universidad nacional de ingenieria “uso de aditivo zsm

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA DE PETROLEO,
GAS NATURAL Y PETROQUIMICA
“USO DE ADITIVO ZSM-5 EN EL
CATALIZADOR DE LA UNIDAD DE CRAQUEO
CATALÍTICO FLUIDIZADO DE REFINERIA
TALARA”
TITULACION POR TESIS PARA OPTAR EL TITULO DE
PROFESIONAL DE INGENIERO PETROQUIMICO
ELABORADO POR:
GUSTAVO ADOLFO VILLA MORA
PROMOCION: 2003-0
LIMA – PERU
2009
DEDICATORIA
A mis padres y esposa, por el empuje,
paciencia y apoyo brindado. y
a todos quienes contribuyeron en mi desarrollo.
i
RESUMEN
En la Unidad de Craqueo Catalítico de Refinería Talara – PETROPERU S.A. se realizó las
corridas de prueba para realizar el estudio del aditivo ZSM-5. La Unidad es licenciada por
la compañía UOP y es un modelo Side by Side
La Unidad de Craqueo Fluidizado es la Unidad de Procesos de conversión de mayor
flexibilidad por excelencia. Las variables a controlar son bastantes, las cuales se dividen
en tres principales grupos:
 Calidad de Carga
 Variables de Operación
 Catalizador
Primero se describe de manera general las instalaciones de la Refinería Talara.
El estudio realizado en la presente Tesis corresponde al uso del Aditivo ZSM-5, el cual se
adiciona al catalizador para incrementar la producción de Olefinas.
El uso del aditivo ZSM-5 en la Unidad FCC permitió evaluar los resultados (rendimientos y
calidad de los productos obtenidos) durante las corridas de planta realizadas, con la
finalidad de corroborar los beneficios de la calidad y rendimiento de los productos,
obteniendo un mayor beneficio económico.
El uso del aditivo ZSM-5 logró obtener mayor valor de octanaje y menor rendimiento de la
nafta craqueada, incremento del rendimiento del gas Licuado de petróleo. Los resultados
del incremento de uso del aditivo ZSM-5 en el catalizador, permitió operar a baja
severidad (930°F), sin perder el valor de octanaje de la nafta, con el fin de incrementar la
producción del Aceite Cíclico Ligero para la formulación de combustibles residuales,
disminuyendo el volumen de kerosene utilizado como material de corte en la formulación
de combustibles residuales; ese volumen de kerosene en lugar de ser comercializado
como combustible residuales se puede comercializar como diesel con mayor valor
comercial, del cual en el Perú somos deficitarios.
ii
USO DE ADITIVO ZSM-5 EN EL CATALIZADOR DE LA UNIDAD DE
CRAQUEO CATALÍTICO FLUIDIZADO DE REFINERIA TALARA
DEDICATORIA
i
RESUMEN
ii
INDICE
iii
1. CAPITULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1
1.1. Antecedentes
1.1.1. Ubicación Refinería Talara
1.1.2. Historia Refinería Talara
1.1.3. Suministro de Crudo a Refinería Talara
1.1.4. Configuración de la Refinería Talara
1.1.5. Instalaciones Portuarias de Refinería Talara
1.1.6. Tanques de almacenamiento de hidrocarburo
1.1.7. Plantas de Ventas
1.1.8. Producción de Refinerías
1.1.9. Mercados
1
1
1
1
4
4
5
5
5
6
1.2. Formulación del Problema
1.2.1. Naftas obtenidas en Refinería
1.2.2. Operación de la Unidad de Craqueo Catalítico Fluidizado (FCC)
6
6
7
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivos Generales
1.3.2. Objetivos Específicos
8
8
8
1.4. Justificaciones
9
1.5. Hipótesis
10
1.6. Descripción del Sistema Actual
10
1.6.1. Descripción general de la Unidad FCC de Refinería Talara
10
1.6.2. Configuración de los principales equipos de la Unidad FCC de Refinería
Talara
10
1.6.3. Condiciones de Operación de la Unidad FCC de Refinería Talara
14
1.6.4. Carga de la Unidad FCC de Refinería Talara
15
1.6.5. Catalizador utilizado en la Unidad FCC de Refinería Talara
19
2. CAPITULO II: MARCO TEÓRICO Y LEGAL
2.1. Marco Teórico
2.1.1. Antecedentes del uso del aditivo ZSM-5
2.1.2. Variables de Operación
2.1.3. Comparación de Demanda de Gasolina y Diesel
iii
22
21
21
21
22
2.1.4.
2.1.5.
2.1.6.
2.1.7.
Mayores costos por importación de Diesel
Importación de gasolina de alto octanaje (High Octane Gasoline Blend Stock)
Incremento de la demanda de mayor volumen de gasolina de alto octano
Variación de la calidad del pool de Diesel
2.2. Bases Teóricas
2.2.1. Estado actual de Operación de la Unidad FCC
2.2.2. Caracterización de la Carga a la Unidad
2.2.2.1. Cargas procesadas en la Unidad FCC
2.2.2.2. Parafinas
2.2.2.3. Olefinas
2.2.2.4. Naftenos
2.2.2.5. Aromáticos
23
24
24
24
24
24
25
25
26
26
26
26
2.2.3. Definición y Características del Catalizador
27
2.2.4. Definición de una Zeolita
37
2.2.4.1. Rutas de reacción de las zeolitas
37
2.2.4.2. Características de medición de la zeolita
37
2.2.4.3. Efecto de la disminución del contenido de Alúmina y el tamaño de
celda en las reacciones catalíticas
38
2.2.4.4. Características del Al de la Matriz
39
2.2.4.5. Características del comportamiento de Craqueo del Al de la Matriz 39
2.2.4.6. Difusión del Hidrocarburo hasta el sitio ácido
40
2.2.4.7. Formación del ión carbenio
40
2.2.4.8. Escisión Beta (craqueo catalítico)
41
2.2.4.9. Re-acomodo del ión carbenio
42
2.2.4.10. De-protonación (terminación)
43
2.2.4.11. Difusión de los productos desde el sitio ácido
43
2.2.4.12. Mecanismo de transferencia-hidrógeno
44
2.2.4.13. Adsorción de dos olefinas cercanas
44
2.2.4.14. Transferencia de iones hidrogeno
44
2.2.4.15. Terminación – formación de aromáticos
46
2.2.4.16. Formación de coque
46
2.2.5. Reacciones de Craqueo Catalítico
2.2.5.1. Interacción de la carga con la fase activa
2.2.5.2. Difusión a través de los canales de la zeolita
2.2.5.3. Reacciones de las moléculas de hidrocarburo
2.2.5.4. Producto del Craqueo Catalítico
2.2.5.5. Difusión de los productos
2.2.5.6. Mecanismos de Reacción de Craqueo
2.2.5.7. Craqueo Térmico
2.2.5.7.1.
Formación de Radicales Libres (Etapa de Iniciación)
2.2.5.7.2.
Escisión Beta (Craqueo Térmico)
2.2.5.7.3.
Radicales Libres (Propagación – Terminación)
2.2.5.8. Craqueo Catalítico
59
59
60
60
60
60
61
61
62
63
64
65
2.3. Marco Legal
67
2.4. Marco Conceptual
67
iv
3. CAPITULO III: ESCENARIO DEL INCREMENTO DE USO DEL ADITIVO ZSM-5 77
3.1. Uso del aditivo ZSM-5 en la Unidad FCC de Refinería Talara
3.1.1. Propiedades del Aditivo ZSM-5
3.1.2. Mecanismo del Aditivo ZSM-5
3.1.3. Adición del Aditivo ZSM-5
77
78
79
82
3.2. Principales condiciones de operación de la Unidad de Craqueo catalítico
Fluidizado de Refinería Talara que afectan la performance del incremento de
aditivo
83
3.2.1. Temperatura de reacción (severidad)
83
3.2.2. Temperatura de pre-calentamiento de la carga a la Unidad FCC
83
3.2.3. Cambio en los puntos de corte de los productos de la Unidad FCC
84
3.2.4. Régimen de adición de catalizador
84
3.3. Sistema de Dosificación
85
4. CAPITULO IV: EVALUACIÓN TECNICO-ECONÓMICA
88
4.1. Evaluación con corridas de prueba realizadas en la Unidad FCC
88
4.2. Resultados
4.2.1. Rendimientos
4.2.2. Calidad de Productos
94
95
99
4.3. Modelamiento Matemático
103
4.4. Evaluación Económica
4.4.1. Monto de Inversión
4.4.2. Escenarios de Evaluación
107
107
108
5. CAPITULO V: CONCLUSIONES
120
6. CAPITULO VI: RECOMENDACIONES
121
7. CAPITULO VII: BIBLIOGRAFIA
122
8. CAPITULO VIII: ANEXOS
124
8.1. REDESTILACIÓN DE LA NAFTA CRAQUEADA
125
8.2. Hoja de seguridad (Material Safety Data Sheet) del Aditivo ZSM-5
128
8.3. Formulación de Gasolinas en Refinería Talara
135
v
8.4. Especificación Técnica del Biodiesel B100
136
FIGURAS
FIGURA N°1:
FIGURA N°2:
FIGURA N°3:
FIGURA N°4:
FIGURA N°5:
FIGURA N°6:
FIGURA N°7:
FIGURA N°8:
FIGURA N°9:
FIGURA N°10:
FIGURA N°11:
UBICACIÓN DE REFINERÍA TALARA
SISTEMA DE INYECCIÓN DE CARGA A LA UFCC
GEOMETRIA DEL RISER DE LA UFCC
DISPOSITIVO DE TERMINACIÓN DEL RISER DE LA UFCC
COMPORTAMIENTO DEL RENDIMIENTO DE LCO VS EL TAMAÑO DE CELDA UNITARIA
DEL CATALIZADOR
PRESENCIA DE LA ZEOLITA EN UNA PARTÍCULA DE CATALIZADOR
INTERACCIÓN DE LA MATRIX Y LA ZEOLITA DEL CATALIZADOR CON LA CARGA DE
LA UNIDAD DE CRAQUEO CATALITICO Fluidizado
EFECTO EN EL CONTENIDO DE ZEOLITA Y RENDIMIENTO DEL LCO
SELECTIVIDAD DEL ADITIVO EN BASE A ZSM-5
BALANCE DE CATALIZADOR
CAMBIO EN LOS PUNTOS DE CORTE DE LA GASOLINA Y LCO
CUADROS
CUADRO N°1:
CUADRO N°2:
CUADRO N°3:
CUADRO N°4:
CUADRO N°5:
CUADRO N°6:
CUADRO N°7:
CUADRO N°8:
CUADRO N°9:
CUADRO N°10:
CUADRO N°11:
CUADRO N°12:
CUADRO N°13:
CUADRO N°14:
CUADRO N°15:
CUADRO N°16:
CUADRO N°17:
CUADRO N°18:
CUADRO N°19:
CUADRO N°20:
CUADRO N°21:
CUADRO N°22:
CUADRO N°23:
CUADRO N°24:
CUADRO N°25:
CUADRO N°26:
CUADRO N°27:
CUADRO N°28:
CUADRO N°29:
CUADRO N°30:
PRINCIPALES UNIDADES DE PROCESO
SUMINISTRO DE CRUDO POR LOTES EN EL NOROESTE A JULIO 2009
PRODUCCIÓN POR REFINERÍAS DE PETRÓLEO ENERO 2009
FORMULACIÓN DE GASOLINAS COMERCIALES EN REFINERÍA TALARA
ESPECIFICACIONES DE CALIDAD DE GASOLINAS PROPUESTAS POR EL BANCO
MUNDIAL
DISEÑO DE EQUIPOS
COMPORTAMIENTO DE LA UNIDAD FCC A ALTA Y BAJA SEVERIDAD
COMPOSICIÓN DE CRUDO COMO CARGA A UDP
CARACTERIZACIÓN PROMEDIO DE GOP (CARGA FRESCA) COMO CARGA A LA
UNIDAD FCC
CARACTERIZACIÓN PROMEDIO DE RESIDUAL PRIMARIO IQUITOS COMO CARGA A
LA UNIDAD FCC
CARACTERIZACIÓN PROMEDIO DE CARGA COMBINADA (13500 BPD GOP + 4500 BPD
RPIQ) A LA UNIDAD FCC
PROPIEDADES Y CONTAMINANTES DEL CATALIZADOR UTILIZADO EN LA UNIDAD
FCC DE REFINERÍA TALARA
PRINCIPALES VARIABLES DE OPERACIÓN DE LA UNIDAD FCC
VOLUMEN DE PRODUCCIÓN E IMPORTACIÓN DE DIESEL
CATALIZADORES UTILIZADOS EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
PROPIEDADES DEL ADITIVO ZSM-5
CALCULO DE LA CANTIDAD DE ADITIVO ZSM-5 REQUERIDO
CORRIDAS DE PRUEBA REALIZADAS EN LA UNIDAD FCC
CONDICIONES DE OPERACIÓN RESULTANTES
DATOS PARA ECUACIÓN 1(PREDICCIÓN DEL RON NFCC)
DATOS PARA ECUACIÓN 2 (PREDICCIÓN DEL RON NFCC)
MONTO DE INVERSIÓN EN LA COMPRA DE ADITIVO
ESCENARIOS DE EVALUACIÓN DE LAS UNIDADES DE PROCESO PARA LA
EVALUACIÓN DEL ADITIVO MEJORADOR DE OCTANO EN LA UNIDAD FCC
PRECIOS DE CARGA Y PRODUCTOS DE LA CARGA COMBINADA DE LA UNIDAD FCC
ENTRE EL AÑO 2004 & 2007
EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA UNIDAD FCC
EVALUACIÓN ECONÓMICA GENERAL
EVALUACIÓN COMO PROYECTO
OCTANAJE EN LAS DIFERENTES FRACCIONES DE NAFTA CRAQUEADA CON
DIFERENTES PUNTO FINAL DE EBULLICIÓN (PFE)
PRINCIPALES CONDICIONES DE OPERACIÓN EN LA RE-DESTILACIÓN DE LA NAFTA
CRAQUEADA
CALIDADES DE LAS NAFTAS CRAQUEADAS RE-DESTILADAS
DIAGRAMAS
DIAGRAMA N°1: UNIDADES DE PROCESO DE REFINERÍA TALARA
DIAGRAMA N°2: DIAGRAMA DE PROCESO DE LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
DIAGRAMA N°3: DIAGRAMA SIMPLIFICADO DE LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
vi
GRÁFICOS
GRAFICO N°1:
GRÁFICO N°2:
GRÁFICO N°3:
GRAFICO N°4:
GRAFICO N°5:
GRAFICO N°6:
GRAFICO N°7:
GRAFICO N°8:
GRAFICO N°9:
GRAFICO N°10:
GRAFICO N°11:
GRAFICO N°12:
GRAFICO N°13:
GRAFICO N°14:
GRAFICO N°15:
GRAFICO N°16:
GRAFICO N°17:
GRAFICO N°18:
GRAFICO N°19:
GRAFICO N°20:
GRAFICO N°21:
GRAFICO N°22:
GRAFICO N°23:
GRAFICO N°24:
GRAFICO N°25:
GRAFICO N°26:
GRAFICO N°27:
GRAFICO N°28:
GRAFICO N°29:
GRAFICO N°30:
GRAFICO N°31:
GRAFICO N°32:
GRAFICO N°33:
PRODUCCIÓN FISCALIZADA DE CRUDO NOR-OESTE 2003 A JULIO 2009
RAZÓN DE DEMANDA GASOLINA/DIESEL EN LATINOAMÉRICA
CONSUMO Y TRANSPORTE DE COMBUSTIBLE EN EL MUNDO
COMPORTAMIENTO DEL MAT DEL CATALIZADOR UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE
REFINERÍA TALARA
COMPORTAMIENTO DEL FACTOR GAS DEL CATALIZADOR UTILIZADO EN LA UNIDAD
FCC DE REFINERÍA TALARA
COMPORTAMIENTO DEL RENDIMIENTO DE H2 DEL CATALIZADOR UTILIZADO EN LA
UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
COMPORTAMIENTO DEL FACTOR COQUE DEL CATALIZADOR UTILIZADO EN LA
UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
CONTENIDO DEL PENTÓXIDO DE FÓSFORO DEL CATALIZADOR UTILIZADO EN LA
UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
COMPORTAMIENTO DEL TAMAÑO DE CELDA UNITARIA DEL CATALIZADOR
UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
CONTENIDO DEL ÓXIDO DE RENIO (TIERRAS RARAS) DEL CATALIZADOR UTILIZADO
EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
CONTENIDO DE NÍQUEL EN EL CATALIZADOR UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE
REFINERÍA TALARA
CONTENIDO DE VANADIO EN EL CATALIZADOR UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE
REFINERÍA TALARA
CONTENIDO DE SODIO EN EL CATALIZADOR UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE
REFINERÍA TALARA
CONTENIDO DE NÍQUEL EQUIVALENTE (Ni+V/4+Na/10) EN EL CATALIZADOR
UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
TAMAÑO DE CELDA UNITARIA DE ZEOLITA EN EQUILIBRIO, Å
DISTRIBUCIÓN DE PRODUCTOS EN EL CRAQUEO TÉRMICO
DISTRIBUCIÓN DE PRODUCTOS EN EL CRAQUEO CATALÍTICO
CALIDAD DE CARGA COMBINADA PROCESADA EN LA UNIDAD FCC DURANTE LA
EVALUACIÓN DEL ADITIVO ZSM-5
COMPORTAMIENTO DE LA RELACIÓN CAT/OIL A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN
DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
COMPORTAMIENTO DE LA CIRCULACIÓN DE CATALIZADOR A DIFERENTE TRx Y
CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
COMPORTAMIENTO DEL CALOR DE REACCIÓN A DIFERENTE TRx Y
CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
COMPORTAMIENTO DE LA PRESIÓN DEL REACTOR A DIFERENTE TRx Y
CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
COMPORTAMIENTO DE LA PRESIÓN DEL REGENERADOR A DIFERENTE TRx Y
CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
COMPORTAMIENTO DE LA VELOCIDAD DE ENTRADA AL CICLON DEL REACTOR A
DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
COMPORTAMIENTO DEL CALOR DE COMBUSTIÓN A DIFERENTE TRx Y
CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
COMPORTAMIENTO DE LA EFICIENCIA DEL REGENERADOR A DIFERENTE TRx Y
CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
COMPORTAMIENTO DE LA TEMPERATURA FASE DENSA DEL REGENERADOR A
DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
COMPORTAMIENTO DE LA TEMPERATURA DE GASES DEL REGENERADOR A
DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
PRODUCCIÓN DE GAS SECO A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO
ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
PRODUCCIÓN DE GLP A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN
LA UNIDAD FCC
PRODUCCIÓN DE NAFTA A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5
EN LA UNIDAD FCC
CONVERSIÓN A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA
UNIDAD FCC
RENDIMIENTO DE GASOLINA A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO
ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
vii
GRAFICO N°34: RENDIMIENTO DE LCO A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN
LA UNIDAD FCC
GRAFICO N°35: RENDIMIENTO DE HCO+DCO A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO
ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
GRAFICO N°36: GANANCIA VOLUMETRICA A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5
EN LA UNIDAD FCC
3=
GRAFICO N°37: OLEFINAS C EN EL GLP A TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA
UNIDAD FCC
4=
GRAFICO N°38: OLEFINAS C EN EL GLP A TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA
UNIDAD FCC
3= 4=
GRAFICO N°39: OLEFINAS C /C EN EL GLP A TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA
UNIDAD FCC
GRAFICO N°40: ISOPARAFINAS DE LA NAFTA CRAQUEADA A TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO
ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
GRAFICO N°41: SATURADOS DE LA NAFTA CRAQUEADA A TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM5 EN LA UNIDAD FCC
GRAFICO N°42: OLEFINAS DE LA NAFTA CRAQUEADA A TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5
EN LA UNIDAD FCC
GRAFICO N°43: AROMÁTICOS DE LA NAFTA CRAQUEADA A TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO
ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
GRAFICO N°44: OCTANAJE DE LA NAFTA CRAQUEADA A TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5
EN LA UNIDAD FCC
GRAFICO N°45: INDICE DE CETANO DEL LCO A TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA
UNIDAD FCC
GRAFICO N°46: VISCOSIDAD @ 50°C DEL LCO A TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA
UNIDAD FCC
GRAFICO N°47: %ERROR DE LAS ECUACIONES OBTENIDAS
GRAFICO N°48: P2O5%PESO vs. [ZSM-5]%PESO
GRAFICO N°49: EVOLUCIÓN PRECIO Y COSTO DE LOS PRODUCTOS Y CARGAS DE LA UNIDAD FCC
GRAFICO N°50: EVALUACIÓN ECONÓMICA UNIDAD FCC – 2007
GRAFICO N°51: EVALUACIÓN ECONÓMICA UNIDAD FCC – 2006
GRAFICO N°52: EVALUACIÓN ECONÓMICA UNIDAD FCC – 2005
GRAFICO N°53: EVALUACIÓN ECONÓMICA UNIDAD FCC – 2004
GRAFICO N°54: EVALUACIÓN ECONÓMICA GENERAL UNIDAD FCC -2007
GRÁFICO N°55: PERFIL DE OCTANAJE DE LAS FRACCIONES DE LA NAFTA CRAQUEADA
GRAFICO N°56: CURVAS DE DESTILACIÓN ASTM D86 – CASO 1
GRAFICO N°57: CURVAS DE DESTILACIÓN ASTM D86 – CASO 2
viii
1. CAPITULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. Antecedentes
1.1.1. Ubicación Refinería Talara
La refinería se localiza en el distrito de Pariñas, provincia de Talara, región de
Piura a 1185 km al norte de la ciudad de Lima, Perú, Latitud Sur 4°34’ – Longitud
Oeste 81°17’. Ver figura N°1
FIGURA N°1: UBICACIÓN DE REFINERÍA TALARA
1.1.2. Historia Refinería Talara
En 1914, empresarios ingleses representados por William Keswic arriendan los
campos petroleros vírgenes de Talara a una empresa llamada International
Petroleum Co. (IPC), subsidiaria de la Standard Oil Co.1. Debido a las reservas
probadas a esa fecha y a la cercanía de los yacimientos y el mar, la empresa
decide instalar una refinería de petróleo en un lugar estratégico. Tal es así que en
el año 1915 se da arranque a una serie de columnas de destilación a flujo continuo
1
“Historia de Talara”, Historiador Reynaldo Moya Espinoza (2001)
1
con una capacidad de procesamiento de 10,0 MBPD. Inicia sus operaciones
comerciales en 1917.
En 1954, IPC reemplazó la batería de alambiques por una columna tubular
(alambique tubular N° 2), de 45,0 MBPD. Dicha capacidad se amplió a 57,0 MBPD
en 1965 y a 62,0 MBPD en 1967. Las maniobras de arranque de esta nueva
unidad se iniciaron el 2 de julio, día que se conmemora el aniversario de la
refinería.
En 1974, ya bajo la administración de Petróleos del Perú, la refinería Talara inicia
el proyecto de modernización, construyendo las Unidades de Destilación al Vacío
de 19,8 MBPD, Unidad de Craqueo Catalítico Fluidizado de 16,6 MBPD y un
Proceso MEROX de Gasolina Craqueada de 8,5 MBPD. Estas unidades iniciaron
sus operaciones en enero de 1975 y reemplazaron a las antiguas unidades de
craqueo térmico. Con esto se logró establecer fuertemente en el mercado, la
producción de GLP y gasolina de alto octanaje.
Entre los años 2003-2004 la Unidad de Destilación Primaria (UDP) quedo
automatizada totalmente. Las unidades del esquema de refinación de Refinería
Talara son las siguientes:
CUADRO N°1: PRINCIPALES UNIDADES DE PROCESO
UNIDAD DE PROCESO
Destilación atmosférica (UDP)
Destilación al vacío 1 (UDV – 1)
Destilación al vacío 2 (UDV – 2)
Craqueo Catalítico Fluidizado (FCC)
Oxidación de Mercaptanos (MEROX)
CAPACIDAD ACTUAL, MBPD
65,0
29,0
2,8
19,0
10,0
2
1.1.3. Suministro de Crudo a Refinería Talara
El íntegro de la producción regional de petróleo crudo del noroeste es procesado
en la refinería, complementándose con crudos nacionales de selva norte así como
importados de diversos países como Ecuador, Colombia, Venezuela y Argentina.
En el Cuadro N°2 se muestran las empresas operadoras encargadas del
suministro de crudo local.
2
Capacidades Reportadas al Ministerio de Energía y Minas, N° REGISTRO 001-REF-20-2004, EXPEDIENTE 1915742
2
CUADRO N°2: SUMINISTRO DE CRUDO POR LOTES EN EL NOROESTE
A JULIO 20093
LOTE
PRODUCCIÓN
PROMEDIO (BBL/DIA)
13 480
10 774
821
660
4 526
1 219
172
2 750
269
3 413
19
3 120
41 224
COMPAÑÍA
LOTE X
LOTE Z-2B
LOTE I
LOTE II
LOTE III
LOTE IV
LOTE V
LOTE VI / VII
LOTE IX
LOTE XIII
LOTE XV
LOTE Z-1
PETROBRAS
PETROTECH
GMP
PETROMONT
INTEROIL
RIO BRAVO
GMP
SAPET
UNIPETRO
OLYMPIC
PETROMONT
BPZ
TOTAL
Del cuadro anterior se deduce que la carga a la UDP no solo se abastece con el
crudo local sino también con crudo foráneo para completar los 65,0 MBPD (ver
CUADRO 1). La inclusión promedio de crudo foráneo es aproximadamente 50%
del total de la carga aproximadamente.
En el gráfico N°1, se observa que la producción fiscalizada de crudo nor-oeste, la
cual se ha incrementado debido a mayores inversiones por el alto precio del
petróleo crudo.
GRAFICO N° 1: PRODUCCIÓN FISCALIZADA DE CRUDO NOR-OESTE
2003 A JULIO 2009
Producción de Crudo Nor-Oeste
Producción de Crudo Nor-Oeste
Período 2003 - Julio 2009
16,000
40,000
Promedio Anual, Bbl/dia
14,000
Promedio Anual, Bbl/dia
Período 2003 - Julio 2009
45,000
12,000
10,000
8,000
6,000
4,000
2,000
35,000
30,000
25,000
20,000
15,000
10,000
5,000
-
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2003
2009
2004
2005
PETROBRAS X
PETRO-TECH Z-2B
GMP I
PETROLERA MONTERRICO II
INTEROIL III
RIO BRAVO IV
GMP V
SAPET VII/VI
UNIPETRO IX
OLYMPIC XIII
PETROLERA MONTERRICO XV
BPZ Z-1
PETROBRAS X
INTEROIL III
UNIPETRO IX
1.1.4. Configuración de la Refinería Talara
3
2006
2007
2008
2009
Año
Año
Producción promedio diaria fiscalizada. Reporte mensual Perupetro Ene.09-Jul.09.
3
PETRO-TECH Z-2B
RIO BRAVO IV
OLYMPIC XIII
GMP I
GMP V
PETROLERA MONTERRICO XV
PETROLERA MONTERRICO II
SAPET VII/VI
BPZ Z-1
La configuración de las Unidades de Proceso de la Refinería está constituida
principalmente por procesos físicos y químicos. Así mismo, se dispone de varias
unidades de soporte operativo como servicios industriales, planta de tratamiento
de agua, suministro de aire para instrumentación, patio de tanques de
almacenamiento de crudo y productos.
DIAGRAMA N°1: UNIDADES DE PROCESO DE REFINERÍA TALARA
Nafta L./Solvente 1
Kerosene / Turbo A1
D
CRUDO
NACIONAL E
IMPORTADO
Gasolinas
Planta de
Tratamiento
Cáustico
Nafta Pesada/Solvente 3
U
Solventes
Nafta Pesada
Turbo/Kerosene
Diesel
P
Diesel 2
65000
GLP
BPD
URG
Nafta FCC
U
F
U
D
V
Residual Primaria
I
C
GOL
C
GOP
19000
BPD
Slop Wax
GLP
Unidad
Merox
10000
BPD
LCO
HCO
DCO
29000
BPD
Fondos UDV I
Residual Primaria como carga a FCC
Petróleos
Industriales
U
D
V
Residual Primaria
II
GOL
GOP
2800
BPD
Fondos UDV II
Asfaltos
1.1.5. Instalaciones Portuarias de Refinería Talara
La producción de la refinería está destinada principalmente al abastecimiento de la
demanda
nacional
a
través
de
los
terminales
en
el
litoral
peruano.
Aproximadamente el 50% de la carga a las Unidades de Procesamiento es
suministrado por buques/tanque. Refinería Talara cuenta con las siguientes
instalaciones portuarias:
Muelle de Carga Líquida.- Cuenta con facilidades para el recibo de crudo y
despacho de GLP, gasolinas, asfaltos líquidos, solventes, destilados medios y
combustibles industriales. Se realizan operaciones de cabotaje y exportación.
Terminal Submarino Multiboyas Punta Arenas.- Cuenta con dos líneas
submarinas de 12ӯ y 1,5 km de longitud, por donde se recibe crudo y despacha
4
combustibles industriales. Se realizan operaciones de cabotaje, exportación e
importación. En el 2010 se proyecta cambiar las líneas submarinas a 30”Ø y 3,2
km de longitud.
1.1.6. Tanques de almacenamiento de hidrocarburo
La refinería cuenta con 117 tanques de almacenamiento de crudo y productos con
una capacidad de 3,5 MMBBL. Se dispone de sistemas de bombeo para la
preparación y despacho de productos.
1.1.7. Plantas de Ventas
Para la atención de la demanda local se cuenta con 2 (dos) plantas de ventas:
Planta de Ventas Talara y Planta de Ventas Piura.
1.1.8. Producción de Refinerías
Se produce un amplio rango de derivados del procesamiento del petróleo crudo,
los que conforman el 40% de la producción nacional. La participación en el
mercado de GLP, Diesel N°2 y Gasolinas es importante. Adicionalmente a los
combustibles, la refinería produce asfaltos, solventes, ácido nafténico y productos
intermedios.
CUADRO N°3: PRODUCCIÓN POR REFINERÍAS DE PETRÓLEO
ENERO 20094:
PRODUCTOS
GLP
GASOLINAS
BIODIESEL B2
DESTILADOS MEDIOS
COMBUSTIBLES INDUSTRIALES
COMBUSTIBLES
OTROS
TOTAL
RFTL,
MBBL/D
5,02
10,05
33,84
4,08
7,03
60,02
0,88
60,90
PAIS,
MBBL/D
6,25
21,8
70,43
15,21
33,97
147,66
3,12
150,78
% RFTL
80,32%
46,10%
48,05%
26,82%
20,69%
40,65%
28,21%
40,39%
Notas:
(1) RFTL: Refinería Talara
(2) La producción por Refinerías tiene incluido el aporte de las plantas procesadoras de Gas Natural
1.1.9. Mercados
4
Producción Refinerías de Petróleo – Ministerio de Energía y Minas Enero 2009.
5
La producción está orientada al abastecimiento del mercado nacional, a las plantas
de ventas de la zona (Piura y Talara) y a los terminales de la costa peruana. Las
transferencias de productos intermedios y terminados son enviadas a las refinerías
Conchán, Iquitos y El Milagro. Los productos excedentes (naftas y combustibles
industriales) se exportan.
1.2. Formulación del Problema
1.2.1. Naftas obtenidas en Refinería
El actual esquema de refinación permite la obtención de 4 (cuatro) tipos de naftas:

Nafta Virgen o Liviana.- Obtenida en la Unidad de Destilación Primaria (UDP)
con un octanaje entre 60 – 70 RON

Nafta Craqueada.- Obtenida en la Unidad de Craqueo Catalítico Fluidizado
(UFCC) @Trx entre 930 – 975°F, con un octanaje entre 90 – 93 RON

Nafta Craqueada Pesada de Alto RON.- Obtenida en la UFCC @Trx 975°F en
la re-destilación de la Nafta Craqueada (fracción pesada, el corte liviano sale
con bajo RON), con un octanaje entre 95 – 97 RON. Ver Anexo N° 7.1

Nafta Craqueada Liviana de Alto RON.- Obtenida en la UFCC @Trx 975°F en
la re-destilación de la Nafta Craqueada (fracción liviana, el corte pesado sale
con bajo RON), con un octanaje entre 95 – 97 RON. Ver Anexo N° 7.1
En el Anexo 7.3 se observa el esquema de Formulación de gasolinas en RFTL.
Estos cortes de Naftas son luego mezclados en el área de almacenamiento de
productos en tanques para la formulación de gasolinas comerciales.
En el cuadro N°4 se muestra la formulación de las gasolinas comerciales (Gasolina
84, Gasolina 90, Gasolina 95 y Gasolina 97), considerando la mezcla de las naftas
obtenidas en la Refinería Talara y el uso de aditivo mejorador de octano MMT 5. La
formulación de cada una de las gasolinas dependerá de una optimización lineal
económica del uso de cada uno de los componentes.
CUADRO N°4: FORMULACIÓN DE GASOLINAS COMERCIALES EN
5
MMT (Methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl) con 24.4%Mn, aditivo externo utilizado en la etapa de formulación
final de los combustibles.
6
REFINERÍA TALARA
Nafta
Nafta
Nafta Liviana
Liviana
Craqueada @
@ 65,0 RON,
Craqueada
93,5 RON,
%VOL
@ 97,5 RON,
%VOL
%VOL
GASOLINA
45,5
54,5
0
84
55,4
44,6
0
18,7
81,3
0
GASOLINA
90
28,6
71,4
0
GASOLINA
0
100,0
0
95
GASOLINA
0
45,0
27,5
97
Nafta Pesada
Craqueada
@ 97,5 RON,
%VOL
Aditivo MMT,
ppm
0
0
0
0
0
18
0
18
0
18
27,5
18
Nota: El cálculo para realizar la receta de formulación de las gasolinas, es utilizando el RBN (Research
Blending Number) correspondiente a un RON, el RBN se puede utilizar como factor de cálculo para una
propiedad aditiva, obteniéndose el RBN de la mezcla, luego se determina el RON correspondiente de la
mezcla.
1.2.2. Operación de la Unidad FCC
Para obtener el máximo octanaje de las naftas craqueadas la UFCC, la unidad
opera a la más alta severidad (Temperatura de Reactor = 975°F).
A mayor temperatura del reactor, se obtendrá mayor octano de la Nafta
Craqueada, pero menor rendimiento de Aceite Cíclico Ligero (LCO: Light Cycle
Oil). El requerimiento de alto número de octano es necesario para poder realizar el
balance de octanaje en las refinerías de Petroperú.
Dado a que el país es deficitario en Diesel6, la operación de la Unidad FCC a baja
temperatura del reactor permitirá la mayor producción de LCO, permitiendo tener una
mayor disponibilidad de Diesel N°2 por menor requerimiento de material de corte para
el pool de residuales. El equivalente de utilizar 1 Bbl Kerosene @ 1cSt = 1,052 Bbl de
LCO @ 1,5 cSt = 1,4 Bbl de HCO+DCO @ 13 cSt, es por esto que la Unidad FCC al
operar a menor temperatura del reactor producirá un mayor volumen de aceites
cíclicos, y disminuirá el volumen equivalente al material de corte para la formulación
de combustibles industriales. Esta disminución de volumen de kerosene como material
de corte, significa un incremento en el volumen de kerosene direccionado al pool de
Diesel N°2.
6
Petroperú en el año 2008 ha importado 3.2 MMBBL de Diesel N°2, fuente Petróleos del Perú, PETROPERU S.A.
7
El contenido de aditivo ZSM-5 fijo en el catalizador de la Unidad FCC es 1,5% peso, el
aditivo no se adiciona de manera externa. Esto limita el no poder tener una mayor
flexibilidad de operación y bajar la Severidad del Reactor de manera continua, dado la
necesidad de alto octanaje de la Nafta Craqueada.
1.3. Objetivos
Los principales objetivos son:
1.3.1. Objetivos Generales

Efectuar un diagnóstico situacional de la operación de la Unidad FCC,
realizando simulación y corrida de prueba en blanco. Evaluar a una
concentración de Aditivo ZSM-5 de 1,5%peso en el Catalizador, los resultados
de operar a diferentes Temperaturas de reacción (930°F / 950°F / 975°F), a fin
de identificar una línea base y poder realizar comparaciones desde un punto
de partida.

Efectuar la evaluación Técnico-Económica para el incremento de aditivo
ZSM-5 en el catalizador de la Unidad FCC de Refinería Talara, que permita
evaluar las ventajas e impacto del uso del aditivo.
1.3.2. Objetivos Específicos

Aumentar el beneficio económico de la Refinería por mayor producción y
disponibilidad de Destilados Medios sin la disminución del valor de octanaje de
la nafta craqueada.

Incrementar la flexibilidad operativa de la Unidad FCC de Refinería Talara,
logrando mejorar la calidad y rendimiento de los productos.

Disminuir la importación de Diesel N°2, evitando pagos de subsidios
innecesarios.

Continuar
cumpliendo
con
las
especificaciones
y
anticiparse
especificaciones de gasolinas propuestas por el Banco Mundial.
8
a
las
CUADRO N° 5: ESPECIFICACIONES DE CALIDAD DE GASOLINAS
RECOMENDADAS POR EL BANCO MUNDIAL7
GASOLINAS
Aromáticos
Benceno
Olefinas
Contenido de Plomo
Contenido de azufre

UNIDAD
%VOL.
%VOL.
%VOL.
gr/L
Ppm
TÍPICO
17,6 – 54,4
2,1
6,3 – 16,8
0
60 - 500
OBJETIVO
45 máx.
2,5 máx.
25 máx.
0
100 máx.
Contar con la tecnología de aditivos para la obtención de mayor variedad de
productos en la Unidad FCC de Refinería Talara, mayor flexibilidad.
1.4. Justificaciones
El incremento del aditivo ZSM-5 en el catalizador de la Unidad FCC de Refinería
Talara permitirá:

Operar la Unidad FCC a baja severidad (930°F) sin disminuir el valor de octano
(Mínimo 93.0 RON) de la nafta craqueada para la producción de las gasolinas
comerciales.

Tener un mayor rendimiento de LCO (operación a baja severidad),
ocasionando una mayor disponibilidad de kerosene por menor requerimiento
de material de corte. La mayor disponibilidad de kerosene podría incrementar
el volumen del pool de Bio-Diesel B2.

Mejora de la calidad de la propiedad del cetano del LCO de 20 a 24 unidades,
al permitir operar a menor temperatura del reactor.

Mayor rendimiento de LCO, de 1,0 a 2,5%volumen adicional.

Disminuir la importación de Diesel N°2 (entre 150 - 205 MB/año), generando
ahorro por el menor pago de subsidios.

Mayor flexibilidad de operación de la Unidad FCC al poder producirse nafta
craqueada de mayor octanaje.

Incrementar de la producción de GLP (operación alta severidad) debido a la
mayor producción de olefinas. 4% Volumen adicional.
7
www.worldbank.org
9
1.5. Hipótesis
El incremento del aditivo ZSM-5 en el catalizador de la Unidad FCC permitirá una
mayor flexibilidad de operación de la unidad, mejorando la calidad y rendimiento
de los productos deseados, ocasionando un mayor beneficio económico para la
refinería.
1.6. Descripción del Sistema Actual
1.6.1. Descripción general de la Unidad FCC de Refinería Talara
La unidad FCC es el proceso para convertir hidrocarburos de alto peso
molecular en productos de mayor valor agregado. La conversión ocurre en
fase gaseosa y a baja presión en presencia de un catalizador portador de
calor. La temperatura de reacción se encuentra en el orden de 930°F
(500°C) a 975°F (524°C) y el tiempo de residencia es en el orden de 2,5
segundos.
Las cargas a la Unidad FCC está compuesta por 13 000 BPD Gasóleo
Pesado de la Unidad de Destilación de Vacio I y II (UDV I y II), 500 BPD de
Gasóleo Pesado de UDV de Refinería Conchan, y, 4500 BPD de Residual
Primaria de la Unidad de Destilación Primaria (UDP) de Refinería Iquitos.
La temperatura de la carga combinada se encuentra arriba de 410°F
(210°C).
Las reacciones de craqueo son endotérmicas; el balance de calor se obtiene por la
combustión en el regenerador del coque producido y depositado en el catalizador.
Los principales productos de la Unidad FCC son:

Gas Licuado de Petróleo (GLP).

Nafta Craqueada (Alta, Media y Baja Severidad / Re-destilación de la Nafta
Craqueada).

Aceite Cíclico Ligero (Light Cycle Oil - LCO).

Aceite Cíclico Pesado (Heavy Cycle Oil - HCO).

Aceite Clarificado (Decant Cycle Oil – DCO).
Los sub-productos son:

Gas Seco (Gas de refinería).

Coque (depositado en el catalizador, se quema en el regenerador produciendo
energía y el calor necesario para la reacción).
10
11
CHIMENEA
FB- 1
30%
FK-3
S 36
N 35
B
FK-4
FV -16
C A M A R A D E O R IFIC IO S
°F
°F
°F
1373
°F
F-TII-13S
1360
F-TII-12N
1391
F-TII-15S
1889
F-TII-14N
FH-1
42
PSIG
F-PR-22
2.0
PSIG
F-DPIC-45
982
3.0
PSIG
F-DPIC-50
FK-1
FC-1
682656
F-FRC-20
4487
RPM
F-SI-218
SCFM
°F
BAJO DIFERENCIAL
FK-2
PSIG
F-TI-18
SCFM
BAJO DIFERENCIAL
F-FRC-18
390500
D Tfase densa
13.0 °F
D T (DENSA-DILUIDA)
°F
D Tfase diluida
°F
REGENERADOR
FV-3
ALTO
39.5
F-PIC-36
PSIG
7.8
ALTO
F-PIC-41
°F
F-TII-16
1406
NE
94
SE
94
°F
PSIG
PSIG
LB/HR
°F
PSIG
PSIG
LB/HR
% Carga
LB/HR
422
°F
F-TRC-84
3300.0
F-FRC-157
120 PSIG
F-V8
478.0
422.0
F-TII-9
°F
A
°F
14675.08 BPD
F-FRC-105
F-E4/3/5
414.0
F-TII-1
F-E4
SEDIMENTADOR DE FINOS
Sedimentador de
Finos
SIMBOLOGIA
F-TII-8
BPD
TI-3
F-P3 A/B
149 °F
Despues de filtros
100
3935
6000
3.05
F-FIC-53
92
SO
3000
F-FIC-60
95
NO
3935 LB/HR
Regular
1.91%
3755
F-FRC-56
985.8
F-TI-17
Despues de F-HC-55A
REACTOR
F-V4
D TRx
3.8 °F
T(Tope-Camara)
10 °F
974
F-TI-57
°F
B
409
FP-10 A/ B
59
F-FRC-69
2380.615 Bbl/d
FRC-76
145 psig
F-E7
FRC-74
8255
14000
BPD
°F
13940
F-FRC-83
F-E3
559
F-TI-7
BPD
°F
F-V12
ACEITE CLARIFICADO
RECICLO DE LODOS AL REACTOR
ACEITE CICLICO PESADO (HCO) AL F-V8
F-FRC-82
F-FRC-81
BPD
F-E2
F-TI-22
427
°F
F-TI-21
F-P5 A/B
246.6%
F-V9
561
F-TI-24
409
F-TI-26
619
399
F-TII-25
°F
FRACCIONADORA
°F
F-TII-20
°F
Recirculación de Fondos
494
F-TI-23
°F
°F
F-P7 A/B
F-V10
HCO A / DE URG
F-P6 A/B
0
F-TI-32
0
F-TI-35
°F
F-E 8 A/B
F-V 11
F-P9 A/B
F-P8
Acumulador de Tope
G-FRC-103
GLP
FRC-74
Bbl/d
Bbl/d
F-P11 A/B
9,180
Bbl/d
ACEITE CICLICO PESADO (HCO)
ACEITE CICLICO LIVIANO (LCO)
NAFTA NO ESTABILIZADA
F-FR-110
PSIG
FRC-95
ACEITE CICLICO PESADO (HCO) AL F-V8
0
F-FRC-106
2,257
F-FRC-109
22.2
PRCAHL-119
F-E 11 A/B/C/D
RECICLO ACEITE CICLICO PESEDO (HCO) AL REACTOR
LCO A / DE URG
254
F-TI-27
F-P12 A/C
F-TI-31
DIAGRAMA N°2: DIAGRAMA DE PROCESO DE LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
973
F-TI-19
1.6.2. Configuración de los principales equipos de la Unidad FCC de
Refinería Talara
En el cuadro N°6 se indica el tipo de tecnología instalada en la Unidad FCC,
debido a que cada una de las tecnologías o componentes tecnológicos aporta
beneficios en la conversión y eficiencia de la Unidad.
La configuración actual es muy diferente a la configuración inicial, donde no
se consideraba el procesamiento de cargas pesadas (residual primaria y
fondos de vacio principalmente).
La tecnología instalada permite una mayor flexibilidad operativa (mayores
temperaturas de reacción, procesamiento de cargas más pesadas, mejor
gestión del uso del catalizador, mayor conversión y optimización del uso del
vapor, aire y vapor).
CUADRO N°6: DISEÑO DE EQUIPOS
Tecnología de Componentes
Configuración Reactor/Regenerador
Mecanismo de Control del Flujo de Catalizador
Fraccionadora Principal
Diseño de Pared Fría
Tipo de refractario predominante
Regenerador
Caldero CO
Soplador de Aire
Accionamiento del Motor de Aire
Turbina recuperadora de energía
Compresor de Gas Húmedo
Accionamiento de Compresor de Gas Húmedo
Columnas de fraccionamiento
Tecnología de Componentes
Inyección de Carga
Tecnología del Riser
Dispositivo de Terminación del Riser
Despojador de Catalizador Gastado
Distribuidor de Aire del Regenerador
Distribución del Catalizador Gastado

Tipo de Tecnología
Side by Side (Lado a Lado)
Slide Valve – Single Valve (Válvula deslizante – Válvula Simple)
Trays (Etapas)
Riser (Zona de Inyección de carga al Reactor)
Standpipes – Regenerated Catalyst (Zona de Bajante de catalizador
regenerado)
Flue Gas Piping (Tuberia de gases de combustión)
One layer castable (Una capa moldeable)
One-stage partial combustión (Combustión Parcial de Una Etapa)
Centrifugal (Centrifugo)
Steam Turbine (Turbina a Vapor)
Drives Air Blower
Centrifugal (Centrifugo)
Steam Turbine (Turbina a Vapor)
C3/C4
Tipo de Tecnología
Boquillas múltiples de atomización radial
Riser totalmente vertical
Tipo caída lateral (Downturn)
Baffles estándares con distribuidores de vapor
Distribuidores con refractario, boquillas duales diametrales
Distribuidores internos, arriba del lecho
Sistema de Inyección de Carga
La Unidad FCC cuenta con cuatro distribuidores de carga modelo “UOP
Optimix Distributor”, instalados en 1995. El uso de esta tecnología permitió
una reducción en la producción de gas seco y coque mientras se incrementó la
conversión y rendimiento de gasolina. Ver figura N°2
12
FIGURA N°2: SISTEMA DE INYECCIÓN DE CARGA A LA UFCC

Geometría del Riser
La reducción del tiempo de contacto permite disminuir la ocurrencia de
reacciones de sobrecraqueo. Generalmente esto se maneja mediante el
tamaño del diámetro del Riser. Con un menor tiempo de residencia se reduce
el craqueo térmico y las reacciones de transferencia de hidrógeno.
A menor tiempo de contacto, el rendimiento de LCO disminuirá. Ver figura N°3
FIGURA N°3: GEOMETRIA DEL RISER DE LA UFCC
13

Dispositivo de Terminación del Riser
Estos dispositivos reducen el craqueo térmico Post-Riser por la disminución del
tiempo de residencia del catalizador y el producto en fase vapor. Un buen
dispositivo de terminación del Riser puede reducir el gas seco en más de 40%,
mientras se incrementa la producción de gasolina y niveles de octano. Ver
figura N°4.
FIGURA N°4: DISPOSITIVO DE TERMINACIÓN DEL RISER DE LA UFCC
1.6.3. Condiciones de Operación de la Unidad FCC de Refinería Talara
Las principales variables de operación de la Unidad FCC son las siguientes:

Temperatura del Reactor (Severidad)
A menor temperatura de reacción del reactor, la selectividad de la reacción
se orienta al incremento de Cíclicos (LCO / HCO / Aceite Clarificado),

Baja Severidad
930°F (499°C)
Mediana Severidad
950°F (510°C)
Alta Severidad
975°F (524°C)
Relación CATALIZADOR/ACEITE
14
A menor circulación de catalizador en la Unidad, la relación CAT/OIL
disminuye y baja la Temperatura de Reacción, ocasionando una
disminución en la conversión, favoreciendo la producción de cíclicos.
CUADRO N°7: COMPORTAMIENTO DE LA UNIDAD FCC
A ALTA Y BAJA SEVERIDAD
Rendimiento GLP
Olefinas GLP
Rendimiento de Gasolinas
Octanaje de Gasolinas
Olefinas Gasolinas
Rendimiento de LCO
Cetano LCO
Conversión
Rendimiento Cíclicos
Relación CAT/OIL
Alta Severidad
+
+
+
+
+
+
+
Baja Severidad
+
+
+
-
1.6.4. Carga de la Unidad FCC de Refinería Talara
La carga de la Unidad FCC de Refinería Talara está compuesta de Gasóleo
Pesado (GOP) y Residual Primaria. En el diagrama N°2 se muestra como es
alimentada la carga a la Unidad FCC.
La caracterización de la carga a la Unidad FCC está en función de la
composición de la Carga de la Unidad de Destilación Primaria, para la
evaluación se realizó la corrida de prueba considerando una carga de 50%
Crudo Talara y 50% Crudo Oriente Ecuatoriano.
CUADRO N°8: COMPOSICIÓN DE CRUDO COMO CARGA A UDP
CRUDO
°API
S (%m)
Niquel (wppm)
Vanadio (wppm)
Talara
30
0,005
1
2
Oriente Ecuatoriano
22
1,2
3
6
Los fondos de la Unidad de Destilación Primaria alimentan como carga a la
Unidad de Destilación de Vacio I y a la Unidad de Destilación de Vacio II, los
cuales producen el Gasóleo Pesado que sirven como carga principal a la
Unidad de Craqueo Catalítico Fluidizado.
Los componentes de la Carga de la Unidad FCC son el Gasóleo Pesado
(GOP) ó Carga Fresca y el Residual Primaria Iquitos (RPIQ). La mezcla del
15
GOP y el RPIQ es la Carga Combinada que alimenta a la Unidad FCC. En los
cuadros 9, 10 y 11 se muestra la caracterización de cada uno de los
componentes de alimentación y su mezcla.
CUADRO N°9: CARACTERIZACIÓN PROMEDIO DE GOP (CARGA FRESCA)
COMO CARGA A LA UNIDAD FCC
PROPIEDAD
°API @ 15.6°C
UNIDAD
Gravedad Específica @ 15.6°C
METODO
D-1298
RESULTADO
22,8
D-70
0,91705
Viscosidad Cinemática @ 40°C
CSt
D-445
100,1625
Viscosidad Cinemática @ 50°C
CSt
D-445
54,3
Viscosidad Cinemática @ 100°C
CSt
D-445
9,1825
Azufre Total
%Masa
D-4294
0,74225
Agua y Sedimentos
%VOL
D-1796
0,025
Residuo de Carbon Conradson
%PESO
D-189
0,2815
Cenizas
%PESO
D-482
0,01325
Punto de Anilina
°C
D-611
97,65
Asfaltenos
%PESO
D-3279
0,4775
Calcio
Ppm
D-5708
0,035
Fierro
Ppm
D-5708
0,3275
Plomo
Ppm
D-5708
0,535
Sodio
Ppm
D-5708
2,15
Vanadio
Ppm
D-5708
0,5975
Niquel
Ppm
D-5708
1,045
Nitrógeno Total
%PESO
D-3228
0,27
PNA - Método n-d-m
D-3238
Carbón Parafínico
%VOL
56,175
Carbón Nafténico
%VOL
25,05
Carbón Aromático
%VOL
18,8
Índice de Refracción @ 20°C
D-1218
1,5121
Peso Molecular
D-2502
440,5
Factor de Caracterización, KUOP
12,125
DESTILACIÓN
D-1160
P.I.
°C
0
362,25
5% Recuperado
°C
5
418,00
10% Recuperado
°C
10
439,00
20% Recuperado
°C
20
454,00
30% Recuperado
°C
30
469,50
40% Recuperado
°C
40
478,75
50% Recuperado
°C
50
487,25
60% Recuperado
°C
60
495,50
70% Recuperado
°C
70
505,00
16
80% Recuperado
°C
80
514,75
90% Recuperado
°C
90
520,00
CUADRO N°10: CARACTERIZACIÓN PROMEDIO DE RESIDUAL PRIMARIO IQUITOS
COMO CARGA A LA UNIDAD FCC
PROPIEDAD
UNIDAD
°API @ 15.6°C
Gravedad Específica @ 15.6°C
METODO
RESULTADO
D-1298
20
D-70
0,934
Viscosidad Cinemática @ 40°C
CSt
D-445
274,2075
Viscosidad Cinemática @ 50°C
CSt
D-445
152,325
Viscosidad Cinemática @ 100°C
CSt
D-445
21,875
Azufre Total
%Masa
D-4294
0,59375
Agua y Sedimentos
%VOL
D-1796
0,2625
Residuo de Carbon Conradson
%PESO
D-189
4,17
Cenizas
%PESO
D-482
0,01475
Punto de Anilina
°C
D-611
100,85
Asfaltenos
%PESO
D-3279
2,74
Calcio
Ppm
D-5708
1,27
Fierro
Ppm
D-5708
9,05
Plomo
Ppm
D-5708
0,7275
Sodio
Ppm
D-5708
14,15
Vanadio
Ppm
D-5708
28,65
Niquel
Ppm
D-5708
15,425
Nitrogeno Total
%peso
D-3228
0,25
PNA - Método n-d-m
D-3238
Carbón Parafínico
%VOL
43,5
Carbón Nafténico
%VOL
30,9
Carbón Aromático
%VOL
25,65
Índice de Refracción @ 20°C
D-1218
1,5225
Peso Molecular
D-2502
357
Factor de Caracterización, KUOP
12,1
DESTILACIÓN
D-1160
P.I.
°C
334,50
5% Recuperado
°C
367,50
10% Recuperado
°C
384,50
20% Recuperado
°C
417,50
30% Recuperado
°C
481,00
40% Recuperado
°C
510,50
50% Recuperado
°C
534,00
60% Recuperado
°C
515,00
70% Recuperado
°C
531,00
17
CUADRO N°11: CARACTERIZACIÓN PROMEDIO DE CARGA COMBINADA (13 500
BPD GOP + 4 500 BPD RPIQ) A LA UNIDAD FCC
PROPIEDAD
°API @ 15.6°C
UNIDAD
Gravedad Específica @ 15.6°C
METODO
D-1298
RESULTADO
22,28
D-70
0,9201
Viscosidad Cinemática @ 40°C
CSt
D-445
112,20
Viscosidad Cinemática @ 50°C
CSt
D-445
61,94
Viscosidad Cinemática @ 100°C
CSt
D-445
10,33
Azufre Total
%Masa
D-4294
0,75
Agua y Sedimentos
%VOL
D-1796
0,06
Residuo de Carbon Conradson
%PESO
D-189
2,17
Cenizas
%PESO
D-482
0,01
Punto de Anilina
°C
D-611
92,48
Asfaltenos
%PESO
D-3279
1,19
Calcio
Ppm
D-5708
0,22
Fierro
Ppm
D-5708
1,39
Plomo
Ppm
D-5708
0,50
Sodio
Ppm
D-5708
3,35
Vanadio
Ppm
D-5708
7,29
Niquel
Ppm
D-5708
3,84
Nitrogeno Total
%PESO
D-3228
0,27
PNA - Método n-d-m
D-3238
Carbón Parafínico
%VOL
50,92
Carbón Nafténico
%VOL
25,68
Carbón Aromático
%VOL
23,42
Indice de Refracción @ 20°C
D-1218
1,52
Peso Molecular
D-2502
346,67
Factor de Caracterización, KUOP
11,92
DESTILACIÓN
D-1160
P.I.
°C
225,83
5% Recuperado
°C
351,67
10% Recuperado
°C
386,67
20% Recuperado
°C
414,17
30% Recuperado
°C
431,67
40% Recuperado
°C
446,08
50% Recuperado
°C
460,67
60% Recuperado
°C
475,83
70% Recuperado
°C
492,25
80% Recuperado
°C
509,08
18
90% Recuperado
°C
534,92
1.6.5. Catalizador utilizado en la Unidad FCC de Refinería Talara
El contenido de zeolita en el catalizador permite incrementar la actividad del
catalizador, a menor contenido de zeolita se tendrá mayor producción de
aceites cíclicos, sin embargo disminuirá la actividad del mismo.
Si la relación Zeolita/Matriz disminuye se tendrá un mayor rendimiento de
líquidos, sin embargo también se incrementara la producción de subproductos (gas seco y coque). El aditivo ZSM-5 se encuentra incluido en el
catalizador en 1,5% peso, mayores dosis del mismo se requieren adicionar
de manera externa.
CUADRO N°12: PROPIEDADES Y CONTAMINANTES DEL CATALIZADOR
UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
PROPIEDAD
MAT, %peso
[ZSM-5], %peso
Factor Gas
Rendimiento de H2, SCFB
Factor Coque
2
Total Área Superficial, m /g
2
Área Zeolita, m /g
2
Área Matriz, m /g
-10
Tamaño de Celda Unitaria, Å (10 m = 1 Å)
Re2O3, %peso
P2O5, %peso
ABD - Densidad de bulto promedio, g/cc
Contaminantes
Níquel, ppm
Vanadio, ppm
Fierro, %peso
Sodio, %peso
Plomo, ppm
Carbón, %peso
RANGO VALOR
69,0 – 75,0
1,5 (SE EVALUARA SU INCREMENTO)
4,0 – 7,5
100 – 240
1,2 – 1,6
150 – 165
110 – 125
36 -40
24,30 – 24,31
2,0 – 2,2
0,55 – 1,01
0,80 – 0,83
2 200,0 – 3 100,0
3 800,0 – 6 300,0
0,46 – 0,52
0,39 – 0,45
40,0 – 60,0
0,05 – 0,5
En el diagrama N°3 se muestra el diagrama simplificado de proceso de la
Unidad FCC, donde la carga está constituida por:
Gasóleo Pesado (proveniente de la Unidad de Destilación de Vacio)
19
Residual Primaria (proveniente de los fondos de la Unidad de Destilación
Primaria de Refinería Iquitos ó los fondos de la Unidad de Destilación Primaria
RFTL cuando se procesa crudo Mayna o crudo de bajo contenido de metales).
Los productos obtenidos son almacenados y algunos utilizados como
componentes para la formulación final de los combustibles.
DIAGRAMA N°3: DIAGRAMA SIMPLIFICADO DE LA UNIDAD FCC DE
REFINERÍA TALARA
Diesel 2
Nafta FCC
FRACCIONADORA
REACTOR
REGENERADOR
Gasóleo Pesado
GLP
URG
Caldero CO
Unidad
Merox
Gasolinas
LCO
HCO
DCO
Petróleos
Industriales
Residual Primaria
20
2. CAPITULO II: MARCO TEÓRICO Y LEGAL
2.1. Marco Teórico
2.1.1. Antecedentes del uso del aditivo ZSM-5
El uso de aditivos en la Unidad FCC es una práctica muy común en la mayoría de
las refinerías de petróleo; estos incrementan la flexibilidad operativa de la Unidad
FCC, adaptando rápidamente los resultados de la Unidad con los requerimientos
del mercado.
En las dos Unidades FCC existentes en el Perú se utiliza el aditivo ZSM-5, y los
resultados se han demostrado tanto en simuladores como en corridas de prueba.
2.1.2. Variables de Operación
Las principales variables de Operación que se utilizan en la Unidad FCC se
detallan en el Cuadro N°13.
CUADRO N°13: PRINCIPALES VARIABLES DE OPERACIÓN DE
LA UNIDAD FCC
Mínimo
12 000
410
930
6,0
365
28
53
8
8
73
9
66
Carga, BPD
Temperatura de Carga Combinada, °F
Temperatura Reactor, °F
Relación CAT/OIL
Producción de GAS SECO,SCF/BBL.
Producción de GLP, %VOL.
Producción de Nafta Craqueada, %VOL.
Producción de LCO, %VOL.
Producción de HCO+DCO, %VOL.
Conversión, %VOL.
Ganancia, %VOL.
Rendimiento de Gasolina, %VOL.
[%
Ó [%
]=%
] = 100 − %
+%
+%
[%] =
21
%
−%
%
Máximo
19 000
430
975
8,0
730
37
64
13
14
84
12
78
−%
+%
Ó
+%
× 100
− 100
2.1.3. Comparación de Demanda de Gasolina y Diesel1
En el gráfico N°2 se muestra la relación de demanda de Gasolina y Diesel
en Latinoamérica.
GRÁFICO N°2: RAZÓN DE DEMANDA GASOLINA/DIESEL EN
LATINOAMÉRICA
Razón de demanda Gasolina / Diesel en Latinoamérica
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Región 1
Región 2
Región 3
Región 4
Región 1 : Méjico y América Central.
Orientado a la producción de Gasolina
Región 2 : Colombia, Venezuela y el Caribe.
Orientado a la producción de Gasolina
Región 3: Argentina, Brasil, Chile, Paraguay y Uruguay. Orientado a la producción de Diesel
Región 4: Perú, Ecuador y Bolivia.
Orientado a la producción de Diesel
La región 1 y 2 orientan su producción a Gasolinas.
La región 3 y 4 orientan su producción a Diesel (Perú está en la región 4).
La demanda de combustibles en el mundo continúa incrementándose de
manera sostenida, sin embargo como se muestra en el gráfico N°2, la
distribución de la demanda es diferente en cada región de Latinoamérica.
Perú se encuentra en la región 4, mostrando que los requerimientos de
diesel son mayores que el de la gasolina. Dada la información de demanda,
se deberá tener como una estrategia la maximización de destilados medios
en la operación de las refinerías, principalmente en las Unidades FCC.
1
Fuente Energy Information Administration (EIA)
22
GRÁFICO N°3: CONSUMO Y TRANSPORTE DE COMBUSTIBLE EN EL MUNDO
Una de las variables de operación más significativa que permite la
maximización de destilados medios es la temperatura de reacción
(severidad del reactor). Al disminuir la temperatura del reactor se
incrementara la producción de aceites cíclicos, sin embargo se disminuirá
el valor de octanaje de la nafta craqueada producida.
2.1.4. Mayores costos por importación de Diesel
La alta y creciente demanda de Diesel, y, la diferencia de precios
internacionales con los precios nacionales, han ocasionado fuertes costos
en la importación de Diesel al país.
La mayor producción de aceites cíclicos, permitirá el uso de kerosene al
pool de Diesel y no como material de corte en el pool de residuales,
permitiendo así una mayor economía.
La maximización de destilados medios en la Unidad de Craqueo Catalítico,
permitirá disminuir la importación de destilados medios, evitando así el
pago de subsidios.
Petroperu S.A. importa un promedio de 3,0 MMBBL de Diesel al año. Ver
cuadro N° 14
23
CUADRO N°14: VOLUMEN DE PRODUCCIÓN E IMPORTACIÓN DE DIESEL
AÑO
PRODUCCIÒN DIESEL 2 /
BIODIESEL B2 (*) - TALARA,
MMBBL
IMPORTACIÒN PETROPERU,
MMBBL
2006
6,76
3,98
2007
2008
2009 (**)
7,36
7,95
3,94
2,13
3,38
0,92
(*) El Biodiesel B2, ingreso al mercado el 01.01.2009
(**) Actualizado a Junio 2009
2.1.5. Importación de gasolina de alto octanaje (HOGBS: High Octane
Gasoline Blend Stock)
Dado a la fabricación de autos modernos, los cuales presentan una mayor
relación de compresión. Requieren de gasolinas de alto octanaje. Para la
formulación de este combustible se requiere de HOGBS, u componentes de
alto valor de RON (RON>=97) que puede ser obtenido en la Unidad de
Craqueo Catalítico con una mayor aplicación de ZSM-5 y la re-destilación
de la Nafta Craqueada.
2.1.6. Incremento de la demanda de mayor volumen de gasolina de alto
octano.
Dado a la fabricación de autos modernos, los cuales presentan una mayor
relación de compresión y requieren de gasolinas de mayor valor de
octanaje.
2.1.7. Variación de la calidad del pool de Diesel
El ingreso obligatorio de los Biocombustibles al mercado (inicio 01 Enero
2009), ocasionara una mayor inestabilidad
en el pool de Diesel al
comercializar el Biodiesel B2; ocasionando como estrategia la disminución
o no inclusión de LCO en el pool de Biodiesel B2.
2.2. Bases Teóricas
2.2.1. Estado actual de Operación de la Unidad FCC
La unidad FCC presenta gran flexibilidad, sin embargo esta podría incrementarse.
24
La concentración de aditivo ZSM-5 se encuentra fijo en el catalizador en
1,5%peso, y no es una variable, a menos que se adicione de manera externa.
La flexibilidad de la Unidad FCC, consiste principalmente en:

Caracterización de la Carga a la unidad.

Modificación de las variables de Operación

Caracterización del Catalizador
2.2.2. Caracterización de la Carga a la Unidad
La caracterización de la carga a la unidad depende principalmente en las
características del crudo que es procesado la refinería.
Refinería Talara procesa cerca de 30,0 MB de Crudo Talara y la diferencia de
Crudo Foráneo. La modificación de estructura de carga a la Unidad
corresponde a la disponibilidad de stock de crudos y requerimientos de
mercado. Con el crudo procesado se obtiene la carga a la Unidad de
Destilación al Vacio, con el cual se obtiene el Gasóleo Pesado alrededor de
13,0 MBPD. Adicionalmente se procesa el Residual Primaria de Refinería
Iquitos, obtenido en la Unidad de Destilación Primaria de Refinería Iquitos, la
caracterización y preferencia de este Residual Primaria es debido a su bajo
contenido de metales al ser obtenido del Crudo Mayna. El volumen
procesado es de 4,5 MBPD; otra carga procesada es el Gasóleo Pesado
proveniente de Refinería Conchan. El volumen procesado es de 0,5 MBPD.
En los Cuadros N°8, 9, 10 y 11 se muestra las propiedades de dichas cargas.
2.2.2.1.
Cargas procesadas en la Unidad FCC :
Antes de 1984
: Gasóleo Pesado + Gasóleo Liviano
Después de 1984 : Gasóleo Pesado
Año 1995 : Gasóleo pesado + Fondos de vacío
Año 2000 : Gasóleo Pesado + Residual Primaria
Año 2003 : Gasóleo Pesado + Residual Primaria (Refinería Iquitos)
Año 2007 : Gasóleo Pesado + Residual Primaria (Refinería Iquitos) + Fondos de Vacio
Las cargas que viene procesando la Unidad FCC son cada vez más pesadas,
de esta manera favorecerá en aportar más LCO como material de corte a fin
de destinar Kerosene al pool de Diesel. Dado que el Residual Primario se
encuentra frio, se instaló sistemas de calentamiento en los tanques para que la
25
carga tenga una mejor atomización y no presente problemas de formación de
coque.
2.2.2.2.
Parafinas

Conforman entre el 60 – 75%Vol de la carga.

Es más fácil de craquear que las olefinas.

Está compuesta por saturados (mayor cantidad de H por cada C).

Conforma en su mayoría la gasolina pero tiene bajo octano.
H
Primario
2.2.2.3.
H
H
CH2
H
H
C
C
C
C
H
Secundario
H
H
H
Terciario
H
Olefinas

La presencia de las olefinas es por el re-procesamiento del hidrocarburo

Presenta enlaces dobles

Está compuesta por insaturados (menos cantidad de H por cada C en
comparación con los alcanos).

Producen coque y slurry.
H
H
H
C
C
H
H
2.2.2.4.
Naftenos

Parafinas Cíclicas

Está compuesta por saturados (mayor cantidad de H por cada C).

Producen gasolina de mayor octanaje.
H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
C
C
H
2.2.2.5.
H
C
H
H
H
Aromáticos

Son hidrocarburos cíclicos que presentan doble enlace.

Son insaturados.
26

Son difíciles de craquear y producen mucho gas.

Se compactan y forman coque.
La reactividad de los diferentes tipos de hidrocarburo en la carga:
Craqueabilidad (Conversión)
PARAFINAS
>
NAFTENOS
>
AROMÁTICOS
NAFTENOS
<
AROMÁTICOS
Tendencia a formar Coque
PARAFINAS
<
2.2.3. Definición y Características del Catalizador
El actual catalizador utilizado en la Un
Unidad de Craqueo Catalítico Fluidizado
Fluid
de Refinería Talara es IMPACT TM PP251, con un contenido de 1,5%peso
de aditivo ZSM
ZSM-5. En el cuadro N°12 se muestran las propiedades y
contaminantes del catalizador utilizado en la Unidad FCC, así mismo dado
al dinamismo del mercado se han venido probando el uso de varios
catalizadores de acuerdo a los objetivos de mercado. En el cuadro N°15 se
muestran los catalizadores utilizados en la Unidad FCC de Refinería Talara.
Desde
esde el año 1975 hasta los años 90, se utilizó zeolitas naturales, a partir
de los años 90 en adelante el desarrollo tecnológico permitió el uso de
zeolitas de mejor craqueabilidad y selectividad, logrando una mejor
conversión; en 33 años de operación se ha utilizado 20 catalizadores de 4
diferentes
es compañías (Promedio de uso 1,65 años/ Tipo de catalizador). En
la actualidad, dado el dinamismo y requerimiento del mercado, se utiliza
aditivos en el catalizador para mejorar la conversión y/o selectividad de los
productos. Esto puede orientar a tener un catalizador gasolinero o
dieselero,
selero, una de las formas más rápidas de modificar los
os rendimientos es
27
cambiando las condiciones de operación; sin embargo el uso de la química
de aditivos permite una mejor rentabilidad de la operación.
CUADRO N°15: CATALIZADORES UTILIZADOS EN LA UNIDAD FCC DE
REFINERÍA TALARA
NOMBRE
FABRICANTE
PERIODO
COMENTARIOS
High Alumina
Davison
1975
Alta Alúmina Amorfo
XZ-25
Davison
1975 -1980
Zeolita X
CBZ-1
Davison
1980 – 1981
Zeolita X
CBZ-2
Davison
1981 – 1984
Zeolita Y
EKZ-2
Katalistics
1985 – 1986
Zeolita Y
SIGMA 200
Katalistics
1987 – 1988
Zeolita Y
SIGMA 300
Katalistics
1989 – 1990
Zeolita Y
SIGMA 300PE
Katalistics
1991 – 1992
Zeolita Y
UDP-1530
Engelhard
1993 – 1994
Zeolita USY
XP-7100GL
Davison
1994 – 1995
Zeolita USY
GEMINI 601
Davison
1996 – 1997
Incluye Mejorador de Octano
ECLIPSE 52TL
Fab. Carioca
1997 – 2000
Incluye Mejorador de Octano
GEMINI 2000TL
Davison
2000 – 2004
Incluye Mejorador de Octano + Craqueo de Fondos
GEMINI 2000R1
Davison
Incluye Mejorador de Octano + Craqueo de Fondos
GEMINI 2000R2
Davison
Incluye Mejorador de Octano + Craqueo de Fondos
GEMINI 2005PP
Davison
2005 - Abr.2008
Incluye Mejorador de Octano + Craqueo de Fondos
GEMINI 2005PP/PENTACAT
Davison
Abr.2008 - May.2008
Incluye Mejorador de Octano + Craqueo de Fondos
GEMINI HC/PENTACAT
Davison
May.2008 - Jun.2008
Incluye Mejorador de Octano + Craqueo de Fondos
GEMINI HC
Davison
Jun.2008 - Sep.2008
Incluye Mejorador de Octano + Craqueo de Fondos
IMPACTTM PP251
Davison
Sep.2008 – Actual
Incluye Mejorador de Octano + Craqueo de Fondos
Nota: El cambio de una generación de catalizador corresponde al tipo de zeolita (mayor relación de Si/Al),
requerimientos de mercado, mayor conversión, incremento de área de superficie de contacto, incremento de
resistencia mecánica y mayor manejo de contaminantes.
El comportamiento de las propiedades del catalizador es analizado por la
compañía proveedora del catalizador y se muestra en los siguientes gráficos, . En
el gráfico N°4, se muestra el comportamiento del MAT (Microactividad, %peso) del
catalizador, durante la evaluación (Evaluación de la Operación a diferentes
concentraciones de aditivo) del ZSM-5, se mantuvo estable entre los valores de 70
y 73%peso.
28
Entendiendo algunos principios básicos del rendimiento del catalizador de Craqueo
Catalítico Fluidizado es importante comprender la tecnología del catalizador. La
tecnología del catalizador (mejora de propiedades) presenta una variedad de
funciones.
Una de las importantes funciones es suministrar el requerimiento de calor del
proceso. Esto es logrado por el quemado del coque sobre el catalizador en el
regenerador, el cual sirve para:

Calentar y vaporizar el hidrocarburo de alimentación al riser hasta la
temperatura de reacción.

Suministrar calor para la reacción endotérmica.

Compensar todas las unidades de energía perdida.

Calentar el aire desde el soplador hasta la temperatura del regenerador.
En el lado del reactor, el catalizador debe tener suficiente actividad para realizar la
conversión catalítica de la carga de hidrocarburo, antes de que el craqueo térmico
pueda ocurrir y debe tener características de selectividad que suministren el tipo
de productos que sean requeridos por la refinería.
Para mantener las partículas del catalizador y la integridad catalítica del mismo
bajo las condiciones de severidad (1 300°F aprox.) del regenerador, el catalizador
debe tener una estabilidad térmica; una fortaleza física para mantener la
morfología de las partículas bajo la severidad de impacto y fuerzas de erosión las
cuales continúan en la Unidad FCC. Debe tener características apropiadas a fin de
que permita un fácil fluidización entre el regenerador y reactor.
Las reacciones térmicas toman lugar en la Unidad FCC. El craqueo térmico
(radical libre) es la causa predominante para la remoción de grupos de
hidrocarburos desde el final de las cadenas de hidrocarburos, produciendo metano
(98%Vol.), etano y etileno. Cantidades significantes (1 – 2%Vol) de fragmentos
largos (C3 y mayores) son generalmente no producidos por craqueo térmico.
Pequeñas cantidades de C4 y C16 di-olefinas son producidos. Un alto porcentaje de
di-olefinas que son formadas por condensación directa a coque.
El craqueo catalítico, por comparación, produce pocos fragmentos de C2 y
relativamente poco C1. Con el craqueo catalítico, el craqueo ocurre en los sitios
ácidos fuertes en la jaula de la zeolita y la matriz del catalizador donde se dan
lugar los sitios ácidos de Brönsted.
29
El craqueo es dado por escisión beta. La escisión beta es el primer paso en el
craqueo térmico de hidrocarburos y la formación de radicales libres; estos se
forman de la división carbono-carbono, los radicales libres son sumamente
reactivos y de corta duración y producen olefinas.
Los fragmentos craqueados de la carga pertenecen a la gran molécula de gas-oil,
y esta principalmente en el rango de C3 a C6. Una gran cantidad de olefinas son
producidas. Debido a la habilidad del catalizador de alcanzar un cambio rápido de
doble enlace, las olefinas lineales están generalmente en equilibrio térmico con
otras. Sin embargo, desde que la transferencia de hidrógeno (transferencia H) es
la principal reacción y es selectiva para olefinas terciarias, las olefinas isomerías
están presentes en menor cantidad que en el equilibrio térmico, estas olefinas
isómerias son convertidas a isómeros saturados antes de que se desorban de la
superficie del catalizador.
GRAFICO N°4: COMPORTAMIENTO DEL MAT DEL CATALIZADOR
UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
80
78
76
MAT (wt %)
74
72
70
68
66
64
GEMINI 2005-PP / PENTACAT
GEMINI HC / PENTACAT
GEMINI HC
IMPACT™ PP 251
En el gráfico N°3, el factor gas (índice de producción de Gas) se incremento hasta
7,7 cuando este se encuentra entre valores normales de 4 y 6. Mayor tendencia a
la producción de gas. En el gráfico N°6, el rendimiento de hidrógeno (SCFB:
Standard Cubic Feet per Barrel) se incremento hasta 245 cuando este se
30
19-abr-09
18-feb-09
20-mar-09
20-dic-08
19-ene-09
21-oct-08
20-nov-08
21-sep-08
23-jul-08
22-ago-08
23-jun-08
24-abr-08
24-may-08
24-feb-08
25-mar-08
26-dic-07
25-ene-08
27-oct-07
26-nov-07
27-sep-07
29-jul-07
28-ago-07
29-jun-07
30-abr-07
GEMINI 2005-PP
30-may-07
31-mar-07
01-mar-07
31-dic-06
30-ene-07
01-dic-06
01-nov-06
62
GEMINI 2005-PP
GEMINI 2005-PP / PENTACAT
31
GEMINI HC / PENTACAT
GEMINI HC
20-dic-08
IMPACT™ PP 251
19-abr-09
20-mar-09
18-feb-09
19-ene-09
GEMINI HC
20-nov-08
21-oct-08
21-sep-08
GEMINI HC / PENTACAT
22-ago-08
23-jul-08
23-jun-08
24-may-08
24-abr-08
25-mar-08
GEMINI 2005-PP / PENTACAT
24-feb-08
25-ene-08
26-dic-07
26-nov-07
27-oct-07
27-sep-07
28-ago-07
GEMINI 2005-PP
29-jul-07
29-jun-07
30-may-07
30-abr-07
31-mar-07
01-mar-07
30-ene-07
31-dic-06
01-dic-06
01-nov-06
H2 Yield (SCFB)
19-abr-09
20-mar-09
18-feb-09
19-ene-09
20-dic-08
20-nov-08
21-oct-08
21-sep-08
22-ago-08
23-jul-08
23-jun-08
24-may-08
24-abr-08
25-mar-08
24-feb-08
25-ene-08
26-dic-07
26-nov-07
27-oct-07
27-sep-07
28-ago-07
29-jul-07
29-jun-07
30-may-07
30-abr-07
31-mar-07
01-mar-07
30-ene-07
31-dic-06
01-dic-06
01-nov-06
Gas Factor
encuentra entre valores normales de 140 y 200. Mayor tendencia a la producción
de hidrógeno.
GRAFICO N°5: COMPORTAMIENTO DEL FACTOR GAS DEL CATALIZADOR
UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
9
8
7
6
5
4
3
2
IMPACT™ PP 251
GRAFICO N°6: COMPORTAMIENTO DEL RENDIMIENTO DE H2 DEL
CATALIZADOR UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
300
250
200
150
100
50
En el gráfico N°7, el factor coque se mantiene constante dentro de los valores 1,2
y 1,6. Tendencia constante a la producción de coque.
GRAFICO N°7: COMPORTAMIENTO DEL FACTOR COQUE DEL
CATALIZADOR UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
1.9
1.8
1.7
Coke Factor
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2
GEMINI 2005-PP / PENTACAT
GEMINI HC / PENTACAT
GEMINI HC
IMPACT™ PP 251
En el gráfico N°8, el contenido de Pentóxido de Fosforo (P2O5, %peso) se
incrementa de 0,55 a valores de 1,0. Es un fijador del aditivo ZSM-5 en el
catalizador, el cual se incrementa por mayor contenido de aditivo.
En los gráficos N°9 y 10, se muestra el Tamaño de Celda Unitaria (1 Å = 10-10m) y
el contenido de Tierras raras, estas dos características determinan el
comportamiento de los rendimientos de LCO y Gasolina, menor tamaño de celda,
mayor rendimiento de LCO; mayor contenido de Re2O3 produce más rendimiento
de gasolina.
32
19-abr-09
18-feb-09
20-mar-09
19-ene-09
20-dic-08
21-oct-08
20-nov-08
21-sep-08
23-jul-08
22-ago-08
23-jun-08
24-abr-08
24-may-08
24-feb-08
25-mar-08
26-dic-07
25-ene-08
27-oct-07
26-nov-07
27-sep-07
29-jul-07
28-ago-07
29-jun-07
30-abr-07
GEMINI 2005-PP
30-may-07
31-mar-07
01-mar-07
31-dic-06
30-ene-07
01-dic-06
01-nov-06
1.1
GEMINI 2005-PP
33
GEMINI 2005-PP / PENTACAT
GEMINI HC / PENTACAT
GEMINI HC
24.34
24.33
24.32
24.31
24.3
24.29
24.28
24.27
IMPACT™ PP 251
18-feb-09
19-ene-09
20-dic-08
20-nov-08
21-oct-08
21-sep-08
22-ago-08
23-jul-08
23-jun-08
24-may-08
24-abr-08
25-mar-08
24-feb-08
25-ene-08
26-dic-07
26-nov-07
27-oct-07
27-sep-07
28-ago-07
29-jul-07
29-jun-07
30-may-07
30-abr-07
31-mar-07
01-mar-07
30-ene-07
31-dic-06
01-dic-06
01-nov-06
19-abr-09
CATALIZADOR UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
19-abr-09
GRAFICO N°9: COMPORTAMIENTO DEL TAMAÑO DE CELDA UNITARIA DEL
20-mar-09
IMPACT™ PP 251
20-mar-09
18-feb-09
19-ene-09
20-dic-08
GEMINI HC
20-nov-08
21-oct-08
21-sep-08
22-ago-08
GEMINI HC / PENTACAT
23-jul-08
23-jun-08
24-may-08
24-abr-08
25-mar-08
24-feb-08
GEMINI 2005-PP / PENTACAT
25-ene-08
26-dic-07
26-nov-07
27-oct-07
27-sep-07
28-ago-07
29-jul-07
GEMINI 2005-PP
29-jun-07
30-may-07
30-abr-07
31-mar-07
01-mar-07
30-ene-07
31-dic-06
01-dic-06
01-nov-06
Unit Cell Size (Å)
P2O5 (wt %)
GRAFICO N°8: CONTENIDO DEL PENTÓXIDO DE FÓSFORO DEL
CATALIZADOR UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
GRAFICO N°10: CONTENIDO DEL ÓXIDO DE RENIO (TIERRAS RARAS) DEL
CATALIZADOR UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
4.5
4
RE2O3 (wt %)
3.5
3
2.5
2
GEMINI 2005-PP / PENTACAT
GEMINI HC / PENTACAT
GEMINI HC
IMPACT™ PP 251
En los gráficos N°11, 12, 13 y 14, muestra el contenido de los contaminantes
Níquel, Niquel Equivalente (Ni+V/4+Na/10), Vanadio y Sodio todos provenientes
de la carga; el aditivo ZSM-5 no presenta en su composición ninguno de estos
metales. Se observa el incremento del contenido de vanadio en cerca de 1 000
ppm, sin embargo el contenido de Níquel y Sodio se mantienen constantes.
34
19-abr-09
18-feb-09
20-mar-09
19-ene-09
20-dic-08
21-oct-08
20-nov-08
21-sep-08
23-jul-08
22-ago-08
23-jun-08
24-abr-08
24-may-08
24-feb-08
25-mar-08
26-dic-07
25-ene-08
27-oct-07
26-nov-07
27-sep-07
29-jul-07
28-ago-07
29-jun-07
30-abr-07
GEMINI 2005-PP
30-may-07
31-mar-07
01-mar-07
31-dic-06
30-ene-07
01-dic-06
01-nov-06
1.5
GEMINI 2005-PP
35
GEMINI 2005-PP / PENTACAT
24-feb-08
GEMINI HC / PENTACAT
GEMINI HC
7000
6000
5000
4000
3000
2000
IMPACT™ PP 251
18-feb-09
19-ene-09
20-dic-08
20-nov-08
21-oct-08
21-sep-08
22-ago-08
23-jul-08
23-jun-08
24-may-08
24-abr-08
25-mar-08
24-feb-08
25-ene-08
26-dic-07
26-nov-07
27-oct-07
27-sep-07
28-ago-07
29-jul-07
29-jun-07
30-may-07
30-abr-07
31-mar-07
01-mar-07
30-ene-07
31-dic-06
01-dic-06
01-nov-06
19-abr-09
EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
19-abr-09
GRAFICO N°12: CONTENIDO DE VANADIO EN EL CATALIZADOR UTILIZADO
20-mar-09
IMPACT™ PP 251
20-mar-09
18-feb-09
19-ene-09
20-dic-08
GEMINI HC
20-nov-08
21-oct-08
21-sep-08
22-ago-08
GEMINI HC / PENTACAT
23-jul-08
23-jun-08
24-may-08
24-abr-08
25-mar-08
GEMINI 2005-PP / PENTACAT
25-ene-08
26-dic-07
26-nov-07
27-oct-07
27-sep-07
28-ago-07
GEMINI 2005-PP
29-jul-07
29-jun-07
30-may-07
30-abr-07
31-mar-07
01-mar-07
30-ene-07
31-dic-06
01-dic-06
01-nov-06
V (ppm)
Ni (ppm)
GRAFICO N°11: CONTENIDO DE NÍQUEL EN EL CATALIZADOR UTILIZADO
EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
GEMINI 2005-PP
29-jul-07
36
GEMINI 2005-PP / PENTACAT
GEMINI HC / PENTACAT
GEMINI HC
6000
5500
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
IMPACT™ PP 251
18-feb-09
19-ene-09
20-dic-08
20-nov-08
21-oct-08
21-sep-08
22-ago-08
23-jul-08
23-jun-08
24-may-08
24-abr-08
25-mar-08
24-feb-08
25-ene-08
26-dic-07
26-nov-07
27-oct-07
27-sep-07
28-ago-07
29-jul-07
29-jun-07
30-may-07
30-abr-07
31-mar-07
01-mar-07
30-ene-07
31-dic-06
01-dic-06
01-nov-06
19-abr-09
EL CATALIZADOR UTILIZADO EN LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
19-abr-09
GRAFICO N°14: CONTENIDO DE NÍQUEL EQUIVALENTE (Ni+V/4+Na/10) EN
20-mar-09
IMPACT™ PP 251
20-mar-09
18-feb-09
19-ene-09
20-dic-08
GEMINI HC
20-nov-08
21-oct-08
21-sep-08
22-ago-08
GEMINI HC / PENTACAT
23-jul-08
23-jun-08
24-may-08
24-abr-08
25-mar-08
24-feb-08
GEMINI 2005-PP / PENTACAT
25-ene-08
26-dic-07
26-nov-07
27-oct-07
27-sep-07
28-ago-07
GEMINI 2005-PP
29-jun-07
30-may-07
30-abr-07
31-mar-07
01-mar-07
30-ene-07
31-dic-06
01-dic-06
01-nov-06
Ni equivalente (ppm)
Na (wt %)
GRAFICO N°13: CONTENIDO DE SODIO EN EL CATALIZADOR UTILIZADO EN
LA UNIDAD FCC DE REFINERÍA TALARA
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
2.2.4. Definición de una Zeolita
Inicialmente el término “ZEOLITA” se le designó a una familia de minerales
naturales que presentaban como propiedades particulares el intercambio iónico
y la desorción reversible de agua. Esta última propiedad dio origen a al nombre
genérico de la zeolita, el cual deriva de dos palabras griegas;
ZEO:
que ebulle
LITHOS: piedra
Una zeolita es un alumino-silicato cristalinos del grupo I y II. La unidad básica
de la estructura de una zeolita son los tetraedros de [SiO4]4- y [AlO4]5- que se
unen entre si compartiendo sus oxígenos.
La sustitución del Si (IV) por el Al (III) origina un exceso de carga negativa que
le confiere a la zeolita una elevada capacidad de intercambio iónico. Además,
dichos tetraedros constituyen una red tridimensional que definen el tamaño de
poro de la zeolita. Estos microporos aportan a la zeolita la propiedad de
adsorber moléculas gaseosas.
La zeolita provee los controlados sitios ácidos de Brönsted (donador de
protones) y Lewis (aceptador de electrones) desde la estructura cristalina.
2.2.4.1. Rutas de reacción de las zeolitas
La reacción de craqueo con zeolitas se inicia con la transferencia de un
protón desde la superficie del catalizador hacia un enlace doble olefínico en
la molécula del hidrocarburo, formando así el ion carbonio.
El doble enlace fue inicialmente creado a través de un radical libre del paso
de craqueo térmico o por la reacción del centro ácido de Lewis iniciado en
la superficie de la alúmina activa.
El craqueo de las parafinas debe ser iniciado por los sitios ácidos de Lewis
del catalizador o por las reacciones de craqueo térmico.
Las reacciones de craqueo en la superficie zeolítica requieren de enlaces
dobles para el progreso de las reacciones.
2.2.4.2. Características de medición de la zeolita
Remueve el Al de la zeolita, incrementando la relación SiO2/Al2O3 y
disminución del tamaño de celda de la Zeolita. Comparando el
comportamiento del tamaño de celda unitaria (Gráfico N°7) con el contenido
37
de Re2O3 (Gráfico N°8), el Tamaño de Unitario de Celda se mantiene
debido al mayor contenido de Re2O3 el cual evita la desaluminización.
El enlace O-Si-O (1.61 Å) es más pequeño que el enlace O-Al-O (1,74 Å),
mientras mayor sea el grado de desaluminización, mas pequeña será el
tamaño de la celda unitaria cristalina en 0,00868 Å por cada molécula de Al
perdida.
También, como la alúmina es removida de la estructura del cristal, la
relación del SiO2/Al2O3 se incrementa. Se utiliza Re2O3 para evitar la
desaluminización, el grado de desaluminización puede ser controlado por la
cantidad de intercambio de tierras raras (Re2O3). Dado que, la disminución
del grado de intercambio de tierras raras disminuye el número de átomos
de alúmina en la celda unitaria y resulta en un tamaño de celda mucho más
pequeño.
2.2.4.3. Efecto de la disminución del contenido de Alúmina y el tamaño de
celda en las reacciones catalíticas.

Reduce las reacciones de transferencia de hidrógeno

Incrementa las Olefinas

Disminuye el Delta de Coque

Incrementa el octanaje

Incrementa el calor endotérmico de la reacción.

Incrementa la fuerza de los sitios individuales

Incrementa la producción de C3 y C4

Incrementa la producción de aromáticos en gasolinas

Disminuye el rendimiento de gasolina.
Los cambios de grado de la desaluminización de la zeolita tienen algunos
sub-efectos en la reacción de craqueo y en las condiciones de operación de
la Unidad FCC. El incremento de desaluminización (bajo tamaño de celda
unitaria) incrementa el calor endotérmico del craqueo y también incrementa
la energía de activación del mismo.
Los múltiples efectos del cambio de tamaño de celda unitaria están
ilustrados en el gráfico N°15.
38
GRAFICO N°15: TAMAÑO DE CELDA UNITARIA DE ZEOLITA EN EQUILIBRIO, Å
Actividad Específica del Catalizador
D Coque
Calor de reacción
Octano
Energía de Activación
24.25
24.30
24.35
24.40
24.45
Tamaño de celda unitaria de Zeolita en Equilibrio, Å
Aunque el alto calor de reacción y el bajo delta de coque resultan de un
bajo tamaño de celda unitaria, incrementar el régimen de circulación de
catalizador y disminuir la temperatura de regeneración aumenta el
rendimiento de coque porque el efecto de incrementar el calor de reacción
y régimen de circulación de catalizador en el balance de calor de la Unidad
FCC.
2.2.4.4. Características del Al de la Matriz

Suministra sitios activos en la región de 50 a 200 Å (Diámetro del poro
de ingreso a la zeolita = 7,4 Å).

Deriva actividad desde los sitios ácidos de Lewis y Brönsted (en menor
cantidad). En la zeolita se tiene la actividad de los sitios ácidos de
Brönsted.

Mesoporos de Alúmina para la conversión de fondos residuales.

Macroporos de Alúmina para la pasivación de Níquel.
2.2.4.5. Características del comportamiento de Craqueo del Al de la Matriz

Pre craquea moléculas largas, permitiendo a la zeolita craquear las
intermedias. La selectividad se logra utilizando zeolitas con tamaño de
poros que del tamaño de la molécula de hidrocarburo.

Incrementa la selectividad de LCO.
39

Incrementa el rendimiento de Gas y Coque en relación a la zeolita.

Mejora en general la habilidad de craquear cargas pesadas.
Los sitios ácidos del catalizador se encuentran en la superficie del
catalizador, donde el catalizador ofrece los sitios ácidos para la reacción de
craqueo catalítico.
Sitio Acido Lewis (Remueve el H-)
Sitio Acido de Bronsted (Dona Protones)
H+
O
O
O
Al -
Si
O
H+
O O
O
O O
O
O
Al-
Si
OO
O
O
Al -
Si
Si
OO
O
O
O
O O
Si +
OO
2.2.4.6. Difusión del Hidrocarburo hasta el sitio ácido
Catalizador (Zeolita)
-
-
+
Sitio Ácido de Bronsted
Olefina
2.2.4.7. Formación del ión carbenio
Catalizador (Zeolita)
-
-
+
Olefina
Catalizador (Zeolita)
-
-
+
Ion Carbenio
40
O
Al
O O
O
Si
OO
+ H 2O
O
Catalizador (Zeolita)
-
-




+
Los enlaces se empiezan a nombrar 
a partir del carbón que tiene la carga positiva
2.2.4.8. Escisión Beta (craqueo catalítico)
Catalizador (Zeolita)
-
-

+
+
Catalizador (Zeolita)
-
-
+
Catalizador (Zeolita)
-
-
+
Producto olefina
Nuevo ion carbenio
41
Catalizador (Zeolita)
-
-
+
El nuevo ion carbenio se reacomoda en
búsqueda de estabilidad  3° > 2° > 1°
2.2.4.9. Re-acomodo del ión carbenio
Catalizador (Zeolita)
+
-
-
-
-
-
-
+
Catalizador (Zeolita)
+
+
Catalizador (Zeolita)
+
+
42
2.2.4.10. De-protonación (terminación)
Catalizador (Zeolita)
-
+
+
+
Catalizador (Zeolita)
-
+
+
+
Catalizador (Zeolita)
-
+
2.2.4.11. Difusión de los productos desde el sitio ácido
Catalizador (Zeolita)
-
+
43
2.2.4.12. Mecanismo de transferencia de hidrógeno
El mecanismo de transferencia de hidrógeno, ocasiona los siguientes
efectos:

Altos rendimientos de productos ramificados

Menor rendimiento de gas seco

Mayor rendimiento de gasolina y diesel

Bajo contenido de parafinas

Alto rendimiento de coque
2.2.4.13. Adsorción de dos olefinas cercanas
Catalizador (Zeolita)
+
-
-
+
2.2.4.14. Transferencia de iones hidrógeno
Catalizador (Zeolita)
+
-
-
-
-
+
Catalizador (Zeolita)
+
44
+
Catalizador (Zeolita)
+
Ciclo olefina
-
-
+
Parafina
Catalizador (Zeolita)
-
-
+
Ciclo olefina
+
Parafina
Se va la parafina formada y se acerca otra olefina
Catalizador (Zeolita)
Ciclo olefina
+
-
-
+
Otra Olefina
Catalizador (Zeolita)
Ciclo olefina
+
-
-
+
Otra Olefina
Catalizador (Zeolita)
Ciclo diolefina
+
-
45
-
+
Catalizador (Zeolita)
+
Ciclo diolefina
-
-
+
Parafina
2.2.4.15. Terminación – formación de aromáticos
Catalizador (Zeolita)
Ciclo diolefina
+
-
-
+
Aromático
2.2.4.16. Formación de coque
Puede ocurrir vía iones carbenio o radicales libres. Las reacciones que
promueven coque son:

Condensación

Ciclización

Deshidrogenización y desalquilación

Excesiva transferencia de hidrógeno
Paso 1: Formación del carbocatión
d-
d-
+
La parafina al aproximarse al catalizador forma el carbocatión.
Paso 2: Reacción de Parafina (carbocatión) + Olefina
46
+
+
+


+
+
+
+
+


+
+
+


+
+

+

47
+
+
+
+
+


+
+
+
+
+


+
+
+
+


+
+
+
+
+


+
+


48
Formación de una olefina de mayor tamaño. En nuestro ejemplo reaccionaron una
molécula de butano y 2-butileno, formando la olefina 2-metil–6-hepteno.
Paso 3: Reacciones de Transferencia de Hidrógeno
+
+
R2
R2
+
R2
+


Con la reacción de transferencia de hidrógeno, la olefina reacciona con un radical alquil,
transfiriendo su carga positiva a la olefina, la cual se transforma en un carbocatión;
permitiendo así la ciclización de la misma.
Paso 4: Ciclización
+
+
+
+


+
+
+
+
+

+

49
+
+
+
+
+


El ion carbonio interactúa con el carbón del doble enlace, para de esta manera empezar la
formación de la ciclo-parafina.
Paso 5: Deprotonación, el ión carbonio de la ciclo-parafina al acercarse a la superficie del
catalizador retira un hidrógeno de la misma molecula, formando una ciclo-olefina.
d-
d-
+
+


+
+
R2
R2
+
+

+
+
+
R2


50
R2
R2
+
+

+
+
+
+
R2
R2
R2
+


La ciclo-parafina forma una ciclo-diolefina a un paso de formar una anillo aromático
Paso 6: Reacciones de Transferencia de Hidrógeno de compuestos cíclicos
R2
+
+


Se forma el anillo aromático y queda listo para reaccionar con otro radical libre.
51
R2
R2
R2
+
+
+

+

Paso 7: Alquilación / Isomerización
R2
R2
+
+
+
+

Al ion carbenio se acerca una olefina. El anillo aromático que contiene un radical libre,
reacciona con radicales alquilos
+
+
+
+


+
+

+

52
+
+
+
+
+


Paso 8: Ciclización / Isomerización
+
+
+
+


+
+
+
+


+
+
+

+

Paso 9: Deprotonación de los compuestos cíclicos
+
+
+


53
+

Paso 10: Reacciones de Transferencia de Hidrógeno de los anillos aromáticos
+
R2
+
R2
+
R2
+


Paso 11: Deprotonación de los compuestos cíclicos
R2
+
+
+


Paso 12: Reacciones de Transferencia de Hidrógeno de los anillos aromáticos
+
+
R2
R2


54
+
+
R2
R2
R2
+
+

+

Paso 13: Reacciones de Alquilación / Isomerización
+
+

+
+
+
+

+
+

55
+
+

+
+
+
+
+

+
+
+

+
+
+

56
+
+

Ahora para completar la reacción, la molécula puede seguir 2 (dos) rutas, las cuales
mediante reacciones de desprotonación y transferencia de hidrógeno, formaran los
precursores de coque.
Paso 14: Formación de precursores de coque
+
Paso 15: Condensación
Precursor de coque
57


El incremento de la producción de hidrógeno es un indicio de formación de coque. La
formación de coque se controla disminuyendo el carácter aromático de la carga, una
buena atomización de la carga y utilizando un catalizador selectivo a coque
principalmente.

58

COQUE
El coque es un producto no deseado de la reacción de craqueo, el cual afecta
el área de reacción de la superficie del catalizador. Disminuyendo así la
conversión y calidad de los productos.
2.2.5. Reacciones de Craqueo Catalítico
A fin de lograr una mejor comprensión de cómo son los mecanismos de
reacción de la Unidad de Craqueo Catalítico, se muestra de manera gráfica
las etapas del mecanismo de reacción.
Se considera las siguientes etapas de interacción de la carga con el
catalizador hasta la obtención de los productos:

Interacción de la carga con la fase activa.

Difusión a través de los canales de la zeolita

Reacciones de las moléculas de hidrocarburo

Producto del Craqueo Catalítico

Difusión de los productos
2.2.5.1.
Interacción de la carga con la fase activa.
59
2.2.5.2.
Difusión a través de los canales de la zeolita
2.2.5.3.
Reacciones de las moléculas de hidrocarburo
2.2.5.4.
Producto del Craqueo Catalítico
2.2.5.5.
Difusión de los productos
60
2.2.5.6.
Mecanismos de Reacción de Craqueo
No sólo es importante saber que sucede en una reacción química, sino
también cómo sucede, es decir, no sólo los hechos, sino también la teoría.
En la Unidad de Craqueo Catalítico Fluidizado se presentan dos
mecanismos de reacción:

Craqueo Térmico

Craqueo Catalítico
El craqueo es el rompimiento de los enlaces de las moléculas de
hidrocarburo. El craqueo térmico y catalítico presenta diferente distribución
de productos.
Los pasos elementales del Mecanismo de Craqueo son los siguientes:

Etapa de iniciación: es la interacción de un sitio activo con la carga
(molécula de hidrocarburo).

Etapa de Propagación: es la transferencia de hidrógeno a una
molécula de carga, generando etapas intermedias de complicadas
reacciones en cadena.

Etapa de terminación: es la restauración del sitio activo (catalizador) y
la obtención de productos de cadena más corta que la carga.
2.2.5.7.
Craqueo Térmico
El craqueo térmico es la ruptura de los enlaces de hidrocarburo por
acción de la temperatura (>700°F) si no encuentra presente un
catalizador.
El mecanismo se da por medio de radicales libres.
Requiere de mayor cantidad de energía que el craqueo catalítico.
En el gráfico N°16 se muestra la distribución de productos por
craqueo térmico.
Mayor cantidad de Metano (C1), Etano (C2) vs. un Craqueo
Catalítico (ver Gráfico N°16), y la gasolina obtenida es rica en
Olefinas con muy pocos productos ramificados, así mismo se
presenta mayor rendimiento de aceites cíclicos.
61
GRAFICO N°16: DISTRIBUCIÓN DE PRODUCTOS EN EL CRAQUEO
TÉRMICO
25
20
% peso
15
10
5
0
1
C1
2
3
C2
4
C2=
C3-C3=
5
C4-C4=
6
7
ACL
LCO
C5-C8
8
ACP
HCO+DCO
9
Coque
Productos
La formación de los radicales libres se presenta de la siguiente manera
C
C
Formación
del radical
C
C
Mas fácil de romper
C
2.2.5.7.1.
H
Formación
del radical
C
H
Formación de Radicales Libres (Etapa de Iniciación)
átomo de hidrógeno
átomo de carbón
H
Puede ser un carbono 1°, 2° ó 3°
62
Radical libre Metilo
Radical libre alquil - primario






El Carbón queda con 3 enlaces
y medio
Los enlaces se empiezan a
nombrar  a partir del
radical libre
Radical libre Metilo
Radical libre alquil - primario



El radical libre metilo queda
libre para reaccionar con otra
molecula de HC
El radical libre alquil – primario
sufrira un rompimiento en el
enlace beta (escisión )
Radical libre Metilo
Radical libre alquil - primario



2.2.5.7.2.
Escisión Beta (Craqueo Térmico)
Radical libre alquil - primario


Se forma un radical libre primario más pequeño y una olefina.
Radical libre
alquil – primario
más pequeño
Olefina

El craqueo térmico origina altos rendimientos de metano, alfa – olefinas y
etileno, sin incrementar la ramificación.
63
Radical libre
alquil – primario
más pequeño
Olefina




Puede remover un átomo de
hidrógeno de otro hidrocarburo
para formar una parafina y un
nuevo radical
El radical libre pequeño puede
romperse de nuevo por el enlace
beta para formar otro radical y
otra olefina... o....
2.2.5.7.3.
Radicales Libres (Propagación – Terminación)
Otro Hidrocarburo
Radical libre
alquil – primario
más pequeño

Otro Hidrocarburo
Radical libre
alquil – primario
más pequeño

Nuevo Radical
Parafina





El incremento de H2, CH4, C2 y C2= en los productos, indican mayor craqueo
térmico en la unidad FCC.
64
2.2.5.8.
Craqueo Catalítico
El craqueo catalítico es la ruptura de los enlaces de hidrocarburo por
acción del uso de un catalizador a condiciones de presión y
temperatura adecuada. El craqueo catalítico utiliza menos energía
que el craqueo térmico.
El
mecanismo
se
da
por
medio
de
carbocationes
(iones
carbenio/carbonio).
En el gráfico N°17 se muestra la distribución de productos por
craqueo Catalítico. Mayor rendimiento de gasolinas, con mayor
contenido de parafinas y olefinas ramificadas
En el proceso de Craqueo también se tiene lugar las primeras
reacciones:

Transferencia de Hidrógeno

Isomerización

Ciclización

Condensación

Deshidrogenización
GRAFICO N°17: DISTRIBUCIÓN DE PRODUCTOS EN EL CRAQUEO
CATALÍTICO
50
45
40
35
% peso
30
25
20
15
10
5
0
C11
C22
3
C2=
4
C3-C3=
5
C4-C4=
6
C5-C8
Productos
65
7
ACL
LCO
8
ADC
HCO+DCO
9
Coque
Los iones carbenio / Carbonio son iones cargados positivamente, que difieren
en su estructura
La zeolita utilizada hoy en día en el catalizador de las Unidade
Unidades
s FCC son del
tipo Y Faujasita, su estructura tetraédrica es la base de la geometría entera de
este tipo de zeolita.
El tetraedro está presente al inicio cuando los átomos de silicio y alúmina están
combinados
binados con cuatro átomos de oxí
oxígeno en un arreglo tetraédrico. El
tetraedro de sílica y alúmina está en un arreglo de vértices de un octaedro
truncado, conocido
do como Jaula soladite
soladite.
Estas jaulas tienen 8 caras hexagonales, 6 car
caras
as cuadradas y 24 vértices de
sílica y alúmina.
El catalizador presenta la siguiente estructura
H+
O-
O
Al
Si
O
O
O
O
O
Jaula Soladite
2,2
2Å
Superjaula
7,4 Å ingreso
Superjaula
13,0
0 Å interno
Celda Unitaria
24,6
6 Å diámetro externo
Prisma Hexagonal
Las jaulas soladite también son combinadas tetraédricamente a través de las
caras hexagonales con otras jaulas soladite para formar las superjaulas, las
66
cuales también son conocidas como celda unitaria. Ocho (8) jaulas soladite
conforman una celda unitaria.
2.3. Marco Legal
La normativa para el uso del ZSM-5 debe estar relacionada a la producción y
tendencia de la calidad de los combustibles comercializados. A continuación se
indican algunas normas, leyes y organismos referentes:

Ley N° 28054, Ley de Promoción del Mercado de Biocombustibles

D.S. N°013-2005-EM Reglamento de la Ley de Promoción del Mercado de
Biocombustibles

D.S. N°021-2007-EM Reglamento de Comercialización de Biocombustibles

D.S. N°045-2009-EM Prohíben la venta de Kerosene y Diesel N°1 y establecen
un programa de Sustitución de consumo doméstico de Kerosene por Gas
Licuado de Petróleo

Norma Técnica Peruana NTP 321.102.2002 PETRÓLEO Y DERIVADOS
Gasolinas Uso Motor Especificaciones
Biodiesel

Norma ASTM – D 675107b especifica sus características físico-químicas.

Norma Técnica Peruana NTP 321.125.2008 BIOCOMBUSTIBLES Biodiesel
Especificaciones
Gasoholes

Norma ASTM – D 4806-09 especifica sus características físico-químicas.

Norma Técnica Peruana NTP 321.126.2009 (En revisión para aprobación).
2.4. Marco Conceptual
Alcanos: son hidrocarburos, es decir que tienen sólo átomos de carbono e
hidrógeno. La fórmula general para alcanos alifáticos (de cadena lineal) es
CnH2n+2, y para cicloalcanos es CnH2n. También reciben el nombre de
hidrocarburos saturados.
Los "alcanos" son moléculas orgánicas formadas únicamente por átomos de
carbono e hidrógeno, sin funcionalización alguna, es decir, sin la presencia de
grupos funcionales como el carbonilo (-CO), carboxilo (-COOH), amida (-CON=),
67
Los alcanos se obtienen mayoritariamente del petróleo, ya sea directamente o
mediante cracking o pirólisis, esto es, rotura de térmica de moléculas mayores.
Son los productos base para la obtención de otros compuestos orgánicos.
API: American Petroleum Institute. Asociación Americana de Petróleo. Mediante
muchos estándares normaliza ensayos, prácticas en la industria del petróleo en
general y calibraciones de diferentes materiales procedentes del hidrocarburo.
Cada país, según sus necesidades, usa como referencia estos estándares y los
adecúa como normas técnicas.
Aromáticos: Hidrocarburos con una estructura de anillo, generalmente con un
olor aromático distintivo y buenas propiedades solventes
ASTM: American Society for Testing and Materials. Asociación americana de
estándares. Mediante muchos estándares normaliza pruebas de laboratorio,
ensayos, prácticas en la industria en general y calibraciones de diferentes
materiales. Cada país, según sus necesidades, usa como referencia estos
estándares y los adecua como normas técnicas.
Barril: Unidad de medida estándar para el petróleo crudo y sus productos
refinados. Un barril es equivalente a 42 galones de los Estados Unidos de
América, corregidos a una temperatura de 15,55°C (60°F), a presión del nivel del
mar, sin agua, barro u otros sedimentos.. MBPD: Miles de barriles por día. BPD:
Barriles por día.
Biodiesel: Combustible de origen de aceite vegetal o grasa animal, utilizado
como componente para la formulación de Biodiesel B2 y B5 (2% y 5% Volumen
de Biodiesel B100, respectivamente). Constituido por una larga cadena de esteres
y radicales alquilos (metil, propil o etil).
Canales: conductos interiores del catalizador, conocidos como conectores de los
macroporos.
68
Carbocation: especie deficiente de electrones que contiene un atomo de carbono
cargado positivamente con tres sustituyentes (para un total de seis electrones de
valencia); los carbocationes tiene un geometría trigonal planar y son electrofilicos
Catalizador: Sustancia que modifica (acelera o desacelera) la velocidad de una
reacción química.
Cetano: El cetanaje o índice de cetano corresponde a la cantidad presente
(porcentaje en volumen) de cetano (hexadecano) en una mezcla de referencia
con igual punto de inflamación que el carburante (hidrocarburo) sometido a
prueba.
El número o índice de cetano guarda relación con el tiempo que transcurre entre
la inyección del carburante y el comienzo de su combustión. Una combustión de
calidad ocurre cuando se produce una ignición rápida seguida de un quemado
total y uniforme del carburante. Cuanto más elevado es el número de cetano,
menor es el retraso de la ignición y mejor es la calidad de combustión. Por el
contrario, aquellos carburantes con un bajo número de cetano requieren mayor
tiempo para que ocurra la ignición y después queman muy rápidamente,
produciendo altos índices de elevación de presión.
Ciclización: son las reacciones que permiten que una molécula de estructura
lineal forme una molécula cíclica. Se forma un anillo.
Condensación: es la reacción en la que dos moléculas se juntan para dar un
único producto, se dan reacciones de adición-eliminación. Este mecanismo es
utilizado en la formación del coque, donde un grupo de anillos aromáticos se
junta, formando una red de mayor peso molecular.
Craqueo: Ruptura. En la Unidad FCC, se refiere a la ruptura de los enlaces
químicos de las moléculas de hidrocarburo.
Deshidrogenización: es la pérdida de átomos de hidrógeno por parte de una
molécula orgánica. En realidad, la pérdida de átomos de hidrógeno es una
oxidación ya que la molécula pierde electrones (y naturalmente protones). De
69
hecho, la mayoría de las oxidaciones de sustratos durante el catabolismo se
realizan por deshidrogenación. Por tanto, es una reacción química clave en la
obtención de energía por parte de las células. Por el contrario, la ganancia de
hidrógenos es una reducción y recibe el nombre de hidrogenación
Desorber.- Desorber un gas, un líquido o una sustancia disuelta de una superficie
en la que esté adsorbido significa retirarlo de esa superficie.
Escisión Beta: La escisión beta es el paso inicial en la química del cracking
térmico de hidrocarburos y la formación de radicales libres. Se forman al dividirse
un enlace carbono-carbono. Los radicales libres son extremadamente reactivos y
de vida muy corta. Cuando un radical libre sufre una escisión beta, el radical libre
se rompe a dos átomos de carbonos de distancia del átomo de carbono cargado,
produciendo una olefina (etileno) y un radical libre primario, que tiene dos átomos
de carbono menos.
Factor Coque: Factor de medida de un catalizador para producir Carbón
Factor Gas: Factor de medida de un catalizador para producir H2, se mide en
SCFB
Gasolina: Mezcla de producto líquido, derivado del petróleo crudo. Se utiliza
como combustible en los motores de combustión interna. Su composición
determina sus principales propiedades como el octanaje.
GLP: Hidrocarburo que, a condición normal de presión y temperatura, se
encuentra en estado gaseoso, pero a temperatura normal y moderadamente alta
presión es
licuable.
Usualmente esta compuesto de propano,
butano,
polipropileno y butileno o mezcla de los mismos. En determinados porcentajes
forman una mezcla explosiva. Se le almacena en estado líquido, en recipientes a
presión.
HOGBS: High Octane Gasoline Blend Stock, Mezcla de Gasolinas de Alto
Octano. Gasolinas con octanajes mayores de 97 octanos, provenientes de
70
procesos como Platforming, Pirolisis, etc. Gasolinas con mayor cantidad de
componentes de aromáticos, radicales alquilos que son los que le ofrecen el
mayor valor de octanaje.
Isomerización: Se define isomerización como el proceso químico mediante el
cual una molécula es transformada en otra que posee los mismos átomos pero
dispuestos de forma distinta. De este modo, se dice que la primera molécula es
un isómero de la segunda, y viceversa.[1] En algunos casos y para algunas
moléculas, la isomerización puede suceder espontáneamente. De hecho, algunos
isómeros poseen aproximadamente la misma energía de enlace, lo que conduce
a que se presenten en cantidades más o menos iguales que se interconvierten
entre sí. La diferencia de energía existente entre dos isómeros se denomina
energía de isomerización.
Iso-parafinas: Es una parafina con ramificaciones.
Microporo: De acuerdo a la clasificación de la “International Union of Pure and
Applied Chemistry”, microporo es cuando la porosidad es de un diámetro menor
de 2 nm
Mesoporo: De acuerdo a la clasificación de la “International Union of Pure and
Applied Chemistry”, mesoporo es cuando la porosidad se encuentra con diámetro
entre 2 y 50 nm
Macroporo: De acuerdo a la clasificación de la “International Union of Pure and
Applied Chemistry”, macroporo es cuando la porosidad es de un diámetro mayor
de 50 nm
MBPD: Miles de Barriles por Día
Naftas: Gasolinas. Las naftas son una mezcla de hidrocarburos que se
encuentran refinados, parcialmente obtenidos en la parte superior de la torre de
destilación atmosférica: naftas liviana y pesada o de la torre de fraccionamiento
de una unidad de Craqueo Catalítico: Nafta craqueada. Estas naftas se
71
diferencian por el rango de destilación y octanaje, las cuales después son
utilizados para la producción de diferentes tipos de gasolinas. Las naftas son
altamente inflamables por lo cual su manejo y su almacenamiento requieren de un
proceso extremadamente cuidadoso y especial. Las naftas también son utilizadas
en aplicaciones agrícolas como solventes, también tiene uso en la industria de
pinturas y en la producción de solventes específicos.
Nafta Primaria o Liviana: Hidrocarburo del grupo de las gasolinas, que se produce
en la destilación atmosférica de las unidades de crudo. Se usa como componente
en la preparación o mezcla de gasolinas y como materia prima en las plantas de
reformado.
Nafta Craqueada: Hidrocarburo del grupo de las gasolinas, que se produce en las
unidades de craqueo catalítico. Se usa como componente en la preparación o
mezcla de gasolinas.
Nafta Virgen: Nafta primaria con calidad de exportación, la cual sirve como
materia prima en una plata petroquímica (reformado) para la obtención de
productos Aromáticos, principalmente Benceno, Tolueno, Xilenos (mezclas),
Ciclohexano y Aromáticos pesados.
Naftenos:
Octanaje: El octanaje o índice de octano es una escala que mide la resistencia
que presenta un combustible (como la gasolina) a detonar prematuramente
cuando es comprimido dentro del cilindro de un motor. También se denomina
RON (por sus siglas en inglés, Research Octane Number). Algunos combustibles,
como el GLP, GNL, etanol y metanol, dan un índice de octano mayor de 100.
Utilizar un combustible con un octanaje superior al que necesita un motor, no lo
perjudica ni lo beneficia. Si se tiene previsto que un motor vaya a usar
combustible de octanaje alto puede diseñarse con una relación de compresión
más alta y mejorar el rendimiento del motor.
Es una medida de la calidad y capacidad antidetonante de las gasolinas para
evitar las detonaciones y explosiones en las máquinas de combustión interna, de
tal manera que se libere o se produzca la máxima cantidad de energía útil. Esta
se determina mediante corridas de prueba en un motor, de donde se obtienen dos
parámetros a diferentes condiciones:
72
El RON, Research Octane Number (Número de Octano de Investigación), se
determina efectuando una velocidad de 600 revoluciones por minuto (rpm) y a
una temperatura de entrada de aire de 125°F (51,7°C)
El MON, Motor Octane Number (Número de Octano del Motor), se obtiene
mediante una corrida de prueba en una máquina operada a una velocidad de 900
revoluciones por minuto y con una temperatura de entrada de aire de 300°F
(149°C).
Para propósitos de comercialización y distribución de las gasolinas, los
productores determinan el octanaje comercial, como el número de octano de
investigación (RON). La prueba se realiza en laboratorio y está normado según el
ASTM D2699 para RON y D2700 para MON. El octanaje se mide usando una
escala arbitraria de número de octano. En esta escala, se dio a los hidrocarburos
iso-octano (que es poco detonante) un índice de octano de 100; y al n-heptano
(que es muy detonante), un índice de octano de cero.
La prueba de
determinación del octanaje de una gasolina se efectúa en un motor especial de un
sólo cilindro, aumentando progresivamente la compresión hasta que se
manifiesten las detonaciones.
Posteriormente, se hace funcionar el motor sin variar la compresión anterior, con
una mezcla de cantidad variable de iso-octano y de n-heptano, que representará
el octanaje o índice de octano de la gasolina para la cual se procedió a la prueba
y que tiene, por lo tanto, el mismo funcionamiento antidetonante de la mezcla de
hidrocarburos.
Así, por ejemplo, si una gasolina presenta propiedades
antidetonantes similares a una mezcla de 95% de iso-octano y 5% de n-heptano,
se dice que tiene un número de octano de 95. Si una gasolina presenta bajo
octanaje origina problemas tales como
la generación de detonaciones o
explosiones en el interior de las máquinas de combustión interna, aparejado esto
con un mal funcionamiento y bajo rendimiento del combustible, cuando el vehículo
está en movimiento, aunado a una elevada emisión de contaminantes.
Olefinas.- Una olefina es un compuesto que presenta al menos un doble enlace
Carbono-Carbono. Es un término anticuado que está cayendo en desuso. La
IUPAC ha internacionalizado el término alqueno.
Se utilizan como monómeros en la industria petroquímica para la obtención de
polioleofinas, como es el polietileno, formado por la polimerización del etileno.
73
Olefinas Isomerias: Isomería en las olefinas. Las olefinas presentan isomería de
cadena como las parafinas, y también isomería de posición del doble enlace.
Debido a la rigidez para la rotación que es característica del doble enlace se
presenta también isomería cis-trans o geométrica. Si los dos sustituyentes sobre
uno de los carbonos portadores de doble enlace son iguales, no se presenta
isomería geométrica.
Parafina: Familia de hidrocarburos alcanos de formula CnH2n+2, donde “n” es el
número de átomos de carbono.
Petróleo Crudo: Mezcla de Hidrocarburos que tiene un punto de inflamación
menor a 65.6°C y que no ha sido procesado en Refinerías.
Planta: Instalación de pequeña complejidad donde se realiza operaciones
auxiliares. Corresponde a esta denominación a las áreas de:

Movimiento de Productos

Servicios Industriales

Planta de Ventas

Planta de Asfaltos
Pool: Se refiere a un conjunto de componentes de un producto final.
Presión de Vapor Reid: Es la medida de la presión de vapor de las gasolinas en
presencia de aire a una temperatura de 37,8°C (100°F)
Refinería: Complejo Industrial donde se procesa una materia prima (petróleo
crudo) para la obtención de productos de mayor valor agregado. La Refinación
puede estar basada en procesos físicos (destilación atmosférica y al vació) y
químicos (Procesos catalíticos).
SCFB: Standard Cubic Feet per Barrel (Pie Cúbico estandar por Barril)
74
Slurry: Corriente de fondos o lodos de la Unidad FCC, se utiliza para aportar
carbón a la estructura reactor – regenerador de la Unidad de Craqueo. Mantiene
una °API de 0
Sitios Ácidos de Brönsted: Un ácido de Brønsted-Lowry (o simplemente ácido
de Brønsted) es una especie que dona un protón a una base de Brønsted-Lowry.
Sitios Ácidos de Lewis: es una especie que acepta un par de electrones de otra
especie; en otras palabras, es un aceptor de par de electrones. Las reacciones
ácido-base de Brønsted son reacciones de transferencia de protones, mientras
que las reacciones ácido-base de Lewis son transferencias de pares de
electrones. Todos los ácidos de Brønsted son también ácidos de Lewis, pero no
todos los ácidos de Lewis son ácidos de Brønsted. Las siguientes reacciones
podrían ser descritas en términos de química ácido-base
Terminal Marítimo: Instalación de recepción / carga de productos líquidos desde
/ a buques-tanque a / desde los tanques de almacenamiento en tierra de la
refinería. Los Terminales Marítimos con que cuenta Refinería Talara son:

Muelle de Carga Liquida

Terminal Submarino Multiboyas
UFCC: (Unit Fluid Cracking Catalityc), Unidad de Craqueo Catalítico Fluidizado.
UDP: Unidad de Destilación Primaria, es el primer proceso donde el crudo
mediante procesos de ebullición y condensación es separado en componentes
como gasolinas, kerosene, diesel y residual primaria principalmente.
Unidad de Proceso: Instalación de equipos de proceso con una disposición
particular que permite la transformación de una carga o materia prima en
producto(s) terminado(s) o intermedio(s). Las Unidades de Proceso de Refinería
Talara son:

Unidad de Destilación Primaria

Unidad de Destilación al Vacio I

Unidad de Destilación al Vacio II
75

Unidad de Craqueo Catalítico Fluidizado y Recuperación de Gases

Unidad Merox de Gasolina de FCC
Zeolita:
son
aluminosilicatos
hidratados
altamente
cristalinos,
que
al
deshidratarse desarrollan el cristal ideal de una estructura porosa de diámetros de
poro mínimos entre 3 a 10 angstroms, que permiten el intercambio iónico. La
zeolita está constituida de Aluminio (Al), Silicio (Si), Sodio (Na), Hidrógeno (H) y
Oxígeno (O). Cuya fórmula es:
Mx/nAlxSiyO2(x+y) • wH2O
Donde:
M es un catión de valencia n, en nuestro caso M corresponde al Na de
valencia +1
“x” es el número de átomos de Al
“y” es el número de átomos de Si
“w” es el número de moléculas de H2O que es variable
Zeolita Y Faujasita: es una estructura cúbica constituidas por celdas de 192
tetraedros (Si, Al)O4, es decir que son tetraedros de un Si o un Al combinados
con 4 Oxígenos. La estructura es estable y rígida. Considerando el parámetro R
como la relación entre el número de átomos de Si “y” y el número de átomos de Al
“x”
R = y/x
Una Zeolita Y Faujasita tiene un valor de R entre 1,5 y 3,0
Una Zeolita X Faujasita tiene un valor de R entre 1,0 y 1,5
La presencia de los aluminios origina una deficiencia de carga eléctrica local que
se traduce en centros ácidos. Luego, la capacidad de intercambio iónica será alta.
ZSM-5: Zeolita utilizada como aditivo en el catalizador de la Unidad de Craqueo
Catalítico, para mejorar la selectividad.
76
3. CAPITULO III: ESCENARIO DEL INCREMENTO DE USO DEL ADITIVO ZSM-5
La Unidad FCC de Refinería Talara presenta gran flexibilidad, sin embargo, podría
mejorarse la flexibilidad de operación, incrementando el uso de aditivo ZSM-5, a fin de
variar las condiciones de operación y presentar mayores beneficios económicos.
3.1. Uso del aditivo ZSM-5 en el Catalizador de la Unidad FCC de Refinería Talara
La concentración de aditivo ZSM-5 se encuentra fijo en el catalizador en
1,5%peso, y no es una variable, a menos que se adicione el aditivo de manera
externa. La propuesta consiste en incrementar el contenido de la zeolita ZSM-5 en
el catalizador. La mayor adición de zeolita ZSM-5 modificará la selectividad de la
reacción obteniendo mayor cantidad de olefinas (componentes que ofrecen mayor
número de octano). El uso del aditivo ZSM-5 presenta estos principales efectos:

Incrementa la producción de olefinas entre el rango de Gasolina y GLP.

Incrementando el número de octano de la Gasolina.

Disminuye el rendimiento de Gasolina.

Aumenta el rendimiento de GLP.
En el mercado americano el desarrollo de catalizadores principalmente está
orientado a incrementar la producción de gasolinas. Sin embargo en los últimos
años más atención ha sido puesta en la mejora de la selectividad del catalizador
para los destilados medios (cíclicos); en el mercado Latinoamericano (en nuestro
caso el mercado Peruano) la demanda de destilados medios es mayor que el
mercado de gasolinas. Para maximizar el rendimiento de LCO mientras se
mantiene una baja producción de gas seco y coque, se puede variar la relación
zeolita/matriz. Disminuyendo el tamaño de celda unitario, se puede aumentar la
calidad y el rendimiento de LCO. En la figura N°5 se observa el comportamiento.
77
FIGURA N°5: COMPORTAMIENTO DEL RENDIMIENTO DE LCO VS EL
TAMAÑO DE CELDA UNITARIA DEL CATALIZADOR
Rendim einto de LCO, %Vol.
18.0
@ Conversión Constante 65%Vol
17.5
17.0
16.5
16.0
Caso
Refinería Talara
15.5
LCO (430°F-640°F)
15.0
24.20
24.25
24.30
24.35
24.40
24.45
Tam año de Celda Unitaria,
La propuesta consiste en la adición de aditivo a base de ZSM-5 a concentraciones
superiores a 1,5% peso, adicionándole de forma externa.
3.1.1. Propiedades del Aditivo ZSM-5
En el Cuadro N°16 se muestra las principales propiedades del aditivo a
base ZSM-5:
CUADRO N°16: PROPIEDADES DEL ADITIVO ZSM-5
PROPIEDAD
UNIDAD
VALOR
Al2O3
%peso
26 -35
Na
%peso
0.15
2
Área específica
Partículas 0 – 20 
Partículas 0 – 40 
Tamaño promedio de partículas
Diámetro de poro
Concentración de zeolita ZSM-5
m /g
%peso
%peso
m
Angstroms
%peso
ABD
Índice de Atrición (fricción)
g/cm3
80
1
8 – 10
65 – 70
5–6
40
0,81 – 0,78
4–5
En la figura N°6 se muestra la comparación de tamaño de una zeolita en
comparación con la partícula de catalizador. El tamaño de una partícula de
78
catalizador es 65 m aproximadamente (dato brindado por las compañías
que comercializan catalizadores y aditivos para Unidades FCC), los
principales componentes del catalizador son las tierras raras, arcillas,
adhesivos que unen la zeolita y la matriz
FIGURA N°6: PRESENCIA DE LA ZEOLITA EN
UNA PARTÍCULA DE CATALIZADOR
Adhesivo
x 10
Arcilla
Poro
65 mm
Zeolita
3.1.2. Mecanismo del Aditivo ZSM-5

Primero craquea olefinas en el rango de C7 – C12 en las gasolinas.

Incrementa las olefinas C3 – C6, incluyendo las iso-olefinas resultantes de
las reacciones de craqueo.

Disminuye el rendimiento general de gasolina.

Incrementa el octanaje, debido a la concentración de aromáticos (los
radicales, cadenas lineales parafinicas u olefinicas unidos a un anillo
aromático se rompen, concentrando los componentes aromáticos de
mayor octanaje), e incrementa en olefinas ligeras C5 – C6 en la gasolina.

Presenta una actividad proporcional al contenido de los cristales de aditivo
ZSM-5, porcentaje (%) en el inventario (se evaluó entre 1,5 – 3.5% peso
de aditivo) y régimen de desactivación.

Los C8= forman dos C4= o un C3= más un C5=

Los C7= forman un C3= más un C4=

Los C6= forman predominantemente dos C3=

Los C5= forman un C3= y C2=
79

Las reacciones de transferencia de hidrógeno consume olefinas del
intervalo de la gasolina y naftenos del intervalo de LCO, generando
parafinas y aromáticos respectivamente, por lo que disminuye tanto el
cetano como el octano.
OLEFINA
+
NAFTENO
Gasolina
LCO
En la figura N°7

PARAFINA
+
Gasolina
AROMÁTICO
LCO
se muestra la interacción que tiene la zeolita para la
obtención de los productos
FIGURA N°7: INTERACCIÓN DE LA MATRIX Y LA ZEOLITA DEL CATALIZADOR CON
LA CARGA DE LA UNIDAD DE CRAQUEO CATALITICO FLUIDIZADO
C3=/C3
C4=/C4
H2/C1/C2
Gas
Gas
C3/C4
Gasolina
Ligera C5-C7
Gasolina
Carga
C25 – C45
Matrix
LCO
Zeolita
Fondos
Gasolina
Mediana C8C10
Gasolina
Pesada C9-C12
Coque
LCO
C12-C25
Craqueo Primario
Craqueo Secundario
Productos Finales e Intermedios
Productos Finales
En la figura N°8 se grafica la tendencia del rendimiento de LCO (%VOl) vs el
contenido de zeolita en el catalizador.
Se observa que cercano al 4% de zeolita el rendimiento de LCO empieza a
disminuir, debido al efecto dilución (dado que la zeolita es menos resistente
que la matrix, a mayor cantidad de zeolita esta sufrirá problemas de atrición y
afectará la performance del catalizador en sí mismo.
El rango de ebullición de LCO se encuentra entre 430°F – 460°F, y en la figura
se muestra el rendimiento de LCO a diferentes conversiones, con diferentes
contenidos de zeolita.
80
FIGURA N°8: EFECTO EN EL CONTENIDO DE ZEOLITA
Y RENDIMIENTO DEL LCO
LCO (430°F – 460°F)
16
Re ndim e into de LCO, %Vol.
15
65 %V
14
13
70 %V
12
11
75 %V
10
9
8
7
0
2
4
6
8
10
12
Contenido de Zeolita, %peso
En la figura N°9, se muestra la selectividad del aditivo a base de ZSM-5, dado
el tamaño de la zeolita, las n-parafinas disminuyen y se incrementan las iparafinas y las i-olefinas menos ramificadas; esto ocasiona que el RON de la
gasolina se incremente hasta en 2,0 unidades de RON. Sin embargo, las nparafinas son obtenidas de la gasolina, por lo que disminuye el rendimiento de
este producto.
FIGURA N°9: SELECTIVIDAD DEL ADITIVO EN BASE A ZSM-5
PRODUCTOS
Propileno
Butileno
Iso-Butano
Parafinas & Olefinas altamente
ramificadas
Parafinas & Olefinas (Cadenas
lineales)
Parafinas & Olefinas (Cadenas
ligeramente ramificadas)
Parafinas & Olefinas (Cadenas
altamente ramificadas)
rápido
Naftenos
Aromáticos
- Mínimamente ramificados
- Altamente ramificados
lento
REACTANTES
NO REACTANTES
PRODUCTOS
81
Los poros de la zeolita ZSM-5 restringen la difusión de hidrocarburos
ramificados y aromáticos, mientras que las olefinas lineales se difunden
rápidamente.
3.1.3. Adición del Aditivo a base de ZSM-5
El catalizador utilizado en la Unidad FCC presenta 1,5% peso de aditivo
ZSM-5 en su composición.
El cálculo de la cantidad requerida está en función al inventario total de
catalizador en la estructura Reactor-Regenerador y a la cantidad de
catalizador adicionada periódicamente.
En la figura N°10, se muestra el esquema de balance del catalizador en la
Unidad y como se adicionaría la cantidad de aditivo ZSM-5 a la base de
1,5%peso.
La perdida de finos se presenta por problema en el funcionamiento en los
ciclones tanto en el reactor como en el regenerador; las adiciones de
catalizador fresco y retiro de catalizador gastado se efectúan en el
regenerador.
La dosificación se efectúa en función de la calidad de carga procesada,
comportamiento del catalizador y requerimiento de productos.
FIGURA N°10: BALANCE DE CATALIZADOR
Perdida de
finos
Perdida de
finos
Inventario de catalizador en
la estructura Rx-Rg
Reactor
Inyección de catalizador fresco
95 TM
Regenerador
Retiro de catalizador
Rx-Rg: Reactor – Regenerador
Carga
82
La metodología para la adición de aditivo esta en primero tener la
concentración deseada de aditivo en el inventario reactor-regenerador,
luego ir adicionando el aditivo en función de la cantidad de catalizador
fresco adicionado a la Unidad de Craqueo Catalítico Fluilizado. En el
cuadro N°17, se muestra el cálculo y la cantidad requerida de aditivo a
base de la zeolita ZSM-5 para un año.
CUADRO N°17: CALCULO DE LA CANTIDAD DE ADITIVO ZSM-5 REQUERIDO
CALCULO DE ADICIÓN DE ADITIVO MEJORADOR DE OCTANO
A
Catalizador en estructura Rx-Rg
95,0 TM
B
Concentración actual de ZSM-5
1,5 %peso
1 425,0
Kg
C
Concentración deseada de ZSM-5
3,0 %peso
2 850,0
Kg
D
Rate de adición de catalizador fresco
4 TM/D
E
Tiempo de adición
1 año
1 425
Kg
Ax(C-B)/100
Calculo de aditivo para la estructura Rx-Rg (por única vez) 1,43
TM
Dx(C-B)/100
Calculo de aditivo para la adición de catalizador fresco
0,06
TM/D
Cantidad requerida de adtivo ZSM-5 anual
23,03 TM/AÑO
(C-B)x(A+360xD)/100
60
23 025
kg/d
kg/año
3.2. Principales condiciones de operación de la Unidad de Craqueo catalítico
Fluidizado de Refinería Talara que afectan la performance del incremento de
aditivo
Las principales condiciones de operación que permiten cumplir los objetivos
planteados e incrementar la maximización de Destilados Medios en la Unidad de
Craqueo Catalítico son:
3.2.1. Temperatura de reacción (severidad)
Se opera desde 930°F a 975°F, siendo que a menor severidad se maximiza la
producción de LCO pero se obtiene menor conversión y más bajo octanaje en las
gasolinas. Para la prueba se evaluará en todo el rango de operación.
3.2.2. Temperatura de pre-calentamiento de la carga a la Unidad FCC
La temperatura de pre-calentamiento de la carga combinada es inversamente
proporcional a la relación de CAT/OIL (catalizador / aceite), a mayor temperatura
de precalentamiento, menor será la relación CAT/OIL y se maximizará la
83
producción de destilados medios, pero la conversión disminuirá. Para la
evaluación, la temperatura de precalentamiento se mantiene constante en 410°F,
a fin de favorecer la dispersión de la carga en el punto de inyección.
3.2.3. Cambio en los puntos de corte de los productos de la Unidad FCC
La disminución de la temperatura final de ebullición de la gasolina, permitirá
direccionar la fracción pesada de la nafta craqueada al LCO en 2%Vol.. El
incremento del punto final de ebullición del LCO, permitirá direccionar la fracción
ligera del HCO al LCO. Esta modificación de los puntos de corte de los productos
permite producir el mayor volumen de LCO a costa de los productos adyacentes.
Para nuestra evaluación, se utilizara las siguientes temperaturas de corte:

Nafta craqueada 380°F @ 90% recuperado y 8,5 psi RVP.

Light Cycle Oil 430°F P.I. y 575°F @ 90% recuperado

High Cycle Oil 650°F @ 90% recuperado.
En la figura N°11 se grafica como la fracción de los productos aledaños por
modificación del punto de ebullición pueden ser enviados al LCO para incrementar
su producción.
FIGURA N°11: CAMBIO EN LOS PUNTOS DE CORTE DE LA GASOLINA Y LCO
3.2.4. Régimen de adición de catalizador
La disminución de adición de catalizador disminuirá la conversión y el RON de la
gasolina. Para la evaluación se consideró una adición constante de 4,0
Toneladas/día (TM/D), dado que la caracterización de la carga se mantuvo
constante.
84
3.3. Sistema de Dosificación
Actualmente el sistema de dosificación se realiza por batch. Se requiere
implementar al sistema de dosificación actual un dispositivo que permita la
dosificación del aditivo ZSM-5 al catalizador en línea, mientras este se dosifique
en la estructura Regenerador-Reactor. En la siguiente foto se muestra el sistema
actual de dosificación de catalizador.
Sistema de Dosificación de Catalizador
85
4. CAPITULO IV: EVALUACIÓN TECNICO - ECONÓMICA
Inicialmente la evaluación se realizó mediante corridas de software (KBC Profimatic),
obteniendo resultados favorecedores que orientaron a realizar una compra menor del
aditivo y realizar la corrida en Planta. En esta evaluación no se presenta la evaluación
realizada mediante este software, presentándose únicamente los resultados reales
obtenido de cada una de las evaluaciones en planta.
Cada una de las evaluaciones significaba tener disponibilidad de calidad de carga
constante en todo el tren de unidades (UDP, UDV y UFCC), a fin de poder evaluar
sólo el efecto del aditivo ZSM-5.
La calidad de la carga combinada que fue procesada en las 12 (doce) evaluaciones
realizadas en la Unidad FCC, es la siguiente:
VALORES PROMEDIO DE LAS PROPIEDADES DE LA CARGA COMBINADA
PROPIEDAD
ASTM
PROMEDIO UNIDAD
°API
D-1298
22,28
[]
Azufre
D-4294
0,745
[%masa]
CCR (Carbón Conradson)
D-189
2,17
[%peso]
Carbón Parafínico
D-3238
50,92
[%Volumen]
Carbón Nafténico
D-3238
25,68
[%Volumen]
Carbón Aromático
D-3238
23,40
[%Volumen]
Punto de Anilina
D-611
92,48
[°C]
11,92
[]
Factor de caracterización KUOP
Niquel
D-5708
3,84
[ppm]
Vanadio
D-5708
7,29
[ppm]
Sodio
D-5708
3,35
[ppm]
Fierro
D-5708
1,39
[ppm]
En el cuadro N°18 se indican las evaluaciones realizadas.
CUADRO N°18: CORRIDAS DE PRUEBA REALIZADAS EN LA UNIDAD FCC
N° EVALUACIÓN
Condiciones de Operación
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
TRx @ 975°F & TRx @ 950°F & TRx @ 930°F & TRx @ 975°F & TRx @ 950°F & TRx @ 930°F & TRx @ 975°F & TRx @ 950°F & TRx @ 930°F & TRx @ 975°F & TRx @ 950°F & TRx @ 930°F &
1,5% [ZSM-5] 1,5% [ZSM-5] 1,5% [ZSM-5] 2,0% [ZSM-5] 2,0% [ZSM-5] 2,0% [ZSM-5] 2,8% [ZSM-5] 2,8% [ZSM-5] 2,8% [ZSM-5] 3,5% [ZSM-5] 3,5% [ZSM-5] 3,5% [ZSM-5]
En el gráfico N°18 se observa el comportamiento constante de las propiedades de la
carga combinada procesada en la Unidad FCC durante la evaluación del aditivo.
86
GRAFICO N°18: CALIDAD DE CARGA COMBINADA PROCESADA EN LA UNIDAD
FCC DURANTE LA EVALUACIÓN DEL ADITIVO ZSM-5
23
23,0
°API
22,5
22.5
22,0
22
°API @ 15.6°C
21,5
21.5
21,0
21
0,9
0.9
°%Azufre
0,8
0.8
0,7
0.7
Azufre Total
%Masa
0,6
0.6
0,5
0.5
0,4
0.4
3,00
3
Residuo de
Carbon
Conradson
%PESO
60
50
40
30
20
10
0
%VOL
CCR, %Peso
2,75
2.75
2,50
2.5
2,25
2.25
2,00
2
1,75
1.75
1,50
1.5
Carbón
Parafínico %VOL
Carbón
Nafténico %VOL
Carbón
Aromático
%VOL
105
100
Punto de
Anilina °C
°C
95
90
85
12,1
12.1
KUOP
12,0
12
Factor de
Caracterizació
n, KUOP
11,9
11.9
11,8
11.8
11,7
11.7
8
ppm
6
Niquel ppm
4
2
0
15
ppm
10
Vanadio ppm
5
0
8
ppm
6
Sodio ppm
4
2
0
ppm
3,00
3
2,50
2.5
2,00
2
1,50
1.5
1,00
1
0,50
0.5
0,00
0
Fierro ppm
1
2
3
4
5
6
7
87
8
9
10
11
12
4.1. Evaluación con corridas de prueba realizadas en la Unidad FCC
Se realizaron 12 (doce) corridas de pruebas de acuerdo a lo indicado en el cuadro
N°19, y cuyas condiciones de operación se reportan en el cuadro N°19 y se
muestran entre los gráficos N°20 al 29.
En los gráficos N°20 y 21 la circulación de catalizador, no tiene una correlación
con la adición de aditivo ZSM-5, a una baja severidad la circulación de catalizador
disminuye. Esto significa que el uso de aditivo ZSM-5 se utilizara para poder
variar las condiciones de operación, y esa variación de las condiciones de
operación es la que modificará la circulación de catalizador.
En el grafico N°21, el calor de reacción se mantiene constante dentro del rango
de severidades, sin embargo con mayor contenido de aditivo ZSM-5, el calor de
reacción se incrementa. El incremento correspondería a mayor cantidad de
reacciones de craqueo de la fracción de gasolina y GLP.
88
13/03/2008 09:00
02/04/2008 15:00
03/04/2008 09:00
04/04/2008 09:00
23/04/2008 09:00
24/04/2008 09:00
24/04/2008 17:00
BTU/LB CARGA
BTU/LB COQUE
%
°F
°F
PSIG
PSIG
PIE/SEG
PIE/SEG
PIE/SEG
PIE/SEG
12/03/2008 15:00
SEG
11/03/2008 09:00
°F
BBL/D
BBL/D
BBL/D
BBL/D
%PESO
lb/lb
TM/MIN
09/02/2008 10:00
N° EVALUACIÓN
Temperatura Reactor
CARGA FRESCA (GOP UDV)
GASOLEO PESADO (TANQUE)
RESIDUAL PRIMARIA IQUITOS
TOTAL
Concentración ZSM-5
Relación CAT/OIL
CIRCULACIÓN CATALIZADOR
RELAC, CARGA COMB,
TIEMPO RESIDENCIA
H2 EN COQUE
DELTA COQUE
CALOR REACCION
CALOR COMB, COQUE
EFICIENCIA REGENERADOR
TEMPERATURA FASE DENSA REGENERADOR
TEMPERATURA FASE GASES REGENERADOR
PRESIÓN REACTOR
PRESIÓN REGENERADOR
VELOCIDAD ENTRADA CICLON REACTOR
VELOC,SUPERF, REGENERADOR,
VEL, ENT, CICLON REGENERADOR 1° ETAPA
VEL, ENT, CICLON REGENERADOR 2° ETAPA
UNIDADES
08/02/2008 10:00
FECHA & HORA
07/02/2008 10:00
CUADRO N°19: CONDICIONES DE OPERACIÓN RESULTANTES
1
975
13000
500
4500
18000
1,5
7,38
14,66
1.0
3,31
7,08
0,91
149,84
12807,8
77,7
1302
1266
33,6
37,2
75,73
2,42
49,94
58,06
2
950
13000
500
4530
18030
1,5
6,79
13,54
1.0
3,39
13,69
0,86
125,56
13646,4
77,5
1278
1256
31,5
34,9
72,74
2,47
51,07
59,37
3
930
13000
500
4500
18000
1,5
7,09
14,07
1.0
3,59
6,58
0,88
148,37
12730.0
78,6
1251
1229
31,2
34,6
69,21
2,28
47,16
54,83
4
975
13000
500
4500
18000
2.0
7,38
14,7
1.0
3,1
6,55
0,97
184,31
12693,5
76,9
1319
1283
31,2
34,8
80,19
2,69
55,56
64,6
5
950
13000
500
4500
18000
2.0
6,77
13,44
1.0
3,37
6,55
0,97
157,93
12690,4
77,5
1296
1258
31,6
34,9
73,1
2,43
50,17
58,33
6
930
13000
500
4500
18000
2.0
6,61
13,13
1.0
3,39
6,58
0,99
176,11
12733,9
77,7
1287
1249
30,4
33,8
72,05
2,47
51,06
59,36
7
975
13000
500
4500
18000
2,8
7,49
14,99
1.0
3,19
6,58
0,94
171,95
12739,7
76,9
1310
1302
31,8
35,3
77,25
2,67
55,06
64,01
8
950
13000
500
4500
18000
2,8
7,14
14,17
1.0
3,32
6,58
0,9
149,96
12734,1
77,9
1277
1256
31
34,4
74,1
2,41
49,77
57,87
9
930
13000
500
4500
18000
2,8
5,99
11,84
1.0
3,43
6,58
1,08
162,54
12738,7
76,7
1316
1288
29,9
33,3
71,12
2,51
51,9
60,34
10
975
13000
500
4490
17990
3,5
7,98
15,76
1.0
3,15
6,58
0,86
177,56
12734,6
77,9
1285
1265
32,6
36
78,21
2,48
51,27
59,61
11
950
13000
500
4480
17980
3,5
6,75
13,35
1.0
3,17
6,58
0,99
164,46
12737,5
76,7
1304
1276
30,2
33,8
77,35
2,55
52,69
61,25
12
930
13000
500
4490
17990
3,5
6,04
11,96
1.0
3,37
7,01
1,04
166,56
13299,8
76,7
1316
1296
29,5
33,2
72,37
2,51
51,77
60,19
89
GRAFICO N°19: COMPORTAMIENTO DE LA RELACIÓN CAT/OIL A DIFERENTE TRx
Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
8.5
8
[lb]/[lb]
7.5
1,5%ZSM-5
ZSM-5
1.5%
7
2,0%ZSM-5
ZSM-5
2.0%
6.5
2,8%ZSM-5
ZSM-5
2.8%
6
3,5%ZSM-5
ZSM-5
3.5%
5.5
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
La relación CAT/OIL está relacionada con la severidad del reactor, y no con la
concentración de aditivo ZSM-5.
GRAFICO N°20: COMPORTAMIENTO DE LA CIRCULACIÓN DE CATALIZADOR A
TM/MIN
DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
16.0
15.5
15.0
14.5
14.0
13.5
13.0
12.5
12.0
11.5
11.0
1,5%ZSM-5
ZSM-5
1.5%
2,0%ZSM-5
ZSM-5
2.0%
2,8%ZSM-5
ZSM-5
2.8%
3,5%ZSM-5
ZSM-5
3.5%
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
La circulación de catalizador está relacionada con la severidad del reactor, y no
con la concentración de aditivo ZSM-5 en el catalizador.
90
GRAFICO N°21: COMPORTAMIENTO DEL CALOR DE REACCIÓN A DIFERENTE TRx
BTU/LB CARGA
Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
211.0
191.0
171.0
151.0
131.0
111.0
91.0
71.0
51.0
31.0
11.0
1,5%
ZSM-5
1.5%
ZSM-5
2,0%
ZSM-5
2.0%
ZSM-5
2,8%
ZSM-5
2.8%
ZSM-5
3,5%
ZSM-5
3.5%
ZSM-5
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
Debido a que la zeolita incrementa la formación de olefinas, existe un pequeño
aporte al calor de la reacción, por la mayor cantidad de reacción que ocasiona el
aditivo.
En los gráficos N°22, 23 y 25; el comportamiento de presiones del Regenerador y
Reactor, y, la velocidad de entrada al ciclón del reactor se encuentra en función
de la temperatura de reacción primordialmente. A mayor producción de productos
gaseosos, las presiones y velocidades de gas se incrementan.
GRAFICO N°22: COMPORTAMIENTO DE LA PRESIÓN DEL REACTOR A DIFERENTE
TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
38
37
36
psig
35
1,5%
ZSM-5
1.5%
ZSM-5
2,0%
ZSM-5
2.0%
ZSM-5
34
33
2,8%
ZSM-5
2.8%
ZSM-5
3,5%
ZSM-5
3.5%
ZSM-5
32
31
30
29
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
La presión del reactor se mueve en función a la severidad del reactor, calidad de
carga a la Unidad FCC. La cantidad de aditivo no varía la presión del reactor.
91
GRAFICO N°23: COMPORTAMIENTO DE LA PRESIÓN DEL REGENERADOR A
DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
38
37
36
psig
35
34
1,5%
ZSM-5
1.5%
ZSM-5
33
2,0%
ZSM-5
2.0%
ZSM-5
32
2,8%
ZSM-5
2.8%
ZSM-5
31
3,5%
ZSM-5
3.5%
ZSM-5
30
29
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
La presión del regenerador se comporta similar a la presión del reactor.
GRAFICO N°24: COMPORTAMIENTO DE LA VELOCIDAD DE ENTRADA AL CICLON
DEL REACTOR A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA
UNIDAD FCC
81
79
pie/seg
77
75
1,5%ZSM-5
ZSM-5
1.5%
73
2,0%ZSM-5
ZSM-5
2.0%
71
2,8%ZSM-5
ZSM-5
2.8%
69
3,5%ZSM-5
ZSM-5
3.5%
67
65
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
La velocidad de entrada al ciclón del reactor es en función de la cantidad de
gases producidos en el reactor. Mayor cantidad de aditivo generará mayor
cantidad de reacciones y, por consiguiente, mayor cantidad de gases, los cuales
ingresarán al ciclón del reactor.
92
GRAFICO N°25: COMPORTAMIENTO DEL CALOR DE COMBUSTIÓN A DIFERENTE
TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
13800.0
BTU/LB COQUE
13600.0
13400.0
1.5%
ZSM-5
1,5%
ZSM-5
13200.0
2,0%
ZSM-5
2.0%
ZSM-5
13000.0
2,8%
ZSM-5
2.8%
ZSM-5
12800.0
3.5% ZSM-5
3,5% ZSM-5
12600.0
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
En el gráfico N°25 el calor de combustión a cualquier temperatura del reactor
debe ser constante, debido a que las condiciones de operación y calidad de carga
son constantes. Los valores pico se deberán descartar.
GRAFICO N°26: COMPORTAMIENTO DE LA EFICIENCIA DEL REGENERADOR A
DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
79.0
78.5
78.0
%
1,5%
ZSM-5
1.5%
ZSM-5
77.5
2,0%
ZSM-5
2.0%
ZSM-5
77.0
3,5%
ZSM-5
3.5%
ZSM-5
2,8%
ZSM-5
2.8%
ZSM-5
76.5
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
En el gráfico N°26 se muestra la eficiencia del regenerador, dado que es un
regenerador de combustión parcial, la presencia de este aditivo ZSM-5 no
representa un comportamiento en la eficiencia de la combustión, existen otro tipo
de aditivos que si lo hacen.
93
GRAFICO N°27: COMPORTAMIENTO DE LA TEMPERATURA FASE DENSA DEL
REGENERADOR A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA
UNIDAD FCC
1320
°F
1300
1.5% ZSM-5
1280
2.0% ZSM-5
1260
2.8% ZSM-5
1240
3.5% ZSM-5
1220
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
GRAFICO N°28: COMPORTAMIENTO DE LA TEMPERATURA DE GASES DEL
REGENERADOR A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA
UNIDAD FCC
1320
°F
1300
1.5% ZSM-5
1280
2.0% ZSM-5
1260
2.8% ZSM-5
1240
3.5% ZSM-5
1220
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
En los gráficos N°27 y 28 se observan las temperaturas de la fase densa y gases
del regenerador respectivamente, su comportamiento corresponde a la severidad
del reactor y no a la de la cantidad de aditivo adicionado.
4.2. Resultados
Los resultados de las corridas efectuadas, se muestran en los Rendimientos y las
Calidades de los productos.
94
4.2.1. Rendimientos
Se observaron variaciones en los rendimientos de los productos en función
de la adición de aditivo ZSM-5, los cuales se muestran en los siguientes
gráficos.
GRAFICO N°29: PRODUCCIÓN DE GAS SECO A DIFERENTE TRx Y
CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
776.00
726.00
676.00
SCF/Bbl
626.00
576.00
1.5% ZSM-5
526.00
2.0% ZSM-5
476.00
2.8% ZSM-5
426.00
3.5%ZSM-5
376.00
326.00
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
Los productos indeseables (coque y el gas seco) de la Unidad FCC, se
mantienen constantes, y no varían significativamente frente a la adición de
aditivo, en el gráfico N°29 se observa la producción constante de gas seco
en alta y baja severidad.
GRAFICO N°30: PRODUCCIÓN DE GLP A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE
ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
40.00
38.00
%VOL
36.00
34.00
1.5% ZSM-5
32.00
2.0% ZSM-5
30.00
2.8% ZSM-5
28.00
3.5% ZSM-5
26.00
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
La producción de GLP se incrementa con la adición de aditivo mejorador de
octano, este incremento corresponde a la disminución del rendimiento de
95
gasolina. Se observa que el rendimiento volumétrico de GLP se incrementa
más con el uso de aditivo que con la severidad de la operación.
GRAFICO N°31: PRODUCCIÓN DE NAFTA A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN
%VOL
DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
65.00
64.00
63.00
62.00
61.00
60.00
59.00
58.00
57.00
56.00
55.00
1.5% ZSM-5
2.0% ZSM-5
2.8% ZSM-5
3.5% ZSM-5
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
La producción de Nafta disminuye con la adición de aditivo mejorador de
octano, esta disminución corresponde a la reacción selectiva ocasionada
por el aditivo donde reaccionan las parafinas e iso-parafinas para la
obtención de mayor cantidad de olefinas, las cuales incrementan el valor de
RON de la nafta. Ver Gráficos N°42 y 43. La disminución del rendimiento de
gasolina es mayor con el uso del aditivo que con la disminución de la
severidad de operación.
GRAFICO N°32: CONVERSIÓN A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO
ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
85.00
84.00
%VOL
83.00
82.00
1.5% ZSM-5
81.00
2.0% ZSM-5
80.00
2.8% ZSM-5
79.00
3.5% ZSM-5
78.00
930
935
940
945
950
955
960
965
970
Temperatura Reactor, °F
Ó [%
] = 100 − %
96
−%
−%
975
La conversión varía en función del %LCO producido, al bajar la severidad la
producción de aceites cíclicos se incrementa por lo que la conversión
disminuye.
GRAFICO N°33: RENDIMIENTO DE GASOLINA A DIFERENTE TRx Y
CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
Rx
(de todo la conversión cuanto corresponde a Gasolina)
0.80
0.78
FACTOR
0.76
1.5% ZSM-5
0.74
2.0% ZSM-5
0.72
2.8% ZSM-5
0.70
3.5% ZSM-5
0.68
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
[ ]=
%
%
Ó
El rendimiento de gasolina es determinar todo el volumen de productos de
la conversión, cuanto corresponde a nafta craqueada. El uso de aditivo
ocasiona la disminución del rendimiento de gasolina.
GRAFICO N°34: RENDIMIENTO DE LCO A DIFERENTE TRx Y CONCENTRACIÓN DE
ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
11.00
10.50
%VOL
10.00
1.5% ZSM-5
9.50
2.0% ZSM-5
9.00
2.8% ZSM-5
8.50
3.5% ZSM-5
8.00
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
A menor severidad de la operación, el rendimiento de %LCO se
incrementa. Debido al tamaño de la zeolita, el rendimiento de LCO no
debería afectarse, sin embargo se observa su leve incremento.
97
La molécula de LCO no se afecta en gran cantidad, debido a su
composición de carácter aromático y componentes de mayor tamaño que
las moléculas del hidrocarburo de las cargas, estas moléculas de carga no
ingresa al mesoporo.
%VOL
GRAFICO N°35: RENDIMIENTO DE HCO+DCO A DIFERENTE TRx Y
CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
12.00
11.50
11.00
10.50
10.00
9.50
9.00
8.50
8.00
7.50
7.00
6.50
1.5%ZSM-5
2.0%ZSM-5
2.8%ZSM-5
3.5%ZSM-5
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
El rendimiento de los aceites cíclicos HCO & DCO, solo se incrementa por
la disminución de la severidad de la operación. El aditivo no afecta en su
rendimiento debido al tamaño de la molecula.
GRAFICO N°36: GANANCIA VOLUMETRICA A DIFERENTE TRx Y
CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
12.40
12.20
%VOL
12.00
11.80
1.5% ZSM-5
11.60
2.0% ZSM-5
11.40
2.8% ZSM-5
11.20
3.5% ZSM-5
11.00
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
[%
]=%
+%
+%
+%
+%
− 100
La ganancia volumétrica está en función principalmente de la severidad del reactor. Los
datos del gráfico N°36, no presentan lógica.
98
4.2.2. Calidad de productos
El mecanismo de reacción del aditivo mejorador de octano, afecta
principalmente la calidad del GLP, Nafta y LCO. En los gráficos siguientes,
se observa el comportamiento de la calidad de los productos.
GRAFICO N°37: OLEFINAS C3= EN EL GLP A TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO
ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
13.5
13
Propileno,%Vol
12.5
12
11.5
1.5% ZSM-5
11
2.0% ZSM-5
10.5
2.8% ZSM-5
10
3.5% ZSM-5
9.5
9
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
GRAFICO N°38: OLEFINAS C4= EN EL GLP A TRx Y CONCENTRACIÓN DE ADITIVO
ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
12.5
Butilwno,%Vol
12
11.5
11
1.5% ZSM-5
10.5
2.0% ZSM-5
10
2.8% ZSM-5
9.5
3.5% ZSM-5
9
8.5
930
935
940
945
950
955
Temperatura Reactor, °F
99
960
965
970
975
GRAFICO N°39: OLEFINAS C3=/C4= EN EL GLP A TRx Y CONCENTRACIÓN DE
ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
C3 =/C4=
Razón C3=/C4= en GLP @ TRx & [ZSM-5]
1.3
1.25
1.2
1.15
1.1
1.05
1
0.95
0.9
0.85
0.8
1.5% ZSM-5
2.0% ZSM-5
2.8% ZSM-5
3.5% ZSM-5
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
Con la adición de aditivo mejorador de octano, el contenido de olefinas en
el GLP se incrementa, en mayor cantidad los propilenos que los butilenos.
GRAFICO N°40: ISOPARAFINAS DE LA NAFTA CRAQUEADA A TRx Y
CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
33
Isoparafinas, %VOL
32
31
30
29
1.5% ZSM-5
28
2.0% ZSM-5
27
2.8% ZSM-5
26
3.5% ZSM-5
25
24
930
935
940
945
950
955
Temperatura Reactor, °F
100
960
965
970
975
GRAFICO N°41: SATURADOS DE LA NAFTA CRAQUEADA A TRx Y
CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
52
Saturados, %VOL
50
48
1.5% ZSM-5
46
2.0% ZSM-5
44
2.8% ZSM-5
42
3.5% ZSM-5
40
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
GRAFICO N°42: OLEFINAS DE LA NAFTA CRAQUEADA A TRx Y CONCENTRACIÓN
DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
32
Olefinas, %VOL
31
30
29
1.5% ZSM-5
28
2.0% ZSM-5
27
2.8% ZSM-5
26
3.5% ZSM-5
25
24
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
GRAFICO N°43: AROMÁTICOS DE LA NAFTA CRAQUEADA A TRx Y
CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
34
Aromáticos, %VOL
32
30
28
1.5% ZSM-5
26
2.0% ZSM-5
24
2.8% ZSM-5
22
3.5% ZSM-5
20
930
935
940
945
950
955
Temperatura Reactor, °F
101
960
965
970
975
En los gráficos N°40 al 43 se observa que la composición de la nafta
craqueada varía con la adición del aditivo mejorador de octano. Los
saturados (naftenos, parafinas e iso-parafinas), reaccionan y se convierten
en componentes de olefinas y aromáticas. El contenido de olefinas y
aromáticos se incrementa las por la adición de aditivos que por el
incremento de la severidad de operación.
El octanaje de la nafta craqueada se incrementa debido al cambio de
composición de la misma, inclusive la acción del aditivo es mayor que la
acción de la severidad del reactor. Ver gráfico N°44.
GRAFICO N°44: OCTANAJE DE LA NAFTA CRAQUEADA A TRx Y
CONCENTRACIÓN DE ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
95
94.5
94
RON
93.5
93
1.5% ZSM-5
92.5
2.0% ZSM-5
92
2.8% ZSM-5
91.5
3.5%ZSM-5
91
90.5
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
GRAFICO N°45: INDICE DE CETANO DEL LCO A TRx Y CONCENTRACIÓN DE
Indice de Cetano
ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
1.5% ZSM-5
2.0% ZSM-5
2.8% ZSM-5
3.5%ZSM-5
930
935
940
945
950
955
Temperatura Reactor, °F
102
960
965
970
975
Dada la mayor producción de aromáticos, el índice de cetano del LCO
disminuye levemente (5,0 Unidades aproximadamente).
GRAFICO N°46: VISCOSIDAD @ 50°C DEL LCO A TRx Y CONCENTRACIÓN DE
ADITIVO ZSM-5 EN LA UNIDAD FCC
Viscosidad cSt @ 50°C @ TRx & [ZSM-5]
Viscosidad cSt @ 50°C
2.8
2.6
2.4
2.2
1.5% ZSM-5
2
2.0% ZSM-5
1.8
2.8% ZSM-5
1.6
3.5%ZSM-5
1.4
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
La viscosidad del LCO no se afecta por la adición del aditivo, solo se afecta
levemente por la severidad de operación. Las propiedades de los demás
aceites cíclicos no se ven afectadas con la adición del aditivo ZSM-5.
4.3. Modelamiento Matemático
Mediante el control estadístico de los procesos la Refinería puede crear sus
propios modelos sencillos de aplicación puntual, específicos para cada proceso,
permitiéndole así expresarse por si misma a la Unidad FCC.
Suponiendo que la ecuación, la cual debemos, resolver tenga esta forma:
=
×
+
×
+
×
+
Debemos utilizar la regresión lineal múltiple, resolviéndola mediante el método de
los mínimos cuadrados. Las ecuaciones a resolver serian las siguientes:
=
=
+
+
+
+
103
+
+
=
+
+
=
+
+
+
+
El coeficiente de determinación múltiple (r2), compara los valores y calculados y
reales, y los rangos con valor de 0 a 1. Si es 1, hay una correlación perfecta en la
muestra, es decir, no hay diferencia entre el valor y calculado y el valor y real. En
el otro extremo, si el coeficiente de determinación es 0, la ecuación de regresión
no es útil para predecir un valor. Existen otros parámetros de evaluación para
determinar si al obtener un r2 alto, la correlación obtenida no ha sido producida al
azar, suponiendo que en la realidad no exista ninguna correlación.
Dado los resultados obtenidos, mediante regresión lineal múltiple se puede simular
con ecuaciones obtenidas de datos reales cual será el valor del RON de la
gasolina en función de las principales características de la carga, catalizador y
condiciones de operación.
En el cuadro N° 20 reunimos los datos de °API de la carga combinada,
Temperatura del Reactor (°F), contenido de aditivo ZSM-5 (%peso), Microactividad
MAT (%peso) y los correlacionamos con el resultado del octanaje de la nafta
craqueada RON.
CUADRO N°20: DATOS PARA ECUACIÓN 1(PREDICCIÓN DEL RON NFCC)
DATOS
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
RON NFCC
93,29
92,12
91,08
93,65
93,23
92,08
94,44
93,09
92,89
94,54
93,59
93,26
°API CC
TRX
22,0
22,4
21.,6
22,4
22,0
22,5
22,2
22,5
22,6
22,2
22,9
22,1
104
[ZSM-5]
975
950
930
975
950
930
975
950
930
975
950
930
1,5
1,5
1,5
2,0
2,0
2,0
2,8
2,8
2,8
3,5
3,5
3,5
MAT
71,0
71,0
71,0
74,0
74,0
74,0
71,0
71,0
71,0
71,0
71,0
71,0
Mediante regresión lineal de los datos del cuadro N°20, se obtiene la siguiente
ecuación 1:
× (°
=− ,
)+ ,
×(
)+ ,
×[
= ,
− ]+ ,
×
+
,
En el cuadro N° 21 reunimos los datos de °API de la carga combinada,
Temperatura del Reactor (°F), contenido de pentóxido de fosforo P2O5 (%peso),
Microactividad MAT (%peso) y los correlacionamos con el resultado del octanaje
de la nafta craqueada RON.
CUADRO N°21: DATOS PARA ECUACIÓN 2 (PREDICCIÓN DEL RON NFCC)
DATOS
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
RON NFCC
93,29
92,12
91,08
93,65
93,23
92,08
94,44
93,09
92,89
94,54
93,59
93,26
°API CC
TRX
22,0
22,4
21,6
22,4
22,0
22,5
22,2
22,5
22,6
22,2
22,9
22,1
P205
975
950
930
975
950
930
975
950
930
975
950
930
0,572
0,572
0,572
0,647
0,647
0,647
0,885
0,885
0,885
0,955
0,955
0,955
MAT
71,0
71,0
71,0
74,0
74,0
74,0
71,0
71,0
71,0
71,0
71,0
71,0
Mediante regresión lineal de los datos del cuadro N°21, se obtiene la siguiente
ecuación 2:
=− ,
× (°
)+ ,
×(
= ,
)+ ,
×[
]+ ,
×
+
,
Para comprobar la exactitud de las ecuaciones obtenidas, comparamos el octanaje
calculado con el octanaje real, obteniéndose lo siguiente. Ver gráfico N°47.
105
GRAFICO N°47: %ERROR DE LAS ECUACIONES OBTENIDAS
0.60%
0.40%
%error
0.20%
0.00%
90.5
-0.20%
91
91.5
92
92.5
93
93.5
94
94.5
95
-0.40%
-0.60%
[ZSM-5]
P2O5
Polinómica ([ZSM-5])
Polinómica (P2O5)
De la misma manera, dada la gran cantidad de información, se realizó la regresión
múltiple para predecir los rendimientos de los productos, obteniéndose las
ecuaciones 3, 4, 5 y 6:
Ecuación 3:
= ,
%
×
×[
+ ,
= ,
Ecuación 4:
%
= ,
×
×[
− ,
Ecuación 5:
=− ,
%
×
×[
+ ,
Ecuación 6:
%
= ,
−
,
×
= ,
= ,
− ]+ ,
×°
− ,
×
−
,
− ]− ,
×°
− ,
×
+
,
− ]+ ,
×°
+ ,
×
+
,
×[
+ ,
− ]− ,
×°
− ,
×
= ,
Comercialmente el contenido de ZSM-5 en la composición del catalizador no es
reportado como %peso de ZSM-5, sin embargo el Pentóxido de Fosforo P2O5 es
utilizado como fijador de la zeolita ZSM-5 en el catalizador y es analizado y
reportado en los análisis del e-cat (catalizador en equilibrio). Ver grafico N°48.
106
GRAFICO N°48: P2O5%PESO vs. [ZSM-5]%PESO
4
y = 83.849x3 - 186.98x2 + 141.03x - 33.684
R² = 1
ZSM-5, %PESO
3.5
3
2.5
2
1.5
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
[P2O5] %Peso
Es por esto que en utilizando los datos de los cuadros N°22 y 23 obtenemos la
correlación entre el contenido de ZSM-5 y P2O5 presente en el catalizador.
Ecuación 7:
[
− ]=
,
×[
] −
,
= ,
×[
] +
,
×[
]−
,
Es por esto que, utilizados los datos de los cuadros N°22 y 23 obtenemos la
correlación entre el contenido de ZSM-5 y P2O5 presente en el catalizador.
4.4. Evaluación Económica
Con los resultados en cada una de las evaluaciones, se obtuvieron diferentes
rendimientos y calidades de productos. La evaluación económica se realizará
utilizando los precios del año 2007.
4.4.1. Monto de Inversión
Considerando las cantidades de aditivo requerido mostrado en el Cuadro N°16, en
el cuadro N°22 se muestra el monto de inversión requerido.
CUADRO N°22: MONTO DE INVERSIÓN EN LA COMPRA DE ADITIVO
CALCULO DE ADICIÓN DE ADITIVO MEJORADOR DE OCTANO
Ax(C-B)/100
Calculo de aditivo para la estructura Rx-Rg (por única vez)
Dx(C-B)/100
Calculo de aditivo para la adición de catalizador fresco
F
Costo de aditivo ZSM-5
1,43 TM
0,06 TM/D
1425
60
Kg
kg/d
11 000,0 US$/TM
FxAx(C-B)/100
Costo de aditivo ZSM-5 para la estructura (por única vez)
FxDx(C-B)/100
Costo de aditivo ZSM-5 para c/adición de catalizador
107
15,68 MUS$
237,60 MUS$/AÑO
Sistema de dosificación de aditivo ZSM-5 al catalizador
1 000
(Propuesta Grace Davidson Refining)
MUS$
4.4.2. Escenarios de Evaluación
La evaluación del aditivo ZSM-5 en el catalizador de la Unidad FCC, se realiza a
una carga de 18,0 MBPD. En el cuadro N°19 se indican los 12 casos de
evaluación desarrolladas en corridas de planta.
CUADRO N°23: ESCENARIOS DE EVALUACIÓN DE LAS UNIDADES DE PROCESO
PARA LA EVALUACIÓN DEL ADITIVO ZSM-5 EN
LA UNIDAD FCC
UNIDAD DE DESTILACIÓN
PRIMARIA
Carga: 62,0 MBPD / Composición de Carga: 50% Crudo Talara + 50% Crudo Oriente
Ecuatoriano / Operación: Máximo Rendimiento de Destilados Medios
UNIDAD DE DESTILACIÓN
VACIO
Carga: 28,0 MBPD / Composición de Carga: 100% Residual Primaria de UDP /
Operación: Máximo Rendimiento de Gasóleos
Carga: 18,0 MBPD / Composición de Carga: 75% Gasóleo Pesado de UDV y Refinería
Conchan + 25% Residual Primaria de Refinería Iquitos
[ZSM-5] = 3,5%peso
[ZSM-5] = 2,8%peso
[ZSM-5] = 2,0%peso
[ZSM-5] = 1,5%peso
Severidad @ 975°F
[ZSM-5] = 3,5%peso
[ZSM-5] = 2,8%peso
[ZSM-5] = 2,0%peso
[ZSM-5] = 1,5%peso
Severidad @ 950°F
[ZSM-5] = 3,5%peso
[ZSM-5] = 2,8%peso
[ZSM-5] = 2,0%peso
UNIDAD DE CRAQUEO
CATALÍTICO FLUILIZADO
[ZSM-5] = 1,5%peso
Severidad @ 930°F
Nota: Se evaluó 12 (doce) casos, los tres primeros se considera corridas en blanco (1,5%peso de ZSM-5), considerando
como variable de operación la temperatura del reactor (alta, media y baja severidad).
Las demás evaluaciones se consideraron un incremento de la concentración [ZSM-5] y a diferentes temperaturas del
reactor. Las condiciones de operación y carga de la UDP y UDV se mantienen constantes en cada uno de los escenarios
de evaluación.
En los gráficos N°49 y 50 se muestra la evolución de precios desde el año 2004 al
2007, tanto de las cargas como de los productos obtenidos. Ver cuadro N°24.
CUADRO N°24: PRECIOS DE CARGA Y PRODUCTOS DE LA CARGA COMBINADA
DE LA UNIDAD FCC ENTRE EL AÑO 2004 & 2007
PRODUCTOS
GAS SECO
GLP
NAFTA CRAQUEADA
LIGHT CYCLE OIL
HIGHT CYCLE OIL
DECANT CYCLE OIL
CARGAS
US$/MPC
US$/BBL
US$/BBL
US$/BBL
US$/BBL
US$/BBL
108
2004
33,50
41,00
49,10
36,00
28,80
2005
37,00
54,70
63,55
48,85
40,80
2006
40,50
68,40
78,00
61,70
52,80
2007
50,25
71,48
89,08
57,21
47,46
GASOLEO PESADO
RESIDUAL PRIMARIA
OCTANO-BARRIL
US$/BBL
US$/BBL
US$/(OCT-BBL)
34,40
24,40
0,13
46,90
35,90
0,33
59,40
47,40
0,51
68,78
58,37
0,71
En el cuadro N°25 se muestra la Evaluación Económica de la Unidad FCC,
utilizando los precios base del año 2007. Para el incremento del beneficio
económica de la ganancia octánica se toma como base el menor valor de RON
obtenido.
En el cuadro N°26 se evalúa el beneficio económico general debido al incremento
de aceites cíclicos (LCO+HCO+DCO) que van al pool de residuales. Este
incremento de aceites cíclicos permiten utilizar menos kerosene como material de
corte, y el kerosene va al pool de diesel, disminuyendo así el volumen de
importación y pagos elevados de subsidios.
109
GRAFICO N°49: EVOLUCIÓN PRECIO Y COSTO DE LOS PRODUCTOS Y CARGAS DE LA UNIDAD FCC
100.00
80.00
90.00
70.00
80.00
60.00
60.00
NAFTA CRAQUEADA
50.00
LIGHT CYCLE OIL
40.00
US$/BBL
GLP
HIGHT CYCLE OIL
30.00
50.00
40.00
GASOLEO PESADO
30.00
RESIDUAL PRIMARIA
20.00
DECANT CYCLE OIL
20.00
10.00
10.00
-
-
2004
2005
2006
2007
2004
2005
2006
EVOLUCIÓN OCTANO-BARRIL DE LA UNIDAD FCC
0.80
0.70
0.60
US$/(OCT-BBL)
US$/BBL
70.00
0.50
0.40
OCTANO-BARRIL
0.30
0.20
0.10
2003
2004
2005
2006
110
2007
2008
2007
CUADRO N°25: EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA UNIDAD FCC
12/03/2008 03:00:00 p,m,
13/03/2008 09:00:00 a,m,
02/04/2008 03:00:00 p,m,
03/04/2008 09:00:00 a,m,
04/04/2008 09:00:00 a,m,
23/04/2008 09:00:00 a,m,
24/04/2008 09:00:00 a,m,
24/04/2008 05:00:00 p,m,
%VOL
%VOL
11/03/2008 09:00:00 a,m,
CONVERSIÓN
GANANCIA
RON
SCF/Bbl
%VOL
%VOL
%VOL
%VOL
09/02/2008 10:00:00 a,m,
°F
%peso
08/02/2008 10:00:00 a,m,
Temperatura Reactor
[Z-SM5]
RENDIMIENTOS
GAS SECO
GLP
NAFTA
LCO
HCO+DCO
07/02/2008 10:00:00 a,m,
Rendimiento de la Unidad FCC @ TRX & [ZSM-5] variable
975
1,5
950
1,5
930
1,5
975
2,0
950
2,0
930
2,0
975
2,8
950
2,8
930
2,8
975
3,5
950
3,5
930
3,5
717,79
31,8
64,23
8,24
7,86
730,43
30,31
62,47
9,61
9,78
714,18
29,34
61,45
9,38
11,6
490,44
32,56
62,97
8,32
7,92
366,64
30,81
61,51
9,74
9,51
359,24
29,85
60,47
10,65
10,57
475,87
35,06
60,23
9,15
6,65
400,1
33,52
58,58
9,92
9,11
402,11
32,33
57,89
10,19
11,23
483,18
38,64
57,82
8,77
6,8
428,77
36,36
57,19
10,04
8,54
419,45
33,8
56,55
10,7
11,17
83,9
12,13
93,29
80,61
12,17
92,12
79,02
11,77
91,08
83,76
11,77
93,65
80,75
11,57
93,23
78,78
11,54
92,08
84,2
11,09
94,44
80,97
11,13
93,09
78,58
11,64
92,89
84,43
12,03
94,54
81,42
12,13
93,59
78,13
12,22
93,26
68,78
58,37
4500
13500
1 097,51
400,59
68,78
58,37
4500
13500
1 097,51
400,59
Cálculo del beneficio económico por operación de la Unidad de Craqueo Catalítico Fluidizado de Refinería Talara
Costo Carga
GASOLEO PESADO
RESIDUAL PRIMARIA
GASOLEO PESADO
RESIDUAL PRIMARIA
US$/BBL
US$/BBL
BBL/D
BBL/D
MUS$/D
MMUS$/AÑO
68,78
58,37
4 500
13 500
1 097,51
400,59
68,78
58,37
4500
13500
1 097,51
400,59
68,78
58,37
4500
13500
1 097,51
400,59
68,78
58,37
4500
13500
1 097,51
400,59
111
68,78
58,37
4500
13500
1 097,51
400,59
68,78
58,37
4500
13500
1 097,51
400,59
68,78
58,37
4500
13500
1 097,51
400,59
68,78
58,37
4500
13500
1 097,51
400,59
68,78
58,37
4500
13500
1 097,51
400,59
68,78
58,37
4500
13500
1 097,51
400,59
Beneficio por rendimiento de productos
GLP
US$/BBL
NAFTA CRAQUEADA
US$/BBL
LIGHT CYCLE OIL
US$/BBL
HIGHT CYCLE OIL
US$/BBL
DECANT CYCLE OIL
US$/BBL
GLP
BBL/D
NAFTA CRAQUEADA
BBL/D
LCO
BBL/D
HCO + DCO
BBL/D
MUS$/D
MMUS$/AÑO
Beneficio por ganancia octánica
Octanaje Base
Octanaje Resultado
OCTANO-BARRIL
NAFTA CRAQUEADA
RON
RON
US$/(OCT-BBL)
BBL/D
MUS$/D
MMUS$/AÑO
50,25
71,48
89,08
57,21
47,46
5724
11561,4
1483,2
1414,8
1315,61
480,20
50,25
71,48
89,08
57,21
47,46
5455,8
11244,6
1729,8
1760,4
1318,42
481,22
50,25
71,48
89,08
57,21
47,46
5281,2
11061
1688,4
2088
1308,91
477,75
50,25
71,48
89,08
57,21
47,46
5860,8
11334,6
1497,6
1425,6
1308,08
477,45
50,25
71,48
89,08
57,21
47,46
5545,8
11071,8
1753,2
1711,8
1310,29
478,25
50,25
71,48
89,08
57,21
47,46
5373
10884,6
1917
1902,6
1312,18
478,95
50,25
71,48
89,08
57,21
47,46
6310,8
10841,4
1647
1197
1297,53
473,60
50,25
71,48
89,08
57,21
47,46
6033,6
10544,4
1785,6
1639,8
1296,45
473,20
50,25
71,48
89,08
57,21
47,46
5819,4
10420,2
1834,2
2021,4
1299,88
474,45
50,25
71,48
89,08
57,21
47,46
6955,2
10407,6
1578,6
1224
1294,13
472,36
50,25
71,48
89,08
57,21
47,46
6544,8
10294,2
1807,2
1537,2
1301,14
474,91
50,25
71,48
89,08
57,21
47,46
6084
10179
1926
2010,6
1303,58
475,80
91,08
93,29
0,71
11561,4
18,14
6,62
91,08
92,12
0,71
11244,6
8,30
3,03
91,08
91,08
0,71
11061
0,0
0,0
91,08
93,65
0,71
11334,6
20,68
7,54
91,08
93,23
0,71
11071,8
16,90
6,17
91,08
92,08
0,71
10884,6
7,73
2,82
91,08
94,44
0,71
10841,4
25,86
9,44
91,08
93,09
0,71
10544,4
15,05
5,49
91,08
92,89
0,71
10420,2
13,40
4,89
91,08
94,54
0,71
10407,6
25,57
9,33
91,08
93,59
0,71
10294,2
18,35
6,70
91,08
93,26
0,71
10179
15,75
5,75
Nota: Para el incremento de beneficio económico de la ganancia octánica, se toma como base el menor valor de RON obtenido.
Costo de catalizador y aditivo ZSM-5
Costo de Catalizador
Rate de adición de Catalizador
Precio de catalizador
TM/D
US$/TM
MUS$/D
MMUS$/AÑO
Costo adicional del aditivo mejorador de octano Z-SM5
Rate de adición de Catalizador
TM/D
Concentración aditivo
%peso
Aditivo Base
%peso
Rate de adición de Z-SM5
TM/D
Precio de aditivo
US$/TM
MUS$/D
MMUS$/AÑO
4
3500
14
5,11
4
3500
14
5,11
4
3500
14
5,11
4
3500
14
5,11
4
3500
14
5,11
4
3500
14
5,11
4
3500
14
5,11
4
3500
14
5,11
4
3500
14
5,11
4
3500
14
5,11
4
3500
14
5,11
4
3500
14
5,11
4
1,5
1,5
0
11000
0
0
4
1,5
1,5
0
11000
0
0
4
1,5
1,5
0
11000
0
0
4
2
1,5
0,02
11000
0,22
0,08
4
2
1,5
0,02
11000
0,22
0,08
4
2
1,5
0,02
11000
0,22
0,08
4
2,8
1,5
0,052
11000
0,572
0,21
4
2,8
1,5
0,052
11000
0,572
0,21
4
2,8
1,5
0,052
11000
0,572
0,21
4
3,5
1,5
0,08
11000
0,88
0,32
4
3,5
1,5
0,08
11000
0,88
0,32
4
3,5
1,5
0,08
11000
0,88
0,32
112
Resumen
Costo de Carga UFCC
Costo Catalizador
Costo adicional Z-SM5
Beneficio por productos
Beneficio por ganancia octanica
SUB-TOTAL 1
MMUS$/AÑO
MMUS$/AÑO
MMUS$/AÑO
MMUS$/AÑO
MUS$/DIA
US$/BBL
MMUS$/AÑO
MMUS$/AÑO
MMUS$/AÑO
MUS$/DIA
US$/BBL
MMUS$/AÑO
MUS$/DIA
US$/BBL
400,59
5,11
0
405,70
1111,51
61,75
480,20
6,62
486,82
1333,75
74,10
81,12
222,24
12,35
400,59
5,11
0
405,70
1111,51
61,75
481,22
3,03
484,25
1326,72
73,71
78,55
215,22
11,96
400,59
5,11
0
405,70
1111,51
61,75
477,75
0,00
477,75
1308,91
72,72
72,05
197,41
10,97
400,59
5,11
0,08
405,78
1111,73
61,76
477,45
7,55
485,00
1328,77
73,82
79,22
217,04
12,06
113
400,59
5,11
0,08
405,78
1111,73
61,76
478,25
6,17
484,42
1327,19
73,73
78,64
215,46
11,97
400,59
5,11
0,08
405,78
1111,73
61,76
478,95
2,82
481,77
1319,91
73,33
75,99
208,18
11,57
400,59
5,11
0,21
405,91
1112,08
61,78
473,60
9,44
483,04
1323,39
73,52
77,13
211,32
11,74
400,59
5,11
0,21
405,91
1112,08
61,78
473,21
5,49
478,70
1311,50
72,86
72,79
199,42
11,08
400,59
5,11
0,21
405,91
1112,08
61,78
474,45
4,89
479,34
1313,26
72,96
73,43
201,19
11,18
400,59
5,11
0,32
406,02
1112,39
61,80
472,36
9,33
481,69
1319,70
73,32
75,76
207,32
11,52
400,59
5,11
0,32
406,02
1112,39
61,80
474,92
6,70
481,61
1319,49
73,30
75,59
207,10
11,51
400,59
5,11
0,32
406,02
1112,39
61,80
475,80
5,75
481,56
1319,33
73,30
75,53
206,94
11,50
CUADRO N°26: EVALUACIÓN ECONÓMICA GENERAL
Caso Base: Carga a la Unidad FCC
18000 BPD
Temperatura Reactor
[Z-SM5]
LCO
HCO+DCO
°F
%peso
%VOL
%VOL
975
1,5
8,24
7,86
950
1,5
9,61
9,78
930
1,5
9,38
11,6
975
2,0
8,32
7,92
950
2,0
9,74
9,51
930
2,0
10,65
10,57
975
2,8
9,15
6,65
950
2,8
9,92
9,11
930
2,8
10,19
11,23
975
3,5
8,77
6,8
950
3,5
10,04
8,54
930
3,5
10,7
11,17
Equivalencia en viscosidad
1 Bbl Kerosene @ 1 cSt = 1,052 Bbl LCO @ 1,5 cSt = 1,4 Bbl HCO+DCO @ 13 cSt
BBL/D
2420,5
2901,7
0
0
3096,4
0
2441,9
21,4
2889,3
-12,5
3181,2
84,9
2420,6
0,1
2868,6
-33,1
3187,4
91
2374,9
-45,6
2815,9
-85,9
3266,9
170,6
Nota: En el año 2007 el diferencial de precio del Diesel se encontraba en 120 US$/Bbl
Beneficio por diferencial de Precio de Importación
US$/BBL
MUS$/D
MMUS$/AÑO
SUB-TOTAL 2
US$/BBL
120,15
290,82
106,15
16,16
120,15
348,64
127,25
19,37
120,15
372,02
135,79
20,67
120,15
293,39
107,09
19,29
120,15
347,14
126,70
21,23
120,15
382,22
139,51
16,16
120,15
290,83
106,15
19,15
120,15
344,66
125,80
21,28
120,15
382,96
139,78
21,28
120,15
285,34
104,15
15,85
120,15
338,32
123,49
18,80
120,15
392,52
143,27
21,81
31,33
31,64
28,36
31,26
32,80
27,90
30,23
32,45
27,37
30,30
33,30
El beneficio económico general de la UFFC seria
Sub-Total 1 + Sub-Total 2
SUB-TOTAL (1)+(2)
US$/BBL
28,50
Considerando que el incremento del beneficio económico por menor importación de Diesel corresponde a la Refinería en general, distribuimos la
ganancia de la siguiente manera:
(SUB.TOTAL 2)x(CARGA UFCC)/(CARGA UDP) = (SUB.TOTAL 2)x18000/65000
US$/BBL
4,69
5,62
6,00
4,73
5,60
6,16
4,69
5,56
6,18
4,60
5,46
Ganancia por incremento de aditivo, operando a 930°F con 3.0%peso de ZSM-5
Beneficio económico @ 975°F & 1,5%peso ZSM-5
Beneficio económico @ 930°F & 3,0%peso ZSM-5
Carga UFCC
Beneficio económico anual
Beneficio UFCC
10,97 US$/BBL
11,50 US$/BBL
0,53 US$/BBL
+
Incremento al pool de Diesel
20,67 US$/BBL
21,81 US$/BBL
1,14 US$/BBL
=
1,67 US$/BBL
18000 BPD
3480,87 MUS$/AÑO
114
+
7480,24 MUS$/AÑO
=
10961,10 MUS$/AÑO
6,33
115
CUADRO N°27: EVALUACIÓN COMO PROYECTO
Haciendo el cuadro de inversión para un plazo de 10 años, se observa que si los precios del año 2007 se mantienen constantes, el proyecto sería
viable. No se han considerado proyecciones de precios debido a las fuertes fluctuaciones que se vienen presentando.
AÑO
Egreso
Dosis única
Dosis Diaria
Infraestructura
Ingreso
Beneficio económico UFCC
Beneficio económico incremento D
AÑO 1
AÑO 2
AÑO 3
AÑO 4
AÑO 5
AÑO 6
AÑO 7
AÑO 8
AÑO 9
AÑO 10
MMUS$/AÑO
MMUS$/AÑO
MMUS$/AÑO
0,02
0,24
1,00
0,24
0,24
0,24
0,24
0,24
0,24
0,24
0,24
0,24
MMUS$/AÑO
MMUS$/AÑO
3,48
7,48
3,48
7,48
3,48
7,48
3,48
7,48
3,48
7,48
3,48
7,48
3,48
7,48
3,48
7,48
3,48
7,48
3,48
7,48
Balance
MUS$/AÑO
9,71
10,72
10,72
10,72
10,72
10,72
10,72
10,72
10,72
10,72
VAN
PAYOUT
MMUS$
MESES
54,18
1,37
VAN: Valor Actual Neto
PAYOUT: Fecha de retorno de la Inversión
116
Del cálculo del beneficio económico año 2007, se realiza el gráfico N°50, donde se
observa el bajo rendimiento económico de la Unidad FCC en comparación a los
años anteriores.
12.60
GRAFICO N°50: EVALUACIÓN ECONÓMICA UNIDAD FCC - 2007
Beneficio
económico Unidad de Craqueo Catalítico Fluilizado
2007
12.40
12.20
US$/Bbl
12.00
11.80
11.60
1.5% ZSM-5
11.40
2.0% ZSM-5
11.20
2.8% ZSM-5
11.00
3.5%ZSM-5
10.80
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
En los gráficos N°51, 52 y 53 se muestras los beneficios económicos si
consideramos los precios de los años 2006, 2005 y 2004, respectivamente.
GRAFICO N°51: EVALUACIÓN ECONÓMICA UNIDAD FCC - 2006
2006
22.80
22.60
US$/Bbl
22.40
22.20
22.00
1.5% ZSM-5
21.80
2.0% ZSM-5
21.60
2.8% ZSM-5
21.40
3.5%ZSM-5
21.20
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
16.80
GRAFICO N°52: EVALUACIÓN ECONÓMICA UNIDAD FCC - 2005
Beneficio
económico Unidad de Craqueo Catalítico Fluilizado
2005
16.60
US$/Bbl
16.40
16.20
1.5% ZSM-5
2.0% ZSM-5
16.00
2.8% ZSM-5
15.80
3.5%ZSM-5
15.60
930
935
940
945
950
955
Temperatura Reactor, °F
117
960
965
970
975
GRAFICO N°53: EVALUACIÓN ECONÓMICA UNIDAD FCC -2004
2004
16.20
16.10
US$/Bbl
16.00
15.90
15.80
1.5% ZSM-5
15.70
2.0% ZSM-5
15.60
2.8% ZSM-5
15.50
3.5%ZSM-5
15.40
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
El escenario actual donde se tiene fuerte fluctuación de precios internacionales de
los hidrocarburos, y el proteccionismo de la economía al no subir exageradamente
los precios, manteniéndolos por debajo de los precios internacionales. Nos obliga
a ser lo más rápidamente flexibles, a fin de adecuarnos paralelamente a las
fluctuaciones de los precios del mercado.
Dado a la alta demanda de Diesel que tiene Latinoamérica y en nuestro caso el
Perú, sería necesario evaluar el beneficio económico de operar a condiciones de
baja severidad la Unidad FCC para la mayor producción de destilados medios. Sin
embargo esta situación no se ha presentado, debido a que la operación a baja
severidad no permite la obtención de gasolinas de alto octanaje, las cuales son
materias primas para la formulación de las gasolinas comerciales en todo el Perú.
Considerando que al operar a baja severidad (930°F=498,9°C), la producción de
aceites cíclicos (LCO+HCO+DCO) será mayor, pudiendo así direccionar este
volumen adicional al pool de residuales, ocasionando así el menor requerimiento
de material de corte como el kerosene; el volumen de kerosene que se deja de
utilizar como material de corte se direcciona al pool de Diesel, aumentando así la
disponibilidad de este producto y la disminución de su importación pagando
subsidios innecesarios. El uso de aditivo ZSM-5 ahorra una diferencia de 600 B/D
de Kerosene, que se adicionara al pool de Diesel y al pool de Residuales.
Del cuadro N°26 EVALUACIÓN ECONÓMICA GENERAL, se observa que el
mayor beneficio económico se cuando se opera a baja severidad. Los beneficios
de no pagar fuertes subsidios por el menor volumen de importación de Diesel
generan un buen margen de ganancia a la Unidad FCC.
118
GRAFICO N°54: EVALUACIÓN ECONÓMICA GENERAL UNIDAD FCC -2007
34.00
33.00
US$/Bbl
32.00
31.00
1.5% ZSM-5
30.00
2.0% ZSM-5
29.00
2.8% ZSM-5
28.00
3.5% ZSM-5
27.00
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
Considerando que el incremento del beneficio económico por menor importación
de Diesel corresponde a la Refinería en general, distribuimos la ganancia de la
siguiente manera (ver gráfico N°54):
(SUB.TOTAL 2)x(CARGA UFCC)/(CARGA UDP) = (SUB.TOTAL 2)x18000/65000
GRAFICO N°55: INCREMENTO DEL BENEFICIO ECONÓMICO GENERAL
DE LA REFINERIA 2007
2007
6.30
6.10
US$/Bbl
5.90
5.70
5.50
1.5% ZSM-5
5.30
5.10
2.0% ZSM-5
4.90
2.8% ZSM-5
4.70
3.5% ZSM-5
4.50
930
935
940
945
950
955
960
965
970
975
Temperatura Reactor, °F
Considerando los precios bases del año 2007, el beneficio económico anual es:
BENEFICIO ECONÓMICO ANUAL = 10,96 MMUS$/AÑO
En el cuadro N°26 se muestra los indicadores económicos muy favorables.
VAN
=
54,18 MMUS$
PAYOUT
=
1,37 MESES
119
5. CAPITULO V: CONCLUSIONES
5.1. La mayor producción de aceites cíclicos corresponde a operar la Unidad FCC a
baja temperatura de reacción, y con el uso del aditivo ZSM-5 a baja severidad de
operación el RON de las gasolinas no disminuye. El beneficio económico es 10,96
MMUS$/AÑO.
5.2. El uso de cantidades variables de aditivo incrementa la flexibilidad de la operación
de la Unidad FCC. Ahora se puede operar a baja severidad de operación (930°F)
obteniendo un RON de las gasolinas de 93,0, ganando hasta 2,0 (dos) unidades
de octanaje.
5.3. El uso de aditivo ZSM-5 puede varia significativamente el rendimiento de la Nafta
Craqueada (disminuye 6%VOL.) y GLP (aumenta 4%VOL.), inclusive las
propiedades (RON y composición) de estos dos productos.
5.4. Variando las condiciones de operación de 975°F@ 1,5%peso ZSM-5 a 930°F@
3,0%peso ZSM-5, se puede disminuir la importación de Diesel en: 846,5 BBL/D =
308,9 MBBL/AÑO
5.5. Los componentes (olefinas, aromáticos) que aumentan el octano disminuyen el
cetano y los que tienen bajo octano (parafinas) presentan altos valores de cetano.
La variación del Índice de Cetano se encuentra entre 20 – 23 unidades.
La variación del valor del Octano se encuentra entre 93,0 – 94,5 unidades.
5.6. Los resultados de calidad de los productos obtenidos permiten continuar y el
seguir cumpliendo las especificaciones de gasolinas propuestas por el Banco
Mundial y otras regulaciones ambientales nacionales.
5.7. Con las técnicas de control estadístico de los Proceso la Refinería puede crear
sus propios modelos sencillos de aplicación puntual, específico para la Unidad
FCC. Las ecuaciones obtenidas para la calidad y rendimiento presentan un
coeficiente de determinación múltiple cercano a 1.
5.8. La calidad de los productos obtenidos mediante el mayor uso del aditivo ZSM-5
están acorde al cumplimiento del Art. 10 del D.S. Nº 021-2007-EM1
5.9. Los indicadores económicos muestran la gran rentabilidad de la aplicación del
aditivo al Proceso UFCC, con un Valor Actual Neto de 54,18 MMUS$ y un Payout
inmediato de 1,37 meses.
1
“Reglamento para la Comercialización de Biocombustibles”, que establece la obligatoriedad del uso del
combustible Diesel B2 (2% de Biodiesel y 98% de Diesel Nº 2) a partir del 01 de Enero de 2009 y del Diesel B5 (5%
de Biodiesel y 95% de Diesel Nº 2) a partir del 01 de Enero de 2011, en reemplazo del Diesel Nº 2
120
6. CAPITULO VI: RECOMENDACIONES
6.1. Evaluar el uso del aditivo ZSM-5 para diferentes tipos de crudos, procesando
cargas que puedan producir mejores calidades y rendimientos de los productos.
De esta manera se dispondrá de mayor información para la selección de cargas.
Por ejemplo el procesamiento de crudos con bajos metales y livianos (Crudo
Talara, Crudo Corvina, etc.), produce Fondos de Vacio, los cuales pueden ser
procesados como carga a la Unidad FCC, logrando incrementar el octanaje de la
nafta craqueada por incremento de aromáticos en la carga combinada a la Unidad
FCC.
6.2. Elaborar una gran base de datos a fin de mejorar las correlaciones para el
modelamiento de la Unidad FCC mediante el control estadístico de procesos,
facilitando la información para la maximización económica de la empresa.
6.3. Implementar la puesta en servicio de un dosificador de aditivo ZSM-5 al
catalizador en línea.
6.4. Preservar el buen estado de los equipos y optimizar las variables de operación
antes de realizar evaluaciones con el uso de aditivos, de esa manera se podrá
gozar plenamente de los beneficios que brinda el aditivo.
6.5. Mantener el buen estado operativo de los equipos y optimizar las variables de
operación antes de realizar evaluaciones con el uso de aditivos, de esa manera
se podrá gozar plenamente de los beneficios que brinda el aditivo.
6.6. Disponer de un stock de aditivo ZSM-5, estableciendo como base un año de
dosificación para realizar evaluaciones a diferentes escenarios de procesamiento
en la Unidad FCC, como por ejemplo fuertes requerimientos de GLP, cuando el
precio de importación de Diesel sea mayor al precio del mercado nacional.
6.7. Evaluar la posibilidad de incursionar en el mercado de olefinas. Existe fuerte
demanda en el mercado Chino.
121
7
CAPITULO VII: BIBLIOGRAFIA
7.1 Libros:
7.1.1
HISTORIA DE TALARA, REYNALDO MOYA ESPINOZA 2001
7.1.2
REFINO DEL PETRÓLEO – WAUQUIER ISE 2005
7.1.3
UOP
A
HONEYWELL
COMPANY
FCC
PROCESS
TECHNOLOGY
–
STANDARD, SECTION 7 – FCC CATALYST AND CATALYST MANAGEMENT
2006
7.1.4
PETROLEUM REFINING 3 - CONVERSION PROCESS, INSTITUT FRANÇAIS
DU PÉTROLE - P. LEPRINCE, EDITIONS TECHNIP 2001
7.1.5
ORGANIC CHEMISTRY – SIXTH
EDITION, MORRISON Y BOYD 1992, Mac
Graw Hill Edition
7.1.6
OCTANE IMPROVEMENTS COSTS, REFINERÍA TALARA 2004
7.2 Publicaciones / Presentaciones:
7.2.1
ANUARIO ESTADÍSTICO DE HIDROCARBUROS, MINISTERIO DE ENERGÍA Y
MINAS 2008
7.2.2
BP STATISTICAL REVIEW OF WORLD ENERGY, BRITISH PETROLEUM 2008,
BP EDITION
7.2.3
BP STATISTICAL REVIEW OF WORLD ENERGY, BRITISH PETROLEUM 2009,
BP EDITION
7.2.4
Gustavo Villa M., Seminario de Maximización de Destilados Medios – Petroleos del
Perú PETROPERU S.A., Presentación “CRITERIOS GENERALES PARA LA
MAXIMIZACIÓN DE DESTILADOS MEDIOS EN LA UNIDAD DE CRAQUEO
CATALÍTICO FLUILIZADO”, Febrero 2006
7.2.5
NUEVAS TECNOLOGÍAS DE ADITIVOS DE OLEFINAS – GRACE DAVISON,
Abril 2006, GRACE DAVIDSON EDITION
7.2.6
FCC ORIENTADAS A DESTILADOS MEDIOS – GRACE DAVISON, ABRIL 2006
7.2.7
PROPUESTAS ECONÓMICAS DE LAS COMPAÑIAS GRACE DAVISON
REFINING (USA) Y FABRICA CARIOCA DE CATALISADORES (BRASIL).
7.2.8
MSDS ZSM-5 – ALBERMALE CATALYSTS, OCTOBER 2007
7.2.9
NTP 321.125 ANEXO A, ESPECIFICACIONES BIODIESEL (B100)
7.2.10 ESPECIFICACIONES TECNICAS PETROPERÚ, Junio 2008
122
7.2.11 Yoset J. Zambrano. Universidad
de los Andes, Facultad de Ciencias,
Departamento de Química, Laboratorio de Cinética y Catalisis, “SÍNTESIS Y
CARACTERIZACIÓN DE UN ZEOLITA DEL TIPO MFI CON INCORPORACIÓN
DE NI POR EL MÉTODO DE SOL-GEL PARA EL USO EN LA REDUCCIÓN
CATALÍTICA SELECTIVA DE NOX”, Junio 2008
7.2.12 W. Salgueiro, A. Somoza y M.Petkov, “POROSIDAD EN AEROGELES
ESTUDIADA MEDIANTE TÉCNICAS PALS”, Página 2, Año 2004.
7.2.13 Decreto Supremo N° 032-2002-EM, Aprueban “Glosario, Siglas y abreviaturas del
Subsector Hidrocarburos”
7.3 Páginas web:
7.3.1
http://www.wipo.int/pctdb/en/wo.jsp?IA=US2006010721&wo=2007005075&DISPLAY=DESC (Visitada Febrero
2009)
7.3.2
http://en.wikipedia.org/ (Visitada Febrero 2009)
7.3.3
http://siteresources.worldbank.org/ECAEXT/Resources/publications/Cleaner-Air-in-Central-Asia/5.pdf
(Visitada Julio 2009)
7.3.4
http://siteresources.worldbank.org/ECAEXT/Resources/publications/Cleaner-Air-in-CentralAsia/AnnexD.pdf (Visitada Diciembre 2008)
7.3.5
http://www.textoscientificos.com/energia/combustibles/gasoil-fueloil (Visitada Febrero 2009)
7.3.6
http://books.google.com.mx/books?id=jGZFqXPzrVYC&pg=PA116&lpg=PA116&dq=calculo+del+indic
e+de+cetano&source=bl&ots=Xe3BjoVVnD&sig=VtHq7lyscVxkzxFsr8nL097CaCs&hl=es&ei=w26nS
Y79O83dtgfC9cDmDw&sa=X&oi=book_result&resnum=4&ct=result (Visitada Diciembre 2008)
7.3.7
http://www.monografias.com/trabajos30/regresion-multiple/regresion-multiple.shtml (Visitada Febrero
2009)
7.3.8
http://tesis.ula.ve/pregrado/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=1223 (Visitada Febrero 2009)
7.3.9
http://www.unicen.edu.ar/crecic/analesafa/vol16/f3-215-217.pdf (Visitada Febrero 2009)
123