Descripción del proceso de la Planta Hidrodesulfuradora de Gasóleos U-11000 El objetivo principal de la Unidad Hidrodesulfuradora de Gasóleos U-11000 es endulzar los Gasóleos Amargos producidos en las Unidades Primaria No. 5, Preparadoras de Carga 2 y 3, Unidades Combinada 100% Maya U-10000 y de Coquización Retardada U31000. Los Gasóleos obtenidos, con bajo contenido de compuestos de azufre, se envían como carga a las Unidades de Desintegración Catalítica FCC No. 1 y No.2. Asimismo, se produce también gas combustible, gas ácido y nafta y diesel amargos. La Unidad Deshidrodesulfuradora está diseñada para procesar un total de 50,000 BPSD de carga de Mezcla de Gasóleos Amargos. A continuación continuación se incluye una descripción del proceso de las distintas secciones de la unidad:
n de Compresión de Hidrógeno de Repuesto
Sección de Reacción Los Gasóleos provenientes de las Unidades existentes se integrarán al cabezal de recepción de carga de la Unidad U-11000 el cual opera a 6 kg/cm2man. Con objeto de mantener una temperatura de 173ºC en la entrada de la alimentación al tanque de balance de carga, se disponen los cambiadores de calor E-11001. Este tanque está diseñado para separar el agua que pudiera estar presente en las corrientes de carga. La mezcla de Gasóleos de este tanque se envía, mediante las bombas de carga de alimentación, a precalentamiento en el cambiador Efluente del Reactor/ Carga de Gasóleos. Posteriormente se mezcla con Hidrógeno del gas de recirculación y se calienta a una temperatura entre 310-364 ºC (según condiciones SOR-EOR) en el cambiador de Alimentación Alimentación Reactor/ Efluente del Reactor. Para conseguir conseguir la temperatura temperatura final de entrada (depende también del inicio o final de ciclo) al Reactor de Desmetalización esta corriente se calienta en un Calentador a fuego directo. En el Reactor de Desmetalización los metales presentes en la carga son removidos y atrapados mediante un catalizador de desmetalización especial. Después de la Desmetalización, la carga se envía a los Reactores
de
Hidrotratamiento,
donde
ocurren
reacciones
de
desulfuración,
desnitrificación, así como otras reacciones de hidrogenación. La temperatura en el
Reactor de Hidrodesulfuración se incrementa conforme la carga fluye a través del Reactor, ya que las reacciones que ahí se llevan a cabo son exotérmicas. El catalizador de los Reactores de Hidrotratamiento está dividido en tres camas para limitar los incrementos de temperatura. El Gas de Recirculación rico en hidrógeno es inyectado como ―quench‖ entre las camas para re ducir la temperatura de la corriente de salida de cada cama para tener una temperatura cercana a la temperatura de entrada al Reactor. La inyección de Gas de Reciclo también sirve para mantener el perfil de presión parcial de hidrógeno requerido. Debido a que la actividad del catalizador va declinando durante la operación de la Planta será necesario incrementar periódicamente el perfil de temperatura de operación del Reactor de Hidrotratamiento . El efluente del Reactor de Hidrotratamiento se envía, previo enfriamiento en los cambiadores: Carga al Reactor/Efluente del Reactor y Carga de Gasóleos/ Efluente del Reactor, al Separador de alta presión caliente. Los vapores de este separador son enviados al cambiador Gas de Reciclo/ HHP vapor y es posteriormente enfriado en el condensador de vapor HHPS y en el enfriador HHPS Vapor Trim. A la salida del condensador de vapor HHPS se inyecta agua de lavado para mantener el bisulfuro de amonio en solución y así prevenir depósitos de sales en los intercambiadores. El efluente del enfriador HHPS vapor Trim pasa al separador de alta presión frío, donde el Gas Hidrógeno de Recirculación, los Hidrocarburos líquidos y el Agua Amarga son separados. El Gas Hidrógeno del separador de alta presión frío se envía al Absorbedor de Amina a alta presión, donde es puesto en contacto a contracorriente con una solución de DEA para remover el H2S producido como resultado de la reacción de Hirodesulfuración. El gas de recirculación que sale del Absorbedor de Amina y se envía al tanque de succión del compresor de gas de recirculación y posteriormente al propio compresor. Si es necesario, algo del gas de recirculación puede ser purgado del sistema para eliminar un incremento de no condensables en la recirculación. Normalmente esto puede no ser requerido.
El Gas del compresor de Recirculación es dividido en dos corrientes, una es usada para suministrar los requerimientos de ―quench‖ a las camas del Reactor y la otra es usada como suministro de gas de alimentación al Reactor de Hidrotratamiento. Hidrógeno de reposición del compresor de Hidrogeno de repuesto se mezcla con parte del gas de alimentación del gas de recirculación. Parte del Gas del compresor de gas de
recirculación es recirculado como ―spill -back‖, a control de flujo de la succión del compresor, hacia la salida del condensador de vapor HHPS. El agua amarga del separador de alta presión frío es enviada, a control de nivel, al L.B. de la Unidad para su tratamiento. Sección de Fraccionamiento Los hidrocarburos líquidos, a control de nivel de los separadores de alta presión frío y caliente son mezclados y precalentados con los fondos del Fraccionador de Gasóleos y enviados al tanque de alimentación de carga al Fraccionador donde se realiza expansión flash. El vapor de este tanque es enviado mediante control de presión directamente al Fraccionador de Gasóleos. El líquido es bombeado, a control de flujo, mediante las bombas de carga al calentador del Fraccionador y a través del calentador de alimentación al Fraccionador, hacia el propio Fraccionador de Gasóleos. El Fraccionador de Gasóleos es una Torre agotada con vapor la cual fracciona la carga en gas, nafta, diesel y Gasóleo producto. El vapor obtenido en los domos de la Torre es condensado y enfriado y enviado al tanque de domos del Fraccionador. Los vapores no condensados de este tanque son comprimidos y tratados con amina y enviados a control de presión hacia el L.B. de la Unidad. Una parte de los hidrocarburos condensados es enviada, por control de nivel, al L.B como nafta producto, mientras que el resto es bombeado como reflujo a la Torre Fraccionada a través de las bombas de nafta producto.
Los fondos del Fraccionador de Gasóleos son los gasóleos producto que se alimentan como carga a las Unidades Catalíticas FCC, estos gasóleos son bombeados bajo control de flujo (con reset por nivel) hacia varios cambiadores para enfriar esta corriente y poder enviarla a almacenamiento, previo paso a través de un coalescedor, en el cual se elimina cualquier residuo de agua que pueda traer esta corriente. Una corriente lateral de la Torre Fraccionadora se envía al Agotador de Diesel. Vapor de media presión se usa para llevar a cabo el agotamiento en esta Torre. Los fondos del agotador de Diesel son bombeados a control de flujo por las bombas de fondos del agotador de diesel hacia el aeroenfriador de diesel producto y el enfriador de diesel producto y posteriormente pasa a un coalescedor, con el fin de eliminar el agua contenida en esta corriente, antes de su salida al L.B. de la Unidad. Sección de Compresión de Hidrógeno de Repuesto El Hidrógeno que se alimenta como reposición a la Unidad es comprimido en un compresor reciprocante para conectarlo posteriormente a la descarga del compresor de
Gas de Recirculación. La presión del Sistema de reacción es controlada a la succión del compresor de gas de recirculación por control del ―spillback‖ alrededor del compresor de hidrogeno de repuesto. El sistema de compresores de hidrogeno de repuesto tiene tres compresores (dos operando y uno en relevo). Cada máquina proporciona 50% de los requerimientos totales de hidrógeno. Cada compresor de hidrógeno de repuesto tiene sus propios tanques separadores y enfriadores. La línea de ―spillback‖ y los enfriadores son comunes para las tres maquinas.
Sección de Sistema de Amina Las corrientes de Amina rica de los absorbedores de amina de baja y alta presión son ―flaseados‖ en el tanque Flash de DEA rica. Aquí los hidrocarburos ligeros disueltos son eliminados de la solución de amina rica. Los vapores de hidrocarburos ricos en H2S salen de este recipiente a través de una pequeña sección de absorción empacada donde la mayoría del H2S contenida es eliminada por contacto con una pequeña corriente de solución de DEA pobre, Este separador reduce la cantidad de azufre que es venteada al ambiente. El gas separado será enviado al incinerador de gas de cola localizado en la Unidad Recuperadora de Azufre. Algunos hidrocarburos líquidos contenidos en la amina circulante se ajustaran y se eliminaran del sistema hacia un sistema cerrado de drenes de hidrocarburos. Del tanque flash, la solución de amina rica se precalienta primero con la amina pobre en el cambiador DEA rica/DEA pobre y alimentada, por control de flujo (punto de consigna por nivel), al regenerador de DEA. En el regenerador, la DEA rica se separa del gas ácido (contiene H2S). El calor para la regeneración se aporta mediante vapor de agua saturado al rehervidor de la regeneradora de DEA. Los vapores de domo de la torre se condensan en el condensador y en el segundo condensador de la torre regeneradora de DEA. Esta mezcla de H2S y agua condensada fluye hacia el tanque de reflujo de domos, donde el vapor y el agua se separan. El gas amargo se envía con control de presión a la unidad de azufre fuera del límite de batería, mientras que el agua condensada se recircula con control de flujo (punto de consigna por nivel) mediante la bomba de condensado de domo de regeneradora. Por rebose, se separa a un pequeño compartimiento en el tanque de reflujo de domos, cualquier hidrocarburo liquido ligero que pueda arrastrar el agua condensada. Los hidrocarburos ligeros se drenan al sistema cerrado de drenajes mediante la bomba de residuo del tanque de reflujo. Se añade agua de reposición (agua
de calderas enfriada) en la descarga de la bomba de reflujo, para compensar el agua que se pierde con el gas amargo. Esta agua de reposición mantiene la disolución de DEA en la concentración adecuada. La DEA pobre se bombea desde el fondo de la regeneradora mediante las bombas de fondo de la regeneradora de aminas y enfría con la corriente de DEA rica en el intercambiador DEA pobre/ DEA rica. La corriente de amina pobre se enfría en el enfriador de DEA pobre y se envía al tanque de DEA pobre. Para mantener la calidad de la disolución de DEA, una parte del flujo de DEA se recircula al tanque, pasando a través de un sistema de filtros. El primer filtro, el filtro primario de DEA pobre, elimina los sólidos, productos de degradación de DEA o partículas procedentes de la circulación de la amina. El segundo filtro, el filtro de carbón activado, es un lecho de carbón diseñado para eliminar hidrocarburos solubles o arrastrados en la DEA pobre. El tercer filtro, el filtro secundario de DEA pobre, está diseñado para atrapar sólidos finos o partículas de carbón que pueden estar en la disolución debido a las microroturas del lecho de carbón. La DEA pobre es bombeada a los servicios de amina mediante las bombas de DEA pobre de baja presión. La solución de DEA pobre de repuesto es preparada según se requiera y entra al tanque de balance de DEA pobre a través de sistema de filtros de retorno. El tanque de almacenamiento es dimensionado para almacenar, cuando sea necesario, el inventario total del sistema de amina. Un inhibidor de corrosión es inyectado en la línea de alimentación de DEA rica del regenerador de DEA para minimizar la corrosión en el sistema de la Torre. También, un agente antiespumante es inyectado a la misma corriente de alimentación a la Torre para prevenir la formación de espuma en el Regenerador y los Absorbedores de amina.
Química del proceso.
Reacciones típicas de hidrodesulfuración. Las cargas de gasóleos contienen cantidades variables de compuestos contaminantes, que de no ser eliminados disminuirán la actividad del catalizador de reformación y no se podrá lograr el grado de mejoramiento deseado en la carga a esta Unidad. Los compuestos contaminantes de la carga se descomponen para formar hidrocarburos puros y compuestos que pueden ser fácilmente eliminados del producto.
Las siguientes son las reacciones más comunes, por medio de las cuales se efectúa la descomposición de los compuestos contaminantes y la saturación de las olefinas.
Reacciones de hidrodesulfuración. El azufre se encuentra en la alimentación especialmente como mercaptanos, sulfuros, disulfuros, polisulfuros y tiofenos. Los primeros componentes son predominantes de las gasolinas directas. Son fácilmente convertidos a sulfuro de hidrógeno por reacciones tales como:
CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - SH + H2 C5 H12 + H2S
Pentil-mercaptano Pentano CH3 - CH2 - CH2 - S - S - CH2 - CH2 - CH3 + 3H2 2C3H8+ 2H2S
Disulfuro de dipropilo Propano CH - CH + 4H2 C5H12 + H2S
CH C - CH3 \ / Pentano S Metil tiofeno CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - S - CH2 - CH3 + 2H2 C4H10 + C2H6 + H2S
Sulfuro de etilbutilo Butano Etano
Reacciones de hidrodesnitrificación. En productos del petróleo, el nitrógeno se encuentra junto con el azufre, esencialmente en compuestos heterocíclicos siendo por ello más difícil la hidrodesnitrificación que la hidrodesulfuración. Debido a que estos compuestos inhiben la función ácida del catalizador de reformación deben eliminarse completamente. Las reacciones típicas para la eliminación de nitrógeno son las siguientes:
CH - CH
+ 4H2 C5H12 + NH3 CH C - CH3 \ / N
H Pirrol N
Quinoleina
+ 4H2
CH37
Propilbenceno
+ NH3
