DESCRIPCIN DE LA UNIDAD DE AGUAS AGRIAS

156

DESCRIPCIN GENERAL

DEL PROCESO, OPERACIN Y CONTROL

DE LA UNIDAD DE CRAQUEO CATALTICO FLUIDIZADO (FCC)

DE UNA REFINERA

DESCRIPCIN GENERAL DEL PROCESO, OPERACIN Y CONTROL DE LA UNIDAD DE CRAQUEO CATALTICO FLUIDIZADO DE UNA REFINERA

1. RESUMEN DEL PROCESO

La Unidad de Craqueo Cataltico Fluidizado de la Refinera est diseada para procesar una corriente de alimentacin de 54000 BPD y 82 % de conversin.

El craqueo cataltico fluidizado (FCC) es un proceso en el que los productos excedentes (gasleos combinados) obtenidos por medio de los procesos primarios de destilacin (atmosfrica y vaco), son convertidos en productos de mayor valor; tales como: gasolinas, olefinas y residuales.

El proceso de craqueo cataltico fluidizado consiste en la desintegracin de las molculas de gasleo en presencia de un catalizador slido en forma de partculas esfricas, el cual se comporta como un fluido cuando se airea con vapor. De ah el nombre de craqueo cataltico fluidizado.

Caractersticas de las Reacciones:

Las reacciones tienen lugar en centros activos del catalizador.

Fase vapor, lo cual facilita la migracin de reactantes hacia los centros activos.

Mecanismos de reaccin complejos, involucra etapas de Difusin, Adsorcin, Desorcin y la reaccin qumica, en la superficie del catalizador.

Reaccin qumica va Iones Carbonio CH3+.

Velocidad de Craqueo: Olefinas > Isoparafinas > Parafinas > Aromticos.

Utilizacin de catalizador Slica-Almina de elevada rea superficial: 200 - 600 m2/gr. Catalizador tipo Zeolita con elevada porosidad.

En ste proceso, durante la reaccin de craqueo se produce coque (mezcla de carbono e hidrgeno), el cual se adhiere a la superficie del catalizador contaminndolo, perdiendo ste actividad; por lo tanto en el proceso de craqueo cataltico es necesario regenerar el catalizador, para esto se quema este coque formado, y el catalizador puede ser utilizado nuevamente en la reacciones.

El catalizador circula continuamente entre la zona de reaccin (reactor) y la zona de regeneracin (regenerador) actuando como vehculo para transferir el calor, desde el regenerador al gasleo de carga en el reactor. La velocidad de circulacin del catalizador y la actividad del mismo regulan las reacciones de craqueo y los rendimientos de los productos.

A continuacin las diferentes secciones por las cuales est conformada la Unidad:

1.1Sistema de precalentamiento de la carga

Las diferentes corrientes que conforman la carga a ser procesada en la Unidad de FCC, son combinadas y enviadas a un tambor de compensacin, el cual provee un flujo de alimentacin estable a las bombas de carga y sirve como equipo de separacin de agua o vapor que pueda estar contenido en esta.

La carga combinada de este tambor es calentada entre 350 450 F usando como fuente de calor un sistema de intercambiadores con corrientes de reciclo del fondo de la fraccionadora.

El precalentamiento de la carga provee una herramienta para variar fcilmente la relacin catalizador/aceite. En las unidades donde el compresor de aire constituye una restriccin aumentar la temperatura de precalentamiento permite aumentar el nivel de procesamiento.

1.2Sistema de Reaccin, Despojamiento y Regeneracin

El sistema Reactor-Regenerador constituye el corazn del proceso de la Unidad de FCC. En la Unidad todas las reacciones ocurren en el tubo elevador (Riser) en un perodo de dos a cuatro segundos antes de que el catalizador y los productos se separen en el Reactor. Sin embargo, reacciones de craqueo trmico y no selectivas se llevan a cabo en cierta extensin en la fase diluida del Reactor, las cuales pueden reducidas modificando el terminal del Riser.

La carga proveniente de la seccin de precalentamiento, entra al Riser cerca de la base, a travs de varias boquillas de inyeccin, ponindose en contacto con el catalizador regenerado con una relacin catalizador/aceite en el rango de 4:1 a 9:1.

El calor adsorbido por el catalizador en el Regenerador provee la energa suficiente para vaporizar la carga, calentarla a la temperatura de reaccin entre 960 1000 F, para que se lleven a cabo las reacciones de craqueo, las cuales son endotrmicas. Las reacciones ocurren en fase vapor en instantneamente, cuando la carga y el catalizador se ponen en contacto. El volumen expandido de los vapores generados elevan el catalizador y lo llevan a travs del Riser.

El Riser o tubo elevador es esencialmente una tubera vertical recubierta por una capa de refractario de 4 a 5 pulgadas de espesor que le confiere aislamiento y resistencia a la abrasin. Tpicamente tienen unas dimensiones de 2 a 6 pies de dimetro y entre 75 a 120 pies de altura. El Riser ideal simula un reactor de flujo pistn, donde el catalizador y el vapor viajan a lo largo de la longitud de ste a la misma velocidad y con un mnimo de retromezclado.

Un contacto eficiente entre la carga y el catalizador es crtico para alcanzar las reacciones de craqueo deseadas. Esto es logrado mediante la atomizacin de la carga con vapor, lo cual permite incrementar la disponibilidad de alimentacin a los sitios cidos reactivos del catalizador.

Despus de abandonar el Riser, los vapores de hidrocarburos y el catalizador entran al Reactor, en donde son separados mediante equipos de separacin inercial conectados al final del Riser (Ciclones). El catalizador gastado cae al Despojador, mientras que los vapores de hidrocarburo son enviados por el tope del reactor hacia la fraccionadora principal.

El Despojador est integrado al Reactor, en ste el catalizador gastado es despojado de los hidrocarburos adsorbidos en sus poros mediante un flujo de vapor en contracorriente con el flujo de catalizador, en una proporcin de 2 a 5 libras de vapor por cada 1000 libras de catalizador circulante. La relacin ptima de vapor de despojamiento puede encontrase por ensayo y error, aumentando la velocidad del vapor y/o el nivel del Despojador, hasta que no se observe reduccin en la temperatura del Regenerador, vigilando que la prdida de catalizador del lado reactor no aumente.

Una medida de la eficiencia del despojamiento lo constituye el porcentaje de hidrgeno en coque, el cual es una forma indirecta de determinar el porcentaje de hidrocarburo remanente en el catalizador.

El nivel de catalizador en el despojador provee el cabezal de presin necesario para el flujo de catalizador gastado al Regenerador, el cual se controla mediante el uso de una vlvula deslizante.

El catalizador despojado fluye al regenerador, en donde parte del coque que contiene el catalizador es quemado a alta temperatura (1200 1350 F), con una corriente de aire como fuente de oxigeno para restaurar su actividad. Esta corriente de aire proviene de un compresor y es introducido al Regenerador a travs de un distribuidor localizado cerca del fondo del recipiente. El diseo de este distribuidor es importante para lograr una regeneracin importante y adecuada del catalizador.

En el Regenerador existen dos regiones: La Fase densa y la Fase Diluida. En la primera estn localizadas la mayora de las partculas de catalizador y es donde se lleva a cabo la combustin del coque. La segunda es la regin por encima de la fase densa hasta la entrada de los ciclones, y tiene una concentracin substancialmente menor de catalizador.

El Regenerador opera e modo de Combustin total, donde se utiliza un exceso de oxigeno para completar la combustin de monxido a dixido de carbono, debido a que la oxidacin del CO a CO2 libera 2.5 veces ms calor que la combustin del C a CO, la temperatura de estos regenerador es mucho mayor. Adicionalmente con la combustin completa se logra una reduccin del nivel de carbn en el catalizador logrndose valores inferiores a 0.10 %peso y que pueden ser tan bajos como 0.02 %peso.

El gas producido en la combustin del coque sale del plenum del Regenerador a travs de un sistema de ciclones, de dos etapas, para separar el catalizador arrastrado. Este gas lleva una considerable cantidad de energa, la cual es recuperada en un tubo expansor, el cual junto con el motor/generador, soplador de aire y turbina de vapor, forman parte del sistema llamado Tren Recuperador de Potencia.

La Unidad tambin dispone de un Separador de tercera etapa a la salida de los gases de combustin, los cuales causan erosin de los labes del expansor.

Asimismo se cuenta con precipitador electrosttico para remover finos de catalizador entre 5 20 micrones contenidos con el gas de combustin.

1.3Sistema de Fraccionamiento

La fraccionadora principal tiene por funcin condensar y separar los productos de reaccin. El fraccionamiento implica la condensacin y revaporizacin de los compuestos de hidrocarburos mientras el vapor fluye ascendentemente a travs de los platos y empaque de la torre.

La operacin de esta columna es similar a la de una torre de destilacin atmosfrica de crudo, ya que fracciona la carga en productos similares, pero con dos diferencias: no necesita de una zona de vaporizacin sino ms bien de un sistema de enfriamiento de los vapores de reaccin y requiere de una zona de separacin del catalizador arrastrado (fondo de la torre ).

Adems de esto, una considerable cantidad salen por el tope de la torre con la gasolina no estabilizada que deben ser separadas posteriormente.

Los productos principales de esta columna son: vapores de tope (H2, H2S, C1, C2s, C3s, C4s y nafta no estabilizada), Nafta pesada, Aceite de ciclo liviano, Aceite de ciclo pesado, y Alquitrn Aromtico.

Los Aceites de ciclo liviano y pesado, el Alquitrn Aromtico se usan para remover calor de la fraccionadora al vez que suministran calor a la seccin de precalentalentamiento y Concentracin de gases, una vez fros se devuelven a la columna principal para proporcionar reflujo y enfriamiento.

La gasolina no estabilizada y los gases livianos suben a travs de la columna principal y la abandonan como vapor. Este vapor de tope se enfra y se condensa parcialmente en los condensadores de tope de la columna principal.

1.4Sistema de Concentracin de Gases

Este sistema constituye una unidad aparte denomina GasCon y su principal funcin es separar la gasolina no estabilizada y los gases livianos de tope de la fraccionadora en gas combustible, compuestos C3s, C4s y gasolina. Generalmente esta unidad esta constituida por un compresor de gas hmedo, un absorbedor primario, un absorbedor secundario, un despojador de H2S, una Depentanizadora, una Depropanizadora y una torre Secadora.

La corriente proveniente de los condensadores de tope de la columna principal, la cual contiene vapores, hidrocarburos lquidos y agua, fluyen al acumulador de tope en donde son separados. Los vapores de hidrocarburo fluyen al compresor de gas hmedo. El trmino gas hmedo se refiere a los componentes condensables que contiene el gas, ya que a las condiciones de operacin del acumulador de tope, la corriente de gas al compresor contiene no slo Etano y livianos sino tambin alrededor de 90% de los C3s y C4s y el 10% de la gasolina producida.

Para elevar la presin de esta corriente, se emplea un compresor centrfugo externo de dos etapas, que incorpora una turbina movida por vapor a alta presin.

Los vapores de la descarga de la primera etapa de compresin se condensan parcialmente y se separan sbitamente en un tambor interetapa. El lquido de este tambor es bombeado al acumulador de tope de la fraccionadora, mientras que los vapores se envan a la segunda etapa de compresin, cuya descarga (vapores comprimidos) a menudo mezclada con gases y GLP de otras unidades, se enva al separador de alta presin con previa condensacin.

El vapor del separador de alta presin fluye al absorbedor primario donde se recuperan los compuestos C3s y ms pesados con una corriente de gasolina no estabilizada y una de gasolina estabilizada.

El vapor del absorbedor primario se envan al absorbedor secundario en donde la gasolina remanente C5s y ms pesada es separada. Se emplea Aceite de ciclo liviano como absorbente, retornndose a la columna principal, mientras que el gas combustible se enva a una unidad de Aminas para su endulzamiento antes de enviarlo al sistema de gas combustible de la Refinera.

El lquido proveniente del separador de alta presin se enva al Despojador de H2S con el propsito de remover H2S C2s y agua contenidos en esta corriente. El calor requerido para el despojamiento lo provee un rehervidor externo, el cual usa como medio de calentamiento la corriente de fondo de la Depentanizadora y ALC. El vapor generado en el rehervidor se eleva a travs de la torre y despoja la fraccin ms liviana del lquido descendente. El vapor rico se enva de regreso al acumulador de alta presin, mientras que la gasolina despojada se enva a la Depentanizadora.

En la Depentanizadora se separan las Olefinas (C3, C4 y C5) de la gasolina, obtenindose el primero como producto de tope, y la segunda, denominada gasolina estabilizada como producto de fondo. Las Olefinas se enva a la Unidad de Aminas para la remocin de H2S, luego a una Unidad Merox para remocin de mercaptanos, una unidad de nitrilos, para remocin de nitrgeno bsico y acetonitrilo, y posteriormente se envan a la torre Depropanizadora, donde se separa el propano/propileno por el tope, y Olefinas C4/C5 por el fondo. El propano/propileno se enva a la torre secadora para eliminar humedad, antes de enviarse a la Unidad de Alquilacin. Las Olefinas C4/C5 se envan la Unidad de teres Mezclados para la produccin de MTBE/TAME.

La separadora de naftas es la encargada de separar la gasolina liviana por el tope y la gasolina mediana por el fondo, las cuales son enviadas a la Unidad Merox para eliminar mercaptanos antes de enviarlas a almacenamiento.

CONDICIONES Y VARIABLES DE OPERACIN UNIDAD DE FCC

Temperatura de reaccin, F960 1000

Temperatura Carga Combinada, F350 - 450

Temperatura del Regenerador, F1235 - 1360

Relacin Catalizador/Aceite5.0 - 8.5

Actividad del Catalizador, %62 - 70

Gas Seco, %vol BFOE2.0 5.0

Olefinas C3-C5, %vol35 - 42

Gasolina Liviana, %vol15 - 20

Gasolina Mediana, %vol17 - 22

Gasolina Pesada, %vol5.0 - 10

Gasolina Total, %vol37 - 52

Aceite Liviano de Ciclo, %vol8.0 - 10

Aceite Pesado de Ciclo, %vol8.0 - 10

Aceite Lodoso, %vol5.0 - 8.0

Coque, %vol4.0 - 6.0

Conversin, %vol72.0 - 78.0

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESOA continuacin un diagrama de flujo de la Unidad de FCC donde se muestra la alimentacin a la misma y los diferentes productos obtenidos.

DIAGRAMA DE FLUJO UNIDAD DE FCC

Los nmeros de los Diagramas de Flujo de la Unidad de FCC disponibles en la red son los siguientes:

6100-1-50-0040

6100-1-50-0040A

6100-1-50-0040B

6100-1-50-0041

2.1Descripcin detallada de las diferentes etapas o secciones operacionales

La Unidad de FCC de la Refinera El Palito es un diseo UOP, modelo lado a lado de alta eficiencia, operando en combustin total. La Unidad fue diseada y construida para procesar 42000 BPD de gasleos de vaco, posteriormente en 1991 fue expandida para procesar 54000 BPD de gasleos de vaco y se dot con la tecnologa Vented Riser y Lift Gas.

Actualmente la Unidad de FCC procesa los gasleos pesados provenientes de la Unidad de Destilacin al Vaco y del Complejo Refinador Paraguan (CRP). Esta alimentacin consiste de una mezcla de hidrocarburos de alto peso molecular, con un gravedad API de 23 aproximadamente, variando de acuerdo al crudo alimentado a las respectivas Unidades de Destilacin Atmosfrica y a la optimizacin de las mezclas en el CRP.

Del reactor los productos de reaccin pasan a la Seccin de Fraccionamiento, constituida por la columna principal D-6202, en donde se separan: Gasolina y ms livianos que se envan a la seccin de Concentracin de Gases; Gasolina Pesada la cual es enviada a la Unidad Merox para la remocin de mercaptanos, y posteriormente enviada a almacenamiento. Aceites Cclicos: Liviano y Pesado y Alquitrn Aromtico.

Los productos que se obtienen de sta Unidad son:

Gas Combustible

Olefinas y Gas Licuado del Petrleo

Naftas Catalticas; Liviana, Mediana y Pesada

Aceite Cclicos y Aceite Lodoso

La Unidad de Craqueo Cataltico Fluidizado de la Refinera El Palito consta de tres secciones:

Seccin de Reaccin

Esta seccin est constituida por los siguientes equipos:

Reactor, D-6101 y D-6102

Regenerador, D-6103 y D-6104

Separador de Tercera Etapa, D-6105

Tren recuperador de Potencia, G-6101

Enfriador de Gases de Combustin, B-6102

Precipitador Electrosttico, M-6243

Dems Equipos Secundarios, tambores, bombas e intercambiadores

Seccin de Fraccionamiento

Esta seccin est constituida por los siguientes equipos:

Columna Principal de Fraccionamiento, D-6202

Compresor de Gas Hmedo, G-6223

Despojador de Nafta Pesada, D-6203

Despojador de ALC, D-6204

Despojador de APC. D-6224

Dems Equipos Secundarios, tambores, bombas e intercambiadores

Seccin de Concentracin de Gases

Esta seccin est constituida por los siguientes equipos:

Compresor de Gas Hmedo, G-6223

Absorbedor Primario, D-6210

Absorbedor Secundario, D-6211

Despojador de H2S, D-6212

Depentanizadora, D-6213

Depropanizadora, D-6215

Deetanizadora/Secadora, D-6217

Separadora de Naftas, D-6230

Dems Equipos Secundarios, tambores, bombas e intercambiadores

2.1.1Seccin de Precalentamiento y ReaccinEl gasleo proveniente del tanque 330x2 es enviado por las bombas G-6227 A/B hacia el tambor de carga de la Unidad de FCC D-6201 (el cual tiene la funcin de asegurar una alimentacin continua y estable al Reactor) mediante control de nivel (62LIC01), pasando previamente por una serie de intercambiadores para su precalentamiento, siendo estos intercambiadores: E-6201 (intercambio con ALC), E-6255 (intercambio con Nafta Pesada) y E-6243 (intercambio con APC), luego de ste ltimo intercambiador se incorpora el gasleo proveniente de la Unidad de Vaco, encontrndose la temperatura de sta mezcla alrededor de 230 F.

Del tambor de carga D-6201 la mezcla de gasleos, conocida como la carga combinada a la Unidad, se enva por medio de las bombas de carga G-6201 A/B a una batera de intercambiadores denominada el Tren de Precalentamiento, con la finalidad de incrementar la temperatura de la mezcla hasta la temperatura requerida de entrada al Reactor, ste tren est constituido por los siguientes intercambiadores: E-6256 (intercambio con APC), E-6257 (intercambio con Alquitrn Aromtico), en ste punto la carga combinada es dividida en dos partes, una pasa por el E-6259 (intercambio con Alquitrn Aromtico) y la otra pasa por el E-6202 (tambin intercambio con Alquitrn Aromtico), para luego unirse nuevamente y pasar por el filtro de carga.

La carga combinada proveniente del Tren de Precalentamiento y con una temperatura entre 350 - 450 F se enva hacia el fondo del Reactor D-6101, entra al tubo elevador a travs de seis boquillas de atomizacin con vapor, dispuestas alrededor del Riser. El sistema original de inyeccin de carga que consiste en un distribuidor de orificios con entrada comn para la carga y el vapor, es usado actualmente para la inyeccin del gas y del vapor de elevacin (Sistema Lift Gas y Lift Steam), que tiene como objetivo lograr un mezclado inicial eficiente de catalizador y aceite. Reducindose el retromezclado, y enfriar el catalizador con lo que se reducen las reacciones de craqueo trmico. Como gas de levantamiento se utiliza una corriente de gas combustible proveniente del absorbedor secundario, y como vapor de despojamiento, se utiliza una corriente de vapor de 200 psig.

Al ponerse en contacto la carga con el catalizador caliente proveniente del Regenerador, ocurre la vaporizacin de la carga y las reacciones de craqueo. Los vapores de productos y el catalizador ascienden a travs del tubo elevador hasta chocar con la cmara plena del Reactor, logrndose la separacin del 90% del catalizador. Este es el llamado sistema Vented Riser, los vapores de reaccin pasan a travs de un sistema de seis ciclones primarios, donde el catalizador arrastrado es separado. Alrededor del tubo elevador, en la parte inferior, se encuentra una seccin despojadora D-6102, donde mediante vapor de agua se recuperan los hidrocarburos adsorbidos sobre el catalizador gastado, evitando de esta manera que se quemen en el regenerador. Las reacciones de craqueo se llevan a cabo a una temperatura de 979 F.

Esta temperatura de reaccin es controlada por medio de un controlador 61TIC03 localizado en el espacio de gases del tope del reactor, la seal de salida de este TRC controla la apertura de la vlvula de catalizador regenerado 61TV03 regulando la cantidad de catalizador regenerado caliente que fluye al reactor. La presin del reactor no se controla directamente. La presin del reactor flucta con la presin de la columna principal de fraccionamiento ubicada aguas abajo del reactor. La presin del acumulador de tope de la columna principal D-6205 es el punto real de control, de tal manera que la presin del reactor es la suma de la presin del acumulador de tope de la columna principal ms la cada de presin a travs de la columna principal D-6202 los condensadores de tope E-6210 y E-6211 ms la cada de presin a travs de los ciclones del reactor y lnea asociada.

Una vez despojado, el catalizador fluye por gravedad a la parte baja del regenerador D-6103, a travs de la vlvula de catalizador gastado 61LV04 la cual regula la rata de flujo para controlar el nivel de catalizador en el Despojador del reactor; mientras que los gases se envan a la columna principal de fraccionamiento D-6202.

El Regenerador se divide en dos secciones: Regenerador Inferior (D-6103) y Regenerador Superior (D-6104).

El Regenerador Inferior est constituido por el tubo elevador (Mixing Riser), ubicado en el fondo y es donde se mezclan el catalizador gastado con aire, para iniciar la combustin del coque. La combustin del coque genera el calor necesario para calentar el catalizador y de sta manera suministra la energa requerida para las reacciones de craqueo, el calor de combustin incrementa la temperatura del catalizador entre 1320 - 1370 F. El aire para la combustin es suministrada por medio de un soplador de aire el G-6101, el cual puede ser precalentado mediante el B-6101. En el combustor se forma un lecho denso, desde el cual, el catalizador fluye al Regenerador Superior, a travs del tubo elevador interno (Riser del Combustor) y sale a travs de un separador rugoso situado en el tope del mismo.

La temperatura del regenerador no se controla directamente ya que es una funcin de un cierto nmero de variables de proceso, es decir, la temperatura del regenerador depende del porcentaje de delta coque sobre el catalizador, el delta coque se define como el coque que entra al regenerador con el catalizador gastado menos el coque sobre el catalizador regenerado que sale del regenerador.

El inventario de catalizador en el regenerador sirve como una capacidad adicional para el catalizador en el sistema y no existe instrumento para el control del nivel, slo un registrador el 61LR03, ste nivel cambia con la adicin de catalizador al sistema, los retiros y prdidas. La presin del regenerador se controla por el diferencial de presin entre el reactor y el regenerador, por el 61PDC26, este instrumento opera a fin de mantener un diferencial de presin entre estos dos equipos constante, y la salida de instrumento controla la posicin de las vlvulas deslizantes de gases de combustin 61PV15A y 61PV15B, a travs del 61PIC15.

Los gases de combustin se separan del catalizador regenerado mediante dos etapas de ciclones localizados en la seccin superior D-6104, el catalizador se retorna al regenerador y los gases de combustin salen por el tope del recipiente. El catalizador caliente del regenerador superior cae a la seccin cnica de fondo y entonces a dos tuberas, una donde se encuentra la vlvula deslizante de catalizador regenerado que enva el catalizador regenerado hacia el reactor para combinarse con la carga fresca, mientras que la otra establece una recirculacin de catalizador regenerado desde el regenerador superior al inferior a fin de mantener el balance de calor en el sistema. Esta recirculacin controla la temperatura de la zona de combustin.

Los gases que salen de los ciclones pasan a la cmara colectora donde se enfran con vapor de agua en caso de alcanzar alta temperatura y posteriormente son enviados al Separador de Tercera Etapa D-6105 donde se separan mediante un sistema de ciclones hacia el fondo del recipiente el catalizador con dimetro de partcula ms grande el cual es mezclado con los gases que salen del expansor, mientas que los gases de tope se envan por medio de control de presin 61PIC15 hacia la Unidad Recuperadora de Potencia.

Con el fin de compensar las prdidas de catalizador por arrastre de los gases de combustin y de los vapores de reaccin, el regenerador cuenta con una lnea de suministro de catalizador fresco (Tolva D-6111), catalizador de equilibrio (Tolva D-6110), y una tolva dosificadora (D-6109) que se emplea para facilitar la inyeccin del catalizador al sistema.

La Unidad recuperadora de potencia consta de un Expansor, Motor-Generador, un Soplador de Aire y una Turbina de arranque. Los gases provenientes del Separador de Tercera Etapa, pasan a travs del Expansor el cual convierte la energa de presin de los gases en energa mecnica. El gas pasa a travs de un cono parablico que lo acelera, luego por una serie de paletas guas que minimizan la turbulencia y lo hacen llegar al estator, el cual lo enva hacia los labes del rotor, que producen la fuerza para el movimiento rotativo del eje del expansor y consecuentemente del Tren de recuperacin.

El Motor-Generador, suministra la energa faltante al soplador o recibe la energa sobrante, conviertiendola en energa elctrica, es una maquina sincrnica que acta como regulador de la velocidad del tren.

El soplador de aire, recibe la energa recuperada por el expansor y enva aire al regenerador. Este es de tipo axial con 15 etapas, seis de las cuales son de ngulo variable y se encargan de controlar el flujo de aire al regenerador.

Adicionalmente la Unidad cuenta con una turbina de arranque, la cual se acciona con vapor de agua y cuya finalidad es poner en operacin al Soplador de aire durante los arranques de planta.

Los gases provenientes de la Unidad Recuperadora de Potencia son enviados al Enfriador de Gases de Combustin B-6102, donde se aprovecha la energa trmica de los mismos, esta diseado para generar 7.6 kg/s de vapor de agua de alta presin. A la salida del enfriador los gases se envan a un precipitador electrosttico, a fin de remover finos de catalizador de los Gases de Combustin. El Precipitador consiste de cmaras formadas por filas de electrodos de descarga de alto voltaje (40 55 kV DC) y filas de placas colectoras elctricamente aterradas, cuando el Gas de Combustin pasa a travs de las placas, las partculas de catalizador se cargan con iones negativos y migran hacia las placas colectoras donde se acumulan en forma de capas. Peridicamente, las placas colectoras y electrodos son sacudidos mecnicamente para desprender la capa de cenizas formada, de manera que los finos precipiten en las tolvas ubicadas en la parte inferior del Precipitador. La eficiencia de remocin de finos se encuentra entre 85 95%, y depende de ciertos parmetros tales como: Tamao de las partculas (menor tamao, menor eficiencia), Contenido de Ceniza (mayor contenido, menor eficiencia), Resistividad Elctrica de las partculas: es funcin de la temperatura de los Gases de Combustin (menor temperatura, mayor Resistividad y menor eficiencia), posteriormente los gases de combustin se envan a una chimenea para ser descargados a la atmsfera.

2.1.2Seccin de FraccionamientoLos vapores de hidrocarburos provenientes del reactor fluyen hacia el fondo de la columna de fraccionamiento principal D-6202, la cual representa la primera etapa de separacin y recuperacin, estos vapores son enfriados rpidamente al ponerse en contacto con un lecho de empaque estructurado Mellapak MG90X, que evita la continuacin de las reacciones dentro de la columna. La seccin de fraccionamiento de esta torre esta constituida dos platos en el tope (N 30 y 31), una seccin de enfriamiento para la recirculacin de Nafta constituida por un lecho de rejillas Glitsch EF25A, un lecho de empaque estructurado Mellapak 2Y para el fraccionamiento entre la Nafta Pesada y el ALC, dos lechos de empaque estructurado Mellapak 125X y Mellapak 250X para el enfriamiento de la recirculacin de ALC, una seccin de platos (11 en total ) para el fraccionamiento entre ALC y APC.

Por el tope de la columna salen los gases y la gasolina no estabilizada los cuales son enfriados y condensados en los ventiladores E-6210 y en los intercambiadores E-6211 A/.../H, de aqu fluyen hacia el acumulador de tope D-6205, parte del lquido condensado se regresa a la columna D-6202 como reflujo por las bombas G-6211 A/B mediante control de temperatura 62TIC77 el cual se ubica entre 250 - 260 F. El lquido neto de tope conocido como Gasolina No Estabilizada se enva mediante las bombas G-6210 A/B y por control de nivel en el tambor D-6205 (62LIC08) hacia el Absorbedor Primario D-6210 como absorbente, asimismo en la bota del tambor acumulador D-6205 se separa agua agria la cual es bombeada por intermedio de las bombas G-6209 A/B hacia la Unidad de Aguas Agrias para la remocin de H2S y NH3.

El segundo corte que se extrae de la columna corresponde a Nafta Pesada a una temperatura de 320 F y a un flujo de 110 MBD aproximadamente, la cual se divide en dos corrientes una que va al Despojador de Nafta D-6203 donde la misma se despoja de componentes livianos por medio de vapor de agua, las fracciones livianas separadas se regresan a la columna de fraccionamiento D-6202 mientras que el fondo del Despojador se enva por medio de las bombas G-6206 A/B hacia la Unidad de Merox para la conversin de Mercaptanos en Disulfuros pasando previamente por el enfriador E-6207. La otra parte de la corriente de Nafta Pesada constituye la recirculacin la cual pasa por las bombas G-6205 A/B y es enviada a una serie de intercambiadores de calor para el aprovechamiento de la energa trmica. Estos intercambiadores son los siguientes: E-6811 (rehervidor de la Depropanizadora en la Unidad de Alquilacin), E-6229 (Rehervidor torre D-6215), y E-6255 (Precalentador de carga a la Unidad).

El tercer corte que se extrae de la columna corresponde al Aceite Liviano de Ciclo (ALC) a una temperatura de 440 F y un flujo aproximadamente de 32 MBD, el cual se divide en dos corrientes una que va al Despojador D-6204 donde la misma se despoja de componentes livianos por medio de vapor de agua, las fracciones livianas separadas se regresan a la columna de fraccionamiento D-6202 mientras que el fondo del Despojador se enva por medio de las bombas G-6207 A/B hacia mezcla con residual pasando previamente por los intercambiadores E-6208 A/B/C (para precalentamiento del agua de caldera para la produccin de vapor de 600 psig), el E-6201 (Precalentador de carga), y E-6234 (Enfriador de ALC); la otra parte de la corriente corresponde la recirculacin, la cual pasa por las bombas G-6204 A/B y es enviada al rehervidor E-6221 de la torre Despojadora de H2S como medio de calentamiento, de aqu una parte es enviada hacia el Absorbedor Secundario como absorbente, y la otra de retorno a la columna D-6202; en su camino hacia el D-6211 pasa por el E-6217 donde se enfra con el fondo del Absorbedor Secundario y luego pasa por el E-6218 A/B/C para su enfriamiento con agua, una vez absorbidos los componentes valiosos C4+ es enviada de regreso a la columna principal D-6202.

El cuarto corte que se extrae de la columna corresponde al Aceite Pesado de Ciclo (APC) a una temperatura de 560 F y un flujo aproximadamente de 28 MBD, el cual se divide en dos corrientes una que va al Despojador D-6224 donde la misma se despoja de componentes livianos por medio de vapor de agua, las fracciones livianas separadas se regresan a la columna de fraccionamiento D-6202 mientras que el fondo del Despojador se enva por medio de las bombas G-6230 A/B hacia mezcla con residual pasando previamente por el intercambiador E-6243 donde sirve como medio de calentamiento al gasleo de carga a la Unidad y posteriormente se enfra en los ventiladores E-6244. La otra parte de la corriente corresponde la recirculacin, la cual pasa por las bombas G-6203 A/B y es enviado a una serie de intercambiadores de calor para el aprovechamiento de la energa trmica, estos son: E-6256 donde precalienta al gasleo de carga a la Unidad, el E-6236 rehervidor de la torre Depentanizadora D-6213, al E-6801 precalentador de Isobutano y el E-6817 calentador de propano.

Por ltimo, el producto de fondo o Aceite Lodoso del fondo de la columna principal D-6202 se emplea como medio de calentamiento en una serie de intercambiadores para el aprovechamiento de su energa trmica, estos son: E-6226 rehervidor de la torre Depentanizadora D-6213, E-6202 y E-6259 donde se precalienta al gasleo de carga a la Unidad, E-6253 rehervidor de la torre Separadora de Naftas D-6230, y a los calderines E-6204 A/B para la produccin de vapor de 600 psig; luego de ste recorrido una parte se enva hacia los hidrociclones y la otra de regreso a la columna principal D-6202.

El flujo que se enva hacia los hidrociclones se encuentra normalmente alrededor de 3800 BPD, el principal objetivo de estos equipos es separar las partculas de catalizador de mayor dimetro arrastradas desde el reactor, donde la corriente de menor contenido de cenizas se enva hacia el tanque de almacenaje 25x1 para su posterior comercializacin como base para negro de humo, la corriente de fondo con mayor contenido de cenizas se enva como mezcla hacia Residual, los cuales pasan a su vez y por separado por una serie de intercambiadores de calor para un ltimo aprovechamiento de la energa trmica, entre estos intercambiadores se encuentran: E-6257 precalentador de gasleo de carga ala Unidad, E-6203 precalentador de agua de caldera para posterior produccin de vapor, y por los enfriadores E-6233 y E-6242 para su enfriamiento con agua.

2.1.3Seccin de Concentracin de GasesLos gases provenientes del tambor acumulador D-6205 son enviados al sistema de compresin, pasando primeramente al tambor de succin D-6206, donde cualquier lquido es enviado de regreso hacia el D-6205 mediante la bomba G-6251 y los gases pasan a la primera etapa de compresin en el G-6223 donde se incrementa la presin desde 22 hasta 79 psig y la temperatura de 110 hasta 200 F, de aqu es enviado a los enfriadores inter etapa E-6212 A/B/C/D donde son parcialmente condensados y enviados al tambor inter etapa D-6208 para separar los gases y el lquido, donde ste ltimo es enviado por medio de las bombas G-6213 A/B hacia el D-6210. Los gases provenientes del tambor D-6208 se envan a la segunda etapa de compresin, donde se incrementa la presin desde 75 hasta 210 psig y la temperatura de 100 hasta 200 F.

Al gas proveniente de la segunda etapa del compresor G-6223 se le adiciona el gas proveniente del tope de la Despojadora de H2S D-6212, el gas estabilizado de PTR y Crudo y los lquidos provenientes de los acumuladores D-108 y D-2007, y son enfriados y condensados en los E-6213 y E-6214 y enviados al tambor de alta presin D-6209. Los gases incondensables que salen del tambor D-6209 son enviados hacia el Absorbedor Primario D-6210 y alimentados por el fondo del mismo con el fin de despojar sta corriente de componentes pesados C3+, esto se logra con dos absorbentes que son Gasolina No Estabilizada con un flujo de 25 MBD aproximadamente proveniente del tambor D-6205 y Gasolina de Reciclo o Estabilizada proveniente de la torre Depentanizadora D-6213.

El lquido de fondo es enviado por medio de las bombas G-6215 A/B y en control de nivel 62LIC16 de regreso como alimentacin a la Unidad Concentracin de Gases. Los gases despojados salen por el tope van al Absorbedor Secundario D-6211, en sta los gases son sometidos a una segunda etapa de absorcin, al ponerse en contacto con ALC para removerle las trazas pesadas de hidrocarburos. Por el tope del absorbedor se obtiene Gas Combustible que es enviado primero a la Unidad de Aminas para la remocin de H2S y posteriormente es enviado al sistema de Gas de la Refinera; por el fondo se obtiene ALC rico que se enva de regreso a la columna principal D-6202 por medio del control de nivel de fondo del absorbedor 62LIC17.

El lquido proveniente del tambor de alta presin D-6209 es enviado por medio de las bombas G-6214 A/B como carga a la Torre Despojadora de H2S D-6212, pasando previamente por intercambiador E-6219 donde se precalienta con el flujo de fondo proveniente de la torre Depentanizadora D-6213.

En la Despojadora de H2S D-6212, el H2S y los hidrocarburos livianos son despojados y enviados de regreso como carga a la Unidad Concentracin de Gases, el flujo de fondo ya despojado se divide en dos, una corriente va hacia los rehervidores de la torre, los E-6220 (intercambio con el fondo de la torre D-6213) y E-6221 (intercambio con ALC) y se retorna al fondo del Despojador, y la otra corriente por medio del control de nivel 62LIC18, constituye la alimentacin a la torre Depentanizadora D-6213 donde previamente la misma se precalienta en el intercambiador E-6260 el cual utiliza como medio de calentamiento ALC proveniente de la columna principal.

La torre Depentanizadora D-6213 puede operar segn las condiciones de operacin como Debutanizadora separando por el tope hidrocarburos de cuatro carbonos como mximo, o como Depentanizadora caso actual, separando por el tope cinco y menos carbono por medio del control de presin 62PIC77 manteniendo una presin de 135 psig, estos gases son condensados en los ventiladores E-6224, y dirigidos al tambor acumulador de tope D-6214, de aqu el lquido es bombeado por medio de las bombas G-6219 A/B y dividido en dos corrientes, una que constituye el reflujo a la torre cuyo flujo se controla para mantener la temperatura del plato 32 en un valor de 221 F por medio del 62TIC52, y la otra constituye la corriente de Olefinas, la cual se enfra en los E-6225 A/B para ser enviada hacia las Unidades de Tratamiento: Aminas para la remocin de H2S, Merox para la remocin de mercaptanos, y Lavado de Olefinas (Nitrilos) para la remocin de acetonitrilo.

Por el fondo de la torre D-6213 se obtiene la Gasolina Estabilizada, la cual se divide en dos una corriente que va hacia los rehervidores E-6226 (intercambio con Alquitrn Aromtico) y E-6236 (intercambio con APC), y la otra corriene en control de nivel de fondo 62LIC19 se enva como carga a la torre Separadora de Naftas D-6230 pasando previamente por los intercambiadores E-6220 y E-6219 donde se enfra y como Gasolina de reciclo al Absorbedor Primario D-6210 pasando sta ltima por los enfriadores E-6222 y E-6223.

La corriente de Olefinas luego de ser tratada en las Unidades de Aminas, Merox y Nitrilos, se enva nuevamente a la Unidad de FCC para su posterior fraccionamiento en la torre Depropanizadora D-6215, pasando previamente por el precalentador de carga a la torre el E-6227 donde las Olefinas son precalentadas con el flujo de fondo de la torre D-6215.

En la torre Depropanizadora D-6215 se separan por el tope las Olefinas C2/C3 por medio del control de presin 62PIC83 manteniendo una presin de 265 psig, estos gases son condensados en los E-6228 A/B/C/D, y dirigidos al tambor acumulador de tope D-6216, de aqu el lquido es bombeado por medio de las bombas G-6220 A/B y dividido en dos corrientes, una que constituye el reflujo a la torre cuyo flujo se controla para mantener la temperatura del plato 42 en 158 F por medio del 62TIC64, y la otra corriente constituye la alimentacin a la torre Deetanizadora/Secadora D-6217. Por el fondo de la torre D-6215 se obtienen las Olefinas C4/C5, donde una parte se enva al rehervidor E-6229 (el cual utiliza como medio de calentamiento Nafta Pesada) y se retorna a la torre, y la otra parte constituye la alimentacin a la Unidad de Oxigenados la cual se enva por medio del control de nivel de fondo 62LIC21, pasando previamente por el E-6227 (donde cede calor para precalentar la carga) y por el E-6230 A/B enfriador con agua.

La torre Deetanizadora/Secadora D-6217 es alimentada con las Olefinas C2/C3 y su principal objetivo es eliminar del Propano/Propileno los compuestos C2s y el exceso de humedad, para esto cuenta con el rehervidor E-6231 el cual opera con vapor a fin de cumplir la especificacin de contenido de humedad en las Olefinas alimentadas a la Unidad de Alquilacin 10 ppmp mx, el flujo de fondo (Propano/Propileno) se enva a la Unidad de Alquilacin por medio del control de nivel 62LIC24, pasando previamente por el enfriador E-6232 A/B. Los gases que salen por el Tope por medio del control de presin 62PIC205 son condensados en los E-6238 A/B y dirigidos al tambor acumulador de tope D-6218, de aqu los vapores no condensables se retornan a la Unidad de Concentracin de Gases, y el lquido es bombeado por medio de las bombas G-6228 A/B constituyendo el reflujo a la torre.

La Gasolina Estabilizada enviada como carga a la torre Separadora de Naftas D-6230 pasa previamente por el precalentador de carga E-6251 (intercambio con el fondo de esta misma torre). En la torre D-6230 se separa por el tope la Gasolina Liviana por medio del control de presin 62PIC166, y se condensa en los E-6254, de aqu es dirigida al tambor acumulador D-6231 donde la corriente lquida es bombeada por intermedio de las bombas G-6247 A/B y dividida en dos partes, una constituye el reflujo a la torre, y la otra es el producto denominada Nafta Liviana, la cual se enva a los tanques de almacenamiento pasando previamente por los intercambiadores con agua E-6250 A/B. El flujo de fondo se divide en dos, una corriente que se enva al rehervidor E-6253 donde se utiliza Alquitrn Aromtico como medio de calentamiento, y la otra constituye el producto denominado Nafta Mediana la cual se extrae por control de nivel de fondo 62LIC80 y se enva a los tanques de almacenamiento pasando previamente por los intercambiadores con agua E-6252 A/B.

QUMICA DEL PROCESO

Una serie de reacciones complejas tienen lugar cuando una molcula de gasleo toma contacto con el catalizador de craqueo a una temperatura de 1200 F. La distribucin de productos depende de muchos factores incluyendo la naturaleza y la fuerza de los sitios cidos. La mayora de las reacciones que ocurren dentro de este proceso son de craqueo cataltico, sin embargo tambin ocurren algunas reacciones de craqueo trmico.

a. Craqueo Trmico:

El craqueo de hidrocarburos se traduce como la ruptura de los enlaces C-C, siendo el craqueo trmico una funcin de la temperatura y el tiempo. La etapa inicial de la qumica del craqueo trmico es la formacin de radicales libres. Un radical libre es una molcula no cargada la cual tiene un electrn desapareado. Los radicales libres son muy son muy reactivos y de vida corta. El craqueo de un enlace C-C, produce dos radicales libres, tal como se muestra en la ecuacin N 1, del craqueo de una parafina.

Ecuacin N 1:

Los radicales libres son extremadamente reactivos. Estos se craquean por alfa y beta escisin. La Beta-escisin produce una olefinas y un radical libre con dos carbonos menos (Ecuacin N 2). Este radical libre puede sufrir a continuacin una nueva Beta-escisin, la cual incrementa el rendimiento a Etileno.

Ecuacin N 2:

La Alfa-escisin produce un radical metilo, el cual al combinarse con otra molcula de hidrocarburo le sustrae un hidrgeno produciendo metano y un radical libre (Ecuacin N3).

Ecuacin N 3:

Una vez ms, este nuevo radical libre formado puede sufrir Beta-escisin, lo cual producira una nueva alfa-olefina y otro radical libre (Ecuacin N 4).

Ecuacin N 4:

Esta serie de reacciones en cadena, en el proceso de craqueo trmico, conduce a la alta produccin de C1 y C2 y gran produccin de alfa-olefinas. Otras de las caractersticas del craqueo trmico es la alta polimerizacin y condensacin de las olefinas a coque.

b. Craqueo Cataltico:

Las reacciones que ocurren en el craqueo cataltico pueden dividirse en dos tipos: reacciones primarias y reacciones secundarias. Las reacciones primarias involucran el corte de los enlaces C-C y la neutralizacin inmediata del carbocatin formado. Las reacciones que siguen este patrn son las de craqueo y desalquilacin. Las reacciones secundarias son la isomerizacin, reacciones de transferencia de hidrgeno, transalquilacin, ciclizacin, deshidrogenacin y condensacin.

Las reacciones primarias son endotrmicas y predominan a niveles bajos o intermedios, en cambio, las reacciones secundarias son en general exotrmicas, siendo favorecidas a altos niveles de conversin. El calor de reaccin global es menos endotrmico de lo esperado gracias a la contribucin calrica de las reacciones secundarias. En la grfica N 1 se presentan las principales reacciones que ocurren en craqueo cataltico.

FIGURA N 1

Reacciones de Craqueo:

El craqueo cataltico de Parafinas:

Esta caracterizado por alta produccin de C3 y C4 en los gases, la velocidad de reaccin y los productos dependen del tamao de la cadena y de su estructura. En cuanto a la formacin de ismeros y aromticos provienen de reacciones secundarias que envuelven olefinas.

Existe una relacin directa entre el tamao de la cadena parafnica y la velocidad de reaccin (comenzando a partir de seis miembros). La estructura de las parafinas tambin influencia la velocidad debido a la estabilidad del carbocatin formado. Carbocationes cuaternarios son ms estables que los terciarios.

El craqueo cataltico de Olefinas:

Es mucho ms rpido que el de las correspondientes parafinas. Las reacciones que ocurren con ellas son Beta-ruptura, isomerizacin, polimerizacin, saturacin, aromatizacin y formacin de enlaces C-C. La va isomerizacin, saturacin, aromatizacin, es la responsable de los altos nmeros de octano de la gasolina. La alta velocidad de la transferencia de hidrgeno en olefinas sustituidas, trae como consecuencia una relacin iso/n-parafinas superior a las del equilibrio termodinmico de sus equivalentes olefnicos, siendo el producto neto isoparafinas y aromticos.

El craqueo de Naftenos:

Tiene como su principal reaccin, la deshidrogenacin para formar aromticos. A temperaturas inferiores a 600 C ocurre el corte de enlaces C-C tanto del anillo como de sus alquil sustituidos. A mayor temperatura, la deshidrogenaciones altamente preferencial para los C9 y Naftenos mayores, resultando en un producto aromtico de alto nmero de octano. Los productos resultantes de la ruptura del enlace C-C son ms saturados que los correspondientes a la ruptura de las parafinas.

El craqueo cataltico de Aromticos:

Si son sustituidos con menos de tres carbonos esta muy poco favorecido. En caso de que ocurra da origen a un incremento de la cantidad de benceno en la gasolina.

Si son poliaromticos se eliminan las cadenas alqulicas y se produce coque, LPG y compuestos en el rango del APC.

b.1Reacciones de Craqueo Primarias:

Se ha propuesto que el carbocatin inicial puede formarse va protonacin de olefinas sobre sitios Bronted, o por la abstraccin de un hidruro de una parafina sobre los sitios de Lewis. El ion carbenio formado sufre una Beta-escisin para formar olefinas de menor nmero de carbonos y un ion carbenio ms pequeo, o puede reaccionar con una parafina neutra por transferencia de hidruro para formar un nuevo ion carbenio y sufrir la Beta-escisin. El paso controlante de la reaccin en cadena es la trasferencia intermolecular de un hidruro entre una parafina y un ion carbenio.

El mecanismo de transformacin propuesto es el siguiente:

Inicio de la reaccin

Propagacin

Craqueo en ( ((-escisin)

El nuevo ion carbenio R3+ reacciona con otra molcula de parafina para propagar la reaccin. La reaccin en cadena concluye cuando:

El ion carbenio pierde un protn y es convertido en una olefina.

El ion carbenio acepta un hidruro y se convierte en parafina.

Este mecanismo propuesto se basa en una concepcin clsica del ion carbenio, es decir, en la existencia de un carbono tetracoordinado que slo puede tener estados de transicin igualmente tetracoordinados. Un nuevo mecanismo se ha planteado bajo el supuesto de la existencia de un estado de transicin con intermediario carbocatinico pentacoordinado. A este tipo de carbocatin se le denomina ion carbenio. Sufrira igualmente la ruptura Beta para dar parafinas menores y otro carbocatin. El mecanismo propuesto es el siguiente:

Este ltimo mecanismo estara favorecido a altas temperaturas, baja conversin, baja presin de hidrocarburo y presencia de zeolitas con altas restricciones geomtricas.

b.2Reacciones de Craqueo Secundarias:

Durante el craqueo cataltico de un gasleo (figura N 2), una serie de reacciones secundarias ocurren sobre el catalizador zeoltico. Algunas de estas reacciones requieren de un proceso de transferencia de hidrgeno intra o intermolecular, ocurren en medio cido y por formacin de estados de transicin carbocatinicos.

FIGURA N 2

ESQUEMA GENERAL DEL CRAQUEO CATALTICO DE UN GASLEO

Para favorecer un tipo particular de reaccin secundaria, se juega con la fuerza cida del catalizador (figura N 3). La composicin final del producto del craqueo cataltico depender de las velocidades relativas de estas reacciones competitivas.

FIGURA N 3

RELACIONES FUERZA CIDA DEL CATALIZADOR CON TIPO DE REACCIN FAVORECIDA

Las reacciones secundarias en la que est envuelto un mecanismo de transferencia de hidrgeno son:

Isomerizacin Esqueletal

Ciclizacin

El alquilciclohexano formado puede convertirse en alquilbenceno va transferencia de hidrgeno.

La reaccin de transferencia de hidrgeno reduce la produccin de olefinas, contribuye a la formacin de coque e influencia la distribucin del peso molecular del producto. Las reacciones bimoleculares de transferencia de hidrgeno convierten olefinas, parafinas y aromticos, estos ltimos pueden seguir reaccionando hasta formar coque.

c. Diferencias entre Craqueo Cataltico y Trmico

El craqueo trmico ocurre va radicales libres a altas temperaturas (1000 F). La distribucin de productos es predecible y rica en C1, C2 y alfa-olefinas, con poca evidencia de rearreglo de los radicales formados. La cantidad de butadieno es relativamente alta, pero todos los otros productos C4 y en especial los isomerizados, se producen en muy pequeas cantidades (tabla N 1).

Al contrario del craqueo trmico, el craqueo cataltico procede a travs de intermediarios carbocatinicos con selectividad de productos guiada por el azar. Las velocidades de reaccin son de 5 a 60, 1000 a 10000, y 500 a 4000 para las parafinas, olefinas y naftenos a favor del proceso cataltico. La distribucin del peso molecular y composicin qumica de la gasolina tambin es apreciablemente diferente.

TABLA N 1

DIFERENCIAS ENTRE CRAQUEO CATALTICO Y TRMICO

TIPO DE HIDROCARBUROCRAQUEO TRMICOCRAQUEO CATALTICO

N-ParafinasEl producto mayoritario es C2, con gran cantidad de C1 y C3.

Se producen olefinas de C4 a C16.

Baja produccin de hidrocarburos isomerizados.C3 a C6 como productos mayoritarios

Baja produccin de olefinas menores a C4.

Alta produccin de ismeros.

OlefinasBaja velocidad de desdoblamiento del doble enlace.

Baja isomerizacin esqueletal.

Baja transferencia de hidrgeno Poca formacin de aromticos.Alta velocidad de desdoblamiento del doble enlace hacia la isomerizacin esqueletal.

Alta selectividad hacia las reacciones de transferencia de hidrgeno y hacia olefinas terciarias.Alta produccin de aromticos.

NaftenosSe craquean a velocidades menores que las parafinas.Si los grupos estructurales son iguales, se craquean a la misma velocidad que las parafinas.

Alquil-AromticosSe craquea la cadena lateral, se desalquilan.El craqueo de la cadena lateral es mayor segn sea el largo de la cadena.

LPGAbundante gas seco

Fraccin C3-C4 rica en olefinas lineales

Poco Isobutano.C3 y sobre todo C4

Alto Isobutano

GasolinaBajo rendimiento

Rica en Diolefinas = Gomas

Rica en olefinas lineales (alfa)

Bajo % de parafinas isomerizadas

Bajo % aromticosAlto rendimiento

Bajo % diolefinas

Bajo % olefinas lineales

Rica en parafinas isomerizadas

Rica en benceno.

TIPO DE CATALIZADOR UTILIZADO

El catalizador de la Unidad de FCC es el corazn del proceso. Los desarrollos tecnolgicos en la ingeniera de proceso van de la mano con los nuevos descubrimientos y mejoras que se han realizado en el rea de catalizadores. El catalizador utilizado en la Unidad de FCC se fabrica en forma de polvo fino con un dimetro promedio de partcula en el rango de 65 a 80 micrones. Un catalizador moderno de FCC tiene cuatro componentes principales: zeolita, matriz, aglomerante y soporte.

4.1Zeolita

La zeolita que se utiliza es la faujasita, y es ingrediente principal. Su rol es proveer el craqueo selectivo y gran parte de la actividad. El desempeo del catalizador depende en buena parte de la naturaleza y calidad de la zeolita presente en el catalizador.

Estructura de la zeolita

La zeolita puede definirse como un polmero inorgnico cristalino compuesto por redes de tetraedros formados por AlO4 y SiO4 unidos por un oxgeno compartido como se muestra en la figura N 4.

FIGURA N 4

ESTRUCTURA DE LA ZEOLITA

Un cubo octaedro, llamado caja sodalita, representa el bloque bsico de construccin en la estructura de la zeolita. Cuando dos cajas sodalitas se unen en un modo tetradrico mediante tomos de oxgeno en las caras hexagonales se obtiene la estructura reticular tridimensional rgida de la faujasita, con un sistema uniforme de canales porosos que suministra un gran rea superficial interna (entre 500 y 800 m2/gr).

Una consecuencia de la configuracin atmica de la faujasita es la existencia de un patrn peridico de poros grandes y pequeos orientados en forma tetradrica. Los poros grandes se denominan supercajas, y pueden accesarse por 4 cavidades idnticas que tienen un dimetro de 8 a 9 Angstroms, llamada supercaja.

Los poros ms pequeos son los espacios internos vacos de las cajas sodalitas y los prismas hexagonales, con un dimetro aproximado de 2.5 Angstroms, y son generalmente inaccesibles para las molculas grandes.

El bloque elemental que forma un cristal de zeolita es llamada celda unidad. El parmetro de celda (UCS) es la distancia entre cada celda unidad en la estructura de la zeolita.

Qumica de la zeolita:

La zeolita est formada por tomos de slice y almina que estn unidos tetradricamente por tomos de oxgeno. El slice est en un estado de oxidacin de +4, por lo que el tetraedro formado con slice es neutro. La almina se encuentra en un estado de oxidacin +3, por lo que el tetraedro que contiene almina posee una carga negativa 1 que debe ser balanceada por un ion positivo.

En la sntesis de la zeolita se utiliza comnmente soluciones de hidrxido de sodio. El sodio sirve de ion positivo para balancear la carga negativa del tetraedro de almina. Esta zeolita es llamada soda Y o NaY, y no es estable hidrotrmicamente debido al alto contenido de almina. Frecuentemente se utiliza amonio para desplazar el sodio y durante la etapa de secado se evapora, los sitios cidos resultantes son de tipo Lewis y Bronted. Los sitios de Bronsted pueden ser intercambiados con tierras raras como Cerio y Lantano para mejorar su resistencia, la actividad cataltica de la zeolita proviene de estos sitios cidos.

Tipos de zeolita:

Las zeolitas presentes en los catalizadores de FCC son versiones sintticas de las faujasitas. Las principales zeolitas utilizadas en FCC son las del tipo X, Y y ZSM-5. La zeolita tipo X y tipo Y tienen una estructura cristalina similar, pero la tipo X posee una relacin slica/almina menor que del tipo Y. La zeolita tipo X es mucho menos estable hidrotrmicamente que la zeolita tipo Y. Actualmente todos los catalizadores de FCC utilizan la zeolita tipo Y en algunas de sus variaciones.

La zeolita tipo ZSM-5 por su parte, es utilizada como un aditivo para mejorar el octanaje de la gasolina y aumentar la produccin de olefinas en el rango C3-C5.

Propiedades de la zeolita:

Las propiedades de la zeolita estn estrechamente relacionadas con el desempeo global del catalizador de FCC. Desde que se introduce en la unidad, la zeolita debe mantener sus propiedades catalticas con condiciones de operacin bastantes severas. El ambiente que enfrenta la zeolita en el reactor y regenerador pueden causar cambios significativos en la qumica y estructura de la misma. Adicionalmente, los contaminantes presentes en la carga pueden afectar la integridad de los cristales. Estos cambios en la estructura de la zeolita se engloban dentro del trmino desactivacin. La zeolita se desactiva dentro del regenerador por tres mecanismos: dehidroxilacin, desaluminacin y destruccin del cristal.

Parmetro de Celda:

El parmetro de Celda es una medida de los sitios cidos por cada celda unidad. Los tomos de almina cargados negativamente son la fuente de sitios activos en la zeolita. Los tomos de slice no poseen ninguna actividad. En consecuencia, un aumento en la relacin Si/Al conduce a un menor nmero de sitios por celda unidad. Como los tomos de almina son ms voluminosos que los tomos de slice, cuando la relacin Di/Al aumenta, el tamao de la estructura de la zeolita se estrecha, disminuyendo el parmetro de celda. De esta manera se relacionan la relacin Si/Al, el parmetro de celda y el nmero de sitios activos. La reduccin del parmetro de celda (mayor relacin Si/Al) produce una prdida de actividad por unidad de peso de zeolita, por lo que ms cantidad de zeolita es requerida si se desea mantener la actividad del catalizador.

La disminucin en el nmero de sitios activos disminuye la actividad de transferencia de hidrgeno de la zeolita, por lo que se obtiene una mejora en el octanaje de la gasolina y una mayor produccin de olefinas C3 y C4, y una disminucin de en el coque.

Nivel de Tierras Raras:

Las tierras raras sirven de puente para estabilizar los tomos de almina en la estructura de la zeolita. Con lo cual se evita que los tomos de almina salgan de la estructura de la zeolita cuando el catalizador es expuesto a altas temperaturas en presencia de vapor en el regenerador. Una zeolita intercambiada con tierras raras se equilibra a altos valores de parmetro de celda, mientras que una zeolita no intercambiada con tierras raras se estabiliza a bajos valores de parmetros de celda. Al aumentar las tierras raras se incrementa la actividad de la zeolita y la selectividad a gasolina mientras que se obtiene una disminucin en el octanaje de la gasolina como consecuencia de la mayor ocurrencia de reacciones de transferencia de hidrgeno.

Contenido de Sodio:

El Sodio disminuye la estabilidad hidrotrmica de la zeolita. Adems reacciona con los sitios cidos de la zeolita reduciendo la actividad.

4.2Matriz

La matriz ofrece al catalizador de FCC los siguientes beneficios:

Provee sitios accesibles para el craqueo de molculas grandes de alto rango de ebullicin.

Es relativamente estable ante el ataque del vanadio y bajo condiciones de severidad hidrotrmica.

No presenta limitaciones por difusin en el craqueo de molculas de alto rango de ebullicin.

Los sitios cidos de la matriz actan como trampa de sacrificio para los compuestos bsicos presentes en la carga, protegiendo a la zeolita.

La estructura de poros grandes provee un fcil acceso a las molculas grandes permitiendo un buen nivel de conversin de este tipo de molculas. El control de la estructura de los poros de la matriz determina la facilidad del despojamiento, propiedad muy importante en la operacin de FCC. Debido a su composicin y estructura, las matrices no se desactivan por el Vanadio como lo hace de la zeolita. Sin embargo, la matriz sirve al Nquel como soporte para dispersarse, lo cual incrementa su actividad deshidrogenante, con un impacto negativo en la produccin de gas seco y coque.

El efecto de variar la relacin zeolita/matriz es muy importante en el comportamiento del catalizador. Cuando la contribucin de la actividad de matriz aumenta, la selectividad a hidrgeno y a coque disminuye, mientras que la conversin de fondos mejora. El aumento inicial en la selectividad a gasolina indica que una pequea cantidad de matriz produce un efecto sinrgico con la zeolita, es importante sealar que un aumento excesivo en el rea de matriz no mejora la conversin de fondos.

En resumen, una matriz activa producir un aumento en el rendimiento de gas, coque y olefinas C3 y C4, generalmente a expensas de gasolina. La matriz provee una reduccin en el rendimiento de fondos y mejora la resistencia a la contaminacin por Vanadio. Las matrices de baja actividad estn compuestas por arcillas de slice, debido a su baja acidez producen muy poco coque y gas, a diferencia de las matrices de alta actividad.

4.3Aglomerantes y soportes

El aglomerante sirve como un pegamento para mantener a la zeolita, la matriz y el soporte unidos. El aglomerante puede o no tener actividad cataltica. La importancia del aglomerante se hace predominante con catalizadores que contienen altas concentraciones de zeolita. El soporte es una arcilla incorporada al catalizador para diluir su actividad, generalmente se utiliza caoln.

Las funciones del aglomerante y el soporte son proveer resistencia fsica al catalizador (densidad, resistencia a la atricin, distribucin de tamao de partcula, etc.), servir de medio de transferencia de calor y de fluidizacin, sobre los cuales se dispersa el componente ms valioso: la zeolita.

En resumen, la zeolita es el principal ingrediente del catalizador de FCC, proveyendo el craqueo selectivo. Cambios en la zeolita afectan la actividad, selectividad y calidad de los productos. Una matriz activa puede mejorar el craqueo de fondos y la resistencia a la contaminacin por Vanadio y Nitrgeno. Una matriz con poros muy pequeos puede afectar la capacidad de despojamiento del catalizador y aumentar el rendimiento de coque. El aglomerante y el soporte proveen la integridad fsica y la resistencia mecnica.

4.4Aditivos para Unidades de FCC

Los principales beneficios del uso de aditivos en Unidades de FCC son modificar los rendimientos y reducir la cantidad de contaminantes emitidos en el regenerador. Los principales aditivos son:

Aditivos Promotores de Combustin

Aditivos para reducir SOx, NOx

Aditivos mejoradores de octano

Aditivos pasivadores de Vanadio y Nquel

Aditivos de Conversin de Fondo

En la actualidad se inyecta a la Unidad de FCC el aditivo mejorador de octano ST-5, el cual es un aditivo que contiene la zeolita ZSM-5.

La zeolita ZSM-5 es un aluminosilicato cristalino similar a la faujasita, pero con una relacin Si/Al mucho mayor: de 30 a 70 para la ZSM-5 tradicional, y mayor a 300 la ZSM-5 modificada. La zeolita ZSM-5 posee canales con un dimetro de 5.6 Ansgstroms de dimetro, su particular estructura permite que solo determinadas molculas ingresen a los poros y reaccionen, lo cual es conocido como selectividad de forma. Las molculas que pueden entrar en los poros de la ZSM-5 son las molculas lineales de cadena larga presentes en el rango de la gasolina. El resultado de utilizar ZSM-5 es una disminucin en el rendimiento de la gasolina y un aumento en el de las Olefinas y en octanaje de la gasolina. La ZSM-5 no afecta la selectividad a coque, gas seco y la conversin de la Unidad.

4.5Reacciones Desfavorables

Los catalizadores de Craqueo Cataltico Fluidizado son desactivados por el proceso de coquificacin que ocurre durante la reaccin de craqueo, por lo efectos de la regeneracin y los contaminantes de la carga.

La desactivacin puede ser de manera temporal o permanente, dependiendo del tipo y causa del proceso des desactivacin.

4.5.1Desactivacin trmica e hidrotrmica

La desactivacin trmica del catalizador es una desactivacin permanente que ocurre a muy altas temperaturas, causadas por alimentaciones severas ( la carga que accidentalmente se dirige al regenerador en lugar de ir al Riser) y la excesiva exposicin del aceite de antorcha. El efecto de la desactivacin trmica es usualmente ms severo que aquella causada por la desactivacin hidrotrmica (vapor), aunque siempre hay algo de vapor presente en el regenerador.

La prdida de actividad por efecto trmico es causada por la fusin de las estructuras activas del catalizador. Puede detectarse por la prdida del volumen de poro, rea superficial y la formacin de ciertas fases de almina. Los catalizadores de equilibrio que estn desactivados trmicamente muestran la presencia de cantidades significativas de cristobalita y mullita, que son estructuras que se producen a temperaturas superiores a los 1800 F.

La desactivacin hidrotrmica tambin origina una prdida de actividad permanente y es el mecanismo de prdida de actividad prevalente en el ciclo de regeneracin. La desactivacin hidrotrmica origina la desaluminizacin de la zeolita y subsecuente prdida de la cristalinidad (y rea superficial), as como tambin el cambio del tamao de poros y la prdida del rea superficial de la matriz.

Los efectos del envejecimiento y la desactivacin del catalizador pueden ser minimizados usando un catalizador con componentes estables. La estabilidad del catalizador tiene muchas definiciones: Porcentaje de retencin del rea superficial, porcentaje de retencin de la selectividad, etc. La estabilidad del catalizador es una propiedad inherente al catalizador, basada en el tipo y la manufactura de los componentes catalticos.

4.5.2Desactivacin por Coquificacin

El coque es un compuesto carbonoso depositado sobre el catalizador durante el proceso de craqueo cataltico. Contribuye positivamente al balance energtico de la unidad a nivel del regenerador, aportando caloras al sistema para compensar las prdidas ocurridas durante el craqueo cataltico, impidiendo la accesibilidad de la carga a los sitios cidos y por ende, disminuyendo la actividad cataltica.

El mecanismo de formacin de coque es complejo: Alquilacin de aromticos y oligomerizacin de olefinas, seguidos por ciclizacin y aromatizacin va transferencia de hidrgeno; posteriores condensaciones llevan a la formacin de coque. La composicin del coque es compleja y variada dependiendo de las condiciones en que se obtenga, sin embargo, la concepcin de un coque muy poliaromtico pareciera ser la ms acertada.

La tendencia a formar coque va a depender del tipo de zeolita usada. Sobre una zeolita Y, el coque est favorecido debido a la facilidad de formacin del mismo dentro de una estructura porosa que le permite ubicarse sin restricciones geomtricas.

Siendo favorecida la formacin de coque por reacciones de transferencia de hidrgeno, catalizadores en base a zeolita USY tendrn menos tendencia a formar coque que catalizadores en base a zeolita REY. Bajo condiciones parecidas, una carga aromtica ayudar a formar ms coque sobre el catalizador que una carga parafnica. Compuestos olefnicos promueven la formacin de coque. En general, el coque depositado en un catalizador de FCC posee una relacin H/C que vara de 0.5 a 1.0.

Por otro lado se tiene que el coque es depositado sobre el catalizador de acuerdo a la siguiente ecuacin:

donde:

Cc: %peso de coque que permanece sobre el catalizador

A: Coeficiente que vara con las propiedades de la carga, catalizador y temperatura.

Tc: Tiempo de residencia del catalizador

N: Constante

4.5.2.1Eliminacin del Coque durante la Regeneracin

El Coque formado sobre el catalizador debera ser reducido a 0.1 %peso o menos para optimizar su comportamiento. Esto es acompaado por un sistema de distribucin de aire en el Regenerador, que mezcle eficientemente el aire de combustin y el catalizador gastado, operando el regenerador a altas temperaturas. A continuacin se muestra la ecuacin de la velocidad de quemado del carbn:

donde:

C: Carbn sobre el catalizador (dc= cambio en el %peso de coque)

T: Tiempo (dt= cambio en tiempo)

K: Constante de velocidad

P: Presin total del sistema

yO2: Fraccin molar del oxgeno

R: Constante Universal de los gases

T: Temperatura

E: Energa de activacin

De esta ecuacin puede observarse que la velocidad de quemado del carbn puede ser aumentada, aumentando la temperatura del regenerador, aumentando el aire de combustin y disminuyendo la presin del regenerador.

Reacciones de Oxidacin:

Calor liberado (BTU/Lb carbn)

C+ O2

(

CO

4400

CO+ O2

(

CO2

10160

---------------------------------------------------------------

---------

C+O2

(

CO2

14560

4.5.3Desactivacin por Contaminantes de la carga

Contaminantes tales como Nquel, Vanadio, Azufre y Nitrgeno estn contenidos en los gasleos en mayor o menor grado. Los reservorios de crudos o gasleos estn asociados normalmente con salmueras (aguas saladas) que contienen metales alcalinos y metales de tierras raras. Consecuentemente, Sodio, Calcio y magnesio se encuentran en la mayora de los gasleos. Los metales en la carga a FCC se depositan sobre el catalizador. El Vanadio y el Sodio causan una desactivacin permanente del catalizador, mientras que el Nitrgeno es un veneno temporal.

4.5.3.1Vanadio

El Vanadio es particularmente daino para el comportamiento del Catalizador, debido a que lo desactiva y causa el rendimiento de subproductos que lo deterioran. Se cree que forma el cido vandico de los xidos de Vanadio en el regenerador de FCC en presencia de vapor, segn la siguiente ecuacin:

V2O5 (s)+3H2O

(

2H3VO4 (v)

El cido vandico es un cido fuerte que puede destruir la zeolita por la hidrlisis de la estructura SiO2/Al2O3. La desactivacin del catalizador debida al Vanadio ocurre segn el siguiente mecanismo:

El Vanadio es tambin un catalizador para la deshidrogenacin que causa un aumento del rendimiento de hidrgeno y delta coque. Este ltimo efecto ocurre debido a que la formacin del coque contaminante es iniciada por el Vanadio. Los hidrocarburos olefnicos pesados son formados por efecto deshidrogenante del Vanadio. Estos productos olefnicos y aromticos forman coque como productos de condensacin que se deposita sobre el catalizador.

La degradacin de los rendimientos no slo es causada por los efectos de la deshidrogenacin del Vanadio, sino tambin por la prdida de la actividad del catalizador. Cuando la actividad del catalizador de craqueo disminuye, la conversin debe ser mantenida por medio del aumento de la severidad de la unidad. Los problemas asociados al vanadio tambin pueden minimizarse aumentando la adicin de catalizador, o tambin puede ser reducido mediante el uso de la tecnologa de "Trampas de Vanadio.

4.5.3.2Alcalis y metales de tierras alcalinas

Todos los metales alcalinos y metales de tierras raras son perjudiciales para el catalizador de craqueo. El Sodio es el ms abundante d estos contaminantes en los crudos y el ms nocivo, afortunadamente este es removido del crudo mediante operaciones de desalacin.

Los metales alcalinos (Na, K) y metales de tierras alcalinas (Ca, Mg, Ba) forman eutcticos con los catalizadores de craqueo cataltico. Los efectos dainos son magnificados cuando se incrementa la severidad del Regenerador, en las condiciones del Regenerador, los eutcticos pueden fundirse causando prdida de actividad y en casos extremos, ruptura de la estructura.

Todos los catalizadores sufren prdida de actividad debido al Sodio, pero la magnitud de la misma depende de la calidad y formulacin del catalizador. Algunas zeolitas son inheretemente ms estables que otras.

4.5.3.3Nitrgeno

El nitrgeno bsico parece desactivar temporalmente el catalizador. La actividad del catalizador parece ser restaurada cuando el Nitrgeno Bsico es quemado del catalizador. Esto contribuye a la contaminacin del aire cuando es oxidado a Nox en el regenerador. La actividad efectiva de los catalizadores de craqueo fluidizado es reducida por la adsorcin de compuestos aromticos nitrogenados en el catalizador y por neutralizacin de los sitios cidos. Los compuestos de nitrgeno adsorbidos, bloquean los sitios cidos, adems el coque depositado y el nitrgeno bsico neutralizan los sitios cidos.

La remocin de nitrgeno mediante el hidrotratamiento de la carga es la manera ms efectiva de eliminar estos compuestos. Para contrarrestar los efectos del nitrgeno se debe formular un catalizador con un alto contenido de zeolita y con una matriz activa. La relacin Z/M debe ajustarse de tal manera de alcanzar la actividad, rendimiento y selectividad a los objetivos deseados. Al mismo tiempo se puede aumentar la temperatura del reactor y la relacin Catalizador/Aceite para resistir la desactivacin del nitrgeno.

4.5.3.4Nquel

El Nquel es un catalizador de las reacciones de deshidrogenacin fuerte, cerca de cuatro veces ms fuerte que el Vanadio. No causa una disminucin en la actividad del catalizador. Cualquier aumento significante de la cantidad de Nquel en la carga es rpidamente vista por su efecto sobre el comportamiento de la Unidad. El elevado rendimiento de Gas Seco y el balance de calor de la Unidad se ve afectado adversamente por el aumento del delta coque. La temperatura del regenerador aumenta bruscamente.

El Cobre y el Hierro son tambin catalizadores de deshidrogenacin. El Cobre es similar en fuerza al Nquel, pero slo pequeas cantidades se encuentran en la mayora e los crudos. El Hiero es un catalizador de deshidrogenacin muy dbil.

Cuando se carga a la Unidad una alimentacin con muy alto contenido de Nquel, es necesario inyectar en la carga pasivadores lquidos tal como el antimonio. Como el Nquel, el Antimonio se deposita sobre la superficie del catalizador y forma una aleacin con este. La aleacin tiene una actividad deshidrogenante mucho menor que el Nquel slo.

Aunque el Nquel se deposita principalmente sobre la matriz del catalizador, se puede obtener una selectividad mejoradas que resistan el efecto del Nquel.

4.5.3.5Azufre

El azufre no tiene un efecto sobre el comportamiento del catalizador de craqueo fluidizado, pero aumenta la tendencia que tienen las cargas a formar coque, por su aparicin en el coque depositado sobre el catalizador gastado.

Aunque el azufre tiene poco efecto en el comportamiento de la unidad puede causar corrosin y serios problemas de salud y calidad de productos.

4.5.3.6Residuo de Carbn

El carbn conradson es problemtico debido a que aumenta el delta coque en el catalizador, teniendo en algunos casos que reducir la carga a la Unidad para reducir la conversin.

El carbn conradson contribuye al delta coque en la forma de coque aditivo. Es posible algunas veces disminuir este efecto, haciendo cambios de composicin en el catalizador que compensen el coque aditivo, disminuyendo el coque cataltico. La mejor selectividad al coque cataltico se obtiene generalmente en un catalizador con una relacin Z/M moderada, compuesto por un intercambio bajo de tierras raras intercambiadas con una zeolita ultraestable Y, y suficiente matriz activa selectiva al coque, para proporcionar los requerimientos del craqueo de fondos.

5. BALANCE DE MASA Y ENERGA (BASES DE DISEO)

A continuacin en la tabla N 2 se muestra el Balance de masa y energa de la Unidad de FCC segn las bases de diseo para la unidad modificada del ao 1991.

TABLA N 2

BALANCE DE MASA Y ENERGA

ALIMENTACIONES

Gasleo de tanques 330x1/2Gasleo desde Unidad de VacoAire al sopladorAlimentacin extra desde PTRGases desde Unidad de PTR

Flujo volumtrico, BPD2600028000177.1

(MMSCFD)16842.75

(MMSCFD)

Flujo msico, Lb/hr3478623746205518321337512407

Presin, psig5050750

(MMHG)21075

Temperatura, F15030095100100

Gravedad especifica0.8840.8310.068

(Lb/pie3)0.5130.659

Peso molecular354.9354.928.450.741.1

TABLA N 2 (Continuacin)

BALANCE DE MASA Y ENERGA

PRODUCTOS

Gas CombustibleOlefinas

TotalesNafta

LivianaNafta MedianaNafta Pesada

Flujo volumtrico, BPD16.67

(MMSCFD)2226013047117017755

Flujo msico, Lb/hr4294718914512796713680296567

Presin, psig202115200200225

Temperatura, F115100100100100

Gravedad especifica0.8590.5570.6510.7820.836

Peso molecular23.556.277110.6127.5

TABLA N 2 (Continuacin)

BALANCE DE MASA Y ENERGA

PRODUCTOS

Aceite Liviano de CicloAlquitrn Aromtico

Flujo volumtrico, BPD81974435

Flujo msico, Lb/hr11625570446

Presin, psig8060

Temperatura, F125175

Gravedad especifica0.9441.044

Peso molecular191296.4

CONTROL DE PROCESOS

6.1VARIABLES DE CONTROL:

6.1.1Control de la temperatura de reaccin (Grado de conversin):

El grado de conversin deseado se logra mediante el control de la temperatura del Reactor (61TIC03), a travs de la vlvula deslizante de catalizador regenerado 61TV03, que controla el paso del mismo desde el Regenerador hasta el Reactor.

6.1.2Control del inventario de catalizador:

El inventario de catalizador en el Reactor se mantiene mediante el controlador de nivel en el recipiente (61LIC04), que regula el flujo del catalizador hacia el Regenerador Inferior a travs de la vlvula deslizante 61LV04.

El inventario de catalizador en el Regenerador sirve como una capacidad adicional para el catalizador en el sistema y no existe instrumento para el control del nivel, slo un registrador el 61LR03, ste nivel cambia con la adicin de catalizador al sistema, los retiros y prdidas.

6.1.3Control de la presin del sistema:

La presin del reactor no se controla directamente. La presin del reactor flucta con la presin de la columna principal de fraccionamiento ubicada aguas abajo del reactor. La presin del acumulador de tope de la columna principal D-6205 es el punto real de control, de tal manera que la presin del reactor es la suma de la presin del acumulador de tope de la columna principal ms la cada de presin a travs de la columna principal D-6202 los condensadores de tope E-6210 y E-6211 ms la cada de presin a travs de los ciclones del reactor y lnea asociada.

A fin de mantener el Balance Trmico entre el Regenerador y el Reactor, se requiere mantener un Balance de Presin entre dichos recipientes, tpicamente de 33.0 psig en el Regenerador y 34.5 psig en el Reactor, que se logra con el control de presin en el Regenerador. Este balance de presin y las columnas hidrostticas de catalizador fresco y gastado garantizan las condiciones para la circulacin de catalizador a travs de la vlvulas deslizantes 61TV03 y 61LV04 entre el Reactor y el Regenerador, previniendo a su vez, el paso de aire hacia el Reactor o el paso de gasleo hacia el Regenerador Superior, denominados flujo inverso. A fin de evitar el flujo inverso, cada vlvula deslizante dispone de un controlador de presin diferencial en paralelo con los controladores recpectivos, que cierra la vlvula si dicho diferencial se reduce por debajo de un lmite de seguridad, 2 psi. Estos son los controladores 61PDIC29 y 61PDIC34 para la 61LV04 y 61TV03, respectivamente.

La presin del Regenerador se controla ya sea por el controlador de presin del Regenerador, 61PIC15 o por el controlador de presin diferencial entre el reactor y el regenerador, por el 61PDC26, por medio del desalojo de los gases de combustin hacia la atmsfera, ya sea pasando por el Expansor hacia el Tren Recuperador de Potencia, a travs de la vlvula 61PV15A colocada a la entrada del Expansor, o por la vlvula de desvo del Expansor 61PV15B, colocada aguas arriba de la vlvula de entrada al Expansor, hacia la caldera generadora de vapor B-6102.

6.1.4Control de la Combustin:

El control de combustin en el Regenerador Inferior se logra mediante el ajuste de la temperatura de combustin en el mismo, a travs del 61TIC02, que regula la circulacin de catalizador desde el Regenerador Superior al Inferior, a travs de la vlvula deslizante 61TV02.

6.2. SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS

6.2.1.Equipos.

Desde el punto de vista de Equipos (Hardware), el sistema de control de procesos existente para la Unidad de FCC es el TDC-3000 de Honeywell, el mismo fue instalado en el ao 1991 durante el Desarrollo del Proyecto Optimizacin de Procesos de la Refinera El Palito.

La instalacin del Sistema TDC-3000 se realiz utilizando como base el Sistema TDC-2000 existente para entonces en la Refinera El Palito. Basado en esto, al instalar la estructura del TDC-3000, se pudo aprovechar parte de la base instalada con el TDC-2000, especficamente las redes de Control existentes, lo que minimiz la inversin.

Actualmente el TDC-3000 existente posee seis redes de Control, cuatro originales provenientes del TDC-2000 llamadas Data Hiway y dos nuevas instaladas con el TDC-3000 llamadas Red de Control Universal (UCN segn sus siglas en Ingls).

A las Redes de Control se conectan los Equipos que realmente ejecutan las acciones de Control sobre el Proceso, estos equipos se denominan Cajas Controladoras Bsicas (en el caso de la Red Data Hiway) y Process Manager (PM), Advanced Process Manager (APM) o High Performance Process Manager (HPM) , en el caso de las Redes UCN.

En la Refinera El Palito existen actualmente cuatro Redes Data Hiway denominadas Hiway 1, Hiway 2, Hiway 3, Hiway 4; adicionalmente existen dos Redes UCN denominadas UCN 5 y UCN 6. Estas Redes de Control estn distribuidas, en lo posible, de acuerdo a las reas de Procesos, es decir, existen unas redes de control para las reas de Destilacin y Especialidades (Hiway 1, 2 y 4) y UCN 6, y unas Redes de Control para las reas de Conversin y Tratamientos (Hiway 3 y 4) y UCN 5.

Dentro de las Redes pertenecientes a Conversin y Tratamientos, la Unidad de FCC est distribuida de la siguiente forma:

RED DE CONTROLCAJASCONTROLADORAS

HIWAY 35,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,22

HIWAY 46,7,49,50

UCN 5PM 09/10 Y APM 17/18

AMAM27, AM32

6.2.2.Aplicaciones.

Desde el punto de vista de Sofware, en la Unidad de FCC existen instaladas una serie de Aplicaciones de Control las cuales sern descritas brevemente. Existen esquemticos que permiten al Operador accesar dichas Aplicaciones, los esquemticos son llamados desde el teclado de Operacin presionando las teclas con etiqueta REACT REG, D-6202, CONC GASES, para las Aplicaciones de la seccin de Reaccin, la fraccionadora Principal y Gascon respectivamente.

Existen las siguientes Aplicaciones de Control con Restricciones y Controles de Relacin:

1.-Control de Vapor en el despojador de Nafta Pesada (D-6203):Este esquema tiene como objetivo controlar la relacin de despojamiento, en el despojador de Nafta Pesada (D-6203), en un valor tal que permita optimizar el punto de inflamacin del producto.

El esquema de Control mantiene la relacin de despojamiento en el valor fijado por el Operador o por el Ingeniero de Procesos, ajustando el flujo de vapor de agua al despojador a medida que el flujo de Nafta Pesada vara. El algoritmo de Control determina el flujo de vapor a ser inyectado en el despojador , basado en la siguiente ecuacin:

EQ

EQ

De la ecuacin anterior se despeja el Flujo de Vapor necesario para mantener una relacin determinada.

La Aplicacin est configurada para que el Operador coloque el punto de ajuste o Setpoint en el punto del TDC-3000 denominado 62FCC17 (Controlador de relacin), el valor de la Relacin de Despojamiento que se desea mantener y ste ltimo se encarga de determinar y fijar el Punto de ajuste al Controlador de Flujo de Vapor al despojador (62FIC16), de acuerdo a la ecuacin arriba descrita.

2.-Control de Vapor en el despojador de ALC (D-6204):

Este esquema tiene como objetivo controlar la relacin de despojamiento, en el despojador de Aceite Liviano de Ciclo (D-6204), en un valor tal que permita optimizar el punto de inflamacin del producto.

El esquema de Control mantiene la relacin de despojamiento en el valor fijado por el Operador o por el Ingeniero de Procesos, ajustando el flujo de vapor de agua al despojador a medida que el flujo de Aceite Liviano de Ciclo vara. El algoritmo de Control determina el flujo de vapor a ser inyectado en el despojador , basado en la siguiente ecuacin:

EQ

EQ

De la ecuacin anterior se despeja el Flujo de Vapor necesario para mantener una relacin determinada.

La Aplicacin est configurada para que el Operador coloque el punto de ajuste o Setpoint en el punto del TDC-3000 denominado 62FCC16 (Controlador de relacin), el valor de la Relacin de Despojamiento que se desea mantener y ste ltimo se encarga de determinar y fijar el Punto de ajuste al Controlador de Flujo de Vapor al despojador (62FIC17), de acuerdo a la ecuacin arriba descrita.

3.-Control de Vapor en el despojador de Aceite Pesado de Ciclo (D-6224):

Este esquema tiene como objetivo controlar la relacin de despojamiento, en el despojador de Aceite Pesado de Ciclo (D-6224), en un valor tal que permita optimizar el punto de inflamacin del producto.

El esquema de Control mantiene la relacin de despojamiento en el valor fijado por el Operador o por el Ingeniero de Procesos, ajustando el flujo de vapor de agua al despojador a medida que el flujo de Aceite Pesado de Ciclo (APC) vara. El algoritmo de Control determina el flujo de vapor a ser inyectado en el despojador, basado en la siguiente ecuacin:

EQ

EQ

De la ecuacin anterior se despeja el Flujo de Vapor necesario para mantener una relacin determinada.

La Aplicacin est configurada para que el Operador coloque el punto de ajuste o Setpoint en el punto del TDC-3000 denominado 62FCC79 (Controlador de relacin), el valor de la Relacin de Despojamiento que se desea mantener y ste ltimo se encarga de determinar y fijar el Punto de ajuste al Controlador de Flujo de Vapor al despojador (62FIC79), de acuerdo a la ecuacin arriba descrita.

4.-Control de despojamiento de H2S en la despojadora D-6212 :

Este esquema tiene como objetivo controlar la relacin de Gas de Tope/Carga necesaria en el Despojador de H2S (D-6212), para controlar el contenido de H2S por debajo del lmite mximo permisible en las Olefinas sin tratar alimentadas a la Unidad de Aminas; por ende se logra una disminucin en el consumo de Soda castica en la Unidad de Merox Olefinas.

El esquema est sujeto a las siguientes restricciones:

-Mnima relacin Gas/Carga en el despojador de H2S, D-6212.

-Mnima temperatura de la carga al despojador de H2S, D-6212.

Mxima temperatura de la carga al despojador de H2S, D-6212.

La estrategia est configurada para que el Operador coloque en el punto de ajuste (SP) del punto 62FFC33, el valor de la relacin Gas/Carga que desea mantener en el despojador de H2S. Por otra parte, se debe asignar un valor mximo y otro mnimo a la temperatura de la carga del despojador, en los puntos 62TIC45A y 62TIC45B, respectivamente; de esta forma el selector de restricciones identificado con el nombre 62FS33, seleccionar la restriccin ms limitante entre la relacin y las temperaturas, fijando el punto de ajuste (SP) del controlador de Flujo de gases de Tope, 62FIC33A.

El controlador 62FIC33A antes mencionado, fija entonces la relacin Calor/Carga requerida en el Punto de Ajuste (SP) del controlador Calor/Carga identificado por la sigla 62QFC33. Finalmente, la cascada de control se completa ajustando el flujo de ALC al rehervidor de fondo del Despojador E-6221, 62FIC34.

El calor total adicionado a la despojadora se determina como la suma de los calores sensibles de los dos rehervidores de fondo E-6220 y E-6221, tomando en cuenta los flujos, temperaturas y capacidades calorficas de los fluidos asociados a cada rehervidor.

5.- Control de Calor/Carga fondo D-6215.

La funcin de la Aplicacin es mantener una extraccin de calor constante con el objetivo de minimizar el contenido de C3/C3= en el fondo de la torre despropanizadora D-6215, sujeto a las siguientes restricciones:

- Mximo extraccin calor/carga en el intercambiador E-6229.

- Mnima salida (OP) del controlador de presin tope torre despropanizadora D-6215.

- Mximo flujo de nafta pesada por el intercambiador E-6229.

La estrategia es