XII FORO DE AVANCES DE LA INDUSTRIA DE LA REFINACIÓN
ESTUDIO ELECTROQUÍMICO ESPECÍFICO PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LOS
MATERIALES DE LAS TORRES DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA QUE PROCESAN
MEZCLAS DE CRUDO MEXICANO
ESTUDIO ELECTROQUÍMICO ESPECÍFICO PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LOS
MATERIALES DE LAS TORRES DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA QUE PROCESAN
MEZCLAS DE CRUDO MEXICANO
Septiembre, 2006.
Joel Mendoza Canales
Jesús Marín Cruz
INSTITUTO MEXICANO DEL PETRÓLEO
ElectrolitoMetal M
Zm+
Zm+
Zm+
Zm+
Corrosión1
Corrosión1
1 Adaptado del libro: Jones, Denny A., “Principles and prevention of corrosion”, 2nd. Edition, Prentice Hall, 1996.
Zm+
Zm+
M0 ↔ Mn+ + ne_
Reacción anódica
CorrosiónCorrosión
ElectrolitoMetal M
Z0
Zm+ + me_
↔ Z0 Reacción catódica
Zm+
Zm+
Zm+
Mn+
e-
e-
Zm+
Zm+
Zm+
Zm+
Zm+
Zm+
Métodos de control de la corrosiónMétodos de control de la corrosión
Metodologías de diseñoMetodologías de diseño
Selección de materialesSelección de materiales
Modificación del medio: neutralizantes, inhibidores, biocidas.Modificación del medio: neutralizantes, inhibidores, biocidas.
Barreras: recubrimientos metálicos y no metálicosBarreras: recubrimientos metálicos y no metálicos
2 Hydrocarbon Processing - Supplement, “2003 Refining Processes”, November 2003.
Isomerización
FCC Desintegración catalítica fluida
Coquización retardada
Reformación de nafta
Postratamiento de diesel
Hidrodesintegra-ción
Reductora de viscosidad
Petró-leo Crudo
Desa-ladora/ deshi-drata-dora de crudo
Torre
At
mosférica
Torre
al
Vacío
Residuo cadena larga
Producción de
Hidrógeno
Hidrotratamientode destilados
pesados
Hidrotratamientode nafta
Hidrotratamientode gasóleos
Nafta
Nafta ligera
Ligeros
Destilados ligeros
Destilados pesados
Recuperación de azufre
Hidrotratamientode destilados
ligeros
Gasóleo atmosféricopesados
Planta de gas saturado
AzufreGas LP
Gas ácido
Azufre
Gasolina
A aromáticos
Querosina y turbosina
Postratamiento de gasolina Gasolina
AlquilaciónOlefinas
Diesel y aceite de calenta-miento
Tratamiento de lubricantes
Gasóleo ligero de vacío
Gasóleo pesado de vacío
Gasóleo
Fracción de lubricantes Aceites lubricantes
Residuo de vacío CoqueCoque verde
Diesel
Residuo de vacíoCombustóleo
Nafta
PROCESOS DE REFINACIÓN2
PROCESOS DE REFINACIÓN2
1
AGUA AMARGA
PRESIÓNSOBRECALENTADO
VAPOR DE BAJA
14
A.E.
CRUDO
A DESFOGUE
RESIDUOATMOSFÉRICO
(1)
(2)
(3)
(4) (5) (6)
(7)
(1) Torre atmosférica(2) Intercambiador crudo/domos 1a. etapa de condensación(3) Acumulador de la 1a. etapa de condensación(4) Intercambiador crudo/domos 2a. etapa de condensación(5) 1er. condensador de la 2a. etapa de condensación(6) 2o. condensador de la 2a. etapa de condensación(7) Acumulador de la 2a. etapa de condensación
GAS
NAFTAA ALMACENAMIENTO
PT
1.9375
1481.1
TP
PT
0.438
A LÍMITE DE BATERÍA
386.0
TP
22
15
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMADESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Agua (en el crudo, vapor condensado y agua de lavado)
Sales disueltas en el crudo
H2S en el crudo o por descomposición de S y sus compuestos
Uso de metales distintos
Refinación de crudos más pesados
Propiedades de crudosPropiedades de crudosMezcla: Maya 39%-Istmo 61%
NOMBRE MAYA ISTMO
Lugar de muestreo ASTM-D-2892 PATIN "J", L-48" ESTACION NUEVO TEAPA
PATIN "B", L-48" ESTACION NUEVO TEAPA
Fecha de muestreo (dd-mm-aa) 17-Oct-03 17-Oct-03Tipo de crudo PESADO LIGERO
PROPIEDADES DEL CRUDO MÉTODOGravedad, °API ASTM-D-287 21.49 32.60Peso específico @ 60/60 °F ASTM-D-1298 0.9249 0.8623Azufre total, % peso ASTM-D-4294 3.455 1.5261Azufre mercaptánico, ppm wt UOP-163 122 104Nitrógeno total, ppm wt ASTM-D-4629 3227 1504Nitrógeno básico, ppm wt UOP-313 968 634Temperatura de escurrimiento, °C ASTM-D-97 -27 -33Viscosidad, cSt @ 15.6°C (60°F) ASTM-D-445 326.04 15.28Viscosidad, cSt @ 21.1°C (70°F) ASTM-D-445 235.26 12.54Viscosidad, cSt @ 25.0°C (77°F) ASTM-D-445 190.03 11Factor de caracterización K UOP (K Watson) UOP-375 11.73 11.91Vanadio, ppm wt IMP-SA-AA-018 262.77 58.85Níquel, ppm wt IMP-SA-AA-018 54.46 12.8Carbón conradson, % peso ASTM-D-189 11.93 4.78Carbón ramsbottom, % peso ASTM-D-524 10.6 4.28Insolubles en n-heptano, % peso ASTM-D-2007 9.63 2.38Presión de vapor Reid, psia (lb/plg2) ASTM-D-323 6.4 7Ácido sulfhídrico H2S, ppm wt UOP-163 44 128Número de neutralización (acidez), mg KOH/g ASTM-D-474 0.28 0.3Agua y sedimentos, % vol. ASTM-D-4007 0.05 0.05Agua por destilación, % vol. ASTM-D-4006 0.05 0.1Sedimentos por extracción, % peso ASTM-D-473 0.02 0.04Cenizas, % peso ASTM-D-482 0.0447 0.0387Sal (NaCl), lb/1000 bls ASTM-D-3230 12 19Poder calorífico neto, BTU/lb ASTM-D-240 17224 17742Poder calorífico bruto, BTU/lb ASTM-D-240 18244 18845
Celda convencional de 3 electrodosCelda convencional de 3 electrodos
Electrodo de trabajo (20Cb-3, Monel 400 y Hastelloy C-276)
2000 rpm
Electrodo de referencia (Calomel saturado)
Contraelectrodo(grafito)
Electrolito
40 ºC
HCl0.05MHCl0.05M
CADA ALEACIÓN pH=1.5, 4, 6, 8, 10CADA ALEACIÓN pH=1.5, 4, 6, 8, 10
3 ALEACIONES pH=1.5, 4, 6, 8, 103 ALEACIONES pH=1.5, 4, 6, 8, 10
CADA ALEACIÓN pH=1.5, 4, 6, 8, 10CADA ALEACIÓN pH=1.5, 4, 6, 8, 10
3 ALEACIONES pH=1.5, 4, 6, 8, 103 ALEACIONES pH=1.5, 4, 6, 8, 10
HCl+H2S(0.05M +
500 ppm H2S)
HCl+H2S(0.05M +
500 ppm H2S)
Caracterización por Polarización Lineal y Espectroscopia de Impedancia Electroquímica
Caracterización por Polarización Lineal y Espectroscopia de Impedancia Electroquímica
Composiciones químicas Composiciones químicas
Ni66%
Fe3%
Cu28%
C0.02%
Mn2% Si
0.08%
Monel 400ASME SB-127; SB-165; SB-163
[UNS N04400]
Cr15%
Mo15%
Ni58%
Co2%
W4%V
0.35%
Fe5%
C0.02%
Mn1%
Si0.08%
Hastelloy C-276ASME SB-575; SB-622; SB-626
[UNS N10276]
Cr20%
Ni34%
Cb+Ta1%
Mn2%
Si1%
C0.06%
Cu4%
Mo3%
Fe35%
20Cb-3ASME SB-463 (placa); SB-464 (pipe);
SB-468 (tubing) [UNS* N08020]
* UNS (UnifiedNumbering System) fue acordado por ASTM y SAE. Es un sistema de código alfanumérico que inicia con una letra seguida por 5 dígitos y aplica para todo tipo de aleaciones. El número UNS es único para cada aleación e indica una composición química.
Polarización LinealPolarización Lineal
HClHCl 0.05M + 500 0.05M + 500 ppmppm HH22SS
Favorecer proceso de corrosión
Ventana de potencial: 1000 mV
Velocidad de barrido: 1 mV/s
40 °C
2000 rpm
(caracterización del sistema en condiciones drásticas)
(caracterización del sistema en (caracterización del sistema en condiciones drásticas)condiciones drásticas)
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0
2.0x10-5
4.0x10-5
6.0x10-5
8.0x10-5
1.0x10-4
1.2x10-4
1.4x10-4
1.6x10-4
1.8x10-4
pH=1.5i /
A
E / V
20Cb-3
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0
2.0x10-5
4.0x10-5
6.0x10-5
8.0x10-5
1.0x10-4
1.2x10-4
1.4x10-4
1.6x10-4
1.8x10-4
pH=6
pH=1.5i /
A
E / V
20Cb-3
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0
2.0x10-5
4.0x10-5
6.0x10-5
8.0x10-5
1.0x10-4
1.2x10-4
1.4x10-4
1.6x10-4
1.8x10-4
pH=10
pH=6
pH=1.5i /
A
E / V
20Cb-3
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0
1.0x10-4
2.0x10-4
3.0x10-4
4.0x10-4
5.0x10-4
pH=1.5i /
A
E / V
Monel 400
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0
1.0x10-4
2.0x10-4
3.0x10-4
4.0x10-4
5.0x10-4
pH=1.5
pH=6
i / A
E / V
Monel 400
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0
1.0x10-4
2.0x10-4
3.0x10-4
4.0x10-4
5.0x10-4
pH=1.5
pH=10
pH=6
i / A
E / V
Monel 400
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0
5.0x10-3
1.0x10-2
1.5x10-2
2.0x10-2
2.5x10-2
pH=1.5i /
A
E / V
Hastelloy C-276
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0
5.0x10-3
1.0x10-2
1.5x10-2
2.0x10-2
2.5x10-2
pH=6
pH=1.5i /
A
E / V
Hastelloy C-276
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0
5.0x10-3
1.0x10-2
1.5x10-2
2.0x10-2
2.5x10-2
pH=10
pH=6
pH=1.5i /
A
E / V
Hastelloy C-276
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.010-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
20Cb-3
Hastelloy C-276
log
i / A
E / V
pH=1.5
Monel 400
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.010-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
20Cb-3
Monel 400
log
i / A
E / V
pH=6
Hastelloy C-276
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.010-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
20Cb-3Monel 400
log
i / A
E / V
pH=10
Hastelloy C-276
7,741
8.9
2.6
pH 8
9,226
14.6
3.6
pH 6
3,6567,88928,980Hastelloy C-276
38.37.17.8Monel 400
3.92.63.120Cb-3
pH 10pH 4pH 1.5HClHCl
10,400
24.5
35.6
pH 8
9,711
33.8
3.7
pH 6
7,2597,25513,860Hastelloy C-276
80.818.962.9Monel 400
48.613.1107.220Cb-3
pH 10pH 4pH 1.5HCl + H2SHCl + H2S
Carga eléctrica asociada al barrido en sentido anódico (Coulombs x 10-3)
Carga eléctrica asociada al barrido en sentido anódico (Coulombs x 10-3)
dtdNnF
dtdQi ⋅==Faraday deLey
Espectroscopia de Impedancia
Electroquímica (EIS)
Espectroscopia de Impedancia
Electroquímica (EIS)
HClHCl 0.05M + 500 0.05M + 500 ppmppm HH22SS
Intervalo de frecuencias: 10kHz-10mHz
Amplitud (rms) en potencial: 10 mV
Tiempo de inmersión: 5 h
40 °C
2000 rpm
(caracterización del proceso de corrosión como ocurre en forma natural)
(caracterización del proceso de corrosión (caracterización del proceso de corrosión como ocurre en forma natural)como ocurre en forma natural)
0 100 200 300 400 500 600 7000
100
200
300
400
500
600
pH=10
pH=6-Z
imag
/ kΩ
Zreal / kΩ
Monel 400
pH=1.5
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 6500
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
pH=6
-Zim
ag / Ω
Zreal / Ω
Hastelloy C-276
pH=1.5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 1400
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
20Cb-3 Monel 400 Hastelloy C-276
-Zim
ag /
kΩ
Zreal / kΩ
pH=1.5
0 100 200 300 400 500 600 700 8000
100
200
300
400
500
600
-Zim
ag /
kΩ
Zreal / kΩ
20Cb-3 Monel 400 Hastelloy C-276
pH=6
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 6000
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
-Zim
ag /
kΩ
Zreal / kΩ
20Cb-3 Monel 400 Hastelloy C-276
pH=10
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
El comportamiento de cada aleación está influenciado en forma importante por el pH del medio.
La presencia de H2S en el medio afecta significativamente la susceptibilidad a la corrosión de las aleaciones examinadas.
En la selección de materiales, es fundamental tomar en cuenta el medio y el tratamiento químico que estarán en contacto con el metal.
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
Se considera que la metodología propuesta es una herramienta valiosa para la selección de materiales.
Un estudio más profundo de los espectros de EIS posiblemente contribuirá a establecer una correlación entre la microestructura del metal y su susceptibilidad a la corrosión en el medio.
04 de Septiembre de 2006.
CURRICULUM VITAE JOEL MENDOZA CANALES es de nacionalidad mexicana, egresado del Instituto Politécnico Nacional de la licenciatura en ingeniería mecánica (1985). Estudió la maestría en ingeniería industrial con área de enfoque en planeación estratégica en ingeniería y tecnología, obteniendo el grado de maestro en ingeniería por la Universidad Anáhuac en el 2002. Actualmente realiza estudios de doctorado en ingeniería química petrolera en el área de materiales y nanoestructuras dentro del programa de posgrado del Instituto Mexicano del Petróleo (IMP). 1. CARRERA PROFESIONAL EN EL IMP. Ha laborado durante 22 años en diversas
épocas y puestos, entre los cuales destacan los siguientes:
De 1998 a la fecha, ha laborado como especialista en proyectos de planeación tecnológica. Participó como especialista en un proyecto de planeación tecnológica para PEMEX Refinación, siendo su función específica elaborar mapas tecnológicos (technology roadmaps) y capacitar a otros especialistas que integraron el grupo de trabajo acerca del tema. También ha participado en proyectos de ingeniería relativos al diseño mecánico estructural de cambiadores de calor y otros equipos de intercambio térmico, selección de materiales de construcción, supervisión de ingeniería y actividades relacionadas. En el periodo, ha trabajado como coordinador, planeador y supervisor de recursos humanos y materiales con el objetivo de atender y satisfacer las necesidades referentes a servicios de ingeniería requeridos por PEMEX para las diversas plantas de sus complejos y unidades. Como principales habilidades profesionales adquiridas a lo largo de su carrera en el IMP, destacan: selección de materiales de construcción adecuados para manejar diversos fluidos de proceso; diseño mecánico estructural de cambiadores de calor, recipientes, serpentines, tanques, reactores, etc.; manejo e interpretación de códigos y normas aplicables a equipos de transferencia de calor (ASME, TEMA, ASTM, AWS, ANSI, etc.); elaboración de dibujos de fabricación de todo tipo de cambiadores de calor; testigo de pruebas no destructivas (hidrostática, neumática, líquidos penetrantes, partículas magnéticas) aplicadas a cambiadores de calor y seguimiento de la fabricación de los mismos; inspección física en campo de equipos de transferencia de calor durante sus etapas de arranque, operación y mantenimiento; revisión mecánica estructural de cambiadores de calor para determinar su reutilización en nuevos servicios (traslado de equipo); asesor en problemas de fabricación de equipos de intercambio térmico; diseño mecánico-estructural de cambiadores de calor para servicios de alta presión ( arriba de 2500 psig.); instructor y capacitador del personal de Petróleos Mexicanos sobre mantenimiento y operación de cambiadores de calor; asesor de la Comisión Federal de Electricidad en concursos para la compra de cambiadores de calor; responsable del dictamen técnico respecto a las ofertas presentadas por los fabricantes para compra de cambiadores de calor; elaboración y actualización de software para diseño mecánico-estructural de equipos de intercambio térmico; usuario especializado del paquete de diseño y dibujo auxiliado por computadora “Autocad” y
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elaboración de programas de computadora mediante diversos lenguajes de programación (Qbasic, Fortran, Autolisp); elaboración de programa de computadora “MEM” en lenguaje Autolisp para generación de dibujos de cambiadores de calor para aprobación por la Secretaría del Trabajo y Previsión Social.
De 1996 a 1997, laboró como coordinador del grupo de ingeniería de cambiadores de
calor en los complejos petroquímicos Cosoleacaque, Cangrejera, Morelos y Pajaritos, supervisando personal y actividades relativas a la elaboración de dibujos para aprobación por la Secretaría del Trabajo y Previsión Social con el objetivo de obtener el permiso de operación correspondiente, así como diseño mecánico estructural de cambiadores de calor estandarizados por la norma “TEMA” existentes en las plantas de los complejos antes mencionados. El logro relevante consiste en haber obtenido la regularización de 650 cambiadores de calor ante la Secretaría del Trabajo y Previsión Social para los complejos mencionados.
De 1994 a1996, trabajó como jefe de la oficina de diseño mecánico estructural de
cambiadores de calor, coordinado y supervisando recursos encaminados a atender los diferentes proyectos asignados a la oficina. Como logros relevantes sobresale la conclusión y participación en diferentes proyectos relativos a equipos de intercambio térmico que operan en las plantas de PEMEX, así como atención de proyectos a terceros (empresas privadas); también se destaca la terminación de proyectos de desarrollo e investigación y mejoras de ingeniería.
De 1989 a 1993, funcionó como jefe de grupo de diseño mecánico estructural de
cambiadores de calor, supervisando y participando directamente en el diseño mecánico estructural de equipos de intercambio térmico pertenecientes a los diferentes proyectos de PEMEX e industrias privadas. Algunos logros importantes incluyen: desarrollo de ingeniería de detalle y estudios específicos de ingeniería aplicados a equipos de intercambio térmico que operan en las plantas de PEMEX, así como atención de proyectos a empresas privadas.
De 1986 a 1988, fue ingeniero especialista responsable de proyectos de desarrollo y
diseño mecánico estructural de equipos de intercambio térmico para la industria química, petroquímica, de proceso, industrial y otras. Fue autor de patente “Mejoras a cambiador de calor de baja presión de doble tubo” (patente de mejoras, no. de expediente: 77612, fecha: 17/junio/1988). Fue coautor del artículo: “Diseño computarizado de equipos de proceso” (revista del IMP, volumen XIX, número 4, octubre de 1987). Fue conferencista en el Congreso Nacional de CAD-CAM con la ponencia: “Diseño graficado de equipos de proceso” (17-18 de noviembre de 1986).
De 1984 a 1986, laboró como ingeniero pasante en el área de diseño mecánico
estructural de cambiadores de calor y otros equipos de intercambio térmico.
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2. DOCENCIA. Se ha desempeñado como profesor en las siguientes instituciones:
De 1991 a 1996, fue profesor titular de asignatura en la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, campus Azcapotzalco del IPN, donde impartió las asignaturas Termodinámica, Físicoquímica, Instrumentación, Máquinas Térmicas, Motores de Combustión Interna y Refrigeración para alumnos de la carrera de ingeniería mecánica en la Academia de Ciencias Térmicas.
De 1987 a 1988, fue profesor titular de asignatura en la Universidad del Valle de
México, campus San Rafael, impartiendo las asignaturas Procesos de Fabricación I y II para alumnos de la carrera de ingeniero industrial con la especialidad en manufactura.
De 1980 a 1981, fue profesor de asignatura en el CECYT “Gral. Lázaro Cárdenas”
del IPN, siendo instructor de los alumnos en el manejo de máquinas herramientas (torno, fresadora, sierras, cepillo, torno copiador, rectificadoras, taladro radial y de columna, mandrinadora, diversos procesos de soldadura, máquinas de control numérico, etc.), así como instructor a empresas privadas y asesoría técnica en procesos de fabricación y soldadura.
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