DESASFALTADO POR EL PROPANO 1. IN INTR TROD ODUC UCCI CION ON La unidad de PDA está constituida por un proceso que tiene como alimentación el producto producto de fondo de la unidad de vacío I, el desasfaltado desasfaltado se realiza a contracorriente contracorriente en columnas de extracción liquido-liquido, segn el solvente empleado ! la calidad deseada en los productos se opera a condiciones de presión ! temperatura determinadas" #l producto que se o$tiene se denomina %DA&' ! a partir de este se fa$rica la $ase pase parafínica denominada $rig(t stoc)" 2. OBJETIVOS *etirar el asfalto ! me+orar la calidad del residuo, para su posterior utilización como lu$ricante" #l o$+etivo principal del proceso es la o$tención de aceites de ma!or viscosidad por medio medio de la separación separación de los compuestos compuestos asfalticos en en un proceso de extracción liquido-liquido con propano como solvente" 3. MARCO TEORICO 3.1 PROCESO DE DESASFAL D ESASFALT TATIZACION TIZACIO N La desasfaltatizacion desasfaltatizacion consiste en un tratamiento adicional que se le realiza a los productos que previamente pasaron por otros procesos" #l residuo es renado con solvente en la unidad de desasfaltado, donde se mescla con propano liquido para separar las resinas asfálticas ! otros componentes que per+udican per+udic an la calidad de los aceites" Luego tam$in se separa el propano del aceite ! del asfalto" Para ela$orar lu$ricantes se eliminan las paranas , este proceso se llama desparanado " .e realiza con solventes especiales a $a+as tempetraturas" Las parana de$en eliminarse para los aceites se mantengan /uidos cuando tra$a+an a mu! $a+as temperaturas" Por ultimo el acite acite se ltra ! refri+era , se recupera recupera el solvente disuelto en am$as fases0 aceite ! parana " una ves que esta li$re de compuestos aromáticos ! paranas, la $ase es enviado al (idroterminado catalítico catalíti co donde se pone en contacto el aceite con gas (idrogeno en presencia de un catalizador adecuado adecuado " este es el el aceite ultimo paso de la renacion renacion de los aceites $ases $ases , siendo el o$+etivo principal principal eliminar el azufre azufre , me+orar la esta$ilidad ! la resistencia a la oxidacion oxidacion 3.2 USOS #l crudo desasfaltado %DA&' se utiliza como materia prima para una unidad de craqueo catalítico
#l residuo asfaltico %fondo de alquitran' solamente puede usarse para producir aceites pesados para asfalto o como materia primaria para el com$usti$le de $a+a calidad"
3.3 Ventajas • • • •
•
1a+os costos operacionales ! de inversión Aprovec(amiento de componentes de ma!or valor comercial *educción de compuestos de azufre , nitogeno de la mezcla 1a+o nivel de contaminantes metálicos 0 2i, 3 estas sustancias actan como venenos para los catalizadores de craqueo0 el vanadio destru!e a la sepiolita % parte activa de los catalizadores de ruptura catalítica'" La demanda de coque de petróleo , para uso en la producción de electrodos"
3.4 Et!a""#$n "%n &!%&an% Del proceso de desasfaltado con propano en una unidad de desasfaltado %denominada con las siglas PDA', se o$tienen aceites desasfaltados %DA&' que serán procesados en otras unidades, para convertirlos en aceites ! paranas terminadas4 como su$producto del proceso se o$tienen asfaltos" La extracción con propano es la separación física de los compuestos asfaltnicos ! resinas contenidos en el fondo de la destilación en vacío" La unidad de PDA, se $asa fundamentalmente en las extractoras ó contactoras" 3.' Des"!#&"#$n (e )a *n#(a( #l residuo de la destilación atmosfrica, llamado crudo reducido, se contina fraccionando $a+o vacío para seguir separando distintas fracciones sin modicar su estructura química, o$teniendo cortes $ásicos para la ela$oración de lu$ricantes" La unidad de PDA que se va a analizar a continuación consta de dos torres de extracción %de platos perforados' que pueden operar en paralelo, o$tenindose 1rig(t .toc), o en serie, o$tenindose 5ilindro .toc)" La descripción de la unidad se puede di vidir en seis partes principales0 .istema de desasfaltado0 sección encargada de remover el asfalto presente en la carga proveniente del fondo de la torre de destilación en vacío" •
.istema de recuperación de asfalto0 el propano es separado del asfalto, por medio de destilación en un /as( de asfalto mezcla ! un stripper de asfalto, llevando la temperatura a travs de un (orno" •
.istemas de recuperación de aceite desasfaltado0 el aceite desasfaltado %DA&' ! propano mezcla, producidos en las torres extractoras son separados en dos sistemas que constan de /as( de alta ! $a+a presión ! strippers de DA&" Los sistemas son independientes, ! recuperan propano del DA&" •
.istema de propano0 el propano ingresa a la unidad a travs del acumulador de propano, ! de allí se envía a las extractoras4 a la salida de las extractoras, por la ca$eza ! el fondo, los productos o$tenidos recuperan el propano de esas corrientes por medio de destilación ! condensación, para volver al acumulador ! completar el circuito" •
.istema de 6luxing0 el exceso de carga, o el asfalto, cuando se envían a tanque, siguen las especicaciones comerciales4 ello requiere un /uxado con 7as &il para reducir su viscosidad" •
.istema cerrado de 7as &il0 empleado como medio de calentamiento para vaporizar mezclas de aceite ! propano4 tam$in puede ser empleado como medio de enfriamiento, para enfriar el asfalto o el asfalto /uxado" •
3.+ S#ste,a (e Desas-a)ta(% 3.+.1 Des"!#&"#$n ene!a) (e) &!%"es% #l 1rig(t .toc) ! el Asfalto, son producidos simultáneamente en las dos extractoras A ! 1, que operan en paralelo" #llo permite o$tener la ma!or
producción de aceite desasfaltado del fondo de la destilación al vacío" #xiste la posi$ilidad de producir 5ilindro .toc) con la extractores operando en serie" #sto se puede conseguir extra!endo del residuo de la destilación al vacío o$teniendo un aceite desasfaltado, para más tarde procesar el asfalto primario de la primer operación de modo de o$tener un aceite desasfaltado secundario, con las propiedades del 5ilindro .toc) ! un Asfalto secundario"
Para el caso 1rig(t .toc), la carga a la 8nidad es la proveniente del fondo de la torre de destilación al vació de la unidad de vacío lu$ricantes, tomándolo por una $om$a de carga a 9:;<5 ! enfriada con agua en el enfriador de carga a 9;;<5" De aquí, la carga se divide en dos corrientes iguales, mezcladas con las corrientes de propano, de modo de reducir la viscosidad ! enviar las corrientes a las respectivas extractoras" Las corrientes son llevadas a la correcta temperatura por medio enfriadores de agua" 5ualquier exceso de carga producido en la 8nidad de 3acío, es enfriado ! mezclado con /ux oil ! enviado a almacena+e, o a otro destino4 La carga ingresa a las extractoras, a una temperatura de =><5 a cualquiera de las dos entradas que las mismas poseen" La conexión superior ingresa a la altura del plato ?, localizado cerca de la tercera parte de la altura de la torre extractora, tomada desde la ca$eza" La conexión inferior, admite la carga a la altura del plato 9@, localizado a la mitad de la altura de la extractora" La elección de la entrada estará en función del contenido de asfalto en la carga4 si el contenido es alto, requerirá más tiempo de contacto ! la entrada superior será la más adecuada"
8na vez ingresada la carga a cada extractora, la misma /u!e por los canales distri$uidores, que aseguran una correcta distri$ución del aceite que asegura a su vez un íntimo contacto con el propano ascendente" A medida que el producto que contiene asfaltos, resinas ! otros compuestos indesea$les /u!e (acia de$a+o de la torre, es contactado con el propano que ingresó por la parte más $a+a de la torre, a un punto por de$a+o del plato $a/e de fondo" A medida que el propano enfriado contacta el aceite, los constitu!entes indesea$les, se van disolviendo con el propano que /u!e (acia arri$a" #n la parte inferior de la extractora permanece el asfalto no disuelto en el propano" #ste asfalto, /u!e (acia el fondo ! se extrae para ser enviado (acia el sistema de recuperación de asfalto" La solución de propano, sigue (acia arri$a pasando la zona de ingreso de la carga donde es calentado por un serpentín de vapor" A medida que la solución se calienta, el material relativamente insolu$le, se separa de la solución4 este material, es la fase inferior que contiene resinas, las cuales son un intermedio entre el asfalto ! el aceite desasfaltado" Desde el punto de precipitación, este material /u!e (acia a$a+o en contracorriente con el propano ascendente ! aceite disuelto, siendo progresivamente re-disuelto en la solución de propano" #sta acción repetida, provoca un re/u+o en esta sección de la extractora" #n el punto de alimentación %de carga', el material resinoso an no disuelto, forma parte del /u+o descendente de asfalto, estando su+eto al posterior lavado a medida que la corriente desciende (acia el fondo" La carga desprovista de asfalto /u!e (acia el tope de cada torre, ! sale $a+o control de presión por al sistema de recuperación de aceite desasfaltado" #l serpentín de vapor antes mencionado, tiene como función, proporcionar el gradiente de temperatura, desde la alimentación (acia la ca$eza de la torre4 la temperatura de diseo en la ca$eza de cada extractora es de B><5" Para la operación de 5ilindro .toc), como se di+o, las extractoras operan en serie" La carga es $om$eada por ! enfriada por, enviándose a la primer extractora" Luego se mezcla con la corriente de propano, quien reduce la viscosidad ! permite un más fácil enfriamiento en" #l exceso de carga, se mane+a igual que en 1rig(t .toc)" La carga ingresa a BB<5 a la contactora A, contactándose íntimamente con el Propano como !a se (a descripto" La relación de propano de :09" La temperatura de ca$eza de ?C<5 ! la temperatura de fondo de B><5" .e o$tiene como producto de ca$eza una mezcla de aceite desasfaltado ! propano que es enviado al sistema de recuperación 2<9 de aceite desasfaltado ! como producto de fondo una mezcla de asfalto primario ! propano, la cual alimenta a la segunda extractora 1" La carga es procesada
como se descri$ió para 1rig(t .toc) luego de enfriarse con el intercam$iador" #l serpentín de vapor, provee el gradiente de temperatura a lo largo de la columna, (a$indose calculado una temperatura de =?<5 en la ca$eza ! de >9<5 en el fondo, de modo de o$tener un producto de ca$eza mezcla de 5ilindro .toc) ! propano que es enviado con al sistema de recuperación 2
3./ Va!#a0)es (e) &!%"es% Las varia$les que afectan al proceso, están dadas principalmente por las características de la extracción" a! dos varia$les primarias controladas que afectan el resultado o$tenido en la extracción, para una carga dada0 la relación de propano ! la temperatura" 3. Re)a"#$n (e P!%&an% A una temperatura dada de la torre, un incremento en la relación de propanoEcarga tenderá a aumentar el rendimiento ! la viscosidad del aceite desasfaltado" #ste efecto, puede, sin em$argo ser compensado por el incremento de la temperatura de ca$eza, ! en general, un incremento en la relación de propanoEcarga, con un incremento de temperatura en la ca$eza de la torre, resultará en un me+oramiento en la selectividad ! la producción de aceite desasfaltado de más alta calidad" #n la torre de desasfaltado en contracorriente, la variación de la relación de propano, afecta la capacidad, siendo posi$le operar satisfactoriamente con cargas más altas ! relaciones superiores4 ello se de$e a que con las más altas relaciones, la viscosidad de la solución disminu!e, ! la diferencia entre las gravedades especícas entre las fases superior e inferior aumenta, teniendo como resultado de estos dos cam$ios es tal que compensa con venta+a el efecto de la ma!or velocidad ascendente con la ma!or relación de propano" &tro efecto de la relación de propano se relaciona con la selectividad" *elaciones altas de propano permiten usualmente una me+or selectividad respecto a las características del material que va a las fases superiores e inferiores, ! como consecuencia, me+ora ! asegura la calidad para un rendimiento dado de aceite desasfaltado" Dentro de los límites prácticos de operación, a ma!or relación de propano, ma!or es la selectividad lograda" 3. Te,&e!at*!a Las condiciones operativas en las torres de extracción son las siguientes0
La temperatura de ca$eza es el punto de control más importante en las extractoras, pues la temperatura +unto a la relación de propano, controla la calidad ! cantidad del aceite desasfaltado" 5on las otras condiciones constantes, incrementando la temperatura de ca$eza, disminuirá el rendimiento ! la viscosidad del aceite desasfaltado, mientras que disminu!endo la temperatura de ca$eza, aumentará el rendimiento ! viscosidad del aceite desasfaltado" 5am$ios menores en la temperatura de fondo afectarán levemente el resultado general" Aumentando la temperatura de fondo, se tiende a recuperar más asfalto, mientras que una disminución de esa temperatura, tenderá a producir menos de este producto de fondo" #l efecto general del gradiente de temperatura entre la ca$eza ! el fondo de la torre, se enuncia diciendo que la temperatura de ca$eza controla la naturaleza del DA&, ! la temperatura del fondo, controla la naturaleza del asfalto" #n efecto, la carga está limitada entre las dos condiciones impuestas al tope ! al fondo de la extractora ! se fracciona en forma precisa en DA& ! asfalto" La temperatura de ca$eza más alta intenta forzar el aceite (acia el fondo de la torre, mientras que temperaturas $a+as de fondo con el propano ascendente, tienden a forzar el aceite (acia arri$a" La torre es de este modo re/u+ada, resultando en una separación nítida entre las dos productos nales %asfalto ! aceite desasfaltado'" #n el punto de alimentación, parte de la carga, está dentro de la solución ! parte de ella está precipitada como la fase inferior" #ntre este punto ! el fondo de la torre, la temperatura se reduce para incrementar la solu$ilidad, a efectos de permitir que la me+or porción del aceite se disuelva ! ascienda con la corriente de propano" Por encima del punto de alimentación, se impone una temperatura superior, a efectos de disminuir la solu$ilidad, que tiende a precipitar los constitu!entes desfavora$les, que
podrían (a$er entrado inicialmente en solución en el punto de alimentación" Foda la torre ecazmente re/u+ada con el material me+orando en calidad (acia arri$a a partir del plato de carga ! el material descendente es despo+ado para evitar la prdida de aceite en la fracción asfáltica" 5on una carga ! relación de propano +as, el grado de re/u+o depende del gradiente de temperatura adoptado" .i la relación de propano se aumenta, puede emplearse un ma!or gradiente de temperatura, se o$tiene más re/u+o ! la eciencia general me+ora de modo que se o$tiene un ma!or rendimiento ! calidad del producto" La presión mantenida en la torre afecta, con otras condiciones constantes, la cantidad de material recuperado por ca$eza ! fondo" #sta 8nidad no está diseada para emplear la presión de la torre como varia$le" La torre de$e operar siempre a un mínimo de C"9= GgEcmC so$re la presión de vapor del propano puro a la temperatura de la ca$eza de la torre" #l efecto de la so$represión por encima de la presión de vapor de la solución es el incremento de la solu$ilidad del aceite en el propano" La capacidad de operación de la torre, puede considerarse como una varia$le pues si la carga es demasiado alta o demasiado $a+a, se afecta la especicación de los productos" Para operar la torre ecientemente, se requiere sedimentación ! /u+o descendente de la fase asfáltica en contracorriente con los productos de la fase superior" .i la torre se opera a una capacidad demasiado alta, los productos de la fase inferior, no tendrán tiempo de decantar apropiadamente, con el resultado de que se elevan ! eventualmente son llevados con la fase superior %aceite desasfaltado'" 1a+o estas condiciones, aunque (a! posi$ilidades de separación, las dos fases no separan ecientemente, con el resultado de la $a+a calidad de producto de ca$eza" 8na operación eciente de la torre requiere además una correcta e íntima mezcla de las fases que circulan en contracorriente" 5on capacidades mu! $a+as, la velocidad de contracorriente, puede reducirse a un punto donde se o$tiene una mezcla inecaz" .in un $uen mezclado, no se o$tendrá un verdadero equili$rio, resultando por lo tanto, un fraccionamiento po$re ! casi con seguridad un $a+o rendimiento, ! $a+a calidad de aceite desasfaltado" Los límites de capacidad superior e inferior de esta clase de torres, para su ma!or eciencia, pueden determinarse solamente por la operación real de la misma" 3.1 Ot!%s s#ste,as 3.1.1 S#ste,a (e !e"*&e!a"#$n (e as-a)t% #l sistema de recuperación de asfalto, reci$e0 •
Para 1rig(t .toc), el producto de fondo de las dos extractoras, A ! 1"
•
Para 5ilindro .toc), el producto de fondo de la extractora 1"
#sta mezcla de asfalto ! propano, se envía a un (orno de asfalto, en el cual la temperatura de la mezcla se lleva a C:;<5" Luego la mezcla se envía a un /as( de asfalto mezcla que opera a 9B"B GgEcmC manomtricos" Los vapores se dirigen a un condensador, desde donde el propano líquido, va al acumulador de propano4 este recipiente opera a 9:"C GgEcmC manomtricos ! >?<5 de temperatura" #l asfalto líquido a C:;<5, que an contiene una pequea cantidad de propano %aproximadamente 9">Hp', /u!e desde el fondo del /as( de asfalto (acia un .tripper de asfalto" Ingresa a la columna por el plato de tope, (acia la parte inferior a travs de platos operando a ;";B GgEcmC manomtricos4 el propósito, es despo+ar la porción remanente de propano en el asfalto, por medio de vapor so$recalentado in!ectado de$a+o del plato de fondo" #l asfalto li$re de propano, es tomado desde el fondo del .triper ! se enfría con intercam$iadores de 7as &il de circulación frío, (asta alcanzar los 9;<5" De allí puede ser enviado a una 8nidad de .oplado de asfaltos o enfriarlo a 99;<5 ! mezclarlo con /ux oil, de modo de producir 6uel &il que se envía a quemadores o a almacena+e"
Los vapores de agua ! propano de la operación de stripping, se dirigen (acia una Forre .pra!" Antes de ingresar al condensador estos vapores se unen con los de los strippers del sistema de recuperación de aceite desasfaltado" Los vapores com$inados, ingresan al condensador a C;;<5" #l propósito de este condensador, es condensar el vapor de agua presente en
la mezcla de vapor de agua ! propano" #l vapor de agua condensado, a$andona el fondo de la torre spra! (acia drena+e" #l propano li$re de (umedad, se dirige (acia un compresor, quien comprime los vapores a 9B"B GgEcmC" Luego, los gases son enfriados ! condensados ! puricados en un, a efectos de prevenir acumulación de agua, la que podría formar espuma en el acumulador de asfalto" #l propano es enviado al acumulador de propano, desde donde se emplea nuevamente en torres extractoras" 3.11 S#ste,as (e !e"*&e!a"#$n (e a"e#te (esas-a)ta(% Las ca$ezas de las extractoras compuesta de una mezcla de aceite desasfaltado ! propano se envían, $a+o control de presión a dos sistemas idnticos de recuperación 2<9 ! 2
La mezcla de aceite desasfaltado es parcialmente vaporizada por calentamiento con circulación de (ot oil" Luego, los vapores que contienen alrededor del >?H del contenido inicial de propano en el aceite desasfaltado
son separados del líquido remanente en dos destiladores /as( a @; GgEcmC ! B<5" De estos 6las( de alta presión, el líquido se extrae, depresionándose a 9? GgEcmC ! dirigindose a dos destiladores /as( de $a+a presión, donde serán vaporizados a :C<5 por intercam$io con los vapores de propano de alta presión provenientes de los otros destiladores /as(" #ste sistema de do$le efecto donde el calor de condensación de los vapores de propano de alta presión es utilizado de los /as( de alta, resulta en un importante a(orro energtico" De los intercam$iadores de do$le efecto, la mezcla se envía a dos destiladores 6las( de $a+a presión, donde las condiciones de operación son 9B,B GgEcmC ! :C<5" Los vapores se separan ! se envían a los condensadores de propano" #l líquido, an contiene alrededor del @H del propano inicial, $om$eándose, para luego ser calentado en dos evaporadores %con (ot oil', ! enviarse a los /as( pots" Los vapores de estos /as( pots, se mezclan con las entradas a los /as( de $a+a a la salida de los #A-C;= ! #A-C;: ! las ca$ezas de estos son enviados para condensar en #AC;?" #l líquido que queda, es aceite desasfaltado esencialmente li$re de propano4 se envía a C;;<5 a dos .trippers a presión atmosfrica para extraer las ltimas trazas de propano" #l aceite desasfaltado C;;<5, !a li$re de propano, a$andona cada .tripper desde el fondo con atraviesa dos enfriadores e ingresa a almacena+e" #l propano ! el vapor de agua de la ca$eza de estos .trippers, se dirigen (acia la torre spra!" Antes de ingresar a la misma, los vapores se com$inan con los vapores de la ca$eza del .tripper de asfalto" '. CONCLUSION Las olenas en los solventes de desasfaltado incrementan el rendimiento del DA& ! su viscosidad pero desme+oran sensi$lemente su calidad al incrementar 2i, 3, ! posi$lemente ." #ntre ma!or sea el contenido de asfaltenos en las cargas por desparanar DA&, se tendrá menores velocidades de ltración, lo cual limita la capacidad de procesamiento de la planta e incrementa el contenido de aceite en cera así como su penetración" +. BIBLIORAFIA (ttp0EEdocuments"tipsEdocumentsErenacion-del-petroleo"(tml (ttp0EEes"slides(are"netEluis)rlossEparanas (ttp0EEJJJ"col"ops-oms"orgEsaludam$ienteE.&IPE:"(tm
