anexos - Repositorio Digital UTE

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE TECNOLOGÍA DE PETRÓLEOS
“ANÁLISIS DESCRIPTIVO DE LA UNIDAD DE CRACKING CATALÍTICO
FLUIDIZADO (FCC) PARA LA OBTENCIÓN DE GASOLINA DE ALTO
OCTANAJE, 92 RON EN LA REFINERÍA ESTATAL DE ESMERALDAS
(REE)”
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:
TECNÓLOGO DE PETRÓLEOS
AUTOR:
DUQUE QUIÑÓNEZ JORGE DAVID
DIRECTOR DE TESIS:
ING. FAUSTO RAMOS
QUITO – ECUADOR
2012
© Universidad Tecnológica Equinoccial 2012
Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo JORGE DAVID DUQUE QUIÑÓNEZ, declaro bajo juramento que el
trabajo aquí escrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado
para ningún grado o calificación profesional; y he consultado las referencias
bibliográficas que se incluyen en este documento.
A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad
intelectual correspondientes a este trabajo, a la Universidad Tecnológica
Equinoccial, según lo establecido por la ley de propiedad intelectual, por su
reglamento y por normativa institucional vigente.
Jorge David Duque Quiñónez
C.I. 0802960518
CERTIFICACIÓN
Certifico que el trabajo que lleva por título ´´Análisis Descriptivo de la
Unidad de Cracking Catalítico Fluidizado (FCC) para la Obtención de
gasolina de alto Octanaje, 92 RON en la Refinería Estatal de Esmeraldas
(REE)”, que, para aspirar al título de Tecnólogo de Petróleos, fue
desarrollado por el Sr. Jorge David Duque Quiñónez, bajo mi dirección y
supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las
condiciones requeridas por el reglamento de trabajos de titulación artículos
18 y 25.
Ing. Fausto Ramos Aguirre
DIRECTOR DEL TRABAJO
C.I. 1705134102
DEDICATORIA
A mis Padres:
Ing. Jorge David Duque Rebolledo y Bertha Quiñónez Ávila.
Amor, Dedicación, Comprensión, Valor.
Razón de mi Existencia.
A mis Hermanos:
Kevin Patrick, Jordi Steven, Iordan Raí y Jostin Kirk.
Inteligentes, Consecuentes, Solidarios y Fraternos.
Pilares Fundamentales de ésta, su Obra.
A mi Novia:
Rossmary
Dulzura Tierna, Corazón Enamorado, Amor inagotable.
Fuente Viva de mi Inspiración.
Jorge.
AGRADECIMIENTO
A nuestro Padre Supremo
DIOS TODOPODEROSO.
Guía, Protección y Fortaleza de mi Vida.
A mi Universidad Tecnológica Equinoccial.
A mis catedráticos y mis compañeros.
Por sus Enseñanzas y Convivencias.
A la Unidad de Cracking Catalítico Fluidizado
de la Refinería Estatal de Esmeraldas.
Su Personal de Dirección y Operación.
A mi Maestro y Amigo Director de Tesis.
Ing. Fausto Ramos Aguirre.
Cuya Profunda enseñanza y viable Practicidad de campo.
Constituyen elementos concomitantes de ésta obra,
Que es de ustedes, hermanos de mi Patria.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN .................................................................................................... xi
ABSTRACT ................................................................................................ xiii
1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 1
1.1 OBJETIVOS ......................................................................................... 3
1.1.1 OBJETIVO GENERAL.................................................................... 3
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................... 3
2. MARCO TEÓRICO .................................................................................... 5
2.1 DESTILACIÓN ...................................................................................... 5
2.1.1 DESTILACIÓN SIMPLE ................................................................. 5
2.1.2 DESTILACIÓN FRACCIONADA .................................................... 5
2.1.3 DESTILACIÓN AL VACÍO .............................................................. 7
2.2 DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO ......................................................... 8
2.3 REFINERÍA ........................................................................................ 10
2.3.1 PROCESO DE REFINO ............................................................... 11
2.4 ADSORCIÓN ...................................................................................... 17
2.5 TAMICES MOLECULARES ................................................................ 20
2.6 FAMILIAS QUÍMICAS DE HIDROCARBUROS .................................. 24
2.7 CATALIZADORES .............................................................................. 25
2.7.1 MECANISMO DE REACCIÓN ..................................................... 27
2.8
TRATAMIENTOS CATALÍTICOS QUE EXISTEN .......................... 29
2.8.1 CRAQUEO CATALÍTICO ............................................................. 29
2.8.2 CRAQUEO CATALÍTICO FLUIDO ............................................... 31
2.8.3 CRAQUEO CATALÍTICO FLUIDO ............................................... 33
3. METODOLOGÍA ...................................................................................... 37
3.1 CONCEPTOS DEL CRAQUEO CATALÍTICO (FCC) ......................... 37
3.2 ECONOMÍA DEL PROCESO ............................................................. 37
3.3 PRINCIPALES REACCIONES ........................................................... 38
3.4 CARGAS Y PRODUCCIONES. TIPOS Y CALIDADES...................... 38
i
3.4.1 PRODUCCIONES ........................................................................ 39
3.5 LAS UNIDADES DE FCC: .................................................................. 40
3.6 VARIABLES DEL PROCESO ............................................................. 40
3.6.1 VARIABLES OPERATIVAS INDEPENDIENTES ......................... 41
3.6.2 VARIABLES DEPENDIENTES ..................................................... 41
3.6.3 DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES: ......................................... 41
3.7 DESCRIPCIÓN DE LOS BALANCES................................................. 42
3.7.1 BALANCE DE CALOR ................................................................. 42
3.7.2 BALANCE DE CARBÓN .............................................................. 43
3.7.3 BALANCE DE PRESIÓN.............................................................. 44
3.8 CATALIZADORES .............................................................................. 44
3.8.1 ADITIVOS..................................................................................... 45
3.9 UNIDAD CRACKING CATALÍTICO FLUIDO (FCC) ........................... 45
3.9.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO .................................................. 48
3.9.1.1 Sección reactor – regenerador ............................................... 49
3.9.1.2 Sección de fraccionamiento ................................................... 53
3.10 CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LA UNIDAD FCC EN LA REE
................................................................................................................. 55
3.11 PRODUCTOS OBTENIDOS DE LA UNIDAD FCC .......................... 55
3.12 EQUIPOS DEL PROCESO............................................................. 56
3.12.1 SISTEMA DE CARGA DE GASÓLEO PESADO ........................ 56
3.12.2 SECCIÓN CATALÍTICA ........................................................... 56
3.12.2.1 El elevador del reactor ......................................................... 56
3.12.2.2 Reactor................................................................................. 58
3.12.2.3 Despojador de catalizador.................................................... 59
3.12.2.4 Bajante del reactor ............................................................... 59
3.12.2.5 Regenerador ........................................................................ 61
3.12.2.6 Bajante del regenerador ....................................................... 63
3.12.2.7 Calentador de aire ................................................................ 64
3.12.2.8 Sistema de aceite de antorcha ............................................. 65
3.12.2.9 Sistema de aceite hidráulico ................................................ 66
3.12.2.10 Instrumentación .................................................................. 68
ii
3.12.2.11 Almacenamiento de catalizador ......................................... 70
3.12.2.12 Vapor de purga .................................................................. 70
3.12.3 SECCIÓN FRACCIONAMIENTO ............................................... 71
3.12.3.1 Columna principal de destilación.......................................... 71
3.12.3.2 Despojador de cortes laterales............................................. 74
3.12.3.3 Sedimentador de lodos ........................................................ 75
3.12.4 VARIABLES DEL PROCESO-REACTOR .................................. 75
3.12.4.1 Manipuleo de catalizador ..................................................... 76
3.12.4.2 Relación catalizador/aceite .................................................. 77
3.12.4.3 Flujo de carga ...................................................................... 78
3.12.4.4 Temperatura de la carga combinada ................................... 78
3.12.5 VARIABLES DEL PROCESO REGENERADOR ........................ 79
3.12.5.1 Distribución del aire .............................................................. 80
3.12.5.2 Condiciones del catalizador ................................................. 80
3.12.5.3 Combustión del coque.......................................................... 81
3.12.5.4 Flujo de aire de combustión ................................................. 81
3.12.5.5 Temperatura de la fase densa ............................................. 82
3.12.5.6 Razón de recirculación del catalizador ................................. 83
3.12.5.7 Nivel del regenerador ............................................................ 83
3.12.5.8 Presión del regenerador ....................................................... 84
3.12.5.9 Aceite de antorcha ............................................................... 85
3.12.6 PROPIEDADES DE LA CARGA .............................................. 85
3.12.6.1 Rango de ebullición .............................................................. 88
3.12.6.2 Residuo de carbón ............................................................... 89
3.12.6.3 Color..................................................................................... 90
3.12.6.4 Gravedad ............................................................................. 90
3.12.6.5 Metales................................................................................. 91
3.12.6.6 Nitrógeno.............................................................................. 93
3.12.6.7 Oxígeno................................................................................ 93
3.12.6.8 Azufre ................................................................................... 94
3.12.7 PROPIEDADES DEL CATALIZADOR........................................ 94
3.12.7.1 Densidad másica aparente (ABD) ........................................ 95
iii
3.12.7.2 Resistencia de la atricción.................................................... 95
3.12.7.3 Venenos del catalizador ....................................................... 95
3.12.7.4 Prueba de microactividad del catalizador de equilibrio (MAT)
........................................................................................................... 97
3.12.7.4.1 Actividad ........................................................................ 97
3.12.7.4.2 Selectividad.................................................................... 98
3.12.7.4.3 Distribución del tamaño de las partículas ...................... 99
3.12.7.4.4 Volumen poral .............................................................. 100
3.12.7.4.5 Índice de sinterización ................................................. 101
3.13 PROCESOS MEROX DE LA REFINERÍA ESTATAL DE
ESMERALDAS (REE) ............................................................................ 101
3.13.1 MEROX JET FUEL (100) ......................................................... 101
3.13.2 MEROX GASOLINA (200)........................................................ 102
3.13.3 MEROX LPG (300) ................................................................... 104
3.13.4 PROCESO DE GAS CON (Concentración de Gases)................. 104
3.5 DESULFURACIÓN DE GASOLINAS ............................................... 105
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS............................................................... 107
4.1 LA COMPLEJIDAD DEL PROCESO DE LA UNIDAD DE CRACKING
CATALÍTICO FLUIDO ............................................................................ 107
4.1.1 ATRICCIÓN................................................................................ 108
4.1.2 SINTERIZACIÓN ........................................................................ 108
4.1.3 ENVENENAMIENTO DEL CATALIZADOR ................................ 108
4.1.4 ENCARBONAMIENTO ............................................................... 108
4.1.5 POST - COMBUSTIÓN .............................................................. 108
4.2 OBSERVACIONES........................................................................... 109
4.2.1 LA UNIDAD FCC. ....................................................................... 110
4.2.2 FALTA DE MANTENIMIENTO ................................................... 113
4.2.3 CONTAMINACIÓN AMBIENTAL ................................................ 114
4.2.4 PÉRDIDA DE VAPOR ................................................................ 117
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES......................................... 119
5.1 CONCLUSIONES ............................................................................. 119
5.2 RECOMENDACIONES..................................................................... 120
iv
BIBLIOGRAFÍA GENERAL....................................................................... 121
GLOSARIO ................................................................................................ 123
v
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
TABLA 1. Productos obtenidos de una unidad de FCC. ............................. 39
TABLA 2. Productos obtenidos de la Unidad FCC de la Refinería Estatal
Esmeraldas ................................................................................. 55
TABLA 3. Propiedades de la carga ............................................................. 87
TABLA 4. Requisitos de la gasolina súper de acuerdo a la norma INEN 935
.................................................................................................. 103
vi
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
FIGURA 1. Proceso de Refinación de la Refinería Estatal de Esmeraldas . 11
FIGURA 2. Compuestos de Azufre presentes en las gasolinas................... 16
FIGURA 3. Adsorción en un sólido poroso .................................................. 17
FIGURA 4. Representación Esquemática de la estructura de la zeolita ..... 28
FIGURA 5. Tipo de Reacciones Químicas efectuadas en el Sistema
Catalítico ................................................................................... 29
FIGURA 6. Craqueo Catalítico..................................................................... 31
FIGURA 7. Craqueo Catalítico fluidizado .................................................... 33
FIGURA 8. Craqueo Catalítico..................................................................... 36
FIGURA 9. Principales Reacciones del Cracking Catalítico Fluido.............. 38
FIGURA 10. Unidad de Cracking Catalítico Fluido (FCC) ........................... 46
FIGURA 11. Proceso Cracking Catalítico Fluido (FCC) en la Refinería Estatal
Esmeraldas ............................................................................. 47
FIGURA 12. Proceso Reactor – Regenerador ............................................. 49
FIGURA 13. Proceso de Fraccionamiento en la Unidad FCC ..................... 53
FIGURA 14. Elevador del Reactor ............................................................... 57
FIGURA 15. Reactor de la Unidad FCC ...................................................... 58
FIGURA 16. Bajante del Reactor ................................................................. 60
FIGURA 17. Regenerador de la Unidad FCC .............................................. 62
FIGURA 18. Bajante del Regenerador ........................................................ 64
FIGURA 19. Calentador de Aire .................................................................. 65
FIGURA 20. Proceso de Desulfuración de Gasolinas ............................... 106
FIGURA 21. Vista posterior del Reactor y Regenerador ........................... 110
FIGURA 22. Nuevo Reactor ...................................................................... 111
FIGURA 23. Nuevo Regenerador .............................................................. 112
FIGURA 24. Horno en mal estado ............................................................. 113
FIGURA 25. Bombas obsoletas ................................................................. 114
FIGURA 26. Derrame de crudo ................................................................. 115
FIGURA 27. Sacos de catalizador gastado ............................................... 115
vii
FIGURA 28. Sacos de catalizador gastado ............................................... 116
FIGURA 29. Sacos de catalizador gastado amontonados......................... 116
FIGURA 30. Fugas de vapor ..................................................................... 117
FIGURA 31. Tuberías con pérdida de vapor ............................................. 118
viii
ÍNDICE DE ECUACIONES
PÁGINA
ECUACIÓN 1. Balance de carbón ............................................................... 43
ECUACIÓN 2. Combustión completa .......................................................... 81
ECUACIÓN 3. Combustión parcial .............................................................. 81
ECUACIÓN 4. Combustión CO ................................................................... 81
ECUACIÓN 5. Gravedad específica ............................................................ 91
ECUACIÓN 6.Factor de metales ................................................................. 91
ECUACIÓN 7.Factor de metales ppm ......................................................... 96
ix
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO 1. Propiedades del Catalizador .................................................... 128
ANEXO 2. Reporte de Resultados de Análisis de Rutina .......................... 129
ANEXO 3. Certificado de Calidad de la gasolina después de someterse al
blending de acuerdo a la norma técnica INEN 935-2012 .......... 130
ANEXO 4. Certificado de Calidad de la nafta después de someterse al
proceso merox gasolina Tanque Y-T8019 ................................ 131
x
RESUMEN
El presente trabajo trata acerca del análisis descriptivo de la unidad de
cracking Catalítico Fluidizado (FCC) en la Refinería Estatal de Esmeraldas
La destilación fraccionada se basa en el hecho de que cada uno de los
componentes del petróleo posee una temperatura de ebullición determinada,
alcanzada la cual se transforma en vapor separándose de los demás; como
el más valioso de los componentes del aceite mineral es la gasolina y como
la proporción de esta en el petróleo es baja,
se diseña procedimientos
especiales para aumentar la cantidad de gasolina en
un volumen
determinado de petróleo, esto se logra mediante lo que se conoce con el
nombre de craqueo palabra que deriva de la inglesa “cracking” que significa
ruptura; y efectivamente mediante elevadas
temperaturas y moderadas
presiones se logra romper las moléculas de los productos más pesados y
transformarlos en gasolina.
Un proceso de craqueo usa altas temperatura para convertir hidrocarburos
pesados en productos líquidos más valiosos. Esto puede ser efectuado por
método
térmico
o
catalítico.
El
proceso
catalítico
ha
superado
completamente el craqueo térmico, porque el catalizador permite que las
reacciones de craqueo tengan lugar a bajas temperaturas y presiones, en
otro tiempo producen una gasolina de alto octanaje, gases de craqueo más
estables, y menores rendimiento de productos pesados indeseables.
El
craqueo catalítico fluido (FCC) es un proceso que emplea un catalizador en
forma de partículas esféricas muy pequeñas, llamado catalizador zeolítico, el
cual se fluidiza cuando es aereado con vapor. El catalizador fluidizado es
continuamente circulado de la zona de regeneración donde el catalizador
que fue desactivado en el reactor, es reactivado. Además para promover la
acción catalítica, el catalizador es el vehículo para la transferencia de calor
de la zona de regeneración a la de reacción. Estas dos zonas están
xi
localizadas en recipientes separados llamados reactor y regenerador.
La Refinería Estatal de Esmeraldas es el complejo industrial más grande del
país, está diseñada para procesar 110 barriles diarios de crudo con 27oAPI
pero actualmente está procesando 96.789 barriles de crudo, 450 toneladas
métricas de gas y 10.000 mil galones de gasolina súper. Actualmente la
Refinería Estatal de Esmeraldas está siendo rehabilitada a cargo de la
compañía SK & EC Engineering para un funcionamiento del 100%.
Todos los análisis y resultados están avalados por la aplicación de normas
técnicas nacional e internacional aceptadas en la industria hidrocarburÍfera,
como son INEN, API, ASTM, y UOP.
Como principal conclusión se tiene que una unidad de FCC en cualquier
Refinería de petróleo en el mundo es el corazón de la misma y permite
incrementar sustancialmente el rendimiento en productos limpios como son:
gasolina de alta calidad y gas que serán convertidos posteriormente en GLP
(gas licuado de petróleo).
xii
ABSTRACT
This paper deals with the descriptive analysis of the fluidized catalytic
cracking unit (FCC) in the State of Esmeraldas refinery.
Fractional distillation is based on the fact that each of the components of the
oil has a specific boiling point is reached, turns into steam separating from
the other, as the most valuable component is mineral oil and gasoline as in
the proportion of this oil is low, special procedures are designed to increase
the amount of gas in a given volume of oil, this is achieved by what is known
as cracking word derived from the English "cracking" which means break;
and effectively moderated by high temperatures and pressures is achieved
by breaking the molecules of the heavier products and transform them into
gasoline.
A cracking process uses high temperatures to convert heavy hydrocarbons
into more valuable liquid products. This can be effected by thermal or
catalytic method. The catalytic process has completely passed the thermal
cracking, wherein the catalyst allows the cracking reactions take place at low
temperatures and pressures, in another time produce a high octane gasoline,
cracking gases
more
stable,
and
lower product
yield
undesirable
heavy . Fluid catalytic cracking (FCC) is a process employing a catalyst in the
form of very small spherical particles, called zeolite catalyst which is fluidized
with steam when aerated. The fluidized catalyst is continuously circulated
from the regeneration zone where the catalyst was deactivated in the reactor
is reactivated. In addition to promoting the catalytic action, the catalyst is the
vehicle
for
transferring
heat
from
the
regeneration
zone
to
the
reaction. These two areas are located in separate vessels called reactor and
regenerator.
xiii
Esmeraldas Refinery State is the largest industrial complex in the country, is
designed to process 110 barrels per day with 27O API but is currently
processing 96,789 barrels of oil, 450 tons of gas and 10,000 thousand
gallons of petrol. Currently the State of Esmeraldas refinery is being
rehabilitated by the company SK & EC Engineerimg to a performance of
100%.
All analyzes and results are supported by the implementation of national and
international standards accepted in the oil industry, such as INEN, API,
ASTM, and UOP.
xiv
INTRODUCCIÓN
1. INTRODUCCIÓN
Desde el inicio, la industria de refinación ha cambiado continuamente, por lo
tanto se requiere una rápida revisión de los principales hitos en el desarrollo
de la industria.
La refinería estatal de Esmeraldas está situada en la provincia de
Esmeraldas, a 3.8 Km de distancia del océano pacífico; está catalogada
actualmente como una refinería de complejidad 4.5.
Fue diseñada y construida entre 1974 y 1977 para procesar 55000 BPD. En
1987 amplió sus instalaciones a 90000 BPD. En 1997 amplió su capacidad
hasta 110000 BPD, siendo la refinería más grande del país.
Adaptándose cada vez para procesar crudos más pesados y de menor
calidad e incorporando nuevas unidades de alta conversión para mejorar la
calidad de los combustibles y minimizar el impacto ambiental.
Para la recepción del crudo oriente, y el almacenamiento de productos
intermedios y terminados, dispone de:
Seis tanques de crudo con un volumen operativo de 180000 barriles cada
uno.
Obteniendo
51
tanques
de
almacenamiento
y
15
esferas
para
almacenamiento de GLP.
Las refinerías producen principalmente tres tipos de derivados que son:
Productos Terminados: Se envían directamente al consumidor (ej.:
solventes, diesel).
1
Productos semi elaborados: Base para mezclas, requieren aditivos para su
consumo (naftas, gasolina base, bases lubricantes).
Sub productos o productos intermedios: Materia prima para la petroquímica.
Toda la producción de Petroindustrial, se destina para satisfacer las
necesidades energéticas del país, para el parque automotor y el sector
industrial en costa, sierra, oriente y las islas Galápagos.
Es necesario destacar la importancia que tiene el proceso de desintegración
catalítica fluida ya que este se basa en la descomposición o rompimiento de
moléculas de alto peso molecular, esta reacción se promueve
por un
catalizador sólido con base en zeolitas en presentación pulverizada que se
incorpora a los hidrocarburos de carga en un reactor de tipo tubular con flujo
ascendente.
Es importante también mencionar que en el proceso se producen además de
gasolina, productos más ligeros como gas seco (metano y etano)
y
fracciones de tres a cinco átomos de carbono de carácter olefínico que se
utilizan como materia prima en la producción de éteres y gasolina alquilada
en procesos subsecuentes de la refinería.
La desintegración catalítica fluida es un proceso de conversión de
hidrocarburos pesados presentes en los gasóleos de vacío, que permite
producir gasolina y en consecuencia aumentar el rendimiento de este
combustible en las refinerías, disminuyendo la producción de residuales.
2
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 OBJETIVO GENERAL
Analizar la unidad de cracking catalítico fluidizado de la refinería estatal de
Esmeraldas, para determinar las condiciones de operación y variables de
procesos básicos en la producción de gasolinas de alto octanaje y gases
combustibles destinados a la producción de GLP (gas licuado de petróleo)
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Definir las operaciones unitarias que integran la unidad de FCC y describir
el proceso.
• Determinar si al terminar el proceso de la unidad FCC se obtiene la
gasolina de alto octanaje 92 RON, mediante verificaciones de análisis
físico-químicos.
• Obtener y Observar datos en el campo, realizar sugerencias de mejora a
los procesos.
La desintegración catalítica fluida es un proceso de conversión de
hidrocarburos pesados presentes en los gasóleos de vacío, que permite
producir gasolina y en consecuencia aumentar el rendimiento de este
combustible en las refinerías, disminuyendo la producción de residuales
Los métodos a utilizarse son:
• Método de análisis: Este método será utilizado en la revisión y análisis de
la información de la Unidad de Cracking Catalítico Fluidizado (FCC), de la
Refinería Estatal Esmeraldas, para determinar la calidad de las gasolinas.
3
• Método de síntesis: Aplicable para la estructuración del informe final y en
la propuesta.
• Método de campo: Visita a las instalaciones de la Refinería Estatal de
Esmeraldas, con la finalidad de recopilar datos, y análisis respectivo.
4
MARCO TEÓRICO
2. MARCO TEÓRICO
2.1 DESTILACIÓN
La destilación es la operación de separar, mediante evaporización y
condensación, los diferentes componentes líquidos, sólidos disueltos en
líquidos o gases licuados de una mezcla, aprovechando los diferentes
puntos de ebullición (temperaturas de ebullición) de cada una de las
sustancias ya que el punto de ebullición es una propiedad intensiva de cada
sustancia, es decir, no varía en función de la masa o el volumen, aunque sí
en función de la presión.
La destilación es la operación de separar, comúnmente mediante calor, los
diferentes componentes líquidos de una mezcla, aprovechando las
diferencias de volatilidades de los compuestos a separar.
2.1.1 DESTILACIÓN SIMPLE
En la destilación simple los vapores producidos son inmediatamente
canalizados hacia un condensador, el cual los refresca y condensa de modo
que el destilado no resulta puro. Su composición será idéntica a la
composición de los vapores a la presión y temperatura dados y pueden ser
computados por la ley de Raoult.
2.1.2 DESTILACIÓN FRACCIONADA
Es una variante de la destilación simple que se emplea principalmente
cuando es necesario separar líquidos con punto de ebullición cercanos.
La principal diferencia que tiene con la destilación simple es el uso de una
columna de fraccionamiento. Ésta permite un mayor contacto entre los
5
vapores que ascienden con el líquido condensado que desciende, por la
utilización de diferentes "platos". Esto facilita el intercambio de calor entre los
vapores (que ceden) y los líquidos (que reciben). Ese intercambio produce
un intercambio de masa, donde los líquidos con menor punto de ebullición se
convierten en vapor, y los vapores con mayor punto de ebullición pasan al
estado líquido.
La destilación fraccionada es un proceso físico utilizado en química para
separar mezclas (generalmente homogéneas) de líquidos mediante el calor,
y con un amplio intercambio calórico y másico entre vapores y líquidos. Se
emplea cuando es necesario separar compuestos de sustancias con puntos
de ebullición distintos pero cercanos. Algunos de los ejemplos más comunes
son el petróleo, y la producción de etanol.
La principal diferencia que tiene con la destilación simple es el uso de una
columna de fraccionamiento. Ésta permite un mayor contacto entre los
vapores que ascienden con el líquido condensado que desciende, por la
utilización de diferentes "platos" (placas). Esto facilita el intercambio de calor
entre los vapores (que ceden) y los líquidos (que reciben). Ese intercambio
produce un intercambio de masa, donde los líquidos con menor punto de
ebullición se convierten en vapor, y los vapores de sustancias con mayor
punto de ebullición pasan al estado líquido.
La mezcla se pone en el aparato de destilación, que suele consistir en un
matraz (u otro recipiente en general esférico), en cuya parte inferior hay unas
piedrecillas que impiden que el líquido hierva demasiado rápido. En la boca
del recipiente, en la parte superior, hay una columna de fraccionamiento,
consistente en un tubo grueso, con unas placas de vidrio en posición
horizontal. Mientras la mezcla hierve, el vapor producido asciende por la
columna, se va condensando en las sucesivas placas de vidrio y vuelve a
caer hacia el líquido, produciendo un reflujo destilado. La columna se
6
calienta desde abajo y, por tanto, la placa de vidrio más caliente está en la
parte inferior, y la más fría en la superior. En condiciones estables, el vapor y
el líquido de cada placa de vidrio están en equilibrio y, solamente los
vapores más volátiles llegan a la parte superior en estado gaseoso. Este
vapor pasa al condensador, que lo enfría y lo dirige hacia otro recipiente,
donde se licúa de nuevo. Se consigue un destilado más puro cuánto más
placas de vidrio haya en la columna. La parte condensada en la placa más
cercana al azeótropo contiene gradualmente menos etanol y más agua,
hasta que todo el etanol queda separado de la mezcla inicial. Este punto se
puede reconocer mediante el termómetro ya que la temperatura se elevará
bruscamente.
2.1.3 DESTILACIÓN AL VACÍO
La destilación al vacío consiste en generar un vacio parcial dentro del
sistema de destilación para destilar sustancias por debajo de su punto de
ebullición normal. Este tipo de destilación se utiliza para purificar sustancias
inestables por ejemplo las vitaminas. (WAUQUIER, J., 1998).
En el caso de la industria del petróleo es la operación complementaria de
destilación del crudo procesado en la unidad de destilación atmosférica, que
no se vaporiza y sale por la parte inferior de la columna de destilación
atmosférica. El vaporizado de todo el crudo a la presión atmosférica
necesitaría elevar la temperatura por encima del umbral de descomposición
química y eso, en esta fase del refino de petróleo, es indeseable.
El residuo atmosférico o crudo reducido procedente del fondo de la columna
de destilación atmosférica, se bombea a la unidad de destilación a vacío, se
calienta generalmente en un horno a una temperatura inferior a los 400 °C,
similar a la temperatura que se alcanza en la fase de destilación atmosférica,
y se introduce en la columna de destilación. Esta columna trabaja a vacío,
7
con una presión absoluta de unos 20 mm de Hg, por lo que se vuelve a
producir una vaporización de productos por efecto de la disminución de la
presión, pudiendo extraerle más productos ligeros sin descomponer su
estructura molecular.
En la unidad de vacío se obtienen solo tres tipos de productos:
•
Gas Oil Ligero de vacío (GOL).
•
Gas Oil Pesado de vacío (GOP).
•
Residuo de vacío.
Los dos primeros, GOL y GOP, se utilizan como alimentación a la unidad de
craqueo
catalítico
después
de
desulfurarse
en
una
unidad
de
hidrodesulfuración (HDS).
El producto del fondo, residuo de vacío, se utiliza principalmente para
alimentar a unidades de craqueo térmico, donde se vuelven a producir más
productos ligeros y el fondo se dedica a producir fuel oil, o para alimentar a
la unidad de producción de coque.
2.2 DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO
La destilación, comúnmente llamada columna de destilación, donde debido a
la diferencias de volatilidades comprendidas entre los diversos compuestos
hidrocarbonados va separándose a medida que se desplaza a través de la
torre hacia la parte superior o inferior. El grado de separación de los
componentes
del
petróleo
está
estrechamente
ligado
al punto
de
ebullición de cada compuesto.
El lugar al que ingresa el petróleo en la torre o columna se denomina "Zona
Flash" y es aquí el primer lugar de la columna en el que empiezan a
separarse los componentes del petróleo.
8
Los compuestos más volátiles, es decir los que tienen menor punto de
ebullición, ascienden por la torre a través de platos instalados en forma
tangencial al flujo de vapores. En estos platos se instalan varios dispositivos
llamados "Copas de Burbujeo", de forma similar a una campana o taza, las
cuales son instaladas sobre el plato de forma invertida. Estas copas tienen
perforaciones o espacios laterales. El fin de las copas de burbujeo, o
simplemente copas, es la de hacer condensar cierto porcentaje de
hidrocarburos, los más pesados, y por consiguiente llenando el espacio
comprendido entre las copas el plato que lo sostiene, empezando de esta
manera a "inundar" el plato. La parte incondensable, el hidrocarburo volátil,
escapará de esa copa por los espacios libres o perforaciones con dirección
hacia el plato inmediato superior, en el que volverá a atravesarlo para entrar
nuevamente en las copas instaladas en dicho plato, de manera que el
proceso se repita cada vez que los vapores incondensables atraviesen un
plato. Al final, en el último plato superior, se obtendrá un hidrocarburo
"relativamente" más ligero que los demás que fueron retenidos en las etapas
anteriores, y que regularmente han sido extraídos mediante corrientes
laterales.
En la primera extracción, primer plato, o primer corte, se puede obtener
gas, gasolina, nafta o cualquier otro similar. Todo esto dependerá del tipo de
carga (alimentación a la planta), diseño y condiciones operativas de los
hornos que calientan el crudo, y en general de la planta.
Los siguientes, son los derivados más comunes que suelen ser obtenidos en
las torres de destilación. Todos ordenados desde el compuesto más pesado
al más ligero:
1. Residuos sólidos
2. Aceites y lubricantes
3. Gasóleo y Fuel Oil
9
4. Queroseno
5. Disolventes
6. GLP (Gases licuados del petróleo)
Si hay un excedente de un derivado del petróleo de alto peso molecular,
pueden romperse las cadenas de hidrocarburos para obtener hidrocarburos
más ligeros mediante un proceso denominado craqueó.
Existe
también
un
proceso
no
tan
severo
como
el
craqueo,
llamado Visbreaking, el cual busca principalmente obtener, a partir de
residuales asfálticos u otros "fondos de barril", productos más ligeros. Sin
embargo este proceso no es tan conveniente ya que no logra aligerar
grandemente la carga requerida.
2.3 REFINERÍA
Una refinería es una planta industrial destinada a la refinación del petróleo,
por medio de la cual, mediante un proceso adecuado, se obtienen diversos
combustibles fósiles, capaces de ser utilizados por motores de combustión
como muestra la FIGURA 1: gasolinas, gasóleos, etc. Y como parte natural
del proceso, Se obtienen diversos productos tales como aceites minerales y
asfaltos.
10
FIGURA 1. Proceso de Refinación de la Refinería Estatal de Esmeraldas
(Ramos F., 2008)
2.3.1 PROCESO DE REFINACIÓN
El
primer
paso
en
el proceso de refino o
refinación
es
la destilación atmosférica realizada en las unidades de crudo. El crudo
calentado entra en la torre de crudo en la que se separan los diferentes
componentes
del
petróleo
según
sus
Obtenemos GLP, nafta, keroseno, gasóleo y
puntos
un
de
componente
ebullición.
residual
llamado residuo atmosférico. Este residuo se calienta y entra a las unidades
de vacío en las que se extrae el gasoil de vacío, dejando como producto
residual el residuo de vacío. (Ver 2.2 destilación del petróleo)
Los productos obtenidos se tratan para conseguir productos comerciales en
la forma siguiente:
•
Los gases ligeros (metano y etano) se endulzan para eliminar el ácido
sulfhídrico y se aprovechan como combustible en la propia refinería.
11
•
El GLP se separa en propano y butano que son envasados a presión o
usados
como
materia
prima
para
producir
etileno
y
propileno
y combustible para automóviles o combustible doméstico GLP.
•
Las naftas se tratan en las unidades de reformado catalítico para mejorar
sus cualidades y se mezclan para obtener gasolinas comerciales. La
fracción ligera de la nafta también se procesa en unidades de
isomerización para mejorar su índice de octano; asimismo puede ser
usada para producir etileno y propileno.
•
El keroseno es tratado para cumplir las especificaciones de combustible
para aviación o para usarse en la formulación del diésel de automoción.
•
El gasóleo se lleva a las unidades de hidrodesulfuración, donde se
reduce su contenido en azufre, tras lo cual se usa para formular diésel de
automoción o gasóleo de calefacción.
•
El gasoil de vacío no es un producto final. Se lleva a las unidades
de FCC (cracking catalítico fluido) donde a elevada temperatura y con
presencia de un catalizador en polvo sus largas moléculas se rompen y
se transforman en componentes más ligeros como GLP, naftas o
gasóleos. El gasoil de vacío también puede convertirse en las unidades
de hidrocraqueo, donde a unos 400-440 °C y alta presión, en presencia
de catalizadores apropiados, se transforma también en GLP, naftas o
gasóleos libres de azufre. Estas unidades producen un gasóleo de mejor
calidad (con mejor índice de octano) que las unidades de FCC.
•
El residuo de vacío se puede utilizar bien al someterlo a altísimas
temperaturas en las unidades de coque en las que se producen
componentes más ligeros y carbón de coque que puede calcinarse para
formar carbón verde. Este residuo de vacío también puede ser usado
para fabricar fuelóleo, bien directamente o previa su conversión térmica
en unidades de viscorreducción.
•
En todas las refinerías se produce también azufre sólido, como
subproducto, debido a las limitaciones impuestas a la emisión del dióxido
de azufre a la atmósfera.
12
Una refinería media procesa entre 15000 y 30000 m3 de petróleo cada día.
Los complejos refinadores más grandes del mundo en 2004, situados
en Venezuela, llegan a procesar más de 100000 m3 al día.
El crudo recibido en la Refinería Estatal Esmeraldas desde el Oleoducto es
tratado previamente al proceso de refinación a fin de eliminar la mayor
cantidad de contaminantes que contiene. En los tanques de almacenamiento
reposa el tiempo suficiente para permitir la separación del agua de formación
proveniente de los campos de producción.
Una vez que el agua denominada “salmuera” por su alta concentración de
sales, es eliminada, el crudo es enviado a las Unidades de Destilación
Atmosférica para su refinación.
La destilación Atmosférica es un proceso de separación físico que se
fundamenta en los diferentes puntos de ebullición de los componentes del
crudo por lo tanto no existen cambios en la estructura molecular de estos.
El crudo desalado es calentado en intercambiadores de calor y un horno
hasta una temperatura alrededor de los 360 °C a la cual es alimentado a la
torre de destilación en ella debido a la diferencia de punto de ebullición de
los diferentes compuestos del crudo estos se separan en fracciones. La
fracción más ligera se obtiene por el domo de la torre y está compuesta por
los gases, LPG y naftas ligeras y pesadas, la fracción siguiente corresponde
a Jet-fuel y Diesel 1 que se obtiene más abajo en la torre: El diesel 2 que es
la fracción inmediata más pesada, se obtiene más abajo finalmente por el
fondo de la torre, se retira el denominado crudo reducido que se acumula en
la zona de agotamiento de la torre de destilación y este residuo es enviado a
las Unidades de Destilación al Vacío.
13
Una vez obtenido el crudo reducido, va a la Unidad de Destilación al Vacío la
cual se fundamenta en la disminución de la presión de operación hasta
niveles de 5 mm Hg, presión a la cual el punto de ebullición de los
compuestos disminuye. Esto permite continuar destilando el crudo reducido
obtenido del fondo de la torre de destilación atmosférica, en donde se
obtienen las fracciones conocidas como gasóleos ligero y gasóleos pesados
que son fracciones conformadas por compuestos con mayor peso molecular
que las del Diesel 2, estas fracciones sirven como la carga para la Unidad de
Cracking Catalítico Fluido, FCC. Por el fondo de la torre se obtienen los
denominados “fondos de vacío” que es la fracción más pesada del crudo, la
misma que se utiliza para la preparación de los asfaltos y como carga para la
Unidad de Reducción de Viscosidad.
La
carga
que
entra
a
la
Unidad
de
Reducción
de
Viscosidad,
fundamentalmente es un proceso físico de desintegración térmica (cracking
térmico) mediante el cual por efecto de la temperatura alrededor de 445 °C,
se provoca la ruptura de las cadenas moleculares que constituyen los fondos
de vacío, obteniendo como resultado un producto (residuo) con menor
viscosidad, que es utilizado en la preparación del fuel oíl. La función de esta
unidad, es minimizar el consumo de diluyente en la preparación del fuel oíl.
La carga (Gasóleo pesado) es enviada a la Unidad FCC (Cracking Catalítico
fluido), esta Unidad es la más importante de la Refinería Estatal Esmeraldas,
pues en esta el gasóleo, por efecto de temperatura y en presencia de un
catalizador es convertido en productos como el LPG y gasolina de alto
octano (alrededor de 92 RON), derivados que son necesarios para el
abastecimiento interno. El proceso se realiza en un reactor que opera a
temperaturas alrededor de los 520 °C. El catalizador empleado es
regenerado en forma continua mediante la combustión de carbón que se
adhiere en la superficie de este y disminuye su eficiencia en propiciar las
reacciones de craqueo.
14
El producto craqueado es alimentado a una torre de fraccionamiento en
donde se separan los gases, LPG y gasolinas por el domo, mientras que por
extracciones laterales y fondo de la torre se obtienen los aceites cíclicos, que
son utilizados como diluyentes y modificadores de la viscosidad en la
preparación del fuel oíl.
Para esto existe el Proceso Merox que es un tratamiento químico catalítico
para destilados del petróleo, que sirve para la remoción de los mercaptanos
o para convertirlos en bisulfuros. Cuando es aplicado adecuadamente, en
sus varios aspectos de diseño, este proceso versátil es aplicable para el
tratamiento de cargas, con puntos finales de ebullición ASTM, tan altos como
345°C.
Una unidad Merox consiste en un pre lavador caustico, dos reactores,
separador de sosa caustica y un filtro de arena.
Los tioalcoholes o thioles más comúnmente conocidos como mercaptanos
son una familia de compuestos orgánicos del azufre, frecuentemente
presentes en un amplio rango de destilados no tratados del petróleo, tales
como LPG, Naptha, Kerosene y Gas oil.
Específicamente los mercaptanos se hallan en el petróleo destilado
originado en el crudo y podría presentarse en igual forma en los
subsiguientes tratamientos de crudo.
La concentración de estos mercaptanos en los destilados del crudo depende
del origen del crudo y de la distribución del azufre en el mismo.
15
FIGURA 2. Compuestos de Azufre presentes en las gasolinas
(Industrialización II –Calle L.,2010)
Los mercaptanos son indeseables por muchas razones. Los mercaptanos de
baja temperatura de ebullición son moderadamente ácidos y caracterizados
por un olor extremadamente ofensivo. Estas propiedades disminuyen
conforme se incremente el peso molecular del mercaptano. El thiophenol,
que es un aryl mercaptano y más ácido que el alkyl mercaptano, se
encuentra principalmente en los destilados craqueados. El thiophenol es
indeseable en la gasolina producto, ya que eso produce una gasolina
inestable, por promover la hidroper oxidación de olefinas a gomas. Todo
compuesto de azufre inhibe la habilidad del compuesto alkil plomo, tal como
el tetraetilo de plomo (TEL) para incrementar el número de octano al
combustible; ejemplo, a una concentración dada de TEL, el número de
octano del combustible disminuirá conforme el contenido de azufre se
incrementa. En resumen los mercaptanos son indeseables en productos
terminados de petróleo. Su presencia está considerada por los efectos
adversos al productos, como olor, estabilidad, contenido total de azufre,
octano, susceptibilidad al plomo etc.
16
2.4 ADSORCIÓN
La adsorción es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son
atrapados o retenidos en la superficie activa de sustancias solidas llamadas
tamices moleculares como muestra la figura 3.
Adsorción química. El adsorbato forma enlaces fuertes en los centros activos
del adsorbente.
La adsorción es el proceso mediante el cual un sólido poroso (a nivel
microscópico) es capaz de retener partículas de un fluido en su superficie
tras entrar en contacto con éste.
FIGURA 3. Adsorción en un sólido poroso
(Arredondo M., 2011)
Nanoporos en una muestra de carbón activo vista al microscopio electrónico.
El adsorbente dispone de nanoporos, lo que se conoce como centros
activos, en los que las fuerzas de enlace entre los átomos no están
17
saturadas. Estos centros activos admiten que se instalen moléculas de
naturaleza distinta a la suya, procedentes de un gas en contacto con su
superficie. La adsorción es un proceso exotérmico y se produce por tanto de
manera espontánea si el adsorbente no se encuentra saturado.
La aplicación más importante de la termodinámica de la adsorción es la de
calcular los equilibrios de fase entre un sólido adsorbente y una mezcla
gaseosa. En este desarrollo, por simplicidad, sólo tomaremos en
consideración gases puros (monocomponentes).
La base de todo este cálculo son las isotermas de adsorción, las cuales dan
la cantidad de gas adsorbido en los nanoporos como una función de la
presión externa (del gas). La termodinámica sólo puede aplicarse a las
isotermas de adsorción en el equilibrio. Esto significa que se debe poder
llegar a cualquier punto de la curva elevando o disminuyendo la presión; en
otras palabras, las curvas de adsorción y desorción tienen que coincidir. Esto
ocurre sólo si no existe histéresis. La histéresis no se da en poros menores
de 2 mm, sin embargo, se observa en poros lo suficientemente grandes
como para que en su interior se condense gas para formar líquido.
La fisisorción es la forma más simple de adsorción, y es debida a débiles
fuerzas atractivas, generalmente fuerzas de Vander Waals. Dado que estas
fuerzas son omnipresentes, resulta que rápidamente cualquier superficie
limpia expuesta al ambiente acumula una capa de material fisisorbido.
La quimisorción ocurre cuando un enlace químico, definido en este caso
como un intercambio de electrones, se forma. El grado de intercambio y lo
simétrico que sea dependen de los materiales involucrados. A menudo hay
un paralelismo con las situaciones encontradas en química de coordinación.
La quimisorción es particularmente importante en la catálisis heterogénea, la
forma más común en la industria, donde un catalizador sólido interacciona
18
con un flujo gaseoso, el reactivo o los reactivos, en lo que se denomina
reacción en lecho fluido. La adsorción del reactivo por la superficie del
catalizador crea un enlace químico, alterando la densidad electrónica
alrededor de la molécula reactivo y permitiendo reacciones que normalmente
no se producirían en otras circunstancias. La corrosión es un ejemplo de
ello.
Una de las aplicaciones más conocidas de la adsorción en el mundo
industrial, es la extracción de humedad del aire comprimido.
Se consigue haciendo pasar el aire comprimido a través de un lecho de
alúmina activa u otros materiales con efecto de adsorción a la molécula de
agua.
La saturación del lecho se consigue sometiendo a presión el gas o aire, así
la molécula de agua es adsorbida por la molécula del lecho, hasta su
saturación.
La regeneración del lecho, se consigue soltando al exterior este aire
comprimido y haciendo pasar una corriente de aire presecado a través del
lecho.
Lo habitual es encontrar secadores de adsorción en forma de dos columnas
y mientras una adsorbe, la otra es regenerada por el mismo aire seco de la
columna anterior. Este sistema se conoce como "pressure swing" o PSA.
Otras aplicaciones en las que se emplea éste proceso de adsorción como
separación son: purificación de agua, tratamiento de aguas residuales, quitar
olores, sabores o colores no deseados por ejemplo en aceites, jarabes de
azúcar, en la deshumidificación de gasolinas, o en el secado de aire.
19
La otra aplicación más extendida es la obtención de nitrógeno, haciendo
pasar un caudal de aire comprimido por el lecho adsorbente, compuesto por
carbón molecular, especialmente manufacturado para ese propósito.
Usa el mismo sistema ya mencionado de "pressure swing", de los secadores
de adsorción. Una cámara llena de carbón es sometida a presión con aire
comprimido, la molécula de Oxigeno, es retenida por el nanoporo del carbón,
mientras que la molécula de Nitrógeno, de más tamaño, no consigue entrar
en el nanoporo del adsorbente. Se consigue así, disponer de gran cantidad
de nitrógeno después del lecho adsorbente y el oxigeno, queda retenido. En
la segunda parte del ciclo, con la despresurización, el oxigeno se libera del
nanoporo y se evacua a la atmósfera.
Los generadores de nitrógeno, usan este sistema y sus aplicaciones se han
generalizado en la industria, en usos como la inertización de depósitos, de
envases de productos alimenticios o farmacéuticos y en laboratorios, donde
se usa el nitrógeno como gas portador o inertización de cámaras.
2.5 TAMICES MOLECULARES
Un tamiz molecular es un material que contiene poros pequeños de un
tamaño preciso y uniforme que se usa como agente adsorbente para gases
y líquidos. La moléculas que son lo suficientemente pequeñas para pasar a
través de los poros son absorbidas, mientras que las moléculas mayores no.
A diferencia de un filtro, el proceso opera a nivel molecular. Por ejemplo, una
molécula de agua puede ser lo suficientemente pequeña para pasar,
mientras
que
otras
moléculas
más
grandes
no
pueden
hacerlo.
Aprovechando esta propiedad, a menudo se emplean como agentes
desecantes. Un tamiz molecular puede adsorber hasta un 22% de su propio
peso en agua.
20
A menudo consisten de minerales de aluminosilicatos, arcillas, vidrios
porosos, carbones microporosos, zeolitas, carbón activado o compuestos
sintetizados que tienen estructuras abiertas a través de las cuales pueden
difundir moléculas pequeñas como las del agua o el nitrógeno.
Los tamices moleculares se usan ampliamente en la industria del petróleo,
especialmente para la purificación de corrientes de gas, y en los laboratorios
de química para separar compuestos y para el desecado de los reactivos. El
mercurio que contiene el gas natural es extremadamente perjudicial para las
tuberías de aluminio y otras partes de los equipos de licuefacción, por lo que
se emplea gel de sílice en este caso.
Los métodos para regenerar los tamices moleculares incluyen los cambios
de presión (como en los concentradores de oxígeno), calentamiento y purga
con un gas portador (como cuando se usa en la deshidratación de etanol), o
calentar al vacío extremo.
Los tamices moleculares son sólidos que pueden ser usados para separar
los componentes moleculares de una mezcla. Este término es habitualmente
usado para denominar a determinados sólidos microporosos, en particular a
algunas zeolitas y ciertos materiales de carbón microporoso. Estos
materiales presentan una distribución de tamaños de poro muy estrecha,
poseyendo además la característica de diferenciar entre moléculas en base
a sus diferentes dimensiones moleculares. Una de las aplicaciones más
importantes de estos materiales es la separación de N2 y O2 del aire. Dado
que la diferencia en los diámetros cinéticos de estas dos moléculas es de
menos de 0.02 mm, es evidente que el diseño de los tamices moleculares
requiere de un control muy riguroso del tamaño de poros. Otras importantes
aplicaciones industriales de los tamices moleculares son: la purificación de
gas natural, obtención de CH4 de mezclas de gases, recuperación de H2 de
gases de reformado del petróleo y separación/recuperación de gases a partir
21
de biogás. Los principales componentes que han de ser separados en este
tipo de aplicaciones son: CO2, CH4, H2, N2, CO y H2S.
Los primeros tamices moleculares de carbón fueron obtenidos a partir de un
copolímero PVC/PVCD o de alcohol polifurfurílico. Desde entonces se han
usado una gran variedad de polímeros diferentes tales como: resinas
fenólicas, PAN, keblar, polimidas, viscosa, rayón y fibras de carbono
obtenidas a partir de PAN o breas. En los últimos años se han desarrollado
también materiales compuestos que usan materiales carbonosos, alúminas
macroporosas o membranas de acero inoxidable como sustratos sobre los
cuales se depositan películas de carbono que poseen propiedades de
tamices moleculares. En todos los casos el objetivo que se persigue es
maximizar la capacidad de adsorción a la vez que se mantiene un control del
tamaño de los poros dentro de unos límites muy estrictos. De esta forma se
maximiza la capacidad de adsorción de uno de los gases de la mezcla frente
al resto.
Los tamices moleculares se emplean por lo general combinados con
técnicas de PSA (pressure swing adsorption). Básicamente consiste en
alimentar la mezcla de gases a una cámara de adsorción rellena con el
tamiz molecular, a la vez que se aumenta la presión sobre esta cámara. De
esta forma uno de los gases queda preferentemente adsorbido mientras que
el otro gas es arrastrado fuera de la cámara. Cuando esta cámara está
saturada, se alimenta una segunda cámara donde se repite el proceso
anterior, a la vez que se descomprime la primera cámara, liberándose así el
gas retenido, que por lo general vuelve a ser una mezcla de los gases
alimentados pero con una concentración mucho mayor en el gas que se
desea separar y que es el que se ha adsorbido de forma preferencial.
Dependiendo de la eficacia del tamiz molecular puede ser necesario repetir
el proceso sucesivas veces hasta obtener el gas con la pureza deseada.
22
Los principales métodos de prelación de tamices moleculares de carbón son:
Carbonización/activación
en
condiciones
controladas:
Los
tamices
moleculares de carbón pueden producirse directamente bien en un único
proceso de carbonización/activación, bien activando un material de carbón
con un tamaño de poro ligeramente inferior al requerido. Para ello es
necesario operar en condiciones tales que el tamaño de las entradas de los
poros pueda ajustarse al deseado. Es necesario pues, mantener unas
condiciones muy controladas del proceso de activación, que generalmente
se lleva a cabo con CO2 u O2. Una de las mayores desventajas de este
procedimiento es que el grado de quemado ha de ser muy pequeño para
poder mantener el tamaño de los poros dentro de los límites deseados.
Como resultado, el volumen de microporos es también pequeño, lo cual
representa una limitación importante tanto de la capacidad de adsorción
como de la selectividad del tamiz molecular así obtenido.
CVD (chemicalva pour de position):Esta técnica requiere un sustrato de un
material carbonos o microporoso, con un tamaño de poro ligeramente mayor
que el tamaño requerido para la preparación del tamiz molecular de carbón.
El tamaño de poro se reduce hasta el tamaño deseado mediante el depósito
de carbono amorfo a la entrada de los poros. Un proceso de preparación
típico requiere calentar el sustrato a una temperatura de 700-900ºC
mientras se mantiene en contacto con un flujo de 5-10% de propileno, o
benceno, o metano, durante 5-30 minutos. Existen también dos variantes de
este método, en una de ellas el propileno se adsorbe químicamente a la
entrada de los poros a temperatura baja y luego se descompone calentando
el carbón a la temperatura requerida para la descomposición del carbono
amorfo a la entrada de los poros. Otra variante implica el depósito de un
catalizador a la entrada de los poros de forma que se incremente la
quimisorción.
23
Depósito de una película de polímero, o un precursor de un polímero, o una
película de brea sobre un sustrato poroso como carbón activo, o carbón
mineral o membrana macroporosa: Este depósito se hace por simple
mezclado, o mediante métodos más específicos para cada tipo de material.
A continuación se somete el material a un proceso de secado y
polimerización, si fuese necesario, y finalmente se procede a un proceso de
carbonización/activación en condiciones controladas que dan lugar a las
propiedades de tamiz molecular.
Los tamices moleculares son sólidos que pueden ser usados para separar
los componentes moleculares de una mezcla. Este término es habitualmente
usado para denominar a determinados sólidos microporosos, en particular a
algunas zeolitas y ciertos materiales de carbón microporoso
2.6 FAMILIAS QUÍMICAS DE HIDROCARBUROS
Teniendo en cuenta la tetravalencia del átomo de carbono y de la
monovalencia del hidrógeno, las diferentes posibilidades de combinación de
estos átomos pueden clasificarse según dos reglas generales: Adición de los
átomos de carbono en cadena o en ciclos y con saturación, o no, de
aquellos. Así los hidrocarburos se clasifican en:
•
Hidrocarburos alifáticos.
•
Alcanos, parafinas
•
Alquenos u olefinas
•
Alquinos o compuestos acetilénicos.
•
Hidrocarburos Cíclicos.
•
Ciclo alcanos
•
Ciclo alquenos
•
Ciclo alquinos
•
Hidrocarburos Aromáticos.
24
2.7 CATALIZADORES
El petróleo se separa en fracciones por destilación y se somete a pirólisis
catalítica (cracking) en una refinería. La gasolina que se obtiene
directamente del fraccionamiento del petróleo (llamada gasolina de
destilación directa) contiene principalmente hidrocarburos de cadena recta y
tiene un índice de octano alrededor de 50. Este material se somete a un
proceso llamado pirólisis (cracking), que convierte alcanos de cadena recta
en otros alcanos ramificados más deseables. La pirólisis también se emplea
para convertir parte de la fracción menos volátil de queroseno y combustóleo
en compuestos de peso molecular más bajo que son apropiados para usarse
como combustible de automóvil.
En el primero de estos procesos, efectuado con cloruro de aluminio, fue
desplazada por el proceso Houdry, con una primera unidad comercial en
1936, utilizando arcillas naturales constituidas por montmorilonita tratada con
soluciones ácidas. El sistema de transformación química del proceso
involucra reacciones térmicas de desintegración y reacciones catalíticas en
la superficie del catalizador, donde la función ácida resultó fundamental para
promover
el
rompimiento
de
enlaces
carbón-carbón,
isomerización,
deshidrogenación, condensación y transferencia de hidrógeno y de grupos
alquilo, a través de un mecanismo de iones carbono; e involucra también la
eliminación de los productos polimerizables por adsorción en el propio
catalizador en forma de coque.
Las arcillas naturales se reemplazaron por catalizadores sintéticos de sílicealúmina, preparados por coprecipitación de ácido ortosilícico e hidróxido de
aluminio. Las características requeridas de catalizador cuyos centros activos
estuvieran en el interior de los poros, condujeron al estudio de materiales
naturales denominados zeolitas, que son silico aluminatos microporosos
formados por redes cristalinas que limitan el acceso al interior de su
25
estructura a moléculas de tamaños no superiores al diámetro de poro
característico de las mismas.
Las primeras pruebas, realizadas con una faujasita con bajo contenido de
sodio, mostraron una selectividad muy superior a la de los silicoaluminatos
amorfos. Los nuevos materiales zeolíticos han permitido además reducir el
contenido olefínico de las gasolinas catalíticas, al favorecerse la formación
de isoparafinas y compuestos aromáticos por la mayor actividad en las
reacciones con transferencia de hidrógeno.
Particularmente, el menor tamaño de poro de la zeolita permite que sólo las
parafinas normales o las iso parafinas monometílicas en el rango de las
gasolinas
accedan
por
los
poros
y
participen
en
reacciones
de
desintegración secundarias, eliminando así los componentes de bajo octano
generados por el rompimiento molecular primario de los hidrocarburos
pesados. Se mejora la calidad del producto y se alcanzan valores superiores
a 92 octanos.
En 1940 se utilizó molibdeno soportado en alúmina a condiciones de 475 a
550°C y de 10 a 20 atmósferas para promover reacciones de ciclización de
parafinas y deshidrogenación de ciclo alcanos, con formación de aromáticos,
quienes son los principales responsables del incremento de octano. En 1967
se introdujo el catalizador bimetálico platino-renio donde el segundo metal
actúa como dispersante del platino, impartiéndole características inhibidoras
de la coquización. Esto permitió el descenso de la presión con beneficios en
la calidad del producto, pasando de 80, en los primeros procesos, a valores
de 90 a 95 octanos.
La alquilación del isobutano con el propileno, butilenos y amilenos da como
resultado un producto alquilado con temperaturas de ebullición en el rango
de las gasolinas, además de contar con un elevado número de octano. En la
26
segunda guerra mundial el proceso se convirtió en una fuente de suministro
de gasolina de aviación y desde entonces participa en los esquemas de
refinación para la producción de gasolina alto octano, incrementándose su
presencia a raíz de las nuevas especificaciones de la gasolina reformulada
en la que se limitan aromáticos y olefinas Los catalizadores actuales,
basados en la combinación de Pt-Sn en un soporte de alúmina esférico, han
permitido la elaboración de gasolina reformada de más de 100 octanos.
Se siguen buscando mejoras en los catalizadores FCC para mejorar la
selectividad a la producción de gasolina y de olefinas ligeras, así como en
los aditivos catalíticos promotores de la combustión, pasivadores de metales
y eliminadores de SO2.
2.7.1 MECANISMO DE REACCIÓN
Para obtener gasolina con alto contenido de octanos y de buena calidad, en
la Refinería Estatal de Esmeraldas se emplea como catalizador la marca
Gemini. El Gemini, ver anexo 1, es un cedazo con 10 miembros que
contiene canales con aberturas de 5.1 a 5.6 Angstroms. Aparte de controlar
la accesibilidad de los carbonos, este catalizador contiene sitios ácidos
Bronsted, que son necesarios para el cracking de hidrocarburos. Las
propiedades del catalizador descritas con anterioridad, permiten que este
material sea usado como un aditivo de desintegración catalítica fluida para
incrementar el octanaje de la gasolina. Además, incrementa la selectividad
LPG de C3 y C4 con un decremento concurrente en la selectividad de la
gasolina. Hay que notar que el incremento de la fracción LPG consiste
predominantemente de olefinas. No hay cambios esenciales en la
selectividad del gas seco (C2) o coque.
Sin embargo, con el cracking catalítico en presencia del catalizador, hay un
cambio significante en la composición de la gasolina, como muestra la figura
5.
27
El efecto en su estructura se presenta de la siguiente manera:
• Disminuyen los compuestos con 7 carbonos o más en una cadena, las
olefinas ramificadas y las parafinas.
• Los hidrocarburos de una sola cadena con 5 carbones aumentan en
cantidad, y el peso molecular de la gasolina disminuye.
• Incrementa la concentración de aromáticos y naftas.
El decremento en el peso molecular de la gasolina y el incremento en
hidrocarburos de 5 carbonos son importantes razones para aumentar el
octanaje de la gasolina. No hay un aumento esencial en la formación de
aromáticos y naftas debido a la presencia del catalizador; sin embargo,
desde el hecho de que el volumen total de la gasolina es reducido en virtud
de la disminución de alifáticos de 7 o más carbonos, sí hay un ligero
aumento en la producción de dichos compuestos. Este hecho ayuda a
mejorar el índice de octanos. Hay ciertas variaciones en el posible octanaje a
obtener, pero depende más que nada de las características de la
alimentación y las condiciones de operación.
FIGURA 4. Representación Esquemática de la estructura de la zeolita
(Calle L., 2010)
28
FIGURA 5. Tipo de Reacciones Químicas efectuadas en el Sistema
Catalítico
(Hernández G., 2011)
2.8 TRATAMIENTOS CATALÍTICOS QUE EXISTEN
C
2.8.1 CRAQUEO CATALÍTICO
Aplicación: para selectivamente convertir
convertir gasóleos y materias primas
residuales en productos craqueados de más alto valor como olefinas,
gasolina y destilados.
Descripción: El proceso
utiliza un fluido catalizador y un arreglo de
contacto para craquear materiales más pesados en un rendimiento
altamente selectivo de olefinas, gasolina y destilados. Una característica
distintiva del proceso es que el contacto inicial de aceite y catalizador ocurre
sin un elevador en un tiempo muy corto de residencia seguido por una rápida
separación de los productos
produc
de reacción inicial como muestra la figura 6.
6
Porque no hay elevador y el catalizador está descendiendo, el inicio y la
operatividad son sobresalientes. (HYDROCARBON,, Processing, 2004).
29
La configuración de una unidad tiene el regenerador (1) a una elevación que
la del reactor (2). El catalizador regenerado baja hacia un tubo vertical (3), a
través de una abertura en forma (4) que crea una caída en cortina del
catalizador, y cruzando una corriente de alimentación bien distribuida. Los
productos de esta reacción inicial son rápidamente separados del
catalizador. El catalizador luego pasa a una zona de segunda reacción (5),
donde más adelante la reacción y la extracción ocurren. Esta segunda zona
puede ser operada a una temperatura más alta, la cual es lograda a través
de un contacto con el catalizador regenerado.
Desde una porción más larga del producto de reacción es producido bajo
condiciones de tiempo muy corto, la mezcla de reacción mantiene buen
producto olefínico y retiene hidrógeno contenido en los productos líquidos
más pesados. Un tiempo adicional de reacción está disponible para especies
más difíciles de craquear en la segunda zona/extracción de reacción.
El catalizador extraído es regresado por vía aérea al regenerador donde
depósitos de coque son quemados, limpiados, el catalizador caliente está
listo para empezar de nuevo la secuencia.
30
FIGURA 6. Craqueo Catalítico
(Hydrocarbonprocessing, 2004)
2.8.2 CRAQUEO CATALÍTICO FLUIDO
Aplicación: Conversión selectiva de una amplia gama de gasóleos en
productos de alto valor.
Materias primas típicas son los aceites vírgenes o de gas hidrógeno, pero
también puede incluir extracto de aceite lubricante, aceite coquizador, gas y
residuo.
Productos: Gasolina de alto octanaje, olefinas ligeras y destilados. La
flexibilidad de modo de operación permite maximizar el producto más
deseable.
El nuevo componente de Craqueo selectiva (RCS) de tecnología maximiza la
producción de propileno.
31
Descripción: El proceso de Lummus incorpora un sistema de reacción de
avanzada, de alta eficiencia y un separador de catalizador mecánicamente
robusto, de una etapa rápida de lecho fluidizado. El aceite se inyecta en la
base del tubo de subida a través de propiedad de Micro-Jettoberas de
alimentación de inyección(1).Catalizador y aceite de flujo de vapor hacia
arriba a través de un breve periodo de tiempo de contacto, todo vertical
ascendente (2) donde la materia prima el aceite crudo se rompe en
condiciones óptimas. (HYDROCARBON, Proceesing, 2004).
Los productos de reacción que salen del elevador se separan del catalizador
gastado directamente acoplado al sistema ciclón (3). Los vapores del
producto son enviadas directamente al fraccionamiento, eliminando de esta
forma no selectiva, después de la subida el agrietamiento y el mantenimiento
de la lista de productos con un rendimiento óptimo.
El catalizador gastado que contiene sólo pequeñas cantidades de
hidrocarburos se descarga de los diplegs de los ciclones de acoplamiento
directo en el ciclón del recipiente (4). El catalizador fluye hacia abajo en el
separador (5).
El catalizador gastado se retira en el separador utilizando vapor de arrastre.
Los vapores del separador se dirigen al fraccionador a través de rejillas de
ventilación especialmente diseñados en los ciclones de acoplamiento
directo.
Catalizador de la stripper fluye hacia abajo el tubo vertical del catalizador
gastado ya través de la válvula de corredera (6). El catalizador gastado se
transporta en fase diluida al centro del regenerador (8) a través de una única
línea curva cuadrada de transferencia (7). Esta disposición proporciona la
32
elevación más baja de la unidad. El catalizador se regenera por eficiente en
contacto con el aire para la combustión completa del coque.
Para residuos que contienen, el enfriador catalizador opcional está integrado
con el regenerador. Las salidas resultantes de combustión de gas a través
de los ciclones (9) para la recuperación de energía / combustión de
tratamiento de gas. El catalizador regenerado caliente se retira a través de
una retirada externa bien (10). El pozo permite la optimización independiente
de la densidad del catalizador en el tubo vertical para catalizador
regenerado, maximiza la válvula de corredera (11) la caída de presión y
asegura un flujo estable catalizador de nuevo a la zona de inyección vertical
de alimentación.
FIGURA 7. Craqueo Catalítico fluidizado
(Hydrocarbon Processing, 2004)
2.8.3 CRAQUEO CATALÍTICO FLUIDO
Aplicación: Convertir selectivamente los gasóleos y las materias primas en
un aumento de residuos de productos de valor con la FCC / CRCC / proceso
de PETROFCC.
33
Productos:
Olefinas
ligeras
(para
la
alquilación,
polimerización,
oeterificación petroquímicos), GLP, gasolina de alto octanaje, destilados y
aceites combustibles.
Descripción: La unidad de cámara de combustión de estilo se utiliza para
procesarlos gasóleos y moderadamente residuos contaminados, mientras
que la unidad de dos etapas se utiliza para más residuos contaminados.
En cualquier estilo unidad, la sección del reactor es similar. Unos medios de
comunicación de aceleración de hidrocarburos ligeros, vapor o una mezcla
de ambos contactos de catalizador regenerado en la base del montaje (1).
Esta zona de aceleración patentada (2), con elevados distribuidores de
alimentación
OPTIMIX
(3),
mejora
la
estructura,
rendimiento
por
efectivamente en contacto con las gotitas de aceite catalizador finalmente
atomizada. (HYDROCARBON, Processing, 2004).
La zona del reactor dispone de un elevador de contacto corto de tiempo y un
estado de la última subida con dispositivo de terminación (4) para la
separación rápida del catalizador y de vapor, como muestra la figura 8, con
la obtención de hidrocarburos de alto octanaje (VSS / VDS tecnología). Este
diseño ofrece olefinas de luz alta y el rendimiento de la gasolina y la
selectividad con bajos rendimientos de gas seco. El vapor se utiliza en un
separador anular (5) para desplazar y eliminar los hidrocarburos arrastrados
(AF separador tecnología) desde el catalizador. Las unidades existentes
pueden ser renovadas para incluir estas características (1-5).
La cámara de combustión de tipo regenerador (6) quemaduras de coque en
un rápido fluidizado entorno completamente en CO2 con muy bajos niveles
de CO La circulación de catalizador caliente (7) desde la sección superior de
la cámara de combustión proporciona un control añadido sobre la
temperatura de combustión de zona y la cinética y realza mezcla radial.
Enfriadores Catalíticos (8) se puede añadir a la nueva y las unidades
34
existentes para reducir la temperatura del catalizador y aumentar la
flexibilidad de la unidad para las operaciones comerciales de alimenta hasta
el 6% en peso de carbono Conradson.
Para alimentaciones más pesadas de residuos, el regenerador de dos
etapas se utiliza.
En primera etapa, una zona superior (9), la mayor parte del carbono se
quema desde el catalizador, formando una mezcla de CO y CO2. El
catalizador se transfiera la segunda etapa, la zona inferior (10), donde se
quema el coque restante en la combustión completa, para producir niveles
bajos de carbono sobre el catalizador regenerado. Un enfriador de
catalizador (11) se encuentra entre las etapas.
Esta configuración maximiza el uso de oxígeno, sólo requiere un tren de los
ciclones y una corriente de gas de combustión (12), evita los costosos
sistemas de múltiples gases de combustión y crea un diseño hidráulico
simple y bien circulante.
En la etapa dos el sistema regenerador ha procesado hasta un 10% en peso
de carbón Conradson.
PETROFCC es una aplicación personalizada con las características
mecánicas tales como la tecnología en contacto REACTOR-CATALIZADOR,
de altas condiciones de severidad de procesamiento y el catalizador
seleccionado y aditivos a producir altos rendimientos de propileno, olefinas y
aromáticos ligeros para aplicaciones petroquímicas.
Instalaciones: Todos los de la tecnología UOP y el equipo están
comercialmente probados para un rendimiento de procesos y fiabilidad
mecánica.
35
UOP ha sido un diseñador activo y licenciante de la tecnología de la FCC
desde 1940 y ha licenciado más de 215 unidades de FCC, FCC Resid y
MSCC unidades de proceso. Hoy en día, más de 150 de estas unidades
están operando en todo el mundo. Además de la aplicación de nuestra
tecnología y conocimientos a las nuevas unidades, UOP.
Es también una amplia participación en la modernización de las unidades
existentes.
Durante los últimos 15 años, la FCC UOP departamento de Ingeniería ha
llevado a cabo el 40% y el 60% de los proyectos de renovación o estudios
por año.
FIGURA 8. Craqueo Catalítico
(Hydrocarbon Processing, 2004)
36
METODOLOGÍA
3. METODOLOGÍA
3.1 CONCEPTOS DEL CRAQUEO CATALÍTICO (FCC)
El proceso de craqueo catalítico fluido se basa en la ruptura de cadenas de
hidrocarburos del orden de los 45 átomos de carbono, mediante la acción de
un catalizador que favorece que las reacciones se produzcan a una
temperatura más baja que la necesaria para el craqueo térmico de la misma
carga.
Las reacciones producidas son mucho más rápidas y selectivas que las de
craqueo térmico. (HERNÁNDEZ, G., 2011).
Las reacciones generan una cantidad de carbón que se deposita sobre la
superficie del catalizador.
Los procesos se desarrollan en forma continua, mediante una circulación de
catalizador que se contacta íntimamente con la carga. Posteriormente el
catalizador se regenera por medio de la combustión del carbón producido, lo
que produce la energía que requiere el sistema para funcionar.
3.2 ECONOMÍA DEL PROCESO
La carga de la unidad es un producto intermedio de bajo valor.
Puede ser comercializado como fuel oil o carga de FCC.
Mediante este proceso se obtiene:
•
Mayor expansión volumétrica (110 m3 de productos/ 100 m3 de Carga).
•
Mayor nivel de conversión a productos de alta demanda y valor comercial.
37
•
La nafta producida aporta el mayor volumen de octanos del pool de
naftas.
•
Es el proceso de mayor producción de LPG.
•
Butano como materia prima para la producción de MTBE y Alkilato.
•
Propileno de alto precio y creciente demanda.
3.3 PRINCIPALES REACCIONES
FIGURA 9. Principales Reacciones del Cracking Catalítico Fluido
(Hernández G., 2011)
3.4 CARGAS Y PRODUCCIONES. TIPOS Y CALIDADES
La carga de la unidad de FCC esta fundamentalmente compuesta por:
•
Gasóleo pesado de Vacío
•
Gasóleo pesado de Coque
•
Gasóleo pesado de Topping
38
Los aspectos más importantes de calidad de la carga son los siguientes:
•
Contenido de carbón conradson: Mide el potencial de generación de
carbón de la carga.
•
Nivel de contaminantes: En especial níquel y vanadio que son venenos
permanentes del catalizador.
•
Composición química de la carga: Las especies químicas predominantes
definen la calidad de los productos resultantes y la cantidad de carbón
producido.
Si bien las unidades de FCC son muy flexibles y pueden procesar cargas
muy diversas, es importante conocer sus características para adecuar la
operación.
3.4.1 PRODUCCIONES
TABLA 1. Productos obtenidos de una unidad de FCC.
(Hernández G., 2011)
39
3.5 LAS UNIDADES DE FCC:
•
Son las productoras de naftas por excelencia, en calidad y cantidad.
•
Producen menor cantidad de gas residual que el Cracking Térmico.
•
Producen alta calidad de propano y propileno, butilenos, isobutanos y
butanos. Estas corrientes son la materia prima para los procesos
Petroquímicos.
3.6 VARIABLES DEL PROCESO
El proceso de craqueo catalítico es un sistema de equilibrios. Para que la
unidad pueda ser operada en forma continua, deben mantenerse tres
balances:
• Balance de carbón
• Balance de calor
• Balance de presión
La gran complejidad de la operación de estas unidades se debe
fundamentalmente a la estrecha interdependencia que poseen las variables
del proceso, esta interdependencia hace casi imposible en términos
prácticos modificar una variable sin tener una inmediata respuesta en el
resto del sistema, estos efectos deben ser manejados en forma continua.
Las modificaciones de variables deben realizarse teniendo en cuenta que se
mantengan en equilibrio los tres balances.
Las variables de operación se dividen en independientes y dependientes
40
3.6.1 VARIABLES OPERATIVAS INDEPENDIENTES
•
T° Reactor (RX)
•
T° precalentamiento de carga
•
Relación de reciclo
•
Actividad de catalizador
•
Modo de combustión
•
Calidad de la carga
•
Velocidad espacial
3.6.2 VARIABLES DEPENDIENTES
•
T° Regenerador (RG)
•
Velocidad de circulación
•
Conversión
•
Requerimiento de aire
•
C /O
3.6.3 DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES:
•
Temperatura de reacción: temperatura de la mezcla catalizador y carga
en el punto donde se considera han finalizado las reacciones.
•
T° precalentamiento de carga: Es la temperatura a que se levanta la
carga previamente al ingreso al Regenerador (RG).
•
Relación de reciclo: Es la cantidad de producto ya craqueado (reciclo)
que se incorpora a la carga fresca.
•
Actividad de catalizador: Es la capacidad que tiene el catalizador para
convertir una carga determinada en productos de menor peso molecular.
41
•
Modo de combustión: mide el grado de conversión de monóxido de
carbono a dióxido de carbono, y por ende modifica la cantidad calor que
se libera en el regenerador (RG).
•
Calidad de la carga: De acuerdo a la naturaleza de la carga, serán los
productos a obtener.
•
Velocidad Espacial: Se define como el cociente entre el caudal de carga
total y la cantidad de catalizador existente en el Reactor (RX).
•
Temperatura de Regenerador: Es la temperatura existente en el lecho
denso del regenerador (RG).
•
Velocidad de circulación: Se define como el caudal de catalizador que
circula el área media del reactor (RX).
•
Conversión: Es el porcentaje de volumen de carga fresca que se
convierte en nafta (de punto seco predeterminado) y productos más
livianos.
•
Requerimiento de aire: Es la cantidad de aire requerida para realizar la
combustión del carbón depositado sobre el catalizador.
•
Relación catalizador /carga: Es la relación entre el régimen de
circulación del catalizador (ton/h) y el de la carga combinada (fresca +
reciclo) expresada también en ton/ h.
3.7 DESCRIPCIÓN DE LOS BALANCES
3.7.1 BALANCE DE CALOR
El balance de calor liga las variables independientes con las dependientes.
El balance de carbón está íntimamente vinculado con el de calor ya que es
el que aporta el combustible que mantiene el balance de calor. La única
fuente de calor de la unidad es la combustión del coque absorbido sobre el
catalizador agotado. Conceptualmente el calor generado por el quemado de
coque deberá proveer el calor necesario para los siguientes requerimientos:
42
•
Elevar la temperatura de la carga y productos hasta la temperatura del
Reactor.
•
Satisfacer la endotermicidad de las reacciones de craqueo.
•
Compensar las pérdidas del convertidor.
•
Elevar la temperatura del aire de combustión y transporte hasta la
temperatura de los efluentes del regenerador.
•
Producir la deserción de coque del catalizador agotado.
•
El calor perdido por radiación de las paredes del equipo.
3.7.2 BALANCE DE CARBÓN
El balance de carbón relaciona todas las fuentes de generación de carbón
de la unidad y está íntimamente vinculado con el balance de calor.
(HERNÁNDEZ, G., 2011).
El carbón formado en el proceso responde a la siguiente ecuación:
ECUACIÓN 1. Balance de carbón
Ct = Ccat + Cc arga + Ccirculación + Ccontaminante
C t = coque total formado
Ccat= coque producido por las reacciones de cracking.
Ccarga = coque residual debido a la naturaleza de la carga.
Ccirculación = coque de circulación función del régimen de circulación
Ccontaminante = coque producido por la presencia de contaminantes en la
carga.
43
3.7.3 BALANCE DE PRESIÓN
El balance de presiones gobierna la circulación del catalizador, y permite la
operación de la unidad.
Además se debe controlar estrictamente por la seguridad de la operación, ya
que si se produce una inversión de flujo el equipo puede explotar por ingreso
de aire y catalizador Calientes al reactor.
El equilibrio significa mantener un diferencial de presión positivo en el
Regenerador que permita transportar el catalizador hasta el Reactor
venciendo la presión de Reactor.
La presión en el Regenerador generada por la descarga de los gases
producidos en la combustión, se controla a través de un controlador
diferencial de presión.
La presión en el Reactor se controla en el acumulador de cabeza de la torre
fraccionadora.
3.8 CATALIZADORES
Los catalizadores utilizados son productos sintéticos cristalinos, llamados
zeolitas ó tamices moleculares, fabricados a base de alúmina y sílice.
La actividad catalítica se produce porque los centros activos de las zeolitas
son promotores de iones carbonios, responsables del inicio de las
reacciones de craqueo.
44
Las características más importantes del catalizador son:
•
Actividad
•
Composición química
•
Tamaño de las celdas de la zeolitas
•
Área superficial de zeolitas y matriz.
•
Propiedades texturales: como volumen poral, densidad, etc.
•
Granulometría
3.8.1 ADITIVOS
Se utilizan algunos tipos de catalizadores con características especiales, que
favorecen determinadas reacciones, lo que preferencia características
determinadas en la producción.
Los de mayor uso son los promotores de olefinas, que producen mayor
cantidad de olefinas en el LPG.
Otros aditivos son los promotores de combustión que permiten obtener una
combustión completa en el regenerador.
3.9 UNIDAD CRACKING CATALÍTICO FLUIDO (FCC)
Se emplea principalmente para fabricar gasolina, olefinas C3 y C4 e
isobutano, por lo general mediante descomposición selectiva de destilados
pesados.
Debido a que las reacciones de desintegración son gobernadas por
catalizadores preparados específicamente, la gasolina producida contiene
proporciones sustanciales de hidrocarburos con alto índice de octano, como
45
compuestos aromáticos, parafinas arborescentes y olefinas. Debido a que la
reacción de desintegración ocurre de acuerdo con el mecanismo del ion
carbonio, hay cantidades relativamente pequeñas de fragmentos más ligeros
que el C3 en los productos. Este resultado contrasta con el de la
descomposición de hidrocarburos en la pirólisis por el mecanismo de
radicales libres, en el cual se producen cantidades relativamente grandes de
fragmentos más ligeros que el C3.
FIGURA 10. Unidad de Cracking Catalítico Fluido (FCC)
(Refinería Estatal Esmeraldas, 2010)
46
FIGURA 11. Proceso Cracking Catalítico Fluido (FCC) en la Refinería Estatal
Esmeraldas
(Refinería Estatal Esmeraldas, 2012)
La unidad de Craqueo Catalítico Fluido FCC, es una de las más importantes
de la Refinería Estatal Esmeraldas, como muestra la figura 10, pues en esta,
el gasóleo pesado obtenido en las Unidades de Destilación a Vacio es
procesado para obtener gasolinas de tipo parafinico y nafténico de alta
calidad en octanaje (92 RON).
Es un proceso que emplea un catalizador en forma de partículas esféricas
muy pequeñas, llamado catalizador zeolítico, el cual se fluidiza cuando es
aereado con los vapores de la carga de gasóleos pesados provenientes del
proceso de destilación al vacio previamente en un horno hasta una
temperatura de 550 °C.
El catalizador fluidizado es continuamente recirculado del regenerador donde
el catalizador que fue desactivado en el reactor principal, como muestra la
figura 11, es reactivado. Además para promover la acción catalítica, el
catalizador es el vehículo para la transferencia de calor de la zona de
47
regeneración a la de reacción. Estas dos zonas están localizadas en
recipientes separados llamados reactor y regenerador.
3.9.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
A continuación se describe el proceso de obtención de gasolinas de tipo
parafinico y nafténico en la unidad de FCC de la REE. ver figura 12.
48
3.9.1.1 Sección reactor – regenerador
FIGURA 12. Proceso Reactor – Regenerador
(Refinería Estatal Esmeraldas-Bunker, 2010)
49
La carga fresca precalentada a 4000C y las corrientes de reciclo son
introducidas en el fondo del elevador del reactor y mezcladas con una
cantidad controlada de catalizador regenerado. El flujo de catalizador es
controlado para mantener una temperatura deseada en el reactor de 520oC.
El catalizador regenerado caliente, vaporiza la carga y los vapores
resultantes llevan al catalizador hacia arriba a través del elevador con un
mínimo retromezclado. El craqueo ocurre mientras los vapores de
hidrocarburos y el catalizador suben a través del elevador. Al tope del
elevador las reacciones de craqueo son completadas y el catalizador es
rápidamente separado de los vapores de hidrocarburo para minimizar
reacciones de craqueo adicionales. La mezcla catalizador hidrocarburo es
descargada en el reactor a través de brazos de separación que producen un
significante grado de separación catalizador – gas. (GUERRERO, J., 2005).
La separación final del catalizador y los vapores craqueados se realiza en la
cabeza del reactor Por medio de ciclones tangenciales como se ve en la
imagen 5. Los vapores producto de la reacción de craqueo, fluyen a través
de una línea de vapores hacia la columna principal donde son condensados
y fraccionados en coproductos gaseosos, gasolina de FCC, aceite cíclico y
un residual pesado de fondos.
Durante las reacciones de craqueo, un producto carbonoso llamado coque
es depositado en el catalizador circulante. Este catalizador llamado
catalizador gastado cae desde la cámara del reactor hacia el despojador
donde un flujo de vapor de carga en contracorriente remueve vapores
intersticiales y también algunos absorbidos. El catalizador despojado fluye
desde el despojador del reactor a través de la bajante hacia el regenerador,
donde el coque es continuamente quemado. El flujo de catalizador a través
de esta bajante se controla para balancear la circulación de catalizador y
mantener un nivel constante de catalizador en el reactor.
50
En el regenerador el calor de combustión eleva la temperatura del
catalizador en el rango de 650-7500C. El propósito de esta regeneración es
reactivar el catalizador gastado, descoquizando la superficie cada una de
sus partículas, de tal manera que cuando el catalizador retorna al elevador
del reactor está en condiciones óptimas para realizar su función de
craqueamiento. El regenerador sirve para quemar el coque de las partículas
de catalizador y transferir calor al catalizador circulante. La energía llevada
por el catalizador regenerado caliente es usada para vaporizar y calentar los
vapores de aceite hasta la temperatura de reacción deseada en el elevador y
esta provee el calor de reacción necesario para craquear la carga al nivel de
conversión deseado.
El regenerador es operado en condiciones normales para obtener una
combustión completa de CO a C02. Sin embargo, la temperatura de
combustión puede variar a combustión parcial de CO si las condiciones del
proceso permiten un bajo nivel degeneración de calor. En el regenerador se
incluye una bajante de recirculación de catalizador la cual suple catalizador
caliente regenerado de la parte superior a la inferior del regenerador para
proveer calor adicional de combustión. El flujo de recirculación de catalizador
es normalmente controlado para mantener la más baja temperatura del
regenerador. El regenerador está también provisto de un calentador de aire
para iniciar la combustión el cual se usa para dar calor al sistema hasta que
la temperatura del catalizador es elevada suficientemente para auto
regenerarse.
El calor sensible de gas de combustión caliente es recuperado en un
generador de vapor y enfriador del gas de combustión. El gas de combustión
pasa a través de separadores ciclónicos para minimizar su contenido de
catalizador antes de la descarga del regenerador.
Para mantener la actividad del inventario de catalizador en el nivel deseado
y para reponer perdidas de catalizador del sistema, se adiciona catalizador
51
fresco al sistema desde una tolva de almacenamiento. Se ha provisto de una
tolva de catalizador de equilibrio para almacenar el catalizador retirado del
sistema de circulación según sea necesario para mantener la actividad
deseada.
El catalizador empleado es regenerado en forma continua, ya que tiende a la
adsorción de partículas de carbón que se adhiere a la superficie de este.
El catalizador usado generalmente es de naturaleza cristalina y algunas
veces se denominan catalizadores zeolíticos, debido a que son silicatos de
alúmina hidratados modificados.
Condiciones de operación Reactor-Regenerador
Temperatura del Reactor
520oC
Presión del Reactor
2.1 Kg/cm2
Temperatura del Regenerador 7500C
Presión del Regenerador
1.8 Kg/cm2
Los vapores del reactor fluyen a la columna principal donde la gasolina
inestabilizada y gases, coproductos ricos en olefinas son evaporados hacia
el tope o cabeza. La fracción de gasolina es condensada en el condensador
de cabeza, el vapor y líquido son enviados a la sección de concentración de
gases (GASCON) desde el acumulador de la columna principal.
Los aceites cíclicos ligero y pesado son recuperados corno productos
laterales, con el rendimiento neto de estos materiales siendo despojados
para remover ligeros y enviarse a almacenamiento, ver figura 13. Los fondos
netos de la columna son clarificados en el asentador de lodos y el aceite
clarificado bombeado intercambia calor con la carga fresca antes de ser
almacenado. El material pesado slurry es reciclado al elevador del reactor.
52
3.9.1.2 Sección de fraccionamiento
FIGURA 13. Proceso de Fraccionamiento en la Unidad FCC
(Refinería Estatal de Esmeraldas, 2010)
53
Se realiza un máximo aprovechamiento del calor de los gases del reactor en
la fraccionadora. Los aceites cíclicos ligero y pesado circulantes, y las
corrientes de los fondos de la columna principal son utilizados en la sección
de concentración de gases para propósitos de intercambio de calor.
Adicionalmente las corrientes de fondos de la columna principal son usadas
para precalentar la carga y generación de vapor. (GUERRERO, J., 2005).
La unidad de concentración de gases de FCC se ha diseñado para recuperar
los C3 y C4 de los vapores de cabeza de la fraccionadora principal de FCC.
La unidad se divide en dos secciones: La sección de recuperación y la
sección de fraccionamiento. La recuperación de C3 y mayores es realizada
por la comprensión de los vapores de cabeza de la fraccionadora a 205
PSIg, para que los C3 y mayores puedan ser condensados y separados de
los C2 y menores que salen de la unidad como gas combustible. La pequeña
cantidad de C3 y mayores remanentes en el gas combustible son
recuperados en los absorbedores de esponja primarios.
La sección consiste en un despojador y de una debutanizadora. El
despojador remueve el H2S, C2 e inferiores de la gasolina no estabilizada
antes de entrar a la debutanizadora.
La debutanizadora separa los C3 y C4 de la gasolina. Los fondos de la
debutanizadora son enviados a la unidad Merox gasolina en el cual
representa las condiciones de gasolina de carga a la unidad Merox gasolina,
estos análisis se hacen diariamente en la REE. Los gases de cabeza de la
debutanizadora son para tratamiento a la unidad de Merox LPG.
Condiciones de Operación Sección de Fraccionamiento
Presión al fondo de la torre 1.8 Kg/cm2
Presión en la cima de la torre 1.3 Kg/cm2
54
3.10 CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LA UNIDAD FCC EN
LA REE
•
Flujo de carga de gasóleos 106 m3/h
•
Temperatura de la carga al elevador 218 °C
•
Relación en peso C/O 7.1
•
Catalizador / Actividad XAS/70
•
Presión del Reactor 2.1 Kg /cm2
•
Temperatura del Reactor 520 °C
•
Temperatura del Regenerador 750 °C
3.11 PRODUCTOS OBTENIDOS DE LA UNIDAD FCC
TABLA 2. Productos obtenidos de la Unidad FCC de la Refinería Estatal
Esmeraldas
PRODUCTOS
DESTINO
Gas
A tratamiento de Gas, Gas combustible,
LPG C3-C4
A tratamiento merox 100,
almacenamiento en esferas, despacho
petroquímica.
Gasolinas C5-C9
Tratamiento merox 200,
almacenamiento y despacho
Aceite cíclico pesado y ligero
Mezclas para Fuel Oil
Slurry
Al elevador del reactor (reciclado)
(Refinería Estatal Esmeraldas – Bunker, 2012)
55
3.12 EQUIPOS DEL PROCESO
3.12.1 SISTEMA DE CARGA DE GASÓLEO PESADO
El sistema de carga de aceite crudo provee la alimentación a la unidad,
remueve el calor de la sección de fraccionamiento y calienta la carga a la
temperatura deseada de entrada al elevador del reactor. Del tambor de
carga F-V5 la alimentación es bombeada por las bombas de carga fresca,
F-P2, a través del intercambiador fondos de la columna principal - carga
fresca F-E2, del intercambiador aceite clarificado- carga fresca, F-E3, y del
horno de carga fresca F-H1, antes de entrar al elevador del reactor. Además
el reciclo de lodos del calentador de lodos, F-V6, F-P7, pueden ser
combinados con la carga precalentada antes del elevador del reactor.
Adicionalmente el reciclo de carga al elevador incrementa el rendimiento del
coque y permite balancear el calor de la sección catalítica durante las
variaciones. Aceite cíclico pesado al riser se usa durante el modo de
operación de baja conversión de destilado cuando se desea incrementar la
producción de LCO.
Durante los arranques, paros y períodos de baja carga, el vapor puede ser
inyectado al fondo del elevador para mantener la mínima velocidad de
circulación del catalizador.
3.12.2 SECCIÓN CATALÍTICA
3.12.2.1 El elevador del reactor
El sistema elevador del reactor (rápido enfriamiento) consiste de una línea
vertical resistente a la abrasión a través de la cual la mezcla de catalizador y
aceite suben al reactor, como muestra la figura 14. La carga combinada,
56
carga fresca más reciclo entra al elevador a través del distribuidor extendido
en el medio en la base del elevador.
La mezcla de aceite con catalizador caliente se eleva a la temperatura
requerida del reactor usando el calor sensible del catalizador caliente del
regenerador. El catalizador en el elevador está en estado fluido con una
densidad cercana a 80Kg /m3. Las reacciones del craqueo son completadas
esencialmente en el elevador con un mínimo de sobre craqueó y formación
de coque.
El tiempo de contacto del catalizador y el aceite usado en este sistema es
del orden de 2-3 segundos. El elevador se extiende dentro de la parte
superior del reactor donde el catalizador-vapor pasa a través de los brazos
separadores. La separación efectiva de los vapores de hidrocarburo y
catalizador, se desarrolla en el menor tiempo posible usando este diseño.
FIGURA 14. Elevador del Reactor
(Refinería Estatal de Esmeraldas, 2012)
57
3.12.2.2 Reactor
La parte superior del reactor contiene el tope del elevador, los brazos de
separación, y los ciclones, ver figura 15. El volumen interno grande provee
de espacio de separación que reduce la velocidad de la mezcla de vapores
de aceite y catalizador, permitiendo que las partículas pesadas de
catalizador caigan y se separen efectivamente del vapor de hidrocarburo
ascendente. Estas partículas caen y se recolectan en la base del reactor,
pasando después a la sección de despojamiento. Los vapores producto
pasan a través de ciclo más de una etapa. Donde las partículas finas de
catalizador son removidas a través de la separación centrífuga. El
catalizador removido de la corriente de vapor por los ciclones es conducido
dentro de la sección de despojamiento a través de las piernas. Las piernas
son provistas de una lengüeta de contrapeso que restringe el flujo de
catalizador para asegurar un sello de catalizador en la pierna durante el
arranque u operaciones inestables. (GUERRERO, J., 2005).
FIGURA 15. Reactor de la Unidad FCC
(Refinería Estatal de Esmeraldas – Unidad FCC, 2012)
58
3.12.2.3 Despojador de catalizador
El despojador de catalizador rodea la parte superior del elevador del reactor.
El catalizador descendente del reactor pasa dentro del despojador, donde
fluye sobre siete gradillas o bafles de despojamiento en contracorriente con
vapor de levantamiento y despojamiento.
El vapor de despojamiento desplaza los vapores de aceite de los
alrededores de las partículas de catalizador y retorna este vapor al reactor.
Dos anillos de vapor semicirculares opuestos cerca de la base del
despojador aseguran una distribución uniforme del vapor.
Una pequeña cantidad de vapor es inyectada en la base del despojador
sobre la boca de la bajante del reactor por medio de un anillo de vapor
semicircular adicional para mantener la fluidización del catalizador y
asegurar una distribución igual de temperatura en esta sección. El flujo de
vapor al despojador es regulado por los controladores de flujo F-FRC-70
para los distribuidores superiores y F-FRC-350 para los distribuidores
inferiores.
3.12.2.4 Bajante del reactor
El catalizador abandona el despojador a través de una línea resistente a la
abrasión, que es la bajante del reactor en el fondo de la cual está la válvula
deslizante de catalizador gastado. La cabeza hidrostática de catalizador en
la bajante del reactor provee la fuerza de movimiento para transferir el
catalizador del reactor al regenerador, como muestra la figura 16. La
diferencial de presión entre el reactor y el regenerador puede ser controlada
positiva como normalmente ocurre el regenerador tiene una presión
ligeramente superior que el reactor, o negativa para balancear la presión
diferencial de la válvula deslizante y mantener condiciones seguras y estable
59
operación. La válvula deslizante de catalizador gastado es operada por el
controlador de nivel del reactor, FLRC-57, en combinación con el controlador
de la presión diferencial de la válvula deslizante F-PDRC-58 por medio de un
selector de baja señal. El empaquetamiento de la válvula deslizante de
catalizador gastado es purgado con vapor para prevenir la acumulación de
catalizador y el daño de la válvula en el área de la empaquetadura.
Anillos pantográficos de enlace son usados en la junta de expansión de la
bajante del reactor para asegurar igual movimiento de los velos o fuelles de
expansión durante los cambios de temperatura. Las juntas de expansión son
sopladas con vapor para prevenir la acumulación de catalizador. Un toma
muestra de catalizador gastado está localizado justo sobre la válvula
deslizante y puede usarse para eliminar el condensado durante el secado y
arranque o como un punto de desfogue para eliminar el taponamiento de
catalizador que podría ocurrir.
FIGURA 16. Bajante del Reactor
(Refinería Estatal de Esmeraldas– Bunker, 2012)
60
3.12.2.5 Regenerador
El regenerador consiste de una sección inferior y una sección Superior,
ambas teniendo una capa de aislamiento de concreto refractario sobre un
soporte reforzado. Este recubrimiento es necesario para proteger las
paredes de metal del recipiente de las altas temperaturas en las que el
regenerador opera y debería mantener la temperatura de la carcasa exterior
del regenerador bajo los 2300C todo el tiempo, ver figura 17. El coque
depositado sobre el catalizador en el reactor es quemado por aire distribuido
a través de la sección inferior por una grilla perforada montada en el fondo
del regenerador. La combustión del coque es una reacción exotérmica que
produce una gran cantidad de calor. Aproximadamente el 70% del calor
generado es absorbido por el catalizador y la mayor parte del remanente
sale con el gas de combustión caliente.
El catalizador gastado entra al regenerador bajo la temperatura del reactor
con 5200C y debe ser calentado hasta 6750C aproximadamente para obtener
una apropiada combustión. La bajante de catalizador circulante provee una
mediana transferencia de calor del catalizador regenerado hacia la parte
inferior del regenerador para calentar el catalizador gastado que entra al
regenerador hasta una temperatura de combustión apropiada. La válvula
deslizante de catalizador circulante es operada bajo el control de
temperatura F-TRC-326 desde un punto inferior del regenerador en
combinación con el controlador del diferencial de presión de la válvula
deslizante, F-PDRC-321 vía selector de baja señal.
La empaquetadura de la válvula deslizante es purgada con vapor para
prevenir acumulación de catalizador y daño de la válvula en el área de la
empaquetadura.
El catalizador gastado procedente del reactor y el catalizador circulante
procedente de la parte superior del regenerador son mezclados con aire en
61
la parte inferior del regenerador y elevados a través del elevador de
combustión y sacados por los brazos separadores del elevador. El gas
efluente y el catalizador son separados en los ciclones de doble etapa. El
catalizador cae a las piernas de los ciclones que están provistas con una
lengüeta de contrapeso para asegurar el sello de las piernas. El catalizador
se colecta en la zona anular alrededor del elevador de combustión, el que
sirve como volumen de suministro para las bajantes de catalizador circulante
y de catalizador regenerado. Aire secundario se introduce en dos
distribuidores semicirculares opuestos en la parte superior de la fase densa
para mantener la fluidización del catalizador.
El gas efluente de los ciclones entra a la cámara plena en el tope del
regenerador antes de salir.
FIGURA 17. Regenerador de la Unidad FCC
(Refinería Estatal Esmeraldas – Unidad FCC, 2012)
62
3.12.2.6 Bajante del regenerador
El catalizador caliente abandona la parte superior de la fase densa del
regenerador a través de una línea existente a la abrasión al fondo de la cual
está la válvula deslizante de catalizador re generado. Esta línea se conecta
mediante una “Y” a la base del elevador del reactor. La posición de la válvula
deslizante de catalizador regenerado es controlada por el controlador de
temperatura del reactor, F-TRC-65, en combinación con el controlador del
diferencial de presión de la válvula deslizante F-PDRC-60 vía en selector de
baja señal. El empaquetamiento de la válvula deslizante es equipado con
una línea de vapor de purga para prevenir la acumulación de catalizador y
daños en la válvula, el área de la bajante de catalizador regenerado está
provista de una junta de expansión para soportar el incremento de longitud
del elevador del reactor, ver figura 18, causada por un incremento de
temperatura. Anillos pantográficos de enlace son usados en la junta de
expansión para asegurar igual movimiento de todos los fuelles o velos
durante los cambios de temperatura. Puntos de soplado con vapor se
proveen en la junta de expansión para evitar la acumulación de catalizador e
incrementar la fluidización. Un tomamuestra de catalizador está localizado
(regenerado) justo sobre la válvula deslizante, y esta conexión puede ser
usada también para remover taponamiento de catalizador en la bajante, que
podría ocurrir.
63
FIGURA 18. Bajante del Regenerador
(Bunker Refinería Estatal de Esmeraldas– Bunker, 2012)
3.12.2.7 Calentador de aire
Un calentador de aire de fuego directo se usa para el calentamiento de la
unidad durante el arranque, como muestra la figura 19. Este está localizado
en la línea de descarga del soplante en la lineal que entra al regenerador.
Normalmente se usa el calentador durante el arranque. Es importante que la
temperatura de salida del calentador de aire sea incrementada o disminuida
a una velocidad máxima de 1100C por hora, para reducir el “Stress” que
podría producirse en el elevador de combustión del regenerador por cambios
bruscos de temperatura.
64
FIGURA 19. Calentador de Aire
(Refinería Estatal de Esmeraldas– Bunker, 2012)
3.12.2.8 Sistema de aceite de antorcha
El aceite de antorcha es usado como una ayuda para calentar el inventario
de catalizador del regenerador en el arranque, y ocasionalmente para
eliminar el post-quemado durante condiciones anormales. El calentamiento
con aceite de antorcha debe ser minimizado en lo posible para limitar el
daño de catalizador por desactivación y sinterización. La carga fresca
(gasóleo) de la descarga de la bomba de la descarga de la bomba de
circulación es inyectada a través de una boquilla de 4’’ localizada en la parte
baja del regenerador usando F-HC-45. El aceite es atomizado con vapor de
5.6 kg/cm2 usando F-HC-.45.
La boquilla de aceite de antorcha puede ser puesta en servicio cuando la
unidad está operando, mientras esté insertada
a través de una
empaquetadura y una válvula de bloqueo.
65
Antes del arranque la boquilla debe ser localizada aproximadamente de
manera que la punta de la bayoneta esté salida 6mm de la pared interior del
regenerador con los agujeros interiores y exteriores de la punta alineados en
posición horizontal. El cañón debe ser marcado en el lado exterior del
regenerador para facilitar la apropiada reinserción cuando la unidad esta
operando. Con el fin de enfriar la punta de la boquilla y prevenir la acumulación de catalizador alrededor de la boquilla, una pequeña purga de
vapor es mantenida a través de la boquilla de aceite de antorcha y una purga
de vapor es inyectada en el recipiente en el espacio anular de la boquilla.
3.12.2.9 Sistema de aceite hidráulico
Un sistema de aceite hidráulico independiente provee la fuerza de
movimiento de la válvula deslizante de catalizador circulante. El aceite
hidráulico actuante es suministrado a la válvula deslizante por un único
recipiente, la unidad controlada electrónicamente consiste de una sección de
aceite hidráulico que usa una bomba de desplazamiento positivo accionada
por motor, con carrera variable, un cilindro, un sistema de control y un sistema de alarma por falla.
El aceite suministrado a la válvula deslizante pasa a través de un accionador
de válvula piloto la que dirige el suministro a un lado del cilindro hidráulico o
al otro dependiendo de la señal del controlador, F-TC326.
Si se pierde la señal de control, la válvula deslizante puede ser posicionada
usando la estación manual de control local para controlar el accionador.
Cada unidad contiene también un acumulador de aceite de reserva
presurizado con una capacidad para dos cargas de la válvula si fallara la
bomba de aceite, sí el acumulador de reserva se depresiona la válvula
puede ser posicionada usando la válvula de cuatro vías ubicada en el
campo. En caso de que el sistema completo de aceite hidráulico falle, la
66
válvula puede ser posicionada usando una bomba manual. En caso de que
el sistema completo de aceite hidráulico falle, la válvula puede ser
manualmente operada usando su volante. Referir se al manual del fabricante
para obtener información detallada de la operación.
El sistema principal de aceite hidráulico posee la potencia para mover las
otras válvulas deslizantes de control de flujo de catalizador. Las bombas
centrífugas de aceite hidráulico F-P14, succionan del recibidor de aceite
hidráulico de baja presión F-V13 y descargan en el cabezal que suministra a
los accionadores de las válvulas deslizantes. El mínimo flujo de la bomba se
mantiene con el controlador F-FIC-204, el que indirectamente mantiene la
presión de aceite hidráulico en aproximadamente 17.6 kg/cm2. Una bomba
de relevo accionada por turbina está provista de un circuito de arranque
automático que es activado en una baja de la presión de aceite hidráulico a
16.2 kg/cm2.
El aceite suministrado a cada válvula deslizante pasa a través del
accionador de una válvula piloto la que dirige el suministro a uno u otro lado
del cilindro hidráulico, dependiendo de la señal del controlador. Si el sistema
de control se pierde, la válvula deslizante puede ser movida por operación
manual de la válvula posicionadora local de cuatro vías, que realiza la misma
función.
Cuando la válvula deslizante es operada por la válvula de cuatro vías, el
suministro de aceite al accionador automático deberá ser cortado, de lo
contrario este instrumento tenderá a oponerse al movimiento manual de la
válvula deslizante. En caso de que fallen las bombas de aceite hidráulico, se
dispone de un suministro de reserva desde el acumulador de alta presión de
aceite hidráulico FV/2, el cual tiene un sello con nitrógeno a 17.6 kg/cm2.
Este provee de un suministro temporal de aceite a los accionadores de la
válvula deslizante hasta que vuelva a operar la bomba.
67
En caso de un daño completo del sistema de aceite hidráulico, las válvulas
deslizantes pueden ser operadas con el volante. Cuando esto se hace, es
necesario cerrar el suministro de aceite tanto a la válvula de cuatro vías
como a la piloto automática y abrir el by-pass entre los terminales opuestos
del cilindro hidráulico. Esto es necesario para igualar las presiones de aceite
entre los terminales del cilindro, de manera que el aceite será desplazado de
un lado a otro, según sea operada la válvula.
Los accionadores del piloto hidráulico son mecanismos con pequeñas
tolerancias y, es necesario que el aceite suministrado, sea absolutamente
limpio. Antes del arranque cualquier sección del sistema de aceite hidráulico
que no sea de acero inoxidable podría ser lavado con aceite. Es importante
que el aceite hidráulico usado esté dentro de todas las especificaciones
dadas por el fabricante del equipo hidráulico y también contenga inhibidores
corrosión, oxidación y espuma.
3.12.2.10 Instrumentación
El catalizador fluidizado se comporta como un fluido, de manera que la
presión en cualquier punto del sistema puede ser medida con un instrumento
de presión normal. También, la diferencia de presión entre dos puntos de un
recipiente vertical puede ser usada para obtener una medida de la cantidad
de catalizador en el recipiente.
El catalizador estancado puede taponar las conexiones de los instrumentos,
lo que ocasionaría defectos en la medida y control. Por esta razón toda la
toma de presión en un equipo que contiene catalizador se levanta del
recipiente en la línea de un ángulo de 45° y son continuamente purgados
con un pequeño flujo de aire de instrumentos a través de un orificio de 2mm.
El uso de la corriente de purga produce un error despreciable en la medida
de presión la que es anulada en el caso de la medida de la diferencial de
68
presión. El uso de aire para la purga es permisible tan largo como los
requerimientos de la operación sean considera dos. Si la unidad está
parando las purgas de aire de instrumentos deberían ser cortadas de las
tomas de presión de las bajantes del reactor y regenerador antes que el
despojamiento e inyección de vapor sea cortada.
Los principales lazos de control en la sección de flujo de catalizadores:
•
El controlador de temperatura del reactor F-TRC-65, regula la posición de
la válvula deslizante de catalizador regenerado de tal manera que la
cantidad apropiada de catalizador es mezclada con la carga combinada
para mantener la temperatura del reactor deseada.
•
El nivel del despojador del reactor es controlado por F-LRC-57 el que usa
la presión diferencial entre la toma cerca al domo del reactor y el fondo
del despojador para setear la posición de la válvula deslizante de
catalizador gastado.
•
La presión del regenerador es indirectamente controlada por la operación
de las válvulas deslizantes del gas efluente desde el F-PDRC-56 el que
mide la presión diferencial entre el reactor y el regenerador. Usando el
PDRC, minimizamos el efecto de los cambios de presión de la sección de
fraccionamiento sobre la circulación de catalizador. La diferencial de
presión reactor - regenerador es generalmente escogida para más o
menos igualar la presión diferencial a través de las válvulas deslizantes
de catalizador aunque en ocasiones para minimizar la potencia del
soplante principal.
•
Las temperaturas bajas de la sección del regenerador son controladas por
F-T1RC-326 el cual ajusta la válvula deslizante de catalizador circulante.
Esta válvula admite catalizador regenerado caliente para la sección baja
para mantener una temperatura adecuada de regeneración y combustión.
•
Con el fin de evitar contra flujos de catalizador a través de las válvulas
deslizantes durante una perturbación, una diferencial de presión
69
supeditada se provee en cada válvula deslizante de catalizador. Este
sistema opera a través de un selector de baja señal, de tal manera que si
la presión diferencial cae a menos de 0.144kg/cm2, la válvula
automáticamente comienza a cerrar hasta que la diferencial de presión
sea recuperada, despreciando la primera señal del controlador.
Instrumentos adicionales de la sección de catalizador incluyen:
La presión del reactor es indirectamente controlada por el controlador de
presión F-FRC-192 en el receptor de cabeza de la columna principal. La
presión del reactor se igualará a esta presión más las caídas de presión a
través de la columna principal, y el efluente del reactor y circuitos de vapores
de cabeza.
3.12.2.11 Almacenamiento de catalizador
El almacenamiento de catalizador está provisto por la tolva F-V1 para
catalizador fresco, F-V2 para el catalizador de equilibrio. El F-Vl9 es para
almacenamiento de catalizador fresco al granel. La tolva de catalizador
fresco está provista de un alimentador automático de catalizador que lo
transfiere a la parte inferior del regenerador. Las válvulas están equipadas
con válvulas de relevo para prevenir sobre presionamientos, y un sistema de
líneas de cargado y descargado. La instrumentación se limita a medidores
de presión y sistemas graduados de medición de nivel. Las tolvas están
construidas para operar con vacío producido por un eyector accionado con
flujo de vapor; lo que se usa para transferir catalizador a las tolvas.
3.12.2.12 Vapor de purga
Vapor de purga se usa para mantener el catalizador fuera de los sellos de
empaquetadura de las válvulas deslizantes de las juntas de expansión de las
bajantes y de la boquilla de aceite de antorcha. El flujo normalmente se
controla con orificios de restricción. Si la velocidad del vapor inyectado es
70
muy alta, los efectos de la atracción pueden dañar el catalizador. Un
pequeño flujo de vapor como cuando el orificio está taponado puede causar
la entrada de catalizador teniendo como resultado problemas de presión y
taponamiento. Presión 80 PSI – 5.44 Kg/cm2.
3.12.3 SECCIÓN FRACCIONAMIENTO
3.12.3.1 Columna principal de destilación
Los vapores efluentes del reactor deben ser condensados y fraccionados en
los productos deseados. La columna principal realiza ambas operaciones,
produciendo gas y gasolina no estabilizada como productos de cabeza, los
aceites cíclicos ligero y pesado como cortes laterales, y un producto de
fondos de la columna principal. La columna es específicamente diseñada
para manejar los vapores efluentes sobrecalentados del reactor, la gran
cantidad de vapor que se eleva a través de la columna.
Los vapores del reactor aproximadamente a 5l0°C entran al fondo de la
columna principal bajo el sexto plato.
Los platos disco y corona son usados debido a la gran cantidad de vapores
cargados al fondo de la columna. Los vapores súper calentados deben ser
enfriados bajo de 3700C antes de que el fraccionamiento pueda empezar.
Los vapores son de supercalentados, condensados parcialmente y
despojados de catalizador por contacto con la corriente enfriadora de
recirculación de fon dos que regresa bajo el plato superior del fondo. El
coque puede formarse en los fondos de la columna principal si el material de
fondos tiene demasiado tiempo de residencia a una temperatura elevada.
Una corriente de enfriamiento (Quench) del material de fondos retorna bajo
los platos disco y corona a través del F-FC143, es usada para mantener una
temperatura menor a la de craqueo que es de 3700C, para prevenir el
71
coquisamiento. Una corriente circulante de fondos calientes retornando bajo
el plato superior de disco y corona es usada para mantener un alto rango de
lavado cuando la unidad opera a baja carga.
Un desajuste o perturbación en el reactor podría ocasionar el arrastre de
catalizador a la columna principal que podría tapar y erosionar el equipo. Un
sistema lavado usando carga fresca se usa para mantener los instrumentos
de nivel de fondos libre de catalizador. Los fondos de la columna principal
están también provistos de tres líneas de muestreo que sirven para ubicar el
nivel de fondos cuando se ha tapado el trasmisor de nivel.
La línea de by- pass del reactor para arranques y emergencias entra a la
columna principal sobre el plato disco y corona N° 4. Esta línea no es usada
durante la operación normal, pero esta puede ser alineada para permitir la
circulación de carga fresca durante situaciones de emergencia.
Los vapores de súper calentados suben desde los fondos de la columna
principal hacia la sección de enfriamiento de aceite cíclico pesado.
Esta sección contiene cinco platos tipo válvula N° 23-27, y un plato
acumulador que está localizado bajo el plato N° 25. La corriente circulante
de aceite cíclico pesado fría retorna a través de un distribuidor al plato N° 23,
condensando la fracción de aceite cíclico pesado de los vapores que suben.
El líquido es colectado en un plato acumulador desde donde es succionado
por la bomba de la corriente de circulación a través de un intercambiador de
calor, con control de flujo. El acumulador también suministra la alimentación
al despojador de aceite cíclico pesado. Los vapores ligeros despojados del
producto retornan sobre el plato acumulador y se elevan con los vapores
ligeros a la sección de enfriamiento de aceite cíclico ligero. La sección de
aceite cíclico pesado contiene también una boquilla localizada sobre el plato
acumulador la que se conecta mediante una línea abierta al tambor de carga
72
fresca. Esta línea permite balancear la presión del domo de carga con la de
la columna principal los vapores incondensables de la sección de aceite
cíclico pesado se elevan hacia la sección de aceite cíclico ligero la que
contiene 9 platos tipo válvula, N° 14 -22, y un plato a cumulador localizado
bajo el plato N°17. La corriente circulante de aceite cíclico ligero enfriado
retorna a través de un distribuidor al plato N° 14 y condensa el material de
aceite cíclico ligero de los vapores calientes que se levantan.
El reflujo líquido es colectado en el plato acumulador desde donde es
succionado para el bombeo por una corriente de circulación de flujo
controlado. El liquido del acumulador también fluye hacía el plato del tope
del despojador de aceite cíclico ligero. Los vapores ligeros despojados
retornan a la columna principal sobre el plato acumulador de aceite cíclico
ligero y se elevan con los vapores ligeros a la sección de la nafta.
La sección de la nafta consiste de doce platos tipo válvula N°2-13, cuyas
fracciones de vapores calientes se elevan de la sección de aceite cíclico
ligero. La nafta de circulación es retirada del plato acumulador N° 5,
bombeada para intercambio de calor y retornan a la columna sobre el plato
N°2. El plato acumulador también suministra líquido para uso en la unidad
de concentración de gases.
El remanente incondensable en el rango de vapores de gasolina, gases de
hidrocarburos ligeros, y vapor de agua pasan a través del plato N°. 1 hacia el
sistema de cabeza donde la gasolina y el agua son condensados por un
condensador de cabeza de la columna principal, y colectados en el
acumulador de cabeza. Los gases ligeros incondensables fluyen a la unidad
de concentración de gases a control de presión F-PRC-192. La gasolina
condensada es bombeada a control de temperatura, F-TRC-155 retornando
sobre el plato N°. 1 como reflujo; y a control de nivel, F-LIC-193, a la unidad
de concentración de gases como líquido de cabeza.
73
El condensador es acumulado en la bota de agua del acumulador de cabeza
y es bombeado a control de nivel, F-LIC-190 a la unidad de despojamiento
de aguas amargas.
3.12.3.2 Despojador de cortes laterales
La corriente de aceite cíclico ligero retirada del acumulador de la columna
principal contiene una pequeña cantidad de material en el rango de las
gasolinas. Estos son retirados con el líquido colectado en el plato
acumulador.
Si este material no es removido del corte lateral, un producto de bajo punto
de inflamación indeseable podría resultar. Estas puntas ligeras no deseadas
son removidas en el despojador de LCO el que contiene 6 platos tipo
válvula. El aceite cíclico ligero fluye dentro del despojador sobre el plato N° 1
a control del nivel de fondos del despojador, F-LC163. Vapor de presión
media es inyectado al despojador bajo el plato N° 6 a través de F-FC165. El
vapor se levanta a través de los platos y despoja las puntas ligeras de la
corriente líquida que fluye hacia abajo. Los vapores despojados y el vapor
retornan a través de una línea abierta a la columna principal sobre el plato
acumulador.
El producto, aceite cíclico ligero es bombeado desde el fondo del
despojador.
La configuración y operación del despojador de aceite cíclico pesado es
idénticas a la del despojador de aceite cíclico ligero.
Los despojadores de aceite cíclico ligero y pesado están construidos como
un solo recipiente, pero son independientes. La cabeza del despojador de
aceite cíclico pesado forma la base del despojador de aceite cíclico ligero.
74
3.12.3.3 Sedimentador de lodos
El arrastre de catalizador a la columna principal es minimizado por el diseño
de los brazos separadores del elevador del reactor y los ciclones. Sin
embargo debido al requerimiento de una relativa limpieza del producto de
fondos se provee de un sedimentador de lodos para reducir el contenido de
catalizador.
El catalizador es separado en el sedimentador por gravedad a medida que
los fondos entran en el volumen de sedimentación a baja turbulencia a
través de una boquilla tangencial. El aceite clarificado es retirado por el
domo del recipiente a control de flujo, F-FRC- 126, y el lodo rico en
catalizador es retirado por el fondo a través del F-ERC-128. El flujo de los
fondos de la columna principal a través del sedimentador se mantiene sobre
el flujo mínimo de 2,1 m3/hr usando un lazo de control de flujo mínimo FFRC-127. Este esquema asegura que el catalizador no se acumule en los
fondos de la columna principal durante períodos de baja producción neta de
fondos.
3.12.4 VARIABLES DEL PROCESO-REACTOR
El reactor y generador operan juntos como una unidad integrada pero es
conveniente
discutir
las
variables
del
proceso
en
cada
sección
independientemente. Aun cuando es imposible hacer un cambio en el
proceso en una sección sin afectar a la otra.
Las variables de la sección del reactor son ajustadas para optimizar la
severidad del reactor. Una medida de la severidad es la conversión, la que
es definida como el porcentaje del volumen líquido de la carga fresca,
craqueada a gasolina y productos ligeros. La conversión debe ser corregida
para algo de gasolina contenida en la carga fresca. Es convencional corregir
75
el rendimiento de aceites cíclicos craqueados a los que serían producidos si
la destilación del 90% de la gasolina ocurre a l93°C.
La conversión y las propiedades de los productos cambian con la severidad
de reacción.
Un modo de operación con alta severidad aproximadamente 85-90LV-%
conversión producirá grandes cantidades de LPG, mientras que un modo de
baja severidad aproximadamente 45-55LV-% de conversión producirá más
destilado. El modo más conocido operación es el de gasolina cuando se
opera alrededor de 75 - 80 LV-% de conversión. A propósito, la conversión y
el rendimiento de productos son afectados por las propiedades de la carga.
Es importante notar que el rendimiento de gasolina no siempre se
incrementa con la severidad de reacción, Si la severidad se eleva
demasiado, el sobre craqueó ocurrirá con el resultado de que mayor
cantidad de LPG se producirá a expensas del rendimiento de gasolina. La
línea punteada en la figura 3 muestra la severidad óptima para máxima
producción de LPG en una máxima producción de gasolina.
3.12.4.1 Manipuleo de catalizador
Un buen manipuleo del catalizador es importante para una operación normal.
El catalizador fresco debe ser aislado a la unidad para mantener un nivel
deseado de actividad y reponer las pérdidas físicas. Uno debe darse cuenta
que debido al inventario grande de catalizador tomará un tiempo
considerable para que los efectos de un programa de reemplazo de
catalizador sean completamente evaluados. Los resultados no podrán ser
detectados por cambios en el stock de carga y condiciones de operación los
cuales afectan al rendimiento de los productos.
76
La adición de catalizador fresco debe realizarse continua y uniformemente
como sea posible. La adición en forma interrumpida tiende a afectar a la
conversión y es evidente el incremento de las perdidas como resultado; se
recomienda que una muestra de catalizador regenerado sea enviada al
proveedor cada dos semanas para análisis, y los resultados graficarlos junto
con otras condiciones del proceso de manera que la tendencia se observe
fácilmente. Un tipo de programa de reposición de catalizador y velocidad de
adición debe ser mantenido por un período de meses, antes de hacer
cambios en el modo de reemplazo. Se debe establecer un método preciso
para contabilizar la adición de catalizador y las pérdidas.
El catalizador de equilibrio debería ser retirado como fuere necesario cuando
la adición de catalizador fresco produzca un incremento del inventario de
catalizador en el regenerador. Las características del catalizador están en el
anexo 1.
3.12.4.2 Relación catalizador/aceite
Frecuentemente se hace referencia a la relación catalizador / aceite, C/O,
que es la relación de Kg./h de catalizador circulado a Kg./h de carga fresca
C/O, no es una variable independiente, se incrementará con un incremento a
la temperatura del reactor, y decrecerá con altas temperaturas del
regenerador o de la carga combinada. Cuando las condiciones del proceso
son cambiadas de manera que ocurre un incremento en C/O, un incremento
en la conversión y en la producción de coque será también observado.
Un incremento en la circulación de catalizador a una temperatura constante
en el reactor:
1.- Incrementará la conversión.
2.- Incrementará el rendimiento de gases ligeros.
77
3.- Incrementará la producción de C3 Y C4.
4.- Reducirá la producción de C3 y C4olefínicos.
5.- Incrementará el contenido de gasolina aromática.
6.- Reducirá el contenido de gasolina olefínica.
7.- Reducirá el contenido de LCO (aceite cíclico ligero) aromático.
8.- Incrementará la producción de coque.
3.12.4.3 Flujo de carga
La unidad se adaptará a grandes variaciones de la carga a través de F-ERC119 a conversión constante. Durante las paradas o cuando están siendo
procesados stocks de carga ligeros, la reducción en la producción de coque
causará una reducción de la temperatura del regenerador. Si la reducción de
la temperatura es lo suficientemente grande para afectar la estabilidad de la
operación, será necesario adicionar el reciclo de aceite cíclico pesado, a
través del F-FC159 al elevador para incrementar la producción de coque
con el fin de ayudar a la unidad a mantener el balance de calor. Durante las
paradas, la inyección de vapor al elevador es también necesaria para
mantener la fluidización del catalizador. El flujo de carga promedio es de
1000 – 2000 Kg.
3.12.4.4 Temperatura de la carga combinada
La
temperatura
de
la
carga
combinada
se
ajusta
a
través
del
precalentamiento de la carga fresca y la temperatura de los flujos de reciclo.
El efecto de un cambio en el precalentamiento de la carga combinada puede
ser precedido del balance de energía alrededor del reactor y regenerador.
Un incremento en la temperatura de precalentamiento a temperatura
constante del reactor:
78
1.- Reducirá la circulación de catalizador.
2.- Bajará la producción de coque.
3.- Incrementará el “Delta coque” (Kg. coque/Kg. catalizador).
4.- Ligeramente bajará la conversión.
5.- Incrementará la temperatura del regenerador.
Aunque la producción de coque se reducirá con un incremento en la
temperatura de precalentamiento, el “Delta coque” se incrementará y la
temperatura del regenerador subirá.
El “Delta coque” es la mayor de las dos variables que afectan a la
temperatura del regenerador 7300C.
3.12.5 VARIABLES DEL PROCESO REGENERADOR
La función del regenerador es quemar el coque del catalizador gastado
transferido desde el reactor. El calor generado por esta combustión provee
de calor necesario para la operación de la unidad.
La operación del regenerador influye en la eficiencia del reactor, el
catalizador regenerado parcialmente no provee una adecuada conversión y
la distribución de productos será afectada. Lo más importante es el efecto de
las variaciones de temperatura de la fase densa sobre la relación
catalizador/aceite. Una baja temperatura de la fase densa resulta en una alta
recirculación de catalizador, lo que incrementa tanto la conversión como el
rendimiento de coque, pero esto también podría causar limitaciones en la
capacidad de la unidad.
Estas variables de procesos del regenerador son:
79
3.12.5.1 Distribución del aire
Una distribución igual del aire es esencial para una buena operación del
regenerador. Si una mayor cantidad de aire pasa por una sección del lecho
que por otra, la regeneración del catalizador no es completa. Perfiles
desiguales de temperatura son el signo de una pobre distribución. Esto
puede ser causado por un daño en el distribuidor o una operación a flujos de
aire substancialmente más bajos que el flujo de diseño.
Flujos de aire bajos resultarán en una baja caída de presión en la grilla, por
debajo de los valores de diseño que pueden causar problemas de erosión
del distribuidor. Los tipos de distribuidores con grillas perforadas son
diseñados para caídas de presión de 0.05-0.07 Kg/cm2.
3.12.5.2 Condiciones del catalizador
La operación del regenerador no es grandemente afectada por cambios
normales en las propiedades del catalizador; sin embargo, una substancial
perdida de finos del inventario de catalizador producirá una fluidización
pobre en el regenerador y se incrementará el contenido de carbón del
catalizador regenerado. Por esta razón, el retiro de catalizador de equilibrio
debería hacerse regularmente de manera que no exista un cambio en la
distribución del tamaño de las partículas de catalizador hacia tamaños
grandes de partículas.
Ocasionalmente, el catalizador se sinteriza por exposición a altas
temperaturas, o como resultado de una contaminación con sodio. La
sinterización ocurre cuando los metales en el catalizador son justamente
suficientes para cerrar algunos poros. Si estos poros contienen coque, este
coque no puede ser regenerado, puesto que está protegido del contacto con
el oxígeno. Si el catalizador es establemente gris en el color, después de la
80
regeneración en el laboratorio y la determinación rutinaria de contenido de
carbón, este color se debe probablemente al coque atrapado en los poros
sinterizados. Esto indica que la estructura de los poros del catalizador ha
sido dañada en forma permanente, provocando una pérdida de la actividad.
3.12.5.3 Combustión del coque
El coque es una mezcla de carbón (C), e hidrógeno (H) y que al ser
quemados en el regenerador produce dióxido de carbono (C02), monóxido
de carbono (CO), y agua (H2O). El quemado de carbón puede ser completo
(a C02) o solamente parcial (a una mezcla de CO y C02). El CO puede ser
quemado a CO2 para obtener máxima combustión.
ECUACIÓN 2. Combustión completa
C + 02
C02 + calor
ECUACIÓN 3. Combustión parcial
C +1/2- 02
CO + calor
ECUACIÓN 4. Combustión CO
CO +1/2- 02 C02 + calor
3.12.5.4 Flujo de aire de combustión
El flujo de aire hacia un regenerador de alta eficiencia debe, ser ajustado
para mantener l~4% en volumen de exceso de oxígeno en el gas de
combustión, Si no se suministra la cantidad suficiente de aire al regenerador
para la combustión completa del coque, el regenerador se retrasará en el
quemado. Esto ocurre cuando el coque es quemado más lentamente de lo
81
que se forma por las reacciones de craqueo, así mayor cantidad de coque se
forma en el próximo paso del catalizador a través del elevador, y esto
disminuye
más la actividad. La temperatura del regenerador declina
lentamente hasta que la unidad no funciona más tiempo cuando el flujo de
aire para la combustión es Insuficiente.
3.12.5.5 Temperatura de la fase densa
La más alta temperatura de la fase densa del regenerador no es controlada
directamente sino que es dependiente de las condiciones del reactor,
propiedades de la carga combinada y flujo de aire. La temperatura del
regenerador es el mecanismo de balance de calor del proceso de
regeneración. Aquellos cambios en las condiciones del proceso que tienden
a producir más coque también causan un incremento en la temperatura del
regenerador.
El
incremento
de
temperatura
reduce
la
relación
catalizador/aceite lo que en cambio reduce la producción de coque y se
restablece el balance.
Los cambios en el proceso que causaran un incremento en la temperatura
de la fase densa del regenerador son:
•
Un incremento en la gravedad específica de la carga, punto de ebullición
promedio y contenido de carbón.
•
Una disminución en el factor de caracterización KUOP.
•
Incremento en recirculación de lodos.
•
Un incremento en la temperatura de la carga combinada.
•
Un incremento en la temperatura del reactor.
•
Un incremento en la presión del reactor.
82
3.12.5.6 Razón de recirculación del catalizador
La condición conocida cono post quemado ocurre cuando el CO no
combustionado no comienza a quemarse hasta CO2 hasta que los gases
efluentes alcanzan la parte superior del regenerador. En esta área hay muy
poco catalizador para absorber el calor. Esto produce temperaturas
extremadamente altas que pueden dañar seriamente los ciclones y la línea
del gas de combustión.
En el regenerador de alta eficiencia, el quemado de carbón debería
efectuarse en el elevador de combustión para maximizar la transferencia de
calor al catalizador regenerado en fase densa superior del regenerador. Si la
temperatura más baja del regenerador es insuficiente para quemar todo el
carbón en el riser de combustión; el quemado tendrá lugar en la parte
superior del regenerador, reduciendo la eficiencia del regenerador. Un
indicativo de este tipo de post quemado se observa cuando las temperaturas
de la fase diluida superior del regenerador son más altas que las de la fase
densa. Este problema puede ser corregido con una mayor recirculación de
catalizador caliente desde la parte superior del regenerador, lo que
incrementará la velocidad de quemado del coque en el elevador de
combustión.
3.12.5.7 Nivel del regenerador
La sección superior del regenerador es el recipiente de fluctuación de
catalizador de la unidad. Este nivel variará ligeramente con las condiciones
de operación pero se mantiene por ajustes manuales la relación de adición o
retiro de catalizador. Generalmente, se introduce catalizador fresco
continuamente para mantener la actividad, mientras el catalizador se
desactivará a una cierta velocidad mínima, sin depender del flujo y
composición de la carga.
83
Usualmente debe haber un mínimo de reposición de catalizador diariamente
de 1-2% del inventario de catalizador. El flujo de reposición para mantener la
actividad constante tenderá a ser menor si es pequeño el inventario de
catalizador. Esta reposición normalmente produce un incremento del nivel de
catalizador puesto que este flujo de reposición debe ser más grande que el
flujo de pérdidas. Esto demanda periódicos retiros de catalizador de
equilibrio cuando el nivel del regenerador llega a ser muy alto.
Operaciones con nivel bajo del regenerador deben ser evitadas debido a
una disminución de la estabilidad de la unidad que podría surgir. Un bajo
nivel no posee la habilidad para absorber cambios en la densidad y
circulación de catalizador. Un inventario grande de catalizador absorberá los
efectos de la menor perturbación en las condiciones de operación ya que los
cambios en la temperatura del regenerador y en la circulación de catalizador
serán más pequeños. Los niveles son medidos con controladores de nivel.
3.12.5.8 Presión del regenerador
Un incremento en la presión del regenerador mejorará la regeneración del
catalizador, aunque esta variable es casi no usada para este propósito. El
efecto de la presión del re generador sobre las diferenciales de presión de
las válvulas deslizantes consumo de potencia del soplante principal de aire,
ingreso de catalizador, y la eficiencia de los ciclones es más importante.
Referirse también a la discusión del balance de presión ReactorRegenerador incluido en la sección de variables de proceso del Reactor.
Bajando la presión del regenerador:
• Se incrementará la diferencial de presión de la VDCA.
• Se reducirá la diferencial de presión de la VDCR.
• Se reducirá el consumo de potencia del soplante principal de aire.
84
• Mejorará ligeramente la distribución de aire.
• Se incrementará el ingreso de catalizador a los ciclones.
3.12.5.9 Aceite de antorcha
La boquilla del aceite de antorcha permite que este sea atomizado dentro de
la parte inferior del regenerador duran te los arranques como ayuda para el
calentamiento del inventario de catalizador. La carga fresca circulante es
usado mientras ambos están libres de contaminantes metálicos.
Ambos tienen un punto inicial de ebullición (IBP) sobre los 2050C que elimina
el peligro de la vaporización del aceite de antorcha antes de la ignición
cuando se usa durante el arranque.
El aceite de antorcha no debe ser usado en operación normal debido a que
el excesivo calor producido puede sinterizar el catalizador produciendo
desactivación. Cuando es necesario el aceite de antorcha debe tenerse
cuidado para asegurar una apropiada atomización del aceite. Una alta
concentración de aceite en pequeñas áreas puede producir un mayor
calentamiento en áreas localizadas lo que se observará en los indicadores
de temperatura del regenerador.
3.12.6 PROPIEDADES DE LA CARGA
La carga a la unidad es una corriente de gasóleos de vacío proveniente ya
sea desde la unidad de destilación al vacío desde los tanques de
almacenamiento. Las propiedades del diseño de la carga son:
•
Gravedad, 0API (específica)
23.9 (0.911)
•
Factor caracterización (KUOP)
11.87
85
•
Peso molecular (MW)
408
•
Azufre, wt%
1.16
•
Factor de metales (FM)
3.7
•
Carbón conradson, wt%
1.0
86
TABLA 3. Propiedades de la carga
(Refinería Estatal de Esmeraldas-Laboratorio, 2010)
87
Estas propiedades son utilizadas para caracterizar la carga, e indicar la
facilidad de su craqueo y las fuentes potenciales de problemas en la
operación de la unidad, ver tabla 3.
La unidad de craqueo catalítico fluido puede acomodarse satisfactoriamente
a amplias variaciones en la composición y calidad de la carga sin afectar
seriamente la operación de la unidad. Sin embargo cualquier variación en las
propiedades de la carga puede requerir cambios en las condiciones del
proceso para mantener la unidad en su estado óptimo de funcionamiento.
3.12.6.1 Rango de ebullición
El rango de ebullición de una carga de FCC usualmente varía de un punto
inicial de alrededor de 2600C a un punto final de 540°C. La destilación de
hidrocarburos en este rango alto de temperaturas debe ser realizado bajo
vacío y corregido a la presión atmosférica, debido a que el cracking térmico
de la muestra ocurrirá sobre los 370°C.
Hay dos puntos de ebullición que son usados para describir el material ligero
de la carga, estos son los porcentajes sobre 221°C y porcentajes sobre los
343°. El primer valor cuantifica la cantidad de gasolina en la carga. Este
material puede ser craqueado, pero solo a una razón muy baja. La mayor
parte de este material pasa a través de la unidad, con tal vez un pequeño
incremento del octanaje.
El incremento del octanaje es un poco más alto para la gasolina craqueada
que para el material de corrida directa. Debido a esto la presencia de
gasolina en la carga a FCC no es deseable ya que ocupa el espacio que
podrá ser usado para mejorar el gasóleo, y porque generalmente estas
gasolinas tienen octanaje bajo. Sería mejor remover este material en la
unidad de pretratamiento de la carga.
88
El porcentaje sobre 343°C es una medida de la cantidad de fuel oil ligero en
la carga. El punto de ebullición de 343°C es escogido porque corresponde al
punto final de ebullición de LCO normal. Este material se craqueará pero no
en la misma proporción que un material más pesado. Producirá más coque
que la gasolina pero menos que el material más pesado.
El punto final de ebullición de un stock de carga a FCC puede variar,
dependiendo en algún grado de la disponibilidad del material para el
craqueo. La presencia de componentes pesados que contribuyen a la
formación de coque, es indeseable y esta es una buena razón para no
cargar materiales con alto punto final de ebullición. Estos componentes
pesados se refieren a los precursores de coque e incluyen aromáticos
polinucleares, compuestos organo-métalicos y compuestos con alto nivel de
azufre. El límite superior del punto final de ebullición de la carga depende
mucho del stock individual y es determinable a través de las experiencias
operacionales.
3.12.6.2 Residuo de carbón
El residuo de carbón en un stock, se determina sea por el método de Carbón
Conradson o Ramsbottone. Es una medida indirecta de las características
de la carga como productor de coque.
Un incremento en el residuo de carbón del stock de carga generalmente
resulta en un incremento en la temperatura del regenerador. Sin embargo,
esta característica no es siempre comparable para cargas procedentes de
diferentes crudos.
Cambios en el residuo de carbón pueden ser un indicativo de contaminación
en el almacenamiento de la carga o un cambio en la corriente procedente de
la Unidad de Vacío.
89
Normalmente un incremento en el residuo de carbón estará acompañado
con un incremento en el contenido de metales. Un residuo de carbón de
0.5% en peso o más, es alto para un apropiado stock de carga.
3.12.6.3 Color
El color puede ser usado como un indicador de la calidad de la carga.
Cargas más obscuras tienden a tener cantidades más altas de residuo de
carbón, azufre y metales. El chequeo del color es especialmente valioso
porque el personal de operación puede fácilmente hacer un chequeo
periódico aproximando del color, para determinar si el stock de carga es
satisfactorio. El color de una carga deseable es típicamente 4.5 al ser
medido por el método ASTM D-1500.
3.12.6.4 Gravedad
Un cambio en la gravedad de la carga se deberá a un cambio en el rango de
ebullición o en el tipo de crudo del que se derivan.
Si la gravedad 0API se incrementa debido a un crudo más parafínico, los
siguientes cambios pueden anticiparse:
•
Habrá una mayor conversión a la misma temperatura del reactor, es decir
la carga se craqueará más fácilmente.
•
A una conversión constante, habrá un mayor rendimiento de gasolina,
con un número de octano ligeramente más bajo.
•
El o los productos serán menos olefínicos.
90
Nótese que la gravedad específica de la carga relativa al agua a l50C es
inversamente proporcional a la gravedad 0API según la siguiente ecuación:
ECUACIÓN 5. Gravedad específica
SG15 / 15°C =
141.5
131.5 + ° API
SG: Gravedad especifica
°API: Grados API
3.12.6.5 Metales
La mayoría de los crudos contienen compuestos metálicos que pueden
entrar a la unidad por vía directa o debido a compuestos que son volátiles y
destilados con los gasóleos en la unidad de vacío. De los metales comunes,
el níquel, vanadio, hierro y cobre son los mayores contaminantes. Ellos son
constantemente depositados en el catalizador durante las reacciones de
craqueo, y cambian la distribución de los productos provocando un
incremento en la producción de hidrógeno.
La contaminación de la carga con metales es medida por el factor de
metales así:
ECUACIÓN 6. Factor de metales
Fm= Fe+V+l0 (Ni+Cu)
Donde Fe, y, Ni, Cu son la concentración de hierro, vanadio, níquel y cobre
en ppm en peso en la carga. Un factor de metales sobre 3.0 indica un daño
por envenenamiento, mientras un factor cercano de 1.0 es considerado
seguro.
91
Los resultados de envenenamiento con metales son:
•
Un incremento de hidrógeno en la corriente de gases. La más valiosa
medida del incremento del envenenamiento con metales es la relación
volumétrica de hidrógeno a metano (H2/CH4) en el producto gaseoso.
Una relación sobre 1.0 indica un significante grado de envenenamiento.
Una relación normal (H2/CHLI) debería ser entre 0.1 y 0.3. Además una
carga limpia producirá alrededor de 9-17 Nm /m3 a 60-70 % de conversión,
mientras que una carga altamente contaminada puede producir 34 Nm3/m3 o
más.
Un incremento en la producción de hidrógeno puede causar una sobrecarga
del compresor de la unidad de concentración de gases.
No solo hay un incremento en el volumen total del gas a ser comprimido,
sino un incremento en el contenido de hidrógeno bajando la densidad del
gas. Esto demanda un trabajo más fuerte del compresor para alcanzar la
misma presión de descarga.
Esto da como resultado una disminución de la eficiencia y un incremento de
los costos utilitarios.
En ocasiones se debe bajar la presión de descarga para manejar un mayor
volumen de gas.
•
Un incremento en el contenido de olefinas del LPG producto. La fracción
de propano (C3) normalmente contiene alrededor de 70-75 Vol. % de
olefínas, pero esto se puede incrementar tan alto corno 85 Vol. % en un
caso extremo de envenenamiento.
92
El sodio aparece ocasionalmente en la unidad FCC debido a un insuficiente
desalado, o a la inyección de sosa cáustica en una preparación de carga a la
unidad. El sodio actúa como un “Fúndente” que baja el punto de fusión del
catalizador, y es probablemente la mayor causa de sinterización y de pérdida
del área superficial.
3.12.6.6 Nitrógeno
El nitrógeno actúa corno un veneno temporal del catalizador, que reduce su
actividad por bloqueo de los centros ácidos del catalizador, los que
promueven las reacciones de craqueo.
Una concentración total de nitrógeno bajo 1000 ppm no afecta la actividad,
pero si puede ser afectada con niveles sobre 1500 ppm.
El nitrógeno de la carga se convierte en amonio (NH3) y cianuros (CN) por
las reacciones de craqueo y a compuestos de óxido de nitrógeno (NO4), y a
trazas de NH3 en el regenerador. NH3 y CN causan taponamientos y
corrosión mientras que NO4 y NH3 causan problemas ambientales con el
gas de combustión.
3.12.6.7 Oxígeno
Los gasóleos absorben oxígeno en los tanques, a menos que éstos tengan
sello de gas. Este oxígeno se combinará con compuestos de la carga cruda
a temperaturas elevadas de alrededor de 2300C, para formar gomas las que
taponan las superficies de los intercambiadores.
93
3.12.6.8 Azufre
El azufre es tan indeseable en la carga a FCC como lo es en la carga a
cualquier unidad de refinación, ya que causa corrosión en los equipos e
incrementa la dificultad y costo de tratamiento de los productos. En 50% de
conversión, alrededor de 35% del azufre cargado es convertido a H2S.
Al 70% de conversión se incrementará al 50%.
El contenido de azufre de una gasolina con punto final de ebullición de
204°C, será sobre 10% del contenido en la carga fresca, pero se
incrementará rápidamente cuando el punto final de ebullición sea mayor a
204°C.
3.12.7 PROPIEDADES DEL CATALIZADOR
Los catalizadores de FCC en uso actualmente, referidos a los zeolíticos,
tienen una estructura que actúa como una malla molecular. Esto ha llevado a
estandarizar la industria de catalizadores para FCC debido a su alta
actividad, estabilidad y propiedades de catalizadores superiores. Ellos son
muy resistentes al rompimiento y a la desactivación térmica.
Su rendimiento con una distribución de productos conteniendo más gasolina,
menos gas seco, y producen menos coque de los tipos de catalizadores
previamente usados. La actividad del catalizador se produce en los sitios
ácidos
donde
el
catalizador
craquea
las
moléculas
de
gasóleo
selectivamente a gasolina y materiales ligeros sin significante formación de
coque.
Las características de los catalizadores FCC son:
94
3.12.7.1 Densidad másica aparente (ABD)
La densidad másica aparente del catalizador es la densidad medida en
gramos por mililitro. El catalizador fresco tiene un ABD entre 0.7-1.0 gr./ml,
mientras en el catalizador de equilibrio varía de 0.8-1.0. El ABD depende de
la composición química, volumen poral, y distribución del tamaño de las
partículas. Los catalizadores zeolíticos más nuevos tienen la más alta
densidad másica, lo que es ventajoso en la medida de que son menos
propensos al rompimiento y una baja tendencia de las partículas a ser
atrapadas con los gases existentes en el reactor y regenerador
3.12.7.2 Resistencia de la atricción
La resistencia a la atricción del catalizador es una indicación de su fuerza y
dureza. Un catalizador más resistente a la atricción erosionará a flujos más
bajos de circulación a través de la unidad. Sin embargo aunque esto puede
ser ventajoso, un catalizador duro podría erosionar el equipo más
rápidamente y puede no producir los finos necesarios para mantener la
distribución del tamaño de las partículas necesarias para una operación
uniforme. Además si se mezclan catalizadores de diferente dureza, el
catalizador más duro podría moler al catalizador más suave y producir una
excesiva cantidad de finos.
3.12.7.3 Venenos del catalizador
El hierro, vanadio, níquel y cobre en la carga causan reacciones indeseables
de deshidrogenación cuando se depositan sobre el catalizador. El níquel y el
cobre son más efectivos para promover estas reacciones, así su presencia
en la carga es más problemática. El factor de metales, determinado por la
suma de los ppm en peso de metales por la ecuación:
95
ECUACIÓN 7. Factor de metales ppm
Fm=Fe + y + l0(Ni + Cu)
Es considerado serio un Fm mayor que 3.0. Un factor de 1.0 o menos es
considerado seguro.
Los depósitos de metales tienden a manejar las reacciones de craqueo hacia
completar la formación del coque, hidrógeno y gases de hidrocarburos
ligeros. Sin embargo la reducción y oxidación alternada de los metales
mientras el catalizador circula, reduce los efectos de deshidrogenación. Otro
factor que reduce el efecto de los venenos metálicos es el corto tiempo de
contacto en el riser, lo que reduce la producción de coque y gases ligeros.
Una relación H2 / CH4, para un catalizador no contaminado debería variar
entre 0.1 y 0.3. Mientras un valor de 1.0 ó más indica contaminación con
metales.
Contaminación de sodio, litio, calcio ó potasio del catalizador puede deberse
a la presencia de sales en la carga. Las sales de sodio afectan la estructura
del catalizador y permiten la sinterización a bajas temperaturas. Un desalado
apropiado reducirá estos contaminantes.
El coque es un veneno temporal que bloquea los sitios ácidos de reacción.
El azufre y el nitrógeno podrían también caer en esta categoría. Todos son
removidos durante la regeneración del catalizador. Los derivados del azufre
y nitrógeno sin embargo pueden causar problemas de corrosión o
ambientales con la emisión del gas de combustión que contendría óxidos de
azufre y nitrógeno.
96
3.12.7.4 Prueba de microactividad del catalizador de equilibrio (MAT)
Los catalizadores de equilibrio son rutinariamente analizados por los
suministradores para evaluar sus propiedades catalíticas, químicas, físicas.
El resultado de estas pruebas es una valiosa ayuda en el análisis y control
de operación de la unidad si los resultados de las pruebas son
apropiadamente entendidas.
La habilidad de conversión del catalizador en condiciones dadas es
determinada por las pruebas de microactividad (MAT) que mide la actividad
y selectividad de los catalizadores de equilibrio.
En el MAT una muestra de catalizador regenerado es usada para craquear
una carga típica a FCC bajo condiciones controladas en un reactor de
laboratorio. El catalizador, líquidos y vapores resultantes son analizados y
los resultados comparados con los standard de laboratorio. La actividad del
catalizador es reportada como conversión mientras que los valores de
selectividad relacionados a las características de catalizadores indeseables
de producción de coque, gases de hidrocarburos ligeros e hidrógeno.
Pruebas de actividad de 86 a 76 ocurren para catalizadores zeolíticos, con
catalizadores frescos siendo más activos que los catalizadores de equilibrio.
El método de prueba no duplica los valores de comportamiento comerciales,
ya que los resultados son solamente relativos. Por comparación de los
resultados con los standard, el comportamiento de las muestras pueden ser
precedidos en una Unidad Comercial.
3.12.7.4.1 Actividad
La más importante característica de un catalizador es la actividad.
97
La actividad se determina en una muestra de catalizador regenerado, la
tendencia de valores consecutivos indican estrictamente los cambios con el
tiempo del catalizador en sí. Esta tendencia puede ser usada para evaluar la
eficiencia de la unidad, separando los cambios debidos a la actividad del
catalizador por cambios en la carga y por cambios en el proceso. Los
cambios en la actividad del catalizador pueden ser el resultado de
contaminación con metales, típicamente níquel (Ni), vanadio (V), y sodio
(Na); o por desactivación por altas temperaturas en el regenerador, o
cambios en la composición del catalizador.
La acumulación de metales en el catalizador tiene pequeño efecto en la
actividad cuando el nivel de metales totales (Ni + V) es menor a 1000 ppm.
Pero se incrementa la desactivación y producción de reacciones catalíticas
indeseables cuando el nivel excede las 2000 ppm.
3.12.7.4.2 Selectividad
Los valores de selectividad reportados para catalizadores de equilibrio
indican la tendencia a la formación de coque, gases Cl-C4, e hidrógeno
relacionados a aquellos de una referencia standard de catalizador cuando es
referida a una misma conversión.
La selectividad es afectada por el tipo de catalizador según varíe su grado
de contaminación con metales.
El grado de coquizamiento del catalizador es medido por el factor coque, CF,
que depende del nivel acumulado de Ni + V.
Este factor coque puede ser usado para separar los efectos del tipo de
catalizador y el nivel acumulado de metales sobre la formación de coque de
98
los efectos de las condiciones del proceso como tendencia al coquizado del
stock de carga y la temperatura del reactor.
3.12.7.4.3 Distribución del tamaño de las partículas
Las propiedades de fluidización del catalizador son una función del rango del
tamaño de las partículas. Las distribuciones típicas del tamaño de las
partículas son:
%bajo
20u
1
%bajo
40u
15
%bajo
60u
50
%bajo
80u
85
%bajo
100u
90
(u = micrones)
La deseable distribución del tamaño de partícula es la del grosor que permita
una buena fluidización. Esta distribución del grosor también resultara ser una
mínima retención en los gases existentes.
El catalizador se erosionará con el tiempo produciendo finos que guiarán
hacia una gradual pérdida del catalizador.
Una satisfactoria fluidización demanda un rango de tamaño de partículas.
Los porcentajes de partículas bajo
40 u y sobre 100 u son una buena
indicación de la eficiencia esperada del catalizador. Las unidades FCC de
UOP son diseñadas para un relativo grosor del catalizador y normalmente
operan satisfactoriamente con 5% o menos de partículas más pequeñas de
40 micrones.
99
La producción de hidrógeno es también muy sensitiva a la contaminación
con metales. La tendencia a la producción de hidrógeno se mide por el factor
H2 / CH4 que usualmente varía desde menos de uno hasta dos para el nivel
de metales de sobre 1500 ppm.
Otro valor de selectividad es el relacionado al rendimiento de gas por el
factor de gas, GF. Este, así como el factor coque varía con el tipo de
catalizador fresco, pero este factor no es tan sensitivo a los metales como el
Factor coque.
Generalmente el GF no tenderá a incrementarse hasta que la acumulación
de metales exceda los 2000 ppm. Este factor es usado para separar los
efectos del tipo de catalizador y su contaminación en la producción de gases
ligeros de las condiciones del proceso como temperatura del reactor,
temperatura del regenerador o calidad de la carga.
3.12.7.4.4 Volumen poral
El volumen poral es una medida de la disponibilidad de los sitios del
catalizador para las reacciones de craqueo. Un más alto volumen poral
usualmente indica una más alta actividad para dos catalizadores del mismo
tipo.
El catalizador con volumen poral más alto probablemente se regeneraría con
mayor facilidad. Este mayor volumen poral podría ser un problema, sin
embargo, en cuanto a que la dureza física del catalizador puede ser menor.
El volumen poral del catalizador de equilibrio es usualmente mayor que el
del catalizador fresco. El valor es medido en mililitros por gramo de
catalizador, generalmente varía de 0.2 a 0.5 ml / gr. La amplia variación se
100
debe a algunos tipos diferentes de catalizador y a las diferentes técnicas de
elaboración de los mismos.
3.12.7.4.5 Índice de sinterización
El catalizador se fundirá, sellando algunos de los poros, cuando es sometido
a calores extremos. Esto obviamente afectará a la actividad. El índice de
sinterización es una medida arbitraria del porcentaje de partículas de
catalizador teniendo la mayoría de los poros cerrados por sinterización.
Generalmente la siterización se hace significante a temperaturas sobre
870°C. Sin embargo, el sodio acumulado actúa bajando la temperatura a la
cual la sinterización ocurre.
Procesos que complementan la unidad FCC que permiten un óptimo
rendimiento tanto como la gasolina y la producción de gas.
3.13
PROCESOS
MEROX
DE
LA
REFINERÍA
ESTATAL
DE
ESMERALDAS (REE)
En la refinería Estatal de Esmeraldas existen tres unidades Merox como:
Merox Jet Fuel, Merox gasolina y Merox LPG, correspondientes a Merox
100, Merox 200 y Merox 300.
3.13.1 MEROX JET FUEL (100)
Este proceso mejora la calidad del Jet Fuel obtenido en destilación
atmosférica. Este combustible es utilizado en los aviones y por lo tanto debe
cumplir especificaciones muy rigurosas. Este proceso consiste en un lavado
caustico, principalmente para la neutralización de los ácidos martinicos, en el
101
lavado con agua para remoción de la sosa caustica, luego de lo cual pasa
por filtros de sal y arcilla para eliminación de trazas de agua e impurezas.
Este proceso mejora la calidad del Jet Fuel obtenido en destilación
atmosférica. Elimina totalmente el agua que puede contener este
combustible, además, elimina gomas y otros compuestos ácidos, con lo cual
se satisface las normas de calidad de los combustibles de aviación. También
y principalmente, ELIMINA el AZUFRE en este combustible.
Este producto que sale de esta Unidad es enviado a tanques de
almacenamiento para su posterior comercialización.
3.13.2 MEROX GASOLINA (200)
En esta unidad se trata la gasolina de alto octano obtenida en la Unidad de
FCC.
Es un tratamiento químico catalítico para destilados del petróleo, que sirve
para la remoción de los mercaptanos o para convertirlos en bisulfuros.
Cuando es aplicado adecuadamente, en sus varios aspectos de diseño, este
proceso versátil es aplicable para el tratamiento de cargas, con puntos
finales de ebullición ASTM, tan altos como 3450C. (GUERRERO, J., 2005).
El proceso está basado en la habilidad de un catalizador o catalizadores
compuestos de quelatos metálicos del grupo del hierro, para promover la
oxidación de mercaptanos a bisulfuros, usando aire como fuente de oxígeno.
102
TABLA 4. Requisitos de la gasolina súper de acuerdo a la norma INEN 935
(Refinería Estatal de Esmeraldas – Laboratorio, 2010)
103
3.13.3 MEROX LPG (300)
En esta unidad el LPG obtenido en la Unidad de Concentración de Gases,
es tratado a fin de cumplir con las especificaciones máximas de corrosividad
vigentes en el país. Primero entra a una torre de absorción en donde el H2S
es captado por la dietanol amina, DEA que tiene la característica de
absorberá este gas. El LPG saliente es sometido a un lavado caustico con el
cual reacciona el acido sulfhídrico H2S, que es un elemento corrosivo y muy
peligroso para la salud. Finalmente ingresa a un proceso de oxidación de los
mercaptanos en donde son convertidos en bisulfuros, los mismos que son
separados y enviados a mezcla con el crudo carga de las unidades de
Destilación Atmosféricas.
El LPG tratado de esta forma tiene la especificación de corrosión a la lámina
de cobre de máximo 1, que indica que no es corrosivo, luego de lo cual es
enviado a las esferas de almacenamiento para despacho y comercialización.
3.13.4 PROCESO DE GAS CON (Concentración de Gases)
La unidad de concentración de gases de FCC se ha diseñado para recuperar
los C3 Y C4 de los vapores de cabeza de la fraccionadora principal de FCC.
Adicionalmente la unidad de gases también procesa gases de la
debutanizadora y líquidos de la cabeza de la unidad de crudos y líquidos
estabilizados de la cabeza de platforming.
La unidad se divide en dos secciones: la sección de recuperación y la
sección de fraccionamiento.
La recuperación de C3 y mayores es realizada por la compresión de los
vapores de cabeza de la fraccionadora a 205 PSIG, para que los C3 y
104
mayores puedan ser condensados y separados de los C2 y menores que
salen de la unidad como gas combustible.
La pequeña cantidad de C3 y mayores remanentes en el gas combustible
son recuperados en los absorbedores de esponja primaria.
La sección consiste en un despojador y de una debutanizadora.
El despojador remueve el H2S, C2 e inferiores de la gasolina no estabilizada
antes de entrar a la debutanizadora.
La debutanizadora separa los C3 y C4 de la gasolina.
Los fondos de la debutanizadora son enviados para tratamiento a la unidad
de merox LPG, después es enviado al separador C3 y C4, junto con los
líquidos de cabeza de la debutanizadora de la unidad de condensación
catalítica, donde los C3 y C4 son separados.
3.5 DESULFURACIÓN DE GASOLINAS
Este proceso es convertir secuencias de gasolinas de alta proporción de
azufre en un blendstock de gasolina, y reduce la proporción de azufre y
octanos, ver figura 20.
La gasolina proveniente de la unidad de craqueo catalítico fluido es
combinado con una secuencia de hidrogeno pequeñas y calentado a una
temperatura de 7500C.
La gasolina vaporizada se inyecta en el reactor de lecho fluido donde un
sorbente de propiedad extrae el azufre de la alimentación.
105
El sorbente (catalizador) se retira continuamente del reactor y se transfieren
a la sección del generador, donde se extrae el azufre como SO2 y es
enviado a una unidad de recuperación de azufre, el sorbente limpio es
reacondicionado y regresado al reactor.
La tasa de circulación del sorbente es controlada para ayudar a mantener la
concentración deseada de azufre en el producto.
FIGURA 20. Proceso de Desulfuración de Gasolinas
(Hydrocarbon Processing, 2004)
106
ANÁLISIS DE RESULTADOS
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1 LA COMPLEJIDAD DEL PROCESO DE LA UNIDAD DE
CRACKING CATALÍTICO FLUIDO
El proceso de cracking catalítico fluidizado tiene como principales equipos a:
El reactor y el regenerador,
catalizador acelerante de la reacción del
cracking, un compresor de aire principal y la columna principal de
destilación.
El manejo de esta planta es de alto riesgo ya que dentro de sus principales
equipos existe una presencia mínima de presiones donde el aire, el
combustible y la temperatura se conjugan para darle vida a este proceso
pero a su vez es un gran peligro, ¿Por qué?,
En el área de cracking se trabaja con altas temperaturas y bajas presiones
cuyo desorden en estas variables daría un deterioro al mecanismo, entre el
reactor y el regenerador existe un diferencial de presión que permite
mantenerlos en equilibrio al ingresar carga y al circular el catalizador; al
disminuir los diferenciales de presión entre el reactor y el regenerador el
sentido del flujo puede invertirse, al ingresar aire al rector se formaría el
triángulo de fuego (aire, combustible, temperatura) con consecuencias
catastróficas, es decir una explosión segura. Por otro lado al ingresar el
gasóleo al regenerador en grandes cantidades se produciría temperaturas
extremadamente altas capaces de fundir el material con el que están
construidos los equipos.
Existen varios parámetros en el proceso de cracking que deben ser
controlados minuciosamente como son:
107
4.1.1 ATRICCIÓN
La atricción que consiste en que las partículas de catalizador se rompan
provocando así el incremento de finos en el catalizador y como
consecuencia incrementan las pérdidas.
4.1.2 SINTERIZACIÓN
La sinterización que consiste en que varios metales que vienen con la carga
se mezclan con el catalizador, se funden cubriendo la porosidad de
partículas del catalizador y además producen altas temperaturas causando
un desequilibrio en el proceso.
4.1.3 ENVENENAMIENTO DEL CATALIZADOR
El envenenamiento del catalizador que es causado por la presencia de
minerales como el níquel, sodio, hierro, vanadio, etc. Que contaminan el
catalizador y producen la sinterización.
4.1.4 ENCARBONAMIENTO
El bajo quemado o encarbonamiento del catalizador causado por una
regeneración incompleta debido a una falta de aire para la combustión o un
exceso de carbón.
4.1.5 POST - COMBUSTIÓN
La post-combustión o altas temperaturas causadas por una deficiente
distribución de aire en el regenerador. La post-combustión incrementa la
108
producción de gases ligeros como el hidrógeno el etano y también la
producción de coque disminuyendo el rendimiento de la gasolina.
Como hemos visto lo detallado, todas estas variables hacen de la unidad de
FCC una planta compleja que necesita en sus instalaciones muchos
controles o dispositivos de seguridad.
4.2 OBSERVACIONES
La Refinería Estatal de Esmeraldas actualmente tiene 34 años de operación.
La planta se construyó en la década de los 70, inició su operación en 1978
con una capacidad de 55600 barriles diarios, de tal modo que ciertos
equipos están obsoletos e ineficientes por lo que ameritan un mantenimiento
oportuno y cambio de los mismos.
Cualquier tipo de actividad industrial y de refinerías tiene que aplicar a las
certificaciones ISO 9001(Normas de Calidad), 14001(Estándares Medio
Ambientales) y 18001(Seguridad y Salud), durante una época el complejo
industrial estuvo en este tipo de procesos pero al parecer no prosperaron.
Esto aumentó el riesgo de la operación que dentro de una planta de
refinación ya es alto por su naturaleza.
Cada una de estas certificaciones tiene una duración de uno a dos años y la
obligación de la planta es mantenerlas y renovarlas, la calidad de operación
de una depende en gran manera de la capacitación que tenga su personal.
109
4.2.1 LA UNIDAD FCC.
FIGURA 21. Vista posterior del Reactor y Regenerador
(Refinería Estatal de Esmeraldas – Unidad FCC, 2010)
En la unidad de cracking catalítico fluidizado donde se produce gas y
gasolina, ver figura 21, existen equipos como bombas, ventiladores
obsoletos que ponen en riesgo la seguridad de la planta. La unidad se
recalienta sobrepasando la temperatura normal de 750 °C poniendo en
alerta roja a la refinería.
En esta unidad se deben cambiar el regenerador y el reactor ya que existen
fugas de vapor y un material refractario desgastado.
Cada equipo de la planta está garantizado por el fabricante o licenciante
pero equipos como los de la FCC que fueron fabricados por la firma UOP de
110
EE.UU., reciben mantenimiento cada 6 meses con personal de esa empresa.
Pero los procesos para solicitar un repuesto son engorrosos y tardan
demasiado y mientras tanto la planta no se puede parar lo cual en el taller se
improvisa fabricando las piezas y por ende adaptándolas.
FIGURA 22. Nuevo Reactor
(Refinería Estatal de Esmeraldas – Unidad FCC, 2010)
111
FIGURA 23. Nuevo Regenerador
(Refinería Estatal de Esmeraldas, 2012)
El nuevo reactor y regenerador, ver figura 22 y figura 23, serán instalados en
el año 2013 teniendo como resultado óptimas condiciones de operación de
la planta evitando así los riesgos y cumpliendo con las especificaciones y
seguridad de su personal, ya que la unidad FCC es el corazón de la
refinería.
112
4.2.2 FALTA DE MANTENIMIENTO
FIGURA 24. Horno en mal estado
(Refinería Estatal de Esmeraldas – Unidad FCC, 2010)
La falta de mantenimiento en la planta es muy evidente como se lo ha
mencionado anteriormente, ver figura 24, este horno se encuentra sin
funcionamiento que permitía el calentamiento de la carga, por aquello se
realizó
un
bypass
que
el
gasóleo
procesado
va
directo
a
los
intercambiadores de calor.
113
FIGURA 25. Bombas obsoletas
(Refinería Estatal de Esmeraldas – Unidad FCC, 2010)
4.2.3 CONTAMINACIÓN AMBIENTAL
La contaminación es otra deficiencia que presenta la Refinería Estatal de
Esmeraldas la misma que no solo es ambiental sino de las áreas dentro de
ésta.
Como es notorio por fuga de equipos y tanques desechos se ocasionan
derrames de crudo, como muestra la figura 26, que por el alto riesgo que
éste ocasiona se debe limpiar la superficie afectada y no dejando a la
intemperie a una posible catástrofe.
114
FIGURA 26. Derrame de crudo
(Refinería Estatal de Esmeraldas – Unidad FCC, 2010)
FIGURA 27. Sacos de catalizador gastado
(Refinería Estatal de Esmeraldas – Unidad FCC, 2012)
115
FIGURA 28. Sacos de catalizador gastado
(Refinería Estatal de Esmeraldas, 2012)
FIGURA 29. Sacos de catalizador gastado amontonados
(Refinería Estatal de Esmeraldas – Unidad FCC, 2012)
116
4.2.4 PÉRDIDA DE VAPOR
La mayor parte de procesos de la Refinería Estatal de Esmeraldas utilizan
vapor para arrastrar livianos que puedan estar en las fases más pesadas,
también lo hacen para difundir de mejor manera ciertas soluciones, pero a
pesar de que todos los procesos utilizan vapor, la refinería tiene muchas
deficiencias en éste ámbito, ya que alrededor de todo el complejo industrial
encontramos fugas de vapor, como muestra la figura 30 y en este caso
dentro de la unidad de Cracking Catalítico Fluidizado (FCC).
FIGURA 30. Fugas de vapor
(Refinería Estatal de Esmeraldas – Unidad FCC, 2010)
117
FIGURA 31.Tuberías con pérdida de vapor
(Refinería Estatal de Esmeraldas – Unidad FCC, 2012)
118
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
•
La Unidad de FCC satisface múltiples exigencias operacionales
conforme a su flexibilidad y a la amplia gama de catalizadores
disponibles en el mercado lo que hemos determinado la: Producción
de LPG, Maximización de octano en la gasolina, Máxima producción
de gasolina, Producción de diesel (Aceites cíclicos), Craqueo de
residuos.
•
Por lo desarrollado se determinó que las condiciones físicas y
operacionales se encuentran en riesgo debido en gran parte por falta
de mantenimiento de los equipos.
•
La producción de gasolina de la Unidad de Cracking Catalítico
Fluidizado de la Refinería Estatal de Esmeraldas es de 30800 barriles
por día (BPD) con un número de octano de 92 RON.
•
Mediante la inspección visual se determinó que el equipo H1, se
encuentra fuera de servicio, está obsoleto este horno permitía el
calentamiento de la carga provenientes de la Unidad de Vacío 1 y
Vacío 2.
• Para la elaboración de los diferentes combustibles determinamos que
la Refinería Estatal de Esmeraldas cumple en ciertas corrientes con
las especificaciones de elaboración y en otras no.
119
5.2 RECOMENDACIONES
•
Uno de los principales inconvenientes que tiene la Unidad de
Cracking Catalítico Fluidizado de la Refinería Estatal de Esmeraldas
es la de sus equipos tanto del reactor como el regenerador que por
sus años de funcionamiento se sobrecalientan poniendo en peligro el
complejo industrial y de la ciudad en donde se encuentra, mi
recomendación es el cambio inmediato de estos para un óptimo
rendimiento de la unidad.
•
Otra falencia que pude encontrar en la unidad FCC es de las tuberías
por donde fluye vapor existen muchas fugas se debe establecer un
cronograma
de
inspecciones
rutinarios
para
comprobar
su
desempeño y evitar fugas de vapor.
•
Realizar una evaluación completa del estado de funcionamiento de la
Unidad de Cracking Catalítico Fluidizado para mejorar su desempeño
ya que de esta depende la obtención de un alto octanaje de la
gasolina y producción de la misma.
120
BIBLIOGRAFÍA
BIBLIOGRAFÍA GENERAL
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operación
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marzo de 2011, de http//www.dicafil.com.ar/carbón.html.
122
GLOSARIO
GLOSARIO
ABSORCIÓN: La penetración o desaparición aparente de moléculas o
iones de una o más sustancias en el interior de un sólido o líquido. La
absorción es un proceso para separar mezclas en sus constituyentes,
aprovechando la ventaja de que algunos componentes son fácilmente
absorbidos Este es un proceso, en donde un líquido es capaz de absorber
una sustancia gaseosa. En el caso del Endulzamiento de gas natural, el
proceso de absorción se realiza utilizando solventes químicos, físicos,
híbridos o mixtos.
ADSORCIÓN: Es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son
atrapadas o retenidas.
ASTM: American Society fortesting materials, es un organismo de
normalización de los Estados Unidos de América.
AZUFRE: Es un elemento químico de número atómico 16 y símbolo S. Es un
no metal abundante con un olor característico. El azufre se encuentra en
forma nativa en regiones volcánicas y en sus formas reducidas formando
sulfuros o sulfosales o bien en sus formas oxidadas como sulfatos.
AZEÓTROPO: Es una mezcla líquida de dos o más componentes que posee
un único punto de ebullición constante y fijo, y que al pasar al estado vapor
se comporta como un compuesto puro, o sea como si fuese un solo
componente.
CATALIZADOR: Es un proceso llamado catálisis, modifica la velocidad de
una reacción química. Existen 2 tipos de catalizadores los que aumentan la
velocidad de una reacción son llamados catalizadores positivos y los que
123
disminuyen la velocidad son conocidos como catalizadores negativos o
inhibidores que se pueden juntar.
COQUE: Es un combustible obtenido de la destilación de la hulla calentada
a temperaturas muy altas en hornos cerrados y a la cual añaden calcita para
mejorar su combustión, que la aíslan del aire, y que sólo contiene una
pequeña fracción de las materias volátiles que forman parte de la misma. Es
producto de la descomposición térmica de carbones bituminosos en
ausencia de aire. Cuando la hulla se calienta desprende gases que son muy
útiles industrialmente; el sólido resultante es el carbón de coque, que es
liviano y poroso.
CORROSIÓN: El deterioro de un material a consecuencia de un ataque
electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse
como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más
estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada
por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar
dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en
contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros
materiales
no
metálicos
también
sufren
corrosión
mediante
otros
mecanismos.
CRACKING: Craqueo es la descomposición de una molécula compleja en
otras más pequeñas.
COPOLÍMERO: Es una macromolécula compuesta por dos o más unidades
repetitivas distintas, que se pueden unir de diferentes formas por medio de
enlaces químicos.
DESTILACIÓN: Es la operación de separar, mediante evaporización y
condensación, los diferentes componentes líquidos, sólidos disueltos en
124
líquidos o gases licuados de una mezcla, aprovechando los diferentes
puntos de ebullición de cada una de las sustancias ya que el punto de
ebullición es una propiedad intensiva de cada sustancia, es decir, no varía
en función de la masa o el volumen, aunque sí en función de la presión.
EXOTÉRMICO: Se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción
química que desprende calor. Por lo tanto entendemos que las reacciones
exotérmicas son aquellas que liberan energía en forma de calor.
FENÓLICOS: Son compuestos orgánicos en cuyas estructuras moleculares
contienen al menos un grupo fenol, un anillo aromático unido al menos un
grupo funcional.
INERTIZACIÓN: Es un término técnico que significa: dejar inactivo. Se
aplica en la ingeniería ambiental para indicar un proceso de tratamiento de
residuos catalogados como residuo peligroso, sean líquidos o sólidos, para
inactivar o minimizar su potencial naturaleza química y su posterior
disposición final.
LEY DE RAOULT: Establece que la relación entre la presión de vapor de
cada componente en una solución ideal es dependiente de la presión de
vapor de cada componente individual y de la fracción molar de cada
componente de la solución. La Ley debe su nombre al químico Francés
Francois Marie Raoult.
LPG: Gas Licuado Petróleo. Es la mezcla de gases condensables presentes
en el gas natural o disuelto en el petróleo. Los compuestos de GLP, aunque
a temperatura y presión ambiente son gases, son fáciles de condensar, de
ahí su nombre. En la práctica se puede decir que los GLP son una mezcla
de propano y butano.
125
MONTMORILONITA: Es un mineral del grupo de los silicatos, subgrupo
filosilicatos y dentro de ellos pertenece a las llamadas arcillas. Es un
hidroxisilicato de magnesio y aluminio, con otros posibles elementos. Se
caracteriza por una composición química inconstante, es soluble en ácidos y
se expande al contacto con el agua.
NAFTA: Producto (líquido), liviano del petróleo.
NANOPOROS: Centros activos en los que las fuerzas de enlace entre los
átomos no están saturadas. Estos centros activos admiten que se instalen
moléculas de naturaleza distinta a la suya, procedentes de un gas en
contacto con su superficie.
OCTANAJE: El octanaje o índice de octano, también se denomina RON (por
sus siglas en inglés Research Octane Number), es una escala que mide la
capacidad antidetonante del combustible (como la gasolina) a detonar
cuando se comprime dentro del cilindro de un motor.
PUNTO DE EBULLICIÓN: Es aquella temperatura en la cual la materia
cambia de estado líquido a gaseoso. Expresado de otra manera, en un
líquido, el punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor
del líquido es igual a la presión del medio que rodea al líquido. En esas
condiciones se puede formar vapor en cualquier punto del líquido.
SALMUERA: Es agua con una alta concentración de sal disuelta (NaCl).
TAMIZ MOLECULAR: Es un material que contiene poros pequeños de un
tamaño preciso y uniforme que se usa como agente adsorbente para gases
y líquidos.
126
TOLVA: Recipiente que sirve para hacer que su contenido pase poco a poco
a otro lugar o recipiente de boca más estrecha; suele tener forma de
pirámide o cono invertido, ancho por la parte superior y estrecho y abierto
por la inferior.
VISCORREDUCCIÓN: Es el proceso de ruptura térmica menos severo y se
utiliza para fondos de vacío y cargas pesadas como una vía para producir
fuelóleos, reduciendo el consumo de diluyentes.
ZEOLITAS:
Son
aluminosilicatos
con
cavidades
de
dimensiones
moleculares de 8 a 10 angstrom. Contienen iones grandes y moléculas de
agua con libertad de movimiento, para así poder permitir el intercambio
iónico.
127
ANEXOS
ANEXOS
ANEXO 1. Propiedades del Catalizador
GEMINI
CATALIZADOR DE CRACKING CATALÍTICO FLUIDO, FCC
DESCRIPCIONES GENERALES.
PROPIEDADES QUÍMICAS, SECA BAJO,
VOLÁTILES TOTAL 10.7 wt%
Óxidos de Tierra raros 1.58 wt%
Sodio (Na) 0.33 wt%
Hierro (Fe) 0.48 wt%
PROPIEDADES FÍSICAS.
ABD 0.68 g/cc
PORO VOLUMEN 0.47cc/g
RESULTADO DE ANÁLISIS REALIZADOS POR EL FABRICANTE.
TAMAÑO DE LA PARTÍCULA. ANÁLISIS
MICRO-ENREDE 0-20 2 wt%
MICRO-ENREDE 0-40 15 wt%
MICRO-ENREDE 0-80 71 wt%
MICRO-ENREDE 0-105 89 wt%
MICRO-ENREDE 0-149 98 wt%
MEDIA PARTÍCULA TAMAÑO 64
182
ANÁLISIS de la PRODUCCIÓN
DAVISON INDEX 6 Dl
MICROACTIVITY (14000F STM) 80 wt%
SUPERFICIE ÁREA 310 m2/g
PROVEEDOR.
GRACE DAVISON Y OTROS.
128
ANEXO 2. Reporte de Resultados de Análisis de Rutina
129
ANEXO 3. Certificado de Calidad de la gasolina después de someterse al
blending de acuerdo a la norma técnica INEN 935-2012
130
ANEXO 4. Certificado de Calidad de la nafta después de someterse al
proceso merox gasolina Tanque Y-T8019
131