3. DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA

Transcripción

1 3. DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA 3.1 OBJETIVO DE LA PLANTA La planta de Reformado de naftas tiene como objeto la obtención de aromáticos (bencenos y toluenos) a partir de naftas de petróleo, para aumentar el octanaje de las gasolinas consiguiendo, con ello, una mejor calidad del producto base de la refinería. 3.2 PROCESO La planta consta de tres zonas: una unidad de pre-fraccionamiento de naftas, una unidad de Hydrobon y una unidad de Platforming, en la cual tienen lugar las reacciones de refino de la nafta previamente acondicionada en las unidades anteriores. Figura 5: Esquema general de planta La nafta, también conocida como éter de petróleo, es un derivado del petróleo extraído por destilación directa utilizado principalmente como materia prima de la industria petroquímica ("nafta petroquímica" o "nafta no energética") en la producción de alquenos, como etileno y propileno, así como de otras fracciones líquidas, como benceno, tolueno y xilenos. Esta nafta se divide en dos cortes en la unidad de pre-fraccionamiento, donde el corte de pesados constituye la materia prima del resto del proceso. Se denomina nafta ligera a la obtenida como corriente del producto de tope a los 80 C C de temperatura final de destilación (punto final) y nafta pesada a la obtenida como punto final de 150 C C; la nafta total es la suma de ambas Zona de pre-fraccionamiento de Aromax La zona de pre-fraccionamiento, está compuesta por dos columnas de destilación, Splitter I y Splitter II. Estas columnas tienen como finalidad principal la separación por destilación de una fracción de nafta ligera, con un contenido máximo de C8 s de un 2,5 %, que sirve de alimento a la 11

2 unidad de Aromax, no contemplada dentro de los límites de este estudio, y otra de nafta pesada que alimenta al Platforming de Petroquímica. El control de presión de las columnas se hace por medio de un acumulador con entrada de gas blanketing o de salida del mismo a antorcha en Splitter I y con la propia corriente de destilado en el Splitter II. La temperatura de cada uno de los Splitters es controlada por el reflujo correspondiente a cada columna y el nivel de líquido en fondo a través de un controlador de nivel dispuesto en cada una de ellas. Los fondos de las columnas (nafta pesada) son dirigidos a la unidad de Hydrobón. Figura 6: Esquema de zona de pre-fraccionamiento Zona de Hydrobón A la corriente procedente de la zona de pre-fraccionamiento hacia la zona de Hydrobón, se le inyecta hidrógeno derivado del absorbedor de la zona de Platforming, pasando, posteriormente, por un intercambiador hacia un horno de cuatro pasos donde la corriente es precalentada antes de su paso al reactor de Hydrobón. De este reactor la corriente sale libre de metales, azufre, haluros y nitrógeno. Las sales formadas en este proceso acompañan a la corriente hasta un botellón en el que se depositan en una especie de filtro. Del botellón salen tres corrientes: una de gases, que controla la presión en el sistema de hydrobón, el producto, que va al stripper, y agua ácida, que sale por la parte inferior del botellón y que parte de ella se destina al stripper de agua ácida de combustible. El producto procedente del stripper se enfría, pasando una gran parte del mismo a la zona de Platforming (PP) y el resto se devuelve nuevamente al stripper. La corriente de cabeza de esta columna se devuelve en su totalidad al equipo, actuando nuevamente un acumulador como regulador de la presión. 12

3 Figura 7: Esquema de zona de Hydrobón Zona de Platforming La carga procedente del fondo del stripper, libre de metales, N 2, SH 2, se introduce en el Packinof (equipo constituido por una serie de intercambiadores) y, desde aquí, en un intercambiador en el cual se une con un gas de reciclo procedente de un separador situado aguas abajo de la zona de reacción. Mezclados, van al horno de Platforming, de tres pasos, donde se precalienta la corriente de alimentación de cada uno de los reactores que constituyen dicha zona. La corriente que sale de la zona de reacción de Platforming, atraviesa una serie de intercambiadores, condensando parcialmente e introduciéndose seguidamente en el separador mencionado con anterioridad, donde se separa en una corriente gaseosa y en una corriente líquida. Esta última pasa a una desbutanizadora, dirigiéndose la corriente de gas a la zona de absorción. En la zona de Platforming cabe destacar una serie de sub-zonas: Zona de compresores y absorbedores El gas procedente del separador se enfría y pasa a un decantador, en el cual el gas, impulsado por un compresor, pasa por un enfriador hacia un absorbedor. En éste, se mezcla con una corriente de naftas pobres procedente del fondo de la desbutanizadora con objeto de captar los hidrocarburos pesados contenidos en el gas y que no se han separado hasta el momento. La corriente de fondo pasa a la desbutanizadora calentándose previamente. El efluente gaseoso que sale por la cabeza del absorbedor es rico en H 2, distribuyéndose a lo largo de la planta o destinándose a ventas. 13

4 Sección de fraccionamiento En esta sección tiene lugar la separación de diversos cortes de la nafta unifinada, es decir, la nafta que ha sido debidamente acondicionada para llevar a cabo los diferentes procesos de separación. Esta zona está formada principalmente por tres columnas de destilación: desbutanizadora, desbenzanizadora y despentanizadora, cada una con finalidades diferentes: Desbutanizadora Su objetivo es separar de la corriente de nafta unifinada, los C4 (butanos), como corriente de cabeza. La corriente procedente del absorbedor de la zona de reacción de Platforming, junto con el fondo del separador de la misma zona, se precalientan para servir de carga a esta columna, donde el destilado constituye una corriente de hidrocarburos ligeros (C1- C4) y el fondo una corriente de hidrocarburos pesados ( Cortes > C4). Casi la totalidad de los hidrocarburos pesados se destinan a la desbenzanizadora, siendo una pequeña cantidad de los mismos enviada a un absorbedor. El destilado o corriente de cabeza de la columna puede retornar a la columna o ir directamente a consumo de refinería para gasolinas. Desbencenizadora En este equipo se obtiene una corriente de aromáticos libre de hidrocarburos pesados como efluente de cabeza, partiendo de una alimentación correspondiente a la corriente de fondo de la Desbutanizadora, columna anterior a ésta. Dicha corriente libre de pesados, se envía a la despentanizadora. El fondo de la desbenzanizadora se almacena y parte se recircula por termosifón a la columna. Despentanizadora A partir de la corriente procedente de la cabeza de la desbenzanizadora, esta columna tiene como objetivo, la obtención de una corriente libre de bencenos por cabeza, es decir, una corriente de hidrocarburos con número de carbonos inferiores a C6, y la producción de una corriente rica en bencenos y toluenos por fondo. La corriente de cabeza rica en pentanos, C5, se almacenará en esferas destinándose a la formulación de gasolinas. El fondo, rico en benceno y toluenos, se enviará a la unidad de Morphylane (unidad de acondicionamiento de aromáticos). 14

5 Figura 8: Esquema zona Platforming 3.3 EQUIPOS En esta sección se describirán a nivel tanto geométrico como funcional, los equipos más importantes de la planta Columnas Splitter I ALTURA (m) 27.5 DIÁMETRO (m) 1.6 Nº DE PLATOS 38 CAPACIDAD (m 3 ) 54.5 Tabla 1: Características Splitter I 15

6 Por la cabeza de la torre se efectúa una extracción que está constituida por nafta ligera. Esta se envía, junto a la extracción de cabeza del Splitter II, al tanque de alimentación de los Unifining y, una vez desulfurada, a un tanque que proporcionará una carga a Aromax. En esta línea de cabeza se lleva a cabo el control de presión de la torre enviando gases a la antorcha o bien metiéndolos desde el sistema de gas blanketing. La entrada de reflujo a la torre se efectúa en el primer plato, controlándose la temperatura en el plato con un controlador de flujo. Del fondo de la torre sale una línea que se bifurca en dos, una que va al reboiler de la columna, donde se controla la temperatura de fondo de la torre en cascada con el control de vapor de media, y otra que, bajo control de nivel, se une a la salida de fondo del Splitter II constituyendo ambas la carga a Hydrobón. Splitter II ALTURA (m) 23 DIÁMETRO (m) 1.5 Nº DE PLATOS 30 CAPACIDAD (m 3 ) 43 Tabla 2: Características Splitter II Esta torre se utiliza para mejorar la calidad de la carga que sale por cabeza y está constituida por la fracción más ligera de los aromáticos pesados. Esta extracción se enfría con agua antes de llegar al acumulador. La presión se controla en cabeza mediante una toma en la línea de salida de cabeza de la torre y que actúa sobre una válvula situada después del enfriador y anterior al acumulador. Igualmente, hay una línea que sale directamente a antorcha. Del fondo del acumulador y mediante bombas, se envía bajo control de nivel, hacia un tanque de almacenamiento junto con la corriente de cabeza del Splitter I, previamente enfriado en un aéreo-refrigerador y en uno de agua. Antes, de la impulsión de las bombas, sale una línea que constituye el reflujo a la torre cuya temperatura de cabeza es controlada mediante el caudal de reflujo a la misma. La extracción de fondo, constituida por nafta pesada, se envía junto con la del Splitter I, como carga a Hydrobón mediante una serie de bombas. 16

7 Ambas corrientes son enfriadas cediendo calor en una serie de intercambiadores y, posteriormente, en un refrigerador de agua. Stripper: ZONA 1 ZONA 2 ALTURA (m) 17.6 DIÁMETRO (m) Nº DE PLATOS 14 6 CAPACIDAD (m 3 ) 23.8 Tabla 3: Características Stripper La columna separa por cabeza los ligeros, junto con SH 2 y la posible agua que pudiera llevar la nafta, y por el fondo la nafta unifinada que va de carga a Platforming. La salida de gases por cabeza tiene lugar por una línea a la que llega la inyección de un inhibidor. La salida de fondo se bifurca en dos: 1. Una que es impulsada por bombas hacia el horno reboiler de la propia columna, para retornar a la torre por debajo de la zona de platos. 2. Otra que es impulsada como carga a Platforming, cediendo previamente calor a la carga al Stripper que entra por un distribuidor en el plato 7. El control de presión de la columna es semejante al de las columnas anteriores. 17

8 Absorbedor: ALTURA (m) 13.8 DIÁMETRO (m) 1 Nº DE PLATOS 25 CAPACIDAD (m 3 ) 10 Tabla 4: Características Absorbedor La función de esta torre es purificar un gas rico en H 2 mediante una nafta en contracorriente que retiene los hidrocarburos más pesados que lleve el gas. Este gas procede del separador situado en la zona de reacción de Platforming y hace su entrada en el equipo por un distribuidor situado en el plato 20. La nafta pobre lo hace por el plato 1. Desbutanizadora: ZONA 1 ZONA 2 ALTURA (m) 26.7 DIÁMETRO (m) Nº DE PLATOS CAPACIDAD (m 3 ) 75.3 Tabla 5: Características desbutanizadora Los 18 platos de la zona superior son con bajantes en los extremos en posiciones alternativas. Los otros 18 de la zona inferior son con bajantes en 18

9 centro y extremo alternativamente, con el consiguiente flujo de líquido cruzado entre ellos. Por cabeza sale una corriente de hidrocarburos ligeros. Es en esta línea donde se encuentra la toma de presión que la mantiene en la torre. Algo más abajo, en el plato 1 y sobre un distribuidor, entra la línea de reflujo. La carga se introduce en el plato 19, saliendo por el fondo una línea que se bifurca en tres: 1. Una que fluye hacia el horno reboiler de la propia columna para volver caliente a la torre por debajo del plato Otra que constituye el flujo de nafta pobre al absorbedor. 3. Otra que constituye la línea de producto. Desbencenizadora: ALTURA (m) 23.9 DIÁMETRO (m) 1.6 Nº DE PLATOS 42 CAPACIDAD (m 3 ) 47.9 Tabla 6: Características desbencenizadora Por la cabeza de la columna se realiza la extracción de pentanos y en esa línea está la toma de control de la presión de la torre, enviando gases a la antorcha o bien metiéndolos desde el sistema de gas blanketing. Algo más abajo de la línea de salida de cabeza está la entrada de reflujo, que lo hace concretamente por encima del plato 1, mediante difusor. La temperatura de cabeza está controlada con el caudal de reflujo a la columna. Entre los platos 21 y 22, también con difusor, está la entrada de la línea carga de la torre. Por el fondo sale una línea que se bifurca en dos: 1. Una que constituye la salida de fondo hacia un tanque de almacenamiento. 19

10 2. Otra que va al reboiler dónde se controla la temperatura de fondo de la torre mediante control en cascada con el vapor de media. Despentanizadora: ALTURA (m) 28.8 DIÁMETRO (m) 1.25 Nº DE PLATOS 54 CAPACIDAD (m 3 ) 34.4 Tabla 7: Características despentanizadora Esta columna es reutilizada. Originalmente funcionaba como una fraccionadora de benceno. La carga entra, a través de un distribuidor, por la parte superior del plato 30. Posee una extracción de cabeza que va al acumulador, previamente enfriada en los aerorefrigeradores del cual succionan una serie de bombas que bajo control envían reflujo a la torre, entrando a través de un distribuidor por encima del plato 1. Los pentanos extraídos son enviados a tanques para su almacenamiento, al igual que la extracción de fondo Reactores Reactor de Hydrobón: ALTURA (m) 5.75 DIÁMETRO (m) 1.84 PESO (Kg) 8670 CAPACIDAD (m 3 ) 10 Tabla 8: Características Reactor de Hydrobón 20

11 Utiliza unos catalizadores de Co y Mo en base de Alúmina y otros dos tipos utilizados en menor cantidad respecto a los primeros, los cuales contribuirán a que tengan lugar las reacciones que eliminarán de la nafta los compuestos de Azufre, Oxígeno, Nitrógeno y pequeñas porciones de otros metales y contaminantes. El catalizador tiene forma de bolitas esféricas, con un diámetro entre 1,1 y 1,5 mm, y está depositado sobre unos lechos de bolas de cerámicas de 1/8, 1/4 y 3/4. Reactores de Platforming: Están fabricados con un acero de baja aleación de 1,25% de cromo y 0,5% de Molibdeno. El fondo está recubierto por un lecho de ladrillos refractarios. Características Reactor 1 Reactor 2 Reactor 3 DIAMETRO (mm) ALTURA (mm) PESO (Kg) ESPESOR ENVOLVENTE (mm) Tabla 9: Características reactores de Platforming Los tres reactores son de las mismas características. El flujo entra por arriba y mediante el distribuidor y la tapa reflectora llega a los scalops, que son unos semitubos perforados que están colocados alrededor de toda la envolvente. Con ello, nos aseguramos que el flujo pasa por todo el lecho del catalizador atravesándolo horizontalmente y entran en el llamado tubo central que también está perforado y, por el cual, llega el flujo a la salida de fondo. El catalizador es de Platino y Renio en base de Alúmina. Tienen geometría esférica de diámetros entre 1,1 y 1,5 mm. En la parte baja dispone además de un tubo para descarga del catalizador. En estos reactores tienen lugar las reacciones cuya finalidad fundamental es elevar el contenido en aromáticos de la nafta unifinada y, como consecuencia de ello, elevar el número de octano mediante un proceso de reformado catalítico. 21

12 3.3.3 Hornos Horno de Hydrobón: Es de tipo cilíndrico vertical, de tiro natural y dispone de 4 quemadores de F.G. y 4 de F.O. Los humos salen de la zona de convección por una chimenea que se une a las salidas de humos de los hornos reboilers del stripper y de la desbutanizadora, antes de salir a la atmósfera. La temperatura de salida del horno se controla actuando sobre las automáticas de F.G. o F.O, o de ambas a la vez, según el combustible que se esté utilizando. El horno dispone de unos disparos que cortan el combustible produciendo el apagado del horno por las siguientes causas: 1. Muy baja presión a los mecheros de F.G. 2. Muy baja presión a los mecheros de F.O. 3. Muy baja presión de F.G a pilotos. 4. Muy baja presión caudal de H 2 de aportación. Horno reboiler del stripper: Es de tipo cilíndrico vertical, que dispone de 3 quemadores de F.G y es de tiro natural. La temperatura se controla actuando sobre la automática del F.G. Dispone de unos disparos que apagan el horno, cortando al F.G. a los mecheros por: 1. Muy baja presión F.G. a mecheros. 2. Muy baja presión F.G. a pilotos. Horno de Platforming: Es el horno que prepara la carga a los reactores de Platforming para obtener la temperatura necesaria en cada uno de ello. Es un horno con tres hogares, uno para cada paso. El control de temperatura en cada uno de ellos se lleva a cabo de forma semejante a los hornos descritos con anterioridad. 22

13 Para optimizar los consumo de combustibles en el horno se ha montado un sistema de precalentamiento de aire teniendo la opción de utilizarlo o no. Igualmente, se dispone de sistemas de seguridad que producen la parada del horno en caso de: 1. Muy baja presión F.O a mecheros. 2. Muy baja presión F.G a mecheros. 3. Muy baja presión F.G. a pilotos. 4. Muy bajo flujo de gas de reciclo. Horno reboiler desbutanizadora: Es un horno cilíndrico vertical de tiro natural y dispone de 4 quemadores de F.G. La temperatura de salida está controlada a través del flujo de F.G. Tiene un sistema de disparo que apaga el horno si: 1. Muy baja presión F.G a mecheros. 2. Muy baja presión F.G a pilotos Compresores Compresor de la zona de reacción: Es un compresor multietapas que está expresamente diseñado para comprimir gases a alta presión. Es de tipo vertical y de acero forjado. Las conexiones de succión y descarga están soldadas a la propia carcasa. Consta de una parte fija (carcasa, cabeza, sello, cojinetes, etc.) y de otra móvil (eje, impulsores, equilibrador, etc.) Este compresor centrífugo no requiere un mantenimiento periódico, pero si una vigilancia constante sobre sus caracteres, tales como: a. Temperatura del aceite de retorno de los cojinetes y sello. b. La presión de aceite de entrada a los puntos de sellado y lubricación. c. La presión diferencial en el circuito de sellado. d. La cantidad de aceite que retorna de los sellos. e. Las vibraciones. En general, podemos decir que el compresor centrífugo tiene ventajas y desventajas. 23

14 Las ventajas son: a. Impulsan grandes volúmenes de gases. b. Tienen un amplio rango de operación. c. Tienen una baja interrupción para el mantenimiento. d. Pueden ser movidos por motor o turbina. e. Tienen un flujo suave y sin pulsaciones. Las desventajas son: a. Gran sensibilidad al peso molecular del gas impulsado. b. Velocidades muy altas para conseguir presiones altas de impulsión. c. Complicados sistemas de sello y lubes. Este compresor succiona del separador, situado en la misma zona de reacción, los gases procedentes de las reacciones que tienen lugar en los diferentes reactores de la zona y lo impulsa como gas de reciclo a Platforming. El resto va, impulsado por un segundo compresor, al consumidor. Compresor de la zona de absorción: Es un compresor alternativo de doble acción, en el que la compresión del gas se efectúa en ambos extremos del cilindro mediante el movimiento de un émbolo. Las válvulas de aspiración y descarga se abren o se cierran por efecto de la diferencia de presión entre el interior y el exterior del cilindro. Según la presión neumática que se mande hacia la válvula ésta actuará de 0 a 100 %, según convenga. En la aspiración y en la descarga se sitúan pulmones amortiguadores para mantener constante tanto la presión como la velocidad del gas. Este compresor se utiliza para elevar la presión del gas a Hydrobon y poder trabajar así en Platforming a menos presión, tomando el gas de la impulsión del compresor anterior y elevando su presión tanto como, en la zona de Hydrobón, sea necesario. 24