INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICARefinación del Petróleo - Conceptos Básicos :INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICARefinación del Petróleo - Conceptos Básicos Dpto. de Ingeniería Química Instituto Tecnológico de Buenos Aires Junio 2008


¿ Qué es el Petróleo ? :¿ Qué es el Petróleo ? El petróleo (del griego: pet???a???, "aceite de roca") es una mezcla compleja, no homogénea, de hidrocarburos. ITBA-Introducción a lng. Quimica 2


Clasificación “Económica” de Crudos :Clasificación “Económica” de Crudos ITBA-Introducción a lng. Quimica 3 Contenido Azufre, wt% Gravedad, , ª API 15 ºAPI 30 ºAPI Dulces Agrios 2 % S


¿ Qué hay en una Refinería de Petróleo ? :¿ Qué hay en una Refinería de Petróleo ? ITBA-Introducción a lng. Quimica 4


Tipos de Procesos Operativos :Tipos de Procesos Operativos ITBA-Introducción a lng. Quimica 5


Cortes producidos por Destilación de Crudo :Cortes producidos por Destilación de Crudo ITBA-Introducción a lng. Quimica 6 170 ºC 570 ºC 370 ºC 230 ºC 40 ºC


Slide 7:Esquema Unidad de Destilación Atmosférica Alambique Tubular = Pipestill = Crude Distiller = Topping ITBA-Introducción a lng. Quimica 7


Slide 8:Operación de una Torre de Destilación ITBA-Introducción a lng. Quimica 8


Slide 9:Esquema Unidad Destilación al Vacío ITBA-Introducción a lng. Quimica 9


Slide 10:Rendimiento a Destilación vs Demanda de Productos El Rendimiento a Destilación está desbalanceado respecto a la demanda ITBA-Introducción a lng. Quimica 10


Slide 11:Diagrama de Bloques - Refinería Hidroskimming ITBA-Introducción a lng. Quimica 11


Esquema Unidad Reformación Catalítica :Esquema Unidad Reformación Catalítica ITBA-Introducción a lng. Quimica 12 RON 100+


REFORMING-Modificación de la composición :REFORMING-Modificación de la composición ITBA-Introducción a lng. Quimica 13 OTRAS CARACTERISTICAS DEL REFORMING CATALITICO... Variaciones pequeñas de los pesos moleculares Modificación del rango de puntos de ebullición Rendimiento volumétrico líquido es negativo Por hidrocraqueo, que se busca mantener al mínimo


Reacciones de Reforming - Resumen :Reacciones de Reforming - Resumen ITBA-Introducción a lng. Quimica 14 “DESEABLES” “INDESEABLES” CONVERSION EN AROMATICOS ISOMERIZACION DESHIDROGENACION NAFTENOS g AROMATICOS DESHIDROCICLIZACION PARAF g NAFT (g AROMAT.) PARAFINAS NORMAL g ISO NAFTENON-1 CAD. LAT.n g NAFTENON CAD. LAT.n-1 DEALQUILACION HYDROCRACKING PARAFINAN g PARAFINAX + PARAFINAY ALQUIL NAFTENO g NAFTENO + PARAFINA ALQUIL AROMATICOg AROMATICO + PARAFINA ALQUIL AROMATICON g ALQUIL AROMATICON-1


Slide 15:Desulfurización por Hidrotratamiento Reducción del contenido de S Consideraciones ambientales: Calidad del aire Requerimientos de proceso: Corrosión / Catalizadores Slate de crudos más pesados/con más azufre Procesos desarrollados para desulfurización Naftas, Kero, Destilados (Gas Oil/Diesel catalítico/de Coker) Gas Oil de Vacío Residuos Reacciones típicas R - SH + H2 R - H + H2S Características de las unidades Alto factor de servicio / Campañas de 1 año o más Flexibilidad / Diferentes alimentaciones Catalizadores comparativamente baratos / regenerables Realiza otras funciones: eliminación compuestos de N, O, Metales, etc. ITBA-Introducción a lng. Quimica 15


Tratamiento con H2 o Hidrotratamiento :Tratamiento con H2 o Hidrotratamiento ITBA-Introducción a lng. Quimica 16 Acondicionamiento de cargas a otras unidades Reacciones principales: saturación de olefinas con H2, eliminación de S, N, P, O, Cl y metales


Slide 17:Diagrama de Bloques - Refinería Hidroskimming ITBA-Introducción a lng. Quimica 17


Slide 18:Esquema Refinería Conversión Media (Combustibles) Alquilato (al pool de naftas) ITBA-Introducción a lng. Quimica 18


Slide 19:Procesos de Conversión de Residuos Las fracciones pesadas son deficientes en hidrógeno % Peso Hidrógeno Metano 25 LPG 17 Naftas 15 Gas Oil 13 VGO/Res 11 La conversión de productos pesados tiene dos caminos Eliminar carbono en forma concentrada (Slurry/Coque) para aumentar el % de hidrógeno en el resto: FCCU, Coking, etc Adición de hidrógeno y craqueo: Hydrocracking Es clave minimizar producción de metano y gases livianos ITBA-Introducción a lng. Quimica 19


Slide 20:Operación de Craqueo Catalítico (FCCU) Convierte GAS OIL PESADOS en productos livianos, más valiosos (nafta/destilados) Primera planta instalada en Bayway, New Jersey, en 1942 durante la WWII Proceso catalítico en lecho fluído para mantener una operación continua Características Catalizador caliente vaporiza alimentación en entrada al Reactor La vaporización ayuda la fluidización del catalizador El catalizador promueve selectivamente la reacción hacia productos deseados Se deposita carbón (coque) sobre el catalizador lo que disminuye la actividad El catalizador agotado se transfiere al Regenerador para quemar el coque Se recupera la actividad del catalizador El catalizador regenerado caliente aporta calor al Rx ITBA-Introducción a lng. Quimica 20


Slide 21:Configuración Típica de una Unidad FCC Precalentamiento Horno Precalentamiento ITBA-Introducción a lng. Quimica 21


Operación de Craqueo Catalítico (FCCU) :Operación de Craqueo Catalítico (FCCU) El conjunto Rx-Rg opera a altas temperaturas lo que implica el uso de elementos mecánicos de metalurgia especial El flujo de catalizador se controla manteniendo el mismo fluidizado y por diferencias de presión Los agentes de fluidización son: Aire en el Rg Vapor de agua/vapores de HC en el Rx Unidades grandes pueden circular en el orden de 100 ton/min El calor de reacción lo aporta principalmente la quema de coke en el Rg Generalmente se recupera el calor de la chimenea del Rg Los productos se separan en una Torre Fraccionadora Los gases livianos se comprimen y se separan en un tren de Light Ends Compresor como equipo crítico de la unidad. ITBA-Introducción a lng. Quimica 22


Slide 23:Impacto del FCCU en la Distribución de Productos Brent Arab Heavy ITBA-Introducción a lng. Quimica 23


Procesos de Craqueo Térmico(Coking) :Procesos de Craqueo Térmico(Coking) Procesos térmicos de alta severidad usados para convertir el “fondo del barril” en Naftas y Destilados Visbreaker (Reductor de Viscosidad) Delayed Coker Fluid Coker/Flexicoker Unidad clave en una Refinería de Máxima Conversión Diferencias Básicas: Tiempo de Residencia/Cámara de Reacción de Craqueo Calor de reacción/Producción de coke Calor de reacción en DC por calentamiento de carga En Fluid/Flexicoking por quemado de coke en lecho fluído ITBA-Introducción a lng. Quimica 24


Craqueo Térmico-Productos vs. Tiempo :Craqueo Térmico-Productos vs. Tiempo ITBA-Introducción a lng. Quimica 25


Procesos Conversión de Residuos :Procesos Conversión de Residuos


Slide 27:Diagrama de Flujo Unidad de Coqueo ITBA-Introducción a lng. Quimica 27


Slide 28: Coke formado Frente de Espuma Coke en formacion (brea coquificándose) ¿Qué Pasa en la Cámara de Coqueo? ITBA-Introducción a lng. Quimica 28


Slide 29:Diagrama de Bloques - Refinería Alta Conversión Nota: No se muestra la Unidad de Alquuilación ITBA-Introducción a lng. Quimica 29


Slide 30:Impacto Coker en la Distribución de Productos ITBA-Introducción a lng. Quimica 30


Ejemplos :Ejemplos Balance de masa sin reacción de una torre de topping Balance de masa con reacción en reactores de reforming Balance de energía de un condensador de cabeza en torre estabilizadora de hidrotratamiento


Balance de masa en torre de topping :Balance de masa en torre de topping ITBA-Introducción a lng. Quimica 32


Balance de energía en condensador :Balance de energía en condensador ITBA-Introducción a lng. Quimica 33 Q = 1514 kcal/bbl carga Tin = 25° C Tout = 35° C Caudal de agua de enfriamiento en condensador ? min = 15 KBD


Balance de masa en reforming :Balance de masa en reforming ITBA-Introducción a lng. Quimica 34


Conclusiones :Conclusiones Refinación de petróleo contiene enorme cantidad de aplicaciones de los fenómenos de transporte, operaciones unitarias y procesos unitarios Leyes que gobiernan balances de masa y energía son fundamentales para controlar, modelizar y optimizar los procesos, operaciones y economía de la refinación Aun los más complejos procesos y operaciones de refinación pueden derivarse a partir de los principios básicos de balances de materia y energía Balances de materia y energía son conceptos fundamentales en la industria de procesos químicos ITBA-Introducción a lng. Quimica 35