Simulación y evaluación del desempeño de unidad de recuperación de livianos en un proceso de cracking catalítico.
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Date
2025
Authors
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Publisher
Universidad de Concepción
Abstract
El presente estudio evalúa el desempeño de la Unidad de Recuperación de Livianos (URL) en un proceso de Cracking Catalítico Fluidizado (FCC) en ENAP Refinería Bio Bío, mediante la construcción de un modelo de simulación en Aspen HYSYS. La unidad a simular tiene como función principal recuperar hidrocarburos valiosos como propanos, propilenos, butanos y butenos, además de estabilizar gasolina, es decir, despojarla de sus componentes livianos.
Se inicia con la construcción del modelo de la unidad, el cual se valida con datos de ingeniería básica y de operación real. Para los datos de diseño en la ingeniería básica, el modelo presenta en la predicción errores absolutos menores al 0,7 % en flujos molares, menores al 3 % en temperatura en la mayoría de las corrientes simuladas y en cuanto a la predicción de composiciones, se obtienen desviaciones absolutas promedio (AAD) entre 0,15% y 0,48%. Para las condiciones reales operativas, las desviaciones en flujos y temperaturas se mantienen dentro de rangos aceptables, y el AAD en la predicción de componenciales se sitúa entre 1,13 % y 1,56 %, lo que confirma la capacidad predictiva del modelo.
Respecto a la evaluación del desempeño de la unidad, se detectan diferencias relevantes entre la operación actual y las condiciones de diseño. Destaca una recuperación de C3’s de 87,8 % y de C4’s de solo 68,9 % en el absorbedor primario (E-150A), versus los 88,6 % y 89,2 % respectivamente esperados en el diseño de la unidad. En el absorbedor secundario (E-151), la eficiencia también se reduce significativamente, con recuperaciones actuales de solo 7 % para C3’s y 21 % para C4’s, frente a los 18 % y 43 % respectivamente definidos en el diseño. Además, el stripper (E-150B) opera con baja temperatura de fondo, lo que afecta la eliminación de H2S y etano. También, se detecta un alto contenido de C4’s en gasolina estabilizada de columnas E-152 y E-152B, impactando unidades aguas abajo. Adicionalmente, en las columnas E-153 y E-153B se identifican arrastres de C3’s por el fondo, cercanos al 5 %.
Por último, se proponen mejoras operativas como ajustes en la relación L/V en el tren de absorción, aumento de temperatura de fondo en E-150B, control del reflujo y temperatura en E-152/B y E-153/B, junto con una integración energética entre la descarga del compresor J-150 y el rehervidor de planta anexa de DEA. Estas propuestas permitirían mejorar la eficiencia de separación, reducir consumos energéticos y acercar el desempeño de la unidad a sus parámetros de diseño.
This study evaluates the performance of the Light Ends Recovery Unit (URL) in a Fluid Catalytic Cracking (FCC) process at ENAP Refinería Bío Bío, through the development of a simulation model in Aspen HYSYS. The unit’s main function is to recover valuable hydrocarbons such as propane’s, propylene’s, butanes, and butene’s, in addition to stabilizing gasoline by removing its light-end components. The process begins with the construction of a simulation model of the unit, which is validated using both basic engineering data and real operating conditions. For the basic design data, the model shows absolute errors below 0.7% in molar flows and below 3% in temperature across most simulated streams. Regarding compositional predictions, average absolute deviations (AAD) range between 0.15% and 0.48%. Under real operating conditions, deviations in flows and temperatures remain within acceptable limits, and the AAD for composition prediction ranges from 1.13% to 1.56%, confirming the model’s predictive capability. Performance evaluation reveals significant deviations from design conditions. Notably, the primary absorber (E-150A) achieves 87.8% C3’s recovery and only 68.9% C4’s recovery, compared to the expected 88.6% and 89.2%, respectively. The secondary absorber (E-151) also shows reduced efficiency, with current recoveries of only 7% for C3’s and 21% for C4’s, versus design values of 18% and 43%. Additionally, the stripper (E-150B) operates with low bottom temperatures, affecting the removal of H2S and ethane. High C4’s content is also detected in the stabilized gasoline from columns E-152 and E-152B, impacting downstream units. Furthermore, C3’s carryover from the bottom of columns E-153 and E-153B is observed, reaching approximately 5%. Finally, several operational improvements are proposed, including adjustments to the L/V ratio in the absorption train, increasing the bottom temperature in E-150B, controlling reflux and temperature in E-152/B and E-153/B, and implementing an energy integration between the J-150 compressor discharge and the reboiler of the adjacent DEA unit. These proposals aim to improve separation efficiency, reduce energy consumption, and align the unit’s performance with its design parameters.
This study evaluates the performance of the Light Ends Recovery Unit (URL) in a Fluid Catalytic Cracking (FCC) process at ENAP Refinería Bío Bío, through the development of a simulation model in Aspen HYSYS. The unit’s main function is to recover valuable hydrocarbons such as propane’s, propylene’s, butanes, and butene’s, in addition to stabilizing gasoline by removing its light-end components. The process begins with the construction of a simulation model of the unit, which is validated using both basic engineering data and real operating conditions. For the basic design data, the model shows absolute errors below 0.7% in molar flows and below 3% in temperature across most simulated streams. Regarding compositional predictions, average absolute deviations (AAD) range between 0.15% and 0.48%. Under real operating conditions, deviations in flows and temperatures remain within acceptable limits, and the AAD for composition prediction ranges from 1.13% to 1.56%, confirming the model’s predictive capability. Performance evaluation reveals significant deviations from design conditions. Notably, the primary absorber (E-150A) achieves 87.8% C3’s recovery and only 68.9% C4’s recovery, compared to the expected 88.6% and 89.2%, respectively. The secondary absorber (E-151) also shows reduced efficiency, with current recoveries of only 7% for C3’s and 21% for C4’s, versus design values of 18% and 43%. Additionally, the stripper (E-150B) operates with low bottom temperatures, affecting the removal of H2S and ethane. High C4’s content is also detected in the stabilized gasoline from columns E-152 and E-152B, impacting downstream units. Furthermore, C3’s carryover from the bottom of columns E-153 and E-153B is observed, reaching approximately 5%. Finally, several operational improvements are proposed, including adjustments to the L/V ratio in the absorption train, increasing the bottom temperature in E-150B, controlling reflux and temperature in E-152/B and E-153/B, and implementing an energy integration between the J-150 compressor discharge and the reboiler of the adjacent DEA unit. These proposals aim to improve separation efficiency, reduce energy consumption, and align the unit’s performance with its design parameters.
Description
Tesis presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil Químico/a.
Keywords
Craqueo catalítico, Refinación del petróleo, Hidrocarburos