UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA CARRERA DE TECNOLOGÍA DE PETRÓLEOS

TEMA: “EVALUACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LAS CONDICIONES OPERACIONALES PARA PROCESAR LA GASOLINA DE TIPO AROMÁTICO INSATURADO QUE SE

OBTIENE MEDIANTE EL PROCESO DE REFORMADO CATALÍTICO CONTINUO (CCR) EN LA REFINERÍA

ESTATAL DE ESMERALDAS”

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE TECNÓLOGO EN

PETRÓLEOS

ERICK ALEJANDRO ACOSTA PADILLA

DIRECTOR: ING. FAUSTO RAMOS AGUIRRE

Quito, julio, 2012

© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2012

Reservados todos los derechos de reproducción

DECLARACIÓN

Yo Erick Alejandro Acosta Padilla, declaro que el trabajo aquí descrito es de

mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o

calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas

que se incluyen en este documento.

La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos

correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de

Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional

vigente. ____________________

Erick Alejandro Acosta Padilla

C.I. 1722791801

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Evaluación y descripción

de las condiciones operacionales para procesar la gasolina de tipo aromático

insaturado que se obtiene mediante el proceso de Reformado Catalítico

Continuo (CCR) en la Refinería Estatal de Esmeraldas”, que, para aspirar al

título de Tecnólogo en Petróleos fue desarrollado por Erick Alejandro Acosta

Padilla, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la

Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de

Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.

___________________

Ing. Fausto Ramos Aguirre

DIRECTOR DEL TRABAJO

C.I.

CARTA DE LA INSTITUCIÓN

DEDICATORIA

La presente tesis va dedicada a mis padres, porque creyeron en mí y porque

me sacaron adelante, dándome ejemplos dignos de superación y entrega,

porque en gran parte gracias a ustedes, hoy puedo ver alcanzada mi meta.

A mi abuelito y a mis hermanos, de quienes he aprendido y quiero mucho.

Y también a mis familiares y amigos que han estado conmigo en todo

momento.

AGRADECIMIENTO

Quiero en esta oportunidad agradecer en primer lugar a Dios todo poderoso

que me ha conservado con vida, con salud, me ha dado inteligencia, y ha

guiado y cuidado mi camino durante el transcurso de esta investigación, al

Ingeniero Fausto Ramos por su guía durante el transcurso de esta tesis, a la

Universidad Tecnológica Equinoccial por brindarme los conocimientos

necesarios para desarrollarme como profesional, y por último quiero

agradecer a la Refinería Estatal de Esmeraldas que me permitieron

desarrollar este estudio sin inconvenientes.

i

ÍNDICE DE CONTENIDOS

PÁGINA RESUMEN xii ABSTRACT xiv

CAPÍTULO 1 1

1. INTRODUCCIÓN 1

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2

1.2 FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DEL PROBLEMA 2

1.2.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 2

1.2.2 SISTEMATIZACIÓN DEL PROBLEMA 2

1.3 OBJETIVOS 3

1.3.1 OBJETIVO GENERAL 3

1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3

1.4 JUSTIFICACIÓN 3

1.5 MARCO TEÓRICO 4

1.5.1 ANTECEDENTES 4

1.5.2 BASES TEÓRICAS 5

1.5.3 PROCESO 7

1.6 HIPÓTESIS 8

1.6.1 HIPÓTESIS GENERAL 8

1.6.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICA 8

1.7 ASPECTOS METODOLÓGICOS 9

1.8 VARIABLES 9

1.8.1 VARIABLE INDEPENDIENTE 9

1.8.2 VARIABLE DEPENDIENTE 10

1.8.3 VARIABLE INTERVINIENTE 10

1.9 TÉCNICAS METODOLÓGICAS 10

1.9.1 VISITA A LA REFINERÍA ESTATAL DE ESMERALDAS 10

1.9.2 REVISIÓN DE LITERATURA ESPECIALIZADA AL TEMA 10

ii

CAPÍTULO II 11

2. MARCO TEÒRICO 11

2.1 ORIGEN DE LA NAFTA PESADA 11

2.2 DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA 11

2.3 ¿QUÉ ES LA REFORMACIÓN CATALÍTICA CONTINUA? 13

2.4 OBJETIVO DEL PROCESO 14

2.5 UNIDAD DE REFORMACIÓN SEMICONTINUA 15

2.6 CATALIZADOR 16

2.6.1 TIPO DE CATALIZADORES UTILIZADOS EN

HIDROPROCESOS 17

2.6.2 FORMAS DE LOS CATALIZADORES 17

2.6.3 ACTIVACIÓN DEL CATALIZADOR 18

2.6.4 DESACTIVACIÓN DEL CATALIZADOR 18

CAPÍTULO III 20

3. METODOLOGÍA 20 3.1 EVALUACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE REFORMADO

CATALÍTICO CONTINUO (CCR) 20 3.2 UNIDADES CATALÍTICAS 2 21

3.3 ALMACENAMIENTO DE MATERIAS PRIMAS Y PRODUCTOS EN

LA REE 22

3.4 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD REFORMADORA CATALÍTICA

CONTINUA 22

3.5 HIDROTRATADORA DE NAFTAS, HDT 22

3.6 DESCRIPCIÓN COMPLETA DE FLUJO DEL PROCESO DE LA

UNIDAD CCR EN LA REFINERÍA DE ESMERALDAS 23

3.7 COMPONENTES ESENCIALES DEL PROCESO DE

REFORMACIÓN CATALÍTICA 27

3.8 REACTORES DE LA UNIDAD CCR DE LA REE 28

3.9 CATALIZADOR UTILIZADO EN LA CCR 31

3.10 DETECTOR DE NIVEL DE CATALIZADOR DE RAYOS GAMMA 35

3.11 HORNO 35

3.12 SEPARADOR 37

iii

3.13 OPERACIONES DE SEPARACIÓN DEL REFORMADOR 38

3.14 TORRE ESTABILIZADORA 39

3.15 TORRE DESBUTANIZADORA 41

3.16 EQUIPO AUXILIAR 42

3.17 COMPRESOR 43

3.18 BOMBAS DE CARGA DE NAFTA PESADA 44

3.18.1 TIPOS DE BOMBAS UTILIZADAS EN LA UNIDAD CCR EN LA

REE 45

3.18.1.1 Bomba centrífuga 46

3.18.1.2 Bombas reciprocantes 47

3.19 INTERCAMBIADORES DE CALOR 48

3.20 MEZCLADO DE GASOLINA (BLENDING) 50

3.21 OCTANAJE DE LAS GASOLINAS 52

3.22 CATEGORÍAS DE CALIDAD DE COMBUSTIBLES ESTABLECIDAS

EN EUROPA 54

3.22.1 GASOLINA SIN PLOMO 55

3.23 VARIABLES DEL PROCESO DE LA UNIDAD CCR QUE SE

MANEJAN EN EL BUNKER EN LA REE 59

3.23.1 PRESIÓN 59

3.23.2 TEMPERATURA 60

3.23.3 VELOCIDAD ESPACIAL 61

3.23.4 PRESIÓN PARCIAL DE HIDRÓGENO 62

3.23.5 CALIDAD DE LA CARGA 62

3.24 CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LA UNIDAD CCR EN LA

REFINERÍA DE ESMERALDAS 64

3.24.1 CONDICIONES DE ARRANQUE DE PLANTA Y PARO DE

PLANTA 64

3.24.2 MANTENIMIENTOS EN LA UNIDAD CCR 64

3.24.3 PRINCIPALES CUIDADOS DE SEGURIDAD INDUSTRIAL

QUE TIENE LA UNIDAD CCR 65

3.25 TIPOS DE TANQUES QUE SE UTILIZAN PARA ALMACENAR LA

GASOLINA DE ALTO OCTANAJE (EXTRA Y SUPER) 65

iv

3.25.1 TANQUES DE TECHO FLOTANTE 65

3.25.2 GASOLINA EXTRA 68

3.25.3 GASOLINA SUPER 71

CAPÍTULO IV 73

4. ANÁLISIS Y RESULTADOS 73

4.1 ANÁLISIS Y SOLUCIONES PARA EVITAR LA CONTAMINACIÓN

AMBIENTAL QUE SE DA EN LA REE POR MEDIO DE LA

IMPLANTACIÓN DE INSTRUCCIONES QUE OPTIMICEN EL MANEJO

DE DESECHOS PELIGROSOS ESPECÍFICOS COMO LOS

CATALIZADORES 73

4.2 RESPONSABILIDADES 73

4.3 DESARROLLO 73

4.3.1 CATALIZADORES GASTADOS 73

4.3.1.1 Procedimientos generales 73

4.3.1.2 Opciones de eliminación/tratamiento del catalizador

gastado CCR 74

4.3.1.3 Entierro en fosas 75

4.4 DEL CONTROL DE LA CALIDAD DE LOS COMBUSTIBLES DE USO

VEHICULAR EN EL DISTRITO METROPOLITANO Y LA

REGULACIÓN DE SU COMERCIALIZACIÓN 76

4.4.1 SECCIÓN I ORDENANZA 213 76

4.5 NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 935:2010, SÉPTIMA

REVISIÓN, PRODUCTOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO.

GASOLINA REQUISITOS 78

4.6 ANTECEDENTES TÉCNICOS PARA RECOMENDACIONES

ARMONIZADAS DE COMBUSTIBLES (GASOLINA) 82

4.6.1 OCTANO 82

4.6.2 AZUFRE 83

4.6.3 TECNOLOGÍA AVANZADA Y EL FUTURO 84

4.6.4 ADITIVOS QUE FORMAN CENIZA (QUE CONTIENE

METALES) 85

4.6.5 PLOMO 85

v

4.6.6 MANGANESO (MMT) 86

4.6.7 HIERRO (FERROCENO) 86

4.6.8 SILICIO 87

4.6.9 OXIGENADOS 87

4.6.10 OLEOFINAS 88

4.6.10.1 Efecto de olefinas en las emisiones 88

4.6.11 AROMÁTICOS 88

4.6.12 INFLUENCIA DE LOS COMPUESTOS AROMÁTICOS EN

DEPÓSITOS EN EL MOTOR 88

4.6.13 INFLUENCIA DE LOS COMPUESTOS AROMÁTICOS EN LAS

EMOSIONES DE ESCAPE 89

4.6.14 INFLUENCIA DE LOS COMPUESTOS AROMÁTICOS EN LAS

EMISIONES DE CO2 89

4.6.15 BENCENO 89

4.6.16 BUENAS PRÁCTICAS AMBIENTALES 90

4.6.17 AZUFRE CORROSIVO 90

CAPÍTULO V 91

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 91

5.1 CONCLUSIONES 91

5.2 RECOMENDACIONES 93

NOMENCLATURA 95

GLOSARIO 96

BIBLIOGRAFÍA GENERAL 100

vi

ÍNDICE DE TABLAS

PÁGINA

Tabla 1. Unidades de proceso de la Refinería de Esmeraldas y su

capacidad 21

Tabla 2. Variables operacionales de un reactor usado en la Unidad

CCR 30

Tabla 3. Características del catalizador CR-201 32 Tabla 4. Características típicas del catalizador CR-401 33

Tabla 5. Variables operacionales del horno usado en la Unidad CCR en

la REE 36

Tabla 6. Equipos auxiliares y materiales de construcción usados en la

Unidad CCR 43

Tabla 7. Condiciones de operación de los compresores de hidrógeno y

los tipos que se utilizan 44

Tabla 8. Rendimiento de hidrógeno que se produce en la Unidad

CCR 44

Tabla 9. Parámetros de preparación de gasolina (81 RON) 53

Tabla 10. Parámetros de preparación de gasolina (90 RON) 54

Tabla 11. Categoría I de gasolina sin plomo 55

Tabla 12. Categoría II de gasolina sin plomo 56

Tabla 13. Categoría III de gasolina sin plomo 57

Tabla 14. Categoría IV de gasolina sin plomo 58

Tabla 15. Impurezas máximas permisibles (peso) en alimentación al

octanizing 64

Tabla 16. Capacidad y fondaje operativos de los tanques en la

REE 67 Tabla 17. Características técnicas de la gasolina extra en la REE 70

Tabla 18. Características técnicas de la gasolina súper en la REE 72

Tabla 19. Requisitos de la gasolina extra 80

vii

Tabla 20. Requisitos de la gasolina súper 81 Tabla 21. Impacto de azufre en las emisiones 84

viii

ÍNDICE DE FIGURAS

PÁGINA Figura 1. Unidad de Destilación Atmosférica 12

Figura 2. Proceso de la Reformación Catalítica Continua 14

Figura 3. Unidad de Reformado Catalítico 16

Figura 4. Formas de catalizadores usados en Hidroprocesos 18

Figura 5. Esquema del proceso de la Refinería Estatal de

Esmeraldas 20

Figura 6. Principales componentes de la Unidad CCR 28

Figura 7. Reactores usados en el CCR en la REE 31

Figura 8. Catalizadores usados en el CCR en la REE 34

Figura 9. Detector de nivel de catalizador de rayos gamma 35

Figura 10. Hornos utilizados en la Unidad CCR en la REE 37

Figura 11. Separador usado en la Refinería Estatal de Esmeraldas 38

Figura 12. Torre estabilizadora 40

Figura 13. Aeroenfriador 41

Figura 14. Torre desbutanizadora 42

Figura 15. Bombas usadas en la REE 45

Figura 16. Partes de una bomba centrífuga 47

Figura 17. Partes de una bomba reciprocante 48

Figura 18. Intercambiadores de calor usados en la REE 49

Figura 19. Partes del Intercambiador de calor 49

Figura 20. Blending de gasolinas 50

Figura 21. Tren de bombas para el Blending 51

Figura 22. Vista general del Proceso de Blending en la REE 52

Figura 23. Tanque de gasolina extra 69

Figura 24. Tanque de gasolina súper 71

Figura 25. Celda de catalizador gastado 75

ix

ÍNDICE DE ECUACIONES

PÁGINA Ecuación 1. Velocidad espacial 61

Ecuación 2. Velocidad espacial horaria del líquido 61

Ecuación 3. Presión parcial de hidrógeno 62

Ecuación 4. Índice antidetonante 79

Ecuación 5. Densidad API 97

x

ÍNDICE DE ANEXOS

PÁGINA

ANEXO 1. Refinería de Esmeraldas con ampliación, ya implementada la

unidad CCR 101

ANEXO 2. Reporte de resultados de análisis de rutina, Unidad

HDT – CCR 102

ANEXO 3. Contadores del blending 103

ANEXO 4. Planta de tetra etilo de plomo TEL 104

ANEXO 5. Desbutanizadora C_V18 105

ANEXO 6. Unidad Hidrodesulfuradora de naftas HDT 106

ANEXO 7. Almacenamiento de hidrógeno P_C3 107

ANEXO 8. Cabezal de hidrógeno P_H 108

ANEXO 9. Unidad desisopentanizadora P_V21 (recuperación de

isopentanos contenidos en la nafta ligera) 109

ANEXO 10. Separación y despojamiento de los volátiles en la unidad CCR

(P_V1) 110

ANEXO 11. Despojadores o Stripper P2_C01 111

ANEXO 12. Primer reactor de la unidad CCR (P2_R01) 112

ANEXO 13. Reactores de la unidad CCR (P3_V1X) 113

ANEXO 14. Torre estabilizadora P2_V06 114

ANEXO 15. Regeneración continua del catalizador P3_REG 115

ANEXO 16. Regenerador P3_V01 116

ANEXO 17. Diferenciales de temperatura P3_TEMP 117

ANEXO 18. Diagrama de flujo del proceso de la nafta pesada

hidrotratada 118

ANEXO 19. Diagrama de flujo del proceso de la unidad de reformado

catalítico (P2) 119

ANEXO 20. Diagrama de flujo del proceso de la unidad de reformado

catalítico (P2) 120

ANEXO 21. Diagrama de flujo del proceso del lazo de regeneración del

catalizador (P3) 121

xi

ANEXO 22. Diagrama de flujo del proceso del lazo de regeneración del

catalizador (P3) 122

xii

RESUMEN La construcción de la Refinería de Esmeraldas se inició a fines del año 1972

y su operación en 1977, la segunda ampliación de la Refinería de

Esmeraldas concluyó en 1997 y se planteó como objetivo principal adaptar la

refinería para el procesamiento de crudos pesados, aumento de la

capacidad de refinación a 110000 barriles por día (BPD), mejorar la calidad

del Diesel y eliminar aditivos como el tetraetilo de plomo (TEL) en las

gasolinas. Para lo cual, se amplió la capacidad de refinación de las Unidades

de Destilación Atmosférica, y se instaló nuevas Unidades como la

Hidrodesulfurizadora de Diesel, plantas de tratamiento de efluentes

necesarias para cumplir con los requerimientos ambientales, y como tema

principal de esta tesis la Unidad de Reformación con regeneración continua

de catalizador (CCR), la cual consiste en transformar la nafta pesada,

compuesta por hidrocarburos entre C6 Y C11, mayoritariamente parafínicos

y nafténicos, de bajo octanaje, en hidrocarburos aromáticos de alto octanaje.

La presente tesis ha sido desarrollada en los siguientes capítulos:

En el primer capítulo se menciona una introducción a la importancia de la

eliminación del tetra etilo de plomo (TEL) para así cumplir con los severos

estándares y normas ambientales actuales, además se plantea la

problemática, los objetivos a cumplir, hipótesis y finalmente la metodología

del desarrollo de la presente tesis.

En el segundo capítulo se menciona el origen de la nafta pesada la cual es

proveniente de la destilación atmosférica y es utilizada como materia prima

en la Unidad de Reformado Catalítico Continuo y así poder transformar la

nafta pesada en hidrocarburos aromáticos de alto octanaje.

En el tercer capítulo se hace una breve descripción de la unidad de

Reformado Catalítico Continuo (CCR) y de cada uno de sus componentes

esenciales en la Refinería de Esmeraldas, así como también se describe las

categorías de calidad de combustibles establecidas en Europa, y por último

xiii

las variables del proceso de la Unidad CCR que se manejan en el Bunker en

la Refinería de Esmeraldas y los tipos de tanques que se usan para

almacenar las gasolinas extra y súper.

En el cuarto capítulo se realizan análisis y soluciones para evitar la

contaminación ambiental que se da en la Refinería de Esmeraldas por medio

de una implantación de instrucciones que optimicen el manejo de desechos

peligrosos específicos como los catalizadores, para así cumplir con las

normas y especificaciones ambientales.

Y por último el quinto capítulo se llega a las conclusiones y

recomendaciones, las cuales están basadas en la investigación de esta

tesis, la cual tiene como conclusión principal que no se verifica un

tratamiento ambiental adecuado a los residuos tóxicos de catalizadores

provenientes de la unidad CCR, por ejemplo los catalizadores son

enterrados en fosas.

xiv

ABSTRACT The construction of the Esmeraldas refinery started at the end of the year

1972 and its operation in 1977, the second extension of the Esmeraldas

refinery was completed in 1997 and was raised as main objective to adapt

the refinery to process heavy crude oil, increased refining capacity to

110,000 barrels per day (BPD), improve quality and eliminate diesel additives

such as tetraethyl lead (TEL) in gasoline. To which, expanded refining

capacity of Atmospheric Distillation Units, and installed new units as diesel

hydrodesulphurizer, effluent treatment plants necessary to comply with

environmental requirements, and as the main topic of this thesis the

Reformation unit with continuous regeneration of catalyst (CCR), which is to

transform the heavy naphtha, composed between C6 and C11 hydrocarbons,

mainly paraffinic and naphthenic, low octane, aromatic hydrocarbon high

octane.

This thesis has been developed in the following chapters:

The first chapter is a brief introduction to the importance of the elimination of

tetra ethyl lead (TEL), in order to meet the stringent standards and current

environmental standards, besides the problem arises, to meet the objectives,

hypothesis and finally the development methodology of this thesis.

In the second chapter mentions the origin of the heavy naphtha which is from

atmospheric distillation and is used as raw material in the Continuous

Catalytic Reformer Unit so we can transform the heavy naphtha into high

octane aromatics.

The third chapter is a brief description of the Continuous Catalytic Reforming

unit (CCR) and each of its essential components in the Esmeraldas refinery,

and also describes the categories of fuel quality established in Europe, and

Finally the process variables CCR Unit handled in the Bunker in the

Esmeraldas refinery and types of tanks used to store extra and super

gasoline.

xv

In the fourth chapter are carried out analysis and solutions to prevent

environmental pollution that occurs in the Esmeraldas refinery through an

implementation of instructions that optimize specific hazardous waste

management as catalysts, in order to meet environmental standards and

specifications.

And finally in the fifth chapter refers to the conclusions and

recommendations, which are based on the research of this thesis. Which has

as main conclusion does not hold a suitable environmental treatment of

waste catalysts from toxic CCR unit, for example the catalysts are buried in

pits.

CAPÍTULO I

1

CAPÍTULO I 1. INTRODUCCIÓN

El reformado de nafta sobre catalizadores de platino fue desarrollado por la

Universal Oil Product (UOP), cuando introdujo el proceso Platforming en el

año 1947. En la actualidad existen en operación varios procesos de

reformado licenciados que emplean catalizadores basados en platino para

producir compuestos aromáticos y también nafta de alto octanaje. A

diferencia del cracking catalítico, la finalidad del reformado no es craquear la

alimentación, sino reacomodar sus moléculas para formar un producto con

mayor octanaje.

Las exigencias ambientales en el Ecuador son más severas que las de los

años anteriores, debido a los grandes problemas de contaminación

ambiental, motivo por el cual se debe actuar inmediatamente para disminuir

las emisiones de sustancias nocivas producidas por los motores de

combustión interna, los cuales utilizan las gasolinas y el diesel como

combustible, es por eso que se ha estudiado mejoras a los procesos de

hidrotratamiento catalítico de diferentes fracciones del petróleo, las cuales

consisten en utilizar nuevos catalizadores con formulaciones diferentes a las

utilizadas anteriormente y la eliminación del tetra etilo de plomo (TEL).

Además la importancia del uso de la Unidad de Reformación Catalítica

Continua (CCR) en la Refinería Estatal de Esmeraldas la cual es de gran

ayuda para aportar con hidrógenos a la Hidrodesulfuración obliga a hacer

una evaluación de las condiciones operacionales para procesar la gasolina

de tipo aromático. Más adelante, sabremos en qué consiste específicamente

la Reformación Catalítica Continua (CCR).

2

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El aumento significativo en la producción de combustible sin plomo para

automotores nuevos, incrementa la necesidad de un proceso de CCR para la

obtención de gasolinas de alto octano que son la que aportan para el

octanaje requerido en las gasolinas comerciales, ya que estás prohibido en

el mundo producir gasolinas de alto octanaje con aditivo TEL, eso hace

necesario implementar procesos de refinación que produzcan gasolinas de

alto octanaje para realizar el blending que resulte en gasolinas comerciales

que cumplan con las especificaciones y normativas que requieren las

gasolinas para motores modernos de alta compresión.

1.2 FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DEL PROBLEMA

1.2.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Qué parámetros del proceso CCR son necesarios y se deben controlar

para garantizar el correcto funcionamiento del proceso?

¿Cuáles son las principales variables de operación, variables críticas,

parámetros a controlar para conocer cómo funciona el proceso?

¿Cuáles son los principales parámetros que se controlan en el proceso de

CCR para cumplir con las diferentes especificaciones ambientales?

1.2.2 SISTEMATIZACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cuáles son las características físico químicas permitidas en el producto de

alimentación, las variables que permitan el buen funcionamiento del Proceso

de Reformado Continuo en la REE?

¿Cuáles son variables de operación de los procesos unitarios que

intervienen en esta unidad?

¿Cuáles son las especificaciones que comprueben la importancia y utilidad

del proceso de CCR?

3

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 OBJETIVO GENERAL

Describir las condiciones operacionales para procesar la gasolina de tipo

aromático que se obtiene mediante el proceso de reformado catalítico

continuo (CCR) en la Refinería Estatal de Esmeraldas.

1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Conocer el proceso de Reformado Catalítico Continuo (CCR) para la

obtención de gasolinas de alto octanaje (tipo aromático) en la REE.

2. Efectuar un seguimiento de los procesos unitarios que intervienen en la

unidad de CCR para determinar cuáles son, sus variables de operación,

variables críticas y características físico - químicas que intervienen en

el mismo.

3. Determinar las características físico – químicas de la carga al proceso,

del producto final y las variables del proceso que permiten realizar el

reformado catalítico continuo de gasolinas en la REE.

4. Investigar la calidad de la gasolina producida y saber si cumple con las

especificaciones como normas y ordenanzas para abalar su uso en el

país.

1.4 JUSTIFICACIÓN

El fin de este trabajo es realizar una recopilación de información para que

exista el conocimiento de las medidas que se deben tener en cuenta en el

Reformado Catalítico Continuo (CCR) para evitar contaminación, así como

también la importancia del producto final, que cumpla con todas las normas

ambientales y de seguridad, y es por eso que está prohibido adicionar tetra

etili de plomo (TEL) a las gasolinas y por tanto las refinerías deben introducir

operaciones unitarias que produzcan gasolinas de alto octanaje para el

blending.

4

1.5 MARCO TEÓRICO 1.5.1 ANTECEDENTES

La Refinería Estatal Esmeraldas, está situada en la provincia de Esmeraldas,

a 3.8 Km. de distancia del Océano Pacífico.

La construcción de la Refinería Estatal de Esmeraldas se inició a fines del

año 1972 y su operación en 1977. El diseño fue realizado por la compañía

Norteamericana UOP con una capacidad de procesamiento de 55.615

Barriles diarios de crudo procedentes de la Región Amazónica Ecuatoriana

con un rango de 27,9 a 28,3 grados API. La construcción la realizo el

consorcio japonés Sumitomo Chiyoda. La primera ampliación concluyo en el

año 1987, en la que se instalo unidades adicionales de Destilación

Atmosférica, Destilación al Vacio y Reducción de Viscosidad. La capacidad

de procesamiento alcanzada con esta ampliación fue de 90.000 barriles

diarios de petróleo, con la cual se cubriría el déficit de requerimiento nacional

proyectado a esa fecha.

La segunda ampliación de la Refinería Estatal de Esmeraldas concluyo en

1997, a partir del cual se inicio técnicamente el procesamiento de un crudo

con menor grado API, debido a que el Ecuador, a través de las compañías

extranjeras inicio la producción de crudos semipesados entre 18 y 24 grados

API, los mismos que mezclados con el crudo livianos, se obtuvo a esa fecha

una calidad promedio de crudo para refinación de 25,4 grados API.

El objetivo principal de esta aplicación fue la adaptación de la Refinería

Estatal Esmeraldas para el procesamiento de crudos pesados y consistió

principalmente en la ampliación de la capacidad de 90.000 a 110.000 bls/

día, a fin de compensar la pérdida de productos de derivados debido a la

disminución de la calidad de crudos, eliminar el uso del TEL como aditivo en

las gasolinas y mejorar la calidad del Diesel. Por lo cual, se amplió la

capacidad de refinación de las unidades de Destilación Atmosférica y se

instalo nuevas unidades como:

5

• Reformación con regeneración continúa de catalizador (CCR).

• Hidrodesulfurizadora de Diesel.

Además de otras plantas de tratamientos de efluentes necesarias para

cumplir con los requerimientos ambientales.

Él diseño de esta ampliación fue realizado por las compañías francesas IFP

BEICIP-FRANLAB, y la construcción estuvo a cargo del Consorcio Español

Técnicas Reunidas Eurocontrol.

En la actualidad la refinería procesa un petróleo crudo de 23,7 grados API,

calidad que varía de acuerdo a la mezcla de crudos transportados por el

SOTE, desde los campos petroleros de la Región Amazónica Ecuatoriana

1.5.2 BASES TEÓRICAS El objetivo de la Reformación Catalítica Continua es el rearreglo o

reformación de la estructura molecular de ciertos hidrocarburos

carbohidratos, particularmente para mejorar naftas con características

antidetonantes deficientes y convertirlas en combustibles para automotores

de calidad extra (“premium”), o para producir compuestos aromáticos, en

especial de 8 carbonos, benceno y tolueno a partir de fracciones de nafta

seleccionadas.

En la Unidad de Reformado Catalítico Continuo CCR entre los componentes

esenciales de un proceso de reforma particular se incluyen: Reactores que

contienen el catalizador en lechos fijos, calentadores para elevar la

temperatura de la nafta y el gas de reciclaje y para proporcionar el calor de

reacción, sistema enfriador del producto y un separador de gas y líquido,

sistema de reciclaje de hidrógeno y gas, y estabilizador para separar

hidrocarburos ligeros disueltos en el líquido receptor.

6

Prácticamente toda la nafta introducida a las unidades de reforma catalítica

es hidrotratada para eliminar sustancias distintas de hidrocarburos, que

afectarían negativamente la estabilidad de los catalizadores de la reforma

(metales nobles) desde el punto de vista de su actividad y selectividad.

Algunas de las sustancias eliminadas son azufre, nitrógeno, oxígeno y

compuestos orgánicos de arsénico y paladio; todos los cuales envenenan los

catalizadores.

El catalizador se coloca como un lecho fijo en los tres o más recipientes

separados del reactor adiabático, junto con la materia prima. Se precalienta

con una mezcla de gas de reciclaje e hidrógeno antes de ser introducido al

primer reactor y se recalienta entre los siguientes. Debido a que las

reacciones de deshidrogenación son bastante endotérmicas, hay una

pérdida importante de temperatura de las sustancias que fluyen y que

reaccionan, particularmente en el primer reactor, en donde ocurre una rápida

deshidrogenación del nafteno. Además, los efluentes del primero y segundo

reactores se recalientan para darles la temperatura adecuada antes de

introducirlos en el tercer reactor. Frecuentemente el calentador de carga y

los intercalentadores están contenidos en el mismo horno.

El efluente del último reactor se enfría y se lleva a un recipiente, donde la

mezcla producida se separa en una fase líquida y otra gaseosa. La mayor

parte del gas separado (principalmente hidrógeno) se comprime y

reintroduce a los reactores para proporcionar la presión parcial protectora de

hidrógeno en el medio ambiente de la reacción. Un producto neto rico en

hidrógeno se extrae del sistema mediante control de la presión.

El líquido receptor, que contiene disueltos hidrocarburos ligeros, se envía a

un Fraccionador para obtener un producto refinado estabilizado que puede

agregarse a la gasolina terminada. Este líquido generalmente está libre de

hidrocarburos más ligeros que C4. Los hidrocarburos C4 y más ligeros,

7

separados como cabeza en un fraccionador estabilizador, normalmente se

envían a un sistema de concentración de gas dentro de la Refinería.

1.5.3 PROCESO

La Reformación Catalítica Continua (CCR), consiste en transformar la nafta

pesada, compuesta por hidrocarburos entre C6 Y C11, mayoritariamente

parafínicos y nafténicos, de bajo octanaje, en hidrocarburos aromáticos de

alto octanaje.

La nafta pesada es previamente tratada en la hidrotratadora de naftas, a fin

de eliminar los contaminantes que pueden envenenar los catalizadores

empleados en esta unidad.

Las reacciones que se producen en este proceso son: La deshidrogenación,

la isomerización, y la deshidrociclación. La deshidrogenación permite que

los hidrocarburos nafténicos sean deshidrogenados, dando como resultado

compuestos aromáticos. La isomerización es la reacción mediante la cual las

parafinas y naftenos son transformados en isómeros. La deshidrociclación

de parafinas es un mecanismo por medio del cual las parafinas del

hidrocarburo son convertidas en aromáticos. Todos estos compuestos

mencionados tienen mayor número de octano que la carga. El octanaje

obtenido depende de la severidad del proceso, pero, por diseño en esta

planta se puede obtener gasolinas con número de octano alrededor de 100.

Estas gasolinas de alto octano, conjuntamente con la gasolina obtenida en la

Unidad de Craqueo Catalítico Fluido son las que aportan el octanaje

requerido para las gasolinas comerciales.

La particularidad de esta Unidad de Reformación (CCR) es que la

regeneración del catalizador es realizada en forma continua, para lo cual

existe un proceso denominado lazo de regeneración. Por medio de este

proceso se remueven las impurezas o venenos impregnados en la superficie

8

del catalizador, especialmente el carbón lo que permite recuperar las

propiedades catalíticas que favorecen el proceso de reformación.

Los productos obtenidos en esta Unidad son: La gasolina aromática de alto

octano, y una pequeña cantidad de LPG.

1.6 HIPÓTESIS

1.6.1 HIPÓTESIS GENERAL La gasolina, producto del proceso del CCR, permite mejorar la calidad final

de las gasolinas que se comercializan en el país. El proceso de CCR

produce gasolinas de alto octanaje de tipo aromático que se mezclan con

gasolinas de otros procesos para dar una gasolina comercial.

Conociendo la calidad antes, después del proceso y cumpliendo con las

diferentes especificaciones ambientales se podría identificar hasta que

cierto grado se da la contaminación ambiental en un buen funcionamiento de

la unidad.

1.6.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICA

1. Al hacer un seguimiento de los procesos unitarios de esta unidad se

determinaría cuáles son, sus variables de operación, variables criticas y

características físico - químicas que intervienen en el mismo

2. Si se redujera las impurezas en la carga del CCR se reduciría el riesgo

de daño de los catalizadores de la unidad y se evitarían paradas

innecesarias y un mayor desabastecimiento de gasolina.

3. Si se cumpliera con el objetivo de investigar la calidad de la gasolina

producida, así se sabrá si cumple con las especificaciones como

normas y ordenanzas para abalar su uso en el país.

9

1.7 ASPECTOS METODOLÓGICOS En esta tesis utilizaremos el método teórico ya que por medio de las

diferentes teorías aplicadas a este método obtendremos información para

realizar la respectiva investigación.

También usaremos el método descriptivo ya que vamos a describir las

condiciones operacionales para procesar la gasolina de tipo aromático que

se obtiene mediante el proceso de reformado catalítico continuo (CCR) en la

REE.

Así como también el método de observación ya que debemos observar

atentamente el fenómeno que se produce en el proceso de la gasolina de

tipo aromático y así poder tomar información y registrarla para su posterior

análisis.

También nos basaremos en el método de campo ya que tenemos que

investigar qué es lo que está ocurriendo en el medio ambiente y como

afectan estas sustancias nocivas a los pueblos cercanos.

1.8 VARIABLES

1.8.1 VARIABLE INDEPENDIENTE

Las variables independientes del proceso son:

• Presión

• Temperatura

• Velocidad espacial

• Presión parcial de hidrógeno o relación de reciclo H2/HC

• Calidad de la carga

10

1.8.2 VARIABLE DEPENDIENTE

• La importancia del uso de la Unidad de Reformado Catalítico

Continuo en la Refinería Estatal de Esmeraldas.

• Producción de gasolina extra y súper por día.

• Consumo de la gasolina extra y súper en el país.

1.8.3 VARIABLE INTERVINIENTE

• Prefraccionamiento de la nafta de carga.

• Hidrotratamiento.

• Reformación.

• Estabilización del reformado.

1.9 TÉCNICAS METODOLÓGICAS

Las técnicas a utilizarse en el presente trabajo investigativo son:

1.9.1 VISITA A LA REFINERÍA ESTATAL DE ESMERALDAS

La visita a la Refinería tiene la finalidad de conocer el diseño de las

instalaciones con las que se opera, los principales equipos que se utilizan y

la descripción de cada uno de ellos.

1.9.2 REVISIÓN DE LITERATURA ESPECIALIZADA AL TEMA

Se recopilará información a través de manuales, catálogos, revistas, internet

y pruebas de laboratorio. También se utilizarán los conocimientos adquiridos

en las conferencias realizadas por técnicos.

CAPÍTULO II

11

CAPÍTULO II 2. MARCO TEÓRICO

A continuación se describirá de donde proviene la nafta pesada para

procesarla en la unidad CCR y el marco teórico en general.

2.1 ORIGEN DE LA NAFTA PESADA

El origen de la nafta pesada para el proceso de Reformado Catalítico

Continuo viene de la destilación atmosférica (Anexo 1).

2.2 DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA

La destilación es un proceso de separación físico, que se fundamenta en los

diferentes puntos de ebullición de los componentes del crudo, por lo tanto no

existen cambios en la estructura molecular de estos.

El crudo desalado es calentado en intercambiadores de calor en un horno

hasta una temperatura alrededor de los 360 °C a la cual es alimentada la

torre de destilación (Figura 1), en la misma debido a la diferencia de punto

de ebullición de los diferentes compuestos del crudo, estos se separan en

fracciones. La fracción más ligera se obtiene por el domo de la torre y está

compuesta por los gases LPG y gasolinas, la fracción siguiente corresponde

a Jet-Fuel y Diesel 1, la cual se obtiene más abajo en la torre. El Diesel 2

que es la fracción más pesada se obtiene más abajo. Finalmente por el

fondo de la torre, se retira el denominado crudo reducido, el cual es enviado

a las Unidades de destilación al Vacío.

La fracción de LPG y gasolinas obtenida por el domo de la torre de

destilación atmosférica es alimentada en la torre “desbutanizadora” en donde

el LPG, como fracción más ligera es separado por el domo y enviado a

posterior tratamiento en la Unidad de Concentración de Gases.

12

Mientras tanto la fracción de gasolina, la cual es obtenida por el fondo, es

alimentada a la torre “deisohexanizadora”, en la que se separan las

denominadas nafta liviana y nafta pesada. Estas naftas que tienen la

característica de poseer bajo octanaje, continúan a otros procesos de

tratamiento o de preparación de combustibles. La fracción de Jet-Fuel

ingresa a pequeñas torres de contacto, denominados “stripper” en donde

mediante la inyección de vapor a 150 psi, se despoja los compuestos más

ligeros y se ajusta el punto de inflamación. Finalmente es enfriado para

envío a tanques de almacenamiento a la Unidad Merox de Jet-Fuel para el

tratamiento final, previo al despacho.

El Diesel 2, también es sometido al despojamiento y ajuste del punto de

inflamación, luego de lo cual, es enfriado para envío a tanques o a la Unidad

Hidrodesulfuradora de Diesel a fin de mejorar su calidad por disminución del

contenido de azufre. El crudo reducido tiene diferentes destinos,

dependiendo de la modalidad de operación, este producto se envía a las

Unidades de Vacío, a las Reductoras de Viscosidad o a la mezcla con Fuel

oil.

Figura 1. Unidad de Destilación Atmosférica

Fuente: Ramos, F., (2009), Unidad de destilación atmosférica

13

2.3 ¿QUÉ ES LA REFORMACIÓN CATALÍTICA CONTINUA?

Es aquella en la cual la nafta pesada formada por hidrocarburos entre C6 y

C11, parafínicos y nafténicos, obtenidos en destilación atmosférica y de bajo

octanaje es transformada en hidrocarburos aromáticos de alto octanaje.

(Benceno, tolueno, xileno), así el n- heptano que tiene octanaje de 0 es

transformado en tolueno que tiene octanaje de 120. Las reacciones que se

producen son:

• Deshidrogenación de HC nafténicos resultando en aromáticos.

• Isomerización, las parafinas y naftenos son transformados en

isómeros.

• Dehidrociclación de parafinas, las parafinas son convertidas en

aromáticos.

Ingresa Nafta Pesada a la Unidad CCR y se obtiene gasolina de alto octanaje

(Benceno) e hidrógeno.

La gasolina finalmente obtenida tiene un octanaje de 100. Esta gasolina, mas

la de FCC. Son las bases para las gasolinas comerciales. También se tiene

pequeñas cantidades de LPG.

14

Figura 2. Proceso de la Reformación Catalítica Continua (CCR)

Fuente: Ramos, F., (2009), Unidad de reformación catalítica continua

2.4 OBJETIVO DEL PROCESO

Es el arreglo o reformación de la estructura molecular de ciertos

hidrocarburos, especialmente naftas (pesadas) con bajo índice de octano (45

– a 55), para convertirlos en combustibles con alto índice de octano (89 – 92

solo gasolinas) o para producir compuestos aromáticos en especial de 8

carbonos, benceno y tolueno a partir de fracciones de naftas seleccionadas.

A condiciones de presión moderada y alta temperatura, se promueven

reacciones catalíticas conducentes a la generación de compuestos de mayor

octano como son los aromáticos y las isoparafinas. Simultáneamente en las

reacciones se produce hidrógeno, que se utiliza en la misma refinería en los

procesos de hidrotratamiento. Las reacciones son promovidas por

15

catalizadores basados en gg-alúmina como soporte de metales activos

(platino-renio o platino-estaño).

El Reformado Catalítico convierte naftas vírgenes y craqueadas de bajo

octanaje (55 RON) en stocks para mezcla de gasolinas de alto octanaje.

Aunque son numerosas las reacciones que tienen lugar durante el

reformado, las reacciones predominantes son la De hidrogenación de

naftenos para formar aromáticos. Algunos refinadores aíslan los aromáticos

para uso petroquímico. Pero la mayoría se usa para mezcla de gasolinas.

2.5 UNIDAD DE REFORMACIÓN SEMICONTINUA

La nafta pesada obtenida en la Unidad de Crudo, es de bajo octanaje (unos

53 octanos), lo que la hace inadecuada para su uso como combustible de

automotores; por esta razón en esta unidad a la carga, libre de compuestos

de azufre (< 10 ppm).

Mediante un tren de reactores, con catalizadores de Platino y Renio y con

altas presiones y temperaturas, se modifica la estructura molecular de los

componentes de la nafta para obtener compuestos de mayor octanaje. El

catalizador debe regenerarse periódicamente.

16

Figura 3. Unidad de Reformado Catalítico

Fuente: Ramos, F., (2009), Unidad de reformado catalítico

2.6 CATALIZADOR

Un catalizador propiamente dicho es una sustancia que está presente en

una reacción química en contacto físico con los reactivos, y acelera, induce o

propicia dicha reacción sin actuar en la misma.

Los catalizadores del Reformado Catalítico Continuo CCR están sujetos a

envenenamiento por sulfuro de hidrógeno y otros compuestos de azufre,

nitrógeno y oxígeno. Por lo tanto, la alimentación de nafta debe ser

pretratada en una operación intermedia de hidrotratamiento para removerle

esas impurezas antes del reformado. La mayoría de la carga del reformador

es nafta virgen (sin craqueo) de la unidad de destilación atmosférica, sin

embargo, otras naftas con puntos de ebullición adecuados pueden aceptarse

luego de ser hidrotratadas para eliminarles los venenos del catalizador y

para saturar los materiales olefínicos no deseados.

17

El proceso de reformado de nafta es un contribuyente muy importante en la

rentabilidad de una refinería de petróleo. Este proceso continuará siendo

foco de mejoras y modificaciones para alcanzar las características

cambiantes de los productos refinados en el futuro.

Una de las finalidades del proceso de Reformado Catalítico Continuo es que

a más de producir gasolinas de alto octanaje, es producir H2 para los otros

procesos.

2.6.1 TIPO DE CATALIZADORES UTILIZADOS EN HIDROPROCESOS

Los catalizadores más comunes utilizados en Hidroprocesos y sus

características son:

Cobalto Molibdeno: Buena remoción de Azufre, pobre remoción de

Nitrógeno.

Níquel Molibdeno: Buena remoción de Nitrógeno, pobre remoción de Azufre.

Níquel - Wolframio: Buena remoción de Azufre, nitrógeno y favorecen el

hidrocracking.

2.6.2 FORMAS DE LOS CATALIZADORES Los catalizadores tienen varias formas las cuales las podremos observar en

la siguiente figura.

18

Figura 4. Formas de catalizadores usados en Hidroprocesos

Fuente: Acosta, L., (2010), Descripción y evaluación para la obtención de diesel premium

mediante el proceso de Hidrodesulfuración (HDS) en la Refinería Estatal de Esmeraldas

2.6.3 ACTIVACIÓN DEL CATALIZADOR

• Catalizador es manufacturado y trasladado en el estado de óxido de

metales. (Más seguro para manipular)

• Los metales deben ser convertidos a sulfuros de metales para obtener

una mayor actividad en el catalizador.

• La sulfurización del catalizador se realiza después de su carga

• Se inyectan agentes con alto contenido de azufre y rápida

descomposición

• Es necesario un cuidadoso control de la sulfurización ya que es

altamente exotérmica

2.6.4 DESACTIVACIÓN DEL CATALIZADOR Las principales causas de desactivación del catalizador son:

• Envenenamiento, consecuencia de la interacción química con la

superficie catalítica por una molécula de veneno que se adsorbe

fuertemente. Éste puede ser reversible (solo durante la presencia de los

venenos en la mezcla suministrada), e irreversible; en esta ultima el

catalizador es remplazado por otro o es regenerado.

19

• Coquificación (formación de carbón) de la superficie por

deshidrogenación de algunos hidrocarburos cíclicos. La mayor cantidad

de coque se deposita durante la parte inicial de la reacción.

• Pérdida de la fase activa parcial o total por desgaste del catalizador

(abrasión).

• Durante un proceso catalítico las moléculas complejas (asfaltenos) o

aquellas formadas durante el proceso son absorbidas fuertemente por el

catalizador haciendo imposible su tratamiento con H2, por lo tanto

continúan condensándose hasta que finalmente se degradan a coque, y

esta es la sustancia que se deposita en los sitios activos que

eventualmente interfiere con la reacción.

CAPÍTULO III

20

CAPÍTULO III 3. METODOLOGÍA

A continuación se describirá el proceso de la unidad CCR, y la metodología

utilizada en esta tesis en general.

3.1 EVALUACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE REFORMADO CATALÍTICO CONTINUO (CCR)

La Refinería Estatal de Esmeraldas amplió la capacidad de refinación de las

Unidades de Destilación Atmosférica e instaló nuevas Unidades, como la

Unidad de Reformación con Regeneración Continua de Catalizador

(CCR).(Figura 5)

Figura 5. Esquema del proceso de la Refinería Estatal de Esmeraldas

Fuente: Ramos, F., (2009), Derivados del petróleo obtenidos en la Refinería Estatal de

Esmeraldas

21

3.2 UNIDADES CATALÍTICAS 2

Las unidades Catalíticas 2 contienen:

• Merox jet fuel 100

• Hidrodesulfuradora de naftas HDT

• Reformadora con catalizador CCR

• Compresores de Hidrogeno y tanques de almacenamiento

• Despojadores de H2S (gas sulfhídrico) de naftas

Tabla 1. Unidades de proceso de la Refinería de Esmeraldas y su capacidad

Fuente: Acosta, L., (2010), Descripción y evaluación para la obtención de diesel premium

mediante el proceso de Hidrodesulfuración (HDS) en la Refinería Estatal de Esmeraldas

Refinería Estatal de Esmeraldas UNIDADES DE PROCESO Capacidad de Diseño (Bls /Día) Destilación Atmosférica 1 55,000

Destilación Atmosférica 2 55,000

Destilación al Vacío 1 29,400

Destilación al Vacío 2 15,900

Viscorreductora 1 15,750

Viscorreductora 2 15,750

Craqueo Catalítico Fluido (FCC) 18,000

Reformadora Catalítica Continua

(CCR)

10,000

Hidrodesulfuradora de Diesel 24,500

Hidrodesulfuradora de Naftas 13,000

Hidrodesulfuración de Diesel 24.500

Recuperación de Azufre 1 13 tn / día

Recuperación Azufre 2 50 tn / día

22

3.3 ALMACENAMIENTO DE MATERIAS PRIMAS Y PRODUCTOS EN LA REE

La REE tiene 6 tanques de Crudo con un volumen operativo de 180.000

barriles cada uno, dando así un total de 51 tanques de almacenamiento, a

demás tiene 15 esferas para almacenamiento de GLP.

3.4 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD REFORMADORA CATALÍTICA CONTINUA

La CCR por la Regeneración Continua del Catalizador, tiene tres secciones

las cuales se describirán a continuación:

Unidad P1: Hidrotratadora de Nafta pesada. Se obtiene nafta hidrotratada

con un contenido bajo de contaminantes tales como: azufre, agua,

halógenos, olefinas, arsénico y metales, para que no afecten el

comportamiento de la sección de reformación catalítica. Consta de un

reactor con catalizador bimetálico en lecho fijo.

Unidad P2: Reformadora catalítica. El propósito de esta unidad es producir

un reformado de alto octanaje “95-100 octanos” rico en aromáticos para el

pool de mezcla de gasolina. Tiene varios reactores con un lecho movible de

catalizador bimetálico en atmósfera de hidrógeno.

Unidad P3: Lazo de regeneración. Su propósito es la regeneración

continua del catalizador durante la operación normal de la reformadora

catalítica.

3.5 HIDROTRATADORA DE NAFTAS, HDT

Esta planta fue construida en la última ampliación de la Refinería, su función

es la de purificar la nafta pesada, para el proceso de reformación ya que

este proceso utiliza un catalizador que es sensible a ciertos contaminantes,

23

como el azufre, nitrógeno, agua, compuestos halogenados, hidrocarburos

insaturados y ciertos metales (Anexo 6).

Este proceso se realiza en presencia de hidrógeno y un catalizador, a fin de

lograr la desulfurización, desnitrificación, hidrogenación y eliminación de

metales. Con estas reacciones, estos contaminantes son reducidos a niveles

inferiores al 1 ppm.

De este proceso se obtiene la nafta hidrotratadora y gas amargo que es

enviada a la Unidad de Tratamiento de gases.

3.6 DESCRIPCIÓN COMPLETA DE FLUJO DEL PROCESO DE LA UNIDAD CCR EN LA REFINERÍA DE ESMERALDAS

A continuación se describe el proceso completo de la unidad CCR en la

Refinería de Esmeraldas.

Sección de reacción La carga a la Unidad de Reformación Catalítica, es presurizada

directamente desde el fondo del despojador de la unidad hidrotratadora P1

después del intercambio carga/fondos. La carga entra a los límites de batería

de la unidad a 13.9 kg/cm²g y 128°C y es pasada a través de los filtros P2-

FT1 A/B para eliminar cualquier partícula de materia que puede depositarse

en el intercambiador de placas P2-E1. La carga puede ser bombeada

directamente desde el almacenamiento. Un agente clorante y agua son

inyectados antes del control de flujo, dejando a la válvula controlar el

equilibrio agua-cloruro (si el regenerador continuo está fuera de servicio)

para un óptimo comportamiento del catalizador de reformación. Después de

pasar a través de la válvula de control de flujo de la carga, la nafta es

mezclada con hidrógeno de reciclo del P2-C1 en el intercambiador de placas

P2-E1. Este es un intercambiador de contracorriente verdadero diseñado

para una caída de presión mínima y máxima recuperación de calor con el

24

efluente del reactor. La carga combinada de nafta e hidrógeno de reciclo es

precalentada con el efluente del tercer reactor y posteriormente es calentada

a la temperatura de entrada requerida para el primer reactor en el

precalentador P2-H1.

En el primer reactor P2-R1, las reacciones son predominatemente

endotérmicas y por tanto el efluente del reactor requiere recalentarse en el

primer intercalentador P2-H2 a la temperatura de entrada requerida para el

segundo reactor P2-R2. Las reacciones en el P2-R2 son menos

endotérmicas pero aún requiere recalentamiento en el P2-H3 antes de entrar

al último reactor P2-R3. El efluente sale del reactor P2-R3 a

aproximadamente 441-484°C, dependiendo de la carga y posición en el

ciclo, y 3.3 kg/cm²g.

En los tres reactores la carga contacta con el catalizador de reformación que

está dividido aproximadamente en la relación 15/30/55. En el proceso de

regeneración continua el catalizador circula continuamente:

• En los reactores, en el espacio entre la grilla externa y la tubería

central desde el tope hasta el fondo.

• Del fondo del un reactor al tope del siguiente.

• Desde el último reactor a la unidad de regeneración para la

regeneración.

• Desde la unidad de regeneración, el catalizador regenerado retorna al

primer reactor.

En la unidad de regeneración, el catalizador es regenerado por medio de un

sistema de lazo de regeneración automática. La circulación de catalizador es

alcanzada o por flujo por gravedad o con los sistemas de elevación con gas.

En los libros de procesos correspondientes se da una descripción detallada

de la unidad de regeneración.

25

Saliendo del P2-R3, el efluente después del intercambio de calor en el P2-E1

con la carga al reactor, es enfriado por intercambio con aire y agua en el P2-

E2 y P2-E3 respectivamente, antes de entrar al separador P2-V1. Una

porción del gas separado es comprimida en el compresor de gas de reciclo

P2-C1, accionado con una turbina de vapor, y reciclado a los reactores. El

gas remanente que constituye el gas de producción de hidrógeno es enviado

a una sección de recontacto para mejorar la pureza del hidrógeno y

recuperar la producción líquida.

El líquido separado es bombeado por la P2-P1 para ser recontactado en la

sección de recontacto. La presión de la sección de reacción es controlada

variando el flujo de retorno del compresor de gas H2 rico P2-C2.

Sección de compresión y recontacto El gas de producción de hidrógeno después del separador P2-V3 es

comprimido por la primera etapa del P2-C2, enfriado en el intercambiador

con agua de enfriamiento P2-E4 y separado en el P2-V2. El líquido separado

es retornado al efluente del reactor corriente abajo del intercambiador con

agua de enfriamiento P2-E3. El vapor separado es comprimido en la

segunda etapa del compresor de gas H2 rico P2-C2 y recontactado con el

líquido del P2-P1.

La mezcla recontactada es luego enfriada en 4 etapas, con agua en el P2-

E5, en el enfriador de carga del absorbedor de alta presión, con gas H2 rico

en el P2-E6, con fondos del absorbedor de alta presión en el P2-E7 y con un

refrigerante en el P2-E8. La temperatura objetivo es 0°C a 19.5 kg/cm² g en

el tambor del absorbedor de alta presión P2-V4. Estas condiciones del

separador de la etapa final para el gas de producción de H2 son diseñadas

para:

• Una alta recuperación del C3+ contenido en el hidrógeno del P2-C2.

• Una alta concentración de H2 en el producto de gas hidrógeno rico.

El gas rico en hidrógeno separado a aproximadamente 96% mol de pureza

de hidrógeno en el SOL puede ser enviado a la red de hidrógeno.

26

El líquido separado en el tambor absorbedor de alta presión P2-V4 después

del calentamiento en el P2-E7, es enviado a la sección de recuperación y

estabilización de LPG, bajo control de nivel.

Sección de recuperación y estabilización de LPG El líquido frío separado del P2-V4, es contactado con gas residual del

estabilizador y dejado separar en el P2-V5, el tambor absorbedor de LPG. El

propósito de esta etapa es el de recuperar la máxima cantidad de LPG, esto

es C3 y C4's del domo del estabilizador.

El vapor del P2-V5 es enviado a gas combustible bajo control de presión.

Esta corriente es predominantemente de cortes ligeros, es decir C1 y C2's y

controla la presión de operación del estabilizador. El líquido separado de

este tambor es bombeado por la P2-P2 a través de los intercambiadores

fondos/carga del estabilizador P2-E9 A/B/C para ingresar al estabilizador P2-

V6 en el plato 12 (desde el tope). El estabilizador, operando a un promedio

de 15 kg/cm²g reduce la fracción de C4 y más ligeros en el reformado a

menos de 0.5% vol. El estabilizador es rehervido con un horno P2-H4,

circulando con las bombas del rehervidor P2-P5. El control de temperatura

está en el plato cuatro desde el fondo.

Los domos del P2-V6 son parcialmente condensados en aeroenfriador P2-

E10 y subenfriados en el intercambiador con agua de enfriamiento P2-E11

para colectarse en el P2-V7, el tambor de reflujo del estabilizador. El vapor

del domo es retornado al P2-V5 para la recuperación de LPG. Una porción

del líquido separado es bombeado por la P2-P3 bajo control de flujo como

reflujo al P2-V6. Una corriente separada del líquido como LPG es retirada a

través de la P2-P4 bajo control de flujo con reajuste de nivel y es enviada a

almacenamiento. Los fondos del estabilizador, después del enfriamiento

parcial en los intercambiadores carga/fondos del estabilizador, son

posteriormente enfriados en el aeroenfriador de reformado P2-E12, y con

agua en el enfriador de reformado P2-E13. Este producto reformado es

27

luego, bajo control de nivel, presurizado directamente hacia almacenamiento

o hacia el mezclado de gasolina.

3.7 COMPONENTES ESENCIALES DEL PROCESO DE REFORMACIÓN CATALÍTICA

A continuación mencionaremos a los principales componente (Figura 6) de la

Unidad CCR.

1. Reactores que contienen catalizador en lecho fijo.

2. Calentadores (hornos) para calentar la nafta y el gas de reciclaje y dar

calor de reacción.

3. Sistema enfriador del producto y separador gas – líquido.

4. Sistema de reciclaje de hidrógeno y gas.

5. Estabilizador para separar hidrocarburos ligeros disueltos en el líquido.

6. Regeneradores del catalizador.

7. Compresor de reciclo (para el H2).

8. Bombas de carga.

9. Los reactores y regeneradores tienen un sistema de medición de niveles

de catalizador, con RAYOS GAMMA (radiaciones ionizantes).

10. Equipos electrónicos y neumáticos para el control de variables de

proceso: presiones, temperaturas, volúmenes, niveles de cargas, calidad

de la regeneración, caudales.

11. Equipos detectores de humos, flamas, fugas de gas hidrógeno.

12. Equipos para control de incendios, de ataque rápido y sistema

presionado con detectores y alarmas automatizadas.

• Toda la nafta de carga es hidrotratada para eliminar los venenos de los

catalizadores; se elimina, S, N, O, compuestos orgánicos de Arsénico y

Paladio.

• El catalizador está colocado en lecho fijo en los tres recipientes.

• La nafta de carga se pre- calienta con una mezcla de gas de reciclaje e

hidrógeno antes de introducirla al primer reactor y se recalienta entre las

siguientes.

28

• Las reacciones químicas de des hidrogenación son endotérmicas, por

tanto hay que recalentar cada vez en el segundo y tercer horno.

• El efluente del último reactor se enfría y se lleva al separador gas

líquido. La mayor parte del gas separado (principalmente H2) se

comprime y reintroduce a los reactores para proporcionar la presión

parcial protectora de H2 en el medio ambiente de la reacción.

• Un producto neto, rico en H2 se extrae del sistema mediante control de

presión

• El liquido del separador que contiene hidrocarburos ligeros absorbidos o

disueltos, se envía a un fraccionador para obtener un producto refinado

estabilizado que puede agregarse a la gasolina terminada.

• Los hidrocarburos más ligeros (C4) separados en la cabeza del

fraccionador se envían a GASCON.

Figura 6. Principales componentes de la Unidad CCR

Fuente: Ramos, F., (2009), Unidad de reformación catalítica continua

3.8 REACTORES DE LA UNIDAD CCR DE LA REE

En los reactores (Figura 7) la nafta pretratada se combina con gas de reciclo

(típicamente 75-85 % molar H2) y se precalienta mediante intercambio con

el efluente del reactor 3. La alimentación combinada se lleva hasta la

29

temperatura deseada de ingreso al reactor 1 en el horno primario. Existe una

gran caída de temperatura en el reactor 1 debido a la predominancia de

reacciones de deshidrogenación y el efluente sale generalmente entre 50 y

75 ºC más frío que la alimentación del reactor (Anexo 12, 13).

El efluente del reactor 1 se recalienta hasta la temperatura deseada en un

horno intermedio y se alimenta al reactor 2. Aquí la caída de temperatura a

través del reactor está entre 20 y 30 ºC, y es necesario recalentar el efluente

en un segundo horno intermedio antes del reactor 3.

En el reactor 3, las reacciones exotérmicas comienzan a predominar, y la

caída de temperatura está en el orden de 5 y 10 ºC. A medida que el

catalizador se desactiva, la caída de temperatura en todos los reactores

disminuye, por ende, las reacciones exotérmicas de hidrocraqueo se vuelven

más importantes. Históricamente, las refinerías han monitoreado la caída de

temperatura de los reactores para seguir la actividad del catalizador.

El efluente del reactor final se enfría mediante intercambio con la

alimentación combinada del reactor 1 y luego aún más mediante un

aeroenfriador. El enfriamiento final se lleva a cabo en un enfriador con agua,

cuya temperatura de salida típica está entre 33 y 38 ºC. El efluente frio es

separado y sus líquidos son enviados a la columna estabilizadora.

30

Tabla 2. Variables operacionales de un reactor usado en la Unidad CCR

CONDICIONES DE OPERACION DE LOS REACTORES

Número de Reactor Presión Temperatura

Primer Reactor (P2-R1) 39.9 Kg/cm2 461ºC

Segundo Reactor (P2-R2) 40.3 Kg/cm2 461ºC

Tercer Reactor (P2-R3) 40.7 Kg/cm2 461ºC

Los diferenciales de presión en los reactores son normalmente de 0,4 Kg/cm2.

CONDICIONES ÓPTIMAS PARA LA OPERACIÓN DEL REACTOR

Temperatura del reactor 461 °C

Presión promedio de los

reactores 60 bars – 40 kg/cm2 _ 568 a 870 psi

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

31

Figura 7. Reactores usados en el CCR en la REE

Fuente: Ramos, F., (2009), Unidad de reformación catalítica continua

3.9 CATALIZADOR UTILIZADO EN LA CCR • CATALIZADOR CR-201

Catalizador de Reformación Catalítica, CCR. Soporte de alúmina de alta

pureza; Alta estabilidad y selectividad debido al platino asociado con otros

metales.

Para el CCR se utilizan altas temperaturas (490-530 °C), presiones

moderadas (10-25 bar) y catalizadores sólidos de platino y otros metales

nobles soportados sobre alúmina.

La empresa que vende el catalizador a la Unidad CCR es la francesa

AXXENS, y sobre cada cuanto se compra, eso depende de cuan

envenenado esté el catalizador; la Unidad CCR hace la compra del

catalizador cada 6 años aproximadamente.

32

Tabla 3. Características del catalizador CR-201

Tipo CR-201

Proveedor Procatalyse

Descripción Bolas de alumina de alta pureza (0.35 % peso) impregnada con platino y promotores.

Diámetro de partícula 1.8 mm

Densidad másica 0.65 t/m³ (± 0.05)

Cantidad Reactor 1 (P2-R1): 4.7 m³ Reactor 2 (P2-R2): 9.4 m³

Reactor 3 (P2-R3): 17.1 m³ Catalizador fuera de los reactores 7.3 m³

Total 38.5 m³

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

• CATALIZADOR CR-401

Reformadora catalítica con regeneración continua del catalizador.

CR-401 es un catalizador bimetálico de platino-estaño, la reformación del

catalizador fue desarrollado para producir gasolina de alto octanaje.

CR-401 ha sido diseñado para el proceso de reformación con regeneración

continua:

- Ofrece una alta selectividad, máximo rendimiento C5 e hidrógeno a

muy baja presión.

- Alta resistencia mecánica que ofrece mínima abrasión en la

transferencia de catalizador a través de ascensores entre los

reactores.

- Capacidad de regeneración a gran escala basada en una muy baja

área de superficie decreciente después de numerosas

regeneraciones.

33

Tabla 4. Características típicas del catalizador CR-401

CARACTERÍSTICAS TÍPICAS PLATINO Y ESTAÑO EN ALUMINA DE ALTA PUREZA

ESFERAS

DIÁMETRO 1.8 mm

PLATINO 0.30 wt %

PÉRDIDA POR

IGNICIÓN A 900 C 3 wt %

ÁREA DE SUPERFICIE 200 m²/g

VOLUMEN TOTAL DEL

PORO 0,6 cm³/g

MÁXIMA DENSIDAD

DE ROSCADO 0,65 Kg/l

DESGASTE DE LA

RESISTENCIA

(MÉTODO AIF)

99,5 wt %

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

• PORQUÉ CAMBIARON LOS CATALIZADORES

Los catalizadores CR-201 fueron reemplazados por los CR-401 (Figura 8) ya

que la Refinería de Esmeraldas acostumbra a cambiar estos cuando ya han

cumplido su tiempo de vida útil o cuando estos ya están dañados.

Actualmente están utilizando el catalizador CR-401.

34

Figura 8. Catalizadores usados en el CCR en la REE

35

3.10 DETECTOR DE NIVEL DE CATALIZADOR DE RAYOS GAMMA

Los detectores de nivel de catalizador en la Unidad CCR, funcionan con

rayos GAMMA como se puede observar en la siguiente figura:

Figura 9. Detector de nivel de catalizador de rayos gamma

3.11 HORNO

Los hornos utilizados en la industria petrolera emplean como combustible

exclusivamente petróleo o gas.

El horno del proceso es el del tipo de combustión en tubos horizontales tipo

cabina, ya que es ideal para precalentamiento de alimentaciones de

hidrocarburos a reactores. Es decir los tubos están colocados de forma

horizontal y los quemadores en forma lateral a los costados del horno.

36

Cabe recalcar que estos hornos eran de la unidad Universal Oil Product

(UOP) Pltaforming (Figura 10), y fueron instalados en la Unidad de

Reformado Catalítico Continuo (CCR), ya que los hornos del CCR no

funcionaban de manera adecuada.

Tabla 5. Variables operacionales del horno usado en la Unidad CCR en la

REE

CONDICIONES DE OPERACIÓN DE UN HORNO USADO EN LA UNIDAD CCR

Temperatura 364 °C

Presión 1 atm

Flujo de alimentación 143 365.9 Kg / h

Carga térmica 14.967 x 109Joules/ h

Flujo de combustible 501.89 Kg /h

No. de tubos en la sección

radiante

30

Diámetro de tubos 0.102 m

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

37

Figura 10. Hornos utilizados en la Unidad CCR en la REE

3.12 SEPARADOR El Separador (Figura 11), cumple con la función de separar la mezcla gas-

líquido que sale del reactor, la fase gas contiene hidrógeno que no se

convirtió en el proceso de reacción por encontrarse en exceso, por

consiguiente será recirculado para ser utilizado nuevamente en el reactor. El

grado de separación en este equipo se considera del 100%.

38

Figura 11. Separador usado en la Refinería Estatal de Esmeraldas

Fuente: Acosta, L., (2010), Descripción y evaluación para la obtención de diesel premium

mediante el proceso de Hidrodesulfuración (HDS) en la Refinería Estatal de Esmeraldas

El vapor del separador se divide, con una corriente de purga rica en

hidrógeno que se elimina del sistema. La corriente de hidrógeno crudo se

utiliza en el precalentador de la alimentación del reformador y en otras

operaciones de hidrotratamiento de la refinería. El gas remanente del

separador se comprime y se recicla al proceso donde se combina con la

alimentación de nafta antes del intercambiador de calor

alimentación/efluente.

3.13 OPERACIONES DE SEPARACIÓN DEL REFORMADOR

En general, la estrategia es enfriar el efluente del reactor lo más posible con

un enfriador de agua para minimizar la recirculación de isopentano e

hidrocarburos pesados hacia el reactor. Esto tiene las ventanas adicionales

de aumentar la concentración de hidrógeno en el reciclo y reduce la energía

requerida para la compresión.

En el caso de los reformadores que operan a bajas presiones, se prefiere

tener un separador de dos etapas. El efluente que sale del último reactor se

39

enfría y se separa en líquido y vapor en un separador de baja presión. El

vapor es comprimido, enfriado y enviado a un separador de alta presión

donde se combina con el líquido bombeado desde el separador de baja

presión. El gas de reciclo y el hidrógeno son eliminados en el separador de

alta presión, y el primero se retorna al proceso. El líquido de alta presión se

bombea hacia la torre estabilizadora para la remoción de los gases livianos e

hidrocarburos líquidos livianos del producto reformado.

3.14 TORRE ESTABILIZADORA

La torre estabilizadora (Figura 12) del reformador se utiliza para eliminar

butanos y materiales más livianos del producto reformado. Estas torres

operan típicamente a presiones entre 150 y 225 psig (11,4 y 16,5 bar). El

condensador es por lo general un aeroenfriador (Figura 13) con

temperaturas operativas de verano de 33 a 44 ºC, dependiendo de la

localización de la unidad (Anexo 14).

El propósito principal de esta torre es despojar los butanos y más livianos del

reformado. En la mayoría de los casos, el líquido y el vapor del condensador

se reprocesan en una planta de recuperación de gas. Por lo tanto, es común

que estas torres operen con bajas relaciones de reflujo con la subsecuente

pérdida de pentanos por la cabeza. El diseño típico de estas torres tiene un

diámetro pequeño en la zona de rectificación por encima del plato de

alimentación y un diámetro mayor en la sección de despojamiento por

debajo del plato de alimentación.

40

Figura 12. Torre estabilizadora

41

Figura 13. Aeroenfriadores

Fuente: Acosta, L., (2010), Descripción y evaluación para la obtención de diesel premium

mediante el proceso de Hidrodesulfuración (HDS) en la Refinería Estatal de Esmeraldas

3.15 TORRE DESBUTANIZADORA

La torre desbutanizadora (Figura 14) separa por la cima los butanos y por el

fondo productos alquilados. La ventaja de eliminar productos ligeros es que

las torres que siguen al desbutanizador pueden operar presiones más bajas.

Una torre desbutanizadora es de 300 platos en A.C. con válvulas de acero

inoxidables con 12 % Cr, en el (Anexo 5) se puede observar cómo trabaja la

desbutanizadora.

42

Figura 14. Torre desbutanizadora

3.16 EQUIPO AUXILIAR

Se considera como equipo auxiliar a los equipos que no intervienen

directamente en el proceso, pero que de igual forma son muy importantes

para un buen funcionamiento de la unidad.

43

Tabla 6. Equipos auxiliares y materiales de construcción usados en la

Unidad CCR

EQUIPO MATERIAL DE CONSTRUCCION

BOMBA Acero fundido

INTERCAMBIADOR DE CALOR Acero al carbón

TANQUES Acero inoxidable y al carbón

TUBERIA Y ACCESORIOS Varios

COMPRESOR Acero al carbón

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

3.17 COMPRESOR El gas hidrógeno que se produce en la Unidad CCR es comprimido del

cabezal a la presión de operación de la unidad en un compresor de dos

etapas. El tamaño de los compresores es tal que estos son capaces de

suministrar hasta 110 % de los requerimientos de gas de reposición que se

necesitan para la unidad hidrodesulfuradora (HDS). Un compresor será

operado en cualquier tiempo, la succión de cada etapa de compresión será

proporcionada con la succión del tanque para remover cualquier traza de

líquido que pueda estar presente. Los valores de control de retro derrame

controlados por los controladores de presión en la succión y descarga de

cada etapa de control de retro derrame de cada etapa a fin de proteger al

compresor en contra de alta presión diferencial a través de cualquier etapa.

El gas de la unidad es controlado por el controlador de presión en el

separador frío.

44

Tabla 7. Condiciones de operación de los compresores de hidrógeno y los

tipos que se utilizan

Número de compresor

Tipo Presión de

succión Presión de descarga

Flujo de descarga

Compresor 1

(P2-C1)

Compresor

centrífugo

accionado

por turbina

de vapor.

3.44 kg/cm² g 4.48 kg/cm² g

9000 kg/h

Compresor 2

(P2-C2)

Compresor

reciprocante

accionado

por motor

eléctrico.

3.31 kg/cm² g 7.8 kg/m² g

Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

Tabla 8. Rendimiento de hidrógeno que se produce en la Unidad CCR

Producción de Hidrógeno 1335 kg/h

Consumo de Hidrógeno 920 kg/h

Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

3.18 BOMBA DE CARGA DE NAFTA PESADA La alimentación de las bombas de carga pasa a través de un intercambiador,

efluente-alimentación donde ésta es calentada con el material efluente del

reactor.

45

La presión de la alimentación del tanque está controlada por el sistema de

control de presión de combustible pero esta presión no es la suficiente para

que la carga llegue a las siguientes etapas del proceso por lo tanto se

necesitara aumentar la presión de carga. La alimentación del tanque entra a

las bombas de carga (Figura 15) donde su presión es aumentada para

permitir que la alimentación entre al circuito de reacción. La bomba de carga

es de tipo multietapas de alta eficiencia.

Figura 15. Bombas usadas en la REE

Fuente: Acosta, L., (2010), Descripción y evaluación para la obtención de diesel premium

mediante el proceso de Hidrodesulfuración (HDS) en la Refinería Estatal de Esmeraldas

3.18.1 TIPOS DE BOMBAS UTILIZADAS EN LA UNIDAD CCR EN LA REE

En la Unidad de Reformado Catalítico Continuo CCR en la Refinería Estatal

de Esmeraldas se utilizan las siguientes bombas:

46

3.18.1.1 Bomba centrífuga

Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que transforma la

energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía

cinética y potencial requeridas. El fluido entra por el centro del rodete, que

dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza

centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o

cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las

tubuladuras de salida o hacia el siguiente rodete (siguiente etapa).

• Bombas centrífugas horizontales

El eje de la bomba y del motor están a la misma altura. La bomba no debe

trabajar en seco ya que necesita el líquido bombeado como lubricante entre

anillos rozantes y rodete y entre empaquetadura y eje.

Antes de su puesta en marcha deben quedar cebadas por no ser auto-

transpirantes. Este proceso puede ser bastante complejo si la bomba no

trabaja en carga y colocada por encima del nivel del líquido. Este caso se

presenta muy frecuente con bombas centrífugas horizontales (Figura 16),

se debe colocar una válvula en la parte de la aspiración de la bomba T

algún sistema de cebado.

• Bombas centrífugas verticales

Este tipo de bomba tiene un eje vertical (Figura 16) y el motor

generalmente está encima de la bomba. Esto permite que la bomba trabaje

siempre rodeada por el líquido a bombear.

Estas bombas no deben quedar cebadas antes de la puesta en marcha.

47

Figura 16. Partes de una bomba centrífuga

Fuente: Acosta, L., (2010), Descripción y evaluación para la obtención de diesel premium

mediante el proceso de Hidrodesulfuración (HDS) en la Refinería Estatal de Esmeraldas

3.18.1.2 Bombas reciprocantes

El funcionamiento de una Bomba Reciprocante depende del llenado y

vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo, para lo cual cierta

cantidad de agua es obligada a entrar alcuerpo de la bomba en donde queda

encerrada momentáneamente, para después ser forzada a salir por la

tubería de descarga. De lo anterior se deduce, en términos generales, que el

gasto de una Bomba Reciprocante es directamente proporcional a su

velocidad de rotación y casi independiente de la presión de bombeo. Como

el proceso de llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo

requiere fricción por resbalamiento entre las paredes estacionarias del

receptáculo y las partes móviles, estas bombas no son apropiadas para

manejar líquidos que contengan arenas o materias en suspensión. Además,

la variación cíclica del gasto de descarga puede obligar al empleo de

Cámara de aire y de grandes tuberías. Estas bombas son relativamente de

48

baja velocidad de rotación, de tal manera que cuando tienen que ser

movidas por motores eléctricos deben ser intercaladas trasmisiones de

engranes o poleas para reducir la velocidad entre el motor y la bomba

Figura 17. Partes de una bomba reciprocante

Fuente: Acosta, L., (2010), Descripción y evaluación para la obtención de diesel premium

mediante el proceso de Hidrodesulfuración (HDS) en la Refinería Estatal de Esmeraldas

3.19 INTERCAMBIADORES DE CALOR Los Intercambiadores de Calor (Figura 18) son aparatos que permiten el

calentamiento o enfriamiento de un fluido (líquido o gas) por medio de otro

fluido a diferente temperatura que estén separados por una barrera o que se

encuentren en contacto.

En La mayoría de las industrias la trasmisión de calor se efectúa por medio

de intercambiadores de calor y el más común de todos es el formado por dos

tubos concéntricos, por uno de los cuales pasa el líquido a enfriar y por otro

se hace circular la corriente refrigerante. Estos son tubos de

aproximadamente 0.1524 m de diámetro y 9.7600 m de longitud.

49

Figura 18. Intercambiadores de calor usados en la REE

Figura 19. Partes del Intercambiador de calor

Fuente: Ramos, F., (2009), Unidad de reformado catalítico

50

3.20 MEZCLADO DE GASOLINA (BLENDING)

En el Blending (Figura 20) se reciben todos los componentes para el mezclado de

gasolinas, estas provienen de diferentes unidades. Una vez formada una mezcla se

le agregan aditivos que son compuestos oxigenados; éter metil ter-butílico (MTBE)

o éter metil ter-amílico (TAME)) que sirven como antidetonantes y que dan los

grados de octanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo

octano. Cuando no se les agrega ningún compuesto oxigenado se obtienen las

gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviación.

Figura 20. Blending de gasolinas

Fuente: Ramos, F., (2009), Blending de gasolinas

51

En la siguiente figura se puede observar un tren de bombas setria para el

Blending de gasolinas.

Figura 21. Tren de bombas para el Blending

Fuente: Ramos, F., (2009), Blending de gasolinas

52

Figura 22. Vista general del Proceso de Blending en la REE

Fuente: Ramos, F., (2009), Blending de gasolinas

3.21 OCTANAJE DE LAS GASOLINAS El octanaje se la define como la principal propiedad de la gasolina ya que

está altamente relacionada al rendimiento del motor del vehículo. El octanaje

se refiere a la medida de la resistencia de la gasolina a ser comprimida en el

motor. Esta se mide como el golpeteo o detonación que produce la gasolina

comparada con los patrones de referencia conocidos de iso-octano y N-

heptano, cuyos números de octano son 100 y cero respectivamente. Con

53

respecto a la combustión, esta, en condiciones normales se realiza de

manera rápida y silenciosa, pero cuando el octanaje es inadecuado para el

funcionamiento del motor, la combustión se produce de manera violenta

causando una explosión o detonación que por su intensidad puede causar

daños serios al motor del vehículo.

Desde el 1 de abril del 2012 la gasolina extra pasó de 81 a 87 octanos, y la

súper de 90 a 92 octanos, la misma que fue distribuida en todas las

estaciones de gasolina a nivel nacional.

Tabla 9. Parámetros de preparación de gasolina (81 RON)

Fuente: Vera, C., (2010), Descripción y determinación de la confiabilidad del

proceso de medición y control de combustibles en las llenaderas de entrega de

productos limpios en las islas de carga de la Refinería Estatal de Esmeraldas

54

Tabla 10. Parámetros de preparación de gasolina (90 RON)

Fuente: Vera, C., (2010), Descripción y determinación de la confiabilidad del

proceso de medición y control de combustibles en las llenaderas de entrega de

productos limpios en las islas de carga de la Refinería Estatal de Esmeraldas

3.22 CATEGORÍAS DE CALIDAD DE COMBUSTIBLES ESTABLECIDAS EN EUROPA

En Europa cuatro diferentes categorías de calidad de los combustibles se

han establecido tanto para la gasolina sin plomo como para el gasóleo.

La categoría de la gasolina sin plomo se describirá a continuación:

55

3.22.1 GASOLINA SIN PLOMO

• Categoría 1

Los mercados con un nivel nulo o primario de los controles de emisiones,

basado principalmente en el rendimiento vehículo / motor y la protección

del sistema de control de emisiones.

Tabla 11. Categoría I de gasolina sin plomo

Fuente: Hodac, I., (2006) Worldwide Fuel Charter

56

• Categoría 2

Los mercados con requisitos estrictos para los controles de las emisiones u

otras demandas del mercado.

Tabla 12. Categoría II de gasolina sin plomo

Fuente: Hodac, I., (2006) Worldwide Fuel Charter

57

• Categoría 3

Los mercados con necesidades avanzadas para control de las emisiones u

otras demandas del mercado.

Tabla 13. Categoría III de gasolina sin plomo

Fuente: Hodac, I., (2006) Worldwide Fuel Charter

58

• Categoría 4

Los mercados con mayores necesidades avanzadas para el control de

emisiones, para habilitar sofisticadas tecnologías de postratamiento de

NOx. Estas gasolinas sirven para motores de alta compresión, más

eficientes y menos contaminantes, esos motores aun no llegan a Ecuador

por la calidad de los combustibles.

Tabla 14. Categoría IV de gasolina sin plomo

Fuente: Hodac, I., (2006) Worldwide Fuel Charter

59

3.23 VARIABLES DEL PROCESO DE LA UNIDAD CCR QUE SE MANEJAN EN EL BUNKER EN LA REE

Las variables del proceso son:

• Presión

• Temperatura

• Velocidad espacial

• Presión parcial de hidrógeno o relación de reciclo H2/HC

• Calidad de la carga

Estas son variables independientes las cuales pueden ser fijadas por el

operador dentro del rango de operación del equipo, independiente de las

otras.

Para un juego de variables independientes, solo hay un nivel de

comportamiento para la unidad, es decir un juego de colores para:

• Rendimientos de productos.

• Calidad del producto (octano).

• Estabilidad del catalizador (coque formado).

Aquí se examina el efecto de cada variable independiente, tomada por

separado, en el comportamiento de la unidad.

3.23.1 PRESIÓN

La presión parcial de hidrógeno es la variable básica debido a su efecto

inherente en las velocidades de reacción. Para facilidad de entendimiento,

puede ser usada la presión total de reacción. La presión del reactor es

definida más exactamente como la presión promedio del catalizador. Debido

a la relación de distribución del catalizador en los tres reactores, está

normalmente cerca de la presión de entrada al tercer reactor.

60

Todas las reacciones que producen hidrógeno, es decir la deshidrogenación,

deshidrociclización son mejoradas por la presión baja.

Mientras más baja es la presión más altos son los rendimientos del

reformado y del hidrógeno, para un número de octano dado. Esta es la razón

para minimizar la caída de presión de la unidad y operar a la presión más

baja práctica. La baja presión, sin embargo incrementa la formación de

coque.

La acción de los operadores sobre la presión es limitada:

• La elevación de la presión de operación está limitada por la presión de diseño

del equipo.

• La disminución de la presión de operación está limitada por la potencia de

diseño del compresor de reciclo y el volumen de la toma.

3.23.2 TEMPERATURA

La actividad del catalizador está directamente relacionada con la

temperatura del reactor. Así la variable de operación más directa disponible

para el operador con el fin de controlar la calidad y rendimientos de los

productos, es la temperatura de entrada al reactor.

En una unidad convencional semi-regenerativa, cuando las variables

independientes están estables, la pérdida de actividad del catalizador,

causada por el depósito de coque resulta en una disminución del octano del

producto. Un incremento lento en la temperatura de entrada al reactor es

usado para mantener el número de octano del producto.

En esta unidad la cantidad de coque en el catalizador es mantenida en un

nivel constante bajo a través de la regeneración continua.

Consecuentemente el ajuste solo se requiere para:

• Cambiar el octano del reformado.

• Procesar una cantidad diferente de carga.

• Procesar una unidad diferente de carga.

61

• Compensar una pérdida temporal de actividad debido a

envenenamiento temporal.

• Compensar un envejecimiento de catalizador que ocurre lentamente

sobre varios años.

Un incremento de la temperatura de entrada al reactor da:

Una conversión incrementada de los compuestos no aromáticos de la carga,

principalmente de las parafinas, el resultado final es:

• Un octano incrementado pero un rendimiento de reformado disminuido.

• Un incremento en el depósito de coque.

3.23.3 VELOCIDAD ESPACIAL

La velocidad espacial es la cantidad de carga líquida, expresada en peso (o

en volumen) que es procesada en una hora, dividido para la cantidad de

catalizador, expresado en peso (o en volumen). El peso (volumen) de la

carga y del catalizador debe ser expresado en la misma unidad.

𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊 =𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑑𝑑𝑃𝑃 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑝𝑝𝑃𝑃𝑐𝑐 ℎ𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑑𝑑𝑃𝑃 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑑𝑑𝑃𝑃𝑐𝑐 𝐄𝐄𝐄𝐄 [1]

Velocidad espacial horaria del líquido:

LHSV =Hidrógeno puro �mol

h � en el reciclo

flujo de nafta (molh )

𝐄𝐄𝐄𝐄 [2]

El inverso de la velocidad espacial es decir (𝐿𝐿𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊𝑊)−1 está enlazado con el

tiempo de residencia de la carga en el reactor. La velocidad espacial por

tanto afecta directamente la cinética de las reacciones de reformación.

Una disminución de la velocidad espacial significa un tiempo de residencia

incrementado, de allí que una severidad más alta resulta en un incremento

de octano, rendimiento de reformado más bajo, más alto depósito de coque.

62

Cuando cambie el caudal de carga al Octanizing, una recomendación

importante deriva de lo anteriormente mencionado:

• Siempre cambie la temperatura de entrada al reactor primero y

disminuya el flujo carga después.

• Siempre incremente primero el flujo de carga y después incremente la

temperatura.

3.23.4 PRESIÓN PARCIAL DE HIDRÓGENO

La relación H2/HC es el hidrógeno puro en el gas de reciclo (mol/h) dividido

para el flujo de carga (mol/H)

𝑊𝑊2𝑊𝑊𝐻𝐻 =

𝑊𝑊𝑐𝑐𝑑𝑑𝑐𝑐ó𝑐𝑐𝑃𝑃𝑔𝑔𝑃𝑃 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑐𝑐𝑃𝑃 �𝑚𝑚𝑃𝑃𝑐𝑐ℎ � 𝑃𝑃𝑔𝑔 𝑃𝑃𝑐𝑐 𝑐𝑐𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑃𝑃

𝐹𝐹𝑐𝑐𝑝𝑝𝐹𝐹𝑃𝑃 𝑑𝑑𝑃𝑃 𝑔𝑔𝑐𝑐𝑛𝑛𝑐𝑐𝑐𝑐 (𝑚𝑚𝑃𝑃𝑐𝑐ℎ ) 𝐄𝐄𝐄𝐄 [3]

La presión parcial de hidrógeno está enlazada con la relación H2/HC. Como

hay en la práctica, poca flexibilidad en la presión total, la presión parcial de

hidrógeno es principalmente ajustada a través del flujo de reciclo. Reciclar

hidrógeno es necesario en la operación de la reformadora para la estabilidad

del catalizador. Tiene un efecto de barrido de los productos de reacción y de

los materiales condensables del catalizador y suministrando el catalizador

con el hidrógeno ya disponible. Un incremento en la relación H2/HC moverá

la nafta a través de los reactores a una velocidad más rápida y brinda un

sumidero de calor mayor para el calor endotérmico de reacción. El resultado

final es una estabilidad incrementada.

3.23.5 CALIDAD DE LA CARGA A. Rango de destilación

Las fracciones ligeras tienen un contenido pobre de aromáticos y nafténicos

y consecuentemente un alto contenido de parafina C6. La ciclización de las

parafinas C6 a aromáticos es más difícil que la ciclización de las parafinas C7

o C8. De allí para un número de octano requerido, mientras más ligera es la

63

carga más alta es la severidad requerida, o inversamente a severidad

constante, un bajo punto de ebullición resulta en un más bajo rendimiento en

aromáticos e hidrógeno.

En los años recientes, la restricción del contenido de benceno en la gasolina

ha dado en seleccionar la carga al Octanizing con punto inicial de ebullición

(PIE) sobre los 82 °C (180°F) para eliminar el ciclohexano. Las fracciones

pesadas tienen un alto contenido de nafténicos y aromáticos, necesitando

así una severidad más baja para obtener buenos rendimientos. Pero estas

fracciones contienen también compuestos policíclicos que producen

depósitos de coque en el catalizador. Un alto punto de ebullición de la carga

es favorable hasta cierto punto, arriba del cual es perjudicial. Un punto de

ebullición sobre los 180°C (350°F) generalmente no es recomendado.

B. Composición química

La composición química detallada de la carga es determinada por análisis

cromatográfico, este análisis es necesario para predecir la producción de

aromáticos e hidrógeno, así como también la severidad de la operación.

Aunque no es suficiente para una predicción completa, un índice de

caracterización de las cargas, relacionado al contenido real y potencial de

aromáticos de la carga demuestra ser muy útil. Mientras más alto este

índice, más baja la severidad de la operación para cumplir las mismas

especificaciones de los productos ya que la deshidrociclización de las

parafinas llega a ser impactante.

C. Impurezas en la carga

La actividad del catalizador puede ser reducida, temporal o

permanentemente por venenos contenidos en la carga. La tabla 12

especifica la cantidad máxima permisible de cada contaminante.

64

Tabla 15. Impurezas máximas permisibles (peso) en alimentación al

octanizing

Componente Máx. Permisible (peso)

Azufre (como Azufre) 0,5 ppm máx

Nitrógeno orgánico (como nitrógeno) 0,5 ppm máx

Agua o productos oxigenados 4 ppm máx

Cloro 0,5 ppm máx

Fluor 0,5 ppm máx

Arsénico 1 ppb máx

Plomo 5 ppb máx

Cobre 5 ppb máx

Mercurio 5 ppb máx

Hierro 5 ppb máx

Silicio 5 ppb máx

Níquel 5 ppb máx

Cromo 5 ppb máx

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

3.24 CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LA UNIDAD CCR EN

LA REFINERÍA DE ESMERALDAS

A continuación se puede observar las principales condiciones de operación

de la Unidad CCR en la Refinería de Esmeraldas:

3.24.1 CONDICIONES DE ARRANQUE DE PLANTA Y PARO DE PLANTA

Se elaboran según el caso sea de mantenimiento programado o emergente.

3.24.2 MANTENIMIENTOS EN LA UNIDAD CCR

Los mantenimientos son emergentes o programados. Los emergentes se

realizan cuando existe algún daño en equipos, líneas o cuando no se

65

obtienen condiciones estables de operación por algún problema interno de

equipos, se realizan cuando es necesario. Los mantenimientos programados

son normalmente cada 3 años.

3.24.3 PRINCIPALES CUIDADOS DE SEGURIDAD INDUSTRIAL QUE TIENE LA UNIDAD CCR

Los cuidados y precauciones de cualquier instalación industrial son los

siguientes:

• Evitar derrames • Fugas de gases inflamables • Emisiones incontroladas

Esta planta es demasiado peligrosa, ya que maneja hidrógeno, que es

combustible de cohetes, y si no se tienen medidas estrictas de seguridad

industrial, toda la refinería podría estallar.

3.25 TIPOS DE TANQUES QUE SE UTILIZAN PARA

ALMACENAR LA GASOLINA DE ALTO OCTANAJE (EXTRA Y SÚPER)

Para almacenar la gasolina de alto octanaje (extra y súper) se utilizan

tanques de techo flotante como se describe a continuación:

3.25.1 TANQUES DE TECHO FLOTANTE

Este tipo de tanques ha sido internacionalmente aceptado para el

almacenamiento de productos volátiles (crudo, gasolina), ya que suponen un

sencillo y eficaz medio de contrarrestar y evitar las pérdidas de productos

por evaporización. El techo flotante o móvil se desliza dentro del cuerpo del

tanque y descansa directamente sobre el producto almacenado y por lo tanto

le sigue en sus variaciones de nivel.

66

En estas circunstancias, la fase gaseosa que puede originarse es

prácticamente despreciable, al mismo tiempo que se reduce la posibilidad de

acumulación de vapores explosivos. Un sello especial, asegura la unión

entre las paredes y el techo, impidiendo que se produzca cualquier fuga o

escape. En la Refinería de Esmeraldas hay 4 tanques de techo flotante para

almacenar la gasolina extra y dos tanques del mismo techo para almacenar

la gasolina súper.

Para los tanques de techo flotante, existen las siguientes conexiones y

accesorios:

• Techo flotante propiamente dicho

• Soporte del techo

• Sello periférico con aletas protectoras

• Escalera deslizante

67

Tabla 16. Capacidad y fondaje operativos de los tanques en la REE

Fuente: Troya, E., (2011), Capacidad y fondaje de los tanques en la Refinería Estatal de

Esmeraldas

68

3.25.2 GASOLINA EXTRA

La gasolina automotriz es una mezcla compleja compuesta de naftas de

todos los grupos como: butano, nafta ligera, nafta pesada, nafta

desbutanizada, nafta tratada y nafta reformada, productos obtenidos en

procesos de destilación atmosférica, craqueo catalítico y reformación

catalítica. Estas fracciones están combinadas de acuerdo a las normas

técnicas del INEN, especialmente en lo referente al contenido de

hidrocarburos aromáticos por ser considerados altamente cancerígenos. La

combinación de estas proporciones de hidrocarburos se evapora con

facilidad y se combinan con el aire atmosférico conformando las

denominadas mezclas carburantes. Esta gasolina ha sido diseñada para ser

utilizada en motores de combustión interna de encendido por chispa y de

compresión moderada, debido a que a mayor compresión en el pistón se

eleva la temperatura de la mezcla carburante y se produce el rompimiento

de moléculas de los hidrocarburos parafínicos lineales, de esta manera dan

origen a la aparición de radicales libres que producen el fenómeno de la

detonancia, en base a este resultado se establece el índice de

antidetonancia. El índice es una medida de la capacidad antidetonante de la

gasolina y la principal característica que identifica el comportamiento de la

combustión dentro del motor. Mayor octanaje indica mejor capacidad

antidetonante.

69

Figura 23. Tanque de gasolina extra

70

Tabla 17. Características técnicas de la gasolina extra en la REE

Fuente: Vera, C., (2010), Descripción y determinación de la confiabilidad del

proceso de medición y control de combustibles en las llenaderas de entrega de

productos limpios en las islas de carga de la Refinería Estatal de Esmeraldas

71

3.25.3 GASOLINA SÚPER

Es utilizada en vehículos cuyos motores tienen una relación de compresión

alta, los hidrocarburos, especialmente iso-parafínicos y aromáticos presentes

en este tipo de gasolina, resisten altas presiones y temperaturas sin llegar al

rompimiento de moléculas. Al eliminarse el tetraetilo de plomo en la

formulación de las gasolinas, la industria petrolera recurrió a la utilización de

compuestos oxigenados y de hidrocarburos aromáticos. Estos productos

presentan el problema que ante una combustión incompleta su evacuación a

la atmósfera, a través del tubo de escape del vehículo, provoca una

contaminación igual o peor que la ocasionada por el tetraetilo de plomo, de

ahí que se hiciera necesaria la utilización de los convertidores catalíticos en

los vehículos que usan este tipo de combustibles.

Figura 24. Tanque de gasolina súper

72

Tabla 18. Características técnicas de la gasolina súper en la REE

Fuente: Vera, C., (2010), Descripción y determinación de la confiabilidad del

proceso de medición y control de combustibles en las llenaderas de entrega de

productos limpios en las islas de carga de la Refinería Estatal de Esmeraldas

CAPÍTULO IV

73

CAPÍTULO IV 4. ANÁLISIS Y RESULTADOS

A continuación se mencionará el análisis hecho en la unidad CCR y las

soluciones.

4.1 ANÁLISIS Y SOLUCIONES PARA EVITAR LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL QUE SE DA EN LA REE POR MEDIO DE LA IMPLANTACIÓN DE INSTRUCCIONES QUE OPTIMICEN EL MANEJO DE DESECHOS PELIGROSOS ESPECÍFICOS COMO LOS CATALIZADORES Todas las actividades de la REE generan desechos peligrosos como los

catalizadores, de los cuales hablaremos a continuación:

4.2 RESPONSABILIDADES

El jefe de la unidad de Protección Ambiental y Seguridad debe verificar que

estos desechos peligrosos específicos sean manejados con todas las

precauciones debidas.

4.3 DESARROLLO

Existe Una serie de desechos que son comunes para la mayoría de

refinerías y que presentan problemas especiales que algunas veces pueden

llegar a ser complejos, y por lo tanto, deben abordarse por separado. Entran

en discusión tres desechos peligrosos: catalizadores gastados, desechos

sólidos con contenido de azufre y residuos de aislamiento térmico (asbesto).

4.3.1 CATALIZADORES GASTADOS

La Refinería Estatal de Esmeraldas utiliza varios catalizadores para una

diversidad de propósitos, craquear el petróleo pesado en productos más

74

livianos; reformar moléculas, polimerizar moléculas más pequeñas en

gasolina y retirar contaminantes no deseados.

4.3.1.1 Procedimientos generales

Las siguientes recomendaciones se aplican a todos los desechos sólidos de

catalizadores:

• No se deben mezclar los catalizadores, tienen que almacenarse en un lugar

seguro y protegido, claramente identificados. Los catalizadores no

regenerados deben almacenarse en recipientes bajo una capa de gas inerte

(nitrógeno o hielo seco).

• Los empleados que se dedican al manejo de catalizadores gastados deben

ser instruidos sobre procedimientos de operación apropiados y deben tener

conocimientos de las precauciones con referencia a incendios potenciales,

salud y seguridad industrial.

• La REE debe verificar en conjunto con las autoridades ambientales la

clasificación que corresponde a cada catalizador.

• Todos los contenedores de catalizadores gastados que son remitidos fuera

de la REE deben identificarse claramente en cuanto a su contenido, las

precauciones de salud, seguridad y emergencia.

• El transporte debe tener copias de las hojas de información de seguridad de

los catalizadores.

4.3.1.2 Opciones de eliminación/tratamiento del catalizador gastado CCR

Los catalizadores de reformación de nafta nunca deben considerarse como

desecho. Los catalizadores gastados deben ser enviados al proveedor para

la recuperación de metales (platino). El o los metales recobrados se

almacenan como reserva para luego utilizarlos en el siguiente lote de

catalizador.

Actualmente en la Refinería de Esmeraldas los catalizadores provenientes

de la Unidad CCR, no son encapsulados ni provechosos para la

recuperación de metales como el platino, ya que las máquinas para la

75

recuperación de metales se encuentran dañadas, y por ende es que los

catalizadores provenientes de esta unidad son enterrados en fosas.

4.3.1.3 Entierro en fosas

Este método se utiliza para todo desecho con contenido de azufre, no

obstante, los desechos acuosos deben ser pretratados hasta lograr un

estado seco razonable. Se debe excavar una fosa de tamaño apropiado y

recubrirla de manera uniforme con caliza, tanto en el fondo como en los

lados. La fosa debe estar ubicada sobre la capa freática y contener una base

de arcilla o limo. La cantidad de caliza depende de la cantidad de azufre que

con tenga el desecho, cada kilogramo de azufre requiere 3.2 kilogramos de

caliza.

Existen con frecuencia caliza natural en el suelo, lo cual hay que tomar en

cuenta. La caliza mantiene el pH del suelo en un rango que promueve el

crecimiento de plantas, si se utiliza caliza dolomítica, surgen problemas de

salinidad debido a la solubilidad del sulfato de magnesio. Luego de recubrir

la fosa con caliza se deposita el desecho, y posteriormente se lo cubre con

una capa de caliza en una cantidad equivalente al 10% de la cantidad

utilizada para recubrir la fosa. Finalmente se recubre el lugar con tierra.

La parte superior del desecho debe estar por lo menos un metro debajo del

nivel final del terreno. La nivelación final de la superficie debe eliminar la

acumulación de agua de superficie en el lugar.

Es por eso que el método que utiliza la Refinería de Esmeraldas de enterrar

los catalizadores provenientes de la Unidad CCR es incorrecto, ya que en

las fosas solo se puede enterrar desechos sólidos con contenido de azufre.

También en el área de almacenamiento, tratamiento y confinamiento de

residuos peligrosos se hallan varias celdas específicas para el

76

almacenamiento final de algunos desechos, sean estos catalogados como

peligrosos o no. En el siguiente gráfico se muestra la celda correspondiente

para catalizadores gastados:

Figura 25. Celda de catalizador gastado

Debemos saber que la Unidad CCR prácticamente está subutilizada, más

que para producir gasolina para producir hidrógeno para los otros procesos

de las otras unidades que necesitan de este componente.

4.4 DEL CONTROL DE LA CALIDAD DE LOS COMBUSTIBLES DE USO VEHICULAR EN EL DISTRITO METROPOLITANO Y LA REGULACIÓN DE SU COMERCIALIZACIÓN

A continuación se mostrará un breve resumen de los puntos más

importantes y los que nos competen como investigación de la gasolina.

77

4.4.1 SECCIÓN I ORDENANZA 213

En esta sección se habla del control que se tiene en esta ciudad para que la

gasolina y el Diesel puedan ser expendidos.

ÁMBITO DE APLICACIÓN

Art. II.382. -Para ejecutar el control en la calidad y la comercialización de los

combustibles expendidos en el área de jurisdicción del Distrito Metropolitano

de Quito (DMQ) se verificará que las terminales de productos limpios de

petróleo (TPL), públicas o privadas, expendan a las Comercializadoras y

Estaciones de Servicio ubicadas dentro del Distrito Metropolitano, y éstas a

su vez al usuario final, combustibles de uso automotor que cumplan con las

Normas y Reglamentos Técnicos Ecuatorianos vigentes y con la normas que

emita el Municipio del DMQ.

NTE INEN 935. Derivados del petróleo. Gasolina requisitos, y NTE INEN

1489. Derivados del petróleo. Diesel requisitos. Tabla correspondiente al

Diesel de Bajo Contenido de Azufre; véase tablas con requisitos en INEN

1489:99 cuarta revisión. Lo pertinente de las normas técnicas señaladas se

incluye en la Normas Técnicas para la Aplicación de la presente Ordenanza.

Art. II.382.1.- Se prohíbe por tanto, en el DMQ, el expendio de combustibles

de uso automotor que no cumplan con los requisitos contemplados en las

Normas Técnicas y Reglamentos Ecuatorianos mencionados en el Art.

II.382.

A continuación describiremos la Norma Técnica NTE INEN 935

correspondiente a la gasolina.

78

4.5 NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 935:2010, SÉPTIMA REVISIÓN, PRODUCTOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO. GASOLINA REQUISITOS

A continuación una breve descripción de la norma que controla las

propiedades y requisitos de las gasolinas.

OBJETIVO

Esta norma establece los requisitos que debe cumplir la gasolina destinada

al uso en motores de ciclo Otto que se comercializa en el país.

DEFINICIONES

Para los efectos de esta norma, se adoptan las definiciones contempladas

en la NTE INEN 2 341 y las que a continuación se detallan:

Gasolina: Mezcla de hidrocarburos relativamente volátiles, libres de agua,

sedimento y material sólido en suspensión.

Gasolina oxigenada: Mezcla de carburantes constituida por una fracción de

derivado de petróleo de carácter volátil con un compuesto líquido que en su

molécula contiene oxígeno y en proporciones especificadas; destinada a

utilizarse como combustibles para motores de ciclo de Otto.

Número de octano: Es una medida de las características antidetonantes de

las gasolinas.

RON: Siglas del idioma inglés (Research Octane Number) que identifica al

método para cuantificar el número de octano de una gasolina, mediante el

procedimiento normalizado, conocido como “Research”.

MON: Siglas del idioma inglés (Motor Octane Number) que identifica al

método para cuantificar el número de octano de una gasolina, mediante el

procedimiento normalizado, conocido como “Motor”.

79

Índice antidetonante (IAD): Conocido también como índice de octano. Es la

semisuma del número de octano obtenido por el método Research (RON) y

el número de octano obtenido por el método Motor (MON).

𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 + 𝑅𝑅𝑀𝑀𝑀𝑀

2 𝐄𝐄𝐄𝐄 [4]

CLASIFICACIÓN

Las gasolinas de acuerdo con su octanaje se clasifican en dos tipos:

Gasolina extra

Gasolina súper

DISPOSICIONES GENERALES

El producto observado a simple vista debe ser límpido, exento de agua y de

materiales en suspensión.

A las gasolinas no se deben agregar aditivos mejoradores de octanaje

órgano metálicos que contengan hierro, manganeso y plomo.

REQUISITOS ESPECÍFICOS

La gasolina extra debe cumplir con los requisitos establecidos en la siguiente

tabla:

80

Tabla 19. Requisitos de la gasolina extra

Fuente: INEN, (2010), Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN

935:2010

81

La gasolina súper debe cumplir con los requisitos establecidos en la

siguiente tabla:

Tabla 20. Requisitos de la gasolina súper

Fuente: INEN, (2010), Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN

935:2010

82

REQUISITOS COMPLEMENTARIOS

El transporte, almacenamiento y manejo de la gasolina debe realizarse de

conformidad con lo establecido en la NTE INEN 2 266, el Reglamento de

Seguridad y operación para el transporte de combustibles en el Ecuador, el

Reglamento para autorización de actividades de comercialización de

combustibles líquidos derivados de petróleo. El Reglamento para ejecutar las

actividades de almacenamiento, transporte, comercialización y venta al

público de los derivados del petróleo.

La comercialización debe realizarse en m³, sus múltiplos y submúltiplos

(litros), de acuerdo a lo dispuesto en la Ley 2007-76 del Sistema Ecuatoriano

de la Calidad.

Tanto el productor como el comercializador debe cumplir con lo establecido

en el Reglamento Sustitutivo al Reglamento Ambiental para Operaciones

Hidrocarburíferas en el Ecuador (RAOHE, Decreto Ejecutivo 1215) y lo

establecido en el Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria

(TULAS).

4.6 ANTECEDENTES TÉCNICOS PARA RECOMENDACIONES ARMONIZADAS DE COMBUSTIBLES (GASOLINA)

A continuación una breve descripción de los antecedentes técnicos de las

gasolinas para de esta manera tratar de evitar la contaminación.

4.6.1 OCTANO

El octano es una medida de la capacidad de una gasolina para resistir auto-

ignición; la auto-ignición puede causar la detonación del motor. Hay dos

métodos de ensayo de laboratorio para medir el número de octano de la

gasolina: el uno determina el número de octano Research (RON) y el otro el

número de octano Motor (MON). El RON se correlaciona mejor con la baja

velocidad, y el MON con condiciones de alta temperatura y la operación

parcial del acelerador. Los valores de RON suelen ser mayores que el MON

83

y la diferencia entre estos valores es la sensibilidad, lo cual no debe superar

los 10.

Los vehículos están diseñados y calibrados para un valor determinado

octanaje. Cuando un cliente utiliza gasolina con un octanaje inferior a la

requerida, puede dar lugar a que se conduzca a graves daños al motor. Los

motores equipados con sensores de picado puede manejar bajos niveles de

octanaje al retardar el tiempo de chispa, sin embargo, el consumo de

combustible, facilidad de conducción y el poder van a sufrir, y en bajos

niveles de octanaje. El uso de gasolina con un octanaje más alto que el

recomendado no puede mejorar el rendimiento del vehículo.

Históricamente, el bajo rendimiento de octano en las grandes altitudes tienen

el mismo rendimiento que los antidetonantes en antiguos modelos de

motores a nivel del mar. Desde 1984, sin embargo, la mayoría de los

vehículos han sido equipados con sofisticados sistemas de control

electrónico que se ajusten a los cambios en la temperatura del aire y la

presión barométrica.

Estos vehículos requieren los mismos niveles de octano en todas las

altitudes. Por lo tanto, los niveles de octanaje de gasolina no deben ser

inferior a mayor altitud.

4.6.2 AZUFRE

El azufre se produce naturalmente en el petróleo crudo. Si el azufre no se

elimina durante el proceso de refinación se contaminará el combustible del

vehículo. El azufre tiene un impacto significativo sobre las emisiones de

vehículos mediante la reducción de la eficiencia de los catalizadores. El

azufre también afecta negativamente a los sensores con calefacción de gas

de escape de oxígeno. La reducción de azufre proporcionará reducciones

inmediatas de las emisiones de todos los vehículos equipados con

catalizador en el camino. Se ha hecho pruebas exhaustivas sobre el impacto

de azufre en las emisiones de los vehículos. Los siguientes estudios (ver

84

tabla 4.3) indican las reducciones de emisiones que se producen con

diferentes tecnologías de vehículos como el azufre se reduce de la gasolina

"alto" de azufre a la "baja":

Tabla 21. Impacto de azufre en las emisiones

Fuente: Hodac, I., (2006) Worldwide Fuel Charter

4.6.3 TECNOLOGÍA AVANZADA Y EL FUTURO

Los fabricantes hacen esfuerzos hacia metas ambiciosas pues el consumo

mejorado de combustible / redujo emisiones del CO2. La operación en la

proporción parca de combustible de aire es la manera más alentadora para

lograr estas reducciones en vehículos alimentados a gasolina. Sin embargo,

la operación parca introduce un reto nuevo para el control eductor de la

emisión. Mientras los catalizadores existentes eficazmente quitan CH y CO

que no está quemado durante la operación parca, quitan NOx sólo durante

estequiometría u operación enriquecedora.

Muchos fabricantes están desarrollando e introduciendo motores de mezcla

pobre que tienen el potencial para reducir el consumo de combustible hasta

en un 15 a un 20%. Estos motores, sin embargo, requieren tecnologías de

control de NOx que pueden funcionar bajo condiciones tecnologías. Esas

tecnologías son muy sensibles al azufre en el combustible.

85

4.6.4 ADITIVOS QUE FORMAN CENIZA (QUE CONTIENE METALES)

Los vehículos de hoy emplean sofisticados equipos de control de emisiones

como catalizadores de tres vías de escape y los sensores eductores de

oxígeno del gas para proveer el control del circuito cerrado preciso. Estos

sistemas deben ser guardados en condición óptima para mantener

emisiones bajas para la duración de la vida del vehículo. Los aditivos que

forman ceniza adversamente pueden afectar la operación de los

catalizadores y otros componentes, algo semejante como sensores de

oxígeno, en una forma irreversible que aumenta emisiones. Así, la gasolina

de alta calidad debería ser usada y los aditivos que forman ceniza deben ser

evitados.

4.6.5 PLOMO

Los aditivos de plomo alquilo se han utilizado históricamente como baratos

potenciadores de octano de la gasolina. Las preocupaciones sobre los

efectos para la salud asociados con el uso de estos aditivos, y la necesidad

de gasolina sin plomo de los vehículos para apoyar las tecnologías de

control de emisiones, tales como los convertidores catalíticos y sensores de

oxigeno, se han traducido en la eliminación de la gasolina con plomo en

muchos mercados. Como la eficiencia del catalizador de los vehículos han

mejorado, la tolerancia a la contaminación por plomo es muy baja, de modo

que la contaminación por plomo, por pequeños que sean pueden envenenar

los catalizadores. Como los vehículos equipados con catalizadores se

introducen en las zonas en desarrollo, la gasolina sin plomo debe estar

disponible. La eliminación de los compuestos de plomo de la gasolina

reducen emisiones de hidrocarburo del vehículo, incluso de los vehículos sin

convertidores catalíticos. Un mercado sin plomo en todo el mundo es

esencial, no sólo para la compatibilidad de control de emisiones, sino

también por los efectos sobre la salud. La gasolina con plomo debe ser

eliminada tan pronto como sea posible.

86

4.6.6 MANGANESO (MMT)

MMT (tricarbonilo metilciclopentadienilo de manganeso) es un compuesto de

manganeso comercializado como un aditivo para combustible para mejorar

el octanaje de la gasolina. También se ha sugerido para el uso en el

combustible diesel como un aditivo reductor de humo.

Los estudios han demostrado que sólo un pequeño porcentaje de tricarbonilo

metilciclopentadienilo de manganeso (MMT) derivado del combustible se

emite desde el tubo de escape, la mayoría permanece dentro del sistema

del motor, el catalizador y escape.

• Los productos de combustión de tricarbonilo metilciclopentadienilo de

manganeso (MMT) recubren componentes internos del motor como bujías

del motor, causa el fallo de encendido el cual conduce a aumentó de

emisiones, aumento en el consumo de combustible y un escaso

funcionamiento del motor. Estas condiciones resultan en el descontento del

dueño y el gasto para consumidores y los fabricantes del vehículo.

• Los productos de la combustión de tricarbonilo metilciclopentadienilo de

manganeso (MMT) también se acumulan en el catalizador. En algunos

casos, la cara frontal del catalizador puede obstruirse con depósitos,

provocando un mal funcionamiento del vehículo y mayor consumo de

combustible, además de control de emisiones reducido.

4.6.7 HIERRO (FERROCENO)

El ferroceno se ha utilizado para sustituir al plomo como un mejorador de

octano para los combustibles sin plomo en algunos mercados. Contiene

hierro, que se deposita sobre las bujías, catalizadores y otras partes del

sistema de escape como óxido de hierro, y también puede afectar a otros

componentes del motor. Los depósitos de material provocan la falla

prematura de las bujías, la vida de la bujía se reducirá hasta en un 90% en

comparación con las expectativas normales de servicio. El fallo de las bujías

87

podría provocar cortocircuito y fallos de encendido cuando se recaliente la

misma. Esto puede causar daño térmico al catalizador de escape.

El óxido de hierro también actúa como una barrera física entre el catalizador

/ sensor de oxígeno y los gases de escape, y también conduce a la erosión y

el taponamiento del catalizador. Como resultado, el sistema de control de

emisiones no es capaz de funcionar como se ha diseñado, causando el

aumento de las emisiones. Además, el desgaste prematuro de los

componentes críticos del motor como los pistones y los anillos puede ocurrir

debido a la presencia de óxido de hierro en el sistema de lubricación del

vehículo.

4.6.8 SILICIO

El silicio no es un componente natural de la gasolina. Sin embargo, en varios

casos el silicio ha aparecido en las gasolinas comerciales, por lo general

como resultado de disolventes residuales que contienen compuestos de

silicio que se utilizan como un componente de mezcla de gasolina después

de que el combustible ha salido de la refinería. Esta contaminación tiene

efectos adversos significativos sobre los sistemas de control de emisiones.

El silicio, incluso a bajas concentraciones, puede provocar el fallo de los

sensores de oxígeno y altos niveles de depósitos en los motores y los

convertidores catalíticos. Esto puede llevar a fallas catastróficas en motores

de menos de tanque lleno de combustible contaminado. Por lo tanto, ningún

nivel detectable de silicio debe existir en la gasolina, ni debe ser utilizado

como un componente de cualquier paquete de aditivos de combustible para

mejorar la gasolina y el rendimiento del motor.

4.6.9 OXIGENADOS

Los compuestos orgánicos oxigenados, tales como el metil terbutil éter

(MTBE) y etanol, a menudo se añaden a la gasolina para aumentar el

88

octanaje o extender los suministros de gasolina. Oxigenar el combustible

también puede afectar a las emisiones de vehículos (tubo de escape,

evaporación o ambos), el rendimiento y / o la durabilidad.

4.6.10 OLEFINAS

Las olefinas son hidrocarburos insaturados y, en muchos casos, son también

buenos componentes de octano de la gasolina. Sin embargo, las olefinas en

la gasolina pueden conducir a la formación de depósitos y mayores

emisiones del reactivo, hidrocarburos y compuestos tóxicos.

4.6.10.1 Efecto de olefinas en las emisiones

Las olefinas son térmicamente inestables y pueden conducir a la formación

de gomas y depósitos en el sistema de admisión de un motor. Además, su

evaporación en la atmósfera como las especies químicamente reactivas

contribuye a la formación de ozono y sus productos de combustión forman

dienos tóxicos.

4.6.11 AROMÁTICOS

Los aromáticos son moléculas de combustible que contienen al menos un

anillo de benceno. En general, los aromáticos son buenos componentes del

octano de la gasolina y moléculas de combustible de densidad de alta

energía. El contenido de aromáticos de combustible puede aumentar los

depósitos del motor y aumentar las emisiones del tubo de escape, incluido el

CO2.

4.6.12 INFLUENCIA DE LOS COMPUESTOS AROMÁTICOS EN DEPÓSITOS EN EL MOTOR

Los compuestos aromáticos pesados, y otros compuestos de alto peso

molecular, se han vinculado a la formación del depósito del motor,

particularmente en la cámara de depósito de combustión. Estos depósitos

89

aumentan las emisiones del tubo de escape, incluidos los HC y NOx. Dado

que no es posible especificar los límites para los compuestos de

hidrocarburos individuales en el combustible, el límite total de aromáticos en

la categoría 1 y los límites finales del punto de ebullición en las categorías 2

y 3 ofrecen el mejor medio para limitar aromáticos pesados.

4.6.13 INFLUENCIA DE LOS COMPUESTOS AROMÁTICOS EN LAS EMISIONES DE ESCAPE

La combustión de compuestos aromáticos pueden conducir a la formación

de benceno cancerígeno en los gases de escape y el aumento de los

depósitos de la cámara de combustión que puede aumentar las emisiones

de escape. Bajar los niveles de aromáticos en la gasolina reduce

significativamente las emisiones tóxicas de benceno en el tubo de escape de

los vehículos.

4.6.14 INFLUENCIA DE LOS COMPUESTOS AROMÁTICOS EN LAS EMISIONES DE CO2

El contenido de aromáticos de la gasolina también tiene un efecto directo

sobre las emisiones de CO2 del tubo de escape. El programa europeo

EPEFE (Programa Europeo de Emisiones, Combustibles y Tecnología del

motor) ha demostrado una relación lineal entre las emisiones de CO2 y el

contenido aromático. La reducción de aromáticos 50 a 20% se encontró a

disminuir las emisiones de CO2 al 5%.

4.6.15 BENCENO

El benceno es un constituyente natural del petróleo crudo y es también un

producto de reformado catalítico que produce corrientes de gasolina de alto

octanaje. Es también un agente cancerígeno humano conocido. El control de

los niveles de benceno en la gasolina es la forma más directa para limitar la

evaporación y las emisiones de benceno de los automóviles. El control de

benceno en la gasolina se ha reconocido por los reguladores en muchos

90

países como un medio eficaz para reducir la exposición humana al benceno.

Estas recomendaciones de gasolina reconoce la creciente necesidad del

control de benceno como normas de emisión más estrictas.

4.6.16 BUENAS PRÁCTICAS AMBIENTALES

Los problemas encontrados por los vehículos de combustible de mala

calidad a menudo son causados por la adulteración que se produce en el

sistema de distribución de combustible, después de que el combustible ha

dejado la puerta de la refinería. La falta de inversión en la cartera y de las

facilidades de almacenamiento y falta de mantenimiento del equipo puede

dar lugar a pérdidas de volatilidad, las fugas de combustible y la

contaminación por partículas y el agua que, a su vez, puede conducir a una

serie de problemas de los vehículos. Las malas prácticas de operación de la

estación de servicio, como también reemplazo infrecuente de filtros del

dispensador de combustible de los tanques para comprobar si hay agua,

puede aumentar estos problemas.

4.6.17 AZUFRE CORROSIVO

Ciertos compuestos de azufre del combustible pueden manchar los metales

de aleación de plata, que son ampliamente utilizados en los contactos

eléctricos de las unidades de combustible que miden la cantidad del mismo

en un depósito de combustible. Estos compuestos pueden incluir azufre

elemental, sulfuro de hidrógeno (H2S), mercaptanos y otras moléculas.

Cuando está presente en el combustible, estos compuestos pueden

reaccionar con la plata de la unidad remitente o aleación de plata para

formar sulfuro de plata en los contactos eléctricos. Este proceso interrumpe

el flujo de corriente al indicador de combustible y hace que el medidor de

combustible muestre lecturas erráticas. Hasta la fecha, los fabricantes de

automóviles no son conscientes de una prueba totalmente satisfactoria para

identificar los combustibles con problemas.

CAPÍTULO V

91

CAPÍTULO V 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

A continuación describiremos las conclusiones y recomendaciones que

hemos obtenido durante esta investigación.

5.1 CONCLUSIONES

• El proceso de Reformado Catalítico Continuo (CCR) se implementó a

partir de la adición de tetra etilo de plomo (TEL) a las gasolinas para

aumentar el octanaje.

• En la REE se produce gasolina de tipo aromático con alto número de

octano que sirve para incrementar el RON en las gasolinas

comerciales.

• Se ha determinado las características físico – químicas de la carga al

proceso, del producto final y las variables del proceso que permiten

realizar el reformado catalítico continuo de gasolinas en la REE.

• Se hizo una investigación de la calidad de la gasolina producida y

pudimos saber si cumple con las especificaciones como normas y

ordenanzas para abalar su uso en el país, y por medio de esta

investigación pudimos darnos cuenta que si cumple.

• El proceso CCR en la Refinería de Esmeraldas es de gran ayuda

para aportar con hidrógenos a la HDS, aunque es de vital importancia

ver alternativas o la creación de nuevas fuentes para el

abastecimiento de H2 ya que el obtenido del proceso CCR solo

produce la cuarta parte del consumo en el proceso de HDS.

• La nafta introducida a las unidades de reforma catalítica es

hidrotratada para eliminar sustancias distintas de hidrocarburos como

el azufre, que afectarían negativamente la estabilidad de los

catalizadores de la reforma (metales nobles) desde el punto de vista

de su actividad y selectividad, algunas de las sustancias eliminadas

92

son azufre, nitrógeno, oxígeno y compuestos orgánicos de arsénico y

paladio; todos los cuales envenenan los catalizadores y afectan a la

calidad de las gasolinas.

• Los catalizadores del CCR están sujetos a envenenamiento por

sulfuro de hidrógeno y otros compuestos de azufre, nitrógeno y

oxígeno, por lo tanto, la alimentación de nafta debe ser pretratada en

una operación intermedia de hidrotratamiento para removerle esas

impurezas antes del reformado.

• No se verifica un tratamiento ambiental adecuado a los residuos

tóxicos de catalizadores provenientes de la unidad CCR, por ejemplo

los catalizadores son enterrados en fosas.

93

5.2 RECOMENDACIONES

• Es recomendable no cambiar de catalizador con frecuencia.

• Se deben utilizar catalizadores que usen una mayor actividad

catalítica y una mayor tolerancia a la desactivación ya que durante la

reacción, el catalizador sufre de una desactivación particularmente

cuando se usan con fracciones pesadas del petróleo que presentan

un alto contenido de asfáltenos y metales esto sucede en especial

con petróleo pesado que es el de mayor refinación en la actualidad.

• Los operadores de la unidad deben tener un control riguroso de la

cantidad de hidrógeno que es inyectado al proceso para obtener una

reacción correcta, controlar presiones y temperaturas en cada fase

del proceso pues es muy importante para obtener un producto óptimo.

• Se recomienda disminuir el azufre en las gasolinas ya que tiene un

impacto significativo sobre las emisiones de vehículos mediante la

reducción de la eficiencia de los catalizadores.

• El tricarbonilo metilciclopentadienilo de manganeso (MMT) recubre

componentes internos del motor como bujías, causa el fallo de

encendido el cual conduce a aumentó de emisiones, aumento en el

consumo de gasolina y un escaso funcionamiento del motor, es por

eso que se recomienda no usar el MMT.

• No es recomendable añadir metil-ter-butil-éter (MTBE) como aditivo

en las gasolinas ya que su alta solubilidad y gran movilidad en el agua

subterránea, han hecho evidentes los problemas de contaminación

que actualmente se están encontrando en estaciones de servicio,

tomas clandestinas alrededor de ductos, instalaciones de tanques de

almacenamiento y patios de maniobras de combustibles, entre otros.

• El ferroceno se ha utilizado para sustituir al plomo como un mejorador

de octano para las gasolinas sin plomo en algunos mercados, éste

contiene hierro, que se deposita sobre las bujías, catalizadores y otras

partes del sistema de escape como óxido de hierro, y también puede

94

afectar a otros componentes del motor, es por eso que no es

recomendable utilizar ferroceno como mejorador de octanaje en las

gasolinas.

• Es recomendable controlar los niveles de benceno en la gasolina ya

que es la forma más directa para limitar la evaporación y las

emisiones de benceno de los automóviles y también porque el

benceno es un agente cancerígeno.

• Se recomienda evitar el azufre en las gasolinas ya que estos

compuestos pueden reaccionar con la plata de la unidad remitente o

aleación de plata para formar sulfuro de plata en los contactos

eléctricos, este proceso interrumpe el flujo de corriente al indicador de

combustible y hace que el medidor de combustible muestre lecturas

erráticas.

• Esta planta debería trabajar a sus condiciones de diseño con un 40 %

de aromáticos para obtener un mejor octanaje en las gasolinas, pero

no se puede hacer esto ya que en el Ecuador solo se permite trabajar

con 25 % de aromáticos.

NOMENCLATURA

95

NOMENCLATURA CCR Reformadora Catalítica Continua

HDS Hi-Drode-Sulfuración (Hidrodesulfuración)

PPM Partes por millón

PPB Partes por billón

H2 Hidrógeno

H2S Ácido sulfhídrico

DMQ Distrito Metropolitano de Quito

PSI Libra por pulgada cuadrada

API American Petroleum Institute.

ASTM American Society for Testing and Materials

REE Refinería Estatal Esmeraldas.

RON Research Octane Number

MON Motor Octane Number

INEN Instituto Ecuatoriano De Normalización

TPL Terminal de productos limpios

HC Hidrocarburos

BPD Barriles por día MMT Tricarbonilo metilciclopentadienilo de manganeso

TEP Ó TEL Tetra Etilo de Plomo

GLOSARIO

96

GLOSARIO

Adiabático: El término adiabático hace referencia a elementos que impiden

la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima

bastante a un límite adiabático Asfáltenos: Los asfáltenos son moléculas planas, poli aromáticas y poli

cíclicas que contienen heteroátomos y metales, que existen en un estado de

agregación en suspensión y están rodeados y estabilizados por resinas

(agentes peptizantes); no son puros, ni son moléculas idénticas, que tienen

una carga eléctrica y están poli dispersos.

Catalizador: Es una substancia química que ayuda a acelerar o disminuir

las reacciones que ocurren sin intervenir en ellas.

Ciclo Otto: Es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de

combustión interna de encendido provocado (motores de gasolina). Se

caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo el calor se

aporta a volumen constante.

Coquificación: Utilizar el calor para descomponer hidrocarburos de alto

peso molecular, provenientes de los residuos del petróleo, para obtener un

material quebradizo y poroso de alto valor comercial, llamado coque de

petróleo. Craqueotérmico: Rompimiento de moléculas a base de calor.

Craqueo catalítico: Proceso que por efecto de la temperatura y en

presencia de un catalizador convierte el gasóleo obtenido de las unidades

de destilación a vacio en productos como el LPG y gasolina de alto octano

(alrededor de 94 RON)

Craqueo: Conversión térmica o catalítica tendiente a disminuir el peso

molecular de hidrocarburos.

Crudo: Producto natural líquido o semilíquido, compuesto principalmente por

hidrocarburos y otros componentes en menor proporción, tales como gas,

agua, sedimentos y piedras areniscas, generalmente se encuentra en las

formaciones porosas bajo tierra. Se clasifica de varias formas, entre las

97

cuales las más generalizadas son: la naturaleza química, la densidad API, y

el contenido de azufre.

Densidad relativa: Relación entre la densidad del producto considerado y la

del producto estándar, determinada bajo condiciones normales.

Densidad API: Escala arbitraria relacionada con la densidad relativa del

petróleo determinada a 15,6/15,6°C (60/60°F) y definida por la ecuación:

𝐼𝐼𝑃𝑃𝐼𝐼 =141.5

𝐼𝐼𝑃𝑃𝑔𝑔𝑃𝑃𝑐𝑐𝑑𝑑𝑐𝑐𝑑𝑑 𝑅𝑅𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑅𝑅𝑐𝑐 (15.615.6 °𝐻𝐻)

− 131.5 𝐄𝐄𝐄𝐄 [5]

Desisohexanizadora: La carga de fondos procedente de la Debutanizadora

ingresa a la columna y es separada en dos cortes: por la parte superior es

separada la nafta liviana, arrastrando consigo los isohexanos, mientras que

por la parte inferior se extrae la nafta pesada.

Desbutanizadora: Se refiere a una columna de destilación para separar

butanos de una corriente (por ejemplo, de nafta) Deshidrogenación: Se entiende por des hidrogenación la pérdida de

átomos de hidrógeno (generalmente un par) por parte de una molécula

orgánica. Destilación: Proceso físico al que se somete al petróleo para separar sus

distintas fracciones, las que se diferencian por sus temperaturas de

ebullición. Se clasifica en dos tipos: destilación atmosférica y destilación al

vacío.

Destilación atmosférica: Proceso de destilación del petróleo a presión

atmosférica.

Destilación a vacío: Proceso de destilación del crudo reducido a presiones

inferiores a la atmosférica.

Dieno: Los dienos son alquenos que contienen dos dobles enlaces carbono

– carbono, por lo que tienen esencialmente las mismas propiedades que los

alquenos.

98

Hidrodesulfuradora de diesel (HDS): Proceso para remover azufre de las

moléculas, utilizando hidrógeno bajo presión y un catalizador. Hidrodesulfuradora de nafta (HDT): Esta planta fue construida en la última

ampliación, su función es la de purificar la nafta pesada para el proceso de

reformación ya que, este proceso utiliza un catalizador que es sensible a

ciertos contaminantes, como el azufre, nitrógeno, agua, compuestos

halogenados, hidrocarburos insaturados y ciertos metales.

Hidrocarburo: Los hidrocarburos son compuestos orgánicos binarios

constituidos solamente por el carbono (C) e hidrógenos (H). Hidroprocesos: Son procesos donde se hace reaccionar hidrógeno con

hidrocarburos insaturados (olefinas y aromáticos) transformándolos en

saturados (parafínicos y nafténicos). Además el hidrógeno reacciona con

compuestos de azufre, nitrógeno y oxigenados transformándolos en ácido

sulfhídrico (SH2), amoniaco (NH3) y agua (H2O).

Ignición: Acción y efecto de iniciarse una combustión, en un combustible la

acción de mantenerlo encendido Industrialización: Fase de las operaciones hidrocarburíferas que se dedica

a la separación física, térmica y química de petróleo crudo en sus fracciones

de destilación mayores para producir productos y derivados de petróleo que

pueden ser comercializados directamente o utilizados como materia prima

en otras industrias.

Inhibidor: Sustancia química que interfiere en una reacción química, como

la precipitación.

Merox: unidades de tratamiento, son diseñadas para mejorar la calidad de la

gasolina, el LPG y el Jet fuel. Su función es transformar los productos

nocivos de azufre y su disminución en los productos terminados. El nombre

de estos procesos se deriva de su función; MERcapthanOXidation.

(Oxidación de mercaptanos).

Molécula: Esla parte más pequeña de una sustancia que conserva sus

propiedades químicas, y a partir de la cual se puede reconstituir la sustancia

sin reacciones químicas. De acuerdo con esta definición, que resulta

razonablemente útil para aquellas sustancias puras constituidas por

99

moléculas, podrían existir las "moléculas monoatómicas" de gases nobles,

mientras que las redes cristalinas, sales, metales y la mayoría de vidrios

quedarían en una situación confusa Nafta: Producto derivado del petróleo que no contiene aditivos, se obtiene

en el proceso de destilación atmosférica o del gas natural, cuyo rango de

destilación está comprendido entre 30°C y 190°C.

Número de octano: El Número de octano, a veces denominado "octanaje",

es una escala que mide la capacidad antidetonante del carburante (como

la gasolina) cuando se comprime dentro del cilindro de un motor.

Es una propiedad esencial en los carburantes utilizados en los motores de

encendido por bujia, que siguen un ciclo termodinámico próximo al Ciclo

Otto.

En efecto, la eficacia del motor aumenta con altos índices de compresión,

pero solamente mientras el combustible utilizado soporte ese nivel de

compresión sin sufrir combustión prematura o detonación.

Punto de ebullición: Temperatura a la cual un combustible líquido hierve

bajo condiciones normales.

Refinación: Conjunto de procesos mediante los cuales los hidrocarburos

constitutivos del petróleo se separan y se transforman individualmente o en

fracciones, para su posterior aprovechamiento.

Refinería: Instalación industrial destinada al procesamiento de petróleo.

Reformación: Conversión térmo-catálica de naftas en otras de mayor

número de octano.

Setria: (sección de transferencia y almacenamiento) es la más importante

dentro del sistema de refinación y obtención de hidrocarburos, pues es en la

que se inicia el proceso mediante la recepción, preparación y entrega de

crudo a las unidades de destilación primarias y la preparación de cargas

para el resto de unidades de proceso.

Volátil: Se aplica a la sustancia que se transforma fácilmente en vapor o en

gas cuando está expuesta al aire: la gasolina es una sustancia volátil.

100

BIBLIOGRAFÍA GENERAL

1. Wauquier, J., (1998), El Refino Del Petróleo. San Antonio: Diaz de

Santos.

2. Calle L. (2009). Química y Características del Petróleo y Productos

Básicos. Quito: Institucional.

3. Vera C. (2010), Descripción y determinación de la confiabilidad del

proceso de medición y control de combustibles en las llenaderas de

entrega de productos limpios en las islas de carga de la Refinería Estatal

de Esmeraldas. Quito: Institucional.

4. López C., (2009), Facilidades de superficie. Tesis de Ingeniería de

Petróleos. Maracaibo: Institucional.

5. Cervantes F., (2009), Sistema de gestión ambiental para los desechos

peligrosos de la Refinería Estatal de Esmeraldas. Quito: Institucional.

6. Hodac, I., (2006), Worldwide Fuel Charter. California: Institucional.

7. Distrito Metropolitano de Quito, (2008), Ordenanza 213. Quito: Dirección

Metropolitana Ambiental.

8. Instituto Ecuatoriano de Normalización INEN, (2009), Norma Técnica

Ecuatoriana NTE INEN 935:2010. Quito: Institucional.

9. Wikipedia, (2012), Reformado Catalítico, Descripción del proceso.

Recuperado el 10 de mayo de 2012, de

http://es.wikipedia.org/wiki/Reformado_catal%C3%ADtico.

10. Plantas de Reformado Catalítico e Isomerización. (2010). Reformado

Catalítico. Recuperado el 12 de mayo de 2012, de

http://es.scribd.com/cristiang_21/d/60374777-Plantas-de-Reformado-

Catalitico-e-Isomerizacion.

ANEXOS

101

Anexo 1. Refinería de Esmeraldas con ampliación, ya implementada la

unidad CCR.

Fuente: Ramos, F., (2009), Unidad de reformación catalítica continua

102

Anexo 2. Reporte de resultados de análisis de rutina, Unidad HDT – CCR.

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

103

Anexo 3. Contadores del blending

Fuente: Vera, C., (2010), Descripción y determinación de la confiabilidad del

proceso de medición y control de combustibles en las llenaderas de entrega de

productos limpios en las islas de carga de la Refinería Estatal de Esmeraldas

104

Anexo 4. Planta de tetra etilo de plomo TEL

Fuente: Vera, C., (2010), Descripción y determinación de la confiabilidad del

proceso de medición y control de combustibles en las llenaderas de entrega de

productos limpios en las islas de carga de la Refinería Estatal de Esmeraldas

105

Anexo 5. Desbutanizadora C_V18

Fuente: Vera, C., (2010), Descripción y determinación de la confiabilidad del

proceso de medición y control de combustibles en las llenaderas de entrega de

productos limpios en las islas de carga de la Refinería Estatal de Esmeraldas

106

Anexo 6. Unidad Hidrodesulfuradora de naftas HDT

Fuente: Ramos, F., (2009), Unidad de tratamiento de nafta pesada

107

Anexo 7. Almacenamiento de hidrógeno P_C3

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

108

Anexo 8. Cabezal de hidrógeno P_H

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

109

Anexo 9. Unidad desisopentanizadora P_V21 (recuperación de isopentanos contenidos en la nafta ligera)

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

110

Anexo 10. Separación y despojamiento de los volátiles en la unidad CCR (P_V1)

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

111

Anexo 11. Despojadores o Stripper P2_C01

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

112

Anexo 12. Primer reactor de la unidad CCR (P2_R01)

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

113

Anexo 13. Reactores de la Unidad CCR (P3_V1X)

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

114

Anexo 14. Torre estabilizadora P2_V06

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

115

Anexo 15. Regeneración continua del catalizador P3_REG

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

116

Anexo 16. Regenerador P3_V01

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

117

Anexo 17. Diferenciales de temperatura P3_TEMP

Fuente: Troya, E., (2011), Unidad de reformación catalítica continua

118

Anexo 18. Diagrama de flujo del proceso de la nafta pesada hidrotratada

Fuente: Tuarez, J., (2012), Unidad de reformación catalítica continua

119

Anexo 19. Diagrama de flujo del proceso de la unidad de reformado catalítico (P2)

Fuente: Tuarez, J., (2012), Unidad de reformación catalítica continua

120

Anexo 20. Diagrama de flujo del proceso de la unidad de reformado catalítico (P2)

Fuente: Tuarez, J., (2012), Unidad de reformación catalítica continua

121

Anexo 21. Diagrama de flujo del proceso del lazo de regeneración del catalizador (P3)

Fuente: Tuarez, J., (2012), Unidad de reformación catalítica continua

122

Anexo 22. Diagrama de flujo del proceso del lazo de regeneración del catalizador (P3)

Fuente: Tuarez, J., (2012), Unidad de reformación catalítica continua