PROCESOS_REFINACION.pdf

ALUMNO: Fausto Ramos Aguirre

Para definir los procesos de refinacion para un crudo en una refinería, se debe tomar en cuenta lo siguiente: • Que tipo de crudos se va a procesar: REALIZAR UNA CARACTERIZACION FISICO QUIMICA; REALIZAR LA CURVA TBP (True Boiling point); que rango de API de crudos se va a procesar. Que familias químicas predominan • Que productos voy a obtener: Definir que productos intermedios voy a obtener y que se quiere obtener de ellos. Que productos finales quiero obtener. • Que calidad de productos intermedios y finales quiero obtener.

• Que volúmenes de crudos voy a procesar, Realizar un balance de masa global, obtener rendimientos estimados de productos intermedios y finales. • Realizar un estudio de VISUALIZACION del proyecto :

ESTUDIO TÉCNICO Y ECONÓMICO QUE EVALÚA LA FACTIBILIDAD DE DIFERENTES ALTERNATIVAS DE INVERSIÓN, DEVELANDO ESTRATEGIAS Y CONFIGURACIONES DE PROCESOS CON EL FIN DE MAXIMIZAR LA RENTABILIDAD, ESTABLECIENDO LAS OPORTUNIDADES DE NEGOCIOS Y RIESGOS QUE ENMARCAN AL PROYECTO

1. Procesos físicos: no existe modificación de la estructura molecular., no existe ruptura: destilación atmosférica, al vacio, por arrastre

2. Procesos de transformación, modifican la estructura molecular en base a temperatura y catalizadores: isomerización, alquilacion

3. Procesos de descomposición: ruptura de moléculas por tratamientos térmicos (cracking) y tratamientos catalíticos para reagrupar moléculas después del cracking.

4. Procesos de síntesis (para la petroquímica), producción de gases y mono olefinas: etileno, Propileno

5. Tratamientos químicos con catalizadores. Son mejoradores de calidad de combustibles o materias primas intermedias: Ing. Fausto Ramos U.T.E hidrodesulfuracion, MEROX

•Desalado electrostático para crudos •Destilación atmosférica •Destilación al vacio •Reducción de viscosidad – visbreaking •Oxidación de asfaltos •Desasfaltacion •Desparafinacion con solventes •Delayed cocking - coquizacion retardada •Coquizacion fluida •Ultra pirolisis

•Cracking catalítico fluidizado •Concentración de gases •MEROX LPG , gasolinas, jet fuel •Hidrodesulfuracion de diesel (HDS) •Hidrodesulfuracion de gasolinas (HDN) •Reformado catalítico continuo (CCR) •Isomerización •Alquilacion •Polimerización •Hidrocrackeo catalítico •hidrolisis

(HDT)

•Tratamiento de aguas amargas •Tratamiento de gases amargos •Tratamiento de gas combustible •Tratamiento de sosa gastada •Recuperación y producción de azufre proceso CLAUS

•Sistema de provisión y tratamiento de agua para procesos •Sistema de provisión de vapor de alta y baja presión •Sistema de provisión de aire comprimido •Sistema de provisión de combustibles, gas, fuel Oil, petróleo •Sistema de provisión eléctrica, generadores. •Sistema de BLENDING de gasolinas •Sistema de despacho de derivados

•Área de almacenamiento de crudos •Área de almacenamiento de productos intermedios •Área de almacenamiento de productos finales (sólidos, líquidos y gases) •Área de mantenimiento industrial •Área de bodegas de materiales, equipos, repuestos •Área de quema de gases y manejo de sobrepresiones •Área de tratamiento de desechos (sólidos, líquidos, gases), manejo medioambiental. Tratamiento de efluentes hídricos. •Área administrativa técnica •Área administrativa de personal •Área de seguridad industrial •Área de seguridad física

Los crudos contienen sales, especialmente cloruros de sodio, potasio, estos provocan corrosión en los equipos y depósitos (escala) que disminuyen su eficiencia. El contenido de sal en crudo se mide en PTB (libras de sal / mil barriles de crudo). Generalmente los crudos contienen entre 15 – 35 PTB, el objetivo del procesos de desalado electrostático es bajar esta concentración a 1-2 PTB esto se logra mediante la inyección de agua pura de lavado y DEMULSIFICANTES que provocan la COALESCENCIA de las gotas de agua. LA alta corriente eléctrica aglutina el agua que se separa por sedimentación.

Destilación primaria de crudo, ATMOSFERICA: este proceso inicia la refinación del petróleo y su función es separar los diferentes componentes del crudo en base a su punto de ebullición en una torre de destilación. Para ello el crudo desalado y deshidratado es precalentado en un tren de intercambiadores de calor, luego en un horno hasta 360 °C que es la máxima temperatura de destilación a 1 Atmo. De presion, sobre esta temperatura se produce el CRACKEO.

En este proceso se alimenta el crudo reducido de la destilación primaria atmosférica (residuo atmosférico) y su función es la de separar aún más esta fracción realizando una destilación al vacío. Los productos obtenidos son los siguientes: gasóleos ligero y pesado carga para FCC, aceites lubricantes, asfalto o combustóleo pesado y la alimentación del coquizador. El vacio se realiza mediante eyectores y condensadores barométrico, al interior de la columna se tiene presiones entre 5 hasta 20 mmHg

Es un proceso de cracking térmico, mediante el cual por efecto de la temperatura (445ºC) se rompen las cadenas moleculares de los fondos de vacio, obteniendo un producto (residuo) de menor viscosidad que es utilizado en la preparación de fuel oíl. Además se obtiene pequeñas cantidades de nafta olefinica, gases y diesel. La carga son los fondos de vacio. Todos los productos de visbreaking requieren tratamiento adicional, así: GAS a tratamiento de gases, gas combustible para refinería; NAFTA OLEFINICA a Blending de gasolinas; GASOLEOS a hidrotratamiento, carga para FCC o hidrocrackeo; RESIDUO DE VISBREAKING a asfaltos o mezcla con fuel oil

los gasóleos producidos en la destilación al vacío sirve esencialmente de carga en este proceso, el cual cumple la función de romper los hidrocarburos del gasóleo con ayuda de un catalizador que normalmente es de compuestos de sílice-aluminio. Durante el proceso se forma coque (depósitos de carbón), que se deposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad catalítica. El catalizador se regenera quemando el coque con aire. Los productos en este proceso son gasolina catalítica, destilados ligeros y gasolina que se emplean como combustóleos destilados, además de gases para LPG. El procesos se realiza en un reactor que opera a temperaturas de alrededor de 530ºC. El producto craqueado es alimentado a una torre de fraccionamiento en donde se separan los gases, LPG y gasolinas por el domo de la fraccionadora, mientras que por extracciones laterales y fondo de la torre se obtiene aceites cíclicos que son utilizados como diluyentes y modificadores de la viscosidad en la preparación del fuel oíl.

los residuos de la destilación al vacío son desintegrados térmicamente para convertirlos en combustibles ligeros y en coque. Los productos en este proceso son: gas combustible, nafta, gasóleos ligeros y pesados y coque. OBJETIVO: Reducir la relación C/H de los residuales. Existen dos procesos el Delayed cocking y el Fluid Cocking(coqueo fluido). Alrededor del 90% de plantas tiene el primer proceso. CONDICIONES DEL PROCESO El proceso trabaja a presiones de 2 atm. Y la temperatura varía entre 480 y 515 º C. la relación de recirculación es del orden de 1 a 3 . Los rendimientos en coque son directamente proporcionales al contenido de Carbón Conradson de la alimentación pudiendo alcanzar un 50 % para un carbón de 30 % y 20 % para un carbón del 10 %. Los rendimientos en gasolina están entre el 15 – 20 % y de gasóleo de 45 a 50 %.

re - arreglo de la configuración de una molécula, sin cambiar el peso molecular; pasar las parafinas de cadena lineal a cadena ramificada, isómeros. Se utiliza naftas ligeras de destilación atmosférica hidrodesulfurizadas Es un método para mejorar la calidad de las gasolinas, incrementar su índice de octano. La carga son parafinas lineales como butanos, pentanos, hexanos. Los productos son gasolinas de alto octanaje y gases Por ejemplo, la isomerización de hexano (Research Octane Number RON=24.8) hacia 2,2dimetilbutano (RON=94) incrementa el índice de octano en +69.2 unidades; la isomerización del n-pentano (RON=61.7) hacia isopentano (RON=93.5) incrementa el índice de octano en 31.8 unidades. La isomerización de parafinas de bajo peso molecular se puede llevar a efecto con catalizadores de Friedel-Crafts a temperaturas relativamente bajas, del orden de 50-100º C.

Son diversas aplicaciones para mejorar la calidad de los hidrocarburos líquidos sometiéndoles a condiciones severas o suaves de presión de hidrogeno en presencia de un catalizador; por tanto este proceso se considera un tipo especializado de hidrogenación.

OBJETIVOS DEL HIDROTRATAMIENTO: 1. Convertir selectivamente una sustancia en otra deseable mediante la hidrogenación. 2. Eliminar del sistema una o mas sustancias no deseadas incluidas en la materia prima (azufre, nitrógeno) El empleo del hidrotratamiento es extenso pero requiere de la dotación de HIDROGENO como materia prima y los catalizadores adecuados.

Las aplicaciones del HIDROTRATAMIENTO son numerosas y las materias primas varían desde gasolinas a residuos pesados. Los procesos de hidrotratamiento son: 1. Pre-tratamiento de nafta para unidades de reformado catalítico. 2. Desulfuración de combustibles destilados 3. Mejoramiento de la calidad de combustión de los combustibles para aviones a reacción (keroseno – jet fuel) y de los dieseles.

4. Mejoramiento del color, olor y estabilidad en el almacenamiento de diversos combustibles y productos. 5. Pre-tratamiento de materia prima para desintegración catalítica y aceites de ciclo por eliminación de metales, azufre, nitrógeno, y reducción de compuestos aromáticos poli cíclicos. 6.

Mejoramiento de la calidad de los aceites lubricantes

7.

Purificación de sub.-productos aromáticos ligeros de las operaciones de pirolisis

8.

Reducción de contenido de azufre de combustibles principales y residuales.

En esta unidad se purifica la corriente alimentada eliminándole básicamente los compuestos de azufre; también se eliminan nitrógeno, oxígeno y metales pesados. Todo esto es con objeto de proteger los catalizadores empleados en otros procesos de la refinería. Los flujos de entrada que se manejan en este proceso son hidrocarburos seleccionados de la destilación atmosférica, naftas ligeras y pesadas primaria con hidrógeno convirtiendo los compuestos de azufre en sulfuro de hidrógeno el cual se elimina en forma gaseosa. Los productos del proceso son: gasolina desulfurizada, naftas ligera y pesada desulfurizada, o combustóleos desulfurizados o combustóleos catalíticos desulfurizada. Hidrodesulfuradora de Diesel (HDS) En esta unidad Figura 23 , el diesel obtenido en las unidades de Crudo, sometido al proceso de hidrotratamiento, produce diesel con bajo contenido de azufre (menor a 0.05% Peso) y libre de compuestos nitrogenados. Esta unidades constan de un reactor de lecho fijo con dos clases de catalizadores

HIDROTRATADORA DE NAFTAS PESADAS, HDT Por tratamiento con hidrogeno y en presencia de catalizadores, se purifica la nafta pesada proveniente de destilación atmosférica, con el objetivo de: desulfurizar, desnitrificar, hidrogenación y eliminación de metales; con estas reacciones estos contaminantes son reducidos a niveles inferiores a 1 ppm. Estos contaminantes son venenos para el catalizador en el siguiente proceso para la nafta pesada que es la ISOMERIZACION. De este proceso se obtiene NAFTA hidrotratada y gases amargos que se envían a la unidad de tratamiento de gases.

Uno de los propósitos de la refinación ha sido siempre convertir HC en compuestos de menor peso molecular; esto se consigue con el cracking térmico y especialmente con el Cracking catalítico El HIDROCRAKING o cracking en condiciones hidrogenantes tiene el mismo objetivo. Hidrocracking puede aumentar el rendimiento de componentes de gasolina, así como también es usado para producir destilados ligeros. No produce residuos, sólo aceites ligeros. Hidrocracking es craqueo catalítico en presencia de hidrógeno. El hidrógeno adicional satura, o hidrogena, los enlaces químicos de los hidrocarburos craqueados y crea isómeros con las características deseadas. Hidrocracking es también un proceso de tratamiento, porque el hidrógeno se combina con contaminantes como azufre y nitrógeno, permitiéndolos ser removidos.

FCC es un cracking catalítico sin presencia de hidrógeno; el Hidrocracking es con presencia de Hidrógeno. OBJETIVOS del FCC: •Producción de gasolinas de alto número de octano con elevado contenido de olefinas. •Destilados medios, aceites de ciclo ligero y pesado de calidad mediocre, alta concentración de insaturados, bajo índice de cetano, por lo que se les destina a mezcla para disminución de viscosidad de fuel Oil. OBJETIVOS DEL HIDROCRACKING CATALITICO: •Proceso mas flexible y adaptable a las exigencias del refino moderno. •Flexibilidad de empleo para producir gasolinas y destilados medios que da como productos principales:

•Gasolina ligera C5 – C6 con alto número de octano

•Corte C7 (+ - 150 º C) excelente carga para el reformado catalítico (CCR) •Corte de 150º C + destilado medio con alto índice de cetano y baja concentración de azufre. •Máxima producción de gasolinas •Máxima producción de destilados medios (diesel) Existen diferentes esquemas de refinación que utilizan procesos de Hidrocracking catalítico cuyo objetivo es maximizar la producción de gasolinas y diesel. Así, a partir de un crudo de API = 21,0 y con una combinación de: VISBREAKING – HIDROCRACKING – CCR

PERMITE TENER HASTA UN 61 % v. de gasolinas.

Un esquema de refinación:

COQUIZACIÓN – HICROCRACKING – CCR Permite obtener 92,5 % v. en gasolinas Estos dos esquemas son los básicos que utilizan Hidrocracking en sus procesos La Carga para este proceso procede de la DESTILACIÓN AL VACIO.

La alimentación de gasóleo es mezclada con hidrógeno, caliente, y es enviado a un reactor con un catalizador de lecho fijo, dónde toma lugar el craqueo y la hidrogenación. Los productos son enviados a un fraccionador para ser separados. El hidrógeno es reciclado. El residuo de esta reacción es mezclado nuevamente con hidrógeno, recalentado, y es enviado a un segundo reactor para más craqueo bajo presiones y temperaturas superiores.

PROCESO BASICO DE HIDROCRACKEO

Es un proceso de transformación química que tiene como materia prima básica el I-butano (proveniente de destilación atmosférica o de Isomerización) que se combina con propilenos, butilenos amilenos, que son olefinas ligeras (provenientes de FCC) para obtener una gasolina de tipo parafínico muy ramificada y de gran estabilidad a mas de alta calidad en RON (93 a 95) El resultado un producto aquilato consistente en una mezcla de iso parafinas que van desde pentanos (I-C5) hasta decanos (I-C10) o parafinas con mayor número de carbonos; no importa las olefinas que se utilicen como cargas. los productos de alquilacion se distinguen como fracciones de alta calidad para mezclado en gasolinas y especialmente en las de calidad (Premium). El mecanismo global de las reacciones es extremadamente complejo

OBJETIVO DEL PROCESO: re arreglo o reformación de la estructura molecular de ciertos hidrocarburos, especialmente naftas (pesadas) con bajo índice de octano(45 – a 55), para convertirlos en combustibles con alto índice de octano (89 – 92 solo gasolinas) o para producir compuestos aromáticos en especial de 8 carbonos, benceno y tolueno a partir de fracciones de naftas seleccionadas. a condiciones de presión moderada y alta temperatura, se promueven reacciones catalíticas conducentes a la generación de compuestos de mayor octano como son los aromáticos y las isoparafinas. Simultáneamente en las reacciones se produce hidrógeno, que se utiliza en la misma refinería en los procesos de hidrotratamiento. Las reacciones son promovidas por catalizadores basados en gg-alúmina como soporte de metales activos (platino-renio o platino-estaño).

El Reformado Catalítico convierte naftas vírgenes y craqueadas de bajo octanaje (55 RON) en stocks para mezcla de gasolinas de alto octanaje. Aunque son numerosas las reacciones que tienen lugar durante el reformado, las reacciones predominantes son la De hidrogenación de naftenos para formar aromáticos. Algunos refinadores aíslan los aromáticos para uso petroquímico. Pero la mayoría se usa para mezcla de gasolinas.

Unidad de Reformación Semicontínua. La nafta pesada obtenida en la Unidad de Crudo, es de bajo octanaje (unos 53 octanos), lo que la hace inadecuada para su uso como combustible de automotores; por esta razón en esta unidad a la carga, libre de compuestos de azufre (< 10 ppm) Figura 21

Mediante un tren de reactores, con catalizadores de Platino y Rhenio y con altas presiones y temperaturas, se modifica la estructura molecular de los componentes de la nafta para obtener compuestos de mayor octanaje. El catalizador debe regenerarse periódicamente.

Unidad Reformadora Catalítica Continua (CCR) CCR, por la Regeneración Continua del Catalizador.

Tiene tres secciones Figura 22: Unidad P1: Hidrotratadora de Nafta pesada. Se obtiene nafta hidrotratada con un contenido bajo de contaminantes tales como: azufre, agua, halógenos, olefinas, arsénico y metales, para que no afecten el comportamiento de la sección de reformación catalítica. Consta de un reactor con catalizador bimetálico en lecho fijo.

Unidad P2: Reformadora catalítica. El propósito de esta unidad es producir un reformado de alto octanaje “95-100 octanos” rico en aromáticos para el pool de mezcla de gasolina. Tiene varios reactores con un lecho movible de catalizador bimetálico en atmósfera de hidrógeno.

Unidad P3: Lazo de regeneración. Su propósito es la regeneración continua del catalizador durante la operación normal de la reformadora catalítica.

Los gases contenidos en el petróleo y los que se generan en las unidades de proceso de refinación, se utilizan como combustible en las refinerías. Estos gases requieren la eliminación de compuestos de azufre y nitrógeno, que de no hacerlo, contaminarán el ambiente al ser quemados en los hornos y calderos, produciendo SOx y NOx causantes de las lluvias ácidas. Su función es tratar el gas combustible, mediante la captura del gas sulfhídrico (acido sulfhídrico) existente en las diferentes corrientes que provienen de los procesos de refinación como FCC, HDS, HDT, y reductoras de viscosidad (visbreaking)

Las aguas amargas son aquellas que contienen disueltos en si gas sulfhídrico (H2S) y amoníaco (NH3). Proceden de los procesos de: Destilación atmosférica, visbreaking, FCC, HDT y HDS, de la condensación de los vapores alimentados para despojamiento en estos procesos. Los gases contenidos en esta agua son separados en una columna de despojamiento y enviados a la unidad de recuperación de azufre (S y S1). El agua despojada (sin H2S y NH3) es reutilizada como agua de lavado en los sistemas de desalado de crudo y en la unidad HDS (Hidrodesulfuradora de diesel) como agua de lavado en el proceso de purificación del diesel Premium, luego del lavado cáustico. El proceso se realiza en columnas de despojamiento en la que se calienta el agua para desprender los gases H2S y NH3

PROCESO BÀSICO DE TRATAMIENTO DE AGUAS AMARGAS

El gas sulfhídrico que se obtiene del tratamiento de los gases de refinería, del tratamiento de aguas amargas y del proceso Merox LPG, mediante el proceso de reacción Claus, permite producir Azufre de alta pureza.

En estas unidades mediante el proceso CLAUS, el gas rico en gas sulfhídrico (H2S), obtenido en las unidades de tratamiento de gases y aguas amargas, es transformado en azufre elemental, el mismo que se lo obtiene en forma liquida y es almacenado en piscinas a una temperatura alrededor de 140 º C. a fin de evitar su solidificación. La reacción principal de este proceso es la COMBUSTION DEL H2S. Un tercio del H2S es combustionado con aire para formar SO2 el cual reacciona con dos partes restantes de H2S, obteniendo AZUFRE ELEMENTAL en estado gaseoso. Las reacciones se completan en reactores con ayuda de CATALIZADORES. Posteriormente este azufre es condensado y almacenado en piscinas a temperatura de 140 º C a la cual el azufre permanece en estado líquido. El azufre liquido se somete al proceso de PELETIZACIÓN para tenerlo en forma sólida – gránulos y comercializarlo.

Estas unidades de tratamiento, son diseñadas para mejorar la calidad de la gasolina, el LPG y el Jet fuel. Su función es transformar los productos nocivos de azufre y su disminución en los productos terminados. El nombre de estos procesos se deriva de su función: MERcapthan OXidation. (Oxidación de mercaptanos)

Existen tres procesos MEROX con nombre comercial: 1. Merox 100 para tratamiento de jet fuel 2. Merox 200 para tratamiento de gasolinas de alto octano 3. Merox 300 para tratamiento de GLP

MEROX 100 para jet fuel: Este proceso mejora la calidad del Jet Fuel obtenido en destilación atmosférica. Elimina totalmente el agua que puede contener este combustible, además, elimina gomas y otros compuestos ácidos, con lo cual se satisface las normas de calidad de los combustibles de aviación. También y principalmente, ELIMINA el AZUFRE en este combustible El proceso consiste en: 1. un lavado cáustico en contracorriente (con una solución de NaOH en agua, 3 a 10 º Baume) principalmente para neutralizar los ácidos naftènicos. 2. La corriente de Jet fuel es pre calentada y se añade aire para que ingrese al reactor catalítico el cual tiene un lecho de carbón impregnado con catalizador.

3. Del reactor pasa a un tanque separador, de donde la fase inorgánica que contiene sales de ácidos naftènicos, es tratada para la regeneración de la sosa cáustica. La Fase Jet Fuel pasa a una columna de lavado con agua. 3. El Jet tratado pasa a filtros de sal para la eliminación de la humedad y finalmente a un filtro de arcilla o alúmina activada.

3. El Jet fuel tratado es enviado a los tanques de almacenamiento para su comercialización. Los procesos MEROX son catalíticos, también pueden aplicarse a DIESEL. Concentraciones de menos de 5 ppm en peso de azufre total se puede obtener de un proceso MEROX. Estos procesos son mas baratos y necesitan menos personal para su manejo, menores costos de operación. MEROX

ALUMNO: Fausto Ramos Aguirre ECUADOR