Tecnología de mejoramiento de crudos pesados y...
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Tecnología de mejoramiento de crudos pesados y residuos HIDRO - IMP® Jorge Ancheyta Instituto Mexicano del Petróleo
Transcript of Tecnología de mejoramiento de crudos pesados y...
Tecnología de mejoramiento de crudos pesados y residuos
HIDRO-IMP®
Jorge Ancheyta
Instituto Mexicano del Petróleo
Los crudos pesados y extra-pesados se caracterizan por:o Contenidos altos de azufre, metales y precursores de formación de coqueo Precio bajooRefinación difícil y costosao Para poder refinarlos se requiere realizar un mejoramiento
Los crudos pesados se requieren mejorar para poder refinarlos
Propiedades de residuos (343°C) de diferentes crudos
Tipo de Crudo Gravedad API
Azufre,
%peso
Residuos de
carbón, %peso Ni + V, ppm Residuo, %vol
EKOFISK (NORTH SEA) 20.9 0.4 4.3 6 25.2
BONNY LIGHT (NIGERIA) 0.3 2.7 10 32.6
WEST TEXAS SOUR (USA) 15.5 3.4 9.0 29 41.6
ARABE LIGERO (ARABIA) 17.2 3.1 7.2 50 44.6
ALASKAN NORTH SLOPE (USA) 14.9 1.8 9.2 71 51.5
ISTMO (MEXICO) 15.5 2.9 8.1 82 40.4
ARABE PESADO (ARABIA) 13.0 4.3 12.8 125 53.8
HONDO (USA) 7.5 5.8 12.0 489 67.2
COLD LAKE (CANADA) 6.8 5.0 15.1 333 83.7
BACHAQUERO (VENEZUELA) 9.4 3.0 14.1 509 70.2
MAYA (MEXICO) 7.9 4.7 15.3 620 56.4
KU-MALOOB-ZAAP (MEXICO) 3.7 5.8 20.4 640 73.7
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3
Los crudos pesados poseen gravedad API y relación H/C bajas (son
deficientes en hidrógeno)
Los crudos ligeros poseen gravedad API y relación H/C altas
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
5 10 15 20 25 30 35
Rela
ció
n a
tóm
ica
H
/C
Gravedad API
Para mejorar los crudos
pesados se requiere
incrementar su relación H/C,
mediante:
Adición de hidrógeno
(hidrotratamiento)
Rechazo de carbón
(coquización
principalmente)CRUDOS PESADOS CRUDOS LIGEROS
El mejoramiento consiste en convertir crudos pesados en crudos ligeros con mayor contenido de destilados
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Crudo pesado
Lecho móvil
Fase dispersa
Hidrotratamiento
Lecho fijo
Hydrovisbreaking
(no-catalítico)
Desintegración
catalítica de residuos
(rechazo de carbón)
Lecho ebullente
Gasificación
Desasfaltado
con solventes
1 0Visbreaking
Coquización
retardada
Fluidcoking
Flexi-coking
H2
Destilados
Gas
Pro
ceso
sn
o-c
atal
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os Pro
ceso
s
secu
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s
Co
mb
ust
ible
s
com
erci
ales
Pro
ceso
s ca
talít
ico
s Crudo
pesado
Crudo
mejorado
Los procesos de rechazo de
carbón (coquización
principalmente):
Reducen el rendimiento
volumétrico de producto
líquido (<100 %vol) y
generan productos de
menor calidad
Producen cantidades
elevadas de coque
Los productos obtenidos del
crudo mejorado requieren
tratamiento posterior, para
utilizarse en la producción
de combustibles limpios
Tecnologías de rechazo de carbón y otras
Los procesos de rechazo de carbón no son recomendables para mejorar crudos pesados porque producen menor rendimiento
5
Crudo
pesadoCrudo
mejorado
Los procesos de adición de
hidrógeno:
Incrementan el rendimiento
volumétrico de producto
líquido (>100 %vol)
Los productos obtenidos del
crudo mejorado requieren
mínimo tratamiento
posterior, para utilizarse en
la producción de
combustibles limpios
Tecnologías de adición de hidrógeno
Crudo pesado
Lecho móvil
Fase dispersa
Hidrotratamiento
Lecho fijo
Hydrovisbreaking
(no-catalítico)
Desintegración
catalítica de residuos
(rechazo de carbón)
Lecho ebullente
Gasificación
Desasfaltado
con solventes
1 0Visbreaking
Coquización
retardada
Fluidcoking
Flexi-coking
H2
Destilados
Gas
Pro
ceso
sn
o-c
ata
líti
cos Pro
ceso
s
secu
nd
ari
os
Co
mb
usti
ble
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co
merc
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s
Pro
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s ca
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s
*
* Tecnología HIDRO-IMP
Los procesos de adición de hidrógeno producen mayor rendimiento líquido y productos de calidad alta
6
La tecnología HIDRO-IMP® se puede utilizar para producir crudos mejorados con calidad diferente
OBJETIVO
Producir crudos mejorados con propiedades similares, rendimientos de destilados yvalor que las de crudos ligeros.
APLICACIONES
• Mejoramiento de crudos pesados y extra-pesados• A conversión parcial (severidad baja) para transporte• A conversión y selectividad moderada para incremento de calidad
• Conversión de residuo en refinerías nuevas o existentes
Etapa InvestigaciónFundamental
Etapa DesarrolloTecnológico
Etapa Prueba deDemostración
(10 BPD)
Etapa Optimización de la
Tecnología eingeniería
Abril/1999 Ago/2006 Abril/2008 2008-2011Ene/2003
Etapa AplicaciónComercial
Pronto
Etapa Aplicación para transporte de crudo pesado
2012-2013
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El proceso y los catalizadores empleados en latecnología HIDRO-IMP® ya están patentados
Patentes otorgadas o en trámite en México, USA, Singapur, Rusia, Australia, y otros países
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La tecnología HIDRO-IMP® utiliza condiciones moderadas para mejorar los crudos pesados
Hidrodesintegración catalítica a condiciones de reacción moderadas
Uso de reactores en serie con catalizadores selectivos para hidrodesmetalización, hidrodesulfuración e hidrodesintegración
Conversión alta de residuo a destilados e incremento del rendimiento deproductos (104-105 %vol)
Formación mínima de sedimentos
Remoción alta de impurezas presentes en el crudo pesado (Azufre,asfaltenos, nitrógeno, metales)
Producción de crudo mejorado con baja acidez, corrosividad, viscosidady tendencia a la formación de coque
Costos de inversión y de operación bajos
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La tecnología HIDRO-IMP® utiliza un esquema de proceso similar a plantas de hidrotratamiento convencionales
Crudo pesado
Agua
Salmuera
Crudo
Hidrógeno de
reposición
Agua de
lavado
Agua amarga
Corte
343ºC+
HDM
HDS
Amina
pobre
Purga
Gas amargo
VaporFracción pesada
hidrotratada
Amina
rica
Corte
343ºC-
Hidrógeno recirculaciónCrudo mejorado
Desalado
Fraccionamiento
Reactores de
hidrotratamiento
Preparación de
crudo mejorado
10
La tecnología HIDRO-IMP® se ha evaluado exhaustivamente a escala piloto y a nivel semi-industrial
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Las propiedades del residuo hidrotratado y del crudo mejorado se mantuvieron constantes en la prueba de larga duración a escala piloto
5
10
15
20
25
30
0 1000 2000 3000 4000
Tiempo de corrida, h
Gra
vedad A
PI
370
380
390
400
410
420
Tem
pera
tura
, °C
50
100
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400
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500
550
0 1000 2000 3000 4000
Tiempo de corrida, h
Ni+
V, ppm
370
380
390
400
410
420
Tem
pera
tura
, °C
0
5
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15
20
0 1000 2000 3000 4000
Tiempo de corrida, h
Ins.
en n
C7,
% p
eso
370
380
390
400
410
420
Tem
pera
tura
, °C
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
0 1000 2000 3000 4000
Tiempo de corrida, h
Azu
fre, %
peso
370
380
390
400
410
420
Tem
pera
tura
, °C
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Las propiedades del residuo hidrotratado y del crudo mejorado
resultaron constantes y ligeramente mejores en planta semi-industrial
10
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20
25
30
0 5 10 15 20 25 30
Días
Gra
ved
ad A
PI
Desactivación
inicial
Incremento de
temperatura
Operación a
condiciones estables
Crudo original = 12.93 API
Residuo atm. = 5.40 API
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0 5 10 15 20 25 30
Días
Azufr
e,
% p
eso
Desactivación
inicial
Incremento de
temperatura
Operación a
condiciones estables
Crudo original = 5.19 % peso
Residuo atm. = 5.74 % peso
50
100
150
200
250
300
350
400
0 5 10 15 20 25 30
Días
Ni+
V,
ppm
Desactivación
inicial
Incremento de
temperatura
Operación a
condiciones estables
Crudo original = 584 ppm
Residuo atm. = 722 ppm
0
5
10
15
20
0 5 10 15 20 25 30
Días
Insolu
ble
s e
n n
C7,
% p
eso
Desactivación
inicial
Incremento de
temperatura
Operación a
condiciones estables
Crudo original = 17.03 % peso
Residuo atm. = 21.77 % peso
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Gravedad API del crudo mejorado versus gravedad API del crudo de carga(Resultados a escala semi-industrial)
La tecnología HIDRO-IMP® mejora de manera importante la gravedad API de los crudos pesados
4
5
6
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8
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6 8 10 12 14 16 18 20 22
Incre
men
to e
n °A
PI
Gra
ved
ad
AP
I d
el cru
do
mejo
rad
o
Gravedad API de la carga
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La tecnología HIDRO-IMP® se ha probado a nivel semi-industrial con diversos crudos pesados
PROPIEDADES
Crudo de 16°API
25.1°API(mejorado)
Crudo de 13°API
23.38°API(mejorado)
Crudo de 10°API
22.6°API(mejorado)
Gravedad específica @ 60/60°F 0.9598 0.9036 0.9783 0.9136 1.0008 0.9182
Gravedad API 15.93 25.1 13.14 23.38 9.89 22.6
Carbón Ramsbottom, % peso 15.62 5.9 16.54 6.9 20.67 7.0
Carbón Conradson, % peso 15.87 7.1 16.78 8.1 20.42 8.3
Azufre total, % peso 4.602 1.102 5.10 1.15 5.723 1.145
Nitrógeno total, ppm 3570 2291 4771 2925 5650 2971
Nitrógeno básico, ppm 994 927 1063 930 1275 1207
Insolubles en nC5, % peso 23.09 7.24 24.09 11.78 33.53 ---
Insolubles en nC7, % peso 15.66 4.7 16.95 5.33 25.06 5.3
Metales, ppm
Níquel 69.2 26 91.2 22 94.2 28
Vanadio 361.0 71 452.7 76 494.0 71
Ni+V 430.2 97 543.9 98 588.2 99
15
Bases para el estudio(Resultados experimentales y por simulación)
150,000 BPD de carga Crudo pesado de 16°API Caso base:
Coquización retardada para el residuo de vacío Caso alterno:
Tecnología IMP para mejoramiento de crudo pesado+ coquización redardada para el residuo de vacíoremanente
Aplicación de la Tecnología HIDRO-IMP® en una refinería
16
0
100
200
300
400
500
600
0 20 40 60 80
Te
mp
era
tura
, °C
% Volumen destilado
538°C
Destilados intermediosy carga a FCC
Crudo 16°API: 45 %vol RVCrudo 25°API: 25 %vol RV
20 %vol
El crudo mejorado obtenido con la Tecnología HIDRO-IMP® incrementa su contenido de destilados
Crudo 16°API
Crudo 25°API
17
0
1
2
3
4
5
6
7
0 20 40 60 80 100
Co
nte
nid
o d
e a
zufr
e, %
pe
so
% Volumen destilado
Crudo de 16°API Crudo mejorado 25°API
Los productos obtenidos de un crudo mejorado con la Tecnología HIDRO-IMP® poseen menor contenido de azufre
Contenido de azufre de productos obtenidos de crudo de 16°API y
crudo mejorado de 25°API
Un crudo mejorado:
Se puede alimentar a
refinerías no diseñadas
para procesar crudos
pesados
Produce destilados con
contenidos reducidos
de azufre y otras
impurezas
Requiere menor
severidad en procesos
secundarios para
producir combustibles
limpios
Genera cargas más
fáciles de convertir en
procesos corriente
abajo
Incrementa la vida útil
de catalizadores y
reduce consumo de
servicios en procesos
corriente abajo
El azufre se
distribuye en todas
las fracciones
El azufre se
concentra en
las fracciones
pesadas
ResiduoCarga FCC
Destilados
intermediosNafta
18
Producto
Gas combustible
Propileno
Propano
Gasolina
Regular
Premium
Total
Turbosina
Diesel
Gasolina+Turbosina+Diesel
Coque
Azufre
Unidad
MMPCSD
BPD
BPD
BPD
BPD
BPD
BPD
BPD
BPD
TPD
TPD
Base (CR)
24.03
3,349
2,599
28,980
30,968
59,948
11,544
49,008
120,500
4,872
652
IMP
30.38
4,907
3,309
30,713
41,525
72,238
17,346
57,877
147,461
1,697
1,010
La Tecnología HIDRO-IMP® incrementa la producción de combustibles
19
La tecnología HIDRO-IMP® presenta indicadores económicos más atractivos en comparación con tecnologías comerciales
4546.6 4677.7
0
1000
2000
3000
4000
5000
Inv
ers
ión
to
tal,
MM
US
D
Base
IMP
-247.8
2845.3
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Va
lor
Pre
se
nte
Ne
to, M
MU
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Base
IMP
11.02
20.84
0
5
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Inte
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de
Re
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o, %
Base
IMP5.83
2.83
0
1
2
3
4
5
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Pe
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Re
cu
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la
In
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n,
Añ
os
Base
IMP
INVERSIÓN TOTAL VALOR PRESENTE NETO
TASA INTERNA DE RETORNO PERÍODO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN
Fecha de referencia: Agosto de 2007
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Ejemplo de propiedades del crudo Castilla y del crudo mejorado con tecnología HIDRO-IMP®
Propiedad Unidades Crudo de carga Crudo mejorado
Gravedad API 12.6 24.56
Sg 60/60°F 0.9820 0.9067
Azufre total % peso 2.276 0.664
CCR % peso 15.17 4.75
Níquel ppm 78.2 21.5
Vanadio ppm 311.7 47.1
Nitrógeno total ppm 4,664 2,425
Insolubles en nC7 % peso 15.5 4.85
21
Curvas de destilación TBP del crudo Castilla y crudo mejorado
0
100
200
300
400
500
600
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Tem
pera
tura
, °C
% volumen acumulado
Crudo Castilla Crudo mejorado
527°C
58.6 73.8
22
La tecnología HIDRO-IMP® de mejoramiento de crudos pesados permiteobtener: un incremento significativo en el rendimiento de destilados eliminar una proporción alta de las impurezas presentes en la carga
(azufre, metales y asfaltenos) reducir la viscosidad, la corrosividad y la tendencia a la formación de
coque del crudo costos de inversión moderados y una rentabilidad atractiva
La tecnología HIDRO-IMP® presenta importantes ventajas económicas yoperativas sobre las tecnologías convencionales y resulta una opción muyfavorable para el mejor aprovechamiento de los crudos pesados
Todos los componentes de la tecnología HIDRO-IMP® ya se han aplicado aescala industrial en plantas de hidrotratamiento catalítico de residuos
Los elementos clave de la tecnología (la operación a baja presión sinformación excesiva de sedimentos y la alta retención de metales en loscatalizadores) ya se han demostrado exhaustivamente en planta piloto y enplanta semi-industrial
Los elementos clave de la Tecnología HIDRO-IMP® se han demostrados exhaustivamente en planta piloto y semi-industrial
