Anexo 1 Descripcion Proceso

Anexo 1 Descripción Proceso Adenda 1 Proyecto Nueva Unidad de Alquilación

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ANEXO 1

DESCRIPCIÓN PROCESO


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2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO La nueva Planta de Alquilación comprende los siguientes procesos y unidades:

- Pretratamiento de la carga de butilenos (Unidad de Saturación de Diolefinas). - Isomerización de butanos normales para producir isobutano (Unidad de

Isomerización de Butanos). - Alquilación (Unidad de Alquilación propiamente tal). - Regeneración de ácido sulfúrico gastado (Unidad de Regeneración de Ácido

Sulfúrico). El pretratamiento de la carga de butilenos de refinería tiene por objeto remover las diolefinas convirtiéndolas a butilenos. Esto tiene dos ventajas: por un lado aumenta el rendimiento de alquilato y por otro lado reduce el consumo de ácido sulfúrico.

La isomerización de butanos normales tiene por objeto ajustar el balance de isobutano/butilenos para el proceso de Alquilación. Normalmente las refinerías son deficitarias en isobutano para alquilar todos los butilenos. Para ajustar el balance, se isomeriza butano normal a isobutano. El butano normal es un inerte en la reacción de Alquilación.

El proceso de Alquilación consiste en la reacción de polimerización de butilenos (hidrocarburos olefínicos de 4 átomos de carbono) con isobutano (hidrocarburo parafínico de 4 átomos de carbono) para producir alquilato (hidrocarburo parafínico de 8 átomos de carbono). La reacción se produce en fase líquida a baja temperatura y emplea ácido sulfúrico como catalizador. El ácido sulfúrico fresco alimentado a la unidad de Alquilación tiene una concentración de 99,2 % en peso. Luego de la reacción se tiene un ácido sulfúrico gastado de 88 % en peso.

La unidad de regeneración de ácido sulfúrico gastado tiene por objeto concentrar el ácido a 99,2 % en peso.


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Unidad de Alquilación

R eciclo Isobutano

Butilenos U nidad de Saturaciónde Refinería de D iolefinas

Sección de Reacción Sección de AlquilatoButanos Saturados Fraccionam ientode Refinería

Aci

do fr

esco

Aci

do G

asta

do

But

ano

Nor

mal

Un idad de U nidad de

Regeneración Isom erizaciónde Acido Sulfúrico Isobutano de Butanos

En la Tabla N° 4 se presenta un balance de masa global por cada unidad mientras que en la Tabla N° 5 siguiente se indican los principales suministros requeridos en cada unidad.


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Tabla N° 4 Balance de Masa Global - Planta de Alquilación

Unidad de Saturación de Diolefinas Materias Primas e Insumos kg/h Productos y Efluentes kg/h - Butilenos de Refinería - Hidrógeno (de Unidad de Isomerización de Butanos)

26.527

15

- Butilenos (a Unidad de Alquilación) - Gas Combustible (a Refinería) - Agua (a Unidad de Alquilación)

26.458 61 23

Unidad de Isomerización de Butanos Materias Primas e Insumos kg/h Productos y Efluentes kg/h

- Butanos Saturados (de Unidad de Alquilación) - Hidrógeno de Refinería - Soda caustica al 10 % - Percloroetileno

11.646

29 25 2

- Isobutano (a Unidad de Alquilación) - Gas Combustible (a Refinería) - Hidrógeno (a Unidad de Saturación de Diolefinas) - Agua (a Unidad de Alquilación) - Soda agotada (a Unidad Alquilación)

11.383 272 15

5

27 Unidad de Alquilación

Materias Primas e Insumos kg/h Productos y Efluentes kg/h - Isobutano (de Unidad de Isomerización de Butanos) - Butilenos (de Unidad de Saturación de Diolefinas) - Butanos Saturados (de Refinería) - Acido Sulfúrico de 99.2% (de Un.Regeneración Acido) - Condensado - Soda caustica al 10 % - Acido Débil (de Reg.Acido) - Aguas y sodas otras plantas

11.383

26.458

6.249

1.303

9.149 273 730 55

- Alquilato - Butanos Saturados (a Unidad de Isomerización de Butanos) - Propano - Gases de blowdown - Acido Sulfúrico gastado - Agua efluente neutralizada

31.174

11.646 1.148

1 1.455 10.176

Unidad de Regeneración de Ácido Sulfúrico Materias Primas e Insumos kg/h Productos kg/h - Ácido Sulfhídrico (de Refinería) - Ácido Gastado (de Unidad de Alquilación) - Gas Combustible (de Refinería) - Agua de Proceso - Agua Desmineralizada - Aire - Aire de Dilución

17

1.455

115

120 131

2.892 1.465

- Acido Sulfúrico de 99.2 % (a Unidad de Alquilación) - Acido Débil (a Unidad de Alquilación) - Gas de Chimenea - Venteo de Aire

1.303

730

3.337

825

Nota: el balance de masa para la Unidad de Regeneración de Ácido Sulfúrico corresponde al de la capacidad normal de requerimiento de la Unidad de Alquilación, es decir, 31 ton de Acido Sulfúrico (base 100 %) al día. La capacidad de diseño de la Unidad de Regeneración de Acido Sulfúrico es de 50 toneladas/día.


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Tabla N° 5 Suministros - Planta de Alquilación

Nota: los insumos son reportados en Tabla Nº 4

Unidad Saturación de Diolefinas Vapor, kg/h 2.300 Condensado, kg/h - 2.300 Agua de refrigeración, m3/h 25,4 Isomerización de Butanos Vapor, kg/h 1.900 Condensado, kg/h - 1.900 Agua de refrigeración, m3/h 6,1 Alquilación Vapor, kg/h 36.025 Condensado, kg/h - 36.025 Agua de refrigeración, m3/h 115,4 Regeneración de Ácido Sulfúrico Agua de refrigeración, m3/h 180,0


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2.1.2 Descripción de la Etapa de Operación A continuación se describe la operación de las cuatro unidades incluidas en el proyecto “Nueva Unidad de Alquilación” de Enap Refinerías S.A.

2.1.2.1 Unidad de Isomerización de Butanos La Unidad de Proceso de Isomerización de Butanos ha sido diseñada específicamente para realizar una continua isomerización catalítica de butanos, es decir, convertir butanos normales en isobutano. Las reacciones se llevan a cabo en un ambiente hidrogenado, sobre una cama catalítica fija y dentro de condiciones operativas que promueven la isomerización y minimizan el hidrocraqueo. La corriente de butanos saturados proveniente de la unidad de Alquilación es secado para removerle el agua. Luego del secado, es combinada con una corriente de hidrógeno proveniente de la refinería, el que es previamente comprimido y luego secado para removerle agua si hubiere. La carga combinada es precalentada en dos intercambiadores de calor, que utilizan la salida de los reactores de isomerización como medio de calefacción, y en un tercer calentador que utiliza vapor. En los reactores (operados en serie) ocurre la transformación de butano normal a isobutano a una presión de 32 kg/cm2 y a una temperatura en el rango de 140-180 ºC. Como promotor de las reacciones se utiliza percloroetileno, el que es inyectado a la alimentación de los reactores. La corriente de salida de los reactores es utilizada para calentar la alimentación a los mismos y luego es enviada a una torre de destilación para fraccionar el producto. Por el fondo se obtiene una corriente rica en isobutano y por el tope una corriente de gas combustible. La corriente rica en isobutano se envía a la Unidad de Alquilación, mientras que la corriente gaseosa pasa por un lavador. En el lavador se utiliza condensado y una solución cáustica para atrapar el ácido clorhídrico (HCl) que se formó en los reactores, debido a la presencia de cloro. El gas combustible purificado se envía finalmente al circuito de gas combustible de la refinería. Desde esta torre lavadora se debe eliminar en forma periódica aproximadamente 5 m3 de solución cáustica por semana, la cual es conducida a la pileta de neutralización de la Unidad de Alquilación. En la Figura N° 3 se presenta un diagrama de flujo para la Unidad de Isomerización de Butanos y a continuación se presenta el balance de masa respectivo:


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Entradas Salidas Corriente Butanos

Saturados Hidrógeno Percloro-

etileno Soda

Caustica Isobutano Gas

Combustible Hidrógeno Agua de

Secadores Soda

Agotada Origen Unidad de

Alquilación Refinería Refinería Refinería - - - - -

Destino - - - - Unidad de Alquilación

Refinería Unidad de Saturación Diolefinas

Tambor Degasificador de Unidad de Alquilación

Pileta de Neutralización de Unidad de Alquilación

Componente (kg/h)

Agua 6 - - 22,1 1 - 5 23,3 Hidrógeno - 29 - - 13 15 - - Metano - - - - - 8 - - - Etano - - - - 6 21 - - - Propano - - - - 84 88 - - - Isobutano 267 - - - 6.763 125 - - - Butano Normal

11.243 - - - 4.291 16 - - -

Isopentano 130 - - - 180 - - - - Pentano - - - - 50 - - - - Hexanos - - - - 9 - - - - Hidróxido sodio - - - 2,5 - - - - 0,5 Cloruro sodio - - - - - - - - 2,8 Percloroetileno - - 2,0 Flujo Total (kg/h)

11.646 29 2,0 24,6 11.383 272 15 5 26,6


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Figura N° 3 Diagrama de Flujo - Unidad de Isomerización de Butanos

Hidrógenode Refinería

29 kg/hSecador de Percloroetileno

Compresor Hidrógeno 2,0 kg/h

Hidrógenoa Saturaciónde Diolefinas

15 kg/h Precalentador Precalentador Calentador

Reactor A Reactor BVapor

Condensado

Secador deButanos

CondensadorButanos Saturados de Tope(de S.Fraccionamiento Gas CombustibleUnidad de Alquilación) 272 kg/h11.646 kg/h (a Refinería)

Acumuladorde Tope

________________ Condensado________ (normalmente

Vapor ________ 0 kg/h)Condensado ________ Lavador

Vaporizador ________ Torre de________ Fraccionamiento________________

Agua de Agua de ________Enfriador Enfriamiento Enfriador ________ Soda Caustica

al 10 %Vapor 24,6 kg/hCondensado

RehervidorCoalescedor

Isobutano Soda Agotada (a PiletaAgua (a Tambor Degasificador (a S.Fraccionamiento de Neutralización - S.BlowdownSecc.Blowdown - Un.Alquilación) Unidad de Alquilación) de Unidad de Alquilación)

5 kg/h 11.383 kg/h 26,6 kg/h

Enfriamiento


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2.1.2.2 Unidad de Saturación de Diolefinas En la unidad de Saturación de Diolefinas, la hidrogenación selectiva pretrata la carga de Butilenos de Refinería con el objeto de convertir las diolefinas (butadienos) a butilenos. Esto tiene dos ventajas: por un lado aumenta el rendimiento de alquilato y por otro lado reduce el consumo de ácido sulfúrico. En primer lugar, la carga es calentada hasta 80 ºC en dos intercambiadores de calor. En el primero, el medio de calefacción es la corriente de fondo de la torre desorbedora y en el segundo vapor. Luego, la carga se mezcla con hidrógeno y entra al reactor, el cual opera a una presión de 31 kg/cm2g. En este reactor, el hidrógeno reacciona selectivamente con las diolefinas (butadienos que son hidrocarburos con dos dobles enlaces) para formar olefinas (butilenos que son hidrocarburos con un doble enlace). La corriente de salida del reactor se alimenta a una torre desorbedora, donde por el tope se separa el gas combustible remanente de la corriente principal y se separa además el agua que viene en la carga de Butilenos. La corriente de fondo de la torre desorbedora, mezcla de butilenos, isobutanos y butano, es enviada a la unidad de Alquilación y corresponde a la corriente de Butilenos a Alquilación. En la Figura N° 4 se presenta el respectivo diagrama de flujo para la Unidad de Saturación de Diolefinas y a continuación se presenta el balance de masa respectivo:


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Entradas Salidas Corriente Butilenos Hidrógeno Butilenos Gas

Combustible Agua

Origen Refinería Un. de Isomerización

de Butanos

- - -

Destino - - Unidad de Alquilación

Refinería Tambor Degasificador de Unidad de Alquilación

Componente (kg/h) Agua 23 - - - 23 Hidrógeno - 15 - 5 - Propileno 283 - 274 9 - Propano 549 - 538 11 - Butadieno 171 - - - - Isobutileno 3.868 - 3.860 6 - 1-Buteno 3.398 - 3.417 5 - 2-cis Buteno 2.867 - 2.850 2 - 2-trans Buteno 4.116 - 4.181 4 - Isobutano 7.419 - 7.408 16 - Butano normal 3.356 - 3.453 3 - 2 Metil 1 Buteno - - 21 - - 3 Metil 1 Buteno 175 - - - - 2 Metil 2 Buteno - - 154 - - Isopentano 288 - 288 - - Pentano normal 14 - 14 - - Flujo Total (kg/h)

26.527 15 26.458 61 23


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Figura N° 4 Diagrama de Flujo - Unidad de Saturación de Diolefinas

Condensadorde Tope

Gas Combustible 61 kg/h(a Refinería)

Acumuladorde Tope

______________________________ Agua (a Tambor Degasificador

Reactor ______ Secc.Blowdown - Un.Alquilación)Hidrógeno (de Unidad ______ 23 kg/hde Isomerización de ______Butanos) 15 kg/h ______ Torre Desorbedora

__________________

Vapor ______Condensado

CalentadorVaporCondensado

Rehervidor

PrecalentadorButilenos (a Unidad deAlquilación - SecciónReacción) 26.458 kg/h

Butilenos de Refinería Enfriador26.527 kg/h


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2.1.2.3 Unidad de Proceso de Alquilación La unidad de Alquilación tiene por objeto producir el alquilato (gasolina de alto octanaje libre de benceno, de compuestos olefínicos y aromáticos, libre de azufre y de baja presión de vapor), a partir de butilenos provenientes de la unidad de Saturación de Diolefinas y de Isobutano proveniente de la unidad de Isomerización de Butanos, en presencia de Acido Sulfúrico proveniente de la unidad de Regeneración de Acido. La unidad de Alquilación está formada por 5 secciones: • Sección de reacción • Sección de refrigeración • Sección de tratamiento de efluente de reactores • Sección de fraccionamiento • Sección de blowdown A continuación se presenta el balance de masa de la unidad de Alquilación y se describen las distintas secciones con sus respectivos diagramas de flujo (Figuras N° 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 y 5-5).


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Entradas Corriente Butilenos Isobutano Butanos Condensado Soda al

10 % Ac. Sulfúrico

Fresco Acido Débil Soda Agotada Agua

Coalescedor Agua

Desorbedor Origen Comp (kg/h)

Unidad de Saturación Diolefinas

Unidad de Isomerización

de Butanos

Refinería Refinería Refinería Unidad de Regeneración

de Acido

Unidad de Regeneración

de Acido


de Butanos


de Butanos

Unidad de Saturación Diolefinas

Agua - - 5 9.149 246 10 710 23,3 5 23 Etano - 6 - - - - - - - - Propileno 274 - - - - - - - - - Propano 538 84 505 - - - - - - - Isobutileno 3.860 - - - - - - - - - 1-Buteno 3.417 - - - - - - - - - 2-cis Buteno 2.850 - - - - - - - - - 2-trans Buteno

4.181 - - - - - - - - -

Isobutano 7.408 6.763 1.896 - - - - - - - Butano normal

3.453 4.291 3.768 - - - - - - -

2 Metil 1 Buteno

21 - - - - - - - - -

2 Metil 2 Buteno

154 - - - - - - - - -

Isopentano 288 180 75 - - - - - - - Pentano normal

14 50 - - - - - - - -

Hexanos - 9 - - - - - - - - Ac.Sulfúrico 100 %

- - - - - 1.293 20 - - -

Hidróxido sodio

- - - - 27 - - 0,5 - -

Cloruro sodio

- - - - - - - 2,8 - -

Sulfato sodio

- - - - - - - - - -

Total (kg/h) 26.458 11.383 6.249 9.149 273 1.303 730 26,6 5 23


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Salidas Corriente Alquilato Butanos Saturados Propano Gases de

Blowdown Acido Sulfúrico Gastado Agua

Neutralizada Destino Comp. (kg/h)

Refinería Unidad de Isomerización de Butanos

Refinería Refinería Unidad de Regeneración de Acido

Refinería

Agua - 6 - - 55 10.123 Etano - - 6 - - - Propileno - - - - - - Propano - - 1.127 - - - Isobutileno - - - - - - 1-Buteno - - - - - - 2-cis Buteno - - - - - - 2-trans Buteno - - - - - - Isobutano - 267 15 1 - - Butano normal 262 11.243 - - - - 2 Metil 1 Buteno - - - - - - 2 Metil 2 Buteno - - - - - - Isopentano 1.765 130 - - - - Pentano normal 64 - - - - - HC Pesados 29.083 - - - 121 - Ac.Sulfúrico 100 % - - - - 1.279 - Hidróxido sodio - - - - - - Cloruro de sodio - - - - - 3 Sulfato de sodio - - - - - 50 Fl. Total (kg/h) 31.174 11.646 1.148 1 1.455 10.176


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• Sección de reacción. A la sección de reacción (Figura 5-1), se alimentan las corrientes de: - Butilenos provenientes de la unidad de Saturación de Diolefinas, - Butanos Saturados provenientes de la refinería, y - reciclo de isobutano proveniente de la sección de fraccionamiento de la unidad de Alquilación. Tal como se indicó previamente, la reacción de alquilación corresponde a la polimerización de butilenos (hidrocarburos olefínicos de 4 átomos de carbono) con isobutano (hidrocarburo isoparafínico de 4 átomos de carbono) para producir un hidrocarburo isoparafínico de 8 átomos de carbono en presencia de ácido sulfúrico el que actúa como catalizador. Los compuestos parafínicos normales, como propano, butano normal, pentano normal no participan en la reacción. La carga combinada es enfriada por intercambio de calor con la corriente efluente de los reactores hasta 9º C. Esta carga pasa por un coalescedor, donde el agua libre (principalmente de la corriente de butanos saturados de refinería) es removida minimizando así la dilución del ácido sulfúrico utilizado como catalizador. Esta corriente se mezcla con un flujo de refrigerante con lo cual la alimentación a los reactores se hace a 3 ºC. En los reactores (3 equipos en paralelo), por el lado carcasa se forma una emulsión de hidrocarburos con ácido sulfúrico proveniente de los tambores separadores de emulsión (3 equipos en paralelo). Luego de pasar por los reactores, la emulsión, que es aproximadamente 50 % ácido y 50 % hidrocarburos, es llevada a los tambores separadores de emulsión donde la fase de hidrocarburos es separada del ácido. La presión de operación es de 4 kg/cm2g con el objeto de mantener en fase líquida a los hidrocarburos. Esta fase de hidrocarburos que viene de los tambores separadores es expandida, vaporizando los compuestos más livianos, con lo cual su temperatura se reduce a 0 ºC y es retornada hacia los tubos de los reactores, sirviendo como medio de enfriamiento a estos, manteniendo así una temperatura de reacción de 7 ºC al interior de los reactores. De la salida de los tubos de los reactores, esta fase de hidrocarburos, denominada producto efluente de reactores es enviada a un tambor flash. De este tambor, los vapores son enviados al compresor de la sección de refrigeración. Este tambor tambien recibe una corriente de refrigerante proveniente de la sección de refrigeración. El tambor flash está compartimentalizado, de esta forma, las fases líquidas del refrigerante y del producto efluente de reactores no se mezclan. La corriente de refrigerante es enviada a la entrada de los reactores. El producto efluente de reactores que viene a -2 ºC es usado para enfriar la carga combinada a los reactores y es enviado a la sección de tratamiento para removerle los compuestos acídicos.


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Figura N° 5-1 Diagrama de Flujo - Unidad de Alquilación – Sección de Reacción

(de Sección de Refrigeración) (a Sección de Refrigeración)Refrigerante Vapores

Producto Efluente de Reactores

Ac.Sulfúrico Gastado(a Sección de Blowdown)

Hidrocarburos RecuperadosButilenos (de Sección Blowdown)

(de Un. de Saturaciónde Diolefinas) Ac.Sulfúrico Fresco

26.458 kg/h Acumulador (de Sección de Tratamiento de de Carga Efluentes de Reactores)

TamborFlash

Agua a Tambor RefrigeranteDegasificador

(Sección Blowdown) Carga Coalescedor(normalmente 0 kg/h) Combinada

EnfriadorButanos Saturados

de Refinería6.249 kg/h

Agua a TamborDegasificador

(Sección Blowdown)(5 kg/h)

Reciclo de Isobutano Producto Efluente de Reactores(de Secc.de Fraccionamiento) (a Secc. Tratamiento Efluente de Reactores)

(3 unidades)

Tambor Separador de EmulsiónHidrocarburos-Acido (3 Unidades)

Reactor


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• Sección de refrigeración. En la sección de refrigeración (Figura Nº 5-2), se tiene un compresor de refrigerante que comprime a 6,5 kg/cm2g la corriente de vapor (propano con isobutano principalmente) proveniente del tambor flash. Luego esta corriente es condensada en un aerorefrigerante y recogida en el acumulador de refrigerante. Del acumulador, una parte es enviada al economizador para retornar como refrigerante a la sección de reacción. La otra parte es enviada a la torre depropanizadora con el objeto de retirar los propanos que entran a la unidad de Alquilación y que no participan en la reacción. La parte que va al economizador es enfriada y expandida a 2 kg/cm2g con lo que su temperatura se reduce a 15 ºC. A esta menor presión, se produce una vaporización de los compuestos más livianos que son retornados a la succión del compresor. El economizador recibe además la corriente de fondo de la torre depropanizadora. La corriente de fondo del economizador, consistente básicamente en isobutano, es expandida nuevamente a una presión de 0,2 kg/cm2g con lo cual su temperatura se reduce a -10 ºC. Así esta corriente actúa como refrigerante y es enviada al tambor flash de la sección de reacción. La alimentación a la torre depropanizadora es mezclada con soda cáustica al 10 % y luego enviada al tambor de lavado con soda. El lavado con soda cáustica tiene por objeto remover las trazas de componentes ácidos de la corriente de alimentación a la depropanizadora. La soda cáustica se retira del lavador con una concentración de aproximadamente 7 % y enviada a la sección de tratamiento del producto efluente de reactores. Luego del lavado cáustico, la alimentación a la torre depropanizadora es lavada con agua (condensado) para remover la soda cáustica que pudiera haber sido arrastrada, y luego fluye hacia la torre. El agua de lavado es también enviada a la sección de tratamiento del producto efluente de reactores. En la torre depropanizadora se separa el propano del refrigerante (principalmente isobutano). El propano es enviado a los estanques de producto de la refinería, mientras que el refrigerante es devuelto hacia el economizador.


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Figura N° 5-2 Diagrama de Flujo - Unidad de Alquilación – Sección de Refrigeración

•

Condensadorde Tope

Acumuladorde Tope

Propano______ 1.148 kg/h____________ Depropanizadora____________

VaporCondensador Condensado

de Refrigerante Rehervidor

Acumuladorde Refrigerante

Compresor Lavador CoalescedorAgua de Enfriador con SodaEnfriamiento

Economizador

Vapores Refrigerante Soda Caustica al 10% Soda Caustica al 7% 9.149 kg/h Agua(de Sección de Reacción) (a Sección de Reacción) (de Sección Blowdown) (a Secc. Trat.Efluente Condensado (a Secc. Trat.Efluente

122 kg/h de Reactores) 126 kg/h (de Refinería) de Reactores) 9.149 kg/h

(Sección Blowdown)

Agua a TamborDegasificador


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• Sección de tratamiento de efluente de reactores. La sección de tratamiento del producto efluente de reactores (Figura Nº 5-3) tiene por objeto remover los compuestos ácidos (arrastre de ácido sulfúrico, sulfatos de alquilo producto de reacciones intermedias entre ácido sulfúrico y olefinas). Si no se retiran estos sulfatos de alquilo, se producen problemas de corrosión y ensuciamiento en los equipos. Los sulfatos de alquilo son removidos mediante un lavado con ácido sulfúrico fresco de 99.2 % en peso, seguido de un lavado caliente alcalino y con un posterior lavado con agua. El producto efluente de reactores es mezclado con ácido sulfúrico y enviado al tambor coalescedor de lavado ácido. En este lavado, los sulfatos de alquilo son removidos hacia la fase del ácido. Por el fondo del coalescedor se tiene una corriente ácida de la cual una parte es recirculada al mezclador y otra parte es enviada hacia los reactores como corriente de ácido sulfúrico catalizador. Luego del lavado ácido, la fase hidrocarburos es enviado a un lavado alcalino caliente a 49 ºC. A esta temperatura, los sulfatos de alquilo que no fueron removidos en el lavado ácido previo son descompuestos a ácido sulfúrico. La soda cáustica de la corriente alcalina neutraliza así este ácido sulfúrico y neutraliza tambien las trazas de ácido arrastrados del lavado ácido previo. La corriente alcalina de lavado está formada por la soda cáustica proveniente del lavador con soda de la sección de refrigeración y por la corriente de agua que viene del lavado con agua siguiente. Del fondo del tambor de lavado alcalino, se tiene la recirculación hacia el mezclador y se extrae una corriente de agua alcalina que es enviada al tambor degasificador de la sección de blowdown. Luego del lavado alcalino, se tiene un lavado con agua que tiene por objeto remover los restos de soda cáustica que se pudieren arrastrar del lavado alcalino. Si no se retira estos arrastres de soda se tendría problemas de ensuciamiento en la torre deisobutanizadora de la sección de fraccionamiento.


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Figura N° 5-3 Diagrama de Flujo - Unidad de Alquilación – Sección de Tratamiento de Efluente de Reactores

•

Coalescedorde Lavado Acido Mezclador Mezclador

Efluente Netoa Deisobutanizadora

(a Sección Fraccionamiento)Mezclador

Producto Efluente de Reactores(de Secc. de Reacción) Tambor de Coalescedor de

Lavado Alcalino Lavado con AguaRecirculación Acida

Ac.Sulfúrico Agua Alcalina Gastada(a Sección de Reacción) Vapor a Tambor Degasificador

Condensado (a Sección Blowdown)9.235 kg/h

Recirculación Alcalina Recirculaciónde Agua

Acido Sulfúrico Fresco Soda Caustica al 7% Agua del coalescedor de la 1.303 kg/h de lavador con soda carga a la depropanizadora

(de Un. de Regeneración de Acido) (de Sección de Refrigeración) (de Sección de Refrigeración)126 kg/h 9.149 kg/h


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• Sección de fraccionamiento. La sección de fraccionamiento (Figura Nº 5-4) tiene por objeto separar el producto tratado efluente del reactor (proveniente de la sección de tratamiento del efluente de reactores) en corrientes de isobutano, butano normal y alquilato y separar además la corriente rica en isobutano (aprox. 60 % en peso) proveniente de la unidad de Isomerización de Butanos. Esta sección comprende principalmente dos torres fraccionadoras: deisobutanizadora y debutanizadora. La torre deisobutanizadora recibe como alimentación el efluente neto tratado y la corriente rica en isobutano que viene de la unidad de Isomerización de Butanos. Por el tope de la fraccionadora se tiene una corriente de isobutano (aprox. 86 %) y por el fondo se tiene una mezcla de alquilato y butanos. La corriente de isobutano es reciclada a la sección de reacción, con el objeto de mantener una relación de 10 a 1 de isobutano a butilenos en los reactores, de forma de lograr el rendimiento y calidad óptima de alquilato. La corriente de fondo es alimentada a la torre debutanizadora para separar los butanos del alquilato. Las condiciones de operación de esta columna están fijadas para lograr un producto alquilato con un máximo de 1 % de butanos con el propósito de lograr una presión de vapor mínima. La corriente de fondo es enfriada y enviada a la refinería para la formulación de las gasolinas producto. El tope que corresponde a la corriente de butanos saturados con un 96.5 % de butanos normales es enviada a la unidad de Isomerización de Butanos.


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Figura N° 5-4 Diagrama de Flujo - Unidad de Alquilación – Sección de Fraccionamiento

Condensador de Condensador deTope de Deisobutanizadora Tope de Debutanizadora

Acumulador de Acumulador deDeisobutanizadora Debutanizadora

____ ____ Butanos Saturados____ ____ (a Un.Isomerización Butanos)____ ____ 11.646 kg/h

Deisobutanizadora ____ ____ Debutanizadora____ ________ ________ ________________ Vapor____ Condensado____ Rehervidor

Vapor Enfriador Alquilato ProductoCondensado Alquilato Producto Rehervidor 31.174 kg/h

Efluente Neto tratado(de Sección Tratamiento

Agua a Tambor Degasificador(Sección Blowdown)

Reciclo de Isobutano(a Secc.de Reacción)

Isobutano (de Un. deIsomerización Butanos)

11.383 kg/h

Agua a Tambor Degasificador(Sección Blowdown)

de Efluente de Reactores)


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• Sección de Blowdown. El ácido sulfúrico gastado proveniente de los tambores separadores de emulsión hidrocarburos-ácido de la sección de reacción es recibido en el tambor de blowdown. El tambor de blowdown está separado en dos cámaras mediante separadores internos, estos cumplen la función de separar cualquier hidrocarburo residual presente en el ácido gastado. El ácido del tambor de blowdown es enviado al estanque de ácido gastado para su posterior regeneración en la unidad de Regeneración de Acido. Los hidrocarburos pesados colectados en la otra cámara del tambor de blowdown son recirculados a los reactores. Los hidrocarburos más livianos son vaporizados debido a la menor presión de operación del tambor de blowdown. Estos vapores son tratados en un lavador cáustico de forma de removerle los compuestos ácidos antes de ser enviados a la antorcha de refinería para su disposición. Parte de la soda cáustica empleada en el lavado cáustico (soda cáustica al 10 %) es enviada a la sección de refrigeración con el objeto de tratar la alimentación a la torre depropanizadora. El resto de la soda cáustica va a la pileta de neutralización para ajustar el pH del agua efluente de la unidad de alquilación a un rango de 6 a 7. La sección de blowdown recibe además todas las aguas de proceso de las unidades que componen la planta de Alquilación, así como a las corrientes de ácido débil de la unidad de Regeneración de Acido y de soda agotada de la unidad de Isomerización de Butanos. El agua alcalina gastada proveniente de la sección de tratamiento del producto efluente de reactores, agua de los acumuladores de tope y coalescedores de la unidad de Alquilación, de la unidad de Saturación de Diolefinas y de la unidad de Isomerización de Butanos son recibidas en un tambor degasificador con el objeto de removerle las trazas de hidrocarburos que pudieren estar presente para ser luego enviadas a la pileta de neutralización. La pileta de neutralización recibe además la soda agotada de la unidad de Isomerización de Butanos y el ácido débil de la unidad de Regeneración de Ácido. La mezcla de todas estas aguas da como resultado una solución ácida, por lo que se neutraliza con una solución de soda cáustica al 10 % proveniente del lavador cáustico de los gases de blowdown. Así la pileta de neutralización entrega un agua neutralizada que es enviada al sistema de tratamiento de efluentes de la refinería.


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Figura N° 5-5 Diagrama de Flujo - Unidad de Alquilación – Sección de Blowdown

G ases de B low dow n

(a Antorcha de R efinería)1 kg /h

Ac.Sulfúrico G astado Tam bor de(de Sección de R eacción) B lowdown ^^^^^^^ Soda C austica al 10%

____ (de R efinería)____ 273 kg /h____

Agua A lca lina G astadaLavador Caustico (de Sección T rat.E fluente R eactores)

Ac.Sulfúrico G astado 1.455 kg /h de G ases de B lowdown 9.235(a U n. R egeneración de Acido)

Agua de C oalescedor de C argaH idrocarburos R ecuperados (de Sección de R eacción)

a R eactores (Secc ión de R eacc ión) 5 kg/h

Soda C austica a l 10% Aguas de A cum . Carga (S .Reacc ión),(a Sección R efrigerac ión) 122 kg/h Acum .Tope Depropanizadora (S .Refrig),

Acum .Deisobut. y A cum .D ebut. (S .F racc)Tam bor norm alm ente 0 kg/hD egasi-

Soda C austica a l 10% ficador Agua de Acum .Tope Desorbedora(a P ile ta N eutra lización) 151 kg/h (de Un. Saturación D io lefinas)

23 kg /h

Agua de Coalescedor (de U n.Isom erización Butanos)

Acido D ebil 5 kg /h(de U n. R egeneración Acido)

730 kg /hAgua N eutralizada a S istem a

Soda Agotada Tratam iento Efluentes de R efinería(de U n . Isom erización B utanos) 10.176 kg /h

26,6 kg /h

Pile ta de N eutra lización


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2.1.2.4 Unidad de Regeneración de Ácido Sulfúrico La unidad de Regeneración de Acido Sulfúrico tiene por objeto regenerar el ácido sulfúrico gastado proveniente de la unidad de Alquilación para retornarlo como un ácido fresco de mayor concentración. El proceso de Alquilación usa como catalizador ácido sulfúrico y por ello requiere que éste se alimente a una concentración de 99.2 %. Producto del proceso de alquilación, el ácido sulfúrico reduce su concentración a 88 %, debido a su dilución con agua y a la formación de polímeros pesados que salen junto con el ácido. La unidad de regeneración de ácido sulfúrico se puede dividir en cuatro secciones:

- sección horno de descomposición del ácido sulfúrico gastado - sección de enfriamiento y purificación del gas de proceso - sección de conversión - sección de absorción

A continuación se presenta el balance de masa de la unidad de Regeneración de Acido Sulfúrico y se describen las distintas secciones con sus respectivos diagramas de flujos (Figuras N° 6-1, 6-2, 6-3 y 6-4).


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Entradas Salidas Corriente Acido

Sulfúrico Gastado

Acido Sulfhídrico

Gas Combustible

Agua de Proceso

Agua Demineralizada

Aire Aire de Dilución

Acido Sulfúrico

Fresco

Acido Débil

Gas de Chimenea

Venteo de Aire

Origen


Refinería Refinería Refinería Refinería Atm Atm - - - -

Destino - - - - - - - Unidad de Alquilación


Atmósfera Atmósfera

Comp. (kg/h) CO2 - 4 - - - - - - - 462 - SO2 - - - - - - - - - 2 - NOx - - - - - - - - - 0,44 - Nitrógeno - - 13 - - 2.187 1.108 - - 2.683,87 624 Oxígeno - - - - - 660 334 - - 188,69 188 Agua 55 - 1 120 131 45 23 10 710 - 13 Ac.Sulfhídrico - 13 - - - - - - - - - Metano - - 32 - - - - - - - - Etileno - - 20 - - - - - - - - Etano - - 31 - - - - - - - - Propileno - - 5 - - - - - - - - Propano - - 3 - - - - - - - - Butilenos - - 2 - - - - - - - - Butano - - 2 - - - - - - - - Penteno - - 2 - - - - - - - - Hidrógeno - - 4 - - - - - - - - Ac.Sulfúrico 100 %

1.279 - - - - - - 1.293 20 - -

HC Pesados 121 - - - - - - - - - - Total (kg/h) 1.455 17 115 120 131 2.892 1.465 1.303 730 3.337 825 Nota: el gas de chimenea contiene 0,009 kg/h de material particulado (MP10).


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• Sección Horno de Descomposición del Ácido Sulfúrico Gastado. El ácido sulfúrico gastado con una concentración de 88 % proveniente de la unidad de Alquilación es inyectado a través de pulverizadores en el horno de descomposición, donde el ácido es descompuesto térmicamente hasta formar dióxido de azufre, oxígeno y vapor de agua. Cualquier hidrocarburo presente en el ácido se quema formando dióxido de carbono y vapor de agua y suministra parte del calor requerido para descomponer el ácido y vaporizar el agua que viene en la corriente de ácido gastado. También se inyecta al horno una corriente rica en ácido sulfhídrico para mantener el balance de azufre proveniente de la refinería. La combustión de este ácido sulfhídrico también aporta calor al sistema y produce dióxido de azufre. El calor adicional requerido para mantener la cámara de combustión a una temperatura de 1.050 °C es logrado mediante la quema de gas combustible proveniente de la refinería. Por otra parte, el aire requerido para la combustión viene precalentado a 500 ºC desde la sección de conversión para reducir así el volumen del gas que debe manejar la planta. Desde el horno de descomposición sale una corriente gaseosa con un contenido de 2,5% de oxígeno en base seca. Se controla este valor de 2,5 % de oxígeno ya que, si el valor es menor se produce la formación de azufre elemental con el consiguiente taponamiento en los equipos siguientes y si el valor es mayor disminuye la concentración de dióxido de azufre incrementando la cantidad de gases que la sección de enfriamiento y purificación del gas debe manejar. La corriente gaseosa del horno de descomposición es enfriada hasta una temperatura de 725 ºC en el recuperador, el calor retirado es usado para calentar el gas de alimentación al convertidor.

• Sección Enfriamiento y Purificación del Gas de Proceso.

Los gases de descomposición del ácido ricos en dióxido de azufre (SO2) provenientes del recuperador pasan a través de un equipo de purificación denominado lavador primario. Las partículas de ceniza y trazas de trióxido de azufre (SO3) son removidos mediante la recirculación de una solución de ácido débil (2.7 % de concentración de ácido sulfúrico), mientras que los gases son enfriados hasta 83 ºC. El flujo de líquido dentro del lavador primario es suficiente para enfriar el gas y remover algunas impurezas como hierro y cenizas. Una fracción del líquido circulante del lavador primario es retirado de la unidad de regeneración de ácido y enviado como una corriente de ácido débil a la pileta de neutralización de la unidad de Alquilación, para su neutralización antes de enviarla al sistema existente en la refinería de tratamiento de efluentes. Los gases provenientes del lavador primario son nuevamente enfriados hasta una temperatura de 36 ºC en una torre de enfriamiento. Este enfriamiento adicional del gas permite una condensación adicional de agua. El enfriamiento se logra mediante la


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recirculación de una corriente de ácido débil proveniente del lavador final. La línea de recirculación tiene un enfriador con agua. A continuación de la torre de enfriamiento de gases, se tiene una nueva fase de limpieza realizada en el lavador final. Este lavador opera de igual forma que el lavador primario pero con pulverizadores de mayor presión que permite operar con una mayor eficiencia. Aquí se remueve más impurezas del gas y neblina ácida. Luego del lavador final, los gases pasan por un equipo eliminador de neblina en donde se recolecta el remanente de neblina ácida y agua. En este equipo se inyecta el agua de proceso que va en cascada hacia el lavador final, hacia la torre de enfriamiento del gas y hacia el lavador primario, produciendo la corriente de ácido débil. El gas enfriado que viene del eliminador de neblina es alimentado a la torre de secado con el objeto de removerle completamente el agua. Este secado se hace en la torre con la recirculación de un ácido sulfúrico de alta concentración proveniente de la torre de absorción interpaso de la sección de absorción. A la torre de secado se agrega una corriente de ácido sulfúrico de una concentración de 99,2 % y del circuito de recirculación se retira una fracción de ácido sulfúrico de 95 % de concentración, la dilución es causada por el agua retirada en el secado. En la línea de gas que alimenta la torre de secado se inyecta aire de dilución para asegurar la oxigenación suficiente para la oxidación catalítica de SO2 a SO3 dentro del convertidor de la sección de reacción. El gas de proceso seco y limpio procedente de la torre de secado es comprimido y enviado al recuperador para aumentar su temperatura hasta 420 ºC y ser alimentado al convertidor de la zona de reacción. • Sección de Conversión. La conversión de dióxido de azufre (SO2) a trióxido de azufre (SO3) se produce en un convertidor de cuatro pasos en presencia de oxígeno y un catalizador de vanadio cesio. La reacción de conversión consume oxígeno y genera calor. La disminución del oxígeno disponible y el aumento de temperatura limitan la reacción de conversión. Por ello, para restablecer la capacidad de conversión se tienen cuatro pasos de conversión, reduciendo la temperatura del gas de proceso entre pasos. El gas de proceso que viene del recuperador a 420 ºC es alimentado al primer paso, de éste sale a 603 ºC. Esta corriente es enfriada a 435 ºC precalentando aire. Luego se alimenta al segundo paso y sale de éste a una temperatura de 497 ºC. Esta corriente es enfriada a 435 ºC precalentando otra corriente de gas de proceso. Luego se alimenta al tercer paso y sale de éste a 452 ºC. Esta corriente es enfriada a 201 ºC calentando gas de proceso proveniente de la torre de absorción interpaso de la sección de


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absorción. La corriente enfriada a 201 ºC contiene ya una gran concentración de trióxido de azufre (SO3) por que es enviada a la torre de absorción interpaso de la sección de absorción de forma de retirar este SO3. Luego esta corriente retorna al cuarto paso del convertidor siendo calentada primero con la corriente que sale del tercer paso y a continuación con la corriente que sale del segundo paso para alcanzar una temperatura de 420 ºC a la entrada del cuarto paso. Sale del cuarto paso a una temperatura de 435 ºC, el incremento de temperatura es menor que en los otros tres pasos previos debido a que la cantidad de SO2 es menor. Esta corriente de gas caliente es enfriada a 193 ºC precalentando aire antes de enviarla a la torre de absorción final de la sección de absorción. El aire empleado en la descomposición del ácido gastado es precalentado hasta una temperatura de 500 ºC aprovechando el calor de las corrientes de salida del cuarto y primer paso. Como el calor a retirar es mayor al requerido en el proceso de descomposición, se genera un excedente de aire caliente que es venteado a la atmósfera. • Sección de Absorción. El trióxido de azufre (SO3) producido en el convertidor no se combina eficientemente con agua, por esta razón debe ser combinado indirectamente mediante su absorción en ácido sulfúrico concentrado (mayor o igual a 98 %). Por ello, los sistemas de absorción y secado están interconectados para permitir el control de la concentración de ácido. En la torre de absorción interpaso se produce el ácido sulfúrico de 99,2 % de concentración. Para ello, el gas de proceso que sale del tercer paso del convertidor de la sección de reacción y que contiene la mayor cantidad de SO3 es contactado con ácido sulfúrico concentrado. Esta torre recibe además la corriente de ácido sulfúrico de 95 % proveniente de la torre de secado de la sección de enfriamiento y purificación y recibe agua demineralizada, de modo que con el SO3 absorbido se produzca ácido sulfúrico de 99,2 %. Parte del ácido sulfúrico de 99,2 % es retornado a la torre de secado y la otra se destina a ácido producto para su envío a la unidad de Alquilación. Los gases libres de SO3 pero que aún contiene SO2 es enviado al cuarto paso del convertidor de la sección de reacción, para convertir este SO2 remanente a SO3. Luego este gas convertido es dirigido a la torre de absorción final, para absorber el SO3 generado en el cuarto paso del convertidor en una solución concentrada de ácido sulfúrico. En esta torre se mantiene una recirculación de ácido de 98,5 %. Para mantener esta concentración se agrega agua demineralizada, para con el SO3 producir el ácido de 98,5 %. La producción de este ácido de 98,5 % es enviado a la torre de absorción interpaso. Los gases que salen de la torre de absorción final están libres de SO3 y sólo tienen trazas de SO2. Estos gases son enviados a la chimenea de la unidad.


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Figura N° 6-1 Diagrama de Flujo - Unidad de Regeneración de Acido Sulfúrico – Sección Horno de Descomposición

Gases de DescomposiciónAcido Gastado (a Lavador Primario de Sección

(de Unidad de Alquilación) Enfriamiento y Purificación)1.455 kg/h

Gas de ProcesoAcido Sulfhídrico (a 1º Paso Convertidor

(de Refinería) Recuperador Sección Conversión)17 kg/h

Gas de Proceso(del compresor de gases

Aire Precalentado Sección Enfriamiento y Purificación)(de Sección Conversión)

Gas Combustible(de Refinería)

115 kg/h

1050 ºCDescomposición

Horno de


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Figura N° 6-2 Diagrama de Flujo - Unidad de Regeneración de Ácido Sulfúrico – Sección Enfriamiento y Purificación Gas de

Proceso

Gas de Proceso(a Recuperador Lado Frío

S. Horno de Descomposición)

Gases de Descomposición(del Recuperador Lado CalienteS. Horno de Descomposición) Compresor

Torre de Enfria- de GasesLavador miento de Gases LavadorPrimario Final Torre de

Eliminador de Neblina Secado

de Gas Húmedo ^ ^

v v Agua Enfriamiento

Acido 99.2 % Acido 3 % (de Torre Absorción Interpaso

Sección Absorción)Acido 4 %

Agua de Acido 95 %Enfriamiento (a Torre Absorción Interpaso

Sección Absorción)

Acido Débil 2.7 %(a Pileta Neutralizaciónde Unidad Alquilación Agua de Proceso Aire de Dilución

730 kg/h 120 kg/h 1.465 kg/h


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Figura N° 6-3 Diagrama de Flujo - Unidad de Regeneración de Ácido Sulfúrico – Sección Conversión

Convertidor

4º Paso (de Torre Absorción InterpasoPrecalentador Sección Absorción)Aire Frío Gas de Proceso

3º PasoGas de Proceso

(a Torre Absorción Interpaso2ºPaso Sección Absorción)

Intercambiador IntercambiadorPrecalentador Interpaso Caliente Interpaso FríoAire Caliente 1º Paso

Gas de Proceso(a Torre Absorción Final

Gas de Proceso Sección Absorción)(de Recup.Lado FríoS. Horno Descomp.)

Aire Precalentado Venteo de Aire(a Sección Horno de 825 kg/h

Descomposición)

Aire2.892 kg/h

Soplador de Aire


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Figura N° 6-4 Diagrama de Flujo - Unidad de Regeneración de Acido Sulfúrico – Sección Absorción

Acido 99.2 % Ac.Sulfúrico 99.2 %(a Torre de Secado Agua de Enfriador 1.303 kg/h

Secc. Enfr. y Purificación) Enfriamiento

Acido 95 % Gas de Chimenea(de Torre de Secado 3.337 kg/h

Secc. Enfr. y Purificación)Torre de Absorción Torre de Absorción

Interpaso Final

Gas de Proceso(a Interc. Interpaso Frío

Sección Conversión)^ ^ ^ ^

Chimenea

Agua de Enfriador Agua de EnfriadorGas de Proceso Enfriamiento Enfriamiento

(de Interc. Interpaso FríoSección Conversión) Acido 99.2 % Acido 98.5 %

DrenajeAgua Demineralizada (a Pileta Neutralización

131 kg/h Unidad de Alquilación)normal 0 kg/h

Gas de Proceso(de Precal. Aire FríoSección Conversión)

Anexo 1 Descripcion Proceso

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