1 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo Estableciendo capacidad para plantas piloto: coquización retardada N. Pérez G. Rincón Y. García J. Santos Presentado por Gladys Rincon Laboratorio de Carbón y Residuos Pesados Universidad Simón Bolívar IQP&P-Ingeniería Química Petroquímica y Procesos Universidad Simón Bolívar

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

3 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo La capacidad de una planta industrial se establece en base a criterios como: demanda y oferta,demanda y oferta, restricciones técnicas,restricciones técnicas, disposición de materias primas o insumosdisposición de materias primas o insumos, rentabilidad,rentabilidad, restricciones financieras,restricciones financieras, limitaciones de espacio.limitaciones de espacio. Estableciendo capacidad para plantas piloto: coquización retardada

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

5 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo ¿Cómo establecer la capacidad de una planta piloto que reproduce un proceso que ya existe industrialmente ? Estableciendo capacidad para plantas piloto: coquización retardada

6 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo PASOSENTREGABLE Formulación ObjetivosLista de objetivos de la planta piloto 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 capacidadCapacidad mínima y máxima ¿Cuáles son los parámetros a reproducir? Lista de parámetro a reproducir Generación del DBP de la planta piloto DBP Capacidad de diseñoCapacidad de diseño la planta piloto

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

8 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo PASO 2. Definición de las Bases de Diseño. Relación entre condiciones de operación y lo que se va a reproducir. 1.Identificar las propiedades de los productos que se van a reproducir; 2.Estudiar el proceso industrial para identificar las variables de operación que tienen mayor impacto sobre lo que se va a reproducir, se desechan aquellas que no lo afectan. Estableciendo capacidad para plantas piloto: coquización retardada

9 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo 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. Estableciendo capacidad para plantas piloto: coquización retardada

10 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo PASO 3. Limites de capacidad. capacidad máxima. capacidad máxima. Lo más pequeña posible tomando en cuenta tres aspectos: 1) limitaciones de materia prima; 2) disposición de desechos 3) costos mínimos de inversión inicial. Estableciendo capacidad para plantas piloto: coquización retardada

11 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo PASO 3. Limites de capacidad. capacidad mínima. capacidad mínima. lo suficientemente grande como para asegurar: 1) cantidad requerida en las pruebas de laboratorio; 2) velocidades mínimas equipos y tuberías; 3) minimizar costos iniciales de inversión Se recomienda diseñar para la capacidad mínima posible Estableciendo capacidad para plantas piloto: coquización retardada

12 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo 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. Estableciendo capacidad para plantas piloto: coquización retardada

13 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo PASO 5. 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

14 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo 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. Estableciendo capacidad para plantas piloto: coquización retardada

15 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo DFP: Coquización Retardada a nivel Industrial

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

17 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo 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]; Estableciendo capacidad de PPCR

18 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo Se definió la capacidad de la PPCR como la cantidad de COQUE RETARDADO producido POR CICLO de operación Estableciendo capacidad de PPCR

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

20 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo 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. Estableciendo capacidad de PPCR

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

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

23 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo Coke Physical Properties Operation Variables Volatile Matter (VM) Microstructural Characteristics Superficial area Pore volume and diameter Microstructur e Increase Temperature Increase hardness Reduction of superficial area Reduction of pore size Temperature affects the mesofase development Increase Pressure Increase VM content Reduction of superficial area Reduction of volume of available empty spaces Unknown influence Increase Recycle Reduction of VM content Increase residence time

24 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo PASO 2. Definición de las Bases de Diseño. Condiciones y características de materia prima, productos y rendimiento. Global Properties Mass Flow (kg/hr)6.46Pressure (psia)40 Specific Gravity2.83 Vapor fraction1.00Temperature (K)732Viscosity (cP)0.02 Mass Composition Water0.17Heptanes0.00033Sulphidric acid0.000021 Hydrogen0.00027Decane0.11Carbon dioxide0.03 Methane0.0092Undecane0.12 Carbon monoxide0.000017 Ethylene0.00013Dodecane0.13Resin0 Ethane0.0027Trydecane0.14Saturated0 Propane0.0035Tetradecane0.15Aromatic0 Butane0.002Benzene0.051Naphtenic0 Pentane0.0012Toluene0.061 Hexane0.00048Cyclohexane0.024

25 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo PASO 3. Limites de capacidad. capacidad máxima. capacidad máxima. 23 Kg coque retardado por ciclo capacidad mínima. capacidad mínima. 5 Kg coque retardado por ciclo La capacidad mínima debe garantizar una velocidad lineal de: líquidos 1m/s y gases 4m/s. Existe un compromiso entre la capacidad, la inversión inicial y las restricciones impuestas por los parámetros de operación PASO 3. Limites de capacidad.

26 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo velocidad de ascenso dentro del tambor PASO 4. ¿ Cuáles son los parámetros de operación a reproducir ?

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

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

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

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

31 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo PASO 5. Generación del PFD de la planta piloto

32 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo PREMISAS para BM: 1)la velocidad debe ser mayor a la mínima; 2)la velocidad de ascenso se toma como la velocidad de ascenso promedio, 3)la relación de reciclo es de 20/80. Relación de reciclo: cantidad de gasóleo producido por ciclo con respecto al total recirculado. PASO 6. Estableciendo la capacidad de diseño.

33 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo 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. Estableciendo la capacidad de diseño.

34 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR  lfa LIGNO-CARB Tarragona 09/09/05Prof. Gladys Rincón Polo 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 L/D = 8,3 CONCLUSIONES

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

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