HIDRODESULFURACION

 ANALISIS DE PROCESOS QUIMICOS NOMBRES:  

ALMARAZ AREBALO MARIA LIZEHT  AY  AYAVIRI CHOQUE JENNY ROCIO

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BAUTISTA GARCIA DENNYS

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QUISPE HUANACO LEINY MERZE

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SAN MILLAN ARISPE NOELIA

RESUMEN 

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El presente trabajo contiene una breve introducción,  justificación. Se presenta una breve descripción del proceso, utilizando catalizador catali zador y condiciones de operación. Se presenta un modelo para el diseño del reactor, suponiendo operación isotérmica y flujo pistón. Se resuelve el modelo para obtener las dimensiones del reactor bajo diferentes condiciones de operación de presión y  temperatura. Se presentan los balances de materia y energía sobre la planta, así como los resultados del dimensionamiento de los equipo, obtenidos mediante el simulador HYSYS 7.3.

RESUMEN 

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Para finalizar se verifico con un análisis económico del proceso, con los resultados obtenidos se concluye que la HDS del diésel es una inversión atractiva económicamente. El alcance de este proyecto es verificar en la simulación si baja el contenido azufre en el diésel. Se describe un proceso de HDS tal como opera en una planta

INTRODUCCIÓN 

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El petróleo y los combustibles fósiles constituyen más del 70% de las fuentes de energía primaria, hecho que involucra apreciables problemas de contaminación. Uno de ellos es la producción de emisiones sulfurosas a la atmósfera, ya que el petróleo tiene una fracción relativamente pesada que contiene una gran cantidad de compuestos azufrados y nitrogenados. Para disminuir la descarga de contaminantes por esta combustión existen tratamientos preventivos que involucran la remoción de los contaminantes durante el proceso de elaboración de los combustibles en las refinerías de petróleo.

INTRODUCCIÓN 

Para remover varios de los compuestos contaminantes atmosféricos, existen procesos denominados hidrotratamiento. En estos procesos se utiliza hidrógeno para remover el azufre (hidrodesulfuración, HDS), para remover el nitrógeno (hidrodenitrogenación), para la remoción de compuestos aromáticos (hidrodesaromatización) y  para la remoción de metales pesados (hidrodemetalización)

INTRODUCCION 

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Todos estos procesos, además de necesitar hidrógeno, requieren de un reactor que tenga un catalizador capaz de acelerar las reacciones de eliminación correspondientes. Es importante destacar que a medida que el crudo es más pesado el contenido de contaminantes es mayor como el azufre.

JUSTIFICACIÓN 

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El contenido de azufre en el diésel afecta de dos formas una con la contaminación al medio ambiente por la emisión de gases SOx producidos por la combustión, por otra parte afecta a los componentes de los motores diésel. Es por tal razón que se tomo como una opción quitar el azufre del diésel, con la hidrodesulfuración, reduciendo de esta manera el contenido de azufre.

ANTECEDENTES HIDRODESULFURACIÓN La hidrodesulfuración es la tecnología fisicoquímica que se lleva a cabo en la refinación del petróleo, donde el principal propósito consiste en remover los heteroatomos de azufre contenidos en las fracciones de petróleo crudo. Con la finalidad de obtener combustibles ecológicos de mayor calidad evitando así la emisión de compuestos azufrados a la atmosfera y por ende la contaminación ambiental. Este es un proceso de hidrotratamiento catalítico, utilizado para remover el azufre o compuestos azufrados de las fracciones de petróleo líquido. Consiste en hacer reaccionar la mezcla de compuestos orgánicos con hidrógeno gaseoso en un reactor a altas presiones (55-170 atm) y altas temperaturas (300- 450º C). 

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ANTECEDENTES OPCIONES TECNOLÓGICAS PARA LA ELIMINACIÓN DE AZUFRE  Adsorción  A diferencia del proceso HDS, este proceso utiliza procesos químicos de adsorción en lugar de hidrógeno para la remoción de los compuestos azufrados (produce SO2 y CO2). 

Biodesulfuración Este proceso consiste en el uso de bacterias para remover los compuestos azufrados del hidrocarburo. Para ello se combina el flujo de hidrocarburo con una mezcla de bacterias de base de agua, sosas cáustica y nutrientes bacterianas. 

ANTECEDENTES Oxidación (ODS). Este proceso involucra la formación de una emulsión de agua con diésel, para luego oxidar el azufre con un ácido catalizado. Este proceso trata preferentemente a los compuestos de azufre más difíciles de remover, pero no es adecuada para los destilados directos. 

CLASIFICACIÓN DEL CRUDO TIPOS DE CRUDO

GRADOS API

Condensado

Mayor de 42

Ligero

Entre 30 y 42

Mediando

Entre 20 y 29.9

Pesado

Entre 10 y 20

Extrapesado

Entre 8.2 y 10

Bitumen(Alquitrán)

Menor a 8.2

MATERIAS PRIMAS E INSUMOS MATERIAS PRIMAS PRINCIPALES

SECUNDARIOS

Diésel

Catalizador 

Hidrógeno

NiW/Al2O3

MATERIAS PRIMAS 



El diésel es un combustible líquido compuesto, formado básicamente de moléculas C12-C25 o más, entre los que se encuentran compuestos aromáticos, azufrados y nitrogenados, algunas parafinas y  olefinas. Se caracteriza por su elevado rendimiento y  eficiencia mecánica. Se obtiene, durante la destilación atmosférica del petróleo crudo entre los 200 – 300 °C de temperatura  y posteriormente recibe un tratamiento en las unidades de hidrodesulfuración con el fin de remover el azufre.

MATERIAS PRIMAS PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS PROPIEDADES DIESEL UNIDADES Temperatura de ebullición a 760 mmHg 215-300 °C presión de vapor a 20°C 30 mmHg densidad API a 60 °F 40 gravedad específica a 20°C 0,85 punto flash 45 °C puntode vacio -9 °C punto de niebla -15 °C indice de cetano 48 minimo viscosidad a 40°C

1,9 a 4,1

centistokes

MATERIAS PRIMAS 

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Debido que el diésel es una mezcla compleja de una gran cantidad de componentes, no existen datos precisos de sus propiedades. Es por ello que es necesario estimar propiedades para un pseudo compuesto que represente en promedio las propiedades del diésel, así como estimar las propiedades de los compuestos de azufre. Respecto a la referencia , Utilizando el paquete computacional Integrated Computer Aided System (ICAS version 5.0), desarrollado en la Universidad Técnica de Dinamarca.

MATERIAS PRIMAS

MATERIAS PRIMAS Se estimaron las propiedades para diversos compuestos azufrados presentes en el diésel. Se seleccionó el 4,6 DMDBT como el representativos de ellos. Así mismo, a falta de una caracterización detallada del diésel, y considerando que éste es una mezcla de compuestos parafínicos y aromáticos, el diésel se simuló como una mezcla de porcentajes de un compuesto parafínico (n-hexadecano) y un compuesto aromático (Bifenil).

MATERIAS PRIMAS COMPONENTES

COMPOSICIÓN

4,6 DMDBT N-Hexadecano Bifenil

87,590% 7,540% 4,870%

REACCIONES 4,6DMDBT + 2H2 3,3DMBF + H2S Estas reacciones son esencialmente irreversibles bajo condiciones industriales de reacción (340-425°C y 50-170 atm). Utilizaremos como catalizador la aleación NiW/Al2O3.

REACCIÓN DE HIDROGENACIÓN

2H2 NiW/Al2O3

DESCRIPCION DEL PRODUCTO 

El producto que se obtendrá es diésel desulfurado, con un bajo contenido de azufre de 15 ppm como una aproximación, los costos en la operación se deben al incremento en el consumo de servicios auxiliares de hidrogeno y catalizadores.

FUENTES DE MATERIAS PRIMAS E INSUMOS Hidrogeno y diesel PRINCIPALES CONSUMIDORES DE DIESEL Los mayores consumidores de diesel son transportes terrestres y marinos a nivel mundial, y en baja medida en la industria. PRODUCTOS DEL DIESEL DESULFURADO Gasolina amarga Diesel desulfurado  Acido sulfhídrico Hidrocarburos ligeros 

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INGENIERIA DEL PROYECTO La hidrodesulfuración es un proceso de refinamiento catalítico que usa un catalizador selectivo en combinación con una corriente en hidrógeno, para remover el azufre presente en la alimentación de diésel. Para lograr lo mencionado la unidad de HDS se divide en las siguientes secciones de proceso:  Sección de reacción  Sección de separación 



INGENIERIA DEL PROYECTO La unidad de Hidrodesulfuración recibirá una alimentación de diésel proveniente de una planta de destilación primaria. Sección de reacción La corriente de alimentación llega a un tanque de carga, para posteriormente pasarla a una bomba, donde se aumentará la presión y se mezclara con una corriente de hidrogeno a la misma presión con una alta temperatura. La mezcla diéselhidrógeno entrará a un precalentador, y después a un calentador, alcanzando las condiciones adecuadas para entrar al reactor. El reactor contiene un lecho catalítico, donde el catalizador principal es de Níquel- wolframio. En el reactor, la corriente diésel-hidrogeno reaccionará exotérmicamente y se removerá el azufre, que es convertido en sulfuro de hidrogeno. 

INGENIERIA DEL PROYECTO Sección de separación El efluente caliente del reactor se usa para intercambiar energía con la alimentación en el precalentador, pasando posteriormente a un enfriador, para luego entrar a un tanque separador de alta presión. En este tanque se separa una fase gaseosa, la cual será principalmente sulfuro de hidrogeno y los demás hidrocarburos ligeros. El producto de fondo contendrá una composición menor de azufre, diésel desulfurado. El diésel obtenido en el separador de alta presión será el producto final con un menor contenido de azufre. 

INGENIERÍA DEL PROYECTO 

El proceso consta de 8 equipos, los cuales se dividen en equipo mayor y menor: EQUIPO MAYOR Reactor Tanque Flash

EQUIPO MENOR Tanque de almacenamiento Calentador Enfriador Bomba Intercambiador de calor Compresora Mezcladora

DIAGRAMA DE FLUJO

BALANCE DE MASA Y ENERGIA 

Bomba:

Entrada = Salida  = , ∗ ,  ∗    ∗ 

BOMBA CORRIENTE DE ENTRADA

BOMBA CORRIENTE DE SALIDA

CONDICIONES ENTRADA- SALIDA

COMPRESORA

COMPRESORA ENTRADA

COMPRESORA SALIDA

CONDICIONES ENTRADA - SALIDA

MEZCLADORA

MEZCLA – SALIDA DE COMPRESORA

MEZCLA – SALIDA DE COMPRESORA

CONDICIONES

INTERCAMBIADOR DE CALOR TUBO- CORAZA

CORRIENTE POR LOS TUBOS  – MEZCLA DIESEL-H2

MEZCLA DIESEL-H2

CONDICIÓN

CORRIENTE POR LA CORAZA REACCIÓN CAL

REACCIÓN CAL- CORAZA

CONDICIONES

CALENTADOR

CALENTADOR MEZCLA CAL

MEZCLA CAL-R

CONDICIÓN

REACTOR

REACTOR Condiciones de operación del reactor: El reactor es isotérmico e isobárico. El flujo de las fases gas y líquida es del tipo pistón. Los compuestos presentes en las fases gas y líquido están en equilibrio a lo largo del reactor. El catalizador está completamente mojado por el líquido y no sufre desactivación. Le reacción es de pseudo primer orden

REACTOR T °C

K4,6DMDBT(1/min)

320

0,0006

340

0,0021

360

0,0048

 1  =   ∗ , ln ,  

A =  = 8,4224  12

1

ℎ  = 162846,24/



REACTOR

REACTOR ,    =   −∗′   

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:

  

 = 

 = 

=   ∗   =  ∗

 − +∗

=   ∗  ∗   ,

REACTOR MEZ-REACCIONADA

MEZ- REACCIONADA

CONDICIONES

ENFRIADOR

CORRIENTE REACCIÓN SEP

REACCIÓN SEP

CONDICIONES

SEPARADOR DE FASES (FLASH)

SALIDA LIQUIDA HDS DIESEL

CONDIONES

SALIDA VAPOR DE H2S

CONDICIONES