Qui Qui Zap 14 01 PDF

 

UNIVERSID D N CION L DE PIUR FACULTAD

E

INGENIERÍA

ESCUELA PROFESIONAL

E

E

MINAS

INGENIERÍA QUÍMICA

PROYECTO DE INSTALACIÓN E UNA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO A PARTIR DEL ENDULZAMIENTO DE LOS GASES ÁCIDOS EN LA REFINERÍA E TALARA

PRESENTADO POR NELLY DEL PILAR QUINTANA ZAPATA ZAPATA JANET

DEL MILAGRO ZUÑIGA ZUÑIGA TRELLES

TESIS PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO QUÍMICO

PIURA-

PERÚ

2 14

 

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERi INGENIERiA A Q UiMICA

PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO A PARTIR DEL ENDULZAMIENTO DE LOS GASES ÁCIDOS EN LA REFINERIA DE TALARA

TESIS PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO QUÍMICO TESISTAS Bach. Nelly del Pilar Quintana Quinta na Zapata

Bach. Zuñlga Trelles

a ~ i l a g r o

ASESORES

lng. Msc Juan Cruz Cruz Gutierrez ASESOR

: : _

Ticona Olarte CO-ASESOR l ~ u i d o

 

UNIVERSID D N CION L DE PIUR FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA.

PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO A PARTIR DEL ENDULZAMIENTO DE LOS GASES ÁCIDOS EN LA REFINERIA DE TALARA

TESIS PARA OPTAR E L TITULO DE INGENIERO QUÍMICO JURADO CALIFICADOR

ING. BRUNO CHUNGA PURIZACA Presidenta del Juredo Calificador

NDEZ Secretari Secr etario o del Juredo Calificador

 

l J N f V E R S W ~ ~

\ n

N

C J O ~

L

DE PIUR

FACULTAD DE INGENiEtj 140000.00 E< 120000.00 ' 100000.00 ' 80000.00

= =

1\

·

\

'

J

·¡;¡ ....'

60000.00 40000.00 o.. 20000.00 E 0.00 - < > - ~ - . - < ; - - 4 < ..... 1998 2000 2002 2004

2006

\\ 2008

\

\

2010

2012

AÑOS 1.1: Importación de ácido Sulfúrico Fuente: Datos tomados del Cuadro 1 6.

Figura

2000

2010

6

 

900000.00 800000.00 00000.00 600000.00 500000.00 g 400000.00 300000.00 g_ 200000.00 100000.00 0.00 1998

=

'

...... .. 2000

2002

,. 2004

2006

AÑOS

2008

2010

2012

1.2: Exportación de Ácido Sulfúrico 2000 - 201 O Fuente: Datos tomados del Cuadro 1.6.

Figura

1400000

:g 1300000

'\

E-< 1200000

=1000000 100000

•O

E

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f

 

900000

8ooooo

700000

.....

ooooo

500000 400000 1998

2000

V

--.--

2002

2004

2006

2008

2010

'

2012

AÑOS

1.3.1.

Figura 1 3: Producción Nacional de ácido Sulfúrico Fuente: Datos tomados del Cuadro 1.6.

Demanda

2000 2010

del ácido sulfúrico

Para la estimación de la demanda futura se ha considerado que el gas de ácido ya purificado será utilizado en la obtención del ácido sulfúrico por el método de WSA (ACIDO SULFÚRICO DE GAS HUMEDO). La estimación realizada de la demanda del ácido sulfúrico se ha basado en los datos mostrados anteriormente. Demanda =Consumo Aparente=

Importacione Import aciones-:s-:- Exportaciones+Producción

C=l-E

P

7

 

Cuadro 1 7: Comportamiento del ácido Sulfúrico en el Mercado Nacional AÑO

EXPORTACIONES IMPORTACIONES PRODUCCIÓN CONSUMO T

T

T

T

2000

242330 54

26 25

594169 8

351865 51

2

1

263579 12

52 02

623294 7

359767 60

2002

120804 00

33 15

574477 5

453706 65

2003

128026 53

37 56

633441 9

505452 93

2004

106550 74

58 48

661288

554795 74

2005

147200 84

4646 90

638538 8

495984 86

2006

80762 00

6136 29

668620 8

593995 09

2007

507595 38

63187 46

1032934 9

588526 99

2008

792731 22

137603 58

1314870 7

659743 06

2009

731064 78

50765 37

1107829 76

427530 36

2010

804222 83

36 13

1179581 56

375394 87

Fuente: Cuadro 1 6

800000 00

.

700000 00

----------a

E < 600000 00

= '

¡:J

500000 00

-------:IT-----

--\----

11 -----\-----

=

400000 00

  300000 00

+----1----------

L

o;:----

200000 00 1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

2012

AÑOS Figura 1.4: Demanda de Ácido Sul Sulfí1 fí1rico rico 2000 20.10

Fuente: Datos tomados del Cuadro

7

S

 

a)

Dependiente, la cual es objeto de estimación.

b)

Independient Independiente, e, la cual explica explic a el comportamien compo rtamien to de la primera.

Pasos: •

Se determina la función matemática que representa en forma adecuada la relación entre variables.

•

Aplicación del método de mínin1os cuadrados .

Planteando una ecuación en donde asumimos que las ventas están en función del consumo. Po r el el método de mínimos cuadrados se tiene: tiene: Modelo: Lineal

Y = a

Ecuaciones Normales:L; Yi

Ec. 1.5)

b i bL

= na

Ec. 1.6)

i

Ec. 1.7)

Reemplazando en las Ec. l.6)

y

[5]

1.7) se tiene: 5366763.66 =11a+55b 28045972.81 = 55a+385b

Resolviendo el Sistema de Ecuaciones Ecuaciones de p rimer grado con dos variables, se tiene: tiene: a =432789.6732 = 432790 b= 11019.5864= 11020 11020

Suplantando valores en la Ecuación lineal Ec. 1.5) se tiene: Y= 432790+ 11 020X

11

 

.

700000.00 600000.00

:? 500000.00 ~ 40000b oo

..

--------..-.. .-

= ~ ~ ~ = : : ~ ~ =

t = = t

•

v_1_1_o2_o_x

-

_43_2_79_o_ :._--:;:---

300000.00 200000.00

.

...--------

- - - - r - - - - r - - - - r - - . . . , . - - ~ r - - - .

o

2

4

6

8

10

12

X

Figura 1 5: Estimación de Capacidad de Planta de ácido Sulfúrico

Fuente: Cuadro 1.9.

1.3.4. 1.3 .4. Estim Estimación ación de la demanda futura La aplicación de la Ecuación lineal de

2010 2020 la

432790

Y = 11 2 X

Cuadro

Demanda Futura de

1.10: AÑO 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

:\cido Sulfúrico

CONSUMOTM

11

554010 565030 576050 587070 598090 609110 620130 631150 642170 653190

13

14 15

16

17 18 9

de

Cuadro

2011 2020

X

12

Fuente: Adaptado

recta

20 1.9.

12

 

660000 640000 :;E E<

::

620000 t

5 00000

=' 580000

u

~

1 1

-

r ¡;;¡¡

560000 540000 ----:-r--.,----,---,-----,----. 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022

AÑOS Figura 1 6: Estimación de

l

demanda futura de ácido Sulrílrico

2011 2020

Fuente: Cuadro 1 1 O

1.3.5. 1.3 .5. Estim Estimació aciónn de la La estimación de

demanda per cápita

demanda per cápita es un indicador claro del poder

la

adquisitivo por parte de la población hacia nuestro producto. Estimación de la

demanda per cápita

del ácido sulfúrico

hasta el año

2020:

Conn los Co los da datos tos obtenidos de la estimación de llaa demanda del áci ácido do sulf sulfúr úric icoo por mínimos cuadrados podemos hallar la estimación futura de

la

demanda per cápita:

13

 

 

'

Cuadro 1 11: Estimación de la demanda AÑO

CONSUMO T

per

cápita

POBLACIÓN

CONSUMO

hab

PERCAPITA Kg/hab) PERCAPITA

2000

351865.51 351865. 51

25983588

13.54

2001

359767.60

26366533

13.64

2002

453706.65

26739379

16. 16.97 97

2003

505452.93

27103457

18.65

2004

554795.74

27460073

20.20

2005

495984.86

27810538

17.8 17.833

2006

593995.09

28151443

21.10

2007

588526.99

28481901 28481901

20.66

2008

659743.06

28807034

22.90

2009

427530.36

29132013

14.68

2010

375394.87

29461933

12.74

2011

554010.00

29797694

18.59

2012

565030.00

30135875

18.7 18.755

2013 2014 2015

576050.00 587070.00

30475144 30814175

18.90 19.0 19.055

598090.00

31151643

19.20

2016 2017 2018 2019

609110.00

31488625

19.34

620130.00

31826018

19.49

631150.00

32162184

19.62

642170.00

32495510

19.76

2020

653190.00

32824358

19.90

Fuente Cuadro

l

7

Instituto Nacional de Estadística e Informática JNE . (2009). PERÚ: Estimaciones y Proyecciones de Población Total. por sexo y años calendario. 1950-2050. Hipótesis Media. [Boletín de Análisis Demográfico N°36]. PERÚ: Estimaciones y Proyecciones e Población /950 2050 (p.34). Lima: Autor. Auto r. Recuperado Recuperad o el29 de Noviembre del2 1l de http://www.inei.gob.re/

4

 

24.00 . :>

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22.00

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18.00

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LV....

16.00

5 4.oo

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t

=a 12.00

~

o

u

10.00

2003

2003

1998

2008

2013

2018

2023

AÑOS Figu

~ 1 - r : - - ? : E S H I T . a c i ó ñ

i C h i d e m . á i 1

1 3 ~ J ) C í :

cá ilta···ae··aC1dO--S ilta···ae··aC1dO--S iiTtlú íC0-2 i:H1tr=·-

2020

Fuente: Cuadro 1.11.

1.4.

L

C

P

CID

D ESTIM

D

DE L

PL

NT

La capacidad de Planta será tomada en función a el

la

materia prima disponible para

proceso; como se puede apreciar en el Cuadro 1.11, para el año 2020 habrá una demanda

o consumo de ácido sulfúrico de aproximadamente 653190 TMA. Para

la

determinación de la Capacidad de Planta se tomará en cuenta el dato

proporcionado por PETROPERÚ de 560 TMD es decir 204400 TMA lo que equivale 31.29% de

la

al

demanda estimada para el 2020.

15

 

1. 1.5. 5. ANÁLISIS Cuadro

EST ESTIMAC IMACIÓN IÓN FUTURA DEL PRECIO DE VENTA

1.12: Precio del Ácido Sulfúrico 2000

AÑO

CONSUMO

TM

2010

CIF(US CIF(U S )

PRECIO PRECI O (US /T /TM) M)

2000

351865.51

59649. 59649.12 12

0.17

2001

359767.60

99136.13

0.28

2002

453706.65

37495.37

0.08

2003

505452.93

46707.45

0.09

2004

554795.74

57768.79

0.10

2005

495984.86

402780.32

0 81

2006

593995.09

533018.04

0.90

2007

588526.99

8177589.29

13.90

2008

659743.06

23554396.90

35.70

2009

427530.36

6518764.87

15.25 15.25

2010

375394.87

51582.42

0.14

Fuente: Cuadro 1.7.

Superintendencia Nacional de Aduanas de Administración Tributaria SUNAT. (201'1). Tratamiento Arancelario por Subpartida Nacional. Perú: Autor. Recuperado el 28 de Noviembre de 2011 dehttp://www.aduanet.gob.pe/itarancel/aranceiSOI Alias

SuperirÍtendenc Superir Ítendencia ia Nacional de Aduanas de Administración Tributaria SUNAT. (2011). (2011). lmportación Exportación del Ácido Sulfúrico por acumulado anual subpartida nacional país.

Perú: Autor. Recuperado el 28 de Noviembre de 2011 de http:/ www .aduanet.gob.pe/cl-ad-itestad .aduanet.gob.pe/cl-ad-ites tad ispartida/resumen PPaisSO 1A1 as

o ¡:

10.00

1

1998

\

2003

2008

2013

AÑOS 1.8: Precio del ácido Sulfúrico 2000 Fuente: Cuadro 1.12.

Figura

2010

16

 

Cuadro 1.13: Estimación del Precio de Venta N

2 3

4

S 6 7

8 9 1

AÑO

X

2000

o

2001

]

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

2 3 4 5 6 7 8 9

PRECIO (US /TM) Y

x

o

0.17 0.28 0.08 0.09 0.10

16

0 81

25

0.90 13.90 35.70 15.25 15.25

36 49 64

4 9

81

X*Y 0.00 0.28 0.17 0.28 0.42 4.06 5.38 97.27 285.62 137.23

2010

TOTAL

100 385

0.14 67.42

10

55

Fuente: Cuadro 1.12.

1.37 532.06

Por el1nétodo de mínimos cuadrados se tiene: Modelo: Lineal

= a

b

Ecuaciones Normales:¿ Y¡

Ec. 1.5)

i

= na

b

x

Ec. 1.6)

Ec. 1.7)

[5]

Reemplazando en las Ec. 1.6) y 1.7) se tiene: 67 67.42 .42 =1la+55b 532.06 = 55a+385b Resolviendo

el

Sistema de Ecuaciones de primer grado con dos variables, se tiene: -2.7342

a

b= 1.7726 Reemplazando

valores en

los

la

Ecuación lineal Ec. 1.5) se tiene: Y= -2.7342 + 1.7726X

La aplicación de la Ecuación lineal Y= -2.7342+1.7726X

17

 

40.00 35.00

2 30.00 t

25.00 '

'

;;

20.00 15.00 10.00 5.00

:

0.00

o

4

2

•

•

v

·

= J

1 1 Z 6 x : : 2 J 8

•

10

3 ~ 12

X

Figura 1.9: Ecuación para

2011-2020

Fuente:Cuadro 1.13

la

estimación del Precio deloícido Sulf n·ico

Cuadro 1.14: Estimación Fntnr a del Precio de Venta 2011 2020

AÑO

X

PRECIO US /TM

2011

11

16.76

2012

12

18.54

2013

13

20.31

2014

14

22.08

2015

15

23.85

2016

16

25.63

2017

17

27.40

2018

18

29.17

2019

19

30.95

2020

20

32.72

uente: Cuad10

11

18

 

 

30.00

¡

25.00

.,

= 20.00

- - - - - - - - - - - . , . , . ,. . , -

-

-

-

-

-

-

-

-

.

+ - - - - :- : : ;. , 1 1

.

.

~

-

-

---- -

-

-

-

-

- - - - - - -- - - - - --

·c ;

1).,

15.00 10.00 - - - - - , - - - - , - - - , . - - - , - - - . , - - - - , 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 AÑOS

Fieur a 1.10: Estimación Estimación Futura del Precio de ácido Sulfúrico 2 0 l l 2020 Fuente: Cuadro 1.14.

Las tablas muestran que

el

mercado y precio del ácido sulfúrico en

el

Perú es muy

variabledebido mayormente a las ventas hacia Chile y cuyo destino final está directamente vinculado a la minería del cobre. El Perú se ha convertido en sostenidamente desde al

Perú en

el

el

el

principal origen del ácido importado para Chile

año 2007 (749 mil toneladas en

el

año 2010). Chile con respecto

2010 importó US 48,6 millones del químico (valor CIF). CIF). Mientras, en

el

2001 2001 fueron de US 4,6 millones. millone s. Según la ventajosa posición geográfica del Perú

al

nmie de Chile, le permitirá

mantener su competitividad para colocar allí gran parte de su excedente de ácido sulfúrico. [3]

9

 

16

NOMENCL NOMENCLATURA ATURA

C: C-Factor (Cs) basado en el área de la sección superficial de la torre (pies/s) Cxy: Parámetro de capacidad capacidad

HETP: Altura equivalente a un plato teórico (pies) HG

Altura

de una unidad de transferencia de fase gaseosa (m)

HL

Al t u ra

de una unidad de transferencia de fase líquida (m)

Hoc: Altura de una unidad de transferencia general en fase gaseosa (pies) HoG

Al t u ra

de una unidad de transferencia global del gas (pies)

NoG: Número de unidades globales de transferencia de gas

Nt: Número de etapas teóricas Part: Porcentaje del total pG: Densidad del gas PL: Densidad del líquido

u: velocidad superficial del gas (pies/s)

Var: Valor en Riesgo v : velocidad (pies/min) A= m

LM/GM)

Pendiente

de línea línea de equilibrio pendiente pendie nte de de línea de manejo

Zp: Altura total total empacada

20

 

1.7.. REFERENCI 1.7 REFERENCIA A BIBLIÓGRAF CA [1] [1] Po Porr demanda chilena creció exportación de ácido sulfúrico.(26 de enero de 2009) 2009).. EnLa Republica.pe, Economía.

Lima. Recuperado de http://www.larepublica.pe/26-01-2009/por

demanda-chilena-crecio-exportacion-de-acido-sulfurico [2]

n

202.7

creció llaa exportación ddee ácido sulfúrico el 2008. (26 de enero de 2009). En

Gestión.pe, el diario de Economía y Negocios del Perú.

Lima. Recuperado de

http 1 gestion. pe/noti e ia/23 ia/23 6 89 8/2 02 02 7 -crecio-crecio-ex ex por portacio tacion-ac n-ac ido-su] f ur urii e o-200 8 [3] lnfoMine. (03 de agosto de 2011 ). Aumenta Dependenci a ddee Acido Sulfúrico de Perú pa para ra Minería.

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[5] [5] Cooperación Técnica del BID-A TN/ME-71 TN/ME-7138-PE. 38-PE. (2000). Manual Formulación y Evaluación

e

Proyectos de Inversión.

p

r

la

(pp. 24-25, 52-53). Lima: Creer para

Crear.

2

 

CÁPITULO

: LOCALIZACIÓN DE PLANTA

En este capítulo se describe cada uno de los factores de mayor importancia en determinación del lugar más conveniente para ubicar Hay diferentes factores que van a influir debe tener mucho cuidado en

en

la

planta.

la localización final de

la

planta, se

elección del terreno tomando en cuenta principalmente los

mínimos factores de producción y distribución. Otros factores a considerar son expansión futura de

la

la

planta, las condiciones seguras de vida en

la

operación de

la

la

planta,

así como las comunidades cercanas. La localización de la planta puede tener proyecto.

un

efecto crucial

en la

rentabilidad del

La elección final del terreno para

la

planta se basa principalmente en

un

complejo

estudio en las ventajas y desventajas de varias aéreas geográficas y en última instancia en las aéreas reales disponibles. Se discuten a continuación los factores considerados para la elección del terreno [6]. 2 1 SUMINISTRO DE; MATERIA PRIMA

El suministro de materia prima es un factor importante para la selección de la localización de la planta. Se debe considerar la materia prima accesible y con alta pureza según los requerimientos del proceso, además de la reducción en

el

costo del transporte y

fuertes cargas en los grandes volúmenes de ácido sulfúrico consumidos en el proceso. Si

consideramos que

la

producción de gas ácido (materia prima para

el

proceso de

producción de ácido sulfúrico) está directamente proporcional a la cantidad de azufre contenido en el Diesel (D) y Gasolinas (G) de las Refinerías de Petróleo. Para este estudio se tomará como base de estudio las Refinerías estatales que están a cargo de PETROPERÚ, de las cuales tiene cuatro en operación (Refinería Talara, Refinería Conchán, Refiner Refinería ía quitos, Refinería el Milagro) y una en alquiler (Refinería Pucallpa) [7]. A continuación se muestran los Cuadros del

2 1 al

2.5, en los que se muestran las

Refinerías, propietario, inicio de operaciones, ubicación y su capacidad instalada.

22

 

2.1:: Refiner ía Talara Cuadro 2.1

REFINERÍA TALARA Propietario

PETROLEOS DEL PERU S .A Inicio de Oper aciones acio nes 1917 1917 Distrito de Pariñas, Talara-PlURA Ubicación CAPACIDAD INSTALADA Capacidad de Procesamiento BPD Unidad de Destilación Primaria Primar ia 62000 Unidad de Destilación al Vacío 24000 Unidad de Craqueo Catalítica FCC 16600 Unidad Merox 10000 Planta de Bases Lubricantes

1200 BLS 992000 2560000

Capacidad de Almacenamiento Crudo Productos Fuente: M1msten M1msteno o de Energm

Mmns. (20

. Refinenas. Atlas

Mmena

y Energw en el Peru Peru:

Autor. Recuperado el 12 de Enero de 2012 de http://www.minem.gob.pe/minem/nrchivoslfile/institucional/publicaciones/atlas/hidrocarburos/refineri

as pdf

Con el proyecto de modernización la UDP aumentara su producción

a 95000

BDP y nuevas unidades de proceso.

Cuadro 2.2: Refinería Conchán REFINERÍA CONCHÁN Propietario Inicio de Operaciones

PETROLEO S DEL PERU 1954 Km 26.5 26.5 de la Carretera Panamericana Panamerican a Sur, Distrito de Lurín Provincia de Lima-Lima

Ubicació Ubic ación n

CAPACIDAD INSTALADA Capacidad de Procesamiento Unidad de Destilación Primaria Unidad de Destilación al Vacío Unidades de Generación Eléctrica Capacidad de Almacenamiento Crudo

BPD 15500 10000 350kW de Potencia Nominal

BLS 260000

Productos 417000 Fuente. Mm1steno de Energm M mas. (20 11 ). Refinen as. Atlas lmena y Energw en el Peru Peru: Autor. Auto r. Recupera do el 12 de Enero de 2012 de http://www.minem.gob.pe/minem/archivos/file/instituciona http://www.minem.gob.pe/minem/archivos/file/in stituciona l/publicacioncs/atlas/hidrocarburos/refineri as pdf

23

 

Cuadro 2.3: Refinería Iquitos' REFINERÍA QUITOS Propi etar io Inicio de Operaciones Ubicación

PETROLEOS DEL PERU PETROLEO 15 DE Octubre de 1982 Margen Izquierda del Río Amazonas a 14 Km de la ciudad de ]quitos , Provincia de Maynas -Loreto

CAPACIDAD INSTALADA Capacidad de Procesamiento BPD Unidad Unida d de Destilación Destilació n Primaria 10500 105 00 Unidades Generación 2500kW de Potencia Nominal de Eléctrica

Capacidad de Almacenamiento Crudo Productos

BLS 217000 252000

Fuente: Mmtsteno de Energm y M mas. 2011 . Refinenas. Atlas Mmena Energw en el Peru Peru: Autor. Recuperado el 12 de Enero de 2012 de http://www.minem.gob.pe/minem/archivos/file/instilucional/publicaciones/atlas/hidrocarburos/refinerins.pdf

Cuadro 2.4: Refinería El Milagro REFINERÍA EL MILAGRO Propietario Inicio de Opera cion es Ubicación

PETROLEOS DEL PERU S.A 1996 1996 El Milagro, Provincia de Ucubamba-Amazonas CAPACIDAD INSTALADA

Capacidad de Procesamiento

BPD 1700

Unidad de Destilación Primaria Unidad de Generación Eléctrica Capacidad de Almacenamiento

Crudo Productos

330kW de Potencia Nominal BLS 5000 42500

Fuente: M1msteno de Energm y M mas. (2011 ). Refinenas. Atlas M m e n li nergw en el Peru Peru: Autor. Recuperado el 12 de Enero de 2012 de h t p / w•.vw. mi nem go b. pe/mine m/ are h vos/ í 1 /i nsti tu e on a1/pub li cae ion es/ es/at at 1 s/hidr s/hidrocarburos/ ocarburos/ e i neri as.pdf

24

 

2.5: Refinería Puc allpa Cuadro 2.5:

RgFJNERÍA PUCALLI'A PETROLEOS DEL PERU( Operada actualmente por The Maple Gas Corporation del Perú S.A 11 DE Setiembre 1996 Inicio de Operaciones Pucallpa , distrito de Callería ,Provincia Coronel Portillo Ubicación Departamento de Ucayali CAPACIDAD INSTALADA BPD Capacidad de Procesamiento Unidad de Destilación Primaria 3300 Unidad Merox 500 325kW de Potencia Nominal Unidades de Generación Eléctrica Propietario

Capacidad de Almacenamiento

BLS 134500

Crudo Productos Fuente: M1msteno de EnergJa y M1nas. (20 11). Refinenas. Atlas klm Autor. Recuperado el 12 de Enero de 2012 de ' Fuente:

79200 rw

Energta en

l

Peru Pcnt:

http://www.minem.gob.pe/minem/archivos/file/institucional/publicaciones/atlas/hidrocarburos/refinerias.pdf

2.1.1. Contenido de azufre en las refinerías

Cuadro 2.6: Contenido de Azufre en las Refinerías -Periodo 2008 - II

., .':

SUPERVISION . ~ 1

- . - ~ - - f - 1 ~ · -

-

·v

AZUFRE (pprn)

' l

_.

r

¡

'*'*··

,'] ""'llf

--

:1

1iQ •'1 ·. . ..

.

2711112008

1830

326

392

PAMPILLA- RELAPASA

1211212008

4960

658

962

586

52.S

PETROPERU-CONCHAN

16{12/2008

1850

162

198

24 3

137

PETROPERU-TALARA

251111 2008

2670

326

THE MAPLE GAS -PUCALLPA

04 12/2008

1440



Sulfuro de Carbonilo COS)

f

?

Disulfuro de Carbono CS2) CS2)

f

?

Sulfuros RSR)

---7

Disulfuros RSSR)

Donde R es una cadena carbonada). Todos estos compuestos del azufre se suman al H 2 S para totalizar el límite de S total permitido permi tido [ 19]. Es de destacar que la eliminación del azufre responde a las regulaciones gubernamentales sobre contaminación del aire, ya sea en forma de H 2S o por el dióxido de azufre S02) o el trióxido de azufre S03) que sson on los productos de combustión [18]. [18].

52

 

3.1.2. Composic Composición ión del gas de En

el

refinería

Cuadro N° 3.1, muestra una composición típica del gas de refinería. La

composición química real puede variar considerablemente debido a las diversas unidades de procesamiento que aportan gases. ·Cuadro

3.1: Composición Típica del CL

COMPONENTE

SE

HIDROCARBUROS

• GASES INERTES

GASES ÁCIDOS COMPUESTOS AZUFRE OTROS

Gas de Refinería

DE

Metano Etano Propano n-Butano Nitrógeno Helio Argón Hidrógeno Oxígeno Sulfuro de Hidrógeno Dióxido de carbono Mercaptanos Sulfuros Disulfuros Vapor de agua

FÓRMUL

CH4 C2H6

C1Hs

nC 4 

10

N2

He r

H2

02 H2S

co2 R-Sl-1

R-S-R R-S-S-R H20 v)

Fuente: Adaptado Adaptad o de Umvers1d Umvers1dad ad Autonoma Autono ma del del Carmen Fac. de Qu1m1ca. Optimización del Proceso de Endulzamiento del Gas Natural en las Plataformas Marinas de la Zona de Campeche (p.9). [Seminario de Jngeniería]. México: Autor. Recuperado el 12 de Abril de 2012 de http://html.rincondclvago.com/gas-natural endulzamicnto.html

De acuerdo a la combinación de múltiples impurezas presentes en la composición, esta se puede clasificar en: •

Gas húmedo (Wet gas): gas): Es aquel ggas as que contiene vapor vapo r de agua en su composición.

•

Gas seco (Dry gas): Es aq aquel uel gas que no contiene vapor de agua, o ssea ea gas seco sin

53

 

•

Gas inct1e Tnert gas): Es un gas químicamente inerte, resistente a reacciones químicas con otras sustancias.

•

Gas amargo

Sour Sou r gas): Es aquel gas que contiene cantidades significativas de

ácido sulfuídrico.

•

Es

Gas ácido Acid Ac id gas): aquel gas que contiene cantidades significativas de sulfuro de hidrógeno HzS), HzS), dióxido de carbono C02), o gases gases ácidos similares; y en presencia de agua forman ácidos, y un gas que posea estos contaminantes se conoce como gas ácido.

•

Gas dulce

Swcet gas): Es aquel gas que contiene cantidades muy pequeñas de

sulfuro de hidrógeno H 2S) y dióxido de carbono C02). [20] [21]. 313

Gases ácidos Al H2 S y al

Oz se les denomina gases ácidos, debido que en presencia del agua

forman ácidos. El sulfuro de hidrógeno, tiene la característica de tener un desagradable olor y ser muy tóxico. Cuando es separado del gas mediante el proceso de endulzamiento, es enviado a plantas recuperadoras de azufre. El dióxido de carbono es un gas incoloro e inodoro, a concentraciones bajas no es tóxico pero en concentraciones elevadas incrementa la frecuencia respiratoria y puede llegar a producir sofocación. Es soluble en agua y la solución resultante puede ser ácida como resultado de la fonnación fonnaci ón ·de ácido carbónico c arbónico

T-hCOJ) que es extremadamente

corrosivo a los materiales de acero al carbón. [23] Entre los problemas que pueden tener por la presencia de 1-hS y C02 en un gas se pueden mencionar: Toxicidad del H2S Corrosión por presencia de

l

28

y

En la combustión se puede formar

Oz 2

que es también altamente tóxico y corrosivo

Disminución del poder calorífico del gas Promoción de la formación de hidratos

54

 

Los compuestos sulfurados mercaptanos RSR), sulfuros de carbonita SCO) y disulfuro de carbono CS 2) tienen olores bastante desagradables, además deben eliminarse antes de que que los los comp compuest uestos os se puedan usar [2 [21] 1] véase AnexoN°3 Anex oN°3 )

3.1.4. Aplicación del gas de refinería •

Se

utiliza como combustible en la misma destilería o como materia pnm

en

Refinerías Refine rías productoras de gas manufacturado. •

Es también importante importante fuente de materia prima para

la

industria industr ia petroquímica por

su

contenido de olefinas en especial etileno, butileno y para procesos de polimerización destinados a produc ir naftas. •

Asimismo de

él

se extrae gasolina, propano y butano, es decir que constituye una

fuente de extracción de gas licuado. l

gas de refinería que queda luego de ser sometido a los procesos mencionados

se denomina gas residual. Este tipo de gas presenta casi siempre

un

apreciable contenido de azufre,

obliga a someterlo a procesos de purificación como

la

lo

cual

I-lidrodesulfurización a fin de evitar

su alto pod er corrosivo [24]. [24].

3.1.5. Hidrodcsulfuración HDS) La HDS, es

un

proceso Físico-Química que se lleva a cabo en

petróleo, destinado a reducir

el

la

refinación del

porcentaje de azufre que es impureza contaminante) que que

se encuentra en las fracciones del petróleo, luego de diversos procesos, tales como desti ]ación ]ación fraccionada, destilación por presión reducida, reformado, refor mado, o desin desintegración tegración catalítica. Este azufre se encuentra combinado formando componentes químicos que, de ser encontrados en los combustibles del motor en corroería y

al

el

momento de la combustión, este se

mismo tiempo, al ser expulsados lo loss gases contaminarían

el

ambiente.

El nivel de hidrodesulfuración depende de varios factores entre ellos la naturaleza de

la

fracción frac ción de petróleo a tratar composición y tipos de compuestos de azufre presentes presentes), ),

de

la

selectividad y actividad actividad del tipo de catalizador utilizado concentración de siti sitios os

activos,

propie dades propiedades

del del

soporte,

etc.), etc.), de

las condiciones condic iones

de reacción

presión,

55

 

temperatura, relación hidrocarburo/hidrógeno, etc.) y del diseño de proceso. seí\alar que

el

Es

importante

H2S debe ser continuamente removido porque es un inhibidor de las

reacciones de HDS y envenena el catalizador. Reacciones químicas más importantes que ocurren

en

HDS:

Donde R: Cadena carbonada Para Tioles mercaptanos):

RSH+ Hz-->RH + I- 2St Para Sulfuros

R-S-R + 2H2--+2RI- + J-I2St 3151

Importancia de l Hidrodesulfuración La reducción de las Emisiones de dióxido de azufre resultantes del uso de esos

combustibles

en

vehículos motorizados, aeronaves, locomotoras de ferrocarril, barcos, o

las plantas de petróleo, hornos de combustión de energía residencial y otras formas de combustión de combustibles, como finalidad del proceso. Otra razón importante es que extremadamente bajas, son venenos de en

los

el

azufre, incluso en concentraciones

catalizadores de metal noble de platino y renio

las unidades de reformado catalítico que se utilizan posteriormente para actualizar las

corrientes de Nafta. Los procesos industriales incluyen instalaciones para captura y recuperación del azufre para su posterior utilización. [25] 3.2. PROCESO DE OBTENCIÓN DE OBTENCIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO A PARTIR DEL ENDULZAMIENTO DE GASES ÁCIDOS El Proceso de recuperación de azufre en forma de ácido sulfúrico se puede decir, en

general que consta de dos procesos: El Endulzamiento de los gases ácidos y

la

obtención de Ácido Sulfúrico. •

Endulzamiento del Gas: Consta de dos etapas Endulzamiento: Donde se remueve por algún mecanismo de contacto 2

del gas. Esto se realiza

en

el

H 2S y

una unidad de endulzamiento y de ella sale

el

el

gas

con un contenido de estos igual o por debajo de los contenidos aceptables. 56

 

Regeneración: En esta etapa

la

sustancia

que

removió los gases ácidos se somete a

un proceso de separación donde se le remueve los gases ácidos con el fin de poderla reciclar para una nueva etapa de endulzamiento. Los gases que se deben separar son el •

H S

Recuperación

y el C02.

del azufre proveniente del endulzamiento

Como el H S es 2

un

gas altamente tóxico y de difícil manejo, es preferible

convertirlo mediante el uso de la tecnología en un producto de uso 3.2.1.

Endulzamiento

en la

industria.

de Gases Ácidos

3.2.1.1. Tipos de procesos Se pueden agrupar en cinco categorías de acuerdo a demasiado sencillos hasta complejos dependiendo de

si

su

tipo y pueden ser desde

es necesario recuperar o no los

gases removidos y el material usado para eliminarlos. Estos procesos son: Absorción Química Quím ica Procesos con am amii nas y carbonat carbonatoo de potasio). La regeneración se hace con incremento de temperatura y decrecimiento de presión. Absorción Física. La regeneración

no

requiere calor.

Híbridos. Utiliza una mezcla de solventes químicos y físicos. aprovechar las ventajas de

los

El

objetivo es

absorbentes químicos en cuanto a capacidad para

remover los gases ácidos y de los absorbentes físicos en cuanto a bajos requerimientos de calor para la regeneración. Conversión Directa. El H2 S es convertido directamente a azufre. Absorción en Lecho Seco.

El

gas agrario se pone

en

contacto con un sólido que tiene

afinidad por los gases ácidos. Se conocen también como procesos de adsorción. 3.2.1.1.1. Procesos de absorción química Estos procesos se caracterizan porque el gas ácido se pone en contacto en contacto en contracorriente con una solución en

la

cual hay una sustancia que reacciona química y

físicamente absorción) con los gases ácidos

1 1 2S

y

columna conocida como Absorbed Absorbed ora Contactara) en superior y

el

C 2  . la

El contacto se realiza

cual la solución entra por

en la

una

parte

gas entra por la parte inferior. Las reacciones que se presentan entre

solución y los gases ácidos son reversibles y por tanto

la

solución

al

la

salir de la columna se

envía a regeneración. Los procesos con aminas son los más conocidos de esta categoría y luego los procesos con carbonato.

57

 

El punto clave en los-procesos de absorción qufmica es que la Absorbedora sea

operada a condiciones que fuercen la reacción entre los componentes ácidos del gas y el solvente bajas temperaturas y alta altass pre presiones), siones), y que el Regenerador sea operado a condiciones que fuercen la reacción para liberar liberar lo loss gases ácidos ácidos bajas presiones y altas temperaturas). [21] [26]. 3.2.1.1.1.1. Proceso con a minas El proceso con ami ami nas más antiguo y conocido conoci do es el el Monoetano Monoet anolami lamina na MEA). En general los procesos con aminas son los más usados por su buena capacidad de remoción, bajo costo y flexibilidad en el diseño y operación. Las alcanolaminas más usadas son: Monoetanolam ina

MEA), Dietanolamina

DEA), Trietanolamina

TEA),

Diglicolamina DGA), Diisopropanol amina DIPA) y Metildietanolamina MDEA). Los procesos con aminas son aplicables cuando los gases ácidos tienen baja presión parcial y se requieren bajas concentraciones del gas ácido en el gas de salida gas residual). Las reacciones reacci ones de algunas algun as ami nas son las siguientes: RNH 2 + 1 {zS

=;

RNH 4 S + calor

2RNH 2 + C 0 2   =; RNHC0 2- RN RNH H 3 

calor

RNH 2 + 1 hü + C 0 2   =; RNH 3 H C0 3

calor

Como se puede apreciar las tres reacciones anteriores se pueden dar un sentido o en otro. Cuando es de izquierda a derecha se tiene el proceso de endulzamiento y hay producción de calor, calor, o sea que la columna Absorbedora

Scrubbing) se calienta. calienta. Para

regenerar la amina se debe tener la reacción de derecha a izquierda o sea que la solución de amina que sale de la columna Absorbedora y se dirige a la columna Regeneradora Stripping) se le aplica calor para recuperar la ami na véase la Figura 3.1 ). Las aminas tienen en general afinidad por todos los compuestos sulfurados pero por unos más que por otros.

58

 

Sweet Gas

ACID G.:\3.

('J .JI\ID

DE

0

to :tl'IIJ.>-=R~~=

ont

2

· .=::,,¡;-¿,,,.,a.,n~«r

·

~ ~ ~

Gasto

ontactor

i

4

Rich

OEA

Contador

l1•

minn

Rl gt>nl rador df A mina

-

SISTEM

OE TR

 

·

·

T

MIENTO POR RE

·

~

CCION QUtMIC

 

igura 3.1: Procesos de Absorción Química - Am Amin ina: a: Fuente: Castro Peña, E A (4 de Julio de 2010). Endulzamiento de Gas Natural. [Figura]. Blog de Ingeniería Quimica. Recuperado el 02 de Noviembre de 2012 de http://ingeni eriaq ttimicaymas.blog ttimicaymas.blogspot.com/20 spot.com/20 10/07/endu 10/07/endu Iza miento-de-gas natural.html

3.2.1.1.1.2.

Procesos con carbonato

También conocidos como procesos de carbonato caliente porque usan soluciones de carbonato de potasio

al

proceso de regeneración

el KHC0 3

hacerlo con

KHC03

25

-35

y por tanto se

por peso y a temperaturas de unos 230°F. En

el

reacciona consigo mismo o con KHS, pero prefiere

va

acumulando

el

KHS,

lo

cual va quitando capacidad

de absorción. La mayoría de los procesos con carbonato caliente contienen

un

activador

actúa como catalizador para acelerar las reacciones de absorción y reducir así la

el

el

cual

tamaño de

Absorbedora y el Desorbedor (Regenerador); estos activadores son del tipo aminas

(normalmente DEA) o ácido bórico. 3.2.1.1.2. 3.2.1 .1.2.

Proc esos de abs orci ón físic físicaa

La absorción física depende de procesos son aplicables cuando

la

la

presión parcial del contaminante y estos

presión del gas es alta y hay cantidades apreciables de

contaminantes. Los solventes se regeneran con disminución de presión y aplicación baja o moderada de calor o uso de pequciias cantidades de gas de despojamiento.

En

estos

59

 

procesos

el

solvente absorbe

contaminante pero como gas en solución y sm que se

el

presenten reacciones químicas. Los procesos físicos tienen alta afinidad por los hidrocarburos pesados, su separación no es económicamente viable. Entre estos procesos está

321121

el

proceso selexol y

el

lavado con agua

Proceso Selexol

Trabaja a altas presiones mayores de 400 LPC (lb/plg

2

 ,

y usa como solvente

un

dimetil éter de polietilenglicol (DMPEG). La mayoría de las aplicaciones de este proceso han sido para gases ácidos con lchS en el

DMPEG es de

8 1

alto contenido de C 0 2 y bajo de H2 S. La solubilidad del

un

O veces la del C 0 2 , permitiendo

la

absorción preferencial del

H2S. Pero es un solvente más costoso que las aminas. Cuando se requieren contenidos de este contaminante en proceso se le agrega DlPA

al

proceso; con esta combinación baja

niveles exigidos y remueve hasta

321122

Proceso de lavado

un

85

on

el

el

gas de salida del

contenido de H 2S a los

del C 0 2 •

agua

Es un proceso de absorción fisica que presenta las siguientes ventajas: como hay reacciones químicas los problemas de corrosión son mínimos y regenera haciéndolo pasar por

un

separador para removerle

aplicación de calor o muy poca, es El

un

el

el

no

líquido usado se

gas absorbido, no se requiere

proceso bastante select selectivo. ivo.

proceso es efectivo a presiones altas, contenidos altos de gases ácidos y

relaciones de H 2 S/C02 altas. Algunas veces se recomienda combinar este proceso con

el

de

aminas para reducir costos. El proceso se muestra a continuación (Véase

la

Figura 3.2)

60

 

SISTEM

DE TR T MIENTO POR

BSORCION FISIC H,S

end

lltrlppiiiQ OM

~ ,._ . t .

,;~

\...._

......

.

·1

•• ••

····· t

COollwO

'

x c

h ~ g o r

5toet gas

. :·

·8.. 1:0,

Sorvent recovery

''

Figura 3.2: Proceso de Absorción Física Fuente: Castro Peña, E. A. (4 de Julio de 2010). Endulzamiento de Gas Natural. [Figura]. Blog de Ingeniería Química. Recuperado el 02 de Noviembre de 2012 de http://in http:/ /in gcn gcnieriaq ieriaq u m caymas.blogspot.com/20 1 10/07/end 0/07/end ulzamiento-de-gas-natural. htm 1

3.2.1.1.3.

Procesos

híbridos

Los procesos híbridos presentan un intento por aprovechar las ventajas de los procesos químicos, alta capacidad de absorción y por tanto de reducir los niveles de los contaminantes, especialmente H2 S, a valores bajos, y de los procesos físicos en lo relativo a bajos niveles de energía en los procesos de regeneración. Siendo el proceso híbrido más usado el Sulfinol. 3.2.1.1.3.1. 3.2.1.1 .3.1. Proc eso Sulfinol Sulfi nol En el proceso Sulfinol se usa un solvente físico, sulfolano (dióxido de tetrahidrotiofeno ), un solvente químico DIP A y agua. Una composición típica del solvente es 40-40-20 de sulfolano, DlPA, y agua respectivamente. La composición del solvente varía dependiendo de los requerimientos del proceso de endulzamiento especialmente con respecto a la remoción de COS, RSR y la presión de operación. Los efectos de la DlPA y el sulfolano para mejorar la eficiencia del proceso son diferentes. La DJPA tiende a ayuda en la reducción de la concentración de gases ácidos a niveles bajos, el factor dominante en la parte superior de la Absorbedora, y el sulfolano tiende a aumentar la capacidad global de remoción. El diagrama de flujo del proceso Sulfinol es muy similar al de los procesos químicos. (Véase la Figura 3.3).

61

 

Una de sus grandes desventajas es que es uh proceso comercial, y hay que pagar derechos para poderlo aplicar. SWt :ll:Wtd TtrCttd tt

our

~ f

E - 1