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Tecnología de mejoramiento
de crudos pesados y residuos
HIDRO-IMP®
Jorge Ancheyta
Instituto Mexicano del Petróleo
Los crudos pesados se requieren mejorar para poder
refinarlos
Propiedades de residuos (343°C) de diferentes crudos
Tipo de Crudo
EKOFISK (NORTH SEA)
BONNY LIGHT (NIGERIA)
WEST TEXAS SOUR (USA)
ARABE LIGERO (ARABIA)
ALASKAN NORTH SLOPE (USA)
ISTMO (MEXICO)
ARABE PESADO (ARABIA)
HONDO (USA)
COLD LAKE (CANADA)
BACHAQUERO (VENEZUELA)
MAYA (MEXICO)
KU-MALOOB-ZAAP (MEXICO)
Gravedad API
20.9
15.5
17.2
14.9
15.5
13.0
7.5
6.8
9.4
7.9
3.7
Azufre,
%peso
0.4
0.3
3.4
3.1
1.8
2.9
4.3
5.8
5.0
3.0
4.7
5.8
Residuos de
carbón, %peso
4.3
2.7
9.0
7.2
9.2
8.1
12.8
12.0
15.1
14.1
15.3
20.4
Ni + V, ppm Residuo, %vol
6
25.2
10
32.6
29
41.6
50
44.6
71
51.5
82
40.4
125
53.8
489
67.2
333
83.7
509
70.2
620
56.4
640
73.7
Los crudos pesados y extra-pesados se caracterizan por:
o Contenidos altos de azufre, metales y precursores de formación de coque
o Precio bajo
o Refinación difícil y costosa
o Para poder refinarlos se requiere realizar un mejoramiento
2
El mejoramiento consiste en convertir crudos pesados en
crudos ligeros con mayor contenido de destilados
 Los crudos pesados poseen gravedad API y relación H/C bajas (son
deficientes en hidrógeno)
 Los crudos ligeros poseen gravedad API y relación H/C altas
2.2
Relación atómica H/C
2.0
Para mejorar los crudos
pesados se requiere
incrementar su relación H/C,
mediante:
1.8
1.6
 Adición de hidrógeno
(hidrotratamiento)
 Rechazo de carbón
(coquización
principalmente)
1.4
1.2
CRUDOS PESADOS
CRUDOS LIGEROS
1.0
5
10
15
20
25
Gravedad API
30
35
3
Procesos
no-catalíticos
Gasificación
Crudo
pesado
10
Visbreaking
Crudo
mejorado
Coquización
retardada
Fluidcoking
Flexi-coking
Los procesos de rechazo de
carbón (coquización
principalmente):
Combustibles
comerciales
Desasfaltado
con solventes
Procesos
secundarios
Los procesos de rechazo de carbón no son recomendables para
mejorar crudos pesados porque producen menor rendimiento
 Reducen el rendimiento
volumétrico de producto
líquido (<100 %vol) y
generan productos de
menor calidad
 Producen cantidades
elevadas de coque
 Los productos obtenidos del
crudo mejorado requieren
tratamiento posterior, para
utilizarse en la producción
de combustibles limpios
Tecnologías de rechazo de carbón y otras
4
Desintegración
Los procesos de adición de hidrógeno producen
catalítica de residuos
rendimiento
(rechazo
de carbón) líquido y productos de calidad alta
H2
Hidrotratamiento
Crudo Lecho fijo *
pesado
Lecho móvil
Desasfaltado
con solventes
Los procesos de adición de
hidrógeno:
Gasificación
Procesos
no-catalíticos
Procesos
catalíticos
Hydrovisbreaking
(no-catalítico)
mayor
Crudo
mejorado
 Incrementan el rendimiento
volumétrico de producto
líquido (>100 %vol)Visbreaking
10
 Los productos obtenidos del
crudo mejorado requieren
mínimo tratamientoCoquización
retardada
posterior, para utilizarse
en
la producción de
combustibles limpios
Fluidcoking
Lecho ebullente
Fase dispersa
Flexi-coking
* Tecnología HIDRO-IMP
Tecnologías de adición de hidrógeno
5
La tecnología HIDRO-IMP® se puede utilizar para
producir crudos mejorados con calidad diferente
OBJETIVO
Producir crudos mejorados con propiedades similares, rendimientos de destilados y
valor que las de crudos ligeros.
APLICACIONES
• Mejoramiento de crudos pesados y extra-pesados
• A conversión parcial (severidad baja) para transporte
• A conversión y selectividad moderada para incremento de calidad
• Conversión de residuo en refinerías nuevas o existentes
Etapa
Investigación
Fundamental
Abril/1999
Etapa
Desarrollo
Tecnológico
Ene/2003
Prueba de
Etapa
Demostración
(10 BPD)
Ago/2006 Abril/2008
Optimización de la
Etapa
Tecnología e
ingeniería
Aplicación para
Etapa
transporte de
crudo pesado
Etapa
Aplicación
Comercial
2008-2011
2012-2013
Pronto
6
El proceso y los catalizadores empleados en la
tecnología HIDRO-IMP® ya están patentados
Patentes otorgadas o en trámite en México, USA, Singapur, Rusia, Australia, y otros países
7
La tecnología HIDRO-IMP® utiliza condiciones moderadas
para mejorar los crudos pesados

Hidrodesintegración catalítica a condiciones de reacción moderadas

Uso de reactores en serie con catalizadores selectivos para
hidrodesmetalización, hidrodesulfuración e hidrodesintegración

Conversión alta de residuo a destilados e incremento del rendimiento de
productos (104-105 %vol)

Formación mínima de sedimentos

Remoción alta de impurezas presentes en el crudo pesado (Azufre,
asfaltenos, nitrógeno, metales)

Producción de crudo mejorado con baja acidez, corrosividad, viscosidad
y tendencia a la formación de coque

Costos de inversión y de operación bajos
8
La tecnología HIDRO-IMP® utiliza un esquema de proceso
similar a plantas de hidrotratamiento convencionales
Fraccionamiento
Desalado
Preparación de
crudo mejorado
Corte
343ºCCrudo pesado
Crudo
Agua
Corte
343ºC+
Crudo mejorado
Hidrógeno recirculación
Salmuera
Purga
Hidrógeno de
reposición
Amina
pobre
Gas amargo
HDS
Amina
rica
HDM
Reactores de
hidrotratamiento
Agua de
lavado
Fracción pesada
hidrotratada
Vapor
Agua amarga
9
La tecnología HIDRO-IMP® se ha evaluado exhaustivamente
a escala piloto y a nivel semi-industrial
10
25
410
20
400
15
390
10
380
5
370
4000
1000
2000
3000
420
7.0
410
6.0
5.0
400
4.0
390
3.0
380
2.0
1.0
0
1000
410
400
390
380
0
1000
2000
Tiempo de corrida, h
3000
370
4000
Ins. en nC7, % peso
20
Temperatura, °C
Ni+V, ppm
420
300
250
200
150
100
50
3000
Tiempo de corrida, h
Tiempo de corrida, h
550
500
450
400
350
2000
370
4000
420
410
15
400
10
390
5
Temperatura, °C
0
8.0
Temperatura, °C
420
Azufre, % peso
30
Temperatura, °C
Gravedad API
Las propiedades del residuo hidrotratado y del crudo mejorado se
mantuvieron constantes en la prueba de larga duración a escala piloto
380
0
0
1000
2000
3000
370
4000
Tiempo de corrida, h
11
Las propiedades del residuo hidrotratado y del crudo mejorado
resultaron constantes y ligeramente mejores en planta semi-industrial
3.0
30
Crudo original = 12.93 API
Residuo atm. = 5.40 API
Desactivación
inicial
Azufre, % peso
20
15
Crudo original = 5.19 % peso
Residuo atm. = 5.74 % peso
2.0
1.5
1.0
Desactivación
inicial
Incremento de
temperatura
Operación a
condiciones estables
0.5
10
0
5
10
15
20
25
0
30
5
10
15
20
25
30
Días
Días
400
20
Incremento de
temperatura
Operación a
condiciones estables
Insolubles en nC7, % peso
Desactivación
inicial
350
Crudo original = 584 ppm
Residuo atm. = 722 ppm
300
Ni+V, ppm
Operación a
condiciones estables
2.5
25
Gravedad API
Incremento de
temperatura
250
200
150
100
Crudo original = 17.03 % peso
Residuo atm. = 21.77 % peso
15
10
5
Desactivación
inicial
Incremento de
temperatura
Operación a
condiciones estables
0
50
0
5
10
15
Días
20
25
30
0
5
10
15
20
25
30
Días
12
La tecnología HIDRO-IMP® mejora de manera
importante la gravedad API de los crudos pesados
Gravedad API del crudo mejorado versus gravedad API del crudo de carga
(Resultados a escala semi-industrial)
16
15
27
14
26
13
12
25
11
24
10
9
23
8
22
Incremento en °API
Gravedad API del crudo mejorado
28
7
6
21
5
20
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Gravedad API de la carga
13
La tecnología HIDRO-IMP® se ha probado a nivel
semi-industrial con diversos crudos pesados
PROPIEDADES
Gravedad específica @ 60/60°F
Gravedad API
Carbón Ramsbottom, % peso
Carbón Conradson, % peso
Azufre total, % peso
Nitrógeno total, ppm
Nitrógeno básico, ppm
Insolubles en nC5, % peso
Insolubles en nC7, % peso
Metales, ppm
Níquel
Vanadio
Ni+V
Crudo de
16°API
25.1°API
(mejorado)
Crudo de
13°API
23.38°API
(mejorado)
Crudo de
10°API
22.6°API
(mejorado)
0.9598
15.93
15.62
15.87
4.602
3570
994
23.09
15.66
0.9036
25.1
5.9
7.1
1.102
2291
927
7.24
4.7
0.9783
13.14
16.54
16.78
5.10
4771
1063
24.09
16.95
0.9136
23.38
6.9
8.1
1.15
2925
930
11.78
5.33
1.0008
9.89
20.67
20.42
5.723
5650
1275
33.53
25.06
0.9182
22.6
7.0
8.3
1.145
2971
1207
--5.3
69.2
361.0
430.2
26
71
97
91.2
452.7
543.9
22
76
98
94.2
494.0
588.2
28
71
99
14
Aplicación de la Tecnología HIDRO-IMP® en una
refinería
Bases para el estudio
(Resultados experimentales y por simulación)
 150,000 BPD de carga
 Crudo pesado de 16°API
 Caso base:
 Coquización retardada para el residuo de vacío
 Caso alterno:
 Tecnología IMP para mejoramiento de crudo pesado
+ coquización redardada para el residuo de vacío
remanente
15
El crudo mejorado obtenido con la Tecnología HIDRO-IMP®
incrementa su contenido de destilados
600
20 %vol
538°C
Temperatura, °C
500
Destilados intermedios
y carga a FCC
400
Crudo 16°API
Crudo 25°API
300
200
100
Crudo 16°API: 45 %vol RV
Crudo 25°API: 25 %vol RV
0
0
20
40
60
80
% Volumen destilado
16
Los productos obtenidos de un crudo mejorado con la
Tecnología HIDRO-IMP® poseen menor contenido de azufre
7
Contenido de azufre, % peso
6
5
4
3
2
1
0
Un crudo mejorado:
 Se puede alimentar a
refinerías no diseñadas
El azufre se
para procesar crudos
distribuye en todas
pesados
las fracciones
 Produce destilados con
contenidos reducidos
de azufre y otras
El azufre se
impurezas
concentra en
las fracciones
 Requiere menor
pesadas
severidad en procesos
secundarios para
Destilados
producir combustibles
intermedios
Nafta
Carga FCC
Residuo
limpios
 Genera cargas más
fáciles de convertir en
procesos corriente
0
20
40
60
80
100
abajo
 Incrementa la vida útil
% Volumen destilado
de catalizadores y
reduce consumo de
Crudo de 16°API
Crudo mejorado 25°API
servicios en procesos
Contenido de azufre de productos obtenidos de crudo de 16°API y
corriente abajo
17
crudo mejorado de 25°API
La Tecnología HIDRO-IMP® incrementa la producción
de combustibles
Unidad
Base (CR)
IMP
MMPCSD
24.03
30.38
Propileno
BPD
3,349
4,907
Propano
BPD
2,599
3,309
Regular
BPD
28,980
30,713
Premium
BPD
30,968
41,525
Total
BPD
59,948
72,238
Turbosina
BPD
11,544
17,346
Diesel
BPD
49,008
57,877
Gasolina+Turbosina+Diesel
BPD
120,500
147,461
Coque
TPD
4,872
1,697
Azufre
TPD
652
1,010
Producto
Gas combustible
Gasolina
18
La tecnología HIDRO-IMP® presenta indicadores económicos
más atractivos en comparación con tecnologías comerciales
INVERSIÓN TOTAL
4546.6
VALOR PRESENTE NETO
3500
4677.7
Base
IMP
3000
Valor Presente Neto, MMUSD
4000
3000
2000
1000
Base
IMP
2845.3
2500
2000
1500
1000
500
0
TASA INTERNA DE RETORNO
25
20
Base
IMP
20.84
15
11.02
10
5
0
-500
Período de Recuperación de la Inversión,
Años
0
Tasa Interna de Retorno, %
Inversión total, MMUSD
5000
7
6
-247.8
PERÍODO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN
Base
IMP
5.83
5
4
3
2.83
2
1
0
Fecha de referencia: Agosto de 2007
19
Ejemplo de propiedades del crudo Castilla y del crudo
mejorado con tecnología HIDRO-IMP®
Propiedad
Unidades
Gravedad API
Sg 60/60°F
Crudo de carga
Crudo mejorado
12.6
24.56
0.9820
0.9067
Azufre total
% peso
2.276
0.664
CCR
% peso
15.17
4.75
Níquel
ppm
78.2
21.5
Vanadio
ppm
311.7
47.1
Nitrógeno total
ppm
4,664
2,425
% peso
15.5
4.85
Insolubles en nC7
20
Curvas de destilación TBP del crudo Castilla y crudo mejorado
600
527°C
Temperatura, °C
500
400
300
200
100
58.6
73.8
0
0
10
20
30
40
50
% volumen acumulado
Crudo Castilla
60
70
80
Crudo mejorado
21
Los elementos clave de la Tecnología HIDRO-IMP® se han
demostrados exhaustivamente en planta piloto y semi-industrial
 La tecnología HIDRO-IMP® de mejoramiento de crudos pesados permite
obtener:
 un incremento significativo en el rendimiento de destilados
 eliminar una proporción alta de las impurezas presentes en la carga
(azufre, metales y asfaltenos)
 reducir la viscosidad, la corrosividad y la tendencia a la formación de
coque del crudo
 costos de inversión moderados y una rentabilidad atractiva
 La tecnología HIDRO-IMP® presenta importantes ventajas económicas y
operativas sobre las tecnologías convencionales y resulta una opción muy
favorable para el mejor aprovechamiento de los crudos pesados
 Todos los componentes de la tecnología HIDRO-IMP® ya se han aplicado a
escala industrial en plantas de hidrotratamiento catalítico de residuos
 Los elementos clave de la tecnología (la operación a baja presión sin
formación excesiva de sedimentos y la alta retención de metales en los
catalizadores) ya se han demostrado exhaustivamente en planta piloto y en
planta semi-industrial
22
Referencias
[email protected]
Traducido a Chino y
Ruso
23