Hidrotratamiento

 

El objetivo principal del hidrotratamiento de naftas es acondicionar la carga a la unidades de Reforming Catalítico e Isomerización. La remoción de metales, junto con la eliminación de azufre, oxigeno y nitrógeno es necesaria debido a que estos son venenos para los catalizadores.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Hidrotratamiento de naftas

Son procesos donde se hace reaccionar hidrógeno con hidrocarburos insaturados (olefinas y aromáticos) transformandolos en saturados (parafinicos y nafténicos). Además el hidrógeno reacciona con compuestos de azufre, nitrógeno y oxigenados transformandolos en ácido sulfhidrico (SH2), amoniaco (NH3) y agua (H2O). 

La carga esta constituida por naftas pesadas de destilación primaria ( Topping ) y naftas pesadas de las Unidades de Coque. Luego de ser calentada, la carga pasa por un sistema de reacción donde el hidrocarburo toma contacto con el hidrógeno en presencia de un catalizador. La corriente de salida del sistema de reacción pasa por un separador de alta presión donde se separa el hidrógeno que no reaccionó junto con parte del sulfhídrico y amoníaco formado, luego la corriente pasa a una torre estabilizadora donde se elimina una pequeña cantidad de gases por la parte superior. Por el fondo sale nafta hidrotratada .

Reacciones de Hidrotratamiento

Las principales reacciones que se llevan a cabo en las Unidades de Hidrotratamiento son:

Desmetalización (Remoción de Metales de la Carga)

Saturación de Olefinas

Remoción de Azufre

Remoción de Nitrógeno

La remoción de metales es completa cuando la temperatura de reacción supera los 315 ºC

Metales en la Carga

A continuación se presenta una tabla donde se muestra el origen de los metales que se encuentran en la carga a los hidrotratamientos:

 

 

Saturación de Olefinas

La reacción de saturación de olefinas es muy rápida y altamente exotérmica

 

Desnitrificación

La desnitrificación es una reacción lenta y levemente exotérmica

 

 

Remoción de Compuestos de Oxígeno

La remoción de oxigeno es una reacción rápida y es completa a la temperatura normal de reacción:

 

 

Hidrocracking - Isomax

La unidad de Hidrocracking procesa gas oil liviano de vacío y gas oil pesado de topping produciendo gas residual, propano comercial, butano comercial, nafta, aercombustible JP1 y gas oil comercial. Isomax es un proceso fundamental en la Refinería dado que la alta calidad del gas oil que produce, mejora sustancialmente el pool de productos. La carga es calentada y pasa al sistema de reacción que consta de dos reactores en paralelo. En ellos la carga se pone en contacto junto con el hidrogeno con un catalizador especifico.

En los reactores se obtiene una completa remoción de compuestos de azufre, nitrógeno, oxigenados, olefinas y aromáticos policlicos, a la vez se produce la ruptura de cadenas de alto peso molecular a hidrocarburos de bajo rango de destilación ( naftas, jet fuel y gas oil ). El producto obtenido es enviado a un separador gas-liquido donde se libera el hidrógeno que no reacciono. Los productos de reacción son enviados a una torre fraccionadora donde son separados.

 

Beneficios economicos del Hidrocracking

Carga: Gas oil liviano de Vacío, Gas oil pesado de Topping

Destino alternativo de la carga: Fuel oil

Precio del Fuel oil: 87 $ / m3

Precio de los productos obtenidos:

J.P. ( 27 % ) : 134 $ / m3

Gas oil ( 45 % ): 130 $ / m3

Naftas ( 30 % ): 130 $ / m3

Incremento en el beneficio por m3 convertido: 46 $

Características de la Carga

La carga a la Unidad de Hidrocracking tiene las siguientes caracteristicas:

Punto Máximo: Inferior a 510 º C

Azufre: Inferior a 3 % wt

Nitrógeno: Inferior a 1000 ppm wt

Asfaltenos: Inferior a 500 ppm wt

Metales Totales: Inferior a 2 ppm wt

Tipo de reacciones en la Unidad de Hidrocracking

Las reacciones en la Unidad de Hidrocracking tienen por objeto:

Mecanismo Bi Funcional del Catalizador de Hidrocracking

 Función Metálica ( Níquel - Wolframio ): Se producen olefinas o ciclo olefinas

 Función Ácido ( Alúmina ): Estas olefinas se transforman en iones carbonio que son compuestos con carga electrica positiva. El ion carbonio cambia su estructura distribuyendose de distinta manera en el espacio(isomerización ). Luego se craquea a pequeños iones carbonio y olefina. Los iones carbonio se convierte a olefina desprendiendose de la carga electrica que habian adquirido.

 Función Metálica: Satura las olefinas generando parafinas e isoparafinas.

Importancia de la Isomerización en el Hidrocracking

Las isoparafinas iC10, iC11, iC12 y superiores, componentes del gas oil de Isomax, son mejoradores del poder detonante del gas oil.

Las isoparafinas tienen mejor indice de cetano que las cicloparafinas y aromáticos

El gas oil de Isomax tiene normalmente un índice de cetano de 65.

Termodinámica de las reacciones de Hidrocracking

 

Cinética de las Reacciones de Hidrocracking

La velocidad de las reacciones de Hidrocracking siguen la cinética de primer orden en función de la concentración de los productos reactantes.

Las velocidades relativas de reacción depende de facilidad de absorción de los reactantes sobre el catalizador

Variables de Procesos: Hidrotratamiento e Hidrocracking

Las principales variables de proceso son:

Velocidad Espacial (LHSV)

Es la medida de la cantidad de carga que se procesa por volumen de catalizador en un periodo de tiempo determinado.

Más velocidad espacial, menor calidad de producto.

Para igual calidad de producto con mayor velocidad espacial, debemos compensar con mayor temperatura.

Presión Parcial de Hidrógeno

Se define como la presión parcial de hidrógeno sobre los reactantes.

A menor presión, se requiere mayor temperatura para lograr la misma calidad de productos.

La presión parcial de hidrógeno se obtiene: Presión Parcial de H2: Presión Sistema x Pureza de H2 del reciclo.

Relación hidrógeno / hidrocarburo

La relación hidrógeno / hidrocarburo es la que mantiene el contacto físico entre el hidrógeno catalizador e hidrocarburos

De esta manera el hidrógeno estará disponible en todo momento en los sitios donde las reacciones químicas tienen lugar.

Hidrotratamiento de Naftas: Relación Hidrógeno / Hidrocarburo debe ser superior a 130 Nm3 H2/m3 carga (Nm3 H2 = Normales m3 de H2)

Hidrocracking: Relación Hidrógeno Hidrocarburo debe ser superior a 1350 Nm3 H2 / m3 carga

 Tipo de Catalizadores utilizados en Hidroprocesos

A continuación se describen los catalizadores más comunes utilizados en Hidroprocesos y sus caracteristicas:

Cobalto Molibdeno: Buena remoción de Azufre, pobre remoción de Nitrógeno

Níquel Molibdeno: Buena remoción de Nitrógeno, pobre remoción de Azufre.

Níquel - Wolframio: Buena remoción de Azufre, nitrógeno y favorecen el hidrocracking

Formas de los Catalizadores

 

Tipo de Carga de los Catalizadores

Carga Tradicional con Bolsa

Permite la carga de una cantidad limitada de catalizador

Es necesario un estricto control de la caida del catalizador para evitar su rotura.

Dense Loading

Permite una mayor cantidad de catalizador por unidad de volumen

Se logra una carga más uniforme que permite una mejor distribución del flujo durante la operación

Reduce la formación de puntos calientes en el catalizador.

Activación del Catalizador

Sulfurización

Catalizador es manufacturado y trasladado en el estado de oxido de metales. (más seguro para manipular)

Los metales deben ser convertidos a sulfuros de metales para obtener una mayor actividad en el catalizador.

La sulfurización del catalizador se realiza después de su carga

Se inyectan agentes con alto contenido de azufre y rápida descomposición

Es necesario un cuidadoso control de la sulfurización ya que es altamente exotérmica

Normalmente se agregan entre un 6 a 10% Wt.% de Azufre sobre el peso total del catalizador

Desactivación del Catalizador

Durante la operación normal el catalizador comienza a perder su actividad. Las principales causas de este fenómeno son:

Formación de Carbón sobre sus centros activos (Regenerable)

Deposición de Metales sobre sus centros activos (No Regenerable)

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