Unidad de Alquilacion

Anexo 1 Descripcin Proceso Adenda 1 Proyecto Nueva Unidad de Alquilacin

1

ANEXO 1

DESCRIPCIN PROCESO


2

2 DESCRIPCIN DEL PROYECTO La nueva Planta de Alquilacin comprende los siguientes procesos y unidades:

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

Isomerizacin de Butanos). - Alquilacin (Unidad de Alquilacin propiamente tal). - Regeneracin de cido sulfrico gastado (Unidad de Regeneracin de cido

Sulfrico). El pretratamiento de la carga de butilenos de refinera tiene por objeto remover las diolefinas convirtindolas a butilenos. Esto tiene dos ventajas: por un lado aumenta el rendimiento de alquilato y por otro lado reduce el consumo de cido sulfrico.

La isomerizacin de butanos normales tiene por objeto ajustar el balance de isobutano/butilenos para el proceso de Alquilacin. Normalmente las refineras 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 reaccin de Alquilacin.

El proceso de Alquilacin consiste en la reaccin de polimerizacin de butilenos (hidrocarburos olefnicos de 4 tomos de carbono) con isobutano (hidrocarburo parafnico de 4 tomos de carbono) para producir alquilato (hidrocarburo parafnico de 8 tomos de carbono). La reaccin se produce en fase lquida a baja temperatura y emplea cido sulfrico como catalizador. El cido sulfrico fresco alimentado a la unidad de Alquilacin tiene una concentracin de 99,2 % en peso. Luego de la reaccin se tiene un cido sulfrico gastado de 88 % en peso.

La unidad de regeneracin de cido sulfrico gastado tiene por objeto concentrar el cido a 99,2 % en peso.


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Unidad de Alquilacin

R eciclo Isobutano

Butilenos U nidad de Saturacinde Refinera de D iolefinas

Seccin de Reaccin Seccin de AlquilatoButanos Saturados Fraccionam ientode Refinera

Aci

do fr

esco

Aci

do G

asta

do

But

ano

Nor

mal

Un idad de U nidad de

Regeneracin Isom erizacinde Acido Sulfrico 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 Alquilacin

Unidad de Saturacin de Diolefinas Materias Primas e Insumos kg/h Productos y Efluentes kg/h - Butilenos de Refinera - Hidrgeno (de Unidad de Isomerizacin de Butanos)

26.527

15

- Butilenos (a Unidad de Alquilacin) - Gas Combustible (a Refinera) - Agua (a Unidad de Alquilacin)

26.458 61 23

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

- Butanos Saturados (de Unidad de Alquilacin) - Hidrgeno de Refinera - Soda caustica al 10 % - Percloroetileno

11.646

29 25 2

- Isobutano (a Unidad de Alquilacin) - Gas Combustible (a Refinera) - Hidrgeno (a Unidad de Saturacin de Diolefinas) - Agua (a Unidad de Alquilacin) - Soda agotada (a Unidad Alquilacin)

11.383 272 15

5

27 Unidad de Alquilacin

Materias Primas e Insumos kg/h Productos y Efluentes kg/h - Isobutano (de Unidad de Isomerizacin de Butanos) - Butilenos (de Unidad de Saturacin de Diolefinas) - Butanos Saturados (de Refinera) - Acido Sulfrico de 99.2% (de Un.Regeneracin Acido) - Condensado - Soda caustica al 10 % - Acido Dbil (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 Isomerizacin de Butanos) - Propano - Gases de blowdown - Acido Sulfrico gastado - Agua efluente neutralizada

31.174

11.646 1.148

1 1.455 10.176

Unidad de Regeneracin de cido Sulfrico Materias Primas e Insumos kg/h Productos kg/h - cido Sulfhdrico (de Refinera) - cido Gastado (de Unidad de Alquilacin) - Gas Combustible (de Refinera) - Agua de Proceso - Agua Desmineralizada - Aire - Aire de Dilucin

17

1.455

115

120 131

2.892 1.465

- Acido Sulfrico de 99.2 % (a Unidad de Alquilacin) - Acido Dbil (a Unidad de Alquilacin) - Gas de Chimenea - Venteo de Aire

1.303

730

3.337

825

Nota: el balance de masa para la Unidad de Regeneracin de cido Sulfrico corresponde al de la capacidad normal de requerimiento de la Unidad de Alquilacin, es decir, 31 ton de Acido Sulfrico (base 100 %) al da. La capacidad de diseo de la Unidad de Regeneracin de Acido Sulfrico es de 50 toneladas/da.


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Tabla N 5 Suministros - Planta de Alquilacin

Nota: los insumos son reportados en Tabla N 4

Unidad Saturacin de Diolefinas Vapor, kg/h 2.300 Condensado, kg/h - 2.300 Agua de refrigeracin, m3/h 25,4 Isomerizacin de Butanos Vapor, kg/h 1.900 Condensado, kg/h - 1.900 Agua de refrigeracin, m3/h 6,1 Alquilacin Vapor, kg/h 36.025 Condensado, kg/h - 36.025 Agua de refrigeracin, m3/h 115,4 Regeneracin de cido Sulfrico Agua de refrigeracin, m3/h 180,0


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2.1.2 Descripcin de la Etapa de Operacin A continuacin se describe la operacin de las cuatro unidades incluidas en el proyecto Nueva Unidad de Alquilacin de Enap Refineras S.A.

2.1.2.1 Unidad de Isomerizacin de Butanos La Unidad de Proceso de Isomerizacin de Butanos ha sido diseada especficamente para realizar una continua isomerizacin cataltica de butanos, es decir, convertir butanos normales en isobutano. Las reacciones se llevan a cabo en un ambiente hidrogenado, sobre una cama cataltica fija y dentro de condiciones operativas que promueven la isomerizacin y minimizan el hidrocraqueo. La corriente de butanos saturados proveniente de la unidad de Alquilacin es secado para removerle el agua. Luego del secado, es combinada con una corriente de hidrgeno proveniente de la refinera, 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 isomerizacin como medio de calefaccin, y en un tercer calentador que utiliza vapor. En los reactores (operados en serie) ocurre la transformacin de butano normal a isobutano a una presin de 32 kg/cm2 y a una temperatura en el rango de 140-180 C. Como promotor de las reacciones se utiliza percloroetileno, el que es inyectado a la alimentacin de los reactores. La corriente de salida de los reactores es utilizada para calentar la alimentacin a los mismos y luego es enviada a una torre de destilacin 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 enva a la Unidad de Alquilacin, mientras que la corriente gaseosa pasa por un lavador. En el lavador se utiliza condensado y una solucin custica para atrapar el cido clorhdrico (HCl) que se form en los reactores, debido a la presencia de cloro. El gas combustible purificado se enva finalmente al circuito de gas combustible de la refinera. Desde esta torre lavadora se debe eliminar en forma peridica aproximadamente 5 m3 de solucin custica por semana, la cual es conducida a la pileta de neutralizacin de la Unidad de Alquilacin. En la Figura N 3 se presenta un diagrama de flujo para la Unidad de Isomerizacin de Butanos y a continuacin se presenta el balance de masa respectivo:


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Entradas Salidas Corriente Butanos

Saturados Hidrgeno Percloro-

etileno Soda

Caustica Isobutano Gas

Combustible Hidrgeno Agua de

Secadores Soda

Agotada Origen Unidad de

Alquilacin Refinera Refinera Refinera - - - - -

Destino - - - - Unidad de Alquilacin

Refinera Unidad de Saturacin Diolefinas

Tambor Degasificador de Unidad de Alquilacin

Pileta de Neutralizacin de Unidad de Alquilacin

Componente (kg/h)

Agua 6 - - 22,1 1 - 5 23,3 Hidrgeno - 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 - - - - Hidrxido 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 Isomerizacin de Butanos

Hidrgenode Refinera

29 kg/hSecador de Percloroetileno

Compresor Hidrgeno 2,0 kg/h

Hidrgenoa Saturacinde Diolefinas

15 kg/h Precalentador Precalentador Calentador

Reactor A Reactor BVapor

Condensado

Secador deButanos

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

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 Neutralizacin - S.BlowdownSecc.Blowdown - Un.Alquilacin) Unidad de Alquilacin) de Unidad de Alquilacin)

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

Enfriamiento


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2.1.2.2 Unidad de Saturacin de Diolefinas En la unidad de Saturacin de Diolefinas, la hidrogenacin selectiva pretrata la carga de Butilenos de Refinera 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 cido sulfrico. En primer lugar, la carga es calentada hasta 80 C en dos intercambiadores de calor. En el primero, el medio de calefaccin es la corriente de fondo de la torre desorbedora y en el segundo vapor. Luego, la carga se mezcla con hidrgeno y entra al reactor, el cual opera a una presin de 31 kg/cm2g. En este reactor, el hidrgeno 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 adems 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 Alquilacin y corresponde a la corriente de Butilenos a Alquilacin. En la Figura N 4 se presenta el respectivo diagrama de flujo para la Unidad de Saturacin de Diolefinas y a continuacin se presenta el balance de masa respectivo:


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Entradas Salidas Corriente Butilenos Hidrgeno Butilenos Gas

Combustible Agua

Origen Refinera Un. de Isomerizacin

de Butanos

- - -

Destino - - Unidad de Alquilacin

Refinera Tambor Degasificador de Unidad de Alquilacin

Componente (kg/h) Agua 23 - - - 23 Hidrgeno - 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 Saturacin de Diolefinas

Condensadorde Tope

Gas Combustible 61 kg/h(a Refinera)

Acumuladorde Tope

______________________________ Agua (a Tambor Degasificador

Reactor ______ Secc.Blowdown - Un.Alquilacin)Hidrgeno (de Unidad ______ 23 kg/hde Isomerizacin de ______Butanos) 15 kg/h ______ Torre Desorbedora

__________________

Vapor ______Condensado

CalentadorVaporCondensado

Rehervidor

PrecalentadorButilenos (a Unidad deAlquilacin - SeccinReaccin) 26.458 kg/h

Butilenos de Refinera Enfriador26.527 kg/h


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2.1.2.3 Unidad de Proceso de Alquilacin La unidad de Alquilacin tiene por objeto producir el alquilato (gasolina de alto octanaje libre de benceno, de compuestos olefnicos y aromticos, libre de azufre y de baja presin de vapor), a partir de butilenos provenientes de la unidad de Saturacin de Diolefinas y de Isobutano proveniente de la unidad de Isomerizacin de Butanos, en presencia de Acido Sulfrico proveniente de la unidad de Regeneracin de Acido. La unidad de Alquilacin est formada por 5 secciones: Seccin de reaccin Seccin de refrigeracin Seccin de tratamiento de efluente de reactores Seccin de fraccionamiento Seccin de blowdown A continuacin se presenta el balance de masa de la unidad de Alquilacin 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. Sulfrico

Fresco Acido Dbil Soda Agotada Agua

Coalescedor Agua

Desorbedor Origen Comp (kg/h)

Unidad de Saturacin Diolefinas

Unidad de Isomerizacin

de Butanos

Refinera Refinera Refinera Unidad de Regeneracin

de Acido

Unidad de Regeneracin

de Acido


de Butanos


de Butanos

Unidad de Saturacin 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.Sulfrico 100 %

- - - - - 1.293 20 - - -

Hidrxido 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 Sulfrico Gastado Agua

Neutralizada Destino Comp. (kg/h)

Refinera Unidad de Isomerizacin de Butanos

Refinera Refinera Unidad de Regeneracin de Acido

Refinera

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.Sulfrico 100 % - - - - 1.279 - Hidrxido 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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Seccin de reaccin. A la seccin de reaccin (Figura 5-1), se alimentan las corrientes de: - Butilenos provenientes de la unidad de Saturacin de Diolefinas, - Butanos Saturados provenientes de la refinera, y - reciclo de isobutano proveniente de la seccin de fraccionamiento de la unidad de Alquilacin. Tal como se indic previamente, la reaccin de alquilacin corresponde a la polimerizacin de butilenos (hidrocarburos olefnicos de 4 tomos de carbono) con isobutano (hidrocarburo isoparafnico de 4 tomos de carbono) para producir un hidrocarburo isoparafnico de 8 tomos de carbono en presencia de cido sulfrico el que acta como catalizador. Los compuestos parafnicos normales, como propano, butano normal, pentano normal no participan en la reaccin. La carga combinada es enfriada por intercambio de calor con la corriente efluente de los reactores hasta 9 C. Esta carga pasa por un coalescedor, donde el agua libre (principalmente de la corriente de butanos saturados de refinera) es removida minimizando as la dilucin del cido sulfrico utilizado como catalizador. Esta corriente se mezcla con un flujo de refrigerante con lo cual la alimentacin a los reactores se hace a 3 C. En los reactores (3 equipos en paralelo), por el lado carcasa se forma una emulsin de hidrocarburos con cido sulfrico proveniente de los tambores separadores de emulsin (3 equipos en paralelo). Luego de pasar por los reactores, la emulsin, que es aproximadamente 50 % cido y 50 % hidrocarburos, es llevada a los tambores separadores de emulsin donde la fase de hidrocarburos es separada del cido. La presin de operacin es de 4 kg/cm2g con el objeto de mantener en fase lquida a los hidrocarburos. Esta fase de hidrocarburos que viene de los tambores separadores es expandida, vaporizando los compuestos ms livianos, con lo cual su temperatura se reduce a 0 C y es retornada hacia los tubos de los reactores, sirviendo como medio de enfriamiento a estos, manteniendo as una temperatura de reaccin de 7 C 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 seccin de refrigeracin. Este tambor tambien recibe una corriente de refrigerante proveniente de la seccin de refrigeracin. El tambor flash est compartimentalizado, de esta forma, las fases lquidas 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 C es usado para enfriar la carga combinada a los reactores y es enviado a la seccin de tratamiento para removerle los compuestos acdicos.


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Figura N 5-1 Diagrama de Flujo - Unidad de Alquilacin Seccin de Reaccin

(de Seccin de Refrigeracin) (a Seccin de Refrigeracin)Refrigerante Vapores

Producto Efluente de Reactores

Ac.Sulfrico Gastado(a Seccin de Blowdown)

Hidrocarburos RecuperadosButilenos (de Seccin Blowdown)

(de Un. de Saturacinde Diolefinas) Ac.Sulfrico Fresco

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

TamborFlash

Agua a Tambor RefrigeranteDegasificador

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

EnfriadorButanos Saturados

de Refinera6.249 kg/h

Agua a TamborDegasificador

(Seccin 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 EmulsinHidrocarburos-Acido (3 Unidades)

Reactor


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Seccin de refrigeracin. En la seccin de refrigeracin (Figura N 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 seccin de reaccin. La otra parte es enviada a la torre depropanizadora con el objeto de retirar los propanos que entran a la unidad de Alquilacin y que no participan en la reaccin. La parte que va al economizador es enfriada y expandida a 2 kg/cm2g con lo que su temperatura se reduce a 15 C. A esta menor presin, se produce una vaporizacin de los compuestos ms livianos que son retornados a la succin del compresor. El economizador recibe adems la corriente de fondo de la torre depropanizadora. La corriente de fondo del economizador, consistente bsicamente en isobutano, es expandida nuevamente a una presin de 0,2 kg/cm2g con lo cual su temperatura se reduce a -10 C. As esta corriente acta como refrigerante y es enviada al tambor flash de la seccin de reaccin. La alimentacin a la torre depropanizadora es mezclada con soda custica al 10 % y luego enviada al tambor de lavado con soda. El lavado con soda custica tiene por objeto remover las trazas de componentes cidos de la corriente de alimentacin a la depropanizadora. La soda custica se retira del lavador con una concentracin de aproximadamente 7 % y enviada a la seccin de tratamiento del producto efluente de reactores. Luego del lavado custico, la alimentacin a la torre depropanizadora es lavada con agua (condensado) para remover la soda custica que pudiera haber sido arrastrada, y luego fluye hacia la torre. El agua de lavado es tambin enviada a la seccin 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 refinera, mientras que el refrigerante es devuelto hacia el economizador.


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Figura N 5-2 Diagrama de Flujo - Unidad de Alquilacin Seccin de Refrigeracin

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 Seccin de Reaccin) (a Seccin de Reaccin) (de Seccin Blowdown) (a Secc. Trat.Efluente Condensado (a Secc. Trat.Efluente

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

(Seccin Blowdown)

Agua a TamborDegasificador


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Seccin de tratamiento de efluente de reactores. La seccin de tratamiento del producto efluente de reactores (Figura N 5-3) tiene por objeto remover los compuestos cidos (arrastre de cido sulfrico, sulfatos de alquilo producto de reacciones intermedias entre cido sulfrico y olefinas). Si no se retiran estos sulfatos de alquilo, se producen problemas de corrosin y ensuciamiento en los equipos. Los sulfatos de alquilo son removidos mediante un lavado con cido sulfrico 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 cido sulfrico y enviado al tambor coalescedor de lavado cido. En este lavado, los sulfatos de alquilo son removidos hacia la fase del cido. Por el fondo del coalescedor se tiene una corriente cida de la cual una parte es recirculada al mezclador y otra parte es enviada hacia los reactores como corriente de cido sulfrico catalizador. Luego del lavado cido, la fase hidrocarburos es enviado a un lavado alcalino caliente a 49 C. A esta temperatura, los sulfatos de alquilo que no fueron removidos en el lavado cido previo son descompuestos a cido sulfrico. La soda custica de la corriente alcalina neutraliza as este cido sulfrico y neutraliza tambien las trazas de cido arrastrados del lavado cido previo. La corriente alcalina de lavado est formada por la soda custica proveniente del lavador con soda de la seccin de refrigeracin y por la corriente de agua que viene del lavado con agua siguiente. Del fondo del tambor de lavado alcalino, se tiene la recirculacin hacia el mezclador y se extrae una corriente de agua alcalina que es enviada al tambor degasificador de la seccin de blowdown. Luego del lavado alcalino, se tiene un lavado con agua que tiene por objeto remover los restos de soda custica que se pudieren arrastrar del lavado alcalino. Si no se retira estos arrastres de soda se tendra problemas de ensuciamiento en la torre deisobutanizadora de la seccin de fraccionamiento.


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Figura N 5-3 Diagrama de Flujo - Unidad de Alquilacin Seccin de Tratamiento de Efluente de Reactores

Coalescedorde Lavado Acido Mezclador Mezclador

Efluente Netoa Deisobutanizadora

(a Seccin Fraccionamiento)Mezclador

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

Lavado Alcalino Lavado con AguaRecirculacin Acida

Ac.Sulfrico Agua Alcalina Gastada(a Seccin de Reaccin) Vapor a Tambor Degasificador

Condensado (a Seccin Blowdown)9.235 kg/h

Recirculacin Alcalina Recirculacinde Agua

Acido Sulfrico 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 Regeneracin de Acido) (de Seccin de Refrigeracin) (de Seccin de Refrigeracin)126 kg/h 9.149 kg/h


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Seccin de fraccionamiento. La seccin de fraccionamiento (Figura N 5-4) tiene por objeto separar el producto tratado efluente del reactor (proveniente de la seccin de tratamiento del efluente de reactores) en corrientes de isobutano, butano normal y alquilato y separar adems la corriente rica en isobutano (aprox. 60 % en peso) proveniente de la unidad de Isomerizacin de Butanos. Esta seccin comprende principalmente dos torres fraccionadoras: deisobutanizadora y debutanizadora. La torre deisobutanizadora recibe como alimentacin el efluente neto tratado y la corriente rica en isobutano que viene de la unidad de Isomerizacin 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 seccin de reaccin, con el objeto de mantener una relacin de 10 a 1 de isobutano a butilenos en los reactores, de forma de lograr el rendimiento y calidad ptima de alquilato. La corriente de fondo es alimentada a la torre debutanizadora para separar los butanos del alquilato. Las condiciones de operacin de esta columna estn fijadas para lograr un producto alquilato con un mximo de 1 % de butanos con el propsito de lograr una presin de vapor mnima. La corriente de fondo es enfriada y enviada a la refinera para la formulacin 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 Isomerizacin de Butanos.


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Figura N 5-4 Diagrama de Flujo - Unidad de Alquilacin Seccin de Fraccionamiento

Condensador de Condensador deTope de Deisobutanizadora Tope de Debutanizadora

Acumulador de Acumulador deDeisobutanizadora Debutanizadora

____ ____ Butanos Saturados____ ____ (a Un.Isomerizacin 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 Seccin Tratamiento

Agua a Tambor Degasificador(Seccin Blowdown)

Reciclo de Isobutano(a Secc.de Reaccin)

Isobutano (de Un. deIsomerizacin Butanos)

11.383 kg/h

Agua a Tambor Degasificador(Seccin Blowdown)

de Efluente de Reactores)


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Seccin de Blowdown. El cido sulfrico gastado proveniente de los tambores separadores de emulsin hidrocarburos-cido de la seccin de reaccin es recibido en el tambor de blowdown. El tambor de blowdown est separado en dos cmaras mediante separadores internos, estos cumplen la funcin de separar cualquier hidrocarburo residual presente en el cido gastado. El cido del tambor de blowdown es enviado al estanque de cido gastado para su posterior regeneracin en la unidad de Regeneracin de Acido. Los hidrocarburos pesados colectados en la otra cmara del tambor de blowdown son recirculados a los reactores. Los hidrocarburos ms livianos son vaporizados debido a la menor presin de operacin del tambor de blowdown. Estos vapores son tratados en un lavador custico de forma de removerle los compuestos cidos antes de ser enviados a la antorcha de refinera para su disposicin. Parte de la soda custica empleada en el lavado custico (soda custica al 10 %) es enviada a la seccin de refrigeracin con el objeto de tratar la alimentacin a la torre depropanizadora. El resto de la soda custica va a la pileta de neutralizacin para ajustar el pH del agua efluente de la unidad de alquilacin a un rango de 6 a 7. La seccin de blowdown recibe adems todas las aguas de proceso de las unidades que componen la planta de Alquilacin, as como a las corrientes de cido dbil de la unidad de Regeneracin de Acido y de soda agotada de la unidad de Isomerizacin de Butanos. El agua alcalina gastada proveniente de la seccin de tratamiento del producto efluente de reactores, agua de los acumuladores de tope y coalescedores de la unidad de Alquilacin, de la unidad de Saturacin de Diolefinas y de la unidad de Isomerizacin 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 neutralizacin. La pileta de neutralizacin recibe adems la soda agotada de la unidad de Isomerizacin de Butanos y el cido dbil de la unidad de Regeneracin de cido. La mezcla de todas estas aguas da como resultado una solucin cida, por lo que se neutraliza con una solucin de soda custica al 10 % proveniente del lavador custico de los gases de blowdown. As la pileta de neutralizacin entrega un agua neutralizada que es enviada al sistema de tratamiento de efluentes de la refinera.


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Figura N 5-5 Diagrama de Flujo - Unidad de Alquilacin Seccin de Blowdown

G ases de B low dow n

(a Antorcha de R efinera)1 kg /h

Ac.Sulfrico G astado Tam bor de(de Seccin de R eaccin) B lowdown ^^^^^^^ Soda C austica al 10%

____ (de R efinera)____ 273 kg /h____

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

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

Agua de C oalescedor de C argaH idrocarburos R ecuperados (de Seccin de R eaccin)

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

Soda C austica a l 10% Aguas de A cum . Carga (S .Reacc in),(a Seccin R efrigerac in) 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 lizacin) 151 kg/h (de Un. Saturacin D io lefinas)

23 kg /h

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

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

730 kg /hAgua N eutralizada a S istem a

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

26,6 kg /h

Pile ta de N eutra lizacin


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2.1.2.4 Unidad de Regeneracin de cido Sulfrico La unidad de Regeneracin de Acido Sulfrico tiene por objeto regenerar el cido sulfrico gastado proveniente de la unidad de Alquilacin para retornarlo como un cido fresco de mayor concentracin. El proceso de Alquilacin usa como catalizador cido sulfrico y por ello requiere que ste se alimente a una concentracin de 99.2 %. Producto del proceso de alquilacin, el cido sulfrico reduce su concentracin a 88 %, debido a su dilucin con agua y a la formacin de polmeros pesados que salen junto con el cido. La unidad de regeneracin de cido sulfrico se puede dividir en cuatro secciones:

- seccin horno de descomposicin del cido sulfrico gastado - seccin de enfriamiento y purificacin del gas de proceso - seccin de conversin - seccin de absorcin

A continuacin se presenta el balance de masa de la unidad de Regeneracin de Acido Sulfrico 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

Sulfrico Gastado

Acido Sulfhdrico

Gas Combustible

Agua de Proceso

Agua Demineralizada

Aire Aire de Dilucin

Acido Sulfrico

Fresco

Acido Dbil

Gas de Chimenea

Venteo de Aire

Origen


Refinera Refinera Refinera Refinera Atm Atm - - - -

Destino - - - - - - - Unidad de Alquilacin


Atmsfera Atmsfera

Comp. (kg/h) CO2 - 4 - - - - - - - 462 - SO2 - - - - - - - - - 2 - NOx - - - - - - - - - 0,44 - Nitrgeno - - 13 - - 2.187 1.108 - - 2.683,87 624 Oxgeno - - - - - 660 334 - - 188,69 188 Agua 55 - 1 120 131 45 23 10 710 - 13 Ac.Sulfhdrico - 13 - - - - - - - - - Metano - - 32 - - - - - - - - Etileno - - 20 - - - - - - - - Etano - - 31 - - - - - - - - Propileno - - 5 - - - - - - - - Propano - - 3 - - - - - - - - Butilenos - - 2 - - - - - - - - Butano - - 2 - - - - - - - - Penteno - - 2 - - - - - - - - Hidrgeno - - 4 - - - - - - - - Ac.Sulfrico 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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Seccin Horno de Descomposicin del cido Sulfrico Gastado. El cido sulfrico gastado con una concentracin de 88 % proveniente de la unidad de Alquilacin es inyectado a travs de pulverizadores en el horno de descomposicin, donde el cido es descompuesto trmicamente hasta formar dixido de azufre, oxgeno y vapor de agua. Cualquier hidrocarburo presente en el cido se quema formando dixido de carbono y vapor de agua y suministra parte del calor requerido para descomponer el cido y vaporizar el agua que viene en la corriente de cido gastado. Tambin se inyecta al horno una corriente rica en cido sulfhdrico para mantener el balance de azufre proveniente de la refinera. La combustin de este cido sulfhdrico tambin aporta calor al sistema y produce dixido de azufre. El calor adicional requerido para mantener la cmara de combustin a una temperatura de 1.050 C es logrado mediante la quema de gas combustible proveniente de la refinera. Por otra parte, el aire requerido para la combustin viene precalentado a 500 C desde la seccin de conversin para reducir as el volumen del gas que debe manejar la planta. Desde el horno de descomposicin sale una corriente gaseosa con un contenido de 2,5% de oxgeno en base seca. Se controla este valor de 2,5 % de oxgeno ya que, si el valor es menor se produce la formacin de azufre elemental con el consiguiente taponamiento en los equipos siguientes y si el valor es mayor disminuye la concentracin de dixido de azufre incrementando la cantidad de gases que la seccin de enfriamiento y purificacin del gas debe manejar. La corriente gaseosa del horno de descomposicin es enfriada hasta una temperatura de 725 C en el recuperador, el calor retirado es usado para calentar el gas de alimentacin al convertidor.

Seccin Enfriamiento y Purificacin del Gas de Proceso.

Los gases de descomposicin del cido ricos en dixido de azufre (SO2) provenientes del recuperador pasan a travs de un equipo de purificacin denominado lavador primario. Las partculas de ceniza y trazas de trixido de azufre (SO3) son removidos mediante la recirculacin de una solucin de cido dbil (2.7 % de concentracin de cido sulfrico), mientras que los gases son enfriados hasta 83 C. El flujo de lquido dentro del lavador primario es suficiente para enfriar el gas y remover algunas impurezas como hierro y cenizas. Una fraccin del lquido circulante del lavador primario es retirado de la unidad de regeneracin de cido y enviado como una corriente de cido dbil a la pileta de neutralizacin de la unidad de Alquilacin, para su neutralizacin antes de enviarla al sistema existente en la refinera de tratamiento de efluentes. Los gases provenientes del lavador primario son nuevamente enfriados hasta una temperatura de 36 C en una torre de enfriamiento. Este enfriamiento adicional del gas permite una condensacin adicional de agua. El enfriamiento se logra mediante la


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recirculacin de una corriente de cido dbil proveniente del lavador final. La lnea de recirculacin tiene un enfriador con agua. A continuacin 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 presin que permite operar con una mayor eficiencia. Aqu se remueve ms impurezas del gas y neblina cida. Luego del lavador final, los gases pasan por un equipo eliminador de neblina en donde se recolecta el remanente de neblina cida 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 cido dbil. 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 recirculacin de un cido sulfrico de alta concentracin proveniente de la torre de absorcin interpaso de la seccin de absorcin. A la torre de secado se agrega una corriente de cido sulfrico de una concentracin de 99,2 % y del circuito de recirculacin se retira una fraccin de cido sulfrico de 95 % de concentracin, la dilucin es causada por el agua retirada en el secado. En la lnea de gas que alimenta la torre de secado se inyecta aire de dilucin para asegurar la oxigenacin suficiente para la oxidacin cataltica de SO2 a SO3 dentro del convertidor de la seccin de reaccin. 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 C y ser alimentado al convertidor de la zona de reaccin. Seccin de Conversin. La conversin de dixido de azufre (SO2) a trixido de azufre (SO3) se produce en un convertidor de cuatro pasos en presencia de oxgeno y un catalizador de vanadio cesio. La reaccin de conversin consume oxgeno y genera calor. La disminucin del oxgeno disponible y el aumento de temperatura limitan la reaccin de conversin. Por ello, para restablecer la capacidad de conversin se tienen cuatro pasos de conversin, reduciendo la temperatura del gas de proceso entre pasos. El gas de proceso que viene del recuperador a 420 C es alimentado al primer paso, de ste sale a 603 C. Esta corriente es enfriada a 435 C precalentando aire. Luego se alimenta al segundo paso y sale de ste a una temperatura de 497 C. Esta corriente es enfriada a 435 C precalentando otra corriente de gas de proceso. Luego se alimenta al tercer paso y sale de ste a 452 C. Esta corriente es enfriada a 201 C calentando gas de proceso proveniente de la torre de absorcin interpaso de la seccin de


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absorcin. La corriente enfriada a 201 C contiene ya una gran concentracin de trixido de azufre (SO3) por que es enviada a la torre de absorcin interpaso de la seccin de absorcin 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 continuacin con la corriente que sale del segundo paso para alcanzar una temperatura de 420 C a la entrada del cuarto paso. Sale del cuarto paso a una temperatura de 435 C, 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 C precalentando aire antes de enviarla a la torre de absorcin final de la seccin de absorcin. El aire empleado en la descomposicin del cido gastado es precalentado hasta una temperatura de 500 C 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 descomposicin, se genera un excedente de aire caliente que es venteado a la atmsfera. Seccin de Absorcin. El trixido de azufre (SO3) producido en el convertidor no se combina eficientemente con agua, por esta razn debe ser combinado indirectamente mediante su absorcin en cido sulfrico concentrado (mayor o igual a 98 %). Por ello, los sistemas de absorcin y secado estn interconectados para permitir el control de la concentracin de cido. En la torre de absorcin interpaso se produce el cido sulfrico de 99,2 % de concentracin. Para ello, el gas de proceso que sale del tercer paso del convertidor de la seccin de reaccin y que contiene la mayor cantidad de SO3 es contactado con cido sulfrico concentrado. Esta torre recibe adems la corriente de cido sulfrico de 95 % proveniente de la torre de secado de la seccin de enfriamiento y purificacin y recibe agua demineralizada, de modo que con el SO3 absorbido se produzca cido sulfrico de 99,2 %. Parte del cido sulfrico de 99,2 % es retornado a la torre de secado y la otra se destina a cido producto para su envo a la unidad de Alquilacin. Los gases libres de SO3 pero que an contiene SO2 es enviado al cuarto paso del convertidor de la seccin de reaccin, para convertir este SO2 remanente a SO3. Luego este gas convertido es dirigido a la torre de absorcin final, para absorber el SO3 generado en el cuarto paso del convertidor en una solucin concentrada de cido sulfrico. En esta torre se mantiene una recirculacin de cido de 98,5 %. Para mantener esta concentracin se agrega agua demineralizada, para con el SO3 producir el cido de 98,5 %. La produccin de este cido de 98,5 % es enviado a la torre de absorcin interpaso. Los gases que salen de la torre de absorcin final estn libres de SO3 y slo 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 Regeneracin de Acido Sulfrico Seccin Horno de Descomposicin

Gases de DescomposicinAcido Gastado (a Lavador Primario de Seccin

(de Unidad de Alquilacin) Enfriamiento y Purificacin)1.455 kg/h

Gas de ProcesoAcido Sulfhdrico (a 1 Paso Convertidor

(de Refinera) Recuperador Seccin Conversin)17 kg/h

Gas de Proceso(del compresor de gases

Aire Precalentado Seccin Enfriamiento y Purificacin)(de Seccin Conversin)

Gas Combustible(de Refinera)

115 kg/h

1050 CDescomposicin

Horno de


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Figura N 6-2 Diagrama de Flujo - Unidad de Regeneracin de cido Sulfrico Seccin Enfriamiento y Purificacin Gas de

Proceso

Gas de Proceso(a Recuperador Lado Fro

S. Horno de Descomposicin)

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

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

Eliminador de Neblina Secado

de Gas Hmedo ^ ^

v v Agua Enfriamiento

Acido 99.2 % Acido 3 % (de Torre Absorcin Interpaso

Seccin Absorcin)Acido 4 %

Agua de Acido 95 %Enfriamiento (a Torre Absorcin Interpaso

Seccin Absorcin)

Acido Dbil 2.7 %(a Pileta Neutralizacinde Unidad Alquilacin Agua de Proceso Aire de Dilucin

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


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Figura N 6-3 Diagrama de Flujo - Unidad de Regeneracin de cido Sulfrico Seccin Conversin

Convertidor

4 Paso (de Torre Absorcin InterpasoPrecalentador Seccin Absorcin)Aire Fro Gas de Proceso

3 PasoGas de Proceso

(a Torre Absorcin Interpaso2Paso Seccin Absorcin)

Intercambiador IntercambiadorPrecalentador Interpaso Caliente Interpaso FroAire Caliente 1 Paso

Gas de Proceso(a Torre Absorcin Final

Gas de Proceso Seccin Absorcin)(de Recup.Lado FroS. Horno Descomp.)

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

Descomposicin)

Aire2.892 kg/h

Soplador de Aire


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Figura N 6-4 Diagrama de Flujo - Unidad de Regeneracin de Acido Sulfrico Seccin Absorcin

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

Secc. Enfr. y Purificacin) Enfriamiento

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

Secc. Enfr. y Purificacin)Torre de Absorcin Torre de Absorcin

Interpaso Final

Gas de Proceso(a Interc. Interpaso Fro

Seccin Conversin)^ ^ ^ ^

Chimenea

Agua de Enfriador Agua de EnfriadorGas de Proceso Enfriamiento Enfriamiento

(de Interc. Interpaso FroSeccin Conversin) Acido 99.2 % Acido 98.5 %

DrenajeAgua Demineralizada (a Pileta Neutralizacin

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

Gas de Proceso(de Precal. Aire FroSeccin Conversin)

Unidad de Alquilacion

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