SIMULACION Y OPTIMIZACION DE PROCESOS DE REFINACION

1. SIMULACION Y OPTIMIZACION DE PROCESOS DE REFINACION

2. OBJETIVOS: Introducir al auditorio en el conocimiento de herramientas computacionales que maximizan la producción y optimizan los recursos.

3. TEMAS A DESARROLLAR: Introducción - Ingeniería de Procesos - Herramientas Simulación de Procesos - Conceptos básicos - Tipos de simuladores - Aplicaciones Generación de información - Test Run - INPUT Banco de propiedades - Identificación de componentes -Paquetes de cálculo de propiedades Termodinámicas. Operaciones Unitarias. Output - Análisis de resultados.

4. INGENIERIA DE PROCESOS ¿QUE HACE UN GRUPO DE INGENIERIA? EVTE INGENIERIA CONCEPTUAL INGENIERIA BASICA INGENIERIA DE DETALLE ASISTENCIA TECNICA OPERATIVA TANTO PARA DISEÑO, COMO PARA REMODELACIONES DE UNIDADES

5. ¿ COMO LO HACE ? LA LLAVE PARA EL DESARROLLO DE CUALQUIER PROYECTO ES UN BUEN BME. PORQUE ESTA ASOCIADO A LA: TRANSFERENCIA DE CALOR: hornos, Hx, calderas. TRANSFERENCIA DE MASA: columnas, absorbedoras, extractoras, flash , acumuladores. TRANSFERENCIA DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO:bombas, compresores, piping. SIMULACION DE PROCESOS INSTRUMENTACION Y CONTROL

6. ¿ CON QUE LO HACE ? CON HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES COMO: PROVISION-HYSYS-ASPEN-CHEMCAD Simuladores de Procesos en estado estacionario. HEXTRAN-ACX-STX-SUPERTARGET Simuladores de equipos de intercambio de calor y redes. Pinch Análisis FRNC-5 Simulación de Hornos de Procesos - Diseño y Chequeo. INPLANT Simulación de redes de cañerías. EMPRO Simulación de sistemas de tratamientos de efluentes HYSYS-PROTTIS Simulación dinámica CPM-RTO Control Predictivo Multivariable ( Tipo DMC ) y Optimizacion en Tiempo Real

7. ¿ QUE ESLA SIMULACION DE PROCESOS? ES UNA HERRAMIENTA DE CALCULO QUE: GENERA RAPIDOS Y PRECISOS BME PERMITE DISEÑAR NUEVAS PLANTAS PERMITE CHEQUEAR UNIDADES EXISTENTES PROPORCIONA LA INFORMACION NECESARIA PARA QUE CADA GRUPO, DISEÑEO VERIFIQUE EQUIPOS , SERVICIOS AUXILIARES - COSTEO. PERMITE LA EVALUACION DE TODAS LAS CORRIENTES DEL PROCESO.

8. PERMITE EL ESTUDIO DE TODA UNA PLANTA O PARTE DE ELLA ( EQUIPOS INDIVIDUALES ). PERMITE EL ANALISIS DEL PROCESO ANTE CAMBIOS EN LAS CONDICIONES DE OPERACION, CAUDALES, COMPOSICION DE CARGA O PRODUCTOS. PERMITE EL SEGUIMIENTO DE VARIABLES PARA DETERMINAR POLITICAS DE MANTENIMIENTO O LIMPIEZA DE EQUIPOS PROPORCIONA GUIAS PARA LA MEJOR OPERACION DE LAS PLANTAS INTERFASE DE CPM-RTO

9. UN SIMULADOR DE PROCESOS ES UN SISTEMA “LOGICO” EL RESULTADO DEPENDE EXCLUSIVAMENTE DE LOS DATOS QUE NOSOTROS APORTEMOS MALOS DATOS=MALOS RESULTADOS

10. UN PROGRAMA DE SIMULACION AL AUTOMATIZAR LA REALIZACION DE LOS BALANCES DE MASA Y ENERGIA, LOS ELIMINA COMO ETAPA LIMITANTE, PARA CONVERTIRLOS EN TIEMPOS DEL ORDEN DE SEGUNDOS . EL TIEMPO QUE SE HUBIERA UTILIZADO EN TAN SOLO UN CALCULO , ES AHORA UN TIEMPO FACTIBLE DE INVERTIR EN EL ESTUDIO DE VARIAS ALTERNATIVAS TECNOLOGICAS , QUE PERMITAN REALIZAR UNA SELECCION OPTIMA.

11. TIPOS DE SIMULADORES SEGUN SU ESTRUCTURA PUEDEN SER FIJOS O MODULARES. SEGUN SU MODO DE TRABAJO PUEDEN SER A DISEÑO O DESEMPEÑO. SEGÚN SUS VARIABLES PUEDEN SER EN ESTADO ESTACIONARIO O REGIMEN TRANSITORIO O DINAMICO.

12. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SIMULADOR DE PROCESOS FASE DE ENTRADA-INPUT FASE DE PREPROCESAMIENTO FASE DE CALCULO FASE DE SALIDA-OUTPUT

13. PREPROCESAMIENTO CALCULO INPUT OUTPUT TRABAJO INPUT OUTPUT

14. FASE DE ENTRADA-INPUT ANALISIS DEL PROCESO : PFD P&I CONDICIONES DE OPERACIÓN / MAX-MIN P-T CARACTERIZACIÓN DE CORRIENTES - IDENTIFICACION DE COMPUESTOS SELECCION DEL METODO DE CALCULO DE PROPIEDADES TERMODINAMICAS.

15. ANALISIS DEL PROCESO DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS TOPOLOGIA- EQUIPOS-CONEXIONES IDENTIFICACION DE RECICLOS EQUIPOS VIRTUALES DIAGRAMA DE SIMULACION TEST RUN

16. ANALISIS DEL PROCESO

17. ANALISIS DEL PROCESO TEST RUN

18. CARACTERIZACION DE LAS CORRIENTES . IDENTIFICACION DE COMPUESTOS TECNICAS DE MUESTREO MEZCLAS DE COMPOSICION DEFINIDA : ENSAYOS CROMATOGRAFICOS MEZCLAS DE COMPOSION INDEFINIDA : DESTILACION TBP-ASTM , DENSIDAD

19. CALCULO DE PROPIEDADES PROPIEDADES FISICAS Y DE TRANSPORTE: BANCO DE DATOS PROPIEDADES TERMODINAMICAS: ECUACIONES DE ESTADO

20. BANCO DE DATOS: es una subrutina de los SEE que contiene: PROPIEDADES FISICAS PROPIEDADES TERMODEPENDIENTES CONSTANTES CORRELACIONESDE CONVERSION CONSTANTES DE ECUACIONES : KIJ

21. BANCO DE DATOS Table 1.1.1-1: PRO/II Library Component Properties Fixed Properties and Constants Temperature-dependent Properties Acentric Factor Enthalpy of Vaporization Carbon Number Ideal Vapor Enthalpy Chemical Abstract Number Liquid Density Chemical Formula Liquid Thermal Conductivity Critical Compressibility Factor Liquid Viscosity Critical Pressure Saturated Liquid Enthalpy Critical Temperature Solid Density Critical Volume Solid Heat Capacity Dipole Moment Solid Vapor Pressure Enthalpy of Combustion Surface Tension Enthalpy of Fusion Vapor Pressure Flash Point Vapor Thermal Conductivity Free Energy of Formation Vapor Viscosity Freezing Point (normal melting point) Gross Heating Value Heat of Formation Hydrogen Deficiency Number Liquid Molar Volume

22. CALCULO DE PROPIEDADES TERMODINACAS : K , S , H ECUACIONES EMPIRICAS : BK10-JG ECUACIONES SEMIEMPIRICAS : CS-GS ECUACIONES DE ESTADO : LK-SRK-PR SISTEMAS POLARES : WILSON - MARGULES - VAN LAAR

23. Ecuaciones de Estado Soave-Redlich-Kwong (SRK) K-values, enthalpies, entropies, vapor densities: SRK method Liquid densities: API method Peng-Robinson (PR) K-values, enthalpies, entropies, vapor densities: PR- Liquid densities: API method Grayson-Streed (GS) K-values: Grayson-Streed Enthalpies, entropies: Curl-Pitzer method Vapor densities: SRK method- Liquid densities: API method Braun-K10 (BK10) K-values: Braun-K10 method Enthalpies: Johnson-Grayson method-Entropies: Curl-Pitzer method Vapor densities: Ideal behavior- Liquid densities: API method

24. Ecuaciones de Estado Methods Recommended for Low Pressure Crude Systems BK10 Gives fast and acceptable answers. GS/GSE/IGS Generally more accurate than BK10 especially for streams containing H2. Use LK enthalpies instead of CP enthalpies for vacuum towers. SRK/PR Provides better results when light ends dominate.

25. Ecuaciones de Estado Methods Recommended for High Pressure Crude Systems GS/GSE/IGS Quicker but generally less accurate than SRK or PR, especially for streams containing light ends. Use LK enthalpies instead of CP enthalpies for vacuum towers. SRK/PR Provides better results when light ends dominate.

26. Ecuaciones de Estado Methods Recommended for Lube Oil and Solvent De-asphalting Units SRKM/PRM Recommended when user-supplied binary interaction data are available SRK/PR Recommended when no user-supplied binary interaction data are available

27. PAQUETES ESPECIALES AMINAS ALCOHOLES GLICOLES AGUAS ACIDAS Glycol Dehydration Systems The predefined thermodynamic system GLYCOL has been specially created for these systems. This system uses the predefined system SRKM but invokes the GLYCOL databank. This databank contains binary interaction parameters for component pairs involving glycols tri-ethylene glycol (TEG) and, to a lesser extent, diethylene glycol (DEG) and ethylene glycol (EG). These data have been regressed in the temperature and pressure range normally seen in glycol dehydrators: Temperature: 80-400 oFPressure: up to 2000 psia This method is described in more detail in Section 1.2.8, of this manual, Special Packages.

28. ECUACIONES DE ESTADO RANGO DE APLICACION SELECTIVIDAD EXACTITUD-TOLERANCIA SISTEMAS EXPERTOS=EXPERIENCIA MANUALES DE REFERENCIAS

29. FASE DE CALCULO CARACTERISTICAS DEL SISTEMA MODULO UNITARIO BALANCE DE MASA Y ENERGIA ALIMENTACIONES

30. VECTOR DE PROPIEDADES Xn-1 MODULO UNITARIO VECTOR DE PROPIEDADES Xn

31. MODULOS UNITARIOS COLUMNAS DE DESTILACION-ELL- ABSORSION COLUMNAS COMPLEJAS:TOPPING-VACIO,FRACCIONADORAS FCC-COKE COLUMNAS CONVENSIONALES ABSORBEDORAS - STRIPPER - EXTRACTORAS LIQ-LIQ

32. SEPARADORES-ACUMULADORES FLASH ISOTERMICO FLASH ADIABATICO BIFASICOS TRIFASICOS HORIZONTALES - VERTICALES

33. INTERCAMBIADORES DE CALOR MODELOS SIMPLES Y RIGUROSOS COLD BOX HORNOS DE PROCESOS CONDENSADORES-REBOILERS-TERMOSIFONES VERT-HORIZONTALES ANALISIS ZONALES

34. BOMBAS COMPRESORES EXPANSORES MEZCLADORES-DIVISORES DE CORRIENTES VALVULAS CONTROL FEEDBACK-FEEDFOWARD

35. REACTORES ESPECIFANDO CONVERSION ESPECIFICANDO EQUILIBRIO QCO SHIFT METHANADOR HCUR-PGEN-CASE STUDY

36. OPERACIONES UNITARIAS: FLASH P-T , P-%VAP T- % VAP,DEW,BUBBLE ADIABATICO ECUACIONES MESH EQULIBRIO L-V EQUILIBRIO L-L-V CAUDAL Y COMPOSICION DE LIQ Y VAPOR P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION

37. DESTILACION SHORTCUT TIPO COND ESPEC PROD.: RECUPERACION O PUREZA KLIV-KPES FENSKE UNDERWOOD GUILLILAND KIRKBRIDE P,T,CAUDAL COMPOSICION DE TOPE Y FONDO NET PLATO ALIM REFLUJO O L/D QCON QREB P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION

38. TIPO COND TIPO REB ESPEC PROD: RECUPERACION O PUREZA L O L/D NET , NEA,NEEX PERFIL P PA , BYPASS SIDESTRIPER DESTILACION P,T,CAUDAL COMPOSICION DE TOPE , FONDO Y EXTRACCIONES QCON QREB BALANCE PLATO A PLATO . TSIZE-TRATE METODOS I/O, FAST, CHEM Y SURE MATRIZ TRIDIAGONAL MET. THIELE-GEDDES P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION

39. EQUIPOS DE INTERCAMBIO DE CALOR TIPO DE HX CONFIGURACION TOUT HOCI-HICO DUTY UTILITY DP P,T,CAUDAL COMPOSICION DE CADA CORRIENTE CALOR INTERC. RATTING -TEMA HTRI • Q=m.Cp.DT=m.DH • Q=U.A.MLDT • Q=M.DH • ECUAC. RATTING P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION

40. BOMBAS, COMPRESORES, EXPANSORES P DESCARGA EFICIENCIA W=m.DH EFF P,T,CAUDAL COMPOSICION DE SALIDA W REAL W IDEAL TEMP SALIDA P,T O CONDICION TERMICA, CAUDAL,COMPOSICION

41. FASE DE SALIDA-OUTPUT SUMARIO DE EQUIPOS: CONDICION TERMICA DE CADA ENTRADA Y SALIDA. BME SUMARIO DE COMPOSICIONES DE CADA CORRIENTE: EN LAS UNIDADES QUE UNO QUIERA, %, FRACCIONES O RATES. SUMARIO DE PROPIEDADES DE CADA CORRIENTE: PROPIEDADES FISICAS Y DE TRANSPORTE DE CADA FASE. SALIDAS STANDARD O PERSONALIZADAS: REDUCIDAS - EXPANDIDAS O CON CAMBIO DE UNIDADES.

42. FASE DE SALIDA-OUTPUT SUMARIO DE EQUIPOS: CONDICION TERMICA DE CADA ENTRADA Y SALIDA. BME UNIT 3, 'M-1107E1' OPERATING CONDITIONS DUTY, M*KCAL/HR .243 LMTD, C 28.781 F FACTOR (FT) 1.000E-04 MTD, C 2.878E-03 U*A, KCAL/HR-C 84350464.196 HOT SIDE CONDITIONS INLET OUTLET ----------- ----------- FEED NL1 LIQUID PRODUCT NL2 LIQUID, KG-MOL/HR 59.277 59.277 K*KG/HR 4.548 4.548 CP, KCAL/KG-C .766 .583 TOTAL, KG-MOL/HR 59.277 59.277 K*KG/HR 4.548 4.548 CONDENSATION, KG-MOL/HR .000 TEMPERATURE, C 143.410 62.441 PRESSURE, KG/CM2 13.400 12.900 .

43. COLUMN SUMMARY ---------- NET FLOW RATES ----------- HEATER TRAY TEMP PRESSURE LIQUID VAPOR FEED PRODUCT DUTIES DEG C KG/CM2 KG-MOL/HR M*KCAL/HR ------ ------- -------- -------- -------- --------- --------- ------------ 1C 36.0 11.00 126.8 47.4L -.7861 2 65.8 13.00 144.0 174.2 3 73.1 13.01 145.4 191.4 4 76.6 13.03 145.3 192.8 5 78.8 13.04 144.3 192.7 6 80.7 13.06 142.4 191.7 7 82.8 13.07 139.2 189.8 8 85.8 13.09 134.1 186.6 9 90.4 13.10 126.5 181.5 10 97.5 13.11 227.8 173.9 106.7M 11 101.4 13.13 232.5 168.6 12 103.6 13.14 234.8 173.2 13 105.0 13.16 236.1 175.5 14 105.9 13.17 236.8 176.8 28 132.2 13.37 235.9 176.9 29 137.3 13.39 235.1 176.7 30R 143.4 13.40 175.9 59.3L .8100

44. TRAY NET VAPOR RATES AND DENSITIES --------------- RATES --------------- TRAY MW ACTUAL DENS Z FROM NORMAL ACTUAL KG/M3 DENSITY K*KG/HR K*M3/HR K*M3/HR ---- -------- ------------ -------- ----------- ----------- ----------- 2 50.780 28.84802 .79637 8.846 3.905 .307 3 53.428 30.08583 .78737 10.224 4.289 .340 4 54.581 30.58112 .78414 10.525 4.322 .344 5 55.178 30.79950 .78302 10.633 4.319 .345 6 55.588 30.90324 .78293 10.656 4.297 .345 7 56.003 30.95689 .78357 10.629 4.254 .343 8 56.566 30.98270 .78506 10.557 4.183 .341 9 57.428 30.98420 .78772 10.424 4.068 .336 10 58.770 30.98305 .79167 10.221 3.898 .330 11 60.485 31.87287 .78458 10.196 3.778 .320 12 61.365 32.32860 .78102 10.627 3.882 .329 13 61.852 32.58397 .77906 10.858 3.935 .333 14 62.142 32.73939 .77789 10.989 3.964 .336 15 62.334 32.84450 .77714 11.068 3.980 .337 16 62.482 32.92593 .77660 11.120 3.989 .338 25 66.429 34.47702 .76957 11.747 3.963 .341 26 67.623 34.93107 .76734 11.952 3.962 .342 27 68.999 35.45329 .76473 12.200 3.963 .344 28 70.549 36.02699 .76186 12.479 3.965 .346 29 72.300 36.64171 .75892 12.772 3.959 .349 30 74.328 37.30873 .75588 13.071 3.942 .350

45. TRAY RATING RESULTS PRES DOWNCOMER TRAY VAPOR LIQUID VLOAD DIAM FF DROP GPM/LWI BACKUP, PCT CFS HOTGPM CFS MM KG/CM2 GPM/IN TRAY SPACING ---- ----- ------ ----- ------ ---- ------ -------- ------------ 2 3.334 71.2 .859 1400.0 26.3 .004 1.4 23.60 3 3.376 74.2 .879 1400.0 27.1 .004 1.5 23.84 4 3.387 75.2 .885 1400.0 27.3 .004 1.5 23.91 5 3.383 75.4 .886 1400.0 27.3 .004 1.5 23.92 6 3.368 75.0 .882 1400.0 27.2 .004 1.5 23.89 7 3.342 74.1 .874 1400.0 27.0 .004 1.5 23.81 8 3.300 72.6 .861 1400.0 26.5 .004 1.5 23.66 9 3.236 70.1 .840 1400.0 25.9 .004 1.4 23.44 10 3.358 130.7 .875 1400.0 29.8 .004 2.6 26.33 11 3.225 135.1 .853 1400.0 29.4 .004 2.7 26.54 12 3.269 137.5 .869 1400.0 30.0 .004 2.8 26.72 13 3.293 138.9 .879 1400.0 30.3 .004 2.8 26.82 14 3.306 139.7 .884 1400.0 30.5 .004 2.8 26.88 15 3.313 140.2 .887 1400.0 30.6 .004 2.8 26.91 16 3.317 140.6 .890 1400.0 30.7 .004 2.8 26.94 17 3.320 140.9 .891 1400.0 30.8 .004 2.8 26.97 18 3.321 141.2 .893 1400.0 30.9 .004 2.8 26.99 19 3.322 141.6 .895 1400.0 30.9 .004 2.8 27.01 20 3.323 142.0 .897 1400.0 31.0 .004 2.8 27.05 21 3.325 142.6 .900 1400.0 31.1 .004 2.9 27.09 22 3.328 143.4 .904 1400.0 31.3 .004 2.9 27.14

46. FASE DE SALIDA-OUTPUT SUMARIO DE COMPOSICIONES DE CADA CORRIENTE: EN LAS UNIDADES QUE UNO QUIERA, %, FRACCIONES O RATES. STREAM ID DEJ152 D7A FONDO05 FUELGAS NAME PHASE LIQUID MIXED LIQUID VAPOR FLUID RATES, KG/HR 1 H2 .0000 .0000 .0000 .0000 2 METHANE 1.1988 3.4616 2.2017E-05 4.6604 3 ETHANE 38.8093 54.8493 24.0450 69.6137 4 PROPANE 415.9035 367.7703 595.4493 188.2245 5 IBUTANE 559.7320 237.0282 702.5046 87.1508 6 BUTANE 809.7636 109.7297 650.4454 60.5899 7 1BUTENE 17.4205 .0000 14.9239 1.6352 8 2MB 1363.0474 .0000 5.5603 .2299 9 PENTANE 809.4051 .0000 1.5012 .0553 10 CP 41.2403 .0000 6.1227E-03 1.5522E-04 11 22MB 312.9609 .0000 .0124 2.6203E-04 12 2MP 920.2371 .0000 4.5910E-03 7.0273E-05 13 3MP 361.6008 .0000 9.9974E-04 1.4093E-05 14 HEXANE 281.9217 .0000 1.5416E-04 1.7219E-06 15 BENZENE 248.3806 .0000 3.8579E-04 5.2218E-06

47. FASE DE SALIDA-OUTPUT SUMARIO DE PROPIEDADES DE CADA CORRIENTE: PROPIEDADES FISICAS Y DE TRANSPORTE DE CADA FASE. STREAM SUMMARY ============================================================================== STREAM ID DEJ152 D7A FONDO05 FUELGAS NAME PHASE LIQUID MIXED LIQUID VAPOR ----- TOTAL STREAM ----- RATE, KG-MOL/HR 90.324 16.346 37.944 9.449 K*KG/HR 6.182 .773 2.038 .412 STD LIQ RATE, M3/HR 10.000 1.500 3.676 .844 TEMPERATURE, C 45.000 45.000 52.305 39.573 PRESSURE, KG/CM2 15.100 15.100 11.200 11.000 MOLECULAR WEIGHT 68.438 47.281 53.709 43.620 ENTHALPY, M*KCAL/HR .144 2.891E-02 6.230E-02 4.117E-02 KCAL/KG 23.284 37.413 30.569 99.884 MOLE FRACTION LIQUID 1.0000 .8428 1.0000 .0000 REDUCED TEMP (KAYS RULE) .7043 .8457 .8100 .8665 PRES (KAYS RULE) .4152 .3592 .2823 .2527 ACENTRIC FACTOR .2213 .1566 .1777 .1446 WATSON K (UOPK) 13.107 14.616 14.035 15.183 STD LIQ DENSITY, KG/M3 618.162 515.226 554.425 488.309 SPECIFIC GRAVITY .6188 .5157 .5550 .4888 API GRAVITY 97.179 142.866 123.468 157.990