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EXPERIENCIA DEL IMP EN
DESTILACIÓN PRIMARIA Y AL
VACÍO
Germán V. González Monroy
Julio 2012INSTITUTO MEXICANO DEL PETRÓLEO
Eje Central Lázaro Cárdenas Norte # 152 Col. San Bartolo Atepehuacan
Del. Gustavo A. Madero. Distrito Federal C.P. 07730
www.imp.mx
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Antecedentes
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Antecedentes
Asimismo, el IMP ha colaborado con PEMEX en la modernización de sus plantas, para lograr la producción de petrolíferos que satisfagan las crecientes exigencias del mercado nacional.
El IMP ha diseñado la mayoría de las unidades combinadas, plantas de destilación atmosférica y al vacío del SNR desde los años 70’s.
La capacidad de procesamiento de crudo y su calidad son parámetros clave que determinan la rentabilidad de una refinería.
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Antecedentes
IMP
La mayor capacidad deprocesamiento diseñadapor el IMP es:
•165 MBPD destilación de crudo
•90 MBPD destilación al vacío
Actualmente las tendencias a nivel
mundial están enfocadas a la
economía de escala con unidades de
hasta 300 MBPD de crudo
Deberá tenerse especial cuidado en los aspectos de
constructabilidad y transporte de equipos de gran tamaño,
que son parámetros clave que determinan la rentabilidad de una refinería en un esquema de procesamiento global cada
vez más integrado
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Evolución histórica del IMP en tecnologías de destilación combinada
2011
2005
2000
1995
1994
1980’s
1969-1974
Desarrollo de modelos
matemáticos y
simuladores para
Destilación Combinada
licencias e ingeniería
básica y de detalle
Licencias e ingenierías
básicas de 26
plantas de Destilación
Combinada
Atmosféricas y/o Vacío
Por Asignación
Modernización
de las plantas
del Tren
energético de la
Refinería de
Salamanca para
corte profundo
Mejoras a la tecnología de
Procesamiento de crudo
Introducción de empaques
estructurados
Uso intensivo de
simuladores comerciales de
proceso y de cambiadores
de calor (Invensys, Aspen,
hysys, HTRI, propios, etc)
Por concurso
Planta de
Destilación en
corte profundo
Cadereyta
(50% crudo Maya)
Desarrollo de
modelos de
mejora de
variables de
proceso en
redes de
intercambio y
Destilación,
tecnología tipo
pinch y total site
Por Asignación
Nueva Planta
U-10000 de
Crudo 100%
Maya, Minatitlán
Por Asignación
Planta Crudo
100% Maya en
corte profundo
Modernización
plantas BA y MF
Refinería Cd.
Madero
Tecnología de Proceso e Ingeniería
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Capacidades tecnológicas del IMP en procesamiento de crudos
Análisis y Caracterización
de Crudos
•Pruebas acreditadas internacional -mente para la caracterización y la especiación de cargas de Crudos y corrientes producto de destilación atmosférica y al vacío
Desarrollo de Productos Químicos
•Síntesis y
desarrollo de productos químicos ad hoc
para el proceso de crudos
Mexicanos
•Evaluación de
comportamiento y desempeño de productos
químicos (Plantas Micro,
Piloto e industrialmente)
Ingeniería de Proceso
•Metodologías de diseño de equipo de proceso, Hornos, Torres, sistemas hidráulicos, líneas “transfer” y corrientes de recirculación y control de proceso
•Metodologías para cálculo de BME de toda la planta.
•Aplicación de Metodologías para el diseño con ahorro de energía
•Modelos Rigurosos de Simulación de intercambio de calor, equipos individuales y redes
•Posible Asociación con tecnólogos extranjeros
Diseño de Equipos e Ingeniería de
Detalle
•Metodologías para el diseño mecánico estructural de equipo de proceso, cambiadores de calor y calentadores a fuego directo.
•Herramientas de ingeniería concurrente para el desarrollo de la ingeniería de detalle y planos 3D
•Metodologías certificadas ISO 9000 para realizar la IB extendida e Ing. de Detalle
Seguimiento y Mejora Continua
•Actualización continua de la tecnología para el proceso de crudos mexicanos.
•Desarrollo de metodologías y procesos para mejoramiento de crudos extra pesados.
•Metodologías de Auditorias energéticas de plantas de procesamiento de crudo
•Evaluación continua y optimización de operaciones
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Plantas de destilación atmosférica o primaria diseñadas por el IMP en el SNR
Planta Capacidad
BPSD
Tula, Hgo. I (Combinada) 160,000
Salamanca, Gto.(Combinada) 110,000
Tula, Hgo. II 165,000
Salina Cruz, Oax. II 165,000
Salamanca, Gto. (AA) (Actual) 55,000
Cadereyta, N.L.(Combinada) 120,000
Cadereyta, N.L. (Combinada) 155,000
Cd. Madero, Tamps. (Combinada) 137,000
Cd. Madero, Tamps. (BA) (Combinada) 40,000
Cd. Madero, Tamps. (MF)(Combinada) 13,000
Salamanca, Gto. (RCC) 50,000
Salamanca,Gto.(AS)(Combinada)Actual 90,000
Minatitlán, Ver. (Combinada) 150,000
La destilación atmosférica tiene el propósito de separar las fracciones de crudo sin afectar su estructura molecular
El objetivo del proceso es obtener cortes que posteriormente se procesarán en otras unidades corriente abajo: gas, nafta, turbosina, kerosina, diesel, gasóleos y crudo reducido, que se envían a tratamiento, ya sea para su posterior comercialización, o como carga a otro tipo de plantas
El principal motivo para mantener una planta atmosférica o de vacio independientes es suministrar la máxima flexibilidad
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Plantas de destilación al vacío diseñadas por el IMP en el SNR
La destilación al vacío tiene el propósito de recuperar material destilable limpio del residuo atmosférico que, por su alta temperatura de ebullición, sufriría descomposición térmica si se destilara a presión atmosférica.
Los productos obtenidos: gasóleo ligero de vacío y gasóleo pesado de vacío se utilizan como alimentación a plantas hidrotratadoras de gasóleos y/o de desintegración catalítica. El residuo de vacío resultante puede enviarse como carga a procesos de tecnologías de fondos de barril y/o para la preparación de combustóleo.
Planta CapacidadBPSD
Tula, Hgo. I (Combinada) 70,000
Salamanca, Gto.(Combinada) 44,500
Tula, Hgo. II 72,500
Salina Cruz, Oax. II 85,000
Salamanca, Gto. AI 30,000
Cadereyta, N.L. (Combinada) 56,500
Cadereyta, N.L. (Combinada) 74,400Cd. Madero, Tamps.100% Maya
(Combinada) 72,000
Cd. Madero,Tamps. (BA)(Combinada) 20,000
Cd. Madero,Tamps. (MF)(Combinada) 8,500
Salamanca, Gto. (AI) (Actual) 33,000
Salamanca, Gto. (AS) (Actual) 35,500
Minatitlán, Ver. 100%Maya (Comb.) 72,000
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Tecnología de destilación al vacío
Particularidades
• La recuperación adicional de gasóleos por corte profundo sobre losrendimientos tradicionales permite un mejor balance económico en elesquema de refinación por aumento de la carga a FCC.
• Para incrementar la velocidad de paso en las zonas calientes del calentador afuego directo, es necesario introducir una pequeña cantidad de vapor deagua para evitar la coquización y taponamiento de tuberías y equipo.
• Para mantener la presión total de operación en niveles razonables paracrudos pesados, es necesario introducir vapor de agotamiento en el fondo dela columna, con lo que se logra una disminución de la presión parcial de loshidrocarburos en toda la columna de vacío (destilación húmeda) que actúatambién como agotamiento del residuo en la parte inferior.
• Diseños de mínima caída de presión y máximo rendimiento de gasóleos.
• Sistemas de alto vacío con eyectores de tres etapas, este es un punto críticode la tecnología ya que normalmente son equipos paquete que se especificanpara el servicio y su diseño debe ser especialmente revisado y aprobado porel tecnólogo.
• Sección de lavado de alta eficiencia con empaque combinado tipo Grid en laparte inferior y estructurado en la parte superior, de baja caída de presión.
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Tecnología de destilación al vacío
Mejoras Tecnológicas
•Uso de distribuidores de alimentación a las columnas, de alta tecnología tipo
cuerno, Schoepentoeter, etc.
•Uso de sección de agotamiento de residuo para extracción máxima de gasóleos en diseños de corte profundo hasta 565°C
•Reducción de caídas de presión por el uso de empaques estructurados.
•Uso de Sistemas de Alto Vacío para obtención de corte profundo.
•Uso de internos de alta tecnología para minimizar arrastre de contaminantes
en la etapa de lavado.
•Diseño de calentadores a fuego directo en el estado del arte para minimizarproblemas de coquización y reducción de tiempo de residencia de los
hidrocarburos, en combinación con diseños de líneas transfer con criterios de
última generación
•Inyección de químicos desarrollados ex profeso para reducir problemas de
ensuciamiento e incrustación en los circuitos de residuo.
•Diseños de alta funcionalidad para crudos mexicanos, con tiempos de corrida
mínimos de 3 a 4 años.
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Plantas de destilación combinada diseñadas por el IMP en el SNR
La tecnología de plantas combinadas de destilación de crudo, tiene como propósito separar crudo en sus fracciones, se denomina combinada debido a que las dos unidades que la componen, tanto la atmosférica como la de vacío se encuentran integradas térmicamente.
Se utiliza para reducir costos de operación mediante la integración térmica de la destilación atmosférica y la de vacío, lo que permite el ahorro sustantivo de combustibles, vapor y agua de enfriamiento, mediante la aplicación de las metodologías del estado del arte en ahorro de energía, y definición de la topología óptima del proceso, para garantizar la obtención de productos con los mejores rendimientos en especificación.
Refinería CapacidadesBPD
“Ing. Antonio M. Amor ” Salamanca, Gto.
110,000(AS)55,000 (AI) 93,000 (AS)
“Miguel Hidalgo” Tula, Hgo.
160,000
“Ing. Hector Lara Sosa ” Cadereyta N.L.
120,000155,000
“Lazaro Cárdenas Del Rio” Minatitlán, Ver.
66,00087,000
150,000
“Francisco I. Madero” Cd.Madero, Tamps.
13,000 (MF)137,000 (Maya)
“Luana” , Jamaica 80,000
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Parámetro(1) Índice
Potencia, kW-h/bbl 0.63 – 0.80
Vapor de Media Presión, lb/bbl 20 – 41
Vapor de Baja Presión, lb/bbl 5 – 13
Gas Combustible, MBTU/bbl 50 – 110
Agua de Enfriamiento, Gal / bbl 60 – 261
Agua Desaereada, lb/bbl 2.0 – 6.0
Inversión USD / bpd 818 -1,620
(1) El rango de crudos considerados es de 27 °API a 22 ° API
Índices de consumo de servicios
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Adaptación de la tecnología de procesamiento de crudos IMP de acuerdo a lascaracterísticas del crudo disponible en México (actualmente se tienen crudospesados con mayor contenido de contaminantes). Los diseños IMP toman en cuentaestas características haciendo una cuidadosa selección de materiales y considerandofactores económicos ligados al costo de la energía.
La disponibilidad de crudo Maya de 22°API incrementó la necesidad deprocesamiento de mezclas con crudos pesados (Unidades de destilación de Crudo deTula y Salina Cruz, 1980’s) cuya base de diseño fue mantener alta flexibilidadoperativa para procesar cualquier mezcla desde 100% Istmo hasta 50% Istmo/50%Maya, con trenes de intercambio de alta recuperación de calor e incluyendoprecalentamiento de aire en los calentadores a fuego directo.
El decaimiento de producción de crudos ligeros y la mayor disponibilidad de crudos pesados enMéxico, forzaron el diseño de las unidades 100% Maya de 137,000 BPD de la refinería de CdMadero, y 150,000BPD de la refinería de Minatitlán en la cual por primera vez se han incorporadotrenes de intercambio de última generación para alta recuperación energética, calentadores afuego directo con precalentamiento de aire, desalado de alta eficiencia tipo bieléctrico, usointensivo de empaques estructurados, distribuidores de alimentación de alta tecnología,
agotamiento de residuos y uso de alto vacío para obtención de corte profundo.
Fortalezas
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Fortalezas
En nuestros últimos diseños se ha incluido la tecnología de diseño de calentadoresde crudo y crudo reducido en el estado del arte con “flux” balanceado y coninyección de vapor de agua para incrementar la velocidad, reducir el tiempo deresidencia y evitar la coquización en las zonas de alta temperatura.
El diseño IMP pone una especial atención en los criterios de operación,principalmente en lo referente a la sección de vacío, en particular en el circuito decalentador, línea de transfer, zona flash y sección de lavado, para poder manejaren forma estable las condiciones de operación requeridas en el proceso. Todo elloaunado al mantenimiento de un nivel de presión de vacío del orden de 10 mmHg omenor.
Para la columna de vacío se han incluido amplias secciones de lavado con “grids” yempaques de áreas abiertas para mínima caída de presión con un criterio demojado de 0.2 a 0.5 gpm/ft2, mediante distribuidores de espreas de alta eficiencia,para evitar coquización y taponamiento de empaques.
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Fortalezas
Los diseños cuentan con lo más moderno en tecnología de desalado para hacerfrente al creciente incremento en el contenido de sal derivado del decaimiento delos pozos y campos actualmente en explotación.
En la columna atmosférica y de vacío se han incluido distribuidores de alimentaciónde alta eficiencia, para favorecer la obtención del máximo rendimiento de gasóleosy evitar coquización y taponamiento de empaques simultáneamente.
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Análisis de crudos
•Se cuenta con laboratorios certificados internacionales en el área de análisis de crudos y sus fracciones.
•Las evaluaciones técnicas “ASSAY” son específicas para las necesidades de PEMEX, aplicando lo último en el estado del arte como la destilación simulada y otras técnicas cromatograficas.
Ingeniería
•El IMP ha desarrollado la Ingeniería Básica, Básica Extendida y de Detalle para el diseño y la modernización de la mayoría de plantas de destilación atmosférica, al vacío y combinadas del SNR.
•Experiencia en la solución de problemas operativos específicos y de ahorro de energía
Diseño de productos químicos
•Diseño de productos químicos ex profeso para su aplicación en el procesamiento de los crudos mexicanos, lo que permite una mejora operativa, estabilidad y mayor duración de materiales evitando corrosión, mejorando propiedades superficiales en los residuos y facilitando las operaciones de bombeo y manejo de residuos pesados.
Consultoría
Técnica
•30 años proporcionado ingeniería y asistencia técnica en la mayoría de las plantas de destilación de crudo de PEMEX Refinación.
•Participación por más de 10 años en las reuniones de expertos de plantas combinadas de Pemex con el propósito de apoyar en la solución de las problemáticas especificas que se han presentado en las plantas del SNR.
Experiencia
•El IMP cuenta con las capacidades para presentar una alternativa tecnológica para el diseño de plantas nuevas de destilación combinada o la modernización de las plantas existentes, que sea técnica y económicamente competitiva a nivel internacional.
Socios Tecnológicos
•El IMP tiene alianzas con tecnólogos reconocidos mundialmente para ofrecer el estado del arte en el diseño de este tipo de plantas, principalmente en aspectos específicos de corte profundo, con el pago de las licencias y regalías correspondientes al tecnólogo.
Fortalezas
2323
700
1200
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% volumen liquido destilado
600
500
400
300
200
100
0
800
900
1000
1100
ASTM D2892 (TBP)
ASTM D5236
Métodos de Caracterización de crudo
►Vaporizador
Flash Cont.
► Evaporador
de Película
►Destilación
Simulada de
Alta Temp.
Tem
pera
tura
°F
Destilación de
columna rotatoria
(spinning band)
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Un enfoque óptimo para la ejecución de los proyectos
8 – 10 meses
Ingeniería básica y detalle
PEMEX e IMP
Preparación y licitación
del PCPC
4 meses 10 – 16 meses
Tiempo total de Ejecución: 22-30 meses
Certidumbre en Estimado de Inversión: < 5%
2–4meses 20 – 24 meses
Tiempo total de Ejecución: 29-36 meses
Certidumbre en Estimado de Inversión: 30 al 40%
Licitación de LIB
(PEMEX)
Ingeniería básica y licencias
Preparación y licitación
del IPCIPC
3–4meses 4meses
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Tiempo de
Ejecución
Calidad Costo
•Mejor enlace IB/E•Mayor control del trabajo de Contratistas
•30 vs. 36 meses•Minimización de inconformidades
•Menor Costo de LIBE•Mayor certidumbre en el estimado de Inversión (5 vs30%)
Ventajas para PEMEX al otorgar al IMPtrabajos de ingeniería vs esquemas tradicionales
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El proceso IMP de Destilación de Crudo opera a las mismas condiciones de presión y temperatura que
cualquier otro proceso comercial
Torre Atmosférica Torre de Vacío
T°C P kg/cm2
abs.
T°C P mmHg abs.
Domo 148 2.1 226 10
Zona Flash 375 2.8 399 20.6
Fondo 364 2.8 360 31.1
Condiciones en
atmosférica y vacío
• La tecnología ha sido demostrada ampliamente en 12 diseños aplicados exitosamente, 3 de ellos con corte profundo (Recientemente arrancó la última planta de corte profundo en Minatitlán, Ver. ).
•Desde su origen, se ha contemplado la optimización de la integración energética de la planta, dado la alta intensidad energética de la misma. A partir de 1994, el IMP dispone de las mejores herramientas del mercado de software internacional para la síntesis de redes de intercambio térmico, mismas que se actualizan año con año
• Este tipo de herramientas también se han aplicado para el análisis energético de las refinerías del SNR (excepto Salina Cruz), lamentablemente no se han aplicado la mayoría de las recomendaciones de estos análisis
• Puede manejar cargas de crudos pesados mexicanos con alto contenido de contaminantes como S, N, Metales, asfaltenos, etc.
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Presenta ventajas importantes sobre otras tecnologías convencionales
Las ventajas principales de la tecnología IMP con respecto a procesos comerciales son:
Sin costo de licencia y regalías.
Amplia experiencia en diseños para PEMEX y refinerías en el extranjero para capacidades hasta de 170,000 BPD.
Diseño de proceso y equipos “Ad Hoc” para crudos mexicanos.
Amplia experiencia y fortaleza en diseño de redes de intercambio de calor con tecnología pinch
Aplicación de la tecnología pinch a otros conceptos como redes de agua, enfoque tipo “Total site” redes de destilación con aplicación de software propio y comercial.
Diseño de calentadores a fuego directo en el estado del arte para aplicación en la tecnología de corte profundo con fluxes de calor balanceados y geometría que facilita la operación y confiabilidad a altos tiempos de corrida, con salida de crudo en la parte superior del calentador sin alcanzar temperaturas de pared elevadas, inyección de vapor en los serpentines para evitar coquización en zonas de alta temperatura.
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Presenta ventajas importantes sobre otras tecnologías convencionales
Las ventajas principales de la tecnología IMP, cont.
Líneas transfer optimizadas en base a las experiencias de proyectos previos, lecciones aprendidas.
Soporte tecnológico en el área de análisis y ensayos de crudos y sus productos para la aplicación en cualquier concepto de la tecnología, en laboratorios propios.
Desarrollos propios únicos, aplicados ex profeso en el procesamiento de crudos pesados como inhibidores de corrosión, aditivos para reducir la tensión superficial, desemulsificantes, etc.
Diseño de columnas de vacío de alta confiabilidad con secciones de lavado en el estado del arte con flujos de 0.2 a 0.5 gpm/ft2 y distribuidores e internos comerciales de alta tecnología.
La tecnología IMP, en función de sus características, se mejora continuamente retroalimentándose de información de plantas en operación
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Todos los componentes de la tecnología IMP han sido aplicados a escala industrial
• Elementos clave de la tecnología:
• Operación a altas temperaturas (400-415°C)sin formación excesiva de coque
• Altos tiempos de corrida con confiabilidad en la operación
• Uso de vapor de velocidad en las zonas calientes para minimizar la formación de coque.
• Selección y uso de camas de lavado con baja caída de presión y geometría amplia para evitar depósitos de coque.
• Agotamiento de residuo de vacío para alcanzar objetivos de corte profundo.
Elementos Clave
•Enfriamiento de residuo de vacío a 360°C para evitar coquización excesiva. Incremento apreciable en el rendimiento de destilados, con una rentabilidad atractiva
•Obtención de productos libres de los principales contaminantes presentes en la carga: carbón, azufre, metales y asfaltenos, etc.
•Reducción de la corrosividad y tendencia a la formación de coque de crudo y residuos mediante el incremento en la velocidad con adición de vapor en zonas claves del proceso, uso de equipos de desalado de última generación y aplicación de aditivos diseñados ex profeso para los crudos mexicanos.
•Posibilidades de iniciar la Ingeniería Básica de Procesamiento de crudo pesado en cuanto sea requerido
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Tecnología de destillación de Crudo IMP
Paquete de
Vacío
Internos de baja
Caída de presión
Tren de intercambio
de crudos difíciles
Desalado y formulación
de químicos de protección
Diseño de Hornos
Para evitar coquización
Distribuidores de alimentación
tipo cuerno
Selección de metalurgia
Y eliminación de agua
Prevención de corrosión
E inyección de químicos
P
R
O
D
U
C
T
O
S
incondensables
HC ligeros
condensablesGOLV
GOPV
Inhibidor de precipitación
De asfáltenos
Línea transfer mejorada
Zona de lavado para evitar
Coquización y arrastre con
camas combinadas de grid
y empaque
Internos de baja
Caída de presión
Zona de agotamiento
de residuo
Selección de Metalurgia
De alta temperatura
CORTE PROFUNDO
Vapor
Vapor
Vapor
Gas
Combustible
Nafta a HDS
Paquete de alto vacío
Con sobrediseño
RESIDUO
CRUDO
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Rendimientos de fracciones
PRODUCTO Unidades BPD % vol. Liq.
Gas Amargo húmedo Mm3std/d 0 ---
Nafta amarga inestabilizada BPD 43,042 17.22
Turbosina BPD 24,592 9.84
Querosina BPD 7,500 3.0
Gasóleos Ligero Atmosférico BPD 26,166 10.47
Gasóleo Pesado Atmosférico BPD 18,691 7.48
Gasóleo Ligero de Vacío BPD 21,650 8.67
Gasóleo Pesado de Vacío BPD 31,150 12.46
Residuo de vacío BPD 77,125 30.86
Total de productos líquidos BPD 250,000 100
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(1) Los datos corresponden a un crudo de 22°API
Parámetro índice
Potencia 0.8 kW-h/bbl
Vapor de Media Presión 37 lb/bbl
Gas Combustible 60 MBTU/bbl
Agua de Enfriamiento 260 Gal/bbl
Agua Desaereada 2 lb/bbl
Inversión 1,620 USDbpd
Propiedad Intelectual: Esta tecnología es del
dominio público
Inversión Típica para una planta de 250,000 BPD 350-400 MMUSD
Consumo de servicios para una planta de 250,000 BPD
Características
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• La aplicación de la tecnología IMP de procesamiento de crudo es altamente competitiva con respecto a las tecnologías comerciales actuales
• La tecnología IMP con corte profundo ha sido aplicada a escala industrial, en dos instalaciones de PEMEX (próximamente 3) por lo que prácticamente no existe riesgo de aplicación.
• Estamos en posibilidad de iniciar la Ingeniería Básica de una unidad de procesamiento de crudo pesado, en cuanto sea requerido
• Presenta un comportamiento equivalente sobre las tecnologías actuales comerciales de procesamiento de crudos pesados con y sin corte profundo.
• Las tecnologías para el procesamiento de crudo tanto del IMP como de los principales tecnólogos son del dominio publico y únicamente se apoyan en el uso de equipos y/o accesorios patentados de uso comercial que garantizan la confiabilidad del proceso.
• El IMP dispone de las mejores herramientas del mercado de software internacional para la síntesis de redes de intercambio térmico, diseño del proceso y optimización del uso de agua
Punto
s I
mport
ante
sLa tecnología IMP es una opción atractiva para la
Planta de Destilación Combinada con corte profundo en la Refinería Bicentenario
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