Dimensionado de una Unidad de Craqueo Catalítico en Fase fluida (FCC) para su representación en impresora 3D en FABLAB-UVa

Abstract

El petróleo es una mezcla formada por una infinidad de compuestos orgánicos, en su mayoría hidrocarburos insolubles en agua de tipo parafínico, olefínico, nafténico y aromático. Debido a esto, para su empleo es necesario separarlo en sus diferentes fracciones mediante el proceso de refino de petróleo. Existen diferentes tipos de refino del petróleo en función del grado de conversión. El objetivo principal de una refinería de petróleo es obtener la mayor cantidad y tipo de productos de mayor valor añadido, sin embargo, los productos de mayor valor han ido cambiando a lo largo de la historia, y con ellos, ha sido necesario crear nuevos procesos que permitan cumplir con la demanda. Desde que apareciera la primera refinería de petróleo, que consistía en una destilación simple, hasta la actualidad, han ido surgiendo nuevos procesos que permiten obtener un mayor rendimiento en diésel, queroseno o naftas, según la demanda. A las refinerías actuales se las denomina de conversión profunda, son aquellas que producen cero de fuelóleos, y esto lo producen en gran medida gracias a las unidades de conversión, como es la unidad de craqueo catalítico en lecho fluido (FCC). Esta unidad se alimenta de fuelóleos procedentes de la unidad de vacío y obtiene como productos GLP, naftas o diésel. Desde hace tiempo las grandes compañías de ingeniería dedicadas a la industria petroquímica realizaban modelos y maquetas a escala de las refinerías para poder apreciar la envergadura de estas y así conocer el proceso de forma más sencilla. En la actualidad, con el desarrollo de software 3D y con la impresión 3D esto es algo mucho más sencillo de hacer y puede utilizarse con otros fines, como por ejemplo el académico. En la unidad de FCC pueden diferenciarse 6 bloques que son el pretratamiento de la alimentación, sistema de generación de vapor, riser, separación y stripping, regenerador y separación de productos. Estos bloques, a su vez se dividen en 3 grandes secciones, sección 100 (pretratamiento de alimentación), sección 200 (Reacción, separación del catalizador, generación de vapor y regeneración de catalizador) y sección 300 (separación de los productos de reacción en sus diferentes fracciones). Con esta división en secciones se plantea un diagrama de flujo y un balance de materia en el que se parte de una corriente de 177,5 t/h de fueloil pesado y se obtienen 38,15 t/h de GLP, 81,1 t/h de naftas, 34,43 t/h de diésel ligero, 13,49 t/h de fueloil pesado y energía, que se emplea para la regeneración del catalizador y para la generación de vapor. Para garantizar el correcto funcionamiento de la unidad es de vital importancia disponer de un sistema de control básico. Este sistema se encarga de garantizar que el proceso se efectúa de forma correcta y además juega un papel importante en la seguridad del proceso. Para poder hacer un diseño 3D a escala de los equipos principales de un FCC es necesario diseñarlos previamente. Los equipos a diseñar son los ciclones empleados para la separación y evitar arrastres del catalizador, riser y un lecho fluidizado en el que se quema el coque depositado en la superficie del catalizador. Con todos los equipos dimensionados ya se puede iniciar el diseño en 3D, para el diseño se utiliza como software FreeCad. En este diseño se incluyen todos los equipos dimensionados con una escala de 1:10. Una vez completo el diseño, está listo para poder imprimirse mediante impresión 3D. Esta impresión de los equipos permite utilizarlos en un ámbito académico facilitando la visualización y la comprensión del proceso, algo que viendo un FCC en la realidad es muy difícil de comprender.