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TITULO DE LA INVESTIGACION¡Error! Marcador no definido.
"EXTRACCION DE AROMATICOS DEL PLATFORMADO POR MEDIO DEL
TRIETILENGLICOL (T.E.G.)"
I. INTRODUCCION
En la actualidad la empresa YPFB, tiene dos plantas de
produccion de Gasolinas PLATFORMADAS en el departamento de
Santa Cruz que se conocen como el área 302 y área 303 y otra
4-202 en Cochabamba, con lo que se puede producir grandes
volúmenes de estas gasolinas que son la materia prima esencial
para la producción de gasolina como ser: la especial, premium
y el avigas para avionetas, es por esta razón la inquietud del
presente trabajo de investigación en el sentido de aprovechar
este subproducto, para indagar las posibilidades de obtención
de aromáticos como ser el BENCENO, TOLUENO Y XILENOS a partir
de las gasolinas platformadas, haciendo uso para el efecto del
TRIETILENGLICOL, el cual se usara como solvente.
En mérito al argumento expuesto las preguntas que
formulan el presente trabajo de investigación son las
siguientes:
¿Qué porcentajes de aromáticos se pueden obtener, por
medio de diferentes mezclas proporcionales entre el
platformado y el trietilenglicol?
¿Qué porcentajes de aromáticos se pueden obtener, por
medio de diferentes mezclas proporcionales entre el
platformado y el trietilenglicol combinando a este último con
1
10% de agua?
¿Qué porcentajes de aromáticos se pueden obtener, por
medio de diferentes mezclas proporcionales entre el
platformado y el trietilenglicol, combinando a este último con
5% de agua?
II. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Evaluar los mejores resultados de extracción de
aromáticos del platformado por medio de diferentes
mezclas con el trietilenglicol (TEG).
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar los porcentajes de aromáticos que se pueden
obtener, por medio de diferentes mezclas proporcionales
entre el platformado y el trietilenglicol.
Precisar los porcentajes de aromáticos que se pueden
obtener, por medio de diferentes mezclas proporcionales
entre el platformado y el trietilenglicol combinando a
este último con 10% de agua.
Investigar los porcentajes de aromáticos que se pueden
obtener, por medio de diferentes mezclas proporcionales
2
entre el platformado y el trietilenglicol, combinando a
este último con 5% de agua.
III. JUSTIFICACION
La presente investigación es importante debido a que
YPFB., cuenta con 2 plantas de producción de gasolinas
platformadas la cual es la materia prima esencial para la
producción de gasolinas tales como la especial, premium y
avigas para avionetas; lo que se pretende realizar, son
experimentos para contar con una base científica, respecto a
la mejor combinación proporcional de PLATFORMADO, respecto al
solvente TRIENTILENGLICOL.
Por otro lado, se pretende utilizar en el experimento el
solvente TRIETILENGLICOL, debido a que en es el solvente más
barato y con mejores antecedentes de obtención de aromáticos
respecto al PLATFORMADO.
La importancia de la presente investigación, se
fundamenta también en el hecho de que estará respaldada por
pruebas estadísticas de importancia para verificar la
comparación de las posibles diferencias en la obtención de
aromáticos del PLATFORMADO, cuando se mezcla con el
TRIETILENGLICOL.
Finalmente, la presente investigación es importante
debido a que es de mucho interés para Y.P.F.B. conocer los
resultados de los experimentos, con el fin de tener
conocimientos previos a fin de proponer primero y enseguida
3
llevar adelante una planta piloto en donde se pueda obtener
aromáticos (Benceno, Tolueno y Xilenos), utilizando el
PLATFORMADO y utilizando como solvente el TRIETILENGLICOL.
IV. ALCANCES
La obtención de aromáticos se puede realizar por medio de
diferentes procedimientos, sin embargo, esta investigación se
circunscribirá al entorno de la realidad de Y.P.F.B., la cual
tiene las dos plantas de producción de platformado que no
trabajan al 100% de su rendimiento ya que abastecen por demás
con este sub producto a la producción del consumo de
gasolinas en el mercado local.
Por otro lado, respecto a la utilización del solvente
TRIETILENGLICOL, este será utilizado porque conforme a sus
antecedentes relativamente recientes, es el solvente que
mejores resultados arroja en la obtención de aromáticos en
otros países, además debido al relativo costo de su
adquisición.
V. REVISION BIBLIOGRAFICA
5.1 EXTRACCION CON DISOLVENTES
La extracción de uno o varios componentes de una mezcla
líquida por disolución en un disolvente selectivo constituye
hoy en día una operación habitual en las industrias química y
petrolífera. La posible separación de la mezcla por
destilación puede resultar difícil, bien por la proximidad de
4
los puntos de ebullición o por el elevado punto de ebullición
de la mezcla, que haga aconsejable una destilación a vacío
elevado; la destilación puede resultar también inadecuada por
provocar la descomposición química de los constituyentes de la
mezcla a causa del calor. (SAWISTOWSKI, H. y SMITH, W., 1992,
Pág. 292).
La extracción de alguno de los componentes por un
disolvente requiere en ocasiones una instalación más sencilla
que la necesaria para efectuar la misma separación por
destilación; también pueden extraerse compuestos sensibles al
calor con un disolvente frío. Por supuesto, normalmente es
necesario recuperar el disolvente de una o de ambas corrientes
líquidas por destilación, pero con frecuencia se puede elegir
el disolvente de manera que esta destilación sea fácil de
realizar.
Otra ventaja de la extracción con disolventes sobre la
destilación es que el disolvente es selectivo para componentes
de naturaleza químlca similar, mientras que la destilación es
"selectiva" solamente para componentes de punto de ebullición
análogo. Esto explica el extenso uso de la extracción con
disolventes en la industria petrolífera: por ejemplo, en la
producción de aceites lubricantes es conveniente separar los
compuestos aromáticos de los parafínicos, y estas sustancias
tienen puntos de ebullición similares, pero diferentes
solubilidades, en un disolvente selectivo
5
Hay tres clases principales de instalaciones para la
extracción con disolventes. que se distinguen por el modo de
poner en contacto las dos fases líquidas:
a) Contacto simple por etapas. b) Contacto en contracorriente
por etapas. c) Contacto continuo en contracorriente.
El método a) consiste en un contacto directo de la mezcla
y el disolvente en una o más etapas, que normalmente se
realiza como un proceso intermitente a pequeña escala. Es un
proceso poco eficaz comparado con el método b), en el que las
dos fases líquidas se ponen en adecuado contacto en
contracorriente en etapas sucesivas. El método c) está
reemplazando gradualmente al método b) en las operaciones
industriales, pues las instalaciones necesarias son más
sencillas y compactas. La diferencia entre los métodos b) y c)
es la misma que existe entre una columna de destilación de
pisos i otra de relleno.
En cuanto concierne a los métodos de cálculo, la
clasificación más importante se basa en la solubilidad del
disolvente. Hay dos casos.
1) Cuando se puede admitir que el disolvente es
completamente inmiscible con alguno de los componentes y
totalmente miscible con el resto de los componentes de la
mezcla inicial o alimento (mezclas inmiscibles).
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2) Cuando todos los componentes del alimento son
parcialmente miscibles con el disolvente (mezclas parcialmente
miscibles). Con una mezcla alimento de dos componentes, la
diferencia puede apreciarse en los datos de equilibrio
representados en un diagrama triangular:
A y C son los componentes del alimento que han de
separarse y B es el disolvente. En a) puede suponerse que el
disolvente B es completamente inmiscible con el componente A,
pero totalmente miscible con el componente C hasta una
concentración de C representada por la línea xx. (Siempre
habrá una solubilidad mutua, aunque pequeñas entre cada par de
componentes. En b) los componentes, A y B son parcialmente
miscibles, mientras que C es totalmente miscible con los
componentes A y B. En el proceso de extracción B se
encontraría en ambas fases. Se pueden presentar otras muchas
formas de diagramas del tipo indicado en b), pero los
principios de cálculo son los mismos. El caso 2) es más común
en la práctica que el 1). Los métodos de cálculo que se
necesitan para el caso 1) son una simplificación de los
necesarios para el caso 2).
7
5.2 ANTECEDENTES DE LA EXTRACCION DE AROMATICOS¡Error!
Marcador no definido.
En años recientes se ha evidenciado el dinámico
crecimiento en la capacidad de la imdustría petroquímica en la
recuperación de hidrocarburos arómaticos livianos por
extracción con solvente (glicoles). Como resultado de este
crecimiento, la industria está tendiendo a usar los glicoles
de mayor peso molécular. Algunas plantas establecidas que han
empezado con el dietilen glicol estan pensando en el trietilen
glicol. Algunas unidades han cambiado para el tetraetilen
glicol. Glicoles de alto peso molécular estan siendo usados
para incrementar la capacidad para el benceno y al mismo
tiempo recuperar mas hidrocarburos aromáticos de alto peso
molécular. Estos también pueden ser usados para reducir los
costos operativos. (UNION CARBIDE CHEMICALS. 1983. Pág. 161)
Un número sustancial de nuevas plantas estan empleando
trietilen glicol o mezclas de dipropilen glicol y dietilen
glicol, aunque; muchas unidades estan todavía enpezando con el
dietilen glicol, probablemente han incluido en la capacidad de
sus equipos un cambio para utilizar un glicol de mayor peso
molécular.
Existen númerosas públicaciones las cuales han
contribuido significativamente a la tecnología de la industría
de la extracción de los aromáticos. Jhonson y Francis en el
sistema: Benceno-Heptano-Dietileno Glicol. Hugues y Fallgatter
en la extracción de tolueno-Iso-octano mezclado y reformado
8
con dyetilen glicol, alquin aminas y alcanoaminas. Liebnitz
con la selección de benceno liviano no aromáticos
hidrocarburos etilen glicol y sistemas de dietilen glicol.
Aunque ningun artículo ha sido públicado acerca de glicoles de
alto peso molécular en cuanto al tratamiento de hidrocarburos
aromáticos de peso molécular elevados. (UNION CARBIDE
CHEMICALS. 1983. Pág. 162).
V.3 HIDROCARBUROS AROMÁTICOS
Los principales hidrocarburos aromáticos producidos por
las industrias petroquímicas son el benceno, el tolueno y el
xileno. (WUITIER, Pierre. 1981, Pág. 601)
A. BENCENO
Generalmente, el benceno se utiliza en la síntesis del
isopropilbenceno, sirviendo, en consecuencia, para la
preparación del fenol, materia prima, a su vez, para la
fabricación del nylon.
B. TOLUENO
El tolueno no solo sirve para fabricar explosivos, sino
que se utiliza, igualmente, como materia prima de síntesis
(poliuretano) y como disolvente de pinturas. La penuria de
benceno en la década de los 60 y 70 indujo a ciertos
fabricantes a construir unidades de desalquilación para
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transformar tolueno en benceno (proceso U.O.P.: Hydeal—proceso
Houdry Process: Detol).
C. XILENOS Y ETILBENCENO
El ortoxileno interviene en la fabricación de
plastificantes, de poliésteres y de pinturas gliceroftálicas.
El paraxileno es el punto de partida en la fabricación del
textil artificial conocido con los nombres de Tergal y
Terylene. El ortoxileno interviene en la fabricación de
plastificantes de poliésteres y de las pinturas
gliceroftálicas. El metaxileno es, igualmente, materia prima
para la fabricación de poliésteres. Por deshidrogenación del
etilbenceno puede obtenerse estireno. La mezcla de xilenos y
etilbenceno puede utilizarse como disolvente.
5.4 EL PLATFORMADO
En la planta de YPFB., el platformado se obtiene por el
proceso UOP platforming, el cual es un proceso de reformación
catalítica que emplea un catalizador que contiene platino, que
convierte naftas de baja calidad o gasolina de destilación
primaria en componentes para combustibles automotrices o de
aviación de alta calidad, en presencia de hidrógeno. (URQUIETA
FARREL, Elizabeth. 1996, Práctica Industrial, Refineria
Guillermo Elder Bell, PALMASOLA; Y.P.F.B.)
10
Se usa también el platforming para producir productos
ricos en componentes aromáticos de los que se puede extraer
benceno, tolueno, xileno y aromáticos más pesados. La carga
deseada para una Unidad de Platforming debe contener un mínimo
de pentano y componentes más livianos. Aunque este material
liviano no es de ninguna manera perjudicial, disminuye la
capacidad de la planta que sería más ventajosamente usada en
el reformado de las fracciones más pesadas de gasolina. Esto
se debe a que la fracción liviana de gasolina normalmente
tiene un buen número de octanaje.
La carga al reactor del Platforming no debe tener nunca
un punto final superior al especificado en el diseño, debido a
la severidad de la operación y para proteger la vida del
catalizador.
En ningún caso se cargarán al reactor stocks que tengan
puntos finales Engler superiores a 400ºF, debido a la mayor
tendencia a formar carbón de estas fracciones pesadas y
también debido a la formación de materiales de alto punto de
ebullición en el producto. Dichas destilaciones Engler se
corregirán por la presión barométrica. (URQUIETA FARREL, Op.
Cit. Pág. 82.)
El platforming realiza un proceso de reformación
catalítica con la finalidad de obtener gasolinas de alto
octanaje gracias a la producción de aromáticos, a partir de
una nafta que contiene hidrocarburos parafínicos, olefínicos,
nafténicos y aromáticos. (URQUIETA FARREL, Op. Cit. Pág. 82).
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Los aromáticos son estables y pasan a través de los
reactores sin cambio.
Si el contenido de naftenos disminuye en la carga,
también disminuye la producción de aromáticos y or lo tanto
también el número de octanos del platformado.
Las reacciones producidas elevan el procentaje de aromáticos
y los isómeros de parafinas lineales ofrecen resistencia a la
formación de peróxidos, obteniendo así un platformado de alto
octanaje (80-95 octanos).
VI. CONSIDERACIONES TEORICAS
Los conocimientos para llevar adelante la presente
investigación tienen su base en la teoria de EXTRACCION
LIQUIDO-LIQUIDO, la cual consiste en la separación de los
constituyentes de una disolución liquida (Platformado), por
contacto con otro líquido inmiscible (Trietilenglicol) que
disuelve preferentemente a uno de los constituyentes de la
disolución original, dando lugar a la aparición de dos capas
líquidas inmiscibles de diferentes densidades. (OCON GARCIA,
Joaquín, y TOJO BARREIRO, Gabriel, 1995. Pág. 111).
La disolución a tratar se denomina alimentación,
recibiendo el nombre de disolvente el líquido que se pone en
contacto con ella. Después del contacto entre la alimentación
y el disolvente se obtienen dos fases líquidas, denominadas:
12
extracto (la más rica en disolvente) y refinado (la más pobre
en disolvente). Separando el disolvente del extracto y del
refinado se obtienen el producto extraído y el producto
refinado. (OCON GARCIA, Joaquín, y TOJO BARREIRO, Gabriel,
1995. Pág. 112)
Como lo que se pretende en la extracción es dividir la
disolución líquida original en producto extraído y en producto
refinado, es fundamental la separación del disolvente añadido
a la disolución. De aquí que la recuperación del disolvente
haya de poder efectuarse de modo sencillo y económico;
generalmente se realiza por destilación, evaporación o
salinificación.
En cualquier proceso de extracción se necesita:
1. Contacto de la disolución líquida original con el
disolvente.
2. Separación de las fases líquidas formadas (extracto y
refinado).
3. Recuperación del disolvente.
Estos tres apartados constituyen lo que se denomina
estadio, etapa o unidad de extracción, que recibe el nombre de
ideal o teórico cuando el contacto entre la disolución líquida
y el disolvente ha sido lo suficientemente íntimo para que las
fases líquidas separadas tengan las concentraciones
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correspondientes a condiciones de equilibrio. (OCON GARCIA,
Joaquín, y TOJO BARREIRO, Gabriel, 1995. Pág. 112)
Los diversos métodos de extracción difieren en la forma
de efectuar la mezcla con el disolvente y en la separación de
las fases formadas en cada uno de los estadios o etapas.
VII. EXPERIMENTACION
7.1 LOCALIZACION DEL EXPERIMENTO
El experimento se realizará en los laboratorios de
Y.P.F.B. del departamento de Santa Cruz.
7.2 DISEÑO EXPERIMENTAL
En el presente trabajo de investigación, se aplicará un DISEÑO
COMPLETAMENTE RANDOMIZADO (al azar), "En este diseño los
tratamientos se distribuyen al azar en todas las unidades
experimentales, y el número de repeticiones o unidades por
tratamiento puede ser igual o diferente. Es útil para estudios
de métodos y técnicas de trabajo de laboratorio. En todos los
casos es importante que el medio ambiente que rodea al
experimento actúe en forma uniforme sobre todas las unidades
experimentales, y que las unidades experimentales, sean
fácilmente identificables para los fines del tratamiento
recibido. (CALZADA BENZA, José. 1991).
Este diseño es muy útil, cuando las unidades experimentales
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tienen una variabilidad uniformemente repartida, lo cual
sucede en muchos de los experimentos de laboratorio, en los
que la cantidad de material a usarse es previamente mezclada y
uniformizada, para después dividirla en pequeños lotes para
formar las unidades experimentales a las cuales se aplican al
azar los tratamientos.
Se realizarán tres diseños experimentales y en cada diseño
experimental se aplicará cuatro tratamientos.
EL PRIMER DISEÑO EXPERIMENTAL implicará la mezcla de
PLATFORMADO con distintas proporciones de trietilenglicol (la
variable independiente será el trietilenglicol), en este
primer diseño experimental las proporciones de mezclas
variarán desde 1 hasta 14.
EL SEGUNDO DISEÑO EXPERIMENTAL implicará la mezcla de
PLATFORMADO con distintas proporciones de trietilenglicol+ 5%
DE AGUA (la variable independiente será el disolvente =
trietilenglicol + 5% agua), en este segundo diseño
experimental las proporciones de mezclas variarán desde 3
hasta 13.
EL TERCER DISEÑO EXPERIMENTAL implicará la mezcla de
PLATFORMADO con distintas proporciones de trietilenglicol+ 10%
DE AGUA (la variable independiente será el disolvente =
trietilenglicol + 10% agua), en este tercer diseño
experimental las proporciones de mezclas variarán desde 1
hasta 13.
15
7.3 PRUEBAS DE SIGNIFICACION
LA PRUEBA DE SIGNIFICACION DE DUNCAN es la que se
utilizará en el presente trabajo de investigación. Esta prueba
tiene en cuenta los órdenes que les toca a los promedios de
los tratamientos en comparación en el ordenamiento en general,
dando mayores límites de significación (mayor exigencia) en
las comparaciones de tratamientos más apartados en el
ordenamiento. Esta prueba no requiere como la de t y DLS
(diferencia límite de significación) de una prueba previa de
F"1
Se ha escogido la PRUEBA DE DUNCAN, porque tienen un
porcentaje de fallas intermedio entre la prueba t y la de
TUKEY. La prueba de TUKEY, da menos errores del tipo I pero
más errores del tipo II (acepta la H0 cuando esta hipótesis es
falsa) que las pruebas de t y de DUNCAN. (CALZADA BENZA, José.
1991).
7.4 PROCEDIMIENTO DEL EXPERIMENTO
7.4.1TRABAJOS PREELIMINARES
a) Destilación del platformado (se realizará 2
pruebas para observar la repetibilidad del punto
inicial (PI) y el punto final (PF), método ASTM D-86
b) Análisis de cromatografía a la gasolina
1 ? CALZADA. Op. Cit. P.12016
platformada.
7.4.2PROCEDIMIENTOS ESPECIFICOS DE LA INVESTIGACION
El experimento se realizará tomando en consideración los
siguientes pasos:
Disposición de reactivos y equipo necesario para la
experimentación; los reactivos que se utilizarán son
el PLATFORMADO (alimentación) y el TRIETILENGLICOL
(disolvente); los equipos que se utilizarán en su
totalidad pertenecen a la empresa de Y.P.F.B.
Teniendo todo dispuesto, se procede a realizar la
mezcla del PLATFORMADO con el TRIETILENGLICOL
(T.E.G.), para lo cual se utilizará dos probetas de
100 ml y además se utilizará un EMBUDO SEPARADOR.
Una vez realizada la mezcla, y contenida esta dentro
del EMBUDO SEPARADOR, se procederá a la agitación de
la misma por espacio de 10 minutos, la agitación se
realizará en forma manual, hasta que se concretice la
mezcla, esto se determinará por simple observación.
Después de concluído el proceso de mezcla, se
procederá a SEPARAR, el EXTRACTO del REFINADO, por
DECANTACIÓN o por gravedad, para lo cual se utilizará
los dispositivos del EMBUDO SEPARADOR.
Posteriormente a la separación del EXTRACTO y del
REFINADO, se procederá a medir el porcentaje de
volumen de PLATFORMADO (refinado) y % del T.E.G.
(extracto), obviamente que este proceso será factible,
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debido a que el TEG, tiene la propiedad de absorver
los aromáticos del PLATFORMADO.
Enseguida se mide el índice de refracción, tanto del
EXTRACTO, como del REFINADO, para lo cual se utiliza
el REFRACTOMETRO, utilizando el método U.O.P.-39.
El siguiente paso consistirá en DESTILAR el EXTRACTO,
para lo cual se utilizará el DESTILADOR HEMPELL, el
objetivo de este paso será separar los aromáticos del
TEG, por temperatura, para lo cual primeramente se
colocará el extracto en un BALON DE VIDRIO de 500 ml y
se manipulará la temperatura hasta el punto de
ebullición de los aromáticos. Es importante indicar
que el DESTILADOR HEMPELL, esta conformado por todo un
sistema de destilación y recuperación de aromáticos,
el destilador funciona con energía eléctrica, las
temperaturas de referencias serán las siguientes:
* Benceno 176º F
* Tolueno 230º F
* Xileno 291.2º F
VIII.DE LOS MATERIALES E INSTRUMENTOS
8.2 MATERIALES
EQUIPOS
-Embudo separador de 1.000 ml
-Balones para destilación de 500 ml
-Equipo de destilación Hempell
18
-Equipo de bromatografía de bases
-Equipo refractómetro
REACTIVOS
-Solvente trietilenglicol (T.E.G.9
-Platformado
IX. ANTICIPACION DE PROBLEMAS
Los posibles problemas con los que se afrontaría en la
presente investigación son los siguientes:
-Escaso e insuficiente conocimiento del correcto manejo
de los equipos para realizar el experimento en los
laboratorios de Y.P.F.B.
-Problemas con la revisión de literatura, relativos al
tema específico de investigación.
-Dificultades en el manejo de métodos para la extracción
de aromáticos, mediante el experimento planteado.
-Dificultades en la interpretación de los resultados
obtenidos para su respectiva tabulación.
X. PRESUPUESTO
DETALLE CANTIDAD UNIDAD PRECIO
UNITARIO
TOTAL
19
Bs.
A. EQUIPO
-Probetas de 100 ml 2 unidad s.c.* s.c.*
-Embudo separador de 1.000
ml
1 unidad s.c.* s.c.*
-Balones de vidrio de 500 ml
para destilación
1 Unidad s.c.* s.c.*
-Equipo de bromatografía de
bases
1 Unidad s.c.* s.c.*
-Equipo refractómetro 1 Unidad s.c.* s.c.*
B. REACTIVOS
-Trietilenglicol 40 Litros 58 2.320
-Platformado 120 Litros 2,77 332,4
c. MATERIAL DE ESCRITORIO
-Papel bond 2 millar 30 60
-Lapiceros 10 unidad 3 30
-Lápices 10 unidad 1 10
-Borradores 4 unidad 3 12
D. EQUIPO DE COMPUTACION
-Alquiler de Computadora 40 horas 40 1.600
E. RECURSOS HUMANOS
-Viáticos para dos
investigadores
90 días 30 2.700
TOTAL 7.064,4
s.c.*: Servicio concedido gratuitamente por Y.P.F.B., a los investigadores.
20
XI. BIBLIOGRAFIA
- UNION CARBIDE CHEMICALS. Co. 1983. “How to Improve
Aromatics Extraction”. Nueva York.
WUITHIER, Pierre. 1981. “El Petróleo: Refino y Tratamiento
Químico”. Madrid. Ed. CEPSA.
- SAWISTOWSHI, H. y SMITH, W. 1985. “Métodos de Cálculo en
los Procesos de Transferencia de Materia”. México. Ed.
Alhambra.
- Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Carrera de
Ingeniería Química.
- CALZADA BENZA, José. 1995. “Métodos Estadísticos para la
Investigación”. Lima. Ed. Jurídica.
- MOYA OBESO, Alberto. 1990. “Investigación Científica”.
Trujillo. S.E.
- CALZADA BENZA, José. 1991. “Métodos Estadísticos para la
Investigación”. Lima. Ed. Jurídica.
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