Descripción del proceso de la Planta Hidrodesulfuradora de Gasóleos U-11000

El objetivo principal de la Unidad Hidrodesulfuradora de Gasóleos U-11000 es endulzar

los Gasóleos Amargos producidos en las Unidades Primaria No. 5, Preparadoras de

Carga 2 y 3, Unidades Combinada 100% Maya U-10000 y de Coquización Retardada U-

31000.

Los Gasóleos obtenidos, con bajo contenido de compuestos de azufre, se envían como

carga a las Unidades de Desintegración Catalítica FCC No. 1 y No.2. Asimismo, se

produce también gas combustible, gas ácido y nafta y diesel amargos.

La Unidad Deshidrodesulfuradora está diseñada para procesar un total de 50,000 BPSD

de carga de Mezcla de Gasóleos Amargos.

A continuación se incluye una descripción del proceso de las distintas secciones de la

unidad:

Sección de Reacción

Sección de Fraccionamiento

Sección de Compresión de Hidrógeno de Repuesto

Sección de Sistema de Amina

Sección de Reacción

Los Gasóleos provenientes de las Unidades existentes se integrarán al cabezal de

recepción de carga de la Unidad U-11000 el cual opera a 6 kg/cm2man. Con objeto de

mantener una temperatura de 173ºC en la entrada de la alimentación al tanque de

balance de carga, se disponen los cambiadores de calor E-11001. Este tanque está

diseñado para separar el agua que pudiera estar presente en las corrientes de carga.

La mezcla de Gasóleos de este tanque se envía, mediante las bombas de carga de

alimentación, a precalentamiento en el cambiador Efluente del Reactor/ Carga de

Gasóleos. Posteriormente se mezcla con Hidrógeno del gas de recirculación y se calienta

a una temperatura entre 310-364 ºC (según condiciones SOR-EOR) en el cambiador de

Alimentación Reactor/ Efluente del Reactor. Para conseguir la temperatura final de

entrada (depende también del inicio o final de ciclo) al Reactor de Desmetalización esta

corriente se calienta en un Calentador a fuego directo. En el Reactor de Desmetalización

los metales presentes en la carga son removidos y atrapados mediante un catalizador de

desmetalización especial. Después de la Desmetalización, la carga se envía a los

Reactores de Hidrotratamiento, donde ocurren reacciones de desulfuración,

desnitrificación, así como otras reacciones de hidrogenación. La temperatura en el

Reactor de Hidrodesulfuración se incrementa conforme la carga fluye a través del

Reactor, ya que las reacciones que ahí se llevan a cabo son exotérmicas. El catalizador

de los Reactores de Hidrotratamiento está dividido en tres camas para limitar los

incrementos de temperatura. El Gas de Recirculación rico en hidrógeno es inyectado

como ―quench‖ entre las camas para reducir la temperatura de la corriente de salida de

cada cama para tener una temperatura cercana a la temperatura de entrada al Reactor.

La inyección de Gas de Reciclo también sirve para mantener el perfil de presión parcial de

hidrógeno requerido. Debido a que la actividad del catalizador va declinando durante la

operación de la Planta será necesario incrementar periódicamente el perfil de temperatura

de operación del Reactor de Hidrotratamiento.

El efluente del Reactor de Hidrotratamiento se envía, previo enfriamiento en los

cambiadores: Carga al Reactor/Efluente del Reactor y Carga de Gasóleos/ Efluente del

Reactor, al Separador de alta presión caliente.

Los vapores de este separador son enviados al cambiador Gas de Reciclo/ HHP vapor y

es posteriormente enfriado en el condensador de vapor HHPS y en el enfriador HHPS

Vapor Trim. A la salida del condensador de vapor HHPS se inyecta agua de lavado para

mantener el bisulfuro de amonio en solución y así prevenir depósitos de sales en los

intercambiadores. El efluente del enfriador HHPS vapor Trim pasa al separador de alta

presión frío, donde el Gas Hidrógeno de Recirculación, los Hidrocarburos líquidos y el

Agua Amarga son separados.

El Gas Hidrógeno del separador de alta presión frío se envía al Absorbedor de Amina a

alta presión, donde es puesto en contacto a contracorriente con una solución de DEA para

remover el H2S producido como resultado de la reacción de Hirodesulfuración. El gas de

recirculación que sale del Absorbedor de Amina y se envía al tanque de succión del

compresor de gas de recirculación y posteriormente al propio compresor. Si es necesario,

algo del gas de recirculación puede ser purgado del sistema para eliminar un incremento

de no condensables en la recirculación. Normalmente esto puede no ser requerido.

El Gas del compresor de Recirculación es dividido en dos corrientes, una es usada para

suministrar los requerimientos de ―quench‖ a las camas del Reactor y la otra es usada

como suministro de gas de alimentación al Reactor de Hidrotratamiento.

Hidrógeno de reposición del compresor de Hidrogeno de repuesto se mezcla con parte del

gas de alimentación del gas de recirculación. Parte del Gas del compresor de gas de

recirculación es recirculado como ―spill-back‖, a control de flujo de la succión del

compresor, hacia la salida del condensador de vapor HHPS.

El agua amarga del separador de alta presión frío es enviada, a control de nivel, al L.B. de

la Unidad para su tratamiento.

Sección de Fraccionamiento

Los hidrocarburos líquidos, a control de nivel de los separadores de alta presión frío y

caliente son mezclados y precalentados con los fondos del Fraccionador de Gasóleos y

enviados al tanque de alimentación de carga al Fraccionador donde se realiza expansión

flash. El vapor de este tanque es enviado mediante control de presión directamente al

Fraccionador de Gasóleos. El líquido es bombeado, a control de flujo, mediante las

bombas de carga al calentador del Fraccionador y a través del calentador de alimentación

al Fraccionador, hacia el propio Fraccionador de Gasóleos.

El Fraccionador de Gasóleos es una Torre agotada con vapor la cual fracciona la carga en

gas, nafta, diesel y Gasóleo producto. El vapor obtenido en los domos de la Torre es

condensado y enfriado y enviado al tanque de domos del Fraccionador. Los vapores no

condensados de este tanque son comprimidos y tratados con amina y enviados a control

de presión hacia el L.B. de la Unidad. Una parte de los hidrocarburos condensados es

enviada, por control de nivel, al L.B como nafta producto, mientras que el resto es

bombeado como reflujo a la Torre Fraccionada a través de las bombas de nafta producto.

Los fondos del Fraccionador de Gasóleos son los gasóleos producto que se alimentan

como carga a las Unidades Catalíticas FCC, estos gasóleos son bombeados bajo control

de flujo (con reset por nivel) hacia varios cambiadores para enfriar esta corriente y poder

enviarla a almacenamiento, previo paso a través de un coalescedor, en el cual se elimina

cualquier residuo de agua que pueda traer esta corriente.

Una corriente lateral de la Torre Fraccionadora se envía al Agotador de Diesel. Vapor de

media presión se usa para llevar a cabo el agotamiento en esta Torre. Los fondos del

agotador de Diesel son bombeados a control de flujo por las bombas de fondos del

agotador de diesel hacia el aeroenfriador de diesel producto y el enfriador de diesel

producto y posteriormente pasa a un coalescedor, con el fin de eliminar el agua contenida

en esta corriente, antes de su salida al L.B. de la Unidad.

Sección de Compresión de Hidrógeno de Repuesto

El Hidrógeno que se alimenta como reposición a la Unidad es comprimido en un

compresor reciprocante para conectarlo posteriormente a la descarga del compresor de

Gas de Recirculación. La presión del Sistema de reacción es controlada a la succión del

compresor de gas de recirculación por control del ―spillback‖ alrededor del compresor de

hidrogeno de repuesto.

El sistema de compresores de hidrogeno de repuesto tiene tres compresores (dos

operando y uno en relevo). Cada máquina proporciona 50% de los requerimientos totales

de hidrógeno. Cada compresor de hidrógeno de repuesto tiene sus propios tanques

separadores y enfriadores. La línea de ―spillback‖ y los enfriadores son comunes para

las tres maquinas.

Sección de Sistema de Amina

Las corrientes de Amina rica de los absorbedores de amina de baja y alta presión son

―flaseados‖ en el tanque Flash de DEA rica. Aquí los hidrocarburos ligeros disueltos son

eliminados de la solución de amina rica. Los vapores de hidrocarburos ricos en H2S salen

de este recipiente a través de una pequeña sección de absorción empacada donde la

mayoría del H2S contenida es eliminada por contacto con una pequeña corriente de

solución de DEA pobre, Este separador reduce la cantidad de azufre que es venteada al

ambiente. El gas separado será enviado al incinerador de gas de cola localizado en la

Unidad Recuperadora de Azufre. Algunos hidrocarburos líquidos contenidos en la amina

circulante se ajustaran y se eliminaran del sistema hacia un sistema cerrado de drenes de

hidrocarburos.

Del tanque flash, la solución de amina rica se precalienta primero con la amina pobre en

el cambiador DEA rica/DEA pobre y alimentada, por control de flujo (punto de consigna

por nivel), al regenerador de DEA. En el regenerador, la DEA rica se separa del gas ácido

(contiene H2S). El calor para la regeneración se aporta mediante vapor de agua saturado

al rehervidor de la regeneradora de DEA. Los vapores de domo de la torre se condensan

en el condensador y en el segundo condensador de la torre regeneradora de DEA. Esta

mezcla de H2S y agua condensada fluye hacia el tanque de reflujo de domos, donde el

vapor y el agua se separan. El gas amargo se envía con control de presión a la unidad de

azufre fuera del límite de batería, mientras que el agua condensada se recircula con

control de flujo (punto de consigna por nivel) mediante la bomba de condensado de domo

de regeneradora. Por rebose, se separa a un pequeño compartimiento en el tanque de

reflujo de domos, cualquier hidrocarburo liquido ligero que pueda arrastrar el agua

condensada. Los hidrocarburos ligeros se drenan al sistema cerrado de drenajes

mediante la bomba de residuo del tanque de reflujo. Se añade agua de reposición (agua

de calderas enfriada) en la descarga de la bomba de reflujo, para compensar el agua que

se pierde con el gas amargo. Esta agua de reposición mantiene la disolución de DEA en

la concentración adecuada. La DEA pobre se bombea desde el fondo de la regeneradora

mediante las bombas de fondo de la regeneradora de aminas y enfría con la corriente de

DEA rica en el intercambiador DEA pobre/ DEA rica. La corriente de amina pobre se

enfría en el enfriador de DEA pobre y se envía al tanque de DEA pobre. Para mantener la

calidad de la disolución de DEA, una parte del flujo de DEA se recircula al tanque,

pasando a través de un sistema de filtros. El primer filtro, el filtro primario de DEA pobre,

elimina los sólidos, productos de degradación de DEA o partículas procedentes de la

circulación de la amina. El segundo filtro, el filtro de carbón activado, es un lecho de

carbón diseñado para eliminar hidrocarburos solubles o arrastrados en la DEA pobre. El

tercer filtro, el filtro secundario de DEA pobre, está diseñado para atrapar sólidos finos o

partículas de carbón que pueden estar en la disolución debido a las microroturas del lecho

de carbón.

La DEA pobre es bombeada a los servicios de amina mediante las bombas de DEA pobre

de baja presión.

La solución de DEA pobre de repuesto es preparada según se requiera y entra al tanque

de balance de DEA pobre a través de sistema de filtros de retorno. El tanque de

almacenamiento es dimensionado para almacenar, cuando sea necesario, el inventario

total del sistema de amina.

Un inhibidor de corrosión es inyectado en la línea de alimentación de DEA rica del

regenerador de DEA para minimizar la corrosión en el sistema de la Torre. También, un

agente antiespumante es inyectado a la misma corriente de alimentación a la Torre para

prevenir la formación de espuma en el Regenerador y los Absorbedores de amina.

Química del proceso.

Reacciones típicas de hidrodesulfuración.

Las cargas de gasóleos contienen cantidades variables de compuestos contaminantes,

que de no ser eliminados disminuirán la actividad del catalizador de reformación y no se

podrá lograr el grado de mejoramiento deseado en la carga a esta Unidad.

Los compuestos contaminantes de la carga se descomponen para formar hidrocarburos

puros y compuestos que pueden ser fácilmente eliminados del producto.

Las siguientes son las reacciones más comunes, por medio de las cuales se efectúa la

descomposición de los compuestos contaminantes y la saturación de las olefinas.

Reacciones de hidrodesulfuración.

El azufre se encuentra en la alimentación especialmente como mercaptanos, sulfuros,

disulfuros, polisulfuros y tiofenos.

Los primeros componentes son predominantes de las gasolinas directas. Son fácilmente

convertidos a sulfuro de hidrógeno por reacciones tales como:

CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - SH + H2 C5 H12 + H2S

Pentil-mercaptano Pentano

CH3 - CH2 - CH2 - S - S - CH2 - CH2 - CH3 + 3H2 2C3H8+ 2H2S

Disulfuro de dipropilo Propano

CH - CH

+ 4H2 C5H12 + H2S

CH C - CH3

\ / Pentano

S

Metil tiofeno

CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - S - CH2 - CH3 + 2H2 C4H10 + C2H6 + H2S

Sulfuro de etilbutilo Butano Etano

Reacciones de hidrodesnitrificación.

En productos del petróleo, el nitrógeno se encuentra junto con el azufre, esencialmente en

compuestos heterocíclicos siendo por ello más difícil la hidrodesnitrificación que la

hidrodesulfuración. Debido a que estos compuestos inhiben la función ácida del

catalizador de reformación deben eliminarse completamente. Las reacciones típicas para

la eliminación de nitrógeno son las siguientes:

CH - CH

+ 4H2 C5H12 + NH3

CH C - CH3

\ /

N

H

Pirrol N + 4H2 C H 3 7 + NH3

Quinoleina Propilbenceno