreas operativas dentro
de los límites de batería deben considerarse por lo menos dos vertientes de descarga diferentes.
2.1.2. Los troncales se dispondrán en forma de peine, orientándose hacia los colectores y se conectarán entre sí en los registros iniciales (cabezas de registro), por medio de un drenaje auxiliar con el propósito de que cuando el troncal se obstruya, se drenen las áreas ahogadas por vasos comunicantes.
2.1.3. La profundidad mínima de la parte superior de las tuberías de drenaje subterráneas estará de acuerdo con las cargas aplicadas al terreno en cada caso, pero nunca será menor de 40 cm en áreas libres de rodamiento vehicular o de 60 cm en áreas con rodamiento vehicular, con respecto al nivel de piso terminado.
2.1.4. Las canalizaciones eléctricas subterráneas, "ahogadas" en concreto o rodeadas de tierra compactada, deben tener como mínimo 10 y 30 cm. de separación respectivamente, de las tuberías del drenaje subterráneo.
2.1.5. Ningún drenaje debe ser alojado bajo cimentaciones de una construcción.
2.1.6. Si las plantas de tratamiento de efluentes o los sistemas de detectores de gases y mezclas explosivas cuentan con elementos programables, se debe contar con programas de verificación y prueba de funcionamiento, mantenimiento y actualización tecnológica para asegurar el correcto desempeño de éstos.
3. Criterios de diseño.
3.1. Drenaje aceitoso. 3.1.1. La capacidad del drenaje en las áreas operativas, debe calcularse
tomando en cuenta el volumen mayor que resulte de las siguientes consideraciones, incrementándose éste con las aportaciones constantes del área de estudio:
3.1.2. Del gasto de agua colectada durante la precipitación pluvial máxima horaria, según los datos estadísticos meteorológicos de la zona, de los diez años anteriores a la fecha del diseño.
3.1.3. Del volumen colectado de agua contraincendio que se requiere para atender el riesgo mayor en el área considerada.
3.1.4. El drenaje aceitoso puede contar con uno o más cárcamos reguladores para controlar el flujo hacia los separadores.
30
3.1.5. Los registros del drenaje aceitoso deben tener sello hidráulico en cada una de las tuberías de llegada a los mismos.
3.1.6. En las áreas de almacenamiento, las copas y registros de purga del drenaje aceitoso deben estar diseñados de tal manera que se evite la introducción de materiales que se hayan acumulado dentro del dique.
3.2. Drenaje pluvial.
3.2.1. La capacidad del drenaje pluvial debe calcularse de acuerdo con el volumen que resulte mayor de las siguientes consideraciones:
3.2.2. El gasto de agua colectada en las áreas consideradas, durante la precipitación pluvial máxima horaria, para lo cual se tomarán los datos estadísticos meteorológicos de la zona, correspondientes a diez años anteriores a la fecha del diseño.
3.2.3. El volumen de agua colectada en las áreas pluviales el día más lluvioso, según datos estadísticos meteorológicos de la zona, de los diez años anteriores a la fecha del diseño.
3.2.4. En el caso de las áreas operativas, el gasto de agua contraincendio captado, empleado en el combate del riesgo mayor.
3.2.5. Las aguas del drenaje pluvial deben descargar directamente a un colector, el cual las conducirá al cuerpo receptor o a un cárcamo regulador, que debe tener una derivación con bloqueos hacia el sistema de tratamiento de efluentes, para ser utilizada en caso de contaminación del drenaje pluvial.
3.2.6. El emisor del centro de trabajo debe ser diseñado en forma tal que se elimine la posibilidad de contaminar el alcantarillado municipal, urbano o cuerpo receptor.
3.3. Drenaje químico.
3.3.1. La capacidad del drenaje químico debe calcularse tomando en cuenta la suma de aportaciones de cada instalación en particular.
3.3.2. El tratamiento de las corrientes particulares debe hacerse localmente en cada instalación mediante plantas de tratamiento (cuando así se requiera) y fosas de neutralización; una vez neutralizadas, y previa verificación que las corrientes cumplen con los límites máximos permisibles de contaminantes de acuerdo con la normatividad local, éstas podrán ser enviadas al drenaje aceitoso.
3.3.3. De acuerdo a cada diseño, la distancia recorrida por la corriente del drenaje químico a ser tratada, neutralizada y reutilizada o vertida al drenaje aceitoso, debe ser lo mas corta posible con el objeto de minimizar los riesgos inherentes a su conducción.
3.3.4. La conducción de las aguas de los drenajes químicos hacia las plantas de tratamiento y neutralización debe ser mediante un sistema hermético cuyos registros puedan ser abiertos eventualmente para efectuar inspecciones.
31
3.4. Drenaje sanitario. 3.4.1. La capacidad del drenaje sanitario debe calcularse tomando como
base el número de muebles sanitarios. 3.4.2. Las aguas del drenaje sanitario que no puedan enviarse
directamente al drenaje urbano, municipal o cuerpo receptor, deben enviarse a sistemas de tratamiento o fosas sépticas, pudiéndose conectar su efluente al drenaje pluvial o al emisor directamente, previa verificación que las corrientes vertidas no rebasan los límites máximos permitidos de contaminantes que establecen las Normas Oficiales Vigentes.
3.4.3. Las aguas provenientes de lavabos y regaderas de los baños, antes de ser enviadas al drenaje municipal o fosa séptica, deben pasar por una trampa de grasas.
3.5. Registros.
3.5.1. La ubicación de los registros en tuberías de drenaje debe ser tal que la distancia entre ellos sea la equivalente en metros a los centímetros que tenga el diámetro nominal de los tubos, pero nunca mayor a 50 m.
3.6. Bocas de limpieza.
3.6.1. Se deben instalar bocas de limpieza en los extremos muertos de las tuberías de los ramales; su dimensión será como mínimo, el mismo diámetro comercial de la tubería del ramal.
3.6.2. Se deben instalar bocas de limpieza en los sellos hidráulicos de los registros del drenaje aceitoso. Cuando éstos estén constituidos por una conexión tipo ”T”, "Y" o similar, la boca de limpieza quedará localizada en el extremo muerto taponado de dicha conexión, teniendo un diámetro igual al de la tubería del drenaje aceitoso hasta cuando ésta tenga un diámetro de 254 mm (10 pulg.) y manteniéndose esta dimensión para tuberías con mayor diámetro.
3.7. Sello hidráulico.
3.7.1. Se deben de instalar sellos hidráulicos en aquellos registros donde se deba evitar el retorno de vapores tóxicos o explosivos, así como la propagación de explosiones; algunos ejemplos son: todo el drenaje aceitoso, llegada a cárcamos reguladores de demasías, llegadas y salidas de los separadores de aceite-agua, último registro pluvial en patios de tanques de almacenamiento antes de troncales, llegadas al sistema de tratamiento de efluentes y/o plantas de tratamiento de aguas y último registro antes de la descarga del emisor.
3.7.2. El tirante mínimo de agua, necesario para formar el sello hidráulico puede variar de acuerdo a cada diseño, el cual debe asegurar el correcto funcionamiento del sello bajo condiciones normales de operación.
32
3.7.3. Los sellos hidráulicos generalmente están formados por registros con mamparo separador, conexiones de tubería tipo “T” o "Y", codos, o bien, por diseños especiales que casi siempre consisten en una cámara receptora ahogada dentro de un pozo de derrame. La selección de cada tipo de sello depende de las restricciones y necesidades propias de cada proyecto, es común que las conexiones de tubería se empleen en diámetros de hasta 60 cm; para diámetros mayores frecuentemente se utilizan mamparos separadores y los diseños especiales se emplean comúnmente en registros de recepción de escurrimientos en trincheras.
4. Criterios de operación.
4.1. Drenaje aceitoso. 4.1.1. Los volúmenes colectados por el drenaje aceitoso, deben conducirse
a los sistemas de tratamiento de efluentes que permitan la recuperación de hidrocarburos y que las aguas residuales cumplan con los límites máximos permisibles de contaminantes de acuerdo con la normatividad vigente en la materia.
4.2. Drenaje pluvial.
4.2.1. Las aguas del drenaje pluvial pueden enviarse fuera del centro de trabajo siempre y cuando la descarga no rebase los límites máximos permisibles de contaminantes de acuerdo con la normatividad vigente en la materia; en caso contrario deben enviarse a fosas de retención para su tratamiento y reutilización.
4.3. Para las áreas de almacenamiento de hidrocarburos, deben atenderse
los siguientes criterios: 4.3.1. Todas las válvulas de bloqueo de los sistemas de drenaje a la salida
de los diques permanecerán normalmente cerradas y contarán con la indicación de "CERRADO", claramente visible así como la identificación con letreros, señalando a qué drenaje pertenece la válvula.
4.3.2. En caso de lluvia, si no existe contaminación del agua, debe abrirse la válvula hacia el drenaje pluvial; en caso contrario, debe alinearse hacia el drenaje aceitoso para enviar el agua contaminada hacia los sistemas de tratamiento de efluentes. Esta operación debe hacerse siempre dosificando el flujo.
4.3.3. En caso de incendio o derrame de hidrocarburos, la válvula del drenaje pluvial debe mantenerse cerrada, canalizando y dosificando posteriormente el flujo a través del drenaje aceitoso.
4.3.4. En las operaciones de purgado de tanques, la válvula del drenaje pluvial debe mantenerse invariablemente cerrada y se abrirá la válvula del aceitoso, para dosificar el purgado y posteriormente se debe volver a cerrar; las descargas de las purgas deben ser visibles.
33
4.3.5. En los centros de trabajo donde se justifique, la descarga del drenaje pluvial debe contar con detectores de gases y mezclas explosivas que funcionen de manera continua y alarmen en caso de existir contaminación del agua con hidrocarburos, antes de su desalojo por el emisor.
4.4. Drenaje químico.
4.4.1. Las aguas de los drenajes químicos deben ser neutralizadas y/o tratadas antes de ser vertidas al drenaje aceitoso.
4.4.2. No deben mezclarse en los drenajes las aguas residuales que contengan sustancias que reaccionen en forma violenta o formen compuestos peligrosos.
4.5. Drenaje sanitario.
4.5.1. Las aguas negras deben ser tratadas antes de ser enviadas a los cuerpos receptores o bien, pueden ser enviadas a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal, siempre y cuando cumplan con los límites máximos de contaminantes permitidos por la normatividad vigente en la materia.
4.5.2. Antes de su tratamiento, no se deben unir drenajes de aguas negras con el drenaje pluvial.
4.6 Purgas 4.6.1 El sistema de drenajes de la refinería también incluye el sistema de purgas ya que existe la necesidad de contar con sistemas de drenajes para la colección, conducción y desalojo de las aguas aceitosas que se generan en las instalaciones de la refinería como consecuencia de las actividades y operaciones industriales que se realizan. La purga se define como; serie de residuos que en algunas operaciones industriales, en máquinas o aparatos se acumulan y se han de eliminar o expeler. 4.6.2 El sistema de purgas incluye la copa o caja de purga, el drenaje aceitoso, ramal, reductor de flama, registro de drenaje y troncales, los cuales son definidos al inicio del capítulo. 4.6.3 En las instalaciones de la refinería se aceptan cuatro tipos de drenajes: pluviales, aceitosos, sanitarios y químicos. Los drenajes aceitosos y pluviales deben funcionar de manera independiente de los drenajes que conducen las aguas químicas y sanitarias si estas no han sido tratadas antes de su descarga y/o interconexión con los drenajes aceitosos y pluviales respectivamente. 4.6.4 Las áreas de calderas y calentadores deben contar con drenajes aceitosos y pluviales. Las purgas de condensado provenientes del tanque “separador instantáneo de fases” no se deben descargar a los drenajes aceitosos. 4.6.5 Las purgas y derrames de las torres de enfriamiento se deben enviar hacia los sistemas de tratamiento de efluentes vía colectores de los drenajes pluviales. 4.6.6 Las purgas de los domos de calderas deben ir a un tanque “separador instantáneo de fases” y posteriormente al drenaje pluvial.
34
III. BALANCE DE
MATERIA DE
EFLUENTES EN
RECUPERADO DE
TRAMPAS
35
El balance de materia permite cuantificar el flujo, la transformación y la acumulación de materia en un sistema. Este nos sirve para determinar los flujos de materia y energía que entran y salen de un sistema donde se lleva a cabo un proceso físico o químico, a ciertas condiciones específicas de operación y para el dimensionamiento y optimización de los procesos. Es por esto que se realizan los siguientes cálculos, de los cuales las literales se explican al final del capítulo. Para efectos de la secuencia de cálculos de balance de materia se consideraran las siguientes características para los componentes que se anotan en las tablas No. 2 y No.3.
Componente ligero
Peso Molecular 128.2551
Temperatura de ebullición 150 °C
Calor latente de vaporización 76
Capacidad calorífica 0.515
Densidad 0.721
Tabla No. 2
Componente pesado
Peso Molecular 198.3880
Temperatura de ebullición 255 °C
Calor latente de vaporización 72
Capacidad calorífica 0.4
Densidad 0.762
Tabla No. 3
36
Datos del volumen de recuperado - Equivalencia del volumen de recuperado
Cálculo de la densidad del recuperado
Se considera de la investigación de datos una composición de la alimentación de 60% peso
Cálculo del peso molecular de la alimentación
37
Se requiere obtener el componente ligero con un grado de pureza del 99%
Cálculo del peso molecular del destilado
Debido a que la pureza del componente ligero es del 99% el 1% corresponde
al residuo
Cálculo del peso molecular del residuo
Cálculo del flujo de alimentación en que entra a la columna
Cálculo del flujo de destilado en que sale de la columna
38
Cálculo del flujo de residuo en que sale de la columna
39
IV. CÁLCULO DE LA
COLUMNA DE
RECUPERACIÓN DE
PRODUCTOS
40
La destilación es la separación de los constituyentes de una mezcla líquida mediante la vaporización parcial de la mezcla y la recuperación, por separado, del vapor y el residuo líquido. Normalmente, las operaciones de absorción, desorción y rectificación se realizan en las denominadas torres o columnas, que son recipientes cilíndricos esbeltos, en posición vertical y en cuyo interior se incluyen dispositivos como platos o lechos de relleno. La columna fraccionadora que se usa con más frecuencia es la llamada torre de burbujeo figura No. 2, en la que las placas están dispuestas horizontalmente,
separadas unos centímetros, y los vapores ascendentes suben por las capuchas de burbujeo a cada placa, donde burbujean a través del líquido. Las placas están escalonadas de forma que el líquido fluye de izquierda a derecha en una placa, luego cae a la placa de abajo y allí fluye de derecha a izquierda. Generalmente, el gas y el líquido fluyen en contracorriente por el interior de la torre, cuyos dispositivos promueven el contacto entre las fases y el desarrollo de la superficie interfacial a través de la cual se producirá la transferencia de materia. La interacción entre el líquido y el vapor
puede ser incompleta debido a que se puede producir espuma y arrastre de forma que parte del líquido sea transportado por el vapor a la placa superior. En este caso, pueden ser necesarias cinco placas para hacer el trabajo de cuatro placas teóricas, que realizan cuatro separaciones. Un equivalente de menor costo de la torre de burbujeo es la llamada columna empacada, en la que el líquido fluye hacia abajo sobre una pila de anillos o trozos de tuberías de vidrio. En base a las cantidades obtenidas en el balance de materia se procede a realizar el cálculo de una columna, la cual es capaz de procesar el flujo que proviene de las trampas de separación. La columna es de cachuchas de burbujeo y cuenta con un sistema de precalentamiento el cual utiliza como medio de calentamiento el residuo de la misma columna. El diseño de columnas de platos para operaciones de absorción o desorción se basa en muchos de los principios utilizados en los cálculos de operaciones de rectificación, como la determinación del número de platos teóricos necesario para conseguir un cambio de composición especificado. Estas columnas pueden resultar económicamente preferibles para operaciones en gran escala, pueden presentar mejor “relación de flujo descendente” y están menos sujetas a ensuciamiento por sólidos que las columnas empacadas.
Figura No. 2: Funcionamiento de una columna de
destilación de platos con capuchas de burbujeo
41
Cálculo de la condición térmica de la alimentación
1. Entalpía de la alimentación, como entra realmente a la columna (hF)
D=2.94068x107
YD=0.99
W=1.94923x107
XW=0.99
F= 4.88488x107
XF=0.60
TO=20°C
TSW=31°C
Figura No. 3: Esquema del planteamiento del
sistema de destilación.
42
2. Entalpía de la alimentación como líquido saturado a su temperatura de ebullición (hL)
3. Entalpía de la alimentación como vapor saturado
Cálculos para el trazo de número de etapas de la columna en la curva de equilibrio (gráfica No.3)
El resultado obtenido en el cálculo anterior nos indica que se trabaja con un líquido sub-enfriado
- Para la columna de destilación se considera el siguiente reflujo de operación el
cual se da para el tipo de columna que se calcula:
43
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 50 100 150 200 250 300 350
ºp m
mH
g
TºC
Componente ligero
Componente pesado
Gráfica No. 1: Presión de vapor contra temperatura
44
Grá
fica N
o. 2
: P
unto
s d
e e
bu
llició
n
45
Grá
fica N
o. 3
: C
urv
a d
e e
qu
ilibrio
46
Tabla No. 4: Datos para trazo de diagrama de puntos de ebullición (gráfica No.2) y curva de equilibrio (gráfica No.3)
- Después del trazo del número de etapas en la curva de equilibrio (Gráfica No.
3) se obtiene: La columna consta de 7 etapas teóricas con una eficiencia del 70%, de las cuales la cuarta es el plato de alimentación. Además se sabe que la alimentación entra a la columna como un líquido saturado a su temperatura de ebullición esto debido al ángulo de la línea nombrada como “q” la cual representa la condición térmica de la alimentación a la columna.
P=1.01atm=767.6mmHg
Presiones de vapor (mmHg)
(P-PVT)/(PVN-PVT) (PVN*X)/(P)
Temperatura (°C)
Nonano Tetradecano X Y
150 700 50 1 1
160.5 1000 80 0.747391304 0.97367288
171 1300 100 0.556333333 0.9422008
181.5 1600 120 0.437567568 0.91207414
192 2100 200 0.298736842 0.81728422
202.5 2300 220 0.263269231 0.78884736
213 2680 350 0.179227468 0.6257551
223.5 3000 400 0.141384615 0.55257145
234 3280 550 0.07970696 0.34059253
244.5 3650 600 0.05495082 0.26129559
55 3880 700 0 0
47
V. BALANCE
ECONOMICO
48
Cada sustancia dentro del petróleo destila a diferente temperatura, a partir de una
temperatura fija se obtiene una sustancia predeterminada. Por ejemplo: se calienta
el crudo hasta los 100 °C de donde se obtiene nafta, luego se sigue calentando el
petróleo restante para obtener otras sustancias buscadas en temperaturas más
altas y así hasta llegar a los 350-400 °C, temperatura en la cual el petróleo
empieza a descomponerse. Es por esto que dentro de las refinerías se somete al
petróleo crudo a determinadas temperaturas en distintas circunstancias. De este
modo, los componentes se van desprendiendo de una manera ordenada.
Porcentaje de extracción con respecto a la cantidad total del crudo, la
temperatura de ebullición y los productos obtenidos a partir de la cantidad de
átomos de carbono de cada componente.
Tabla No. 5: Porcentajes de extracción
Cantidades obtenidas de los cálculos anteriores, según especificaciones de la tabla No. 5
Tabla No. 6: Flujos según cantidades de cálculos del capítulo III
Nota: Los precios en el mercado fueron tomados el día 8 de agosto del 2013
siendo para el componente ligero el costo por litro de $12.25 MN y para el
componente pesados el costo por litro de $11.78 MN
% Salida Temperatura de ebullición (°C)
Átomos de carbono Productos obtenidos
2 < 30 1 a 5 Hidrocarburos ligeros
15 a 20 30 – 200 5 a12 Gasolinas, naftas
5 a 20 200 – 300 12 a 15 Queroseno
10 a 40 300 – 400 15 a 25 Gas-oil
Residuo > de 400 > de 25 Lubricantes, alquitrán
Producto Porcentaje
(%) Flujo Flujo
Costo en el
mercado
Componente ligero
40 11,762,728 16,314,463 199,852,174
Componente pesado
60 17,644,092 24,471,695 288,276,565
49
CONCLUSIONES
50
La implementación de la columna que será encargada de procesar el producto
recuperado en las trampas de separación evita que esta corriente sea
reprocesada en la refinería, disminuyendo de esta manera los costos de
producción y evitando así la contaminación de los productos y corrientes de la
refinería.
La reducción del impacto ambiental es un punto importante, ya que las multas por
daños a este suelen ser costosas además que podría significar mayores
sanciones, el contar con este proceso significará la aplicaciónde un último filtro a
los residuos que genera el proceso de refinación y se podría llevar el monitoreo
adecuado de éstos para elegir la disposición final más adecuada que anule los
daños al medio ambiente.
Es importante recordar que el uso de la columna de recuperación de producto
implica ciertos puntos que no se deben perder de vista, ya que por evitar el
reprocesamiento de la corriente, se pueden adquirir otros problemas dentro del
centro de trabajo. Es por esto que las líneas de proceso deben ser monitoreadas y
herméticas para evitar accidentes y contaminación de suelos o de otras líneas de
drenaje por derrames o filtraciones, además de que su construcción deberá de
cumplir con las especificaciones de la norma del sistema de drenajes.
Se debe contar con una relación completa de los equipos, plantas, áreas
industriales, talleres, entre otros, que generen residuos que sean conducidos por
el sistema de drenaje aceitoso, ya que este drenaje tiene que contar con la
resistencia y la capacidad suficientes para conducir de manera segura los residuos
que se generen en la refinería.
Debido a que se cuenta con un algoritmo de cálculo para la columna procesadora
de producto recuperado por las trampas de separación,hace posible su
implementación en el tipo de refinería que se dese o se requiera.
Como se observa en los resultados del capítulo No. 5, los ingresos no son nada
despreciables y si se considera el aumento en el costo de los hidrocarburos con el
tiempo los ingresos que generara la implementación de este proceso en la
refinería se irán incrementando. Debe observarse que en la estimación de
ingresos solamente se han considerado los precios de los recuperados
(componente ligero y pesado) sin estimar los gastos correspondientes a la
instalación, operación y mantenimiento de la columna de recuperación propuesta.
Un trabajo más elaborado al respecto incluirá dichas erogaciones.
51
ANEXO
52
Símbolos y abreviatura - Diferencial de temperatura
°C- Grados Celsius
b'- Ordenada al origen real de operación
bl- Barriles
cm3- Centímetros cúbicos
Cp- Capacidad calorífica
D- Destilado
F- Alimentación
hF- Entalpía de la alimentación
hL- Entalpía de la alimentación como líquido saturado a su temperatura de ebullición
hr- Hora
HV- Entalpía de la alimentación como vapor saturado
hW- Entalpía del residuo
kcal- Kilo calorías
kg- Kilogramos
kgmol- Kilogramo mol
lts- litros
m- Pendiente de la recta q
Mligero- Masa del componente ligero
Mpesado- Masa del componente pesado
PM- Peso molecular
PMD- Peso molecular del destilado
PMF- Peso molecular de la alimentación
PMW- Peso molecular del residuo
q- Condición térmica de la alimentación
Rop- Reflujo de operación
Teb- Temperatura de ebullición
TF- Temperatura de la alimentación
TO- Temperatura inicial
TSW- Temperatura del residuo del cambiador de calor
Vligero- Volumen del componente ligero
Vpesado- Volumen del componente pesado
W- Residuo
XD- Fracción molar del destilado
XF- Fracción molar de la alimentación
XW- Fracción molar del residuo
XW- Fracción molar del residuo
53
YD- Fracción molar del destilado
λ- Calor latente de vaporización
ρ- Densidad
ρrecuperado- Densidad del recuperado
ω- Flujo
54
BIBLIOGRAFÍA
55
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COMITÉ DE NORMALIZACIÓN DE PETRÓLEOS MEXICANOS Y
ORGANISMOS SUBSIDIARIOS, NMX-AA-089/2- SCFI-2010
Torres Robles Rafael, Castro Arellano J. Javier
Primera edición, 2002
METODO DE SEPARACION FISICA PARA EL TRATAMIENTO DE
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Susana Maida Lafuente, 2010
THE PROPERTIES OF GASES AND LIQUIDS
Poling, Bruce E., Prausnitz, John M., and O' Connell, John
Fifth edition, 2001
GERENCIA DE PROYECTO Y CONSTRUCCIÓN (PEMEX)
ESP-E-9202, DRENAJES, ESPECIFICACIÓN DE PLANIFICACIÓN, 2005
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GASMART-PRECIOS HISTORICOS DE HIDROCARBUROS (08/08/2013)
http://www.gasmart.com.mx/histo_gas.php?selec_mes1=8&selec_year1=un
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DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES
Tema 9. Columnas de contacto, 2003
SISTEMA DE SEPARACION DE GRASAS, LODOS E HIDROCARBUROS
Catálogo de separadores, EQUIURBE, Equipamientos urbanos, 2012
Sistemas de Recuperación de Hidrocarburos, GEOTECH, 2006
NORMA DE REFERENCIA
NRF-140-PEMEX-2011, SISTEMAS DE DRENAJES, Comité de
Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios
