1. Introducción: La refinación del petróleo es un proceso que incluye el fraccionamiento y transformaciones químicas del petróleo para producir derivados comerciales. De acuerdo con este objetivo, en general, estos procesos se realizan juntos en una refinería. La refinería es donde se trata el petróleo para extraer fracciones comerciales. En las refinerías se transforma al petróleo que está compuesto por miles de hidrocarburos en fracciones, de composición y propiedades aproximadamente constantes, que destilan entre dos temperaturas prefijadas. Las refinerías tienen diferentes complejidades según las distintas plantas instaladas. Sus productos principales son naftas, querosenos, gas oils, diesel y fuel oil. Por supuesto, hay refinerías diseñadas para procesar solamente un único crudo, pero estos son casos especiales donde el recurso bruto estimado es muy importante. Hay refinerías simples y complejas. Las refinerías simples consisten en sólo unas pocas unidades de procesamiento, mientras que las refinerías complejas tienen muchas más. Las típicas unidades a encontrar dentro de una refinería son:
Destilación al vacío del residuo de topping
Unidades de hidrodesulfuración (eliminación del azufre) de GLPs, Naftas, Kerosene y Gas oil para permitir la posterior reformación
Unidad de Isomerización de naftas livianas en isoparafinas de alto índice de octano
Tratamiento con sosa cáustica de nafta o kerosene (unidad Merox)
Unidad de reformado de naftas pesadas de bajo octanaje en hidrocarburos aromáticos de alto índice de octano
La planta de MTBE produce un aditivo para incrementar el octanaje de la nafta sin plomo
Alquilación que produce livianos con un número de octanos superior
Hidrocraqueo de gas oil resultante de la Unidad de Vacío (en presencia de hidrógeno y de un catalizador) en gasoil de mayor valor añadido.
Coquización para reducir los excedentes de fuel oil pesado de bajo valor dejando un carbono casi puro, denominado coque.
Planta de Hidrógeno para los procesos de hidrodesulfuración e hidrocraqueo
El presente trabajo centrara su estudio en la unidad de reformado de naftas, ya que es muy importante mejorar el octanaje de los cotes de nafta pesada para obtener una mayor remuneración al momento de comercializarla, generando ingresos a la institución y brindando productos de mejor calidad. 2. Objetivos: El objetivo principal del siguiente trabajo consiste en conocer el funcionamiento del proceso de reformación catalítico y la técnica de funcionamiento de la unidad de reforming. 3. Marco teórico: 3.1. Reformación Catalítica: La reformación catalítica es un proceso químico utilizado en el refino del petróleo. Es fundamental en la producción de gasolina. Su objetivo es aumentar el número de octano de la nafta pesada obtenida en la destilación atmosférica del crudo. Esto se consigue mediante la transformación de hidrocarburos parafínicos y nafténicos en isoparafínicos y aromáticos. Estas reacciones producen también hidrógeno, un subproducto valioso que se aprovecha en otros procesos de refino. 3.1.1. Principio y Funcionamiento: El procesamiento del petróleo para obtener sus diferentes derivados, entre ellos: gases, gasolina de motor, gasolina de avión, kerosén, gasoil, diesel, solventes, bases lubricantes, parafina, combustible pesado (fuel oil) y asfalto; consta de procesos de separación y de conversión. Los procesos de separación se llevan a cabo en las torres de destilación bajo presión atmosférica o reducida (al vacío). Mientras que los procesos de conversión permiten transformar productos pesados en corrientes livianas aumentando el rendimiento de éstas, así como de mejorar la calidad de los productos para motores.
Entre los procesos de conversión se encuentra el de reformación catalítica, el cual se modifica le estructura de las moléculas de la gasolina obtenida por destilación para mejorar sus propiedades antidetonantes. Se emplean altas temperaturas presiones y catalizadores para facilitar la reacción. Esta innovación ha permitido que su aplicación sea muy extensa para tratar gasolinas y producir aromáticos (favorece el octanaje). La reformación catalítica cubre una variedad de aplicaciones patentadas que son importantes en la manufactura de gasolina
(“Platforming”, “Ultraforming”, “Houdriforming”,
“Rexforming” y otros). La carga puede provenir del procesamiento de crudos nafténicos y parafínicos que rinden fracciones ricas en sustancias aromáticas. Por la reformación catalítica se logra la deshidrogenación y deshidroisomerización de naftenos, y la isomerización, el hidrocraqueo y la ciclodeshidrogenación de las parafinas, como también la hidrogenación de olefinas y la hidrosulfuración. El resultado es un hidrocarburo muy rico en aromáticos y por lo tanto de alto octanaje, como muestra la siguiente tabla % EN VOLUMEN COMPONENTE
ALIMENTO
PRODUCTO
PARAFINAS
45 – 55
30 – 50
OLEOFINAS
0–2
0
NAFTENOS
30 – 40
5 – 10
AROMATICOS
5 - 10
45 - 60
3.1.2. Alimentación y Producción: Para
el
reformado
catalítico
las
materias
primas
usadas
son
fundamentalmente las gasolinas directas pesadas y las naftas a las condiciones de (180 - 375) ºF, las cuales están compuestas de los cuatro grupos de hidrocarburos principales que son: parafinas, olefinas, naftenos y aromáticos.
3.1.3. Objetivos del proceso: Su objetivo es aumentar el número de octano de la nafta pesada obtenida en la destilación atmosférica del crudo. Esto se consigue mediante la transformación de hidrocarburos parafínicos y nafténicos en isoparafínicos y aromáticos. La reformación representa el efecto total de numerosas reacciones
como
cracking,
la
polimerización,
deshidrogenación,
e
isomerización que tienen lugar simultáneamente. Por la reformación catalítica se logra la deshidrogenación y deshidroisomerización de naftenos, y la isomerización, el hidrocraqueo y la ciclodeshidrogenación de las parafinas, como también la hidrogenación de olefinas y la hidrosulfuración. El resultado es un hidrocarburo muy rico en aromáticos y por lo tanto de alto octanaje, pueden producirse los reformados con concentraciones muy altas de tolueno, benceno, xileno, y otros aromáticos útiles en la gasolina y el proceso petroquímico Estas reacciones producen también hidrógeno, un subproducto valioso que se aprovecha en otros procesos de refino. 3.1.4. Secciones de la Unidades de Reforming: Las unidades de reformado catalítico constan generalmente de tres secciones fundamentales:
Desulfuradora de nafta:
Tiene como objetivo eliminar el azufre y nitrógeno de la nafta pesada. Es imprescindible dado que son venenos para el catalizador de platino. La nafta pesada se mezcla con hidrógeno. La unidad consta de depósito y bomba de carga, tren de precalentamiento, horno, reactor en lecho fijo con catalizador sólido tipo cobalto/molibdeno sobre alúmina. El efluente del reactor, una vez recuperada parte de su energía en el tren de precalentamiento de la carga, se enfría en un aerorrefrigerante y se envía al separador de alta presión. De allí pasa a la columna de stripping donde se eliminan por cabeza los gases producto de la reacción (SH2, NH3, H2O). La nafta pesada desulfurada sale por el fondo de la columna de stripping y es alimentada a la unidad de reformado propiamente dicha.
Unidad de reformado:
La nafta desulfurada se mezcla con una corriente de hidrógeno de reciclo y después de ser precalentada en un tren de intercambio, pasa al horno de carga donde vaporiza completamente. De allí entra en los reactores de reformado. Es un proceso muy endotérmico, por lo que se lleva a cabo en varios reactores en serie entre los que hay intercalados hornos de recalentamiento. En las unidades más antiguas los reactores (tres o cuatro) son de lecho fijo. En este tipo de reactor el catalizador se desactiva con el tiempo, debido a la formación de coque que se deposita sobre los centros activos de platino y los bloquea. Por ello es necesario parar la unidad cadados o tres años para regenerarlo con la pérdida de producción que ello supone. En 1971 UOP introdujo la variante denominada CCR, donde los reactores son de lecho móvil descendente, y que permite la regeneración continua del catalizador de platino. Para ello se utiliza un reactor adicional donde se produce la combustión del coque con aire. Además, dado que el coque ya no es un problema, el CCR se diseña para trabajar a menos presión y mayor temperatura, lo que permite obtener un producto con un número de octano mayor que en el proceso original. Después de los reactores el producto se enfría y de presiona para separar el hidrógeno del producto líquido de la reacción.
Sección de estabilización y fraccionamiento:
El producto líquido se estabiliza en una columna dedicada al efecto, separándose en ella el gas y gas licuado del petróleo (GLP) que salen por cabeza y el reformado, que sale por fondo. Este reformado tiene un contenido en benceno alto, en torno al 5%, por lo que es muy frecuente que se fraccione obteniéndose un reformado ligero, un concentrado bencénico y un reformado pesado. El benceno es un compuesto cancerígeno y que la legislación de la mayoría de los países limita en la gasolina comercial. Por tanto, el concentrado bencénico se vende como materia prima petroquímica mientras que los reformados ligero y pesado son usados como componentes
mayoritarios de la gasolina producida en la refinería. Además, es de vital importancia establecer que, en los umbrales del siglo XXI, las fuentes de hidrocarburos BTX son prácticamente:1. Crackers de etileno/ propileno petróleo-nafta pirolítica.2. El reformado catalítico de naftas en refinerías.3. La desproporcionación y desalquilación del tolueno. 3.1.5. Reacciones en el Proceso de Reformado Catalítico: Las reacciones que pueden tener lugar a las temperaturas y presiones manejadas en los reactores de reformado afectan a todos los hidrocarburos presentes en la carga. Las que presentan un mayor interés podemos clasificarlas en reacciones de: a) Reacciones de deshidrogenación: Las principales reacciones de deshidrogenación orientadas hacia la producción de aromáticos son las que transforman el ciclohexano y alquilciclohexanos en benceno y alquibencenos. Dentro de este grupo de reacciones son también factibles las de deshidrogenación de parafinas a las correspondientes olefinas, pero esta reacción está desfavorecida por la presencia de hidrógeno y termodinámicamente, aunque es una reacción importante en otras etapas como las de ciclación. Las reacciones de deshidrogenación son altamente endotérmicas y causan una disminución en temperatura. b) Las Reacciones de hidrocraqueo Las Reacciones de hidrocraqueo son exotérmicas y da como resultado la Producción de ligero Productos Líquidos y de gas. Son la Mayoría de las Reacciones relativamente Lentas, Por lo que la reacción del hidrocraqueo se produce en La última Sección del reactor. Los Principales Reacciones hidrocraqueo implican El agrietamiento y la Saturacion de las parafinas. Los rendimientos de hidrocraqueo se incrementará en: • Alta temperatura • De alta presión
• Baja velocidad del espacio Con el fin de obtener productos de alta calidad y los rendimientos c) Coquificacion: • Las gasolinas de reformado catalítico tienen un no elevado (78-100) gracias al contenido de aromáticos • Por esto las gasolinas de RC constituyen un buen combustible de motores a explosión y un excelente medio de obtención de aromáticos (benceno, tolueno, xilenos, e-benceno) para la industria petroquímica • Los gases de reformado catalítico contiene alto de H2 necesario para diferentes procesos d) Dehidrociclizacion • Es más lenta que la deshidrogenacion • Es muy endotérmica • La reacción es catalizada por la función acida del catalizador • Se favorece por la alta temperatura, baja presión y baja relación hidrogeno/hidrocarburo e) Isomerización: Isomerización de parafinas y ciclopentanos usualmente resulta en un menor octanaje producto que hace la conversión a compuestos aromáticos. Sin embargo, hay un aumento sustancial sobre la de los materiales no-isomerizados. Estas reacciones son bastante rápidas con efectos del calor pequeños. El rendimiento de la Isomerización se incrementa por: • Alta temperatura (que aumenta la velocidad de reacción) • Baja velocidad del espacio • Baja presión 3.1.6. Variables del Proceso: Las variables que se toman en cuenta durante el proceso de reformado catalítico, son: Temperatura, Relación H2/MP, Velocidad de flujo, Presión del reactor.
Todas
estas
favorecen
la
deshidrogenación,
deshidrociclacion
e
isomerización en detrimento del hidrocraqueo, ya que son más resistentes a la depuración de coque permitiendo tiempos de marcha más largos manteniendo la misma actividad catalítica.
Temperatura: a) Es la variable más utilizada para controlar la operación del reformado. b) En realidad, lo que puede controlarse es la temperatura de entrada al reactor. c) A mayor temperatura mayor RON sin embargo menor rendimiento de reformado por craqueo y mayor formación de coque sobre el catalizador. d) Por tratarse de reactores múltiples se utiliza la temperatura de entrada promedio ponderada (WAIT) y la temperatura de lecho promedio ponderada (WABT)
El incremento de temperatura en el reactor lleva a las siguientes condiciones: a) Incremento del número de octano de la gasolina reformada. b) Incremento del porcentaje de aromáticos en la gasolina reformada. c) Incremento del rendimiento de gases e hidrogeno en los productos de reacción. d) Disminución del contenido de coque, sobre los catalizadores.
Relación H2/MP: a) Cuanto mayor es la relación de H2/MP (materia prima), menor será formación de coque sobre el catalizador. b) En la practica la relación molar entre los gases de recirculación (que contiene 80-95% moles de H2) y la materia prima comprendida en 3/1 (valores impuestos para evitar la deposición de Cok) y 10/1 (valores impuestos de los gastos). c) El reciclo de H2 hacia los reactores tiene como objetivo aumentar la presión parcial. El H2 reacciona con los precursores de coque evitando una coquificacion rápida.
d) Por otro lado, un aumento en la relación provoca menor conversión de las reacciones de deshidrogenacion y deshidrociclizacion por ende menor RON mayor conversión de la reacción de hidrocracking esto origina menor rendimiento de reformado y más costos de energía por qué se debe comprimir mayor caudal de gases. e) Los reformadores actuales operan con relaciones molares entre 2-5 a presiones entre 50-100 psig.
Velocidad de Flujo: a) La velocidad de flujo es inversamente proporcional al tiempo de contacto. b) Aumentar el tiempo de contacto lleva a: i. Incremento de no del reformado ii. Disminución del rendimiento de gasolina iii. Incremento del % de cok sobre el catalizador c) Predominan las reacciones lentas: i. Dehidrociclacion, hidrocraking de los Hc livianos de la MP y desalquilacion de HC pesados.
Presión del Reactor: a) Disminuir P favorece las reacciones de deshidrogenacion de naftenos y deshidrociclizacion de parafinas por lo que se generan más aromáticos menor RON y la producción de H sin embargo aumenta la coquificacion y con esto disminuye el tiempo para la regeneración b) Aumentar presión: aumenta la velocidad del hidrocracking y con ello perdida del rendimiento de reformado, no obstante, disminuye la formación de coque sobre el catalizador c) Por lo general los reactores trabajan a diferentes presiones por lo que se usa la presión promedio de trabajo d) Las presiones típicas varían entre 100-500 psig
3.1.7. Productos obtenidos:
Las gasolinas de reformado catalítico tienen un no elevado (78-100) gracias al contenido de aromáticos
Por esto las gasolinas de RC constituyen un buen combustible de motores a explosión y un excelente medio de obtención de aromáticos (benceno, tolueno, xilenos, e-benceno) para la industria petroquímica
Los gases de reformado catalítico contiene alto de H2 necesario para diferentes procesos de hidrogenación.
3.2. Descripción de la técnica de la Unidad de Reforming: La gasolina media libre de contaminantes va hacia este proceso para arreglar las cadenas moleculares por medio de los reactores de platino aluminio llamado los R-62, esto se realiza para producir gasolinas de alto octanaje, hidrogeno, gas combustible y residuos ligeros como propano y butano producto del cracking. Figura N°1 Unidad de reforming
Fuente.
Torres. R, 2002
La carga debe ser adecuada para la unidad de reforming debido a la presencia de venenos fatales para el catalizador, la carga es succionada mediante la IP1206 A/B hacia el intercambiador I-1203, ingresando por la carcasa
precalentando el producto para entrar al horno H-1203, del cual sale con temperatura de 480°C. Posteriormente ingresa al reactor R-1202 y de manera sucesiva a los reactores R-1203, R-1204 y R-1205, cada reactor tiene su horno respectivo H-1204, H-1205 y H-1206 cada horno tiene la función de calentar la corriente de salida del anterior reactor y mantener la temperatura adecuada de reacción para el reactor siguiente. El producto a la salida del último reactor R-1205 intercambia calor al I-1203 pasando por los tubos del mismo, luego al aeroenfriador E-1203 y al enfriador de agua E-1204. La corriente enfriada ingresa al separador D-1203 del cual parte gaseosa se dirige al compresor IC-1201 y a la salida del mismo se reparte en tres flujos: El primer flujo va al sector de hydrobon para unirse a la entrada de la carga Liquida, la segunda corriente va al sector de platforming para unirse a la carga de entrada del proceso, y el tercer flujo recircula para unirse a la salida de I1203 y volver al acumulador D-1203 La parte liquida del acumulador D-1203 salen por la parte inferior del equipo y es succionada por la IP-1207 A/B, luego pasa por la carcasa del intercambiador I-1204 e ingresa a la torre de estabilización T-1202. En esta torre por la cabeza se obtienen los componentes más livianos como C3 y C4 (propano y butano) que luego de enfriarse en el aéreo enfriador E-1206 pasa por el enfriador de agua E-1207 hasta el acumulador D-1204, de este separador las corrientes se envían según requerimiento una parte a la planta de recuperación de gases y otra al D-2401 como gas combustible. 4. Conclusiones:
La función principal de este proceso es la obtención de gasolina reformada de alto octano.
Los reformadores comerciales procesan básicamente naftas pesada vírgenes y craqueadas de una gran variedad de características, pero la operación requiere además la presencia de hidrogeno para controlar la coquificacion y el excesivo grado de aromatización.
La necesidad de un reformado de alto octanaje requiere operar las unidades de reformación a los niveles más bajos de presión de operación y el uso de catalizadores de alta estabilidad.
5. Bibliografía: https://es.scribd.com/doc/59523704/PROCESO-DE-REFORMACION https://es.scribd.com/doc/130976327/PROCESO-DE-REFORMACIONCATALITICA-final https://es.wikipedia.org/wiki/Reformado_catal%C3%ADtico https://prezi.com/krttxgvltymu/reformacion-catalitica-y-descripcion-tecnicaunidad-de-refo/
