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