Maestría en Ingeniería Química · 2019
Análisis del comportamiento de la unidad U1000 de la GRB mediante su modelado con la herramienta ASPEN HYSYS® para evaluar la factibilidad de cargar aceite desmetalizado
En el presente trabajo de aplicación se desarrolló un modelo, por medio de la herramienta Aspen HYSYS®, de la unidad de desasfaltado con propano U1000 de la refinería de Ecopetrol S.A. en Barrancabermeja. En él se analizó el comportamiento de la producción y calidad del extracto, enfocados en su rendimiento y contenido de Carbón Conradson (CCR), simulando como corriente de carga DMO. El modelo inicialmente fue validado al comparar los registros históricos del proceso con los datos arrojados por la simulación con carga de Fondos de Vacío y Slurry. Las pruebas se realizaron con diferentes paquetes termodinámicos siendo el más apropiado la ecuación de estado Pen Robinson Stryjek Vera (PRSV). Luego se procedió a implementar el DMO como nueva corriente de carga al modelo, evaluando el comportamiento del extracto y las condiciones operacionales del proceso en la simulación. Esta valoración se hizo por medio de ensayos de evaluación, cada una con un tipo diferente de solvente de extracción y ajustando las variables independientes: relación solvente carga y la temperatura de cima de la torre de desasfaltado. Los mejores resultados se obtuvieron en la corrida que utilizó el solvente de extracción con una composición de 57% de propano, 24% de propileno, 10% de Butano más otros, con datos promedios de rendimiento en 49.64% y CCR en 1.58%w. Con un intervalo de confianza del modelo de un 95%, esta propuesta de aplicación concluye que la unidad de desasfaltado con propano U1000, bajo ciertos ajustes operacionales, puede cargar DMO y obtener un alto rendimiento de extracto y bajo contenido de Carbón Conradson en el mismo. * Trabajo de Aplicación Final. ** Facultad de Ingenierías Fisicoquímicas, Escuela de Ingeniería Química Maestría en Ingeniería Química, Director: Prof. Victor Gabriel Baldovino Medrano,
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Contenido
- Introducciónp. 20
- 1. Objetivosp. 23
- 1.1 Objetivo Generalp. 23
- 1.2 Objetivos Específicosp. 23
- 2. Marco Conceptualp. 24
- 2.1 Descripción Generalp. 24
- 2.2 Unidad CDU U150p. 25
- 2.3 Unidad U2500: Demexp. 26
- 2.4 Unidad U1000: desasfaltado con propanop. 27
- 2.4.1 Descripción General Del Proceso Dapp. 28
- 2.4.2Variables Influyentes En El Procesop. 29
- 2.4.2.1 Efecto De La Temperatura De Cima T1001p. 29
- 2.4.2.2 Efecto de la relación solvente/cargap. 30
- 2.4.2.3 Gradiente de temperatura en la torre T1001p. 30
- 3. Marco Teóricop. 30
- 3.1 Generalidades de la extracción líquido - líquidop. 30
- 3.1.1 Efecto de la temperaturap. 32
- 3.1.2 Naturaleza del disolvente de extracciónp. 33
- 3.2 Caracterización de los crudosp. 34
- 3.2.1 Curva real de destilación (TBP)p. 34
- 3.2.2 Pseudocomponentesp. 35
- 3.2.3 Gravedad específica y gravedad APIp. 35
- 3.3 Fundamentos para el modelado en Aspen HYSYS®p. 36
- 3.3.1 Entorno De Simulaciónp. 36
- 3.3.2 Clases De Corrientes En Aspen HYSYS®p. 37
- 3.3.3 Propiedades Termodinámicasp. 37
- 3.3.4 Elección Del Modelo Termodinámicop. 39
- 3.4 Información Estadísticap. 43
- 3.4.1 Hipótesis nula y alternativap. 43
- 3.4.2 Análisis De Varianzap. 45
- 3.4.3 Manejo de datos atípicosp. 49
- 3.5 Revisión del estado del artep. 50
- 4. Metodología para el desarrollo del modelop. 57
- 4.1 Adquisición de los datos del procesop. 58
- 4.1.1 Recolección De Datosp. 58
- 4.1.2 Selección De Datosp. 60
- 4.2 Desarrollo del modelo unidad U1000 en Aspen HYSYS®p. 61
- 4.2.1 Esquemático de la unidad U1000p. 61
- 4.2.2 Selección de los parámetrosp. 62
- 4.2.3 Implementación del paquete termodinámicop. 62
- 4.2.4 Implementación de los equiposp. 64
- 4.2.5 Caracterización e implementación de las corrientesp. 66
- 4.2.6 Validación del modelop. 68
- 4.3 Análisis de las variables del procesop. 69
- 4.4 Evaluación del modelo con DMOp. 70
- 4.4.1 Implementación De La Nueva Corrientep. 70
- 4.4.2 Comportamiento Del Modelo Cargando DMOp. 71
- 4.4.3 Balance Económicop. 72
- 5. Análisis de Resultadosp. 74
- 5.1 Desarrollo del modelo en Aspen HYSYS®p. 74
- 5.1.1 Análisis De Los Paquetes Termodinámicosp. 74
- 5.1.2 Validación Del Modelo con Fondos de vacíop. 79
- 5.1.3 Validación del modelo con Slurryp. 80
- 5.2 Análisis de las variables del procesop. 69
- 5.2.1 Comportamiento del rendimiento vs temperatura de cima T1001p. 81
- 5.2.2 Comportamiento del rendimiento vs relación solvente/cargap. 83
- 5.2.3 Comportamiento del contenido de CCR en el extractop. 85
- 5.3 Evaluación del modelo de la unidad U1000 con DMOp. 87
- 5.3.1 Resultados de los Ensayos De Evaluaciónp. 87
- 5.3.2 Análisis De Resultados De Las Simulaciones Con Dmop. 91
- 5.3.3 Comparación de los resultados desde el aspecto económicop. 93
- 5.3.4 Cálculo del balance económicop. 94
- 6. Conclusionesp. 95
- 7. Recomendacionesp. 96
- Referencias Bibliográficasp. 98
- Apéndicesp. 101
- Figura 1. Diagrama de flujo general refinería de Ecopetrol S.Ap. 25
- Figura 2. Proceso de extracción líquido-líquido unidad U1000p. 29
- Figura 3. Principales etapas del proceso de extracción líquidap. 31
- Figura 4. Diagrama de solubilidad líquido-líquido a presión constantep. 32
- Figura 5. Entornos de la herramienta Aspen HYSYSp. 36
- Figura 6. Árbol de decisión de modelos termodinámicosp. 41
- Figura 7. Diagrama de caja con los rangos intercuartílicosp. 50
- Figura 8. Etapas del proceso patentadop. 52
- Figura 9. Columna RDC con el detalle de internosp. 53
- Figura 10. Modelo torre RDC. (a) Modelo FANN, (b) Modelo KUOPp. 54
- Figura 11. Metodología para el desarrollo del modelop. 58
- Figura 12. Etapas y variables del proceso U1000p. 59
- Figura 13. Esquemático unidad U1000p. 61
- Figura 14. Sistema de Unidades (a), componentes (b) Paquete de Fluidos (c)p. 62
- Figura 15. Cambio de los paquetes termodinámicos en el modelop. 63
- Figura 16. Implementación de equipos al modelop. 65
- Figura 17. Implementación módulo “PETROLEUM FEEDER”p. 67
- Figura 18. Implementación de una corriente en la simulaciónp. 68
- Figura 19. Diagrama de flujo para la validación del modelop. 69
- Figura 20. Comportamiento de las variables del procesop. 70
- Figura 21. Simulación aplicando el modelo de actividad UNIQUACp. 76
- Figura 22. Comportamiento rendimiento vs relación S/Cp. 77
- Figura 23. Comportamiento rendimiento vs Temperatura de cima T1001p. 78
- Figura 24. Curva Temperatura -Fracción molar de los modelosp. 78
- Figura 25. Rendimiento vs Temperatura de cima T1001 con Fondos de vacíop. 81
- Figura 26. Curva de temperatura vs fracción molarp. 82
- Figura 27. Rendimiento vs Temperatura de cima T1001 con Slurryp. 83
- Figura 28. Rendimiento vs relación solvente/carga con fondos de vacío (a) y Slurry (b)p. 83
- Figura 29. Balance de masa para la extracción líquido-líquidop. 84
- Figura 30. Distribución del asfalteno en la alimentaciónp. 85
- Figura 31. CCR vs Relación solvente/carga con fondos de vacío (a) y Slurry (b)p. 86
- Figura 32. Comportamiento Rendimiento en el ensayo N°1p. 88
- Figura 33. Comportamiento Rendimiento vs relación S/C con solvente-2p. 89
- Figura 34. Comportamiento Rendimiento vs relación S/C con solvente-5p. 90
- Figura 35. Resumen de resultados de los ensayosp. 91
- Tabla 1 Análisis comunes realizados al petróleop. 34
- Tabla 2. Ecuaciones de Estado ofrecidas en Aspen HYSYS®p. 38
- Tabla 3. Algunos modelos de Actividad aplicados en Aspen Hysysp. 39
- Tabla 4. Paquetes termodinámicos aplicable a cada tipo de procesop. 42
- Tabla 5. Aplicabilidad de los coeficientes de actividadp. 43
- Tabla 6. Análisis estadístico con tabla ANOVAp. 48
- Tabla 7. Datos de laboratorio aplicados al modelop. 59
- Tabla 8. Puntos críticos de control para la simulaciónp. 60
- Tabla 9. Equipos unidad U1000 requeridos para la simulaciónp. 64
- Tabla 10. Composición del solvente para cada tipo de cargap. 67
- Tabla 11. Destilación simulada DMOp. 71
- Tabla 12. Diferentes tipos de solventes de la GRBp. 72
- Tabla 13. Tabla de ecuaciones de balance económico brutop. 73
- Tabla 14. Datos comparativos paquetes termodinámicosp. 76
- Tabla 15. Resumen de comparación media y desviación estándar con fondos de Vacíop. 80
- Tabla 16. Comparación de la media y desviación estándar con Slurryp. 80
- Tabla 17. Condiciones operacionales aplicados a los ensayos de evaluaciónp. 87
- Tabla 18. Resultado del ensayo de evaluación N°3p. 89
- Tabla 19. Resultado del ensayo de evaluación N°4p. 90
- Tabla 20. Parámetros operativos planteados para cargar DMOp. 93
- Tabla 21. Balance de utilidades Brutas U1000p. 94
- Apéndice A. Modelo completo U1000 para las simulacionesp. 101
- Apéndice B. Interfase EDR para I.C. en Aspen HYSYS®p. 102
- Apéndice C. Creando una corriente con “Oil Manager”p. 104
- Apéndice D. Creando una corriente con “Assay Management”p. 105
- Apéndice E. Tabla datos U1000 con fondos de vacío (sección)p. 106
- Apéndice F. Tabla de datos U1000 con Slurry (sección)p. 108
- Apéndice G. Ensayos de evaluación del modelo con DMOp. 110