título: adaptación tecnológica para el incremento de la
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, Junio, 2019
Departamento de Ingeniería Química
Título: Adaptación tecnológica para el incremento de la capacidad de
producción de líquido asfáltico 50-70 prototipo AC 30 en la refinería
“Sergio Soto”
Autor: Leidy Laura Kautzman Fernández
Tutores: Dr. C. Omar Pérez Navarro
M. Sc. Mijail Bonachea Crespo
Ilustración 1
Title: Technological adaptation for the increase of the production
capacity of asphalt liquid 50-70 prototype AC 30 in the refinery "Sergio
Soto"
Author: Leidy Laura Kautzman Fernández
Thesis Director: Dr. C. Omar Pérez Navarro
M. Sc. Mijail Bonachea Crespo
,June, 2019
Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, y
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A mis padres María del Carmen, Jorge y Fernando, por su
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Agradecimientos
A mis padres, por creer en mí y apoyarme siempre, por la educación que me han dado, los quiero mucho.
A mi abuela Alicia, por sus consejos y su cariño, gracias por existir, te quiero.
A mi prima Dulce, por su apoyo y confianza en mí, por transmitirme experiencias y conocimientos sobre la Ingeniería Química.
A mi tía María Alicia, por darme ánimos en todo momento, siempre te recuerdo.
A mi tutor Omar, por ayudarme a cumplir mi sueño, por el tiempo dedicado, por darme entusiasmo para seguir adelante y por todos sus consejos, gracias por todo.
A mi tutor Mijail por las enseñanzas constantes durante toda la carrera.
A mis compañeros de aula por todos los momentos que hemos pasado juntos.
A todas las personas que contribuyeron de una forma u otra, gracias por su apoyo
Resumen
En el trabajo es desarrollado un procedimiento heurístico para la adaptación tecnológica
requerida en el incremento de la capacidad de producción de líquido asfáltico en refinerías de
petróleo que procesan crudos pesados. El procedimiento propuesto es aplicable al caso del
líquido asfáltico 50-70 prototipo AC-30 de la refinería cubana "Sergio Soto". Fueron establecidas
las bases conceptuales del procedimiento heurístico. Como resultado, es conveniente aplicar los
principios metodológicos generales para la asimilación de tecnologías en plantas químicas. Para
ello se considera que las nuevas capacidades pueden ser incorporadas creadoramente a una
tecnología apropiada y competitiva existente, a la composición físico química de estos materiales,
principalmente la viscosidad y el contenido de azufre. El procedimiento considera que la magnitud
de la nueva capacidad guarda relación con la capacidad de extracción de crudo y el mercado y
que los incrementos deseados se alcanzan a través de la adaptación hacia modificaciones con o
sin inversión. Estas son evaluadas desde el punto de vista tecnológico, ambiental y económico.
Para aplicar el procedimiento al caso de estudio se efectuó evaluación tecnológica de la situación
actual y perspectiva de la refinería para asumir los incrementos y la seguridad de la producción.
Se propusieron las modificaciones tecnológicas sin inversión necesarias para el logro de dichos
objetivos. Las mismas permitieron intensificar los procesos de transferencia de calor de manera
que se garantizan las condiciones de proceso para la nueva capacidad.
Abstract
In the work is developed a heuristic procedure for the technological adaptation required in the
increase of the production capacity of asphalt liquid in oil refineries that process heavy crudes. The
proposed procedure is applicable to the case of the asphalt liquid 50-70 prototype AC-30 of the
Cuban refinery "Sergio Soto". The conceptual bases of the heuristic procedure were established.
As a result, it is convenient to apply the general methodological principles for the assimilation of
technologies in chemical plants. For this purpose, it is considered that the new capacities can be
creatively incorporated to an appropriate and competitive technology existing, to the physical
chemical composition of these materials, mainly viscosity and sulfur content. The procedure
considers that the magnitude of the new capacity is related to the crude extraction capacity and the
market and that the desired increases are achieved through adaptation to modifications with or
without investment. These are evaluated from the technological, environmental and economic point
of view. In order to apply the procedure to the case study, a technological evaluation of the current
situation and the perspective of the refinery was carried out in order to assume the increases and
the safety of the production. The technological modifications without investment that are necessary
for the achievement of these objectives were proposed. These proposals made it possible to
intensify the heat transfer processes in such a way as to guarantee the process conditions for the
new capacity.
Contenido Introducción ......................................................................................................................................... 1
Capítulo 1: Revisión Bibliográfica ................................................................................................. 4
1.1. Análisis, desarrollo e intensificación de procesos de la Industria Química ........................................ 4
1.2. Consideraciones sobre la asimilación tecnológica ............................................................................. 4
1.3. Disponibilidad de materias primas ..................................................................................................... 6
1.4. Mercados petroleros. Oferta y demanda de petróleo. ...................................................................... 6
1.5. Petróleo. Características fundamentales. .......................................................................................... 7
1.5.1 Petróleo ...................................................................................................................................... 7
1.5.2 Composición química ................................................................................................................. 7
1.6. Generalidades de las refinerías de petróleo ...................................................................................... 8
1.6.1 Problemas ambientales asociados a las refinerías de petróleo ................................................. 9
1.7. Características de la industria petrolera de Cuba y el petróleo cubano .......................................... 10
1.7.1 Características del crudo cubano de Varadero (Matanzas) ..................................................... 10
1.8. Destilación Atmosférica y al Vacío. Productos de la destilación. ..................................................... 11
1.8.1 Destilación Atmosférica y al Vacío ........................................................................................... 11
1.8.2 Productos de la destilación ...................................................................................................... 11
1.9. Generalidades del asfalto ................................................................................................................. 12
1.9.1 Clasificación y grados del asfalto .............................................................................................. 12
1.9.2 Propiedades mecánicas básicas del asfalto .............................................................................. 14
1.9.3 Aplicaciones del asfalto ............................................................................................................ 14
1.10. Descripción del proceso tecnológico de refinación de crudo en la refinería “Sergio Soto” ........ 14
1.10.1 Sección de preparación del crudo ............................................................................................ 14
1.10.2 Sección de destilación atmosférica .......................................................................................... 15
1.10.3 Sección de destilación al vacío ................................................................................................. 16
1.11. Antecedentes de Innovación y evaluación tecnológica en la refinería “Sergio Soto” ................. 18
1.12. Conclusiones Parciales ................................................................................................................. 19
Capítulo 2: Procedimiento heurístico y evaluación tecnológica .........................................21
2.1. Procedimiento heurístico para la adaptación tecnológica en el incremento de la capacidad de
producción de líquido asfáltico .................................................................................................................... 21
2.1.1. Bases conceptuales de la conducción de la adaptación tecnológica en instalaciones procesadoras
de líquido asfáltico ................................................................................................................................... 21
2.1.2. Procedimiento heurístico para la conducción de la adaptación tecnológica en instalaciones
procesadoras de líquido asfáltico ............................................................................................................. 23
2.2. Evaluación tecnológica y análisis ambiental en el incremento de la capacidad de producción de
líquido asfáltico de la refinería “Sergio Soto” .............................................................................................. 25
2.2.1. Evaluación tecnológica ................................................................................................................... 25
2.2.2. Análisis ambiental para asimilar incrementos de capacidad en la refinería “Sergio Soto” ........... 41
2.3 Conclusiones Parciales ..................................................................................................................... 42
Capítulo 3: Modificaciones Tecnológicas sin inversión para aumentar la producción de
líquido asfáltico (AC-30) en la Refinería “Sergio Soto” .........................................................43
3.1 Proceso de refinación del crudo pesado (Matanzas) ............................................................................. 43
3.1.1 Modificaciones en el banco de intercambiadores de calor ............................................................ 43
3.1.2 Rechequeo de los intercambiadores de calor luego de las modificaciones.................................... 43
3.2. Modificaciones tecnológicas sin inversión en la sección de enfriamiento ........................................... 45
3.2.1 Rechequeo de los enfriadores luego de las modificaciones ........................................................... 45
3.3 Análisis de los resultados obtenidos con las modificaciones sin inversión propuestas ......................... 46
3.4 Otras actividades previstas en el diagrama heurístico ........................................................................... 47
3.5. Conclusiones Parciales .......................................................................................................................... 48
Conclusiones Generales ...............................................................................................................49
Recomendaciones ............................................................................................................................50
Bibliografía .........................................................................................................................................51
Anexos ................................................................................................................................................54
1
Introducción
En las condiciones actuales de la economía cubana, dónde se ha recrudecido la tradicional
agresividad del bloqueo económico y financiero impuesto por el gobierno de Estado Unidos, es
más vital que nunca la búsqueda de soluciones creativas y flexibles que conduzcan al desarrollo
de tecnologías efectivas, sostenibles e independientes de las importaciones. En ese contexto, la
búsqueda, explotación y tratamiento de los combustibles fósiles presentes en su porción
geográfica es una prioridad del país y dentro de ello, la refinación del crudo extraído de la región
de Matanzas cobra vital importancia.
Por las características propias de dicho material, crudo pesado, de alto contenido de azufre, el
principal destino del mismo luego de la refinación es la producción de asfalto. La refinería “Sergio
Soto”, perteneciente a la empresa Cuba Petróleo (CUPET) y ubicada en el municipio de
Cabaigúan, provincia de Sancti Spíritus, es la única de su tipo en el país que procesa el crudo de
Matanzas, siendo por la tanto, la única entidad productora de líquido asfáltico proveniente de
crudo nacional.
El asfalto es una sustancia negra, semisólida a temperatura ambiente, obtenida como producto
residual de la destilación al vacío del petróleo crudo. De acuerdo a la viscosidad y penetración,
pero sobre todo, de acuerdo a la viscosidad del asfalto envejecido que se produce con el líquido
asfáltico obtenido del crudo de Matanzas, la calidad de este material se clasifica como prototipo
AC 30, muy superior al prototipo AC 20 elaborado con crudos importados en las refinerías “Ñico
López” y “Hermanos Díaz”. Por otra parte, dicho material alcanza entre 50 y 70 mm en la
penetración (de 100 g de asfalto durante 5 segundos) a 25 °C, valor exigido por ambos prototipos
(CUPET, 2017).
Esta situación ha provocado que el líquido asfáltico 50-70 prototipo AC 30 sea demandado
ampliamente por los inversionistas extranjeros de la Zona Especial de Desarrollo del Mariel
(ZEDM) (MICONS, 2018). Por ello, existen perspectivas de comercialización de este asfalto, tanto
para dicho cliente como para otros, pertenecientes al Ministerio de la Construcción (MICONS) que
requieren el procesamiento de alrededor de 1000 t diarias de crudo. Sin embargo la capacidad
productiva actual de la refinería, que ya ha sido incrementada en los últimos años (Chamorro,
2016); (Martínez, 2017); (Vidal, 2017) no supera las 400 t diarias de crudo.
2
Como resultado de la destilación del crudo nacional, un corte muy importante, que representa
alrededor del 50 % p/p del material refinado es el destilado medio solvente reductor de viscosidad
(DMSRV) que se define en el Catálogo de Combustibles vigente (CUPET, 2017), como un líquido
oscuro, obtenido como un corte amplio de las fracciones de queroseno y diesel, en la refinación
del petróleo crudo nacional y que se usa como solvente reductor de viscosidad en la formulación
de las mezclas de petróleo crudo nacional y como solvente para el proceso de extracción y
tratamiento del petróleo crudo nacional: circulación de pozos, limpieza de ductos, etc., por lo que
esta corriente integra materialmente la refinería “Sergio Soto” y al resto del sistema de CUPET.
La estrategia inversionista y de mantenimiento de esta industria se ha colocado en función de este
resultado desde hace ya algunos años, sin embargo no ha logrado un enfoque metodológico
adecuado que permita realizar acciones estratégicas que consoliden, no solo el incremento de la
capacidad productiva, sino también el herramental tecnológico y el conocimiento asociado, como
fundamentos de la asimilación tecnológica, propia de la gestión tecnológica (GT) y que forma
parte de la dirección estratégica de la tecnología (DET) (Hernández, 2008).
Por otro lado, esta instalación, ubicada en una zona urbana densamente poblada, es alta
consumidora de fuel oíl y electricidad y genera importantes impactos ambientales por emisiones
gaseosas, vertimiento de líquidos y contaminación de suelos. Aunque también desde los últimos
años se han realizado acciones para mitigar tales efectos (Bonachea, 2010), las mismas no han
respondido a un procedimiento organizado de evaluación y gestión ambiental que tribute a la
gestión medio ambiental y dentro de ella a la GT.
La adaptación de tecnologías en las condiciones de la economía cubana actual y su modelo de
gestión, ha sido abordada, desde el punto de vista conceptual, metodológico y práctico, en varios
trabajos científicos recientes. Ley (Ley, 2006) hace una contribución a los métodos de asimilar
tecnologías empleando vigilancia tecnológica (VT) y seleccionando una tecnología apropiada y
competitiva (TAC) para la producción de biocombustibles. Posteriormente Hernández (Hernández,
2008), define las acciones inadecuadas llevadas a cabo en diferentes procesos inversionistas
efectuados en el país. Luego de ello Morales (Morales, 2012), aplica los principios propuestos por
sus precedentes a la reconversión y reanimación de industrias de la caña de azúcar. Más
recientemente Pérez (Pérez, 2018) combinó el desarrollo de procesos y la asimilación tecnológica
para las decisiones inversionistas de la industria agroalimentaria, principalmente en la obtención y
modificación de almidones de yuca.
3
Sin embargo, aunque los principios de la adaptación tecnológica en la industria química y más
aún, las herramientas metodológicas para la evaluación de acciones inversionistas y
modificaciones tecnológicas se han definido con claridad en trabajos precedentes, no se
encontraron antecedentes del planteamiento y aplicación de procedimientos heurísticos en la
adaptación de tecnologías para la refinación de petróleo con destino a la elaboración de líquido
asfáltico en las condiciones de la industria nacional actual.
Atendiendo a ello, el Problema científico de la presente investigación consiste en:
¿Cómo conducir eficientemente la adaptación tecnológica para el incremento de la capacidad de
producción de líquido asfáltico 50-70 prototipo AC-30 en la refinería “Sergio Soto”?
Para resolver el problema anterior se plantea la siguiente Hipótesis:
Si se establece un procedimiento heurístico que considere las especificidades de la industria
refinadora de crudos, es posible conducir con efectividad la adaptación tecnológica para el
incremento de la capacidad de producción de líquido asfáltico 50-70 prototipo AC-30 en la
Refinería “Sergio Soto”.
Por todo ello, el Objetivo general de la investigación es:
Establecer un procedimiento heurístico para la adaptación tecnológica requerida en el incremento
de la capacidad de producción de líquido asfáltico 50-70 prototipo AC-30 en la Refinería “Sergio
Soto”.
Y los Objetivos específicos para dar cumplimiento al objetivo general son:
1- Establecer las bases conceptuales de un procedimiento heurístico para la conducción de
la adaptación tecnológica en instalaciones procesadoras de líquido asfáltico.
2- Proponer un procedimiento heurístico para la adaptación tecnológica en el incremento de la
capacidad de producción de líquido asfáltico 50-70 prototipo AC-30.
3- Efectuar evaluación tecnológica de la situación actual y perspectiva de la Refinería “Sergio
Soto” para asumir los incrementos y la eficiencia de la producción de líquido asfáltico 50-70
prototipo AC-30.
4- Establecer las modificaciones tecnológicas sin inversión necesarias para el incremento de
la capacidad de producción de líquido asfáltico 50-70 prototipo AC-30.
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Capítulo 1: Revisión Bibliográfica
1.1. Análisis, desarrollo e intensificación de procesos de la Industria Química
Unos de los retos definitorios que enfrentará la sociedad en los próximos años será cubrir la
creciente demanda de energía de forma segura y sostenible (Fernández et al., 2012). El continuo
agotamiento de los recursos naturales obliga a aumentar la productividad tecnológica y la
eficiencia, a buscar fuentes de energía no convencionales y eficientes y sobre todo a explotar con
racionalidad y efectividad las fuentes energéticas no renovables, principalmente el petróleo
(Guevara, 2010).
El desarrollo de los procesos de la industria química está muy vinculado a la intensificación de los
mismos, desarrollando procesos más seguros, con equipos de alta eficiencia, de tamaños y
costos de operación reducidos, disminución de la generación de residuos y elevación de los
rendimientos respecto a la utilización de materia prima (Hidalgo et al., 2002); (Benavides and
Quintana, 2003); (Lee et al., 2010).
De acuerdo con (Arteche and Ipiñazar, 2014), citado por Pérez (Pérez, 2018), la intensificación
de procesos puede considerarse una disciplina emergente dentro de la Ingeniería Química que se
basa en el desarrollo de tecnologías de menor tamaño, más limpias y con mayor eficiencia
energética. El concepto se aplica también a la reducción de la generación de residuos y productos
secundarios y al consumo energético.
Varios autores tienen contribuciones en el desarrollo de procesos, que optimizan alternativas en la
conducción de tecnologías hacia la obtención de productos de alta calidad. Fernández
(Fernández et al., 2012), propuso una estrategia para la obtención de biodiesel a partir de micro
algas, efectuando un análisis para el mejoramiento de producción de lípidos.
Según Solano (Solano et al., 2013), citado por Pérez (Pérez, 2018), el análisis, desarrollo
intensificación de procesos se corresponden con actividades científico técnicas dedicadas a la
mejora continua, al incremento de la disponibilidad y la capacidad productiva y al
perfeccionamiento tecnológico por lo que constituyen pasos imprescindibles en el desarrollo de
procesos de la industria química. Para procesos específicos, como el tratamiento del crudo
pesado, la industria cubana de refinación de petróleo demanda la aplicación de estos principios
combinados con la asimilación tecnológica. Dicha combinación propicia el aumento de la
efectividad de los procesos necesarios, especialmente el incremento de las capacidades, estén o
no asociadas las mismas a decisiones inversionistas. El caso de las adaptaciones y
modificaciones tecnológicas con mínima inversión, o sin ella, es especialmente interesante en las
condiciones actuales y debe ser especialmente tratado.
1.2. Consideraciones sobre la asimilación tecnológica
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La asimilación de tecnología, como concepto, tiene un fuerte sustento en la generación y uso del
conocimiento. La tecnología y la innovación son componentes importantes de la gestión del
conocimiento (Suárez and Benítez, 2006). Para efectuar un correcto procedimiento de desarrollo
aplicando la asimilación tecnológica se requiere el análisis de capacidades, actitudes
empresariales y personales para asumir el cambio (González, 2010).
El proceso de aprovechamiento de los conocimientos y de la información con el objetivo de
maximizar la competitividad y la sostenibilidad tecnológica es propio de la asimilación tecnológica.
La innovación tecnológica y el desarrollo de procesos complementan la asimilación tecnológica.
Las herramientas de identificación, optimización y la vigilancia tecnológica facilitan la aplicación
metodológica creativa, dinámica y efectiva de la selección y adaptación dentro de la transferencia
tecnológica, esta transferencia tecnológica es un proceso de aprendizaje y de continua mejora
(Pérez, 2018).
Sobre la asimilación tecnológica en la industria química cubana, Ley (Ley, 2006), define las
necesidades tecnológicas y utiliza la vigilancia tecnológica para actualizar conocimiento referente
a la tecnología, para ello, estudia las tendencias tecnológicas recientes, selecciona una tecnología
apropiada y competitiva (TAC) y adapta la misma. Para la adaptación utiliza el cumplimiento de
los requerimientos de localización, transferencia tecnológica, materias primas y su
acondicionamiento, energéticos y de instalaciones y el cumplimiento de factores técnicos,
económicos y ambientales.
La vigilancia tecnológica se complementa con la inteligencia competitiva logrando la anticipación
a sucesos científico-tecnológicos y mejorando la competitividad (Ramírez et al., 2012); (MOYA
and MOSCOSO, 2017).
El análisis crítico efectuado por Pérez (Pérez, 2018), concluye que la asimilación de tecnología es
un proceso permanente de aprovechamiento del conocimiento y la información con la finalidad de
incrementar la competitividad y la sostenibilidad tecnológica. Refiere además que el desarrollo de
procesos y la innovación tecnológica son factores que complementan la asimilación tecnológica
toda vez que las herramientas de exploración, identificación y optimización, propias del análisis
complejo de procesos (ACP) junto con la vigilancia tecnológica facilitan la aplicación metodológica,
dinámica, creativa y efectiva de los pasos de selección y adaptación dentro de la trasferencia
tecnológica.
Atendiendo a los aspectos anteriores, es necesario considerar para la adaptación de las
tecnologías requeridas para la producción de líquido asfáltico, el aprovechamiento del
conocimiento y la experiencia tecnológica existentes para alcanzar procesos competitivos y
sostenibles. Ello se logra a través del uso de la exploración, identificación, modelación y
optimización junto al resto de los métodos propios del ACP, combinados con la vigilancia
tecnológica. Para la adaptación de la tecnología seleccionada deben cumplirse los requerimientos
6
de localización, transferencia tecnológica, acondicionamiento de materias primas, energía e
instalaciones. Adicionalmente es imprescindible y el cumplimiento de factores técnicos,
económicos y ambientales.
1.3. Disponibilidad de materias primas
El mundo enfrenta el gran problema de la disminución de los recursos no renovables, dentro de
ellos, los petroleros. Durante muchas décadas los combustibles fósiles han sido la principal fuente
energética y también el motor esencial de la economía mundial. En la actualidad no se han
descubierto nuevos yacimientos petroleros de gran importancia o impacto en la producción
mundial (Fernández et al., 2012).
Existe una crisis petrolera que como hecho económico se ha concentrado en el rápido incremento
del precio del petróleo comerciado internacionalmente y en serias restricciones de abastecimiento
(Muñoz, 1988). La distribución de reservas petroleras en el mundo no es uniforme, hay naciones
que carecen de reservas mientras que otras poseen gran cantidad (Urdaneta, 2009).
Sin embargo, aunque no a al ritmo demandado por la economía, en Cuba se ha avanzado
significativamente en este aspecto logrando incrementar el ritmo de exploración y explotación de
nuevos yacimientos. En ese sentido se requiere un auge de los sistemas de transporte,
tratamiento y comercialización de estos materiales en correspondencia con las características de
calidad y composición asociadas a los yacimientos en explotación, fundamentalmente en la
provincia de Matanzas (CEINPET, 2017).
1.4. Mercados petroleros. Oferta y demanda de petróleo.
En la actualidad, el 40 % de la oferta de petróleo es de los países de la Organización de Países
Exportadores de Petróleo (OPEP) que producen por debajo de su máxima capacidad de
producción y tienen la opción de manipular los precios puesto que tienen el 73% de las reservas
mundiales (Ramírez, 2017).
En el caso de Cuba la extracción de crudo es insuficiente para cubrir sus mercados y la calidad de
los crudos extraídos reduce de manera importante las posibilidades de comercialización. Sin
embargo, a pesar de ello, existen potencialidades de desarrollo del sector petrolero, tanto en
términos de potencialidades de búsqueda de nuevos yacimientos como de explotación de los
existentes, sobre todo el crudo pesado de Varadero que constituye una materia prima idónea para
la producción de asfalto, altamente demandado en la ZEDM atendiendo a su calidad (CUPET,
2017); (MICONS, 2018).
7
1.5. Petróleo. Características fundamentales.
1.5.1 Petróleo
El petróleo es un líquido viscoso de color verde, amarillo, marrón o negro y que está constituido
por diferentes hidrocarburos, es decir, por compuestos formados por átomos de carbono e
hidrógeno en cantidades variables. Se encuentra a muy distintas profundidades en la Tierra, en
algunos lugares sólo hay que perforar algo más de quince metros para encontrarlo, mientras que
en otros es necesario llegar hasta profundidades de dos mil o más metros. Está almacenado en la
Tierra en capas o estratos de roca porosa, tal como la piedra caliza o la arenisca, o en capas de
arena o sobre una capa impermeable (Escobar et al., 2002).
1.5.2 Composición química
La composición química depende de la existencia de ciertos componentes químicos en el
petróleo, así como de la unión de éstos en complejos elementos. Su importancia radica en las
particulares características que cada uno de estos elementos le añade. Se puede clasificar en
parafínicos, nafténicos, aromáticos o mixtos mediante análisis simples, de acuerdo con la
proporción predominante de moléculas de hidrocarburos similares (Guevara, 2010). El
componente principal es la parafina. Estas son de color claro y muy fluidas, tienen una buena
estabilidad a la oxidación, por lo que son los más apropiados para la obtención de aceites
lubricantes y proporcionan una mayor cantidad de nafta (Fong and De Ruiz, 2002).
Los aromáticos son más apropiados para obtener gasolinas o gasóleos y poco estables a la
oxidación, dan naftas de buen octanaje y son indeseables para producir aceites (REPSOL-YPF,
2008).
Los principales componentes de los nafténicos son los naftenos y los hidrocarburos aromáticos.
Estos son de coloraciones oscuras, muy viscosas y generan una gran cantidad de residuos en el
proceso de refinación. Son apropiados para la obtención de aceites lubricantes (Fong and De
Ruiz, 2002). Los mixtos presentan cantidades variables de cada tipo de hidrocarburo (Kraus,
1998).
La densidad se define de acuerdo a la densidad en °API. Los crudos pesados tienen bajas
densidades API (y altas densidades específicas). Un crudo de densidad baja en °API puede tener
un punto de inflamabilidad alto o bajo, dependiendo de sus componentes más ligeros
(constituyentes más volátiles). Dada la importancia de la temperatura y la presión en el proceso de
refino, los crudos se clasifican además por su viscosidad, puntos de fluidez y rangos de
destilación. Los crudos de petróleo con alto contenido de carbono, bajo contenido de hidrógeno y
baja densidad en °API suelen ser ricos en aromáticos, mientras que los de bajo contenido de
carbono, alto contenido de hidrógeno y alta densidad en °API, son por lo general ricos en
parafinas (Kraus, 1998).
8
Los °API se utilizan asimismo para determinar el precio de un crudo determinado, dado que
cuanto mayor sea el valor en °API, mayor es la proporción de crudo utilizable, principalmente en
fracciones ligeras (MEYERS, 2011).
Según la densidad, los crudos pueden ser clasificados como aparece en la tabla 1.1.
Tabla 1.1. Clasificación de los crudos según su densidad. Fuente: (MEYERS, 2011).
Tipo de crudo °API Densidad (kg/m3)
Super-ligero >39 830
ligero 31,1-39 870 – 830
medio 22,3 – 31,1 920 – 870
pesado 10,0 – 22,3 1 000 – 920
Extra-pesado < 10 > 1 000
El azufre es la impureza más indeseable y dañina que acompaña al petróleo. Se encuentra en los
crudos en cantidades que varían desde 0,3 a 5 %. Los compuestos formados por este elemento,
cuando son contenidos por los productos derivados del petróleo causan corrosión,
envenenamiento de catalizadores, olores fuertes y desagradables provocados por la presencia de
sulfuro de hidrógeno y mercaptanos, que son sustancias de mal olor que pueden transformarse en
compuestos corrosivos (Verde, 1982).
1.6. Generalidades de las refinerías de petróleo
El petróleo crudo, en general, no es directamente utilizable como combustible. Para obtener sus
diversos subproductos es necesario refinarlo, de donde resultan productos acabados y materias
químicas muy diversas. Esta materia prima es una mezcla diversa de sustancias, las cuales tiene
diferentes puntos de ebullición. Su separación se logra mediante la destilación fraccionada a
presión atmosférica y al vacío (Fong and De Ruiz, 2002).
En las refinerías, el crudo sufre una serie de transformaciones diferentes ya que
dependiendo de su origen las características varían sustancialmente en cuanto a estado,
densidad, poder calorífico, viscosidad, contenido en azufre y calidad entre otras. Por ello, la
operación de cada refinería debe adaptarse a las características del crudo que procesa,
por lo que a la hora de diseñar una refinería, se debe estudiar la procedencia del crudo y
sus propiedades principales (Ronald and Colwell, 2009).
Por esta razón, el procesamiento de los crudos cubanos, pesados y ricos en azufre, demanda
especial atención desde el punto de vista de la refinación, especialmente en la etapa de
destilación al vacío, ponderando la producción de los derivados más convenientes, entre ellos el
asfalto y el DMSRV.
El refino se inicia con la destilación, en la que se introduce crudo a 400°C y se extraen
continuamente los destilados según sus puntos de ebullición. Los destilados obtenidos son
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refinados nuevamente en otras unidades, donde se modifica su composición molecular o se
eliminan los compuestos no deseados, como el azufre, obteniendo los productos, de acuerdo con
las exigencias técnicas y ambientales que son necesarias para su utilización comercial (Escobar
et al., 2002).
Cada refinería tiene una estructura física y economía particulares, así como determinadas
características operativas. Las mismas están determinadas principalmente por su ubicación,
antigüedad, disponibilidad de fondos para inversiones de capital, crudos disponibles, demanda del
producto (de los mercados locales y/o de exportación), requisitos de calidad del producto,
normativa y estándares ambientales, y las especificaciones y requisitos del mercado para los
productos refinados (ICCT, 2011).
1.6.1 Problemas ambientales asociados a las refinerías de petróleo
Las refinerías son grandes contaminantes del ambiente y altas consumidoras de agua y energía.
Estas generan grandes volúmenes de residuales líquidos, semisólidos, sólidos y emiten grandes
cantidades de gases nocivos a la atmósfera. De los residuos sólidos emitidos, el 80 % son nocivos
a causa de la presencia de compuestos orgánicos tóxicos y metales pesados (Siddiqui, 2015).
Entre los compuestos contaminantes emitidos por estas industrias se encuentran el benceno, el
tolueno, el etilbenceno, el xileno, el metano, el sulfuro de hidrógeno, los óxidos de nitrógeno y el
dióxido de azufre (HSRC, 2003).
Sin embargo, los principales contaminantes son el dióxido de azufre y los hidrocarburos. El
alcance de la contaminación del aire depende de la tecnología de procesamiento, de las medidas
de control y la composición promedio de la materia prima utilizada, sobre todo el contenido de
azufre (Damian, 2013).En la unidad de destilación al vacío se generan además compuestos
aromáticos, nafténicos y dihidrógeno. Con este proceso se produce un craqueo térmico ligero que
genera gases e hidrocarburos volátiles y con ello, olores desagradables y toxicidad siendo la
causa originaria de enfermedades respiratorias y del agravamiento de las personas que padecen
esta enfermedad (Rodríguez, 2012).
Por otra parte, la industria refinadora contribuye a la contaminación de las aguas subterráneas y
de los acuíferos que se encuentran debajo o alrededor de sus instalaciones. Existen tecnologías
de remediación y técnicas de evaluación de riesgos para resolver antiguos emplazamientos de
refinerías de petróleo desactivados y contaminados, sin embargo, la mayoría de las instalaciones
en uso presenta también dificultades de contaminación de aguas subterráneas, por lo que se
necesitan técnicas prometedoras, como el bombeo y tratamiento, la biorremediación in situ, la
fitorremediación, el lavado de suelos in situ y las tecnologías de base térmica, como la extracción
por vapor (Khaitan et al., 2005).
10
Por estas razones, la cuestión de la emisión de gases de dióxido y sulfuro de azufre, junto a la
contaminación de las aguas por presencia de hidrocarburos, es la problemática ambiental principal
asociada a la producción de líquido asfáltico en la refinería “Sergio Soto”.
1.7. Características de la industria petrolera de Cuba y el petróleo cubano
El petróleo extraído en Cuba es de difícil y costosa explotación debido a su característica de extra-
pesado, ya que su densidad oscila entre 8 y 12 grados API y su contenido de azufre es elevado
(CUPET, 2017).
1.7.1 Características del crudo cubano de Varadero (Matanzas)
El crudo Varadero es del tipo pesado, de naturaleza nafténica, con alto contenido de azufre. Los
metales Ni+Va varían generalmente entre 60 y 179 ppm. El mismo se obtiene de varios pozos en
los que varían algunas de sus características (CEINPET, 2017), mostrándose un promedio de las
mismas en la tabla 1.2.
Tabla 1.2. Características físico-químicas del crudo Matanzas. Fuente: (CEINPET, 2016).
ÍNDICE U/M VARADERO
Gravedad 60 0C
° API 12,4
Densidad a 20 0C g/cm
3 0,982
Agua % v/v 1,5
Sales totales como NaCl ppm 502
Viscosidad cinemática, a: 40
0C
60 0C
80 0C
cst (centistokes)
9634,78 1527,26 452,25
Azufre total % m/m 5,83
Asfaltenos % m/m 18,83
Carbón % m/m 13,44
Cenizas totales % m/m 0,068
No. de neutralización Mg KOH/g 4,37
Sedimentos por extracción % peso 0,04
Nitrógeno ppm 0,28
Níquel Vanadio
ppm ppm
72,0 93,0
Asfaltenos % 24,0
11
1.8. Destilación Atmosférica y al Vacío. Productos de la destilación.
1.8.1 Destilación Atmosférica y al Vacío
El petróleo se calienta en intercambiadores de calor convencionales y pasa a una columna de
destilación que opera a presión atmosférica en la que, aprovechando la diferente volatilidad de los
componentes, se logra una separación en diversas fracciones. En una segunda columna de
destilación que opera a vacío, se logra la vaporización adicional del gasóleo de vacío, que se
utiliza como materia prima en otros procesos para lograr la conversión de este producto pesado
en otros ligeros de mayor valor. El efecto de reducción de las temperaturas de ebullición generado
por la reducción de presión favorece este proceso (Ronald and Colwell, 2009).
1.8.2 Productos de la destilación
De acuerdo a Escobar (Escobar, 2002), los diferentes productos obtenidos de la destilación y su
definición son los siguientes:
Gases: Son sustancias cuyo punto de ebullición se encuentra entre -165 °C y 0 °C,
comprende: metano, etano, propano y butano. El propano y el butano se denominan también
Gases Licuados del Petróleo (GLP).
Éter de petróleo: Es la fracción volátil que destila entre 20 y 60 °C y contiene
principalmente pentanos y hexanos.
Gasolinas y naftas: Es el primer corte o fracción de la destilación del crudo. Es una mezcla
formada por hidrocarburos de cuatro a doce átomos de carbono, con un punto de ebullición entre
30 y 200 °C.
Queroseno o kerosina: Es el segundo corte o fracción de la destilación del crudo con
punto de ebullición entre 150 y 300 °C. Tiene de doce a dieciséis átomos de carbono, su color,
contenido de azufre y características de ignición varían según las propiedades del crudo del que
provienen. Su peso específico está dentro de un rango de 0,80 a 0,83 y su punto de ignición de 66
ºC a 80 ºC.
Gasóleos: Son compuestos formados por cadenas de quince a dieciocho átomos de
carbono, con una temperatura de ebullición de 175 a 400 °C.
Fuelóleos: Son productos pesados obtenidos como residuos de la destilación atmosférica.
Diesel: Es un combustible derivado de la destilación atmosférica del petróleo crudo. Se
obtiene de una mezcla compleja de hidrocarburos parafínicos, olefínicos, nafténicos y aromático.
Es un líquido insoluble en agua, de olor similar al del petróleo.
Asfaltos: Es un material de cementación sólido o semi-sólido, de color oscuro, formado
principalmente por bitúmenes. Se encuentra en grandes depósitos naturales como betunes y está
presente en la mayoría de los crudos, de donde se separa por varios procedimientos y se puede
tratar para dar lugar a numerosos tipos y grados de asfalto.
12
De acuerdo con las características típicas del crudo cubano, el componente aprovechable por
excelencia en el mismo es el asfalto, obteniendo luego de la refinación 0,522 tasfalto/tcrudo (Ministerio-
Energía-Minas., 2019).
1.9. Generalidades del asfalto
El asfalto es definido por el Center for Health, Environment and Justice (CHEJ), (CHEJ, 2015),
como un material negro, cementante que varía ampliamente en consistencia, entre sólido y
semisólido (sólido blando), a temperaturas ambientales normales. Cuando se calienta lo
suficiente, se ablanda y se vuelve líquido, lo cual le permite cubrir las partículas de agregado
durante la producción de mezcla caliente.
Por otra parte y según la American Society for Testing and Materials (ASTM), El asfalto es un
material cementante color café oscuro a negro, en el cual los constituyentes predominantes son
los bitumen, los cuales existen en la naturaleza o son obtenidos por el procesamiento del petróleo
(Murali, 2006); (Smith, 2018).
Dentro de los productos de una refinería de petróleo clásica, el asfalto es básicamente un residuo
de la destilación al vacío tal y como se muestra en la figura 1.1.
En los proyectos de producción de asfalto, como en el resto de las industrias químicas, la
capacidad de producción y el escenario de precios define los términos económicos, sin embargo
en estos procesos la disponibilidad de materias primas, las distancias a recorrer para el traslado
de las mismas hasta la refinería, en ocasiones a través de oleoductos, en otras en camiones
cisterna, y sobre todo la cercanía de los consumidores gobierna la incertidumbre y por lo tanto las
opciones de negocios efectivos (NuStar-Asphalt-Refinering, 2013).
Dumbar (Dumbar, 2014) y Jechura (Jechura, 2018), definen que de los precios de
comercialización de los productos de la refinación del petróleo, entre el 12 y el 18 % corresponden
a impuestos, entre el 8 y el 20 % a marketing y distribución, entre el 11 y el 15 % a refinación y
entre un 48 y 65 % están asociados a los costos del crudo. Atendiendo a esto y en un entorno de
búsqueda permanente de la independencia de las importaciones, cobra importancia vital el
desarrollo de la industria de procesamiento de crudos nacionales.
1.9.1 Clasificación y grados del asfalto
Los asfaltos de pavimentación pueden clasificarse bajo tres tipos generales en cemento asfáltico,
asfalto diluido(o cortado) y asfalto emulsionado (Guevara, 2010). La relación entre la viscosidad a
75 °C y la penetración a 25 °C es una característica importante y muy utilizada en la fabricación
de cemento asfáltico que define su tipología en cuanto a calidad en los prototipos principales AC
20 y AC 30 (Puzlnauskas et al., 1991). Por otra parte, Los cementos asfálticos se clasifican de
acuerdo a la viscosidad, la viscosidad luego del envejecimiento y el poder de penetración (Corbett,
13
1992). En este último tipo de clasificación destacan el 50-70 y el 150-200 (CUPET, 2017). Los
parámetros de clasificación del asfalto aparecen en la tabla 1.3.
Figura 1.1. Productos de la refinación clásica de petróleo. Fuente: (Kleen-Performance-Products,
2015)
Tabla 1.3. Clasificación del asfalto de acuerdo a sus parámetros de calidad. Fuente: (CUPET,
2017).
Prototipo AC 20 Prototipo AC30
Indicadores de calidad Unidad de
medida
Asfalto
50-70
Asfalto
150-200
Asfalto
50-70
Asfalto
150-200
Viscosidad 60 °C Pa.s 200 ± 40 300 ± 60
Viscosidad a 135 °C mPa.s 300 374
Penetración a 25 °C (100 g / 5s) 1/10 mm 50-70 150-200 50-70 150-200
Ductibilidad a 25 °C cm 60 100 60 100
Viscosidad cinemática a 135 °C mm2/s 300 374
14
1.9.2 Propiedades mecánicas básicas del asfalto
Cuando el asfalto es calentado a una temperatura lo suficientemente alta, por encima de su punto
de inflamación, comienza a fluidificarse, a veces como un fluido Newtoniano y sus propiedades
mecánicas pueden definirse por su viscosidad. A temperaturas más bajas, el asfalto es un sólido
visco-elástico, sus propiedades mecánicas son más complejas y se describen por su módulo de
visco-elasticidad, conocido como el módulo de stiffness (PAC, 2018).
La viscosidad de un asfalto es usualmente medida en un viscosímetro capilar de manera similar a
los aceites lubricantes. Este método mide la viscosidad cinemática que se reporta en centistokes
(cst). La dinámica o absoluta se mide en centipoises (cp) y puede obtenerse de la cinemática
multiplicándola por la densidad a una temperatura determinada (PAC, 2018).
El asfalto tiene una alta resistencia (o una baja conductividad) y es en consecuencia un buen
material aislante. La resistencia de todos los grados comerciales decrece con el incremento de la
temperatura.
1.9.3 Aplicaciones del asfalto
En la actualidad el asfalto tiene varios usos, no solo en la pavimentación de vías. Sus principales
aplicaciones están en obras hidráulicas como revestimiento de hormigón asfáltico para canales,
revestimiento de presas, lagunas, sistemas de tratamiento de aguas residuales y depósitos,
protección anti erosiva. Presenta adicionalmente otras aplicaciones como impermeabilización de
cubiertas, tuberías, etc., (Murali, 2006); (Guevara, 2010); (MEYERS, 2011); (CHEJ, 2015).
1.10. Descripción del proceso tecnológico de refinación de crudo en la refinería “Sergio
Soto”
De acuerdo a la norma de procesos vigente en la refinería (CUPET, 2010), la refinación de crudos
en dicha instalación sigue la secuencia siguiente.
1.10.1 Sección de preparación del crudo
Al crudo procedente de Matanzas, que presenta alto contenido de sales (alrededor de 300 ppm
muy superiores a las 50 ppm admitidas por las normas de calidad), se le adiciona un 10% de agua
y demulsificante (Solquiza 8301) para romper la emulsión de agua y lograr la separación de las
sales. La solución se calienta hasta 50°C y pasa por un tanque de lavado (tk-31), el cual tiene
agua entre 50 y 60°C. El agua se calienta por contacto directo con vapor. El petróleo, al salir del
tanque de lavado, pasa por reboso para los tanques de almacenamiento (tk-24 y tk-32), en los
cuales se mantiene en reposo por tres días. Posteriormente se efectúan las purgas de agua por
espacios de tiempo prolongados hasta que por el conducto salga solo crudo.
15
1.10.2 Sección de destilación atmosférica
El crudo procedente de los tanques de almacenamiento es bombeado por la bomba P-105 A o B a
través de los intercambiadores de calor E-203 A, B, C, D, E, F, G y H que corresponden a reflujo
de tope de vacío, queroseno, diésel, corte lateral ligero (R3), reflujo intermedio o diesel, fondo de
vacío, corte lateral pesado (R2) o Fuel y fondo de vacío (también puede ser extracción del plato
5). En estos intercambiadores el crudo se calienta por el calor cedido por las corrientes anteriores
hasta una temperatura alrededor de 190°C.
El crudo se divide en dos ramas y entra al horno F-101 donde se eleva la temperatura hasta 320–
340°C. El crudo parcialmente vaporizado entra en la zona de alimentación de la torre de
destilación atmosférica (T-101). La parte vaporizada asciende y el líquido cae en la zona de
despojamiento la que posee tres platos de copas en el fondo de la torre.
Los vapores despojados en el fondo más la parte vaporizada del crudo y el vapor de agua
ascienden en la zona de rectificación, compuesta por 15 platos de copas y un plato de malla.
Por los platos 7 y 9 se extrae el corte de diesel por cajas de extracción parcial. Este producto entra
a la torre despojadora T-103 que posee 3 platos de copas donde se despoja de los productos más
ligeros ajustando el punto de inflamación mediante la inyección de vapor de agua al fondo de la
torre. El corte despojado es bombeado por la bomba P- 102 B a través del intercambiador de calor
E-203 C y siempre que presente la acidez por encima del valor establecido (0,6) se envía al
tratamiento con sosa cáustica y posteriormente es enviado al tanque de producción #43.
El queroseno se extrae de los platos 13, 14, 15 y 16, este producto entra a la torre despojadora T-
102 que posee tres platos de copas donde se despoja de los productos más ligeros ajustando el
punto de inflamación mediante la inyección de vapor de agua al fondo de esta torre. El corte
despojado es bombeado por la bomba P- 102 A, a través del intercambiador de calor E-203 B y el
enfriador E-105 B y posteriormente es enviado a los tanques de almacenamiento.
El solvente se extrae por los platos 16, 17 y 19 por cajas de extracción parcial, pasando a
enfriarse en uno de los bancos de condensadores de tope y de ahí se envían por gravedad a sus
respectivos tanques de almacenamiento. Por el tope de la torre T-101 salen los gases, el vapor de
agua, vapores de nafta y reflujo tope pasando a los condensadores E-103 A y B, E-103 C y D
donde se enfrían y condensan estos vapores, de aquí pasan al tambor separador de tope D-103.
En este tambor ocurre la separación de los gases no condensables, nafta y agua.
Parte de la nafta se retorna a la torre T-101 mediante la bomba P-101 A o B como reflujo de tope y
el resto de la nafta se envía al enfriador E-105 A, al tanque (19) de tratamiento con sosa y al
tanque de almacenamiento (64), si el destino es la producción de gasolina.
En caso contrario, la nafta se envía para el tanque de producción (18) como DMSRV, sin pasarla
por el tratamiento con sosa. El agua es drenada a la zanja y los gases no condensables se envían
junto a la nafta al tanque de producción.
16
El crudo reducido que sale del fondo de la T-101 es bombeado con la bomba P-109 A, B o C,
gobernada por un control de nivel ubicado en el fondo, y se muestra el flujo por un indicador de
flujo FI12, llegando al horno F-102 donde se calienta hasta 370-409ºC, en dependencia de la
operación, vaporizándose parcialmente. En la zona de radiación del horno se puede introducir
vapor de agua recalentado con vistas a evitar la formación de coque en los tubos del mismo.
1.10.3 Sección de destilación al vacío
El producto pasa a la zona de alimentación de la torre T-201, entre los platos 3 y 4, que se
encuentra a una presión por debajo de la presión atmosférica ocurriendo una evaporación
instantánea (flasheo). La torre T-201 está diseñada con 27 platos distribuidos de la siguiente
manera:
Fondo 3 platos (platos perforados)
Zona de lavado 5 platos (4 copas y 1 malla)
Zona rectificación 19 platos (17 válvulas y 2 colectores)
En esta separación inicial los vapores ascienden en la torre y el líquido cae al fondo. El fondo de la
torre mantiene su nivel con un lazo en el autómata (LIC-01), accionando la neumática existente en
las bombas P-201 (A o B) y es bombeado a través de los intercambiadores E-203 H siempre que
no se utilice para el plato 5 y E-203 F donde le ceden calor al crudo inyectado a la parte
atmosférica; posteriormente pasa al enfriador E-204 A de donde una parte va al fondo de la torre
T-201 como reflujo frio, con vistas a que la temperatura del fondo esté por debajo de 343°C, la
otra parte se envía a asfalto o puede pasar por un mezclador donde se le adiciona queroseno,
diesel o ambos para producir petróleo combustible, en dependencia de la operación.
El líquido que abandona el plato 5 es tomado por la bomba P-205 A o B quien lo bombea,
gobernado por el control de nivel (LIC-05) situado en el plato, a través del intercambiador E-203 H,
de donde una parte (de ser necesaria) es enviada a la succión de la bomba P-109, para ser
reprocesado y el resto pasa al enfriador E-204 E y posteriormente a tanque de petróleo
combustible. Existe la posibilidad de que el producto del plato 5 vaya directamente al enfriador sin
necesidad de entrar al intercambiador, esto se logra sacando de línea el intercambiador por la
parte de plato 5, dando la posibilidad de alinear el mismo para utilizarlo con el fondo de vacío.
La primera extracción de producto es por el plato 9, que pasa al despojador T-203, donde es
despojado de las fracciones ligeras con vapor de agua. El flujo de producto de la T-201 al
despojador es gobernado por un lazo de control de nivel (LIC-03).
17
De ahí lo toma la bomba P-203 B o C en cuya descarga está montado el lazo de control de nivel
del despojador (FIC-02) que gobierna la salida de producto. Entre la descarga de la bomba y el
control de nivel existe una línea que se utiliza para mantener un reflujo al plato maya, operándose
manualmente y el resto es bombeado al intercambiador E-203 G donde le cede calor al crudo, de
ahí circula al enfriador E-204 C pasando a un mezclador, de donde puede ser enviado a los
diferentes tanques de cortes de aceites, gasóleo de vacío.
La siguiente salida es por el plato 13, es tomado por la bomba P-204 A y B, bombeado al
intercambiador E-203 E y devuelto a la torre en el plato 14. Existe la posibilidad de no utilizar el
reflujo intermedio siempre que en la torre se trabaje con baja carga, dando la posibilidad de usar el
intercambiador E-203E para el enfriamiento del diesel atmosférico.
La segunda extracción de producto es por el plato 20, que pasa al despojador T-202, donde es
despojado de las fracciones ligeras con vapor de agua. El flujo de producto de la T-201 al
despojador es gobernado por un lazo de control de nivel (LIC-03). De ahí lo toma la bomba P-203
A o B en cuya descarga está montado al lazo de control de nivel del despojador (FIC-01) que
gobierna la salida de producto, y es bombeado al intercambiador E-203 D donde le cede calor al
crudo, luego al enfriador E-204 E pasando al mezclador, donde puede ser enviado a los diferentes
tanques de cortes de aceites, gasóleo de vacío.
Existe la posibilidad de usar como reflujo intermedio la salida del despojador T-202, retornándolo
al plato 14, gobernándolo por el sistema de control del reflujo intermedio (TIC-04).
La próxima salida es el reflujo al tope, el cual es un reflujo de intervalo. Se toma por el plato 24 a
través de la bomba P-202 (A o B) en cuya descarga tiene el control de cascada de temperatura
(TIC-01) controlando el flujo por la línea del intercambiador E-203 A, enfriador E-204 B y tope
(plato 27) y el producto que pasa por el control de nivel del plato 24 (LIC-02)(exceso) pasa a
través del enfriador E-204 F hacia una línea de mezclado, pudiendo enviarse a los distintos
tanques de corte de aceite así como al diesel y al crudo en caso que no cumpla especificaciones.
Todos los productos son extraídos por cajas de extracciones parciales. Además, existen
conexiones a la descarga de las bombas P-202 A y B que permiten reflujar producto al plato
inferior al 24 y la otra posibilidad es reflujar el producto del plato 24 al fondo de la torre a través de
la línea de reflujo frío. Los vapores no condensados, el aire y el vapor de agua suministrado
durante el proceso, pasan a los condensadores de tope E-201 A, donde se condensan
parcialmente. El líquido formado pasa al tambor D-201 donde se separan los hidrocarburos del
agua, el agua va al drenaje y los hidrocarburos son tomados por la bomba P-205 B o C y enviados
a la línea del exceso de reflujo, al diesel, al crudo o al tanque 37. Los vapores no condensados
pasan al eyector primario donde son arrastrados por el vapor de agua mezclándose con él y
pasan al segundo condensador E-202 A, donde se condensa parte de ellos, de aquí los residuos
son arrastrados por el eyector secundario para el condensador E-202 B, los líquidos condensados
en los condensadores E-202 A y B pasan igualmente al tambor D-201, quedando el aire y un
18
residuo de vapor los cuales antes de ser expulsados a la atmósfera reciben un tratamiento previo
para eliminar el sulfuro de hidrógeno presente en estos gases.
El tratamiento consiste en pasar los gases de vacío a través del eyector 1 inferior o el eyector 2
superior, ambos de acción hidráulica, hasta el reactor TB 1 inferior o TB 2 superior, cada uno de
ellos diseñado para contener sosa líquida con una concentración establecida en un rango de 20 a
30 %, ambos cuentan con conexión de agua y vapor, y ambos se cargan de la solución, pero solo
se utiliza un sistema, cuando se agota la sosa en un reactor, se utiliza el otro, con su sistema
correspondiente.
La sosa es bombeada por la bomba P-204 A o P-204 B hasta el reactor TB1 o TB2, una vez
cargados los reactores se comienza a recircular la sosa para lograr el funcionamiento de los
eyectores (el inferior o el superior), estos extraen los gases hasta el reactor. Aquí reacciona el
sulfuro de hidrógeno y los demás gases se expulsan a la atmósfera a través de una chimenea que
sale de los reactores. Al reaccionar el sulfuro de hidrógeno con la sosa cáustica se forma una
solución de sulfuro de sodio, la cual posteriormente se bombea a través de la bomba P-204 A o P-
204 B hasta el tanque de almacenamiento. Una vez terminado el tratamiento se procede a la
limpieza del equipamiento y las tuberías a través del suministro de agua y vapor, para eliminar las
tupiciones.
En el anexo 1 aparece el diagrama de flujo del proceso y en el anexo 2 aparece el diagrama de
bloques del mismo.
1.11. Antecedentes de Innovación y evaluación tecnológica en la refinería “Sergio Soto”
Bonachea (Bonachea, 2010), implementó técnicas de producción más limpia en la Refinería
“Sergio Soto”, garantizando el mejoramiento del desempeño ambiental de esta a partir de la
disminución de los costos de los portadores energéticos en sus procesos. En ese trabajo realizó
un diagnóstico ambiental y energético, identificando deficiencias en el tratamiento del crudo, que
traen consigo gastos excesivos. En la sección de destilación atmosférica los principales problemas
identificados están dados por el bajo aprovechamiento de la capacidad instalada, que trae como
consecuencias un mayor consumo de fuel oil y electricidad y altas temperaturas del diesel para su
almacenamiento. En la sección de destilación al vacío, el principal problema es la emisión de
gases de mal olor, los cuales presentan gran contenido de sulfuro de hidrógeno e hidrocarburos
aromáticos que afectan al medio ambiente. Para estos problemas propuso mejoras para lograr un
mejor desempeño desde el punto de vista ambiental y energético.
Chamorro (Chamorro, 2016), realizó un estudio de la integración energética de la red de
Intercambiadores de calor de las secciones de destilación atmosférica y al vacío, donde obtuvo la
demanda del consumo mínimo de utilidad externa mediante balances de masa y energía, evaluó
exergética y energéticamente la red de intercambio, obteniendo elevadas eficiencias en los
19
equipos de intercambio de calor, mientras que los condensadores y enfriadores presentan menor
eficiencia. En ese trabajo se determinó, mediante la aplicación del ASPEN PINCH, el ∆Tmín óptimo
con el cual se determinó el costo total de la red de intercambio de calor, además se identificó el
sobreconsumo de utilidades concentrándose en los intercambiadores de calor.
Vidal (Vidal, 2017), realizó la evaluación de la gestión energética de esta refinería, desarrolló el
diagnóstico energético en cuatro niveles, para determinar el grado de eficiencia con que se
produce, transporta y usa la energía en el proceso, evaluó el estado técnico y de instrumentación
de los equipos, que muestran que son deficientes lo que limita el control operacional del proceso.
También determinó los mayores consumidores de agua que son los enfriadores de diesel y
asfalto, determinó las eficiencias siendo la de los intercambiadores por encima de 84%, mientras
que los enfriadores y condensadores presentan bajas eficiencias, lo que representa menos
eficiencia y mayores pérdidas. En dicho trabajo, adicionalmente se determinaron los
requerimientos mínimos de utilidades, el costo de utilidades y área de transferencia de calor
requerida para diferentes ∆Tmín, resultando un alto potencial de recuperación de calor.
Martínez (Martínez, 2017), realizó modificaciones tecnológicas en la Refinería “Sergio Soto” para
aumentar la producción de líquido asfáltico (AC-30). Mediante los balances de materiales y
energía y el rechequeo de los equipos obtuvo que la mayoría de estos pueden asimilar un
incremento de la capacidad de producción. Determinó que el enfriador de diesel no puede asimilar
la nueva capacidad y el enfriador de queroseno queda muy ajustado por lo que propone
modificaciones en la distribución de flujos en el banco de intercambio de calor y enfriadores
aprovechando la tecnología instalada y realizó un análisis económico demostrando la factibilidad
económica.
Sin embargo los trabajos precedentes no establecen un procedimiento lógico y organizado,
fundamentado científicamente para lograr una tecnología eficiente para el aumento de producción
de líquido asfáltico en la Refinería “Sergio Soto”, aplicable a cualquier industria de su tipo en las
condiciones actuales y perspectivas del país.
1.12. Conclusiones Parciales
1. En las condiciones actuales del país se requiere el desarrollo de la industria de refinación
de petróleo y dentro de ella, la de producción de asfalto, a través del logro de resultados
efectivos en la adaptación e innovación tecnológica, tanto antes de acometer procesos
inversionistas como dentro de estos.
2. La adaptación de estas tecnologías sigue los principios metodológicos desarrollados
previamente para la industria química, pero requiere tener en cuenta las especificidades
de la intensificación de procesos en este sector, dados principalmente por las
20
peculiaridades del tipo de crudo que determina las características de los esquemas
tecnológicos, el equipamiento y los productos y residuos a manipular.
3. Para la producción de asfalto desde crudo pesado se sigue un esquema de destilación
similar al de las refinerías tradicionales, obteniendo como productos fundamentales el
asfalto y el destilado medio solvente reductor de viscosidad que se utiliza como facilitador
en la manipulación de crudos desde la extracción hasta la refinación, con la principal
contaminación asociada a la presencia de gases de dióxido y sulfuro de azufre e
hidrocarburos.
4. El proceso tecnológico instalado en la refinería “Sergio Soto” garantiza los requerimientos
operacionales y de control necesarios para la producción de líquido asfáltico 50 – 70
prototipo AC-40 a sus niveles productivos tradicionales, pero se necesita elevar los
mismos, debido al incremento de la demanda del producto, por lo que se requiere evaluar
y modificar su tecnología.
21
Capítulo 2: Procedimiento heurístico y evaluación tecnológica
2.1. Procedimiento heurístico para la adaptación tecnológica en el incremento de la
capacidad de producción de líquido asfáltico
Como se ha referido en el Capítulo 1, el incremento de la capacidad de producción de líquido
asfáltico en la refinería “Sergio Soto” demanda de un procedimiento de integración lógica y
ordenada de pasos de desarrollo, evaluación y asimilación de tecnologías. Las tecnologías de
refinación de crudo, y dentro de ellas la específica para líquido asfáltico, están desarrolladas de
manera adecuada en la literatura y son bien aplicadas en la práctica industrial del Ministerio de
Energía y Minas cubano. Por ello, este Capítulo está dirigido a definir las acciones de evaluación
tecnológica y asimilación de tecnologías requeridas para coducir con efectividad, a través de un
procedimiento heurístico, las modificaciones tecnológicas que permitan lograr dichos
incrementos.
2.1.1. Bases conceptuales de la conducción de la adaptación tecnológica en instalaciones
procesadoras de líquido asfáltico
Los principios metodológicos generales establecidos por Ley (Ley, 2006), para la conducción de la
asimilación de tecnologías en las condiciones de la industria química cubana actual son aplicables
al caso de la industria refinadora de crudos para producir asfalto. Dentro de ellos, es vital la
vigilancia tecnológica a través de la búsqueda de información actualizada, reportada en todas las
fuentes previstas por dicho autor. En este caso, y puesto que existe gran cantidad de instalaciones
eficientes de este tipo en el mundo, es muy importante la observación directa. Ante esta última
posibilidad, se hace necesario adaptar el conocimiento y los métodos tecnológicos a las
demandas específicas del crudo cubano, principalmente por su carácter de material pesado y
extra pesado y su alto contenido de azufre.
Por otra parte, el principio de selección de la TAC, también previsto por dicho autor, está bien
enfocado, en términos generales, para el caso de la selección de la tecnología de refinación para
asfalto. Esquemas tecnológicos similares a los presentados por (Kleen-Performance-Products,
2015) y (Smith, 2018), son adecuados para seguir la secuencia de operaciones de separación y
trasferencia de calor requeridas en este caso. Asimismo, el proceso tecnológico instalado en la
refinería “Sergio Soto” (CUPET, 2010), cubre con efectividad las demandas de estos procesos.
Sin embargo, siguiendo los aspectos definidos por Pérez (Pérez, 2018), aun cuando la vigilancia
tecnológica se logre con efectividad, algunos aspectos vinculados con las especificidades del
proceso, principalmente propiedades y características físicas y químicas de los materiales a tratar,
requieren ser desarrollados. Este principio puede ser adaptable en el caso del asfalto, también a la
22
selección de la TAC. Siendo así, la selección de la TAC pasa por reconocer que una TAC
adecuada, en términos generales, puede ser también adaptada o mejorada, permitiendo una
mejor incorporación de las nuevas propiedades o características de los nuevos materiales a un
esquema existente.
A través de estas ideas, es posible orientar las transformaciones tecnológicas necesarias para el
incremento de la producción de asfalto, es un escenario donde los principales cambios están
enfocados en las características y propiedades del crudo cubano. Ahora bien, las
transformaciones requeridas dependerán de varios factores. Entre ellos están las magnitudes de
incremento de la capacidad de tratamiento, la densidad, viscosidad, contenido de azufre y otras
características del crudo, el estado tecnológico del equipamiento, de los sistemas auxiliares y del
control automático. Además es importante la infraestructura de abastecimiento de crudo y
distribución de los productos refinados, la gestión de los desechos, que en este caso abarca
desechos gaseosos, líquidos y semisólidos extremadamente agresivos y la habilidad
organizacional de asumir con velocidad y efectividad los cambios previstos, entre otros, de
naturaleza empresarial.
Dependiendo de los factores anteriores, es posible implementar transformaciones de naturaleza
puramente tecnológica, sin inversión o transformaciones más profundas que dependan de
inversiones de diferente cuantía y condiciones de proyección, evaluación y ejecución novedosas
que se determinan en paralelo a este trabajo.
Por otra parte; aunque para el caso de estudio, al menos en esta etapa de desarrollo; están claras
las definiciones de la capacidad de extracción de crudo y la demanda del mercado, es necesario
que el procedimiento heurístico considere las acciones para la definición de los incrementos de
capacidad. Esta actividad es muy importante puesto que dicha definición debe responder a las
posibilidades de extracción de crudo y a las demandas del asfalto por encima de cualquier otra
decisión. Varias fuentes refieren la importancia de la combinación entre las posibilidades
extractivas y las comerciales en estos proyectos (Ronald and Colwell, 2009); (NuStar-Asphalt-
Refinering, 2013), (Smith, 2018).
A ello se unen otros reportes, desde los clásicos, hasta fuentes más recientes, que demuestran la
importancia del vínculo entre la incertidumbre en el mercado (Rudd and Watson, 1968) y la
incertidumbre en la disponibilidad de materias primas (Oquendo, 2002). Estos aspectos revelan
que se requiere un equilibrio entre mercado y disponibilidad de materias primas que no siempre se
logra, sobre todo en las condiciones de la economía cubana. Ante dicha disyuntiva, Oquendo
(Oquendo, 2002) y Pérez (Pérez, 2018), ponderaron la gestión de la disponibilidad de materias
primas a partir de mercados de productos del sector agroindustrial poco abastecidos. Pero en la
23
mayoría de los casos se busca satisfacer mercados para los cuales se dispone de materias
primas y tecnología.
El caso de la industria de refinación de petróleo, atendiendo a las tendencias mundiales (Muñoz,
1988), depende del mercado de productos refinados y de las potencialidades de extracción y de
las posibilidades tecnológicas y financieras de hacerlo.
Atendiendo a ello, generar un procedimiento para la adaptación de tecnologías de producción de
asfalto demanda considerar el vínculo entre estos aspectos, siendo la opción más adecuada
definir y desarrollar capacidades de extracción de crudo pesado para responder a las demandas
del mercado, siempre que las potencialidades de extracción lo permitan. La definición de esta
opción, en el presente trabajo, responde a la demanda actual de asfalto; dada, por una parte en el
estado crítico de los viales en el país y por otra, en las perspectivas que ofrece la inversión
extranjera que demanda un desarrollo acelerado y perspectivo de los viales, principalmente en la
ZEDM y los polos turísticos.
Además de lo anterior y ya desde el punto de vista tecnológico, asumir incrementos de capacidad
de producir asfalto por refinerías en funcionamiento demanda el diagnóstico de la situación
actual y perspectiva de la instalación para asumir los incrementos y de acuerdo a este, la
evaluación tecnológica y ambiental. Estas últimas incluyen efectuar evaluación operacional a
través de balances de materiales, energía y exergía (Chamorro, 2016); (Vidal, 2017).
Posteriormente se necesita evaluar el funcionamiento del equipamiento instalado en las nuevas
condiciones operacionales, incluyendo los aspectos vinculados con los residuos, su tratamiento y
vertimiento al ambiente. En este sentido es muy efectivo el rechequeo y evaluación de equipos,
principalmente los de intercambio de calor y masa (Martínez, 2017).
Estas acciones crean las condiciones para la toma de decisiones estratégicas relacionadas con la
demanda de modificaciones tecnológicas, asociadas a procesos de mejora con o sin inversión. En
el primer caso la evaluación tecnológica es imprescindible y en el segundo, junto a dicha
evaluación, un análisis de factibilidad económica y financiera permite definir la conveniencia de
ejecutar inversiones asociadas al incremento de la capacidad.
2.1.2. Procedimiento heurístico para la conducción de la adaptación tecnológica en
instalaciones procesadoras de líquido asfáltico
En la figura 2.1 se muestra el diagrama heurístico del procedimiento propuesto para la adaptación
de una tecnología sostenible en la producción de líquido asfáltico, aplicable al caso del material
asfáltico 50-70 prototipo AC-30 de la refinería “Sergio Soto”. El procedimiento comienza con la
definición de las nuevas potencialidades de extracción de crudo pesado. Posteriormente se
estudia el mercado con la finalidad de definir si la disponibilidad potencial de crudo pesado es
capaz de cubrir la demanda. En caso contrario, existen potencialidades de demanda para
24
desarrollar nuevas capacidades de extracción de crudo pesado reciclándose al procedimiento
como una nueva combinación de capacidad productiva-demanda.
Inicio
Definir nuevas potencialidades de extracción de crudo pesado
Desarrollar nuevas capacidades de extracción de crudo pesado
Estudio de Mercado
¿Existe disponibilidad de crudo pesado para cubrir la demanda?
¿Satisface?
Definir nueva capacidad de producción de asfalto
No
Diagnóstico y evaluación tecnológica y ambiental para asumir nueva capacidad - Evaluación operacional
- Evaluación e integración energética - Rechequeo de equipos - Balances exergéticos
- Diagnóstico ambiental - Evaluación ambiental
Fin
Determinar indicadores de factibilidad económica y financiera
¿Es factible?
Sí
Proponer modificaciones tecnológicas sin inversión
No
¿Existen otras modificaciones tecnológicas sin inversión?
Evaluación tecnológica y ambiental del proceso modificado sin inversión
¿Satisfactoria?
Diseño o adaptación tecnológica para las modificaciones con inversión
Diseño o adaptación tecnológica para las modificaciones sin inversión
No
Proponer modificaciones tecnológicas con inversión
Sí
Evaluación tecnológica y ambiental del proceso modificado con inversión
No
¿Satisfactoria?
Sí
Sí
Sí
No ¿Existen otras modificaciones tecnológicas con inversión?
Sí
Incremento de capacidad no aplicable
No
Sí
No
Figura 2.1. Procedimiento heurístico para la adaptación tecnológica en el incremento de la
capacidad de producción de líquido asfáltico.
25
En caso de existir disponibilidades de crudo pesado para cubrir la demanda se define la nueva
capacidad de producción de líquido asfáltico y se efectúa el diagnóstico y evaluación
tecnológica y ambiental para asumir el incremento de capacidad productiva.
EL diagnóstico consiste en una evaluación operacional con su correspondiente auditoría
tecnológica que permite trazar los primeros pasos para la evaluación tecnológica en condiciones
de capacidad incrementada. En la evaluación tecnológica y ambiental se analiza el
comportamiento de los indicadores tecnológicos necesarios para cubrir la nueva demanda. En
términos energéticos se efectúa la evaluación energética, exergética y el análisis de integración
por la tecnología PINCH, para lo cual puede usarse el software ASPEN PINCH. Adicionalmente
se efectúa el análisis ambiental con el diagnóstico y evaluación ambiental, que permite conocer
las características y nivel de afectación por cada efluente y proceso.
La evaluación tecnológica y ambiental permite definir si la instalación satisface los
requerimientos para asumir la nueva capacidad, en caso afirmativo termina el procedimiento, en
caso contrario se proponen modificaciones tecnológicas sin inversión, se efectúa el diseño o
adaptación tecnológica según sea el caso y se repite la evaluación tecnológica y ambiental para
el proceso modificado sin inversión. Si el comportamiento es satisfactorio termina el
procedimiento, en caso contrario, si existen otras posibles modificaciones tecnológicas sin
inversión, se proponen las mismas reciclando al procedimiento.
En caso de no existir nuevas modificaciones tecnológicas sin inversión se proponen
modificaciones tecnológicas con inversión, se efectúa el diseño o adaptación tecnológica según
sea el caso y se repite la evaluación tecnológica y ambiental para el proceso modificado con
inversión. Si el comportamiento es satisfactorio se determinan los indicadores de factibilidad
económica y financiera para las modificaciones. Si la inversión es factible, termina el
procedimiento.
Si la evaluación tecnológica y ambiental del proceso modificado con inversión no es satisfactoria
o si los resultados de factibilidad no son adecuados se recicla al procedimiento con nuevas
modificaciones tecnológicas con inversión si existe tal posibilidad, en caso contrario, el
incremento de capacidad no es aplicable, con lo cual también termina el procedimiento
heurístico.
2.2. Evaluación tecnológica y análisis ambiental en el incremento de la capacidad de
producción de líquido asfáltico de la refinería “Sergio Soto”
2.2.1. Evaluación tecnológica
Siguiendo el procedimiento heurístico mostrado en la figura 2.1, en el caso de la refinería “Sergio
Soto”, está fijado el incremento de la capacidad de producción de líquido asfáltico, siendo el crudo
a procesar hasta 1000t/d (MICONS, 2018),debido a que, como se refirió en la sección
26
introductoria, dicha producción cubre la demanda actual de este material y existen condiciones
para la extracción de las cantidades de crudo Matanzas requeridas para ello.
La capacidad actual de refinación de crudo es de 400 t/d en la torre de destilación atmosférica y
de 700 t/d en la destilación al vacío. Siguiendo el procedimiento de la figura 2.1 corresponde
entonces efectuar el diagnóstico y evaluación tecnológica y ambiental para asumir la nueva
capacidad con la instalación existente.
Para ello se realizaron los balances de materiales y energía, con la ayuda del software Microsoft
Excel. Con la intención de evaluar el comportamiento actual y perspectivo, luego del incremento
de capacidad, se consideraron capacidades de 400 t/d y 1000 t/d de crudo Matanzas
respectivamente. Los valores del calor específico de los destilados, del crudo y del agua de
enfriamiento se determinaron a partir de la temperatura y de los grados API (Kern, 2005),
apareciendo los resultados en el Anexo 3. Para la realización de los cálculos se tomó como
referencia las características promedio del crudo Matanzas, que aparecen en el Anexo 4. En la
leyenda aparecen la nomenclatura de identificación todas las variables utilizadas en el trabajo.
2.2.1.1. Balance de materiales y energía en la sección de destilación atmosférica
En la torre de destilación atmosférica (T-101) ocurre la separación del crudo en sus diferentes
fracciones como se muestra en la figura 2.2.
Figura 2.2 Torre de destilación atmosférica.
Luego del crudo separarse en la torre de destilación atmosférica, el diésel y el queroseno pasan a
los despojadores (T-102 y T-103) como se muestra en el Anexo 5.1. Los resultados de los
balances de materiales y energía en estos equipos se muestran en tabla 2.1
El banco de intercambio de calor consta de 8 equipos que aumentan la temperatura del crudo con
el apoyo de los diferentes destilados de las torres de destilación atmosférica y de vacío. En el
Anexo 6.1 se representa la disposición actual del banco de intercambiadores de calor donde el
fluido frío lo constituye el crudo el cual aumenta su temperatura progresivamente. En el Anexo 7
se muestra los resultados de los balances de energía de los intercambiadores de calor.
27
Por los condensadores (E-103 A y B) pasan los vapores de nafta y de otros compuestos ligeros,
en estos ocurre la condensación parcial de los compuestos a partir de utilizar por contacto
indirecto agua a temperatura ambiente. Los resultados de los balances de los condensadores se
muestran en el Anexo 8.
Los destilados que salen del banco de intercambio de calor disminuyen su temperatura, pero no lo
suficiente para su almacenamiento, por lo que es necesario seguir enfriándolos, entonces pasan a
los enfriadores (E-105 A, 105 B, 105 C). Para este proceso se utiliza por contacto indirecto agua
como medio de enfriamiento. Los balances energéticos de estos equipos se muestran en el Anexo
9.
Tabla 2.1: Balance de materiales y energía en la torre y en los despojadores de destilación
atmosférica.
Equipo Datos Ecuaciones Resultados 400 tcrudo/d
Resultados 1000 tcrudo/d
T-101
Destilados: Nafta = 4,17%
Queroseno = 8,70% Diésel =24,08%
Crudo red. = 62,45% Pérdidas = 0,6% Recirculación: Nafta = 0,50%
Queroseno = 0,95% Diésel = 3,50%
T-102
T-103
/h
/h
Otros equipos consumidores
de vapor
28
2.2.1.2. Balance de materiales y energía en la sección de destilación al vacío
En la torre de destilación al vacío (T-201) ocurre la separación del crudo reducido proveniente de
la torre de destilación atmosférica en sus diferentes fracciones como se muestra en la figura 2.3.
Figura 2.3: Torre de destilación al vacío
Los cortes R2 y R3, provenientes de la torre de destilación al vacío, pasan a los despojadores T-
202 y T-203 como se muestra en el Anexo 5.2. Los balances de dichos equipos se muestran en la
tabla 2.2.
Tabla 2.2: Balance de materiales y energía en la torre de destilación al vacío (T-201) y en los
despojadores (T-202 y T-203).
Equipos Datos Ecuaciones Resultados 400 tcrudo/d
Resultados 1000 tcrudo/d
T-201
10 408,33 /h
Destilados: RT = 5% D3= 4 %
R3=5,92 % R2=10,02% R1=80,06%
Recirculación: RT= 2% R3=1% R2=4%
MRT=520,42 kg/h =416,33 kg/h
616,17 kg/h
1 042,92kg/h
kg/h
/h
kg/h
kg/h
MRT=1 301,04 kg/h =1 040,83 kg/h
1 540,43 kg/h
2 607,28kg/h
20 832,28kg/h
/h
kg/h
kg
T-202
T-203
,
29
Los vapores de diésel de vacío y otros compuestos ligeros salen por el tope de la torre de
destilación al vacío y pasan al condensador (E-201 A), en este ocurre la condensación parcial del
compuesto a partir del contacto indirecto con agua a temperatura ambiente. Los resultados del
Anexo 10 muestran los balances energéticos en el condensador de vacío.
Los destilados que salen del banco de intercambio de calor disminuyen su temperatura, pero no lo
suficiente para su almacenamiento, por lo que es necesario seguir enfriándolos, entonces pasan a
los enfriadores (E-204 A, B, C, E). Para este proceso se utiliza también agua como medio de
enfriamiento indirecto. En el Anexo 11 se muestra los resultados de los balances energéticos en
dichos equipos.
2.2.1.3. Análisis de los resultados de los balances de materiales y energía
De acuerdo a los resultados de los balances de materiales se aprecia que, según la tabla 2.1, los
requerimientos de capacidad de destilación atmosférica se satisfacen de manera muy ajustada
para las condiciones actuales de 400 t/d (16 666,6 kg/h), sin embargo para la capacidad deseada
de 1 000 t/d de crudo existe un déficit de capacidad de destilación de 600 t/d (25 000 kg/h). Ello
implica que la búsqueda de soluciones tecnológicas a dicha dificultad no es lograble sin la
sustitución total de la torre de destilación atmosférica. Siguiendo el procedimiento heurístico
mostrado en la figura 2.1, tal situación está prevista y demanda el análisis de una modificación
con inversión la cual se ejecuta en paralelo al presente trabajo.
Sin embargo, para la sección de destilación al vacío y según los resultados de la tabla 2.2, en la
actualidad existe una demanda de capacidad de destilación de 250 t/d (10 408,3 kg/h) y están
instaladas capacidades para 700 t/d, con un sobre diseño de 450 t/d (180 %). Ello permite que en
la capacidad incrementada la demanda sea de 625 t/d (26 020,8 kg/h) y la instalada de 700 t/d,
existiendo un sobre diseño del 12 % que garantiza sin dificultad las demandas de la destilación al
vacío.
De los balances de energía en los intercambiadores de calor mostrados en el anexo 7, se aprecia
que en la mayoría de ellos se producen diferencias adecuadas de temperatura durante el
calentamiento del crudo, sin embargo en los equipos E-203 A y E-203 D solo se producen
incrementos de 3 y 5 °C respectivamente, situación que permite identificar dificultades en el
arreglo actual de los fluidos para el calentamiento del crudo mostrado en el anexo 6.1.
Como resultado de los balances de materiales y energía se obtuvo que la demanda total de vapor
es de 8749,7 kg/h, siendo la capacidad instalada, la eficiencia y la producción real de vapor
mostrada en la tabla 2.3. Atendiendo a ello, la caldera B-607 produce el vapor necesario para el
consumo total a la capacidad incrementada, pero no permite la redundancia de equipos para
garantizar la fiabilidad puesto que la suma de la producción de los equipos B-605 y B-606 no
cumplen los requerimientos de vapor en caso de roturas o mantenimientos. Atendiendo a ello, y
30
siguiendo nuevamente el procedimiento heurístico de la figura 2.1 es necesario proponer una
modificación tecnológica con inversión para una caldera con capacidad nominal de 10 t vapor/h.
Tabla 2.3 Comportamiento de la capacidad nominal, la eficiencia y la capacidad real en los
generadores de vapor de la refinería “Sergio Soto”.
Calderas Eficiencia (%) Producción de Vapor(Kg/h)
B-605 (4,5 t/h) 70,0 3150
B-606 (6,5 t/h) 70,0 4550
B-607 (10 /h) 88,0 8800
2.2.1.4. Rechequeo del equipamiento de las secciones de destilación atmosférica y al vacío
El rechequeo de equipos se realizó con la ayuda del Microsoft Excel 2010. Las ecuaciones de
cálculo utilizadas aparecen en el Anexo 12 para los intercambiadores de calor, condensadores y
enfriadores y en el Anexo 14 para los hornos. La información necesaria para el rechequeo
aparece en el Anexo 13.
2.2.1.5. Rechequeo de los intercambiadores de calor
El crudo pesado de Matanzas proveniente de los tanques de almacenamiento, primeramente, se
comienza a calentar pasando por una red de intercambiadores de calor de tubo y concha, donde
por dentro de los tubos se encuentra el crudo y por fuera de estos (coraza) van los destilados
respectivos de cada intercambiador, provenientes de las torres de destilación atmosférica y al
vacío. Los resultados se muestran en: Tabla 2.4 para el Intercambiador E-203 A, Tabla 2.5 para el
Intercambiador E-203B, Tabla 2.6 para el Intercambiador E-203C, Tabla 2.7 para el
Intercambiador E-203 D, Tabla 2.8 para el Intercambiador E-203 E, Tabla 2.9 para el
Intercambiador E-203 F, Tabla 2.10 para el Intercambiador E-203 G, Tabla 2.11 para el
Intercambiador E-203 H
Tabla 2.4: Rechequeo del Intercambiador E-203A (crudo y RT)
E-203 A
Ft = 1
hi = 63 W/m2 C hio = 56,58 W/m2 C
= 48 W/m2 C
= 139,96 W/m2 C
hi = 131,12W/m2 C hio = 117,76 W/m2
C
Uc = 26 W/m2 C
UD = 1,52 W/m2 C
Uc = 44,56
W/m2 C UD = 3,80 W/m2
C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,613 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re = 8 jH = 1,8 De = 0,018 m Pr = 74,6
( ) Re = 20,47 jH = 2,5 De = 0,018 m Pr = 74,6
31
Re = 293,6 Pr = 66,45 Nu = 12,02
Re = 733,9
Pr = 68 Nu = 25,02
Á ( ) Á ( )
Tabla 2.5: Rechequeo del Intercambiador E-203B (crudo y queroseno) E-203 B
Ft = 0,99
hi = 63,32 W /m2 C hio = 56,87 W/m2 C
= 83,68 W/m2 C
= 71,68 W/m2 C
hi = 131,78 W/m2 C hio = 118,4 W/m2 C
Uc = 33,9 W/m2 C UD = 6,68 W/m2 C
Uc = 64,1 W/m2
C UD = 16,7 W/m2
C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,613 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re = 76 jH = 4,5 De = 0,018 m Pr = 23,30
( ) Re = 197 jH = 7 De = 0,018 m Pr = 23,30
Re =300 Pr = 66,68 Nu = 12,02
Re = 751
Pr = 66,68 Nu = 25,52
Á ( ) Á ( )
Tabla 2.6: Rechequeo del Intercambiador E-203C (crudo y diésel) E-203 C
Ft = 0,96
hi = 196,1 W/m2 C hio = 176,9 W/m2 C
= 330 W/m2 C
= 525,09 W/m2 C
hi = 408,17 W/m2 C hio = 368,2 W/m2 C
Uc = 115 W/m2 C UD = 27,7 W/m2 C
Uc = 216,42
W/m2 C UD = 69.07
W/m2 C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,639plg2 (Kern, 2005)
( ) Re = 1928,6 jH = 22 De = 0,025 m Pr = 34,54
( ) Re = 4 893 jH = 35 De = 0,025 m Pr = 34,54
Re = 1296,23 Pr = 66,06 Nu = 39,35
Re = 3 240 Pr = 66,06 Nu = 81,90
Á ( ) Á ( )
Tabla 2.7: Rechequeo del Intercambiador E-203D (crudo y R3) E-203 D
Ft = 1
hi = 67,8 W/m2 C hio = 60,9 W/m2 C
=46,09 W/m2 C
=70,42 W/m2 C hi = 141,18 W/m2 C hio =126,8 W/m2 C
32
2,07
5,16
Uc = 26,2 W/m2 C UD = 4,95 W/m2 C
Uc = 45,3 W/m2
C UD = 12,4 W/m2
C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,613 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re = 10 jH = 1,9 De = 0,0183 m Pr = 87,96
( ) Re = 25,54 jH = 2,7 De = 0,0183 m Pr = 87,96
Re = 327 Pr = 64,56 Nu = 12,95
Re = 817,52 Pr = 64,56 Nu = 26,95
Á ( ) Á ( )
Tabla 2.8: Rechequeo del Intercambiador E-203 E (crudo y diésel) E-203 E
Ft = 0,98
hi = 66,26W/m2 C hio = 59,5 W/m2 C
=123,5 W/m2 C
=221,37 W/m2 C
hi = 137,91 W/m2 C hio =123,86 W/m2 C
Uc = 40,2 W/m2 C UD = 15,8 W/m2 C
Uc = 79,4 W/m2
C UD = 39,4 W/m2
C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,613 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re = 137,5 jH = 6 De = 0,0183 m Pr = 43,57
( ) Re = 344 jH = 10 De = 0,0183 m Pr = 43,57
Re = 328,7 Pr = 69,73 Nu = 13,44
Re = 821,67 Pr = 69,73 Nu = 27,97
Á ( ) Á ( )
Tabla 2.9: Rechequeo del Intercambiador E-203F (crudo y asfalto) E-203 F
Ft = 0,975
hi = 232,7 W/m2 C hio = 202,3 W/m2 C
=153,9 W/m2 C
=183,83 W/m2 C
hi = 484,25 W/m2 C hio =420,97 W/m2 C
163,14
407,85
Uc = 87,4 W/m2 C UD = 30,7 W/m2 C
Uc = 127,96 W/m2 C UD = 76,71 W/m2 C
33
a´t = 0,334plg2 (Kern, 2005)
( ) Re = 9 jH = 1,8 De = 0,0241 m Pr = 10 799,93
( ) Re = 23,15 jH = 2 De = 0,0241 m Pr = 10 799,93
(Puede utilizarse)
Re = 1034,4 Pr = 72,86 Nu = 34,26
Re = 2586 Pr = 72,86 Nu = 71,32
Á ( ) Á ( )
Tabla 2.10: Rechequeo del Intercambiador E-203G (crudo y R2) E-203 G
Ft = 0,99
87,00
hi = 70,11 W/m2 C hio = 62,97 W/m2 C
=57,98 W/m2 C
=107,69 W/m2 C
hi = 145,94 W/m2 C hio =131,07 W/m2 C
3,5
8,74
Uc = 30,2 W/m2 C UD = 8,70 W/m2 C
Uc = 59,1 W/m2
C UD = 21,04 W/m2 C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,613 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re = 1,5 jH = 1,1 De = 0,0183 m Pr = 1 102,28
( ) Re = 1,5 jH = 1,1 De = 0,0183 m Pr = 1 102,28
Re = 330,4 Pr = 81,73 Nu = 14,4
Re = 825
Pr = 81,73 Nu = 30,07
Á ( ) Á ( )
Tabla 2.11: Rechequeo del Intercambiador E-203H (crudo y asfalto)
E-203 H
Ft = 0,98 89
hi = 81,3 W/m2 C hio = 73,03 W/m2 C
=122,2 W/m2 C
=231,09 W/m2 C
hi = 169,24 W/m2 C hio =152,0 W/m2 C
27,95
69,88
Uc = 45,7 W/m2 C
UD = 22,53 W/m2 C
Uc = 91,69 W/m2 C UD = 56,0 W/m2
C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,515 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re =1 jH = 1,08 De = 0,0183 m Pr = 12102,5
( ) Re =3 jH = 1,9 De = 0,0183 m Pr = 12102,5
Re = 394
Pr = 83,01 Nu = 16,8
Re = 985 Pr = 83,01 Nu = 34,87
Á ( ) Á ( )
34
2.2.1.6. Rechequeo de los de los condensadores de destilación atmosférica y al vacío
Por el tope de las torres de destilación atmosférica y al vacío, salen un grupo de vapores ligeros
incluyendo la nafta y el diésel de vacío, estos pasan a través de los condensadores, para esto se
utiliza agua proveniente de la torre de enfriamiento.
Los fluidos están ubicados de la siguiente forma: por el interior de los tubos, agua y por la concha,
destilados respectivos (nafta y diésel de vacío). Los resultados se muestran en: Tabla 2.12 para el
Condensador E-103A, Tabla 2.13 para el Condensador E-103B, Tabla 2.14 para el Condensador
E-201 A.
Tabla 2.12: Rechequeo del Condensador E-103A (vapores de nafta) E-103 A
13 234,34
33 085,86
Ft = 0,99
54,3
hi = 90,58 W/m2 C hio = 80,98 W/m2 C
=53,88 W/m2 C
=83,28 W/m2 C
hi = 188,52 W/m2 C hio =168,56 W/m2 C
2,11
5,28
Uc = 32,4 W/m2 C UD = 2,61 W/m2 C
Uc = 55,74 W/m2 C UD = 6,52 W/m2
C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,389 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re =108 jH = 5,5 De = 0,025 m Pr = 5,64
( ) Re =271 jH = 8,5 De = 0,025 m Pr = 5,64
Re = 155,7 Pr = 6,56 Nu = 2,67
Re = 389,3 Pr = 6,56 Nu = 5,57
Á ( ) Á ( )
Tabla 2.13: Rechequeo del Condensador E-103B (vapores de nafta) E-103 B
6 536,48
Ft = 0,99
26,54
hi = 89,69 W/m2 C hio = 80,19 W/m2 C
=54,08 W/m2 C
=83,58 W/m2 C
hi = 186,68 W/m2 C hio =166,91 W/m2 C
2,11
5,27
Uc = 32,3 W/m2 C UD = 2,63 W/m2 C
Uc = 55,7 W/m2
C UD = 6,58 W/m2
C
35
a´t = 0,389 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re =108 jH = 5,5 De = 0,025 m Pr = 5,51
( ) Re =271 jH = 8,5 De = 0,025 m Pr = 5,51
(Puede utilizarse)
Re = 153,82
Pr = 6,56 Nu = 2,65
Re = 384,6 Pr = 6,56 Nu = 5,51
Á ( ) Á ( )
Tabla 2.14: Rechequeo del Condensador E-201A (tope de vacío) E-201 A
12 181,91
Ft = 0,98
30,17
hi = 11,5 W/m2 C hio = 9,46 W/m2 C
=111,24 W/m2 C
=175,65 W/m2 C
hi = 23,93 W/m2 C hio =19,69 W/m2 C
7,13
17,82
Uc = 8,72 W/m2 C UD = 4,18 W/m2 C
Uc = 17,7 W/m2
C UD = 10,45 W/m2 C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,515 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re =343 jH = 9,5 De = 0,018 m Pr = 4,93
( ) Re =858 jH = 15 De = 0,0183 m Pr = 4,93
Re = 18,34 Pr = 163,35 Nu = 1,93
Re = 45,85 Pr = 163,35 Nu = 4,00
Á ( ) Á ( )
2.2.1.7 Rechequeo de los enfriadores
Previo al almacenamiento de los productos obtenidos de las torres de destilación atmosférica y al
vacío, pasan por los enfriadores para ajustar su temperatura y evitar que parte del producto se
volatilice en los tanques de almacenamiento. En estos equipos los fluidos fueron ubicados de la
siguiente manera: por el interior de los tubos, agua y por la concha, destilados respectivos. Los
resultados se muestran en: Tabla 2.15: para el Enfriador E-105 A, Tabla 2.16: para el Enfriador E-
105 B, Tabla 2.17: para el Enfriador E-105C, Tabla 2.18: para el Enfriador E-204 A, Tabla 2.19:
para el Enfriador E-204 E, Tabla 2.20: para el Enfriador E-204 C, Tabla 2.21: para el Enfriador E-
204 B.
Tabla 2.15: Rechequeo del Enfriador E-105 A (Agua y nafta) E-105 A
4 295,7
Ft = 0,96
15,72
hi = 21,6 W/m2 C hio = 19,79 W/m2 C
=85,77 W/m2 C
=144,74 W/m2 C
hi = 44,95 W/m2 C hio =41,19 W/m2 C
36
5,03
12,58
Uc = 16,08 W/m2 C UD = 8,53 W/m2 C
Uc = 32,1 W/m2
C UD = 21,3 W/m2
C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,639 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re =269 jH = 8 De = 0,025 m Pr = 6,90
( ) Re =672,85 jH = 13,5 De = 0,025 m Pr = 6,90
Re = 35,36 Pr = 6,56 Nu = 0,82
Re = 88,41 Pr = 6,56 Nu = 1,70
Á ( ) Á ( )
Tabla 2.16: Rechequeo del Enfriador E-105 B (agua y queroseno) E-105 B
Ft = 0,96
hi = 138,38 W /m2 C hio = 126,8 W/m2 C
= 91,23 W/m2 C
= 169,43 W/m2 C
hi = 288,03 W/m2 C hio = 263,96 W/m2
C
Uc = 53,1 W/m2 C UD = 39,5 W/m2 C
Uc = 122 W/m2
C UD = 130 W/m2
C
(Puede
utilizarse) (No puede
utilizarse)
a´t = 0,639 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re = 239 jH = 7 De = 0,025 m Pr = 18
( ) Re = 597 jH = 13 De = 0,025 m Pr = 18
Re =361 Pr = 6,56 Nu = 5,24
Re = 901 Pr = 6,56 Nu = 10,9 Á ( )
Á ( )
Tabla 2.17: Rechequeo del Enfriador E-105 C (agua y diésel) E-105 C
Ft = 0,96
hi = 140,88 W /m2 C hio = 129,1 W/m2 C
= 147,36 W/m2 C
= 235,78 W/m2 C
hi = 293,22 W/m2 C hio = 268,7 W/m2 C
Uc = 68,8 W/m2 C UD = 13,7 W/m2 C
Uc = 125,6
W/m2 C UD = 34,3 W/m2
C
37
a´t = 0,639 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re = 417 jH = 10 De = 0,025 m Pr = 28,96
( ) Re = 1041 jH = 16 De = 0,025 m Pr = 28,96
(Puede utilizarse)
Re =369 Pr = 6,56 Nu = 5,33
Re = 922 Pr = 6,56 Nu = 11,1
Á ( ) Á ( )
Tabla 2.18: Rechequeo del Enfriador E-204 A (agua y asfalto) E-204 A
Ft = 0,99
hi = 453,95 W /m2 C hio = 416,0 W/m2 C
= 98,05 W/m2 C
= 155,24 W/m2 C
hi = 944,85 W/m2 C hio = 869,9 W/m2 C
Uc = 79,4 W/m2 C UD = 27,8 W/m2 C
Uc = 131,6
W/m2 C UD = 69,7 W/m2
C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,639 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re = 3,4 jH = 1,2 De = 0,025 m Pr = 9174,6
( ) Re = 8,48 jH = 1,9 De = 0,025 m Pr = 9174,6
Re =1592 Pr = 6,56 Nu = 17,18
Re = 3979 Pr = 6,56 Nu = 36
Á ( ) Á ( )
Tabla 2.19: Rechequeo del Enfriador E-204 E (agua y R3) E-204 E
Ft = 0,98
hi = 23,6 W /m2 C hio = 21,6 W/m2 C
= 39,33 W/m2 C
= 58,99 W/m2 C
hi = 49,05 W/m2 C hio = 45 W/m2 C
Uc = 13,9 W/m2 C UD = 2,39 W/m2 C
Uc = 25,5 W/m2
C UD = 5,98 W/m2
C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,639 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re = 2 jH = 1 De = 0,025 m Pr = 622,07
( ) Re = 5,4 jH =1,5 De = 0,025 m Pr = 622,07
Re =39,44 Pr = 6,56 Nu = 0,89
Re = 98,6 Pr = 6,56 Nu = 1,86
Á ( ) Á ( )
Tabla 2.20: Rechequeo del Enfriador E-204 C (agua y R2) E-204 C
38
Ft = 0,98
hi = 47,2 W /m2 C hio = 41,4 W/m2 C
= 57,56 W/m2 C
= 101,58 W/m2 C
hi = 94,02 W/m2 C hio = 86,2 W/m2 C
Uc = 24,1 W/m2 C UD = 10,6 W/m2 C
Uc = 46,6 W/m2
C UD = 26,5 W/m2
C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,639 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re = 43,84 jH = 3,4 De = 0,025 m Pr = 74,1
( ) Re = 109,6 jH = 6 De = 0,025 m Pr = 74,1
Re =88,97 Pr = 6,56 Nu = 1,71
Re = 222 Pr = 6,56 Nu = 3,56
Á ( ) Á ( )
Tabla 2.21: Rechequeo del Enfriador E-204 B (agua y RT) E-204 B
Ft = 0,99
hi = 25,8 W /m2 C hio = 23,6 W/m2 C
= 44,19 W/m2 C
= 61,49 W/m2 C
hi = 53,59 W/m2 C hio = 49,1 W/m2 C
Uc = 15,4 W/m2 C UD = 2,38 W/m2 C
Uc = 27,3 W/m2
C UD = 5,94 W/m2
C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,639 plg2 (Kern, 2005)
( ) Re = 17,23 jH = 2,3 De = 0,025 m Pr = 64,2
( ) Re = 43 jH = 3,2 De = 0,025 m Pr = 64,2
Re =44,06 Pr = 6,56 Nu = 0,97
Re = 110,2 Pr = 6,56 Nu = 2,03
Á ( ) Á ( )
2.2.1.8. Rechequeo de los hornos
Los hornos en la planta de destilación atmosférica y al vacío, tienen la función de calentar el crudo
antes de su entrada a las torres de destilación respectivas, vaporizando parcialmente la mezcla de
inyecto para que el proceso sea más efectivo, para esto se quema fuel oil, combustible obtenido
en corridas anteriores. Los resultados del rechequeo de los hornos se muestran en la Tabla: 2.22
para el horno F-101 y en la Tabla: 2.23 para el F-102.
Tabla 2.22: Rechequeo del Horno F-101
F-101
39
a´t = 0,622
154,42
p = 1,028 atm L = 11,99 pie
Acp = 641,13 pie2
Ar = 1 339,34 pie2
2 424 588,5W 1 818 441,4 W
47 575,32 W/m2
50,56
126,40
6 061 471,34 W 4 546 103,51 W
(Kern, 2005)
( ) )
Tabla 2.23: Rechequeo del Horno F-102 F-102
a´t = 0,622
154,42
p = 1,028 atm L = 11,99 pie
Acp = 383,04 pie2
Ar = 1559,2 pie2
1 440 314,04 W 1 080 235,53 W
41 862,48 W/m2
32,96
82,39 3 600 785,1 W 2 700 588,83 W
(Kern, 2005)
( ) )
2.2.1.9. Análisis de los resultados de rechequeo del equipamiento de las secciones de
destilación atmosférica y al vacío
Los resultados de determinación del % de área en exceso para el equipamiento de las secciones
de destilación atmosférica y al vacío se resumen en la tabla 2.24. En ella se aprecia que, para los
intercambiadores de calor, cuyo rechequeo aparece entre la tabla 2.3 y la 2.10, se alcanzan
valores de área en exceso adecuados en todos los equipos, incluso a la capacidad incrementada,
por lo que los mismos permiten garantizar las condiciones de proceso con los incrementos
productivos. Sin embargo los intercambiadores E-203 A y E-203 D, incluso también el E-203 B,
presentan muy elevados % de área en exceso lo cual es debido a los escasos incrementos de
temperatura que se alcanzan en los mismos con el arreglo de flujo actual. Téngase en cuenta que,
según los resultados mostrados en el anexo 7, el E-203 B aunque no tiene la crítica situación del
E-203 A y el E-203 D, solo incrementa en 10 °C la temperatura del crudo. Este aspecto, ya
40
discutido en la sección 2.2.4, refuerza la necesidad de implementar modificaciones al arreglo
actual de flujo en estos equipos.
Respecto a los condensadores no se aprecian tampoco dificultades con los requerimientos de
área de transferencia de calor, por lo que también garantizan el incremento hasta 1000 t/d de
crudo.
Tabla 2.24: Resumen del rechequeo de equipos de las secciones de destilación atmosférica y al
vacío
Equipos % de área en exceso
400 t/d 1000 t/d
Intercambiador E-203 A (RT) 390,4 151,1
Intercambiador E-203 B (queroseno) 283,4 103,8
Intercambiador E-203 C (diésel) 77,0 27,0
Intercambiador E-203 D (R3) 464,3 165,9
Intercambiador E-203 E (diésel) 108,1 35,2
Intercambiador E-203 F (asfalto) 58,9 13,8
Intercambiador E-203 G (R2) 231,1 85,9
Intercambiador E-203 H (asfalto) 44,7 13,1
Condensador E-103 A (nafta) 499,9 191,5
Condensador E-103 B (nafta) 494,2 189,1
Condensador E201 A (D3) 352,7 110,4
Enfriador E-105 A (nafta) 77,1 21,3
Enfriador E-105 B (queroseno) 8,2 - 1,67
Enfriador E-105 C (diésel) 81,9 29,1
Enfriador E-204 A (asfalto) 32,0 8,6
Enfriador E-204 B (RT) 504,2 186,0
Enfriador E-204 C (R2) 73,9 22,1
Enfriador E-204 E (R3) 491,3 181,0
Horno F-101 0,67 0,18
Horno F-102 0,64 0,11
Respecto a los enfriadores, en general garantizan las demandas de área de transferencia de
calor actuales, sin embargo en el caso del E-105 B no se garantiza un exceso adecuado de área
para la nueva capacidad. La situación de los hornos es también adecuada para asumir las nuevas
capacidades.
41
2.2.2. Análisis ambiental para asimilar incrementos de capacidad en la refinería “Sergio
Soto”
Previo a la evaluación ambiental es conveniente realizar un análisis del comportamiento de la
situación ambiental de la refinería “Sergio Soto” con vistas al incremento de su capacidad de
producción. Esta entidad ha presentado serias dificultades ambientales en los últimos años, al
punto de requerirse paradas temporales del proceso productivo para resolver afectaciones
vinculadas con la intensidad de los olores emanados, fundamentalmente por funcionamiento
ineficiente de las plantas de destilación y de tratamiento de gases (Bello, 2018).
Entre las medidas de prevención de tales situaciones se ha encontrado la ampliación de las
trampas de residuales, la instalación de un censor de nivel con alarmas automáticas ante posibles
derrames, la colocación de una válvula para aislar el hidrocarburo en caso de emergencias y
sobre todo la separación de las aguas residuales y pluviales . Adicionalmente, se instaló un
sistema para la quema industrial de los gases tóxicos procedentes de la destilación al vacío en el
horno F-101, solución que representó un verdadero alivio para los pobladores de no pocos barrios
cercanos a la refinería, hasta entonces sometidos a los desagradables olores de tales
emanaciones (Borrego, 2014).
El residual de esta instalación es un líquido ligeramente aceitoso, de color oscuro y fuerte olor a
hidrocarburos; cuyo tratamiento no logra la eficiencia necesaria, siendo vertido a la laguna de
Punta de Diamante, perteneciente a la cenca del Rio Zaza. La situación más crítica se alcanza en
la planta de aceite de transformadores cuyo método más efectivo de tratamiento se basa en el uso
de agentes solventes, principalmente etanol, para lograr la aglomeración y decantación de los
asfáltenos y los hidrocarburos aromáticos saturados (Sosa and Muñoz, 2014).
Con la intención de determinar los productos y etapas de mayor impacto sobre la salud humana,
el medio ambiente y los recursos, se realizó un análisis de ciclo de vida en el proceso de
refinación de esta industria, que demostró que la categoría más afectada es la respiración de
inorgánicos a causa de los gases generados en la sección de destilación al vacío. Por ello se
propusieron mejoras al proceso consistentes en la creación de una planta de tratamiento de gases
(sulfuro de hidrógeno principalmente) y una planta de tratamiento de residuales líquidos. Con la
propia metodología se demostró una reducción casi total de los impactos anteriormente
identificados, luego de las trasformaciones propuestas (Rodríguez, 2012).
A pesar de que Bonachea, (Bonachea, 2010) propuso como parte del plan de producciones
limpias descrito en la sección 1.11, acciones concretas para reducir los impactos ambientales de
la refinería, una buena parte de las medidas que demandan inversiones no se han logrado aplicar
o forman parte del plan de inversiones de la entidad a corto o mediano plazo.
42
Por las razones anteriormente descritas; en la actualidad, la refinería “Sergio Soto” no ha logrado
cumplir todas las demandas ambientales de sus procesos a la capacidad actual, por lo cual,
aunque existen avances importantes, desde el punto de vista ambiental, no están creadas todas
las condiciones para el incremento de la capacidad de producción de líquido asfáltico. Atendiendo
a ello la evaluación ambiental prevista en el procedimiento heurístico mostrado en la figura 2.1 de
este trabajo debe ejecutarse con rigor y aplicada a cada una de las modificaciones tecnológicas
previstas, con o sin inversión.
2.3 Conclusiones Parciales
1. El procedimiento heurístico para adaptar tecnologías efectivas en el incremento de la
capacidad en plantas productoras de líquido asfáltico sigue una secuencia de identificación
del vínculo entre la capacidad de extracción de crudo y el mercado y la evaluación
tecnológica y ambiental asociada al incremento de la capacidad para modificaciones que
no requieren inversión y para modificaciones que si la requieren, con el correspondiente
análisis de factibilidad económica y financiera para las últimas.
2. Se aprecian deficiencias de ubicación de las corrientes de proceso en el banco de
intercambiadores de calor que provocan muy leves incrementos de temperatura en los
equipos E-203 A y E-203 D lo que demanda modificaciones tecnológicas sin inversión en
esa sección.
3. La refinería “Sergio Soto” no ha logrado cumplir todas las demandas ambientales de sus
procesos a la capacidad actual por lo que no están creadas todas las condiciones de
protección ambiental para el incremento de la capacidad de producción de asfalto.
43
Capítulo 3: Modificaciones Tecnológicas sin inversión para aumentar la producción de
líquido asfáltico (AC-30) en la Refinería “Sergio Soto”
3.1 Proceso de refinación del crudo pesado (Matanzas)
En el capítulo anterior se hizo una evaluación tecnológica del proceso de refinación del crudo,
para la obtención de líquido asfáltico (AC-30). Con el rechequeo del equipamiento, se encontraron
deficiencias en el funcionamiento de algunos equipos en las áreas de intercambio de calor y
enfriamiento. Este capítulo está dedicado a proponer modificaciones tecnológicas en dichas
secciones para mejorar el aprovechamiento de las capacidades instaladas y la eficiencia
energética.
3.1.1 Modificaciones en el banco de intercambiadores de calor
Con el objetivo de aprovechar más el área de transferencia de calor en el banco de intercambio,
se hace una redistribución de las corrientes del proceso. Se propone que el asfalto, luego de
pasar por los intercambiadores E-203 H y E-203F se hace fluir por el E-203D; el R3 que pasaba
por este último, pasa al E-203A donde se enfría hasta la temperatura de almacenamiento y
además aumentando la temperatura del crudo en este intercambiador hasta 48°C. Estas
modificaciones obedecen a que, como se explicó en la sección 2.2.1.9, actualmente no se alcanza
variación apreciable de la temperatura y por lo tanto no se aprovecha bien la capacidad de
transferencia de calor en estos equipos.
Con la propuesta que se realiza queda disponible el enfriador de R3, y el RT pasaría directamente
al enfriador E-204B. Con la redistribución de flujos aumenta muy ligeramente la temperatura de
salida del crudo del intercambiador E-203H de 206 a 207 °C, por lo cual no existen afectaciones
operacionales en el horno F-101. Esta propuesta se representa gráficamente en el Anexo 6.2 y los
balances de energía en los intercambiadores se muestran en el Anexo 15
3.1.2 Rechequeo de los intercambiadores de calor luego de las modificaciones
Tabla 3.1: Rechequeo del Intercambiador E-203A (crudo y R3) E-203 A
Ft = 1
hi = 131,1W/m2 C hio = 117,8 W/m2 C = 84,5 W/m2 C
Uc = 49,2 W/m2 C UD = 16,9 W/m2 C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,613 plg2 (Kern, 2005)
Re = 26 jH = 3
De = 0,025 m
44
Re = 733,9 Pr = 66,4 Nu = 25,0
Pr = 70,8
Á
Tabla 3.2: Rechequeo del Intercambiador E-203C (crudo y diésel) E-203 C
Ft = 0,96
hi = 404,2 W/m2 C hio = 364,6 W/m2 C = 529,6 W/m2 C
Uc = 216 W/m2 C UD = 76,8 W/m2 C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,639 plg2 (Kern, 2005)
Re = 4894 jH = 35
De = 0,025 m Pr = 35,4
Re = 3241 Pr = 64,6 Nu = 81,1
Á
Tabla 3.3: Rechequeo del Intercambiador E-203E (crudo y diésel) E-203 E
Ft = 0,98
hi = 141,6 W/m2 C hio = 127,2 W/m2 C = 226,9 W/m2 C
Uc = 81,5 W/m2 C UD = 38,2 W/m2 C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,613 plg2 (Kern, 2005)
Re = 349 jH = 10,25
De = 0,025 m Pr = 43,6
Re = 822 Pr = 74
Nu = 28,7 Á
Tabla 3.4: Intercambiador E-203D (crudo y asfalto) E-203 D
Ft = 1
hi = 138,9 W/m2 C hio = 124,7 W/m2 C = 245,8 W/m2 C
Uc = 82,7 W/m2 C UD = 70,7 W/m2 C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,613 plg2 (Kern, 2005)
Re = 345 jH = 10,2
De = 0,025 m Pr = 84,8
Re = 818 Pr = 69
Nu = 27,7 Á
Tabla 3.5: Intercambiador E-203F (crudo y asfalto) E-203 F
Ft = 0,975
hi = 496 W/m2 C hio = 432 W/m2 C = 185 W/m2 C
Uc = 129 W/m2 C UD = 58,4 W/m2 C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,334 plg2 (Kern, 2005)
Re = 23 jH = 2
De = 0,024 m Pr = 10 976 Re = 2586
45
Pr = 77 Nu = 73
Á
Tabla 3.6: Intercambiador E-203H (crudo y asfalto)
E-203 H
Ft = 0,98
hi = 170,5 W/m2 C hio = 153 W/m2 C = 230 W/m2 C
Uc = 92 W/m2 C UD = 46 W/m2 C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,515 plg2 (Kern, 2005)
Re = 324 jH = 9
De = 0,025 m Pr = 112
Re = 986 Pr = 84,5 Nu = 35
Á
3.2. Modificaciones tecnológicas sin inversión en la sección de enfriamiento
Después de disminuir la temperatura de los destilados en el banco de intercambio estos pasan a
los enfriadores. Con la evaluación tecnológica realizada, se pudo comprobar que el enfriador de
queroseno E-105 B no cumple con el área de transferencia de calor, por consiguiente, se propone
hacer una redistribución de flujos en esta sección, donde el queroseno fluya por el enfriador E-204
E por el que actualmente circula el R3, ya que este tiene mayor área de transferencia de calor. Por
otro lado, se propone que el RT pase directamente al enfriador E-204 B con el objetivo de
aprovechar más el área de transferencia de calor, mientras que el diésel sigue fluyendo a través
del enfriador E-105C.También el enfriador E-204 A de asfalto aumenta su % de área en exceso,
ya que con la redistribución en el banco de intercambio de calor sale a una temperatura más baja,
lo que favorece la operación en este enfriador.
3.2.1 Rechequeo de los enfriadores luego de las modificaciones
Tabla 3.7: Rechequeo del Enfriador E-204 E (agua y queroseno)
E-204 E
Ft = 0,98
hi = 193 W/m2 C hio = 177W/m2 C = 88,2 W/m2 C
Uc = 59 W/m2 C UD = 21,2 W/m2 C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,639 plg2 (Kern, 2005)
Re = 13 jH = 2,1
De = 0,025 m Pr = 596
Re = 548 Pr = 6,56 Nu = 7,3
Á
Tabla 3.8: Rechequeo del Enfriador E-105C (agua y diésel) E-105C
46
Ft = 0,96
hi = 664,3 W/m2 C hio = 608,8 W/m2 C = 239,0 W/m2 C
Uc = 171,6 W/m2 C UD = 90,3 W/m2 C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,639 plg2 (Kern, 2005)
Re = 1041 jH = 16
De = 0,025 m Pr = 30
Re = 2562 Pr = 6,56 Nu = 25
Á
Tabla 3.9: Rechequeo del Enfriador E-204B (agua y RT) E-204B
Ft = 0,99
hi = 152,3 W/m2 C hio = 139,6 W/m2 C = 63,8 W/m2 C
Uc = 43,8 W/m2 C UD = 12,9 W/m2 C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,639 plg2 (Kern, 2005)
Re = 43 jH = 3,2
De = 0,025 m Pr = 72
Re = 406 Pr = 6,56 Nu = 5,8
Á
Tabla 3.10: Rechequeo del Enfriador E-204A (agua y R1) E-204A
Ft = 0,99
hi = 786,9 W/m2 C hio = 721,2 W/m2 C = 153,8 W/m2 C
Uc = 126,8 W/m2 C UD = 57,9 W/m2 C
(Puede utilizarse)
a´t = 0,639 plg2 (Kern, 2005)
Re = 8,5 jH = 1,9
De = 0,025 m Pr = 8922
Re = 3166 Pr = 6,56 Nu = 29,8
Á
3.3 Análisis de los resultados obtenidos con las modificaciones sin inversión propuestas
Los resultados de la determinación del % de área en exceso para los equipos que sufren
modificaciones se resumen en la tabla 3.11. En ella se aprecia que todos los equipos alcanzan
valores de área en exceso adecuados. Se puede apreciar la mejora del aprovechamiento por
intercambiadores de calor como sigue:
E-203A, donde la diferencia de temperatura del crudo durante el calentamiento se
incrementa desde 3 hasta 8 C y el área en exceso disminuye desde 151,1 hasta 23,5%.
E-203C, donde la diferencia de temperatura del crudo durante el calentamiento se
incrementa desde 22 hasta 26 C y el área en exceso disminuye desde 27 hasta 22,8%.
47
E-203E, donde la diferencia de temperatura del crudo durante el calentamiento disminuye
desde 32 hasta 24 C y el área en exceso aumenta desde 35,2 hasta 44,3%.
E-203D, donde la diferencia de temperatura del crudo durante el calentamiento se
incrementa desde 5 hasta 21 C y el área en exceso disminuye desde 165,9 hasta 4,8%.
E-203F, donde la diferencia de temperatura del crudo durante el calentamiento disminuye
desde 45 hasta 36 C y el área en exceso aumenta desde 13,8 hasta 25,7%.
E-203H, donde la diferencia de temperatura del crudo durante el calentamiento disminuye
desde 35 hasta 29 C y el área en exceso aumenta desde 13,1 hasta 20,9%.
Tabla 3.11: Resumen del rechequeo de los equipos
Equipos % área en exceso
Intercambiador E-203A (RT) 23,5
Intercambiador E-203 C (diésel) 22,8
Intercambiador E-203 D (R1) 4,8
Intercambiador E-203 E (diésel) 38,6
Intercambiador E-203 F (asfalto) 25,7
Intercambiador E-203 H (asfalto) 20,9
Enfriador E-105 C (diésel) 6,5
Enfriador E-204 A (asfalto) 12,3
Enfriador E-204 B (RT) 76,9
Enfriador E-204 E (Queroseno) 41,7
Estas modificaciones ocasionan transformaciones operacionales en los enfriadores logrando que
el enfriador E-105B que tenía déficit de área de transferencia de calor se desactiva de la
operación puesto que como se explicó en la sección 3.2 el queroseno ahora se enfría en el E-
204E aprovechando sus potencialidades de área de transferencia de calor y el R3 que
anteriormente se enfriaba en dicho equipo ahora pasa directamente a almacenaje debido a que su
temperatura de salida del intercambiador E-203A (50 C) así lo permite. Mediante las
modificaciones tecnológicas propuestas y con los resultados obtenidos en el rechequeo de los
equipos para las nuevas condiciones operacionales se garantiza la eficiencia del proceso para el
aumento de la producción previsto.
3.4 Otras actividades previstas en el diagrama heurístico
El procedimiento estratégico mostrado en la figura 2.1 considera otras actividades no
desarrolladas totalmente en el presente trabajo pero que se efectúan en paralelo al mismo o han
48
sido acometidas con diferentes grados de avance en sus precedentes. Entre ellas se encuentran
el análisis exergético y la integración energética que sobre los avances logrados por Chamorro
(Chamorro, 2016) y Vidal (Vidal, 2017) continúa siendo una actividad priorizada. Situación similar
presenta la evaluación ambiental que sobre las experiencias de Bonachea (Bonachea, 2010) y
Rodríguez (Rodríguez, 2012) demanda trabajos futuros y la evaluación de modificaciones
tecnológicas con inversión. Entre estas últimas se encuentran la evaluación y montaje de una
nueva torre de destilación atmosférica (Borrego, 2019), de una caldera de 10 t/h de vapor y otras
inversiones asociadas al mejoramiento de las condiciones ambientales.
3.5. Conclusiones Parciales
1. Las modificaciones tecnológicas sin inversión propuestas en el trabajo mejoran la
eficiencia energética del banco de intercambiadores de calor al considerar el flujo de R3
por el intercambiador E-203A, en lugar de reflujo del tope y el flujo de asfalto por el
intercambiador E-203D, en lugar de R3, lo cual permite desactivar el enfriador E-105B que
presenta déficit de área de transferencia de calor y logra que el resto del banco de
enfriadores funcione adecuadamente.
2. Con las modificaciones propuestas se incrementa ligeramente la temperatura del crudo a
la salida de los intercambiadores y se mejora sustancialmente el aprovechamiento
energético de los destilados calientes con lo cual se favorece la operación de la etapa de
enfriamiento previo al almacenaje de los productos terminados.
49
Conclusiones Generales
1. La adaptación tecnológica en el incremento de la capacidad en plantas productoras de
asfalto debe conducirse por los principios metodológicos generales para la asimilación de
tecnologías en plantas químicas, considerando que las nuevas capacidades o
características de los materiales a tratar pueden ser incorporadas creadoramente a una
tecnología apropiada y competitiva existente, teniendo en cuenta la composición físico
química de estos materiales, principalmente la viscosidad y el contenido de azufre .
2. El procedimiento heurístico propuesto es general para la adaptación de tecnologías en el
incremento de la capacidad de la producción de asfalto, por lo que es posible conducir
dicha actividad para el caso del líquido asfáltico 50-70 prototipo AC-30 de la refinería
“Sergio Soto”, el cual parte de capacidades de producción fijas en 1000 t/d de crudo
Matanzas y efectúa el análisis de las posibles modificaciones tecnológicas con y sin
inversión teniendo en cuenta las especificidades de dicho material.
3. A través de la evaluación tecnológica en la refinería “Sergio Soto” se obtuvo que
incrementos de capacidad para producir asfalto desde 400 a 1000 t/d de crudo Matanzas,
se satisfacen en la mayoría de los equipos principales existentes, excepto en la torre de
destilación atmosférica, los generadores de vapor y el enfriador E-105 B, pero en la
distribución tecnológica actual algunos equipos de intercambio térmico, como los
calentadores E-203 A y E-203 D logran incrementos de temperatura muy leves debido a
deficiencias en la distribución de las corrientes en el esquema de flujo.
4. A través de las modificaciones tecnológicas sin inversión propuestas en el trabajo se logra
transformar la distribución de fluidos de manera que se garantizan los requerimientos del
proceso para el calentamiento del crudo y el enfriamiento de los productos finales, en los
intercambiadores E-203 A, E-203 D y el enfriador E-105 B, alcanzando áreas de
transferencia de calor en exceso adecuadas para dichos equipos, que por sus deficiencias
actuales, no permitían lograr la capacidad de producción incrementada deseada.
50
Recomendaciones 1. Considerar los principios teórico – metodológicos y el diagrama heurístico resultante del
trabajo en las investigaciones futuras vinculadas con la adaptación de tecnologías en la
industria productora de líquido asfáltico y de refinación de petróleo en general.
2. Efectuar las modificaciones tecnológicas sin inversión propuestas en el trabajo para elevar
la efectividad energética y la capacidad productiva de las secciones de intercambio de
calor y enfriamiento en la refinería “Sergio Soto”.
3. Desarrollar la evaluación ambiental de la refinería “Sergio Soto” como paso imprescindible
en la validación del procedimiento heurístico propuesto.
51
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54
Anexos Anexo 1: Diagrama de flujo del proceso
55
Anexo 2: Diagrama de bloque del proceso
56
Anexo 3: Grados API de los compuestos
Corriente oAPI
Crudo (fase líquido) 15,1
Nafta 60
Quero 38
Diésel 32
Crudo reducido 13,2
D3 30
R3 25
R2 13
R1(asfalto) 9
RT 32
Fuel oil 10
57
Anexo 4: Características promedio de crudo Matanzas. Fuente: (CUPET, 2016)
RESULTADOS LABORATORIO
Chorros % M % M Azufre T
D4294-10
Densidad 15
D4052-11
Pie-150 4.17 4.17 0.45 0.7521
150-169 4.23 8.40 1.20 0.7900
58
169-185 4.47 12.87 1.59 0.8090
185-210 4.64 17.51 1.97 0.8398
210-225 4.80 22.31 2.26 0.8605
225-236 4.85 27.16 2.46 0.8725
236-248 4.88 32.04 2.76 0.8828
248-264 4.91 36.95 3.07 0.8963
264-307 4.94 41.91 3.40 0.9110
307-361 5.02 46.93 3.62 0.9317
361-437 5.18 52.11 4.05 0.9515
437-456 2.48 54.59 4.31 0.9627
456 1.0426
Anexo 5: Despojadores de la sección de Destilación atmosférica y de vacío
Anexo 5.1: Despojadores de la etapa de destilación atmosférica
Vapores ligeros + Vapor de agua
Queroseno + Vapores ligeros
T-102
Vapor de agua
Queroseno
Vapores ligeros + Vapor de agua
Diésel + Vapores ligeros
T-103
Vapor de agua
Diésel
59
Anexo 5.2: Despojadores de la etapa de destilación al vacío
Anexo 6: Banco de intercambiadores de calor de la planta
Anexo 6.1: Disposición actual del banco de intercambiadores de calor
Anexo 6.2: Banco de intercambiadores de calor con las modificaciones propuestas
T-203
Vapores ligeros + Vapor de agua
T-202
Vapores ligeros + Vapor de agua
R3 + Vapores ligeros
Vapor de agua
R2
R2 + Vapores ligeros
Vapor de agua
60
Anexo 7: Balance de energía en el banco de intercambio de calor
Equipo Datos Ecuaciones Resultados
E –203 A
Crudo:
T1 = 40°C
Reflujo al tope (RT): /h
/h
t1 = 146 °C t2 = 86 °C
43 o
C
E –203 B
Crudo:
T2 = 43 °C
Queroseno: /h
/h
J/kgoC
t1 = 158 °C t2 = 80 °C
T3 = 53
oC
E –203 C
Crudo:
T3 = 53 °C Diésel:
J/kgoC
t1 = 150 °C t2 =80 °C
T4 =75
oC
E –203 D
Crudo:
T4 = 75 °C
R3: /h
/h
/kgoC
t1 = 200 °C t2 = 90 °C
T5 = 80
oC
E –203 E
Crudo:
T5 = 80 °C
Diésel:
J/kgoC
T6 = 112
oC
61
t1 = 240 °C t2 = 150 °C
E –203 F
Crudo:
T6 = 112 °C
Asfalto:
J/kgoC
t1 = 250 °C t2 = 175°C
T7 = 157
oC
E –203 G
Crudo:
T7 = 157 °C
R2:
J/kgoC
t1 = 270 °C t2 = 80 °C
T8 = 171
oC
E –203 H
Crudo:
Cpc = 2 319,9 J/kgoC T8 = 171 °C
Asfalto:
J/kgoC
t1 = 310 °C t2 = 250 °C
T9 = 206
oC
Anexo 8: Balances de materiales y energía en los condensadores de nafta en la sección de Destilación atmosférica
Equipo Datos Ecuaciones Resultados 400 tcrudo/d
Resultados 1000 tcrudo/d
E – 103 A
Agua: Cpa = 4 180 J/kg0C
t1 = 30 °C t2 = 40 °C Vapores de nafta:
T1 = 100 °C T2 = 80 °C
E – 103 B
Agua: Cpa = 4 180 J/kg0C
t1 = 40 °C t2 = 45 °C Vapores de nafta:
T1 = 80°C T2 =60°C
Anexo 9: Balances de energía en los enfriadores de destilación atmosférica
Equipo Datos Ecuaciones Resultados 400 tcrudo/d
Resultados 1000 tcrudo/d
E – 105A
Agua: Cpa = 4 180 J/kg0C
t1 = 25 °C t2 = 50 °C Nafta: /h
/h
J/kg0C
T1 = 60 °C T2 = 50 °C
Agua: Cpa = 4 180 J/kg0C
t1 = 35 °C t2 = 45 °C
62
E – 105B
Queroseno:
J/kg0C
T1 = 80°C T2 = 45°C
E – 105C
Agua: Cpa = 4 180 J/kg0C
t1 = 25 °C t2 = 35 °C Diésel:
/kg0C
T1 = 80 °C T2 = 65°C
Anexo 10: Balance de energía en el condensador de D3
Equipo Datos Ecuaciones Resultados 400 tcrudo/d
Resultados 1000 tcrudo/d
E –201 A
Agua: Cpa = 4 180 J/kg0C
t1 = 25 °C t2 = 50 °C
Vapores de D3:
T1 = 100 °C T2 = 40 °C
Anexo 11: Balance de Energía en los Enfriadores de la etapa de Destilación al Vacío
Equipo Datos Ecuaciones Resultados 400 tcrudo/d
Resultados 1000 tcrudo/d
E – 204 A
Agua: / t1 = 25 °C t2 = 50 °C Asfalto
T1 = 175°C T2 = 120°C
E – 204 B
Agua Cpa = 4180J/kg°C t1 = 25°C t2 = 50°C RT
CpRT = 2 135,98 J/kg°C T1 = 86°C T2 = 60°C
Agua: Cpa = 4 180 J/kg0C t1 = 25 °C t2 = 50 °C
63
E – 204 C R2
CpR2= 1 922,8J/kg°C T1 = 80 °C T2 =60 °C
E – 204 E
Agua: Cpa = 4 180 J/kg0C t1 = 25 °C t2 = 50 °C R3
CpR3 = 2 094,18J/kg°C T1 = 90C T2 = 50°C
Qg = Qc
Anexo 12: Ecuaciones utilizadas en el rechequeo de los intercambiadores de calor,
condensadores y enfriadores
ECUACIONES
C´=Pt - DE
Δt = Ft * MLDT
64
Anexo 13: Información utilizada en el rechequeo de equipos
Anexo 13.1. Intercambiador E-203A (crudo y reflujo al tope de vacío)
DATOS
Tubos Coraza Crudo Reflujo Tope de Vacío
DI (m) 0,0225 DI (m) 0,79 mc (kg/h) 400 t/d 16 666,67 MRT
(kg/h)
400 t/d 520,42
1000 t/d 41 666,67 1000 t/d 1301,04
DE (m) 0,025 DE (m) 0,8 Cpc
(J/kg°C) 1776,5
CpRT (J/kg °C)
2257,2
BWG 17 L (m) 5,75 ρc (kg/m3) 950
ρRT (kg/m
3)
909
Nt 407 Deflectores 12 µc (kg/m*s) 0,0044 µRT
(kg/m*s) 0,0039
L (m) 6
t1 (°C) 40 T1 (°C) 146
n 2
t2 (°C) 43 T2 (°C) 86
Pt (m) 0,032
kc (W/m °C)
0,115 kRT (W/m
°C) 0,126
Atc (m2) 192
Arreglo Triangular
Anexo 13.2. Intercambiador E-203B (crudo y queroseno)
DATOS
Tubos Coraza Crudo Queroseno
DI (m) 0,0225 DI (m) 0,79 mc (kg/h) 400 t/d 16 666,67 Mq (kg/h)
400 t/d 1508,73
1000 t/d 41 666,67 1000 t/d
3771,81
DE (m) 0,025 DE (m) 0,8 Cpc (J/kg °C )
1797,4 Cpq (J/kg °C)
2 549,8
BWG 17 L (m) 5,75 ρc (kg/m3) 950 ρq
(kg/m3)
800
65
Nt 407 Deflectores 12 µc (kg/m*s) 0,0043 µq (kg/m*s)
0,00117
L (m) 6 t1 (°C) 43 T1 (°C) 158
n 2 t2 (°C) 53 T2 (°C) 80
Pt (m) 0,032 kc (W/m °C)
0,115 kq (W/m °C)
0,128
Atc (m2) 192
Arreglo Triangular
Anexo 13.3. Intercambiador E-203C (crudo y diésel)
DATOS
Tubos Coraza Crudo Diésel
DI (m) 0,0229 DI (m) 0,912 mc (kg/h)
400 t/d 16 666,67 Md (kg/h)
400 t/d 4073,53
1000 t/d 41 666,67 1000 t/d 10183,83
DE (m) 0,0254 DE (m) 0,924 Cpc (J/kg °C)
1881 Cpd (J/kg °C)
2403,5
BWG 18 L (m) 4,63 ρc (kg/m
3)
950 ρd (kg/m
3)
890
Nt 396 Deflectores 12 µc (kg/m*s)
0,00401 µd (kg/m*s)
0,00179
L (m) 4,9 t1 (°C) 53 T1 (°C) 150
n 8 t2 (°C) 75 T2 (°C) 80
Pt (m) 0,026 kd (W/m °C)
0,114 kd (W/m °C)
0,124
Atc (m2) 155
Arreglo Cuadrado
Anexo 13.4: Intercambiador E-203D (crudo y R3)
DATOS
Tubos Coraza Crudo R3
DI (m) 0,0225 DI (m) 0,79 mc (kg/h) 400 t/d 16 666,67 MR3 (kg/h)
400 t/d 616,17
1000 t/d
41666,67 1000 t/d 1540,43
DE (m) 0,025 DE (m) 0,8 Cpc (J/kg °C)
1922,8 CpR3 (J/kg °C)
2549,8
BWG 17 L (m) 5,75 ρc (kg/m
3)
950 ρR3 (kg/m
3)
909
Nt 407 Deflectores 12 µc (kg/m*s)
0,00395 µR3 (kg/m*s)
0,0037
L (m) 6 t1 (°C) 75 T1 (°C) 200
n 2 t2 (°C) 80 T2 (°C) 90
Pt (m) 0,032 kc (W/m °C)
0,117 kR3 (W/m °C)
0,11
Atc (m2) 192
Arreglo Triangular
66
Anexo 13.5: Intercambiador E-203 E (crudo y diésel)
DATOS
Tubos Coraza Crudo Diésel
DI (m) 0,0225 DI (m) 0,79 mc (kg/h)
400 t/d 16 666,67 Md (kg/h)
400 t/d 4073,53
1000 t/d 41 666,67 1000 t/d 10183,83
DE (m) 0,025 DE (m) 0,8 Cpc (J/kg °C)
1964,6 Cpd (J/kg °C)
2800,6
BWG 17 L (m) 5,75 ρc (kg/m
3)
950 ρd (kg/m
3)
890
Nt 407 Deflectores 12 µc (kg/m*s)
0,00393 µd (kg/m*s)
0,00179
L (m) 6 t1 (°C) 80 T1 (°C) 240
n 2 t2 (°C) 112 T2 (°C) 150
Pt (m) 0,032 kc (W/m °C)
0,110 kd (W/m °C)
0,115
Atc (m2) 192
Arreglo Triangular
Anexo 13.6: Intercambiador E-203F (crudo y asfalto)
DATOS
Tubos Coraza Crudo Asfalto
DI (m) 0,0166 DI (m) 0,576 mc (kg/h)
400 t/d 16 666,67 Masf (kg/h)
400 t/d 8332,9
1000 t/d 41 666,67 1000 t/d 20832,28
DE (m) 0,0191 DE (m) 0,588 Cpc (J/kg °C)
2090 Cpasf (J/kg °C)
2549,8
BWG 18 L (m) 4,69 ρc (kg/m
3)
950 ρasf (kg/m
3)
1000
Nt 351 Deflectores 38 µc (kg/m*s)
0,00392 µasf (kg/m*s)
0,425
L (m) 4,88 t1 (°C) 112 T1 (°C) 250
n 4 t2 (°C) 158 T2 (°C) 175
Pt (m) 0,0238 kc (W/m °C)
0,112 kasf (W/m °C)
0,100
Atc (m2) 192
Arreglo Cuadrado
Anexo 13.7: Intercambiador E-203G (crudo y R2)
DATOS
Tubos Coraza Crudo R2
DI (m) 0,0225 DI (m) 0,79 mc (kg/h)
400 t/d 16 666,67 MR2 (kg/h)
400 t/d 1042,9
1000 t/d 41 666,67 1000 t/d 2529,07
67
DE (m) 0,025 DE (m) 0,8 Cpc (J/kg °C)
2278,1 CpR2 (J/kg °C)
2633,4
BWG 17 L (m) 5,75 ρc (kg/m
3)
950 ρR2 (kg/m
3)
975
Nt 407 Deflectores 12 µc (kg/m*s)
0,00391 µR2 (kg/m*s)
0,042
L (m) 6 t1 (°C) 158 T1 (°C) 270
n 2 t2 (°C) 171 T2 (°C) 80
Pt (m) 0,032 kc (W/m °C)
0,108 kR2 (W/m °C)
0,100
Atc (m2) 192
Arreglo Triangular
Anexo 13.8: Intercambiador E-203H (crudo y asfalto)
DATOS
Tubos Coraza Crudo Asfalto
DI (m) 0,0225 DI (m) 0,79 mc (kg/h)
400 t/d 16 666,67 Masf (kg/h)
400 t/d 8332,9
1000 t/d 41 666,67 1000 t/d 20832,28
DE (m) 0,025 DE (m) 0,8 Cpc (J/kg °C)
2319,9 Cpasf (J/kg °C)
2758,8
BWG 17 L (m) 5,75 ρc (kg/m3)
950 ρasf (kg/m
3)
1000
Nt 407 Deflectores 12 µc (kg/m*s)
0,0039 µasf (kg/m*s)
0,425
L (m) 6 t1 (°C) 171 T1 (°C) 310
n 2 t2 (°C) 206 T2 (°C) 250
Pt (m) 0,032 Kc (W/m°C)
0,108 Kasf (W/m°C)
0,096
Atc (m2) 192
Arreglo Triangular
Anexo 13.9: Condensador E-103A (vapores de nafta)
DATOS
Tubos Coraza Agua Nafta
DI (m) 0,018 DI (m) 0,59 ma (kg/h)
400 t/d 1139,8 Mn (kg/h)
400 t/d 695,0
1000 t/d 2849,5 1000 t/d 1737,50
DE (m) 0,02 DE (m) 0,6 Cpa (J/kg °C
)
4 180 Cpn (J/kg °C)
1713,8
BWG 9 L (m) 4,7 ρa (kg/m
3)
999 ρn (kg/m
3)
739
Nt 305 Deflectores 7 µa (kg/m*s)
0,00095 µn (kg/m*s)
0,00049
L (m) 4,88 t1 (°C) 30 T1 (°C) 100
n 2 t2 (°C) 40 T2 (°C) 80
Pt (m) 0,026 ka (W/m °C)
0,605 kn (W/m °C)
0,148
68
Atc (m2) 93,52
Arreglo Cuadrado
Anexo 13.10: Condensador E-103B (vapores de nafta)
DATOS
Tubos Coraza Agua Nafta
DI (m) 0,018 DI (m) 0,59 ma (kg/h) 400 t/d 1125,9 Mn (kg/h) 400 t/d 695,0
1000 t/d 2814,75 1000 t/d 1737,50
DE (m) 0,02 DE (m) 0,6 Cpa (J/kg °C )
4 180 Cpn (J/kg °C) 1692,9
BWG 9 L (m) 4,7 ρa (kg/m3) 999 ρn (kg/m
3) 739
Nt 305 Deflectores 7 µa (kg/m*s) 0,00095 µn (kg/m*s) 0,00049
L (m) 4,88 t1 (°C) 40 T1 (°C) 80
n 2 t2 (°C) 45 T2 (°C) 60
Pt (m) 0,026 ka (W/m °C) 0,605 kn (W/m °C) 0,150
Atc (m2) 93,52
Arreglo Cuadrado
Anexo 13.11: Condensador E-201A (tope de vacío)
DATOS
Tubos Coraza Agua D3
DI (m) 0,018 DI (m) 0,59 ma (kg/h) 400 t/d 524,6 MD3 (kg/h) 400 t/d
416,3
1000 t/d 1311,45 1000 t/d
1040,83
DE (m) 0,025 DE (m) 0,63 Cpa (J/kg °C )
4 180 CpD3 (J/kg °C) 1755,6
BWG 15 L (m) 5,72 ρa (kg/m3) 999 ρD3 (kg/m
3) 781
Nt 205 Deflectores 8 µa (kg/m*s) 0,00095 µD3 (kg/m*s) 0,00038
L (m) 6 t1 (°C) 25 T1 (°C) 100
n 2 t2 (°C) 45 T2 (°C) 40
Pt (m) 0,026 ka (W/m °C)
0,122 kD3 (W/m °C) 0,135
Atc (m2) 96,6
Arreglo Cuadrado
Anexo 13.12: Enfriador E-105 A (Agua y nafta)
DATOS
Tubos Coraza Agua Nafta
DI (m) 0,023 DI (m) 0,516 ma (kg/h) 400 t/d 148,0 Mnafta (kg/h) 400 t/d 691,5
1000 t/d 369,97 1000 t/d
1728,81
DE (m) 0,025 DE (m) 0,53 Cpa (J/kg°C ) 4 180 Cpn (J/kg °C)
2 236,3
BWG 18 L (m) 2,72 ρa (kg/m3) 999 ρn (kg/m
3) 741
69
Nt 136 Deflectores 8 µa (kg/m*s) 0,00095 µn (kg/m*s) 0,00047
L (m) 3 t1 (°C) 25 T1 (°C) 60
n 2 t2 (°C) 50 T2 (°C) 50
Pt (m) 0,032 ka (W / m °C) 0,605 kn (W / m °C)
0,152
Atc (m2) 32,04
Arreglo Cuadrado
Anexo 13.13: Enfriador E-105 B (agua y queroseno)
DATOS
Tubos Coraza Agua Queroseno
DI (m) 0,023 DI (m) 0,516 ma (kg/h) 400 t/d 2640 Mquero (kg/h)
400 t/d 1508,7
1000 t/d 6864,7 1000 t/d
3771,81
DE (m) 0,025 DE (m) 0,53 Cpa (J/kg °C )
4 180 Cpq (J/kg °C )
2090
BWG 18 L (m) 2,72 ρa (kg/m3) 999 ρq (kg/m
3) 779
Nt 136 Deflectores 8 µa (kg/m*s) 0,00095 µq (kg/m*s)
0,00115
L (m) 3 t1 (°C) 35 T1 (°C) 65
n 2 t2 (°C) 45 T2 (°C) 45
Pt (m) 0,032 ka (W / m °C)
0,605 kq (W / m °C)
0,134
Atc (m2) 32,04
Arreglo Cuadrado
Anexo 13.14: Enfriador E-105 (agua y diésel)
DATOS
Tubos Coraza Agua Diésel
DI (m) 0,023 DI (m) 0,516 ma (kg/h) 400 t/d 1542,9 Diésel (kg/h)
400 t/d 4073,5
1000 t/d 3857,13 1000 t/d 10183,83
DE (m) 0,025 DE (m) 0,53 Cpa (J/kg °C)
4 180 Cpd (J/kg °C)
2110,9
BWG 18 L (m) 2,72 ρa (kg/m3) 999 ρd (kg/m
3) 747
Nt 136 Deflectores 8 µa (kg/m*s)
0,00095 µd (kg/m*s)
0,00178
L (m) 3 t1 (°C) 25 T1 (°C) 80
n 2 t2 (°C) 35 T2 (°C) 65
Pt (m) 0,032 ka (W/m °C)
0,605 kd (W/m °C)
0,129
Atc (m2) 32,04
Arreglo Cuadrado
Anexo 13.15: Enfriador E-204 A (agua y asfalto)
DATOS
Tubos Coraza Agua Asfalto
DI (m) 0,023 DI (m) 0,516 ma (kg/h) 400 t/d 9991,2 Mas (kg/h) 400 t/d 8332
70
1000 t/d 24 977,90 1000 t/d 20 832,28
DE (m) 0,025 DE (m) 0,63 Cpa (J/kg °C)
4 180 Cpas (J/kg °C)
2278,1
BWG 18 L (m) 5,72 ρa (kg/m
3)
999 ρas (kg/m
3)
1000
Nt 204 Deflectores 16 µa (kg/m*s)
0,00095 µas (kg/m*s)
0,425
L (m) 6 t1 (°C) 25 T1 (°C) 175
n 2 t2 (°C) 50 T2 (°C) 120
Pt (m) 0,032 ka (W/m °C)
0,605 kas (W/m °C)
0,1055
Atc (m2) 96,132
Arreglo Cuadrado
Anexo 13.16: Enfriador E-204 E (agua y R3)
DATOS
Tubos Coraza Agua R3
DI (m) 0,023 DI (m) 0,516 ma (kg/h) 400 t/d 493,9 MR3 (kg/h) 400 t/d 616,17
1000 t/d 1234,81 1000 t/d 1540,43
DE (m) 0,025 DE (m) 0,8 Cpa (J/kg °C)
4180 CpR3 (J/kg °C)
2094,18
BWG 18 L (m) 5,75 ρa (kg/m
3)
999 ρR3 (kg/m3) 950
Nt 407 Deflectores 12 µa (kg/m*s)
0,00095 µR3 (kg/m*s)
0,0037
L (m) 6 t1 (°C) 25 T1 (°C) 90
n 2 t2 (°C) 50 T2 (°C) 50
Pt (m) 0,032 ka (W/m °C)
0,605 kR3 (W/m °C)
0,124
Atc (m2) 191,8
Arreglo Cuadrado
Anexo 13.17: Enfriador E-204 C (agua y R2)
DATOS
Tubos Coraza Agua R2
DI (m) 0,023 DI (m) 0,516 ma (kg/h) 400 t/d 372,3 MR2 (kg/h) 400 t/d 1011,3
1000 t/d 948,66 1000 t/d 2529,07
DE (m) 0,025 DE (m) 0,53 Cpa (J/kg °C)
4 180 CpR2 (J/kg °C)
1964,6
BWG 18 L (m) 2,72 ρa (kg/m
3)
999 ΡR2 (kg/m
3)
747
Nt 136 Deflectores 8 µa (kg/m*s)
0,00095 µR2 (kg/m*s)
0,0042
L (m) 3 t1 (°C) 25 T1 (°C) 80
n 2 t2 (°C) 50 T2 (°C) 60
71
Pt (m) 0,032 ka (W/m °C)
0,605 kR2 (W/m °C)
0,108
Atc (m2) 32,04
Arreglo Cuadrado
Anexo 13.18: Enfriador E-204 B (agua y RT)
DATOS
Tubos Coraza Agua RT
DI (m) 0,023 DI (m) 0,516 ma (kg/h) 400 t/d 276,6 MRT (kg/h)
400 t/d 520,4
1000 t/d 691,43 1000 t/d 1301,04
DE (m) 0,025 DE (m) 0,8 Cpa (J/kg °C)
4 180 CpRT (J/kg °C)
2135,98
BWG 18 L (m) 5,75 ρa (kg/m
3)
999 ρRT (kg/m
3)
887,2
Nt 204 Deflectores 12 µa (kg/m*s)
0,00095 µRT (kg/m*s)
0,0039
L (m) 6 t1 (°C) 25 T1 (°C) 86
n 2 t2 (°C) 50 T2 (°C) 60
Pt (m) 0,032 ka (W/m °C)
0,605 kRT (W/m °C)
0,129
Atc (m2) 96,132
Arreglo Cuadrado
Anexo 13.19: Consumo de combustible en el horno F-101
Datos
VCS
(Kcal/kg) 9756
Mc (t/d) Mc (t/d)
400 1000
16 666,67 41 666,66
kg/h
Entrada Salida
Tc (C ) 206 Tc (C ) 320
ρc (kg/L) 0,95 ρc (kg/L) 0,91
Hc (Kcal/kg) 133,42 Hl (Kcal/kg) 180,67
Hv
(Kcal/kg) 255,72
T.chimenea ( C ) 465 10 % de aire en exceso
Calor aprovechado(Kcal/kg) 7727,38
f( Tchim, % de aire en exceso)
eficiencia del quemador 0,95 ɳ 0,79
Mc 400 t/d = 16 666,67 kg/h / 0,95 kg/L Mc 1000 t/d = 41 666,67 kg/h / 0,95 kg/L
Mc 400t/d (L/h) Mc 1000t/d (L/h)
17 543,9 43 859,6
Rendimientos de los destilados %
Nafta 4,17
72
Anexo 13.20: Horno F-101 (destilación atmosférica)
DATOS
Tubos Temperaturas Horno Combustible (fuel)
Nt 128 Tg (R) 1661,67 Ancho (pie) 13,65 VCN (kcal/kg) 9 756
DE (plg) 2,5 Ts (°R) 1067,67 Altura (pie) 22,41 Mcomb 400t/d (kg/h) Mcomb 1000t/d (kg/h)
213,7 535,50
DI (plg) 2,185 Pgas (atm) 1 Longitud (pie) 19,03
L (pie) 20,87 At (pie2) 1980,47
Pt (plg) 3,2 η (%) 75
Tabla 13.21: Consumo de combustible en el horno F-102
Datos
VCS
(Kcal/kg) 9756
Mc 400t/d (t/d) Mc 1000t/d (t/d)
249,8 624,50
10 408,33 26 020,84
kg/h
Entrada Salida
Tc (C ) 280 Tc (C ) 380
ρc (kg/L) 0,89 ρc (kg/L) 0,75
Hc (Kcal/kg) 194,57 Hl (Kcal/kg) 258,50
Hv
(Kcal/kg) 294,64
T.chimenea ( C ) 410 10 % de aire en exceso
Queroseno 8,70 Diésel 24,08 Pérdidas 0,30 X=(N+Q+D+P)/C Y=1-X
X 0,376
Y 0,625
Qabs = Mc * ( Hsl * X + Hsv * Y - Hec ) Qabs 400t/d ( Kcal/h)
Qabs 1000t/d ( Kcal/h) 1 568 710,18 3 921 775,44
Qc = VCS * ef del quemador Qc (Kcal/Kg) 9268,2
ɳ = Qabs / (Qc * Mfuel ) Mfuel = Qabs / (Qc * ɳ ) Mfuel 400t/d ( Kg/h )
Mfuel 1000t/d ( Kg/h ) 213,7 535,5
73
Calor aprovechado(Kcal/kg) 8005,3488
f( Tchim, % de aire en exceso)
eficiencia del quemador 0,95 ɳ 0,82
Anexo 13.22: Horno F-102 (destilación al vacío)
DATOS
Tubos Temperaturas Horno Combustible (fuel)
Nt 84 Tg (R) 1661,67 Ancho (pie) 13,65 VCN (kcal/kg) 9 756
DE (plg) 2,5 Ts (°R) 1175,67 Altura (pie) 22,41 Mcomb 400t/d (kg/h) Mcomb 1000t/d (kg/h)
126,9 317,35
DI (plg) 2,185 Pgas (atm) 1 Longitud (pie) 19,03
L (pie) 19 At (pie2) 1942,23
Pt (plg 3,2 η (%) 75
Anexo 14: Ecuaciones utilizadas para el rechequeo de los hornos
ECUACIONES
(T. 19.1 p. 786, Kern)
Ar = At - Acp
(Puede utilizarse para las nuevas condiciones de trabajo)
Anexo 15: Balances de energía en los intercambiadores de calor con las modificaciones
propuestas
Equipo Datos Ecuaciones Resultados
Crudo:
74
E – 203 A T1 = 40°C R3: /h
J/kgoC t1 = 200 °C t2 = 50 °C
T2 = 48 oC
E – 203 B
Crudo:
T2 = 43 °C Queroseno: /h
J/kgoC
t1 = 158 °C t2 = 80 °C
T3 = 58oC
E –203 C
Crudo:
T3 = 58 °C Diésel:
J/kgoC t1 = 165 °C t2 =85 °C
T4 =84 oC
E –203 D
Crudo:
T4 = 84 °C Asfalto: /h
/kgoC t1 = 200 °C t2 = 165 °C
T5 = 105 oC
E – 203 E
Crudo:
T5 = 105 °C Diésel:
J/kgoC t1 = 240 °C t2 = 165 °C
T6 = 129oC
E – 203 F
Crudo:
T6 = 129 °C Asfalto:
J/kgoC
t1 = 260 °C t2 = 200°C
T7 = 165oC
Crudo:
75
E –203 G T7 = 165 °C R2:
J/kgoC t1 = 270 °C t2 = 80 °C
T8 = 178oC
E –203 H
Crudo:
Cpc = 2361J/kgoC T8 = 178 °C Asfalto:
J/kgoC
t1 = 310 °C t2 = 260 °C
T9 = 207 oC
Leyenda
mc : Masa de crudo Mn : Masa de nafta Mq: Masa de queroseno Md: Masa de diésel Mf: Masa de fuel oil. Mp: Masa de pérdidas Mdtorre atm: Masa de salida del diésel de la torre de destilación atmosférica Mntorre atm: Masa de salida de la nafta de la torre de destilación atmosférica ma: Masa de agua %n: Por ciento de nafta %q: Por ciento de queroseno %d: Por ciento de diésel %f: Por ciento de fuel oil %p: Por ciento de pérdidas Rn: Reflujo de nafta Rq: Reflujo de queroseno Rd: Reflujo de diésel t1: Temperatura de entrada del fluido frío t2: Temperatura de salida del fluido frío T1: Temperatura de entrada del fluido caliente T2: Temperatura de salida del fluido caliente Tg: Temperatura de los gases de combustión en el torna llamas. Ts: Temperatura de la superficie absorbente de calor Cpc: Calor específico del crudo CpRT: Calor específico del reflujo al tope Cpq: Calor específico del queroseno Cpd: Calor específico del diésel Cpasf: Calor específico del asfalto Cpn: Calor específico de la nafta
Kasf: Conductividad del asfalto Ka: Conductividad del agua DI: Diámetro interior DE: Diámetro exterior Nt: Número de tubos L: Longitud n: Número de pases por los tubos Pt: Distancia de centro a centro de los tubos Atc: Área de transferencia de calor Q: Flujo calórico MLDT: Media logarítmica de temperatura Ft: Factor de corrección MLDT at: Área de flujo total a´t: Área de flujo por tubo v: Velocidad de los fluidos Re: Número de Reynold Pr: Número de Prandlt Nu: Número de Nusselt ε: Coeficiente de convección hi, ho y hio: Coeficientes de transferencia de calor en general del fluido por el interior y exterior de los tubos. B: Espaciado de los deflectores C´: Sección libre entre tubos as: Superficie de transferencia de calor G: Masa velocidad del fluido De: Diámetro equivalente para transferencia de calor Uc: Coeficiente de transferencia de calor limpio UD: Coeficiente de transferencia de calor de diseño Rdcal: Factor de obstrucción calculado
76
Cpa: Calor específico del agua
c: Densidad del crudo
RT: Densidad del reflujo al tope
q: Densidad del queroseno
d: Densidad del diésel
n: Densidad de la nafta
asf: Densidad del asfalto
a: Densidad del agua µc: Viscosidad del crudo µRT: Viscosidad del reflujo al tope µq: Viscosidad del queroseno µd: Viscosidad del diésel µn: Viscosidad de la nafta µasf: Viscosidad del asfalto µa: Viscosidad del agua Kc: Conductividad del crudo KRT: Conductividad del reflujo al tope Kq: Conductividad del queroseno Kd: Conductividad del diésel Kn: Conductividad de la nafta
Rdreq: Factor de obstrucción requerido At: Área total de superficie del horno η: Eficiencia VCN: Valor calórico neto del combustible Mcomb: Masa del combustible Areal: Área real Qf: Calor liberado por el combustible
Q: Calor transferido a la superficie fría
: Factor de comparación con dos planos paralelos d0: Diámetro exterior de los tubos Ar: Superficie efectiva del refractario εgas: Efusividad del gas Ftot: Factor de intercambio total Acp: Superficie equivalente