gas de sintesis (refinacion de gas)
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL
UNEFA
Noviembre 2013
“EL GAS DE SÍNTESIS”
PROFESOR: INTEGRANTE:
Ing. José Hilarraza RIVAS F; José A C.I. 11.659.699
Sección N03
8vo Semestre Ingeniera de Petróleo
Noviembre 2013
RESUMEN
Las materias primas más utilizadas para su producción industrial de hidrógeno
son el agua y el gas natural, previamente tratados, aunque también el gas de refinería
(metano, etano, propano, etc., con nitrógeno y algo de hidrógeno). En la actualidad
sólo excepcionalmente se emplean nafta o fracciones petrolíferas más pesadas y
carbón.
El procedimiento más empleado a escala industrial es, hoy en día, el
reformado con vapor (“steam reforming”) del gas natural y del gas de refinería,
seguido de la reducción del vapor de agua con CO (“shift-conversion”) conforme a
las reacciones:
CH4+ H2O = 3 H2+ CO ∆H=+208000 kJ/kmol
CO + H2O = H2+ CO 2 ∆H=-41200kJ/kmol
Estas reacciones se llevan a cabo simultanea y consecutivamente en uno o
varios reactores, por lo que el gas producido consiste en una mezcla de H2, CO y
CO2, además de vapor de agua, algo deCH4 sin reaccionar y los gases inertes
presentes en el gas de alimentación. El producto de la reacción en conjunto se conoce
como gas de síntesis.
i
ÍNDICE DE CONTENIDO
Pág.
RESUMEN i
ÍNDICE DE CONTENIDO ii
ÍNDICE DE FIGURAS iii
INTRODUCCIÓN 6
PRODUCCIÓN DE GAS DE SÍNTESIS 7
SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA PARA GENERACIÓN DEL GAS
DE SÍNTESIS.
REFORMADO POR VAPOR DE AGUA 7
OXIDACIÓN PARCIAL (POX) 8
REFORMADO AUTOTÉRMICO 9
REFORMADO POR COMBINACIÓN Ó POR DOS ETAPAS 10
SÍNTESIS DEL AMONIACO 10
SÍNTESIS DEL METANOL 11
OBTENCIÓN DE OLEFINAS 16
PROCESO DE CRAQUEO AL VAPOR 19
PLANTAS DE REFINACIÓN INVOLUCRADA EN LA PRODUCCIÓN
DE OLEFINAS.
CATALÍTICA 20
ALQUILACIÓN 21
INTERPRETACIÓN INDIVIDUAL 23
GLOSARIO DE TÉRMINOS 23
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 33
ANEXOS
APÉNDICES
ii
ÍNDICE DE FIGURA
Pág.
Figura 1. Diagrama de flujo de una planta de Gasificación 8
Figura 2. Esquema para la obtención del amoniaco 11
Figura 3. Diagrama de flujo síntesis del metanol 13
Figura 4. Diagrama de la planta de Catalítica 21
Figura 5. Diagrama de una planta de Gasificación 22
iii
INTRODUCCIÓN
El gas natural ofrece una serie de importantes ventajas medioambientales sobre otros
combustibles fósiles. En gran parte debido a su simplicidad química, es la más limpia combustión de
todos los combustibles fósiles. El gas natural está compuesto principalmente de metano, con la mayoría
de las impurezas eliminadas por el proceso de gas en el campo y planta de gas
El nombre gas de síntesis proviene de su uso como intermediario en la
creación de gas natural sintético (GNS) y para la producción de amoníaco o metanol.
El gas de síntesis también se utiliza como producto intermedio en la producción de
petróleo sintético, para su uso como combustible o lubricante a través de la síntesis de
Fischer-Tropsch, y previamente al proceso Móvil para convertir metanol en gasolina.
El gas de síntesis está compuesto principalmente de hidrógeno, monóxido de
carbono, y muy a menudo, algo de dióxido de carbono. Posee menos de la mitad de
densidad de energía que el gas natural. Se ha empleado y aún se usa como
combustible o como producto intermedio para la producción de otros productos
químicos.
Cuando este gas se utiliza como producto intermedio para la síntesis industrial
de hidrógeno a gran escala (utilizado principalmente en la producción de amoniaco),
también se produce a partir de gas natural (a través de la reacción de reformado con
vapor de agua).
PRODUCCIÓN DE GAS DE SÍNTESIS
SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA PARA GENERACIÓN DEL
GAS DE SÍNTESIS.
La elección de la tecnología de Reformado influirá en la eficiencia térmica de
la planta y en el costo (instalación) del reformador, planta de O2
(si es necesaria) y la
sección de Fischer – Tropsch. Uno de los desafíos más grandes es la optimización de
la energía de integración entre las secciones de generación y conversión de Syngas.
Para convertir el gas natural (en su mayoría CH4) a Syngas (una mezcla de H
2 y CO),
se debe tener en cuenta las siguientes tecnologías de reformado.
REFORMADO POR VAPOR DE AGUA
El reformado con vapor es un método para la obtención de hidrógeno a partir de
hidrocarburos, y en particular gas natural. Este proceso requiere de una gran cantidad
de energía para realizar el reformado y en el caso de algunos combustibles, se
necesita una remoción de contenidos de azufre y otras impurezas.
Este proceso consiste en exponer al gas natural, de alto contenido de metano, con
vapor de agua a alta temperatura y moderada presión. Se obtienen como resultado de
la reacción químicahidrógeno y dióxido de carbono, y dependiendo la mezcla
reformada, también monóxido de carbono, este proceso tiene un rendimiento de 65%,
y en el caso de que el gas natural contengaazufre, este debe ser eliminado mediante la
desulfuración. El proceso se lleva a cabo mediante dos reacciones, la primera es la
reacción de Water Gas Shift entre el agua y el metano:
CH4 + 2 H2O → 4 H2 + CO2
Esta primera reacción de reformado tiene lugar entre 800–900 C a una presión de 25
bar, obteniéndose un gas rico en dióxido de carbono e hidrógeno y, en menor
cantidad, monóxido de carbono. Se elimina primeramente el monóxido por medio de
las reacciones de cambio de alta a baja temperatura a 400 y 200 °C respectivamente y
se produce una mezcla gaseosa de H2, CO2, H2O y un poco de CO y CH4. Después de
esta etapa se realiza una última purificación, mediante el proceso Pressure Swing
Adsorption (PSA), el cual permite obtener hidrógeno puro al 99.99%, cuyo contenido
energético es mayor que del gas natural del cual precede.
OXIDACIÓN PARCIAL (POX)
Las plantas de oxidación parcial se utilizan para formar hidrógeno, monóxido de
carbono, dióxido de carbono y agua a partir de los residuos (hidrocarburos altamente
viscosos, líquidos) del proceso de refinado.
Los productos pueden utilizarse como gas de síntesis, gas combustible o
alimentadores para la recuperación del oxígeno Fig 1. Con un suministro de oxígeno
individualizado para la oxidación parcial (POX) podemos ofrecerle los siguientes
beneficios:
Una reutilización de los residuos más limpia y eficaz
Una base económica más amplia en la refinería
Mayor flexibilidad a través de una gama de productos más amplia
Manipulación de compuestos de alimentación refinados con largo alcance
Linde cuenta con una larga tradición en la construcción de plantas de oxidación
parcial y dado que contamos con dichos conocimientos podemos ofrecerles servicios
completos de consultoría, de planificación de proyectos, de especificación y ensayos
además del suministro de oxígeno.
Figura 1. Diagrama de flujo de una planta de Gasificación
REFORMADO AUTO TÉRMICO
El reformado autotérmico es una combinación de la oxidación parcial (POX) y la de
reformado por vapor (SR). La temperatura se regula usando el calor que genera la
combustión como fuente de energía en la reacción de reformado con vapor de agua.
CnH
m + H
2O+ n/2 O
2 ↔ n CO + m/2 H
2
En el reformado autotérmico, el hidrocarburo reacciona con el vapor de agua y con el
aire para producir un gas rico en hidrógeno. Las reacciones de reformado por vapor
(SR) y de oxidación parcial (POX), tienen lugar de forma conjunta. Con la correcta
combinación de alimentación de entrada (fuel, aire y vapor), el calor de reacción de la
oxidación parcial es suficiente para que se dé la reacción de reformado por vapor.
Como ocurre en los otros métodos de reformado, se hace necesario un reactor
WGS??? y una etapa de purificación de la corriente de hidrógeno para eliminar los
óxidos de carbono (CO).
Los reformadores autotérmicos típicos emplean un lecho catalizador de metales
nobles y operan en un rango de temperaturas que oscila entre 800ºC y los 1300ºC.
Comparándolos con los reformadores por vapor, la ventaja de operar a tan elevadas
temperaturas hace que los sulfuros del fuel no sean tan venenosos para el catalizador.
Aún así, debido al elevado contenido en azufre del queroseno (400-600 ppm) la
desulfuración previa del combustible sigue siendo necesaria ya que no existe ningún
catalizador para este método capaz de soportar estos niveles de contaminación sin
envenenarse. Otra ventaja de este método de obtención es que los tiempos de
respuesta son menores que los del reformado por vapor
Los inconvenientes que presenta este método tienen que ver, el primero de ellos, con
el tamaño de todo el equipo en conjunto. Al llevar asociado un sistema de
recuperación del calor, el equipo es muy grande y costoso. Por otra parte, es difícil
vaporizar la alimentación si es de hidrocarburos pesado, y que pase de forma
uniforme sobre todo el lecho catalizador.
Este método presenta la ventaja de que al no ser necesario un aporte de calor al
sistema el coste de funcionamiento y operación se reduce considerablemente frente a
los otros sistemas de reformado.
Aún así, el reformado autotérmico es una de las tecnologías que más se están
estudiando en los últimos tiempos para la producción in situ de hidrógeno para
aplicaciones móviles, puesto que combina las ventajas e inconvenientes del
reformado con vapor y la oxidación parcial.
REFORMADO POR COMBINACIÓN Ó POR DOS ETAPAS
Al combinar un reformador de metano con vapor (SMR) y un reformador autotérmico
(ATR) puede ser obtenida una mejor utilización de la energía que usando por
separado estas tecnologías.
Para combinar el trabajo que realiza un reformador de vapor y un autotérmico, se
debe considerar que se obtendrá un relativo incremento de energía en comparación a
las otras tecnologías.
Dependiendo del grado de energía de integración y las condiciones de operación, la
eficiencia térmica para esta tecnología en una planta de GTL será mejorada alrededor
de 1 o 2 %.
Aunque este tipo de reformador es menos costoso que el reformador con vapor y más
que el autotérmico, la selección se basará en el costo del gas natural.
SÍNTESIS DEL AMONIACO
En química, el proceso de Haber - Bosch es la reacción de nitrógeno e hidrógeno
gaseosos para producir amoníaco Fig 2. La importancia de la reacción radica en la
dificultad de producir amoníaco a un nivel industrial.
Alrededor del 78,1% del aire que nos rodea es nitrógeno molecular, N2. El elemento
como molécula diatómica gaseosa es muy estable y relativamente inerte debido al
enlace triple que mantiene los dos átomos fuertemente unidos. No fue sino hasta los
primeros años del siglo XX cuando este proceso fue desarrollado para obtener
nitrógeno del aire y producir amoníaco, que al oxidarse forma nitritos y nitratos.
Éstos son esenciales en los fertilizantes.
Como la reacción natural es muy lenta, se acelera con un catalizador de hierro (Fe3+
)
y óxidos de aluminio (Al2O3) y potasio (K2O). Los factores que aumentan el
rendimiento, al desplazar el equilibrio de la reacción hacia los productos (Principio de
Le Châtelier), son las condiciones de alta presión (150-300 atmósferas) y altas
temperaturas (400-500°C)1 , resultando en un rendimiento del 10-20%.
N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) + ΔH ...(1)
ΔH representa el calor generado, también llamado entalpía, y equivale a -92,4 kj/mol.
Como libera calor, la reacción es exotérmica.
Figura 2. Esquema para la obtención del amoniaco
SÍNTESIS DEL METANOL
Originariamente se producía metanol por destilación destructiva de astillas de
madera. Esta materia prima condujo a su nombre de alcohol de madera. Este proceso
consiste en destilar la madera en ausencia de aire a unos 400 °C formándose gases
combustibles (CO, C2H4, H2), empleados en el calentamiento de las retortas; un
destilado acuoso que se conoce como ácido piroleñoso y que contiene un 7-9% de
ácido acético, 2-3% de metanol y un 0.5% de acetona; un alquitrán de madera, base
para la preparación de antisépticos y desinfectantes; y carbón vegetal que queda como
residuo en las retortas.
Actualmente, todo el metanol producido mundialmente se sintetiza mediante un
proceso catalítico a partir de monóxido de carbono e hidrógeno Fig 3. Esta reacción
emplea altas temperaturas y presiones, y necesita reactores industriales grandes y
complicados.
CO + CO2 + H2 CH3OH
La reacción se produce a una temperatura de 300-400 °C y a una presión de 200-300
atm. Los catalizadores usados son ZnO o Cr2O3.
El gas de síntesis (CO + H2) se puede obtener de distintas formas. Los distintos
procesos productivos se diferencian entre sí precisamente por este hecho.
Actualmente el proceso más ampliamente usado para la obtención del gas de síntesis
es a partir de la combustión parcial del gas natural en presencia de vapor de agua.
Gas Natural + Vapor de Agua CO + CO2 + H2
Sin embargo el gas de síntesis también se puede obtener a partir de la combustión
parcial de mezclas de hidrocarburos líquidos o carbón, en presencia de agua.
Mezcla de Hidrocarburos Líquidos + Agua CO + CO2 + H2
Carbón + Agua CO + CO2 + H2
En el caso de que la materia prima sea el carbón, el gas de síntesis se puede obtener
directamente bajo tierra. Se fracturan los pozos de carbón mediante explosivos, se
encienden y se fuerzan aire comprimido y agua. El carbón encendido genera calor y
el carbono necesarios, y se produce gas de síntesis. Este proceso se conoce como
proceso in situ. Este método no tiene una aplicación industrial difundida.
Los procesos industriales más ampliamente usados, usando cualquiera de las tres
alimentaciones (gas natural, mezcla de hidrocarburos líquidos o carbón) son los
desarrollados por las firmas Lurgi Corp. e Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI).
Figura 3. Diagrama de flujo síntesis del metanol
Proceso Lurgi
Se denomina proceso de baja presión para obtener metanol a partir de hidrocarburos
gaseosos, líquidos o carbón. El proceso consta de tres etapas bien diferenciadas.
Reforming
Es en esta etapa donde se produce la diferencia en el proceso en función del tipo de
alimentación.
En el caso de que la alimentación sea de gas natural, este se desulfuriza antes de
alimentar el reactor. Aproximadamente la mitad de la alimentación entra al primer
reactor, el cual está alimentado con vapor de agua a media presión. Dentro del reactor
se produce la oxidación parcial del gas natural. De esta manera se obtiene H2, CO,
CO2 y un 20% de CH4 residual.
Gas Natural + Vapor de Agua CO + CO2 + H2
Esta reacción se produce a 780 °C y a 40 atm.
El gas de síntesis más el metano residual que sale del primer reactor se mezcla con la
otra mitad de la alimentación (previamente desulfurizada). Esta mezcla de gases entra
en el segundo reactor, el cual está alimentado por O2. Este se proviene de una planta
de obtención de oxígeno a partir de aire.
CH4 + CO + CO2 + O2 CO + CO2 + H2
Esta reacción se produce a 950 °C.
En caso de que la alimentación sea líquida o carbón, ésta es parcialmente oxidada por
O2 y vapor de agua a 1400-1500 °C y 55-60 atm. El gas así formado consiste en H2,
CO con algunas impurezas formadas por pequeñas cantidades de CO2, CH4, H2S y
carbón libre. Esta mezcla pasa luego a otro reactor donde se acondiciona el gas de
síntesis eliminándose el carbón libre, el H2S y parte del CO2, quedando el gas listo
para alimentar el reactor de metanol.
El gas de síntesis se comprime a 70-100 atm. y se precalienta. Luego alimenta al
reactor de síntesis de metanol junto con el gas de recirculación. El reactor Lurgi es un
reactor tubular, cuyos tubos están llenos de catalizador y enfriados exteriormente por
agua en ebullición. La temperatura de reacción se mantiene así entre 240-270 °C.
CO + H2 CH3OH ΔH < 0
CO2 + H2 CH3OH ΔH < 0
Una buena cantidad de calor de reacción se transmite al agua en ebullición
obteniéndose de 1 a 1.4 Kg. de vapor por Kg. de metanol. Además se protege a los
catalizadores.
Destilación
El metanol en estado gaseoso que abandona el reactor debe ser purificado. Para ello
primeramente pasa por un intercambiador de calor que reduce su temperatura,
condensándose el metanol. Este se separa luego por medio de separador, del cual
salen gases que se condicionan (temperatura y presión adecuadas) y se recirculan. El
metanol en estado líquido que sale del separador alimenta una columna de destilación
alimentada con vapor de agua a baja presión. De la torre de destilación sale el
metanol en condiciones normalizadas.
En la página siguiente se puede observar el flow-sheet del proceso Lurgi de baja
presión para obtener metanol líquido a partir de gas natural. Mientras que en la página
siguiente se podrá observar el mismo proceso pero en caso de usar alimentación
líquida o carbón.
Proceso ICI
La diferencia entre los distintos procesos se basa en el reactor de metanol, ya que los
procesos de obtención de gas de síntesis y purificación de metanol son similares para
todos los procesos.
En este caso la síntesis catalítica se produce en un reactor de lecho fluidizado, en el
cual al gas de síntesis ingresa por la base y el metanol sale por el tope. El catalizador
se mantiene así fluidizado dentro del reactor, el cual es enfriado por agua en estado de
ebullición, obteniéndose vapor que se utiliza en otros sectores del proceso.
La destilación se realiza en dos etapas en lugar de realzarse en una sola.
Todas las demás características son similares al proceso Lurgi antes descrito.
Ammonia-Casale
El reactor posee múltiples catalizadores de lecho fluidizado, con gas refrigerante,
flujos axiales y radiales y bajas caídas de presión. La producción en este tipo de
reactores puede llegar a 5.000 t/día.
Topsoe
Se caracteriza por desarrollar un flujo radial a través de tres catalizadores de lecho
fluidizado en distintos compartimentos. El intercambio de calor es externo
OBTENCIÓN DE OLEFINAS
Las olefinas son hidrocarburos con dobles enlaces carbono – carbono. El término
olefinas es de olefiant gas, que significa, gas formador de aceite. Estos se encuentran
en los procesos industriales más importantes. Existen muchos tipos de olefinas pero
las más importantes son el Etileno y el Propileno. El etileno o eteno (H2C=CH2) es
un compuesto químico orgánico formado por dos átomos de carbono enlazados
mediante un doble enlace. Es uno de los productos químicos más importantes de la
industria química. Se halla de forma natural en las plantas.
El propeno (CH2=CH–CH3) es un hidrocarburo perteneciendo a los alquenos,
incoloro e inodoro. Es un homólogo del etileno. Como todos los alquenos presenta el
doble enlace como grupo funcional.
Existen varias formas para obtener olefinas, pero nosotros nos vamos a centrar en la
producción de Etileno y Propileno a partir del gas natural o Propano y Etano; esta
misma materia prima es la que se usa en la Planta de Olefinas I y II, este documento
es en referencia a Olefinas I del Complejo Petroquímico Ana Maria Campos (Antiguo
Complejo Petroquímico El Tablazo) ubicado en los Puertos de Altagracia, Estado
Zulia, Venezuela (Pequiven S.A.).
Está la alimentación de materia prima que es el propano y etano a un 95% y 95.5% de
pureza respectivamente, esto ocurre de forma liquida a una presión de 17,6 kg/cm2 y
38 ºC. Este gas pasa por una sección de hornos, en total hay 9 hornos, en los cuales
hay 7 hornos con celdas simples y 2 con celdas dobles, cada celda con la misma
capacidad que la otra. En estas celdas se va a realizar la pirolisis con una mezcla de
vapor de agua con los hidrocarburos, con una relación de 0,3 kg de vapor de agua
sobre kg de hidrocarburo; la pirolisis para el Etano ocurre a 843 ºC y de 826 a 843 ºC
para el propano.
Durante el craqueo del etano se produce etileno, hidrógeno en mayor proporción; y
metano, acetileno, etano, propeno, propileno, propano, propadieno, hidrocarburos
más pesados, coque, dióxido de carbono, monóxido de carbono, agua en menor
proporción. Mientras que el craqueo del propano se produce básicamente lo mismo la
una diferencias es que el etileno, Propileno, hidrógeno se encuentran en mayor
proporción. Y el resto de los subproductos permanecen constantes. Los hornos tienen
capacidad de craquear etano a un 64% de conversión (los dos tipos de hornos),
mientras que los hornos dobles craquean propano a un 90%, mientras que los
sencillos a un 75%, alcanzando una conversión global de 80%. El coque generado no
sigue en la mezcla, este se adhiere a los paneles de los hornos, haciendo con el paso
del tiempo menos efectivos estos, por lo que se necesitan retirarse de los hornos para
los sencillos cada 80 días y para los dobles cada 60 días, y retirarle todo el coque que
contiene.
Luego de la pirolisis se necesita descender la temperatura súbitamente, por que si los
dejo a la temperatura de la cual salió del horno continuaría reaccionando alterando los
resultados y se obtendrían resultados no convenientes para el proceso, por lo que se
pasa por un quench enfriador, para descender la temperatura a 333ºc
aproximadamente. Luego se enfría de nuevo para luego pasarlo por una torre de
lavado con agua, donde se usa agua a contracorriente, a unas condiciones y los
compuestos de más de cinco carbonos caen en forma liquida y los compuestos más
livianos se salen en forma de vapor. El aceite pesado es retirado, mientras que los
compuestos livianos son llevamos a un compresor, donde este consta de 5 partes,
debido a que se necesita aumentar mucho la presión, es más factible aumentar la
presión por partes, y no súbitamente.
En la muestra de mezclas de compuestos existe una cantidad considerable de
acetileno, este no se puede dejar en esta mezcla ya que es dañino para los
catalizadores de las industrias que se basan en esta materia prima, a tal punto que los
desactiva o envenena. Para esto se lleva a una torre de conversión de acetileno, que
tiene doble función, convertir el acetileno y propadieno en etileno y Propileno
respectivamente. Para esto primero se pasa por un horno convertidor que tiene 2
funciones esenciales, la primera agregar a la mezcla n-Butil mercapno, luego se
controla la temperatura del horno para que el gas procedente del compresor hasta
llegar a los 200ºC a esa temperatura el n-Butil mercapno se convierte en ácido
sulfhídrico más un ion butilo, el ácido sulfhídrico debe estar presente en la mezcla
entre 3 y 50 ppm. Luego que termina de darse este proceso se pasa a la sección de
conversión de acetileno; en esta área la mezcla obtenida en el horno de conversión se
le agrega un catalizador que esta hecho de cobalto, níquel y cromo soportado en
alúmina, este catalizador es altamente selectivo, este va a evitar que en el convertidor
de acetileno se hidrogene etileno, y solo hidrogene al acetileno y propadieno, que lo
hace en conjunto con el H2S, el H2S actúa como un promotor (Las reacciones que se
llevan a cabo en el convertidor catalítico se verán en la figura 2)esta reacción dura 60
días, no se puede dejar más tiempo por que se podría hidrogenar el etilenos, que es
las, materia que queremos obtener como producto.
Ahora tenemos en el proceso una cantidad de H2S que se deben retirar, para ello se
lleva a una torre de lavado caustico, en esta se usa soda en contracorriente con agua,
la soda con una concentración de 7%, en la reacción hay CO2 y H2S que al hacerlas
reaccionar con la soda darán las reacciones de la figura 3. Luego que reaccionan se
producen sulfuro de sodio y carbonato de sodio, que son condensados por su alto
peso molecular. Los elementos más livianos salen en forma de vapor a una torre es
llevado a una secadora, pero antes paso por un tambor donde se separan los
compuestos mas pesaos de las más livianos. Los más livianos pasan a un despojador
de dripolenos, mientras que los más livianos pasan por un tambor para retirar los
líquidos, para luego eliminar la humedad. Después de esto es comprimido
nuevamente por el compresor que no utilizamos de los 5, para luego pasar a la
sección de enfriamiento.
En la sección de enfriamiento la temperatura es bajada a -34ºC, de aquí en adelante lo
que queremos es purificar el compuesto lo más que se pueda, tratando de retirar las
impurezas o subproductos que no son necesarios.
Luego de la sección de Enfriamiento se procede a pasar por al torre
predemetanizadora, esta tiene 30 patos y una temperatura de 15ºC, a la cual los
compuesto como el hidrógeno, metano, con algunos rastros de etano y etileno son
evaporados, para eliminar los compuestos mayores a dos carbonos se pasa por la torre
desmetanizadora que opera a unas condiciones en el fondo de 0 ºC y en la parte
superior de 90 ºC cual se logra separar la mayoría de los compuestos de 2 carbono y
luego el metano e hidrógeno que se evaporan y suben por la columna son llevamos a
la sección de enfriamiento para luego recolectarlos y enviarlo como combustible para
el primer horno para la pirolisis.
Los compuesto que condensaron en las torres de predemetanizador y demetanizador
son llevamos a la torre de deetanizadora, que separa el etano y etileno de los
compuestos más pesados, en este caso el acetilenos y etileno suben por la torre, y el
resto se condensa; el etileno y etano se llevan a una torre fraccionadora de
Etano/Etileno, esta posee una temperatura de -21ºC y una presión de 21 kg/cm², en la
cual hay dos torres, una de 90 platos y la otra de 50 platos, aquí se separa el etilenos
del etano, en las dos torres de forma paralela. Para obtener el etileno con un 95.95%
de pureza, mientras que el etano que se produjo es re circulado para los hornos de
pirolisis.
Luego los compuestos que condensaron en la torre deetanizadora son llevados a una
torre de fraccionamiento de Propileno y Propano, esta tiene unas condiciones de 21.3
kg/cm² y una temperatura de 62ºC en esta se separa el Propileno de los otros
compuestos más pesados, cuando se separa el Propileno, en el quedan remanentes
importantes de propano, por ello se lleva a otra columna secundaria de
Propileno/Propano, en este se elimina la mayoría de las impurezas quedando una
producción de Propileno al 95,6 %; los compuestos pesados que están en la torre
fraccionadora de propano y propilenos pasan a una torre debutanizadora, esta se
encarga de separar los compuestos pesados del propano sube en forma de vapor por la
torre hacia un reactor de regeneración.
El Propileno y el Etileno, son las materias primas básicas fundamentales para la
obtención de un sin fin de productos.
PROCESO DE CRAQUEO AL VAPOR
En la industria del Petróleo y en la Industria Química, el CRAQUEO es el proceso
por el cual se rompen (craquean) moléculas orgánicas complejas (hidrocarburos
pesados) para formar moléculas más simples y cortas, que generalmente son
hidrocarburos ligeros, los cuales son los principales compuestos para formar los
productos petroquímicos. La ruptura de moléculas se da entre los enlaces carbono-
carbono (-c-c-).
La relación y el rendimiento del craqueo para formar hidrocarburos ligeros, depende
en gran medida de la temperatura y la presencia de catalizadores. Los hidrocarburos
producidos son en mayor parte alcanos y alquenos de cadena corta. Más simple, el
craqueo de hidrocarburos es el proceso de ruptura de hidrocarburos de cadena larga a
hidrocarburos de cadena corta. Aplicaciones:
El proceso de Craqueo en la Refinación de Petróleo permite la producción de
productos ligeros como GLP (gas licuado de Petróleo) y gasolina teniendo como
alimentación las fracciones pesadas producidas en el proceso de Destilación, tales
como el Gasóleo y el Crudo Reducido. El Craqueo Catalítico Fluido (FCC por sus
siglas en inglés) produce grandes cantidades de gasolina y GLP, mientras que el
proceso de Hidrocraqueo (Hydrocracking o Craqueo por Hidrógeno) es en gran parte
la fuente de Combustible de Aviación (Jet fuel), Diesel, Naftas y GLP.
El proceso de Craqueo Térmico tiende actualmente a "mejorar" (upgrade -
transformar fracciones pesadas en fracciones más ligeras de mayor valor económico)
fracciones muy pesadas del crudo o a producir fracciones ligeras o destilados medios
(Diesel y Turbo), también, el proceso de Craqueo Térmico produce combustible para
quemadores y Coque (la fracción más pesadas del crudo, la cual es en su mayoría
Carbono sólido). Un ejemplo de este Craqueo Térmico sería el Proceso
"VISBREAKING", el cual consiste en la reducción de viscosidad generalmente del
residual de vacío para producir GLP, gasolina y destilados medios de mayor valor
económico, y también para producir "material de corte" el cual se utiliza
principalmente para ser mezclado con productos pesados con el fin de llevar su
viscosidad a los límites de comercialización (todos los productos de la Refinación,
para poder ser comercializados, deben cumplir especificaciones técnicas, y una de
ellas es la viscosidad).
El Craqueo Térmico puede ser de dos formas, dependiendo del rango de producción.
Uno de ellos es el craqueo térmico a altas temperaturas, mejor conocido como
"Craqueo al Vapor" (Steam Cracking) o "Pirólisis" (Pyrolisis), el cual opera a
temperaturas en el rango de 750 °C - 900 °C y un poco más, y produce en su mayoría
ETILENO (principal materia prima para la elaboración de productos Petroquímicos)
y otros productos que sirven como alimentación para la industria petroquímica. El
otro proceso es un craqueo a temperaturas medias, como el proceso de
"Coquificación Retardada" (Delayed Coking), el cual opera aproximadamente a
500°C, y produce, bajos las condiciones correctas, Coque de Corte el cual es un
coque muy cristalino utilizado en la producción de Electrodos para la industria del
acero y del aluminio.
PLANTAS DE REFINACIÓN INVOLUCRADA EN LA
PRODUCCIÓN DE OLEFINAS.
CATALÍTICA
Planta que se emplea para producir principalmente gasolina estabilizada de alto
octano (59 por ciento en volumen), gas residual que se adiciona al gas combustible de
la refinería, propano-propileno, butano-butileno, aceite cíclico ligero y aceite cíclico
pesado, teniendo como carga gasóleo pesado primario y gasóleos de la planta de
vacío. La planta cuenta con cuatro secciones: reacción, fraccionamiento principal,
tratamiento con amina, sosa y Merox y fraccionamiento de licuables. La mezcla de
gasóleos se recibe en un reactor tubular, previo calentamiento con los fondos de la
fraccionadora principal. En el reactor los gasóleos se mezclan con el catalizador
(zeolítico) y en compañía de una alimentación de vapor se llevan a cabo las
reacciones de desintegración a una temperatura aproximada de 520º C; los
hidrocarburos de menor peso molecular producido y el catalizador gastado y vapor
salen del reactor y entran a un conjunto de ciclones donde se separa el catalizador
gastado, agotándosele los hidrocarburos para luego pasar a un regenerador en donde
se le quema el carbón a 680º C; la corriente de hidrocarburos libre se alimenta
posteriormente a la fraccionadora principal para separarse en gases licuables,
gasolina, aceite cíclico ligero, aceite cíclico pesado y residuo catalítico. Por el fondo
de la fraccionadora se recuperan granos finos de catalizador arrastrado junto con el
residuo. Las corrientes obtenidas de la fraccionadora principal son tratadas en las
secciones respectivas para eliminarles el ácido sulfhídrico. Después del
endulzamiento las corrientes se alimentan a la sección de fraccionamiento de
licuables para separar el propano, propileno, butano-butileno Fig 4. En el caso del gas
y gasolina, éstos son enviados a gas combustible y a tanques de gasolina estabilizada
respectivamente.
Figura 4. Diagrama de la planta de Catalítica
ALQUILACIÓN
Proceso para la producción de un componente de gasolinas de alto octanaje por
síntesis de butilenos con isobutano. El proceso de alquilación es una síntesis química
por medio de la cual se une un alcano ramificado al doble enlace de un alqueno,
extraído del craking o segunda destilación. Al resultado de la síntesis se le denomina
alquilado o gasolina alquilada, producto constituido por componentes isoparafínicos.
Su objetivo es producir una fracción cuyas características tanto técnicas (alto octano)
como ambientales (bajas presión de vapor y reactividad fotoquímica) la hacen hoy en
día, uno de los componentes más importantes de la gasolina reformulada. La
alquilación es un proceso catalítico que requiere de un catalizador de naturaleza ácida
fuerte, y se utilizan para este propósito ya sea ácido fluorhídrico o ácido sulfúrico.
Figura 5. Diagrama de una planta de Gasificación
INTERPRETACIÓN INDIVIDUAL
La obtención de hidrogeno y olefinas a través de los procesos de Gas de
Síntesis es esencial en la industria Petroquímica y el gas natural por sus
características físico químicas es la materia prima de donde se puede obtener grandes
volúmenes de hidrogeno que se pueden obtener con la utilización de este proceso
además, debido al bajo costo del gas dentro del mercado interno a diferencia del
mercado internacional. Esta situación unida a las características de producción en los
yacimientos del país excedente a los requerimientos del mercado nacional, descarta
cualquier competencia ante otras alternativas y hace inevitable rechazar su uso como
suministro en el procesamiento de hidrogeno y convertirse en fuente potencial para el
desarrollo de la industria petroquímica nacional.
GLOSARIO DE TÉRMINOS
Alquilación:
(Alkylation). Proceso mediante el cual una isoparafina (de cadena corta) se combina
químicamente con una olefinas en presencia de un catalizador para formar otra
isoparafina (de cadena larga), llamada alquilado el cual tiene un alto octanaje.
Alquilado:
Producto de la reacción de Alquilación entre el isobutano con butileno en presencia
de un catalizador ácido a una temperatura entre 0 y 10 °C para formar hidrocarburos
ramificados, principalmente isooctano, con un índice de octano de alrededor de 94,
por lo cual es muy apreciado para preparar gasolina de alto octano. Se encuentran
plantas de alquilación en las refinerías de Cadereyta, Madero, Salamanca, Salina cruz
y Tula.
Amoniaco:
(Ammonia) Gas incoloro de olor muy irritante, más ligero que el aire, fácilmente
licuable a presión, soluble en agua y metanol cuya fórmula es NH3.
Se produce por la combinación directa de hidrógeno y nitrógeno en presencia de un
catalizador y presión en la petroquímica Camargo, Cosoleacaque y Salamanca. El
amoniaco anhidro se utiliza principalmente en la producción
de fertilizantes nitrogenados. Se maneja por medio de ductos y carrotanques
Aromáticos:
(Aromatics). Hidrocarburos con estructura cíclica insaturada, que generalmente
presentan olor y buenas propiedades solventes, por ejemplo, el benceno.
Barril:
Unidad de medida volumétrica empleada en varios países, entre ellos E.E.U.U. Un
barril de petróleo equivale a 159, litros, o sea que un metro cúbico de petróleo
equivale a 6,29 barriles.
Benceno:
(Benzene). Es el compuesto aromático más simple y una de las más importantes
materias primas de la industria química.
. B
A
C
Carbón residual:
Producto sólido, negro y brillante obtenido por el craqueo de los residuos pesados del
petróleo. Se lo denomina también coque de petróleo.
Es un combustible de primera clase para la metalurgia y la industria cerámica.
También se lo utiliza en la fabricación de dínamos y abrasivos, y en las industrias del
aluminio y de la pintura.
No debe confundirse con el coque, que es un carbón mineral que se usa como
combustible en las acerías.
Condensado de gas:
Hidrocarburo que se mantiene en estado gaseoso en las condiciones de su depósito
natural pero por las altas presiones se licua en las condiciones superficiales normales.
En otros países se lo conoce como líquido del gas natural.
Criogénico:
(Cryogenic Process). Proceso de refrigeración, a que se somete el gas natural con el
fin de recuperar los líquidos componentes más pesados que el metano; principalmente
etano.
Conversión:
Procedimiento que permite disminuir el contenido de monóxido (bióxido de carbono
e hidrógeno) de un gas combustible por medio de una transformación catalítica en
presencia de vapor de agua.
Craqueo:
Transformación por ruptura de las grandes moléculas de crudos y gases para
obtenerlas más pequeñas a fin de aumentar la proporción de productos ligeros y
volátiles.
Se distinguen en craqueo térmico y catalítico. El térmico se realiza únicamente por la
acción del calor y la presión, mientras que el craqueo catalítico utiliza catalizadores
que permiten, igualdad de temperatura, mayores transformaciones.
D
Desintegración térmica:
(Thermal cracking). Proceso utilizado originalmente para la producción de gasolinas
y destilados ligeros; actualmente usado para la reducción de viscosidad de fracciones
residuales o para la producción de coque.
Destilación:
Operación que separa a los hidrocarburos en varias fracciones por vaporización
seguida de condensación.
El calentamiento de los productos a tratar se realiza, por lo general, en hornos
tubulares y separadores en columnas.
Según la naturaleza de los productos finales se efectúa una destilación a presión
atmosférica o una destilación al vacío.
Destilación al vacío:
Destilación que se realiza en una torre de fraccionamiento a presión inferior a la
atmosférica. El crudo reducido por destilación atmosférica es el que se somete a la
destilación al vacío.
Destilación atmosférica:
Primera destilación del petróleo crudo con el fin de obtener naftas, querosene,gasoil y
los productos mas pesados. Siempre se realiza a presión atmosférica.
Desulfuración:
Operación consistente en la eliminación de los compuestos de azufre contenidos en
los gases combustibles. También se la conoce como purificación del gas.
Down stream:
Giro idiomático inglés que, a igual que el término "up stream", está de moda en
nuestro país para referirse a las actividades petroleras de industrialización, transporte,
comercialización y distribución. Su traducción literal es corriente o aguas abajo.
E
Enriquecimiento del gas:
Operación dirigida a elevar el poder calórico de un gas por eliminación de elementos
inertes o a través de la incorporación de un gas con mas alto poder calórico.
Exploración:
Es la busqueda de yacimientos de petróleo y gas y comprende todos aquellos métodos
destinados a detectar yacimientos comercialmente explotables.
Incluye el reconocimiento superficial del terreno, la prospección (sísmica, magnética
y gravimétrica), la perforación de pozos de exploración y el análisis de la información
obtenida.
F
Fuel-oil:
Es un producto líquido de la refinación del petróleo utilizado principalmente en
plantas industriales y en las centrales térmicas que generan electricidad.
G
Gas ácido (o agrio):
Gas natural que contiene ácido sulfhídrico (hidrógeno sulfurado), dióxido de carbono
(anhídrido carbónico, gas carbónico) u otros componentes corrosivos y que debe ser
tratado antes de su utilización.
Gas asociado al petróleo:
Gas que se presenta en los yacimientos junto al petróleo.
Puede estar en el yacimiento como una capa libre, también mezclado con el petróleo
y presentarse como condensado formando una sola faz líquida con él en determinadas
condiciones de temperatura y presión.
El condensado se da en muchos yacimientos de la Provincia de Santa Cruz.
Gas de carbón:
Gas combustible producido por gasificación de carbón mineral mediante aire o
mezcla de aire saturado en vapor de agua.
Se lo utilizaba antiguamente en el alumbrado urbano; aún se lo sigue usando como
combustible en países que tienen grandes reservas de carbón mineral, como Sudáfrica
y otros.
Gas de refinería:
Gas producido durante el refinamiento del petróleo.
Gas húmedo:
Gas natural que contiene gas licuado de petróleo.
Gas licuado de petróleo (GLP):
Generalmente se trata de propano y de butano comerciales para usos domésticos e
industriales. Es un producto de la refinación del petróleo.
Con el mismo nombre, y denominado generalmente como GLP, también se
identifican al propano y los butanos provenientes del gas natural, que también tiene
etano.
Gas licuado:
Se emplean camiones de gran recipiente en forma cilíndrica, poliductos y buques
especialmente acondicionados.
Gas natural:
Gas que se presenta natural en el subsuelo y está constituido principalmente por
metano.
El gas natural tiene varios componentes, siendo el mas abundante el metano (80%),
que se usa en los consumos domiciliarios, comerciales e industriales.
Por su parte, el butano (2,5%) y el propano (6%) se emplean como gas licuado
provistos en distintos tipos de garrafas.
El etano (7%) es usado en la industria petroquímica como materia prima del etileno.
Gas natural seco:
Gas natural que no contiene gas licuado de petróleo y cuyo contenido básico es
metano.
Gas no corrosivo:
Gas natural que no contiene componentes sulfurados y que puede ser usado sin previa
purificación.
Gas-oil:
Subproducto de la refinación del petróleo utilizado básicamente por camiones,
ómnibus y maquinaria agrícola.
Gasolina natural:
Mezcla estabilizada de hidrocarburos extraídos del gas natural por diversos métodos.
Se obtiene un producto apropiado para ser mezclado con naftas derefinación.
Gas seco:
Gas natural cuyo contenido de agua ha quedado reducido por un proceso de
deshidratación.
H
Hidrocarburos:
Así como el agua está formada por dos elementos químicos: hidrógeno y oxígeno, los
hidrocarburos están constituidos por carbono e hidrógeno.
Según el número de los átomos de carbono variarán las propiedades de los
hidrocarburos.
A temperatura ambiente y presión atmosférica los hidrocarburos que tengan hasta 4
átomos de carbono son gaseosos (metano, etano, propano, butano).
Entre 5 y 16 átomos de carbono son líquidos (ciclo pentano, ciclo hexano, metil ciclo
hexano y benceno).
Los hidrocarburos que posean mas de 16 átomos son sólidos (donde predominan los
asfaltos).
I
Indicios:
Presencia de petróleo crudo o de gas en las muestras, testigos cilíndricos, ripios y
lodo de inyección de un pozo de perforación.
J
K
L
Licuación:
Operación que consiste en transformar el gas natural en la zona del yacimiento a su
faz líquida con el propósito de transportarlo.
Líquidos de gas natural:
Partes de gas natural recuperadas en estado líquido en los separadores e instalaciones
de tratamiento de los gases.
Entre los líquidos de gas natural se incluyen el etano, el propano, los butanos, los
pentanos, la gasolina natural y los condensados.
Además pueden contener, en pequeñas cantidades, productos distintos a los
hidrocarburos.
Ll
M
Metanol
(alcohol metílico, alcohol de madera): (Methyl alcohol, methanol).
Líquido incoloro, volátil muy polar, densidad 0.792 (20/4 °C) y fórmula CH3-OH. Se
sintetiza al reaccionar hidrógeno con monóxido de carbono, estos dos componentes
constituyen el gas de síntesis, que se obtiene por reformación del gas natural.
N
Nafta común y súper:
Son productos de la refinación del petróleo que se utilizan como combustibles de los
automóviles.
La nafta súper da mayor potencia a los motores por ser de mayor octanaje.
Las naftas sin plomo son conocidas como SP o naftas verdes.
Nafta virgen:
Es un derivado de refinería y su utilización no es energética.
Se trata de una materia prima de la industria petroquímica.
Ñ
O
P
Presión del gas:
Según el nivel de presión natural el gas se clasifica de baja, mediana y alta presión.
Q
R
Red de distribución de gas:
Red de cañerías que tiene por objeto la distribución local de un gas combustible.
Red de gasoductos:
Sistema integrado de gasoductos de un país, región o provincia.
Relación Gas/Petróleo:
Volumen de gas producido simultáneamente por un pozo con relación a cada metro
cúbico de petróleo.
S
T
U
V
Venteo del gas:
Consiste en el no aprovechamiento del gas surgente de un pozo de producción de
petróleo, que se quema (tipo antorcha) por motivos de seguridad.
Este procedimiento puede deberse a diversas causas:
a) Por no existir instalaciones de gasoductos
b) Por tratarse de pozos aislados
c) Por tratarse de un gas con contenido de sustancias inertes nocivas al consumo
(CO2 Y SH2).
d) Despilfarro del gas natural por el intento del aprovechamiento exclusivo del
petróleo.
W
X
Y
Yacimiento de petróleo o gas:
Formación geológica continúa de roca porosa y permeable por la que pueden circular
los hidrocarburos, agua y otros gases.
Un mismo depósito puede estar constituido por diversas clases de rocas,
predominantemente areniscas y calizas.
Los yacimientos son acumulaciones comerciales de petróleo o gas que ocupan un
depósito independiente sometido a un único sistema de presión.
Existen también yacimientos mixtos con diversas relaciones de gas/petróleo.
Z
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
Proceso de Haber; Consulta: 25 de Noviembre de 2013;
[Disponible en línea]:
http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_Haber
Textos científicos.com; Consulta: 25 de Noviembre de 2013;
[Disponible en línea]:
http://www.textoscientificos.com/quimica/metanol/obtencion
Producción de olefinas; Consulta: 25 de Noviembre de 2013;
[Disponible en línea]:
http://es.wikipedia.org/wiki/Producci%C3%B3n_de_olefinas
Petroquímica; Consulta: 24 de Noviembre de 2013;
[Disponible en línea]:
http://petroquimicaperu.blogspot.com/2011/07/proceso-de-craqueo.html
La Comunidad Petrolera; Consulta: 24 de Noviembre de 2013;
[Disponible en línea]:
http://www.lacomunidadpetrolera.com/showthread.php/454-Alquilaci%C3%B3n
Google Buscador; Consulta: 27 de Noviembre de 2013;
[Disponible en línea]:
http://www.google.com