Desaladores

El nombre desalador implica un recipiente que remueve la sal del crudo. La sal solo esta presente en la fase acuosa por lo cual hay dos formas de removerla. Una es remover toda el agua y otra es diluir el agua. Un desalador realiza ambas y utiliza una carga electrostática para remover la mayoria del agua, agua limpia es inyectada al crudo para diluir la concentración de sal. Cuando el petróleo crudo llega a la superficie, frecuentemente contiene gases asociados y otros contaminantes no deseados. Estos contaminantes incluyen aguas producidas (Salmueras) y partículas sólidas insolubles como arena, sílices y por supuesto sales disueltas en el agua. Antes de que cualquier planta de refinación acepte el crudo para ser procesado, el gas, el agua producida (Conteniendo sal) y otros sólidos insolubles deberán de ser retirados. El termino “Basic Sediment and Water” BS&W, es utilizado para determinar el tipo y nivel de contaminantes del crudo, usualmente expresado en por ciento de volumen.     DESALACIÓN DEL PETRÓLEO El proceso de desalación consiste en la remoción de las pequeñas cantidades de sales inorgánicas, que generalmente quedan disueltas en el agua remanente, mediante la adición de una corriente de agua fresca (con bajo contenido de sales) a la corriente de crudo deshidratado. Posteriormente, se efectúa la separación de las fases agua y crudo, hasta alcanzar lasespecificaciones requeridas de contenido de agua y sales en el crudo. Las sales minerales están presentes en el crudo en diversas formas: como cristales solubilizados en el agua emulsionada, productos decorrosión o incrustación insolubles en agua y compuestos organometálicos como las porfirinas. Después de la deshidratación o del rompimiento de la emulsión, el petróleo crudo todavía contiene un pequeñoporcentaje de agua remanente. Los tratamientos típicos anteriormente mencionados (adición de desemulsionante, calentamiento, sedimentación y tratamiento electrostático) pueden reducir el porcentaje de agua del crudo a rangos de 0,2-1 % volumen. El desalado en campo reduce la corrosión corriente aguas abajo (bombeo, ductos, tanques de almacenamiento). Adicionalmente la salmuera producida puedeser adecuadamente tratada para que no cause los daños mencionados en los equipos y sea inyectada al yacimiento, resolviendo un problema ambiental. En ausencia de cristales de sal sólidos, el contenidode sal en el crudo deshidratado está directamente relacionado con el porcentaje de agua y con la concentración de salinidad de la fase acuosa (en ppm de NaCl). El desalado se realiza después del proceso de rompimiento de la emulsión en deshidratadores electrostáticos y consiste de los siguientes pasos: a) Adición de agua de dilución al crudo. b) Mezclado del agua de dilución con el crudo. c) Deshidratación (tratamiento de la emulsión) para separar el crudo y la salmuera diluida.       Agua de lavado en los desaladores Muchos de los procesos de refinación en una refinería de petróleo producen corrientes de aguas residuales (comúnmente conocidas como aguas ácidas) que contienen sulfuro de hidrógeno disuelto (H2S) y amoniaco (NH3) los cuales formaran el hidrosulfuro de amonio en forma iónica (NH4HS). Por lo general, las refinerías recogen la totalidad de sus aguas ácidas y utilizan torres de destilación de vapor (llamados despojadores de agua agria) para despojar a prácticamente todo el sulfuro de hidrógeno y un poco menos del amoníaco de las aguas ácidas agregados. El agua agria  se recicla para reutilización como agua de lavado en los desaladores, aumentado por el agua dulce, si es necesario. Algunos de las corrientes de aguas ácidas contienen también contienen fenoles, que no son fácilmente despojados. Así, el agua agria despojado utilizada como agua de lavado desaladora contiene fenoles que son absorbidos preferentemente por el petróleo crudo y posteriormente pasarán a formar parte de las fracciones de nafta y queroseno destilados del petróleo crudo. Descripcion general del proceso de desalación   La unidad de destilación de petróleo crudo (CDU) es la primera unidad de procesamiento en prácticamente todas las refinerías de petróleo. La CDU destila el crudo entrante en varias fracciones de diferentes intervalos de ebullición, cada uno de los cuales luego son tratados posteriormente en las otras unidades de procesamiento de refinería. Los desaladores se instalan típicamente en el tren de intercambio de calor que calienta el petróleo crudo entrante antes de alcance la torre de destilación. Los desaladores se encuentra normalmente en el punto donde el crudo entrante ha sido calentado a aproximadamente 100 a 150 ° C. La temperatura óptima de desalacion varía algo dependiendo de la fuente de petróleo crudo. En ese punto, se inyecta agua de lavado y se mezcla en el flujo continuo de petróleo crudo y la emulsión aceite-agua resultante entra continuamente la desaladora electrostática. La velocidad de agua de lavado requerida es de aproximadamente 4 a 10% en volumen de la tasa de petróleo crudo. La tasa de agua de lavado óptima varía con la gravedad API del petróleo crudo y con la temperatura del desalinizador. Externamente visto, el desalador típica electrostática es un recipiente cilíndrico horizontal como se representa en la Figura 1. Una vista desde un extremo de la sección transversal de la del interior de la desaladora se muestra en la Figura 2 a continuación. La emulsión de aceite-agua que entra desde la parte inferior del desalinizador a través de la línea de alimentación es una mezcla a fondo de dos líquidos no miscibles que constan de una fase continua (aceite crudo) y una fase dispersa (agua en forma de gotitas muy pequeñas con unas dimensiones que van de 1 a 10 micrómetros). Los asfaltenos y sólidos de sedimentos finamente divididas son adsorbidos en la interfase aceite-agua y estabilizan la emulsión. Así, el grado de dificultad de la coalescencia de las gotitas en glóbulos grandes que pueden ser liquidados y removidos se relaciona con la presencia de asfaltenos, sedimentos y otros contaminantes insolubles en agua. Un sistema eléctrico conectado a los electrodos dentro de la desaladora (véase la Figura 2) genera un campo electrostático a potenciales que varían de aproximadamente 6000 voltios a aproximadamente 20.000 voltios que inducen fuerzas de atracción entre el dipolo gotas vecinas de agua. En otras palabras, los resultados de campo electrostáticas en cada gotita que tiene una carga positiva en un lado y una carga negativa en el otro, que hacen que las gotitas se unen a causa de la fuerza de atracción generada por las cargas opuestas de las gotitas de vecinos. Las gotitas resultantes más grandes de agua (glóbulos), junto con los sólidos insolubles en agua, a continuación, se depositan en el fondo de la desaladora. El agua sedimentada se extrae continuamente del desalinizador desde un punto ligeramente por encima de la parte inferior del desalinizador (véase la Figura 2 y 3) y que se conoce como una salmuera, ya que contiene las sales inorgánicas que originalmente entraron en el desalinizador con el agua en el aceite crudo. El sedimento asentado en la parte inferior del desalador se retira como un lodo a intervalos intermitentes como sea necesario para evitar que los sólidos entren en la toma de extracción de agua sedimentada. Referencias desalters desaladores

Combustion

COMBUSTION

Como operadores de procesos en cualquier unidad de refinacion o de petroquimica tenemos entre nuestras responsabilidades las de verificar las condiciones operacionales de hornos y calderas, la verificacion de la combustion entonces sera una de nuestras rutinas mas apreciadas y solicitadas por los supervisores de sala de control asi como por los ingenieros de procesos es por eso que es necesario conocer en detalle lo relacionado con los conceptos de combustion y combustibles que se emplean en estos equipos.

Combustible

Los combustibles industriales son combinaciones variables de carbono e hidrógeno, con un contenido, también variable, de impurezas. El carbono e hidrógeno contenidos en cualquier combustible sólido, líquido o gaseoso, sea cual fuere la forma química en que se encuentren combinados, se disociarán a su forma elemental antes de reaccionar con el oxígeno disponible. A continuación podrán ver  las principales reacciones de combustión que se presentan en la práctica industrial, mostrando los reactantes en la forma que se encuentran en la naturaleza y las cantidades de calor liberadas al transformarse en los únicos productos finales de combustión, esto es, CO2 y H2O.

a) Proporción correcta aire - combustible

El diseño del quemador deberá asegurar el suministro de las cantidades adecuadas de aire y combustible en el sistema, estableciendo márgenes de regulación para ambos.

Para asegurar la combustión completa deberá proporcionarse un exceso de aire, procurando que sea lo mínimo que resulte posible.

El análisis de los gases de combustión permitirá conocer el exceso de aire y la eficiencia de la combustión.

En función del análisis de gases en forma manual o automatizada, se deberá efectuar ajustes en las variables de operación, controlando los resultados obte-nidos.

Manejando correctamente los puntos anteriores se logrará una combustión completa.

b) Mezcla adecuada aire combustible

El diseño del quemador deberá proporcionar las condiciones de mezcla aire-combustible más adecuadas para cada caso.

La mezcla debe ser uniforme y permanente para cada punto de regulación dentro de los márgenes de operación.

El objetivo principal de la mezcla será el lograr el máximo contacto superficial entre oxígeno y combustible.

El estado físico del combustible determinará las condiciones operativas que permitan preparar el combustible (pulverización, atomización, vaporización) en el caso de sólidos y líquidos, y efectuar la mezcla en forma conveniente para cada caso.

Manejando correctamente los puntos anteriores se logrará una combustión óptima.

c) Ignición inicial y sostenida de la mezcla

El encendido o ignición inicial de la mezcla requiere el aporte de calor de una fuente externa.

Resulta necesario aplicar mucho calor a un área localizada para acelerar la reacción.

La mezcla se encenderá sólo al alcanzar su temperatura mínima de ignición, variable para cada combustible.

Al producir las reacciones de combustión más calor del que se pierde a los alrededores, se mantendrá la combustión sin necesidad de la fuente externa.

Manejando correctamente los puntos anteriores se logrará una combustión auto-sostenida y estable para las condiciones del proceso.

El cumplimiento de estos 3 requerimientos permitirán :

Lograr el máximo aprovechamiento del poder calorífico del combustible utilizado.

Aportar el calor requerido por el sistema con el menor consumo de combustible y las condiciones operativas técnica y económicamente más adecuadas.

Esta condición de máxima eficiencia, sin embargo, siempre resultará inestable por depender de una serie de variables interdependientes entre sí e influenciables por factores externos, por lo cual el verdadero nivel de eficiencia del sistema dependerá de la existencia de un sistema de control adecuado y efectivo, orientado a mantener niveles permanentes de eficiencia del proceso.

Tipos de combustión

El objetivo fundamental de la combustión es el de conseguir la oxidación total del carbono y del hidrógeno para formar dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) con lo cual se produce la máxima energía en forma de calor y se evita efectos contaminantes.

La combustión podemos clasificarla desde el punto de vista de la calidad de sus productos y por la forma en que se realiza.

 

En función de sus productos

Se puede considerar los siguientes tipos de combustión:

a)    Combustión perfecta (estequiométrica)

b)    Combustión completa (con exceso de aire)

c)    Combustión incompleta (con defecto de aire)

d)    Combustión imperfecta (pseudo combustión)

 

a) Combustión Perfecta Estequiométrica Este tipo de combustión se consigue mezclando y quemando las cantidades exactamente requeridas de combustible y oxígeno, los cuales se queman en forma completa y perfecta. Esta combustión completa está sin embargo, fuertemente limitada por condiciones químicas y físicas, ya que sólo en teoría podemos hablar de reacciones perfectamente estequiométricas. Se plantean para realizar los cálculos teóricos de la combustión, etc. en función de la composición del combustible y el comburente empleados.

b) Combustión completa con exceso de aire

Para tener una combustión completa, es decir, sin presencia de monóxido de carbono en los humos de chimenea, es necesario emplear una proporción de oxígeno superior a la teórica.

Este exceso de aire conlleva especialmente 2 efectos importantes en cuanto al proceso de la combustión:

 

>Disminución de la temperatura máxima posible al aumentar la cantidad de gases en la combustión.

 

>Variación sensible en cuanto a la concentración de los óxidos formados respecto al nitrógeno, lo que se traduce en una disminución de la eficiencia de la combustión.

El exceso de aire se expresa en porcentaje restándole el teórico estequiométrico, el cual corresponde al 100%; es decir, una cantidad de aire de combustión del 120% respecto al estequiométrico, se expresará como 20% de exceso de aire. El índice de exceso de aire (n), también empleado en la práctica, será en este caso: n = 1.2.

c) Combustión incompleta con defecto de aire  Cuando el oxígeno presente en la combustión no alcanza el valor del teórico necesario para la formación de CO2, H2O y SO2 la combustión es nece-sariamente incompleta, apareciendo en los gases de combustión el monóxido de carbono, hidrógeno y partículas sólidas de carbono, azufre o sulfuros.

Considerando que estos componentes de los gases que se eliminan a la atmósfera contienen aún apreciable contenido calorífico, las pérdidas por combustión incompleta son elevadas cuando se proporciona menos aire del necesario. En la práctica, la presencia de inquemados resulta determinante del exceso de aire necesario. La presencia de CO en los humos crea además el riesgo de explosión, al llegar a atmósferas súbitamente oxidantes. Un 1% de CO en los gases produce una pérdida de aproximadamente un 4% del poder calorífico del combustible.

 

 d) Combustión imperfecta  Se produce una combustión imperfecta o seudocombustión oxidante cuando pese a existir exceso de aire, no se completan las reacciones de combustión, apareciendo en los humos de chimenea productos de combustión incompleta, tales como inquemados, residuos de combustibles sin oxidar, partículas sólidas, etc.

Este tipo de combustión puede producirse debido a las siguientes causas:

La elevada carga térmica del hogar, es decir, la relación entre la potencia calorífica y el volumen del hogar, ya que existe poco tiempo de permanencia.

 

La escasa turbulencia, existiendo por tanto una mala mezcla aire-combustible, lo que en muchos quemadores se produce por cantidad insuficiente de aire o por estar trabajando a una fracción muy pequeña de su potencia nominal.

La falta de uniformidad de pulverización en los combustibles líquidos, ya que cuanto mayor sea el número de gotas de gran tamaño, tanto más fácil es que se produzcan inquemados, puesto que una gota de gran diámetro necesita un tiempo mayor de permanencia para quemarse por completo.

El enfriamiento de la llama, lo que puede ocurrir cuando la mezcla aire-combustible incide sobre superficies relativamente frías, como el frente de la cámara de combustión o las paredes de un tubo de llama y también cuando se trabaja con un gran exceso de aire.

 

El alto porcentaje de carbono en los combustibles.

En la práctica, este es el tipo de combustión más generalizado por resultar más ajustado a la realidad. En la medida que se mejore la combustión imperfecta aproximándose a las condiciones teóricas de combustión completa con mínimo exceso de aire, se logrará mejores rendimientos y se evitará efectos contaminantes.

Analisis de la combustión

Como operadores de una unidad de refinería que disponga que un horno de procesos esta entre nuestras tareas rutinarias el verificar las características de la combustión presente dentro de la cámara del horno, a continuación encontraran los detalles de las variables relacionadas que deben ser monitoreadas y su descripción.

 

Observación de llama

La llama es la combustión misma y permite observar la forma en que se desarrollan las reacciones y el proceso de combustión, por lo que su observación directa constituye el primer paso de la evaluación de la combustión, permitiendo efectuar la corrección de deficiencias relativamente graves. En el diseño de los equipos de combustión debe considerarse obligatoriamente la instalación de visores que adecuadamente ubicados y dimensionados permitan observar en las llamas los siguientes detalles:

Forma: La llama, y por tanto la combustión, debe desarrollarse en espacio abierto y no debe tomar contacto absolutamente con ninguna parte interior del hogar o reactor.

Longitud: En la misma forma, la longitud de la llama es consecuencia de la velocidad de reacción (cinética) y debe completarse en ¾ de la extensión del hogar o zona de reacción, en el caso de calderos, y tener la menor longitud posible sin que su acortamiento la ensanche hasta tocar las paredes laterales. La formación de llama cónica hueca ha permitido cumplir este objetivo, transformando el diseño y capacidad de todos los equipos industriales.

Color: Existe una relación directa entre el color observado en la llama y su temperatura, la cual depende del combustible utilizado, el nivel de exceso de aire y la calidad del reactor de combustión. Las llamas de carbón y fuel oil permiten una mejor observación, debido a la presencia de partículas en estado incandescente, que representan la combustión misma.

La velocidad de la combustión de los gases, en razón de los pequeños tamaños de partículas de coque producto del craqueo en fase gaseosa (Angstrons), permiten apreciar el color azul que las caracteriza, debido a la velocidad con que se completa la reacción, permitiendo apreciar la luminiscencia de productos intermendios.

Quemado combustibles sólidos y líquidos en la que prevalecen los tonos amarillos característicos de las partículas de coque producto del craqueo en fase líquida y molienda fina de carbones, no se llega a preciar el color azul en la llama.

 

¿Qué es una reacción de combustión?

Una reacción de combustión es una clase importante de las reacciones químicas. La combustión se produce normalmente cuando un hidrocarburo reacciona con el oxígeno para producir dióxido de carbono y agua. En el sentido más general, la combustión implica una reacción entre cualquier material combustible y un oxidante para formar un producto oxidado. La combustión es una reacción exotérmica, por lo que libera calor, pero a veces la reacción transcurre tan lentamente que un cambio de temperatura no es perceptible. Buenas señales de que está tratando con una reacción de combustión incluyen la presencia de oxígeno como reactivo y dióxido de carbono, agua y calor como productos. Reacciones de combustión inorgánicos pueden no forman todos los productos, pero son reconocibles por la reacción del oxígeno.

Control ambiental de la combustion

Medición de NOx

El registro de Oxidos de Nitrógeno normalmente tiene por objeto el controlar el cumplimiento de las normas que limitan el nivel de emisiones de NOx a la atmósfera, pero estas regulaciones son poco consistentes porque obedecen principalmente a lobbies de fabricantes de equipos, no constituyendo un grave peligro que afecte masivamente al medio ambiente. Resulta relativamente fácil controlarlo, debido a bajo potencial de oxidación del nitrógeno, en comparación con el Carbono y otros elementos. Resulta mucho más importante la medición del NOx desde el punto de vista que constituye un efectivo indicador de las temperaturas de llamas de procesos térmicamente intensivos, tales como los que se registran en Hornos de Vidrio, Cemento y Fundición de Minerales.

Medición de SOx

Siendo el azufre el principal contaminante del combustible y principal razón de la lluvia ácida, resulta justificado registrar y controlar el nivel de emisiones de óxidos de azufre que al combinarse con agua forma ácido sulfúrico en la atmósfera, principalmente en presencia de Vanadio en el combustible. Conociendo los contenidos de azufre en las materias primas y los combustibles empleados, la medición de los óxidos de azufre resulta indispensable para mantener un control adecuado sobre balances de sulfatos en hornos de procesos, para evitar su acumulación en el sistema.

Referencias:

fotografias

conceptos

combustion industrial