09 operacion de refinerias

DIPLOMADO EN INGENIERIA DE PROCESOS DE REFINACION Y

PETROQUIMICA DE HIDROCARBUROS

CURSO“ECONOMIA DE LA REFINACION Y PROCESOS DE

COMERCIO EXTERIOR DE HIDROCARBUROS”

16 de enero 201016 de enero 2010Profesor: Ing. Miguel Perez NavarroProfesor: Ing. Miguel Perez Navarro

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

OperaciOperaciOperaciOperacióóóón de Refinern de Refinern de Refinern de Refinerííííasasasas

CAPITULO XCAPITULO X

Profesor: Ing. Miguel Perez NavarroProfesor: Ing. Miguel Perez Navarro

OPERACIOPERACIÓÓN DE REFINERN DE REFINERÍÍASAS

INTRODUCCIÓN

�En general, la economía de Refinación tiene que ver con la evaluación de muchas alternativas de estrategias de operación y tomar decisiones que maximicen las utilidadesde las Refinerías.

� Estas decisiones se toman para el corto plazo, en la operación del día a día y para el Largo Plazo en los planes de inversión.

� La economía de Refinación interactúa con muchas variables concernientes al suministro y transporte, asícomo al mercado y distribución.


VARIABLES

� Dos Refinerías no son iguales, dependen de la configuración de la planta y esto influye en la economía de Refinación.

� Dos Refinerías no tienen la misma organización administrativa, porque dependen de su configuración

�Los temas de Economía de Refinación, como cualquier otra forma de economía, es un campo para análisis, discusión y debate.

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Destilación al Vacío(BPD)

La Pampilla 26.000La Pampilla 26.000

Talara 26.500Talara 26.500

ConchConch áán 10.000n 10.000

Craqueo Catalítico(BPD)



Pluspetrol 4.000Pluspetrol 4.000

El Milagro 1.700El Milagro 1.700

Total País 200.000


Destilación Primaria(BPD)

Pucallpa 3.300Pucallpa 3.300


ConchConch áán 13.500n 13.500

Iquitos 10.500Iquitos 10.500

Unidades Principales de Unidades Principales de RefinerRefiner íías del Peras del Per úú


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Clasificación de los Petróleos Crudos

Tipo de crudo º APICrudos extrapesados < 10Crudos pesados 10 - 20Crudos intermedios 20 - 30Crudos livianos > 30

� Los valores comunes para la gravedad API de diferentes crudos varían entre 10 y 40.

º API = - 131.5141.5

SG� Fórmula:

� Clasificación:

De acuerdo a su Gravedad API

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UNIDAD DE DESTILACION PRIMARIA

8

UNIDAD DE DESTILACION PRIMARIA

�La destilación es el proceso que separa los diversos componentes de una mezcla líquida, basándose en las diferencias de sus puntos de ebullición.

�La Destilación es una operación de separación física.

�La Separación se efectúa llevando el crudo a la Temperatura de Ebullición de los Hidrocarburos (655 ºF).

�Para calentar el crudo se aprovecha al máximo el calor de los flujos de productos empleando intercambiadores de calor y finalmente un horno, para llegar a la temperatura requerida.

�Luego se produce la separación del crudo en diferentes fracciones dentro de la torre de fraccionamiento.


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Destilación o Fraccionamiento

Corte Temperatura (ºF)Livianos 0 - 80Nafta ligera 80 - 280Nafta pesada 280 - 300Kerosene 300 - 480Diesel 480 - 670Gas oil 670 - 1000Residuo 1000+

� Para caracterizar un crudo se utiliza su curva de destilación y en ella se determina las diferentes fracciones que se podrían obtener, estas fracciones se denominan RENDIMIENTOS.

� Esta curva de rendimientos proporciona información importante para la valorización de las diferentes fracciones o cortes, incluyendo la calidad de cada fracción.

10

-18 / 0

38 / 100

93 / 200

149 / 300

204 / 400

260 / 500

316 / 600

371 / 700

427 / 800

482 / 900

538 / 1000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% ACUMULADO EN VOLUMEN

TE

MP

ER

AT

UR

A D

E E

BU

LLIC

IÓN

°C &

°F

NAFTA LIGERA

NAFTA PESADA

KEROSENE

GAS OIL

RESIDUO DE VACÍO

LIGEROS

Rendimientos (por destilación)

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Fracciones de Destilación Primaria

�Gas Combustible

�Nafta de bajo octanaje

�Solventes de Petróleo

�Turbocombustible

�Kerosene

�Diesel

�Crudo Reducido.

Fracciones:

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Diagrama de Flujo - Unidad de Destilación Primaria

Gases

Nafta Liviana

Nafta Pesada

Kerosene/Turbo

Diesel

Gasóleo Atmosférico

Crudo Reducido

Petróleo Crudo

Sales Agua

AguaVapor

Vapor

Vapor

Vapor

Agua

Desaladora

660°F 250°F620°F

Horno

420 ºF

205 ºF

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EQUIPOS DE LA UNIDAD DESTILACION PRIMARIA

� Dentro de los equipos importantes a mencionar en una Unidad de Destilación Primaria tenemos:

�Desaladora �Horno �Torre de Destilación�Intercambiadores de calor�Bombas

� Instrumentación:�Sistema DCS, para el control del proceso�Sistema ESD, para efectuar las paradas seguras en

caso de contingencias.

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Desaladora de Crudos

�En este equipo se produce la remoción de sal contenida en crudo, la cual de no ser removida causaría un efecto corrosivo en el sistema, además de ser perjudicial en los procesos subsiguientes como Craqueo Catalítico.

� Para efectuar el desalado, este equipo cuenta con t res transformadores, los cuales suministran tensión a tres juegos de parrill as aislados unos de otros , generándose entre ellos un campo eléctrico.Este campo eléctrico direcciona las gotas de agua co n sal previamente atomizadas (mezcladas) al ingreso de la desaladora con agua de desalado; para que estas se unan formando una gota de mayor t amaño y esta se precipite al fondo de la desaladora por su densidad (COALESER ).

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MIXER

AGUA DE PROCESO

Desaladora de CrudosDesaladora de CrudosCRUDO

DESALADO

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HORNOEl horno mas grande del país cuenta con una capacidad de procesamiento de hasta 90.000 BPD. Entró en servicio en Enero del 2004.Cuenta con un sistema de seguridad ESD para arranque y parada segura.También cuenta con sistemas de decoquificado y sopladores de hollín.Cuenta con detectores de llama UV para cada uno de sus 24 quemadores-pilotos.

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Torre de Fraccionamiento

� La torre de fraccionamiento esta constituida por platos perforados y copas de burbujeo (casquetes de burbujeo).

� Condiciones de operación:� Presión del tope 2.5-4.5

PSI� Perfil Temperaturas: • Tope: 210-225 °F• Fondo: 550- 640 °F• Fracciones Laterales: 3• Reflujos: 3

Línea para verificar Inundación

Soporte del Plato

Varilla para desviar el flujo

Plato

Casquete de Burbugeo

Contactor de Válvula (Abierta)

Válvula Cerrada

Plato Perforado

Flujo de Vapor

Entrada de Gas

Salida de Líquido

Espuma, o gotas de Líquido

Entrada de Alimentación

Corriente Lateral

Bajante

Rebose del Vertedero

Casco

Salida de Gas

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ESTRUCTURA DE UNA COLUMNA DESTILACION

El liquido fluye a través del plato, pasando por sobre la altura del vertedero cayendo a un plato inferior por los bajantes, y por las perforaciones asciende el vapor, el cual se pone en contacto con el liquido

.

OVERVIEW DE UNIDAD DE DESTILACION PRIMARIADE DESTILACION PRIMARIA

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UNIDAD DESTILACION AL VACIO

22

UNIDAD DE DESTILACION AL VACIO

La Unidad de Destilación al Vacío es una Planta que destila el crudo reducido (que produce UDP) a presiones mucho más bajas que la atmosférica, usualmente entre 50 y 70 mm de mercurio y a temperaturas en que las fracciones de gasóleos y asfaltos no sufrirán descomposiciones térmicas.


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DESTILACION AL VACÍO

� Para maximizar la recuperación del gasóleo pesado, el crudo reducido de la Unidad de Destilación Atmosférica es procesado en la Unidad de Destilación al Vacío.

� Tal destilación de hidrocarburos pesados es realizada a una presión reducida para evitar descomposición térmica o craqueo a altas temperaturas. Un producto que hierve a 750ºF a 50 mmHg no herviría hasta cerca de 925ºF a la presión atmosférica, temperatura en que la mayoría de los hidrocarburos craquean.


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Fracciones:� Gasóleo Liviano (Componente del Diesel)

� Gasóleo Pesado (Carga para Craqueo Catalítico)

� Fondos de Vacío (Petróleos Industriales y Asfalto).


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Horno

Crudo Reducido proveniente de la

UDP

Residuo de Vacío

Gasoleo Pesado

Gasoleo Liviano

Vapor60-70 mmHg

Petróleo Industrial

Asfalto


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Columnas de Destilación

Tipos: Copas de burbujeo, flexi-tray, alta eficiencia, empaques estructurados.

Equipos de Proceso

Hornos

Tipos: Cabina horizontal, cilíndricos, etc.

Características: Duty (MMBTU/h), Área de transferencia, zona radiante, zona convectiva.

Materiales: A/C, 5%Cr ½Mo, 9%Cr 1%Mo

Bombas

Tipos: Centrífugas, rotatorias, reciprocantes.

Características: Head (Pd – Ps), NPSH, BHP.

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Intercambiadores de calor

Tipos: Casco y tubos, doble tubo, aerorrefrigerantes.

Características: Calor transferido, área de transferencia, Uo.

Materiales: A/C, SS, Ti.

Calderetas

Tipos: Pirotubulares, acuotubulares.

Características: Área de transferencia, Q, # tubos.

Materiales: A/C, SS.


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SISTEMA DE VACÍO

� Se puede producir vacío usando una bomba rotatoria o reciprocante pero en las refinerías por lo general se usa bombas de vacío con chorros de vapor, comúnmente llamadas eyectores.

� El vació en los eyectores es producido por la alta velocidad de ingreso de vapor a través del tubo Venturi luego el vapor es condensado por un flujo de agua salada para permitir el paso continuo de vapor.

� El vapor usado en los eyectores es el producido en las calderetas, por medio del intercambio de calor entre el gasóleo pesado y el agua destilada.

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VARIABLES DE OPERACION

� Temperatura .- La temperatura de salida del horno puede ser alterada para obtener las especificaciones deseadas en los productos del fondo de la columna, tales como penetración, oliensis, etc.

� Presión.- La columna esta diseñada para operar a 35mm de mercurio de presión absoluta en la zona flash y 10mm de mercurio de presión absoluta en la sección superior de la columna de vacío

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VAPOR

TRC

TRC

VAPOR

1

6

7

12

TORRE DE VACIO

LC

FRC

LC

LC

3

SLOP WAX

VAPORLC

FONDOS DE VACIO

MALLA METALICA

Vapor

5EYECTORES DE VACIO DE

3 PASOS

CONDENSADOS

FRC

FRC

FRC

FRC

4

FRCFRC

TRC

LIC

FR

2

GOL A DIESEL

1

CARGA CRUDO REDUCIDO

GOP A FCC

CALDERETA

VAPOR A EYECTORES

FLUJO DE AGUA

FR

V-E1 (GOP vs C. Red.) y V-E1E, V-E2 (Fondos vs C. Red.)

V-P1 A/B

HORNO DE UDV

PROCESO UDV

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UNIDAD DE CRAQUEO CATALÍTICO

C A L E N T A D O R D E

A I R E

C I C L O N E S D ER E G E N E R A D O R

D I S T R I B U I D O RD E A I R E

R E G E N E R A D O R

J U N T A D EE X P A N S I O N

D I S T R I B U I D O R E S D EC A R G A

Z O N A Y

R I S E R

V A L V U L A D E S L I Z A N T EC A T A L I Z A D O R G A S T A D O

D E S P O J A D O R D E

G A S T A D O

C A M A R A D E LR E A C T O R

T E R M I N A C I O N

D E L R I S E R

C A M A R A P L E N A

J U N T A D E E X P A N S I O N

V A L V U L A D E S L I Z A N T E

D E G A S E S

C A M A R A D E

O R I F I C I O S

V A L V U L A D I V E R G E N T ED E

G A S E S

C A L D E R O C O C H I M E N E A

B A J A N T E C A T .R E G E N E R A D OV A L V U L A

D E S L I Z A N T EC A T . R E G E N E R A D O


C A T A L I Z A D O R

C I C L O N D E L R E A C T O R

D I S T R I B U I D O RD E V A P O R

32

Craqueo Catalítico� Craquear implica la ruptura de moléculas de mayor a menor tamaño.

�Craqueo catalítico es lograr esta ruptura mediante el uso de Temperatura y catalizadores.

�En el caso de craqueo catalítico, el catalizador mo difica profundamente el mecanismo de ruptura de los enlace s entre átomos de carbono y aumenta la velocidad de transfo rmación.

�El catalizador permite reducir la severidad de las reacciones y elimina parte de las reacciones secundarias produ ctoras de gas, coke y residuos pesados, favoreciendo los rendi mientos de gasolina.

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Craqueo Catalítico�El catalizador puede ser una arcilla natural o frecuentemente, un producto sintético, como sílica aluminato, cuyas propiedades físicas y químicas se ajustan en la fabricación de los mismos a las necesidades de cada Refinería.

�A pesar de comportarse como catalizador en las reacciones que provoca no permanece inalterado, pues se recubre de coke, que hace perder su actividad.

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SIMULACION DE LAS REACCIONES DE CRAQUEO

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Craqueo de las Principales Cargas de Hidrocarburos

Veamos como se craquean Veamos como se craquean los diferentes componentes los diferentes componentes

de la Cargade la Carga

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Importancia de la UCC en la Refinería

�FCC por más de sesenta años es el proceso más importante de la Industria de Refinación del Petról eo.

�Convierte productos y fracciones pesadas del petról eo, en productos más livianos y de mayor valor para la Refinería

�FCC es un proceso básicamente construido para producir gasolina, sin embargo, puede operarse en l a producción de hidrocarburos livianos como C3 y C4 (GLP), o productos como LCO y HCO, que son importantes diluyentes de las refinerías.

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Importancia de la UCC en la Refinería

�La unidad de FCC es a menudo llamada “El corazón de la Refinería”, debido a su importancia y a su versatilidad para procesar tantas clases de carga, dentro de las cuales se puede mencionar:

– Gasóleos atmosféricos (AGO)– Gasoleos de la Unidad de vacío– Gasoleos Hidrotratados – Residuos atmosféricos– Fondos de vacío– Slop

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Esquema General de la UCC y Recuperación de Gases

C4 (BUTANOS)

GASOLINA

C3 (PROPANOS)

GASES DE COMBUSTIÓN

GASES DE

LCO

GLP

SECCION DE FRACCIONAMIENTO

GAS SECO

CO

CO2

NOX

SOX

O2

N2

REACCIÓN

ACEITE CALRIFICADO

HCO

GASOLINA NO ESTABILIZADA

SECCIÓN DE COMPRESORES DE

GASES

SECCION DE RECUPERACION

(ABSORCION / AGOTAMIENTO)

UNIDAD DE RECUPERACIÓN DE GASES

UNIDAD DE FRACCIONAMIENTO

UNIDAD DE CONVERSIÓN

RxRg

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Unidad de Conversión

C A L E N T A D O R D E

A IR E

C IC LO N E S D ER E G E N E R A D O R

D IS TR IB U ID O RD E A IR E


JU N TA D EE X P A N S IO N

D IS TR IB U ID O R E S D EC A R G A

Z O N A Y

R IS E R

V A LV U LA D E S LIZ A N TEC AT A L IZ A D O R G A S TA D O

D E S P O JA D O R D E

G A S TA D O


TE R M IN A C IO N

D E L R IS E R

C A M A R A P LE N A

JU N TA D E E X P A N S IO N

V A L V U LA D E S LIZA N TE

D E G A S E S

C A M A R A D E

O R IF IC IO S

V A LV U LA D IV E R G E N TED E

G A S E S

C A LD E R O C O C H IM E N E A

B A JA N T E C AT.R E G E N E R A D OV A LV U LA

D E S LIZA N TEC AT . R E G E N E R A D O

JU N TA D EE X P A N S IO N

C AT A LIZ A D O R

C IC LO N D E L R E A C TO R

D IS T R IB U ID O RD E V A P O R

REACTOR

REGENERADOR

40

REACTOR

J U N T A D EE X P A N S IO N

D IS T R IB U ID O R E S D EC A R G A

Z O N A Y

R IS E R

V A L V U L A D E S L IZ A N T EC A T A L IZ A D O R G A S T A D O


G A S T A D O


T E R M IN A C IO N

J U N T A D EE X P A N S IO N

C A T A L IZ A D O R

D IS T R IB U ID O RD E V A P O R

•El Reactor es el equipo utilizado en FCC, para poner en contacto la carga y el catalizador, En su estructura contiene principalmente:

•El Riser

•Boquillas de atomización.

•El despojador

•Ciclones

41

REACTOR

Cambios de la Carga en FCC:

•Sistema de Precalentamiento :

– Antes de ingresar la carga al Reactor, se calienta en e l tren deprecalentamiento : 390-430ºF.

OPERACIOPERACIÓÓNN DE REFINERDE REFINERÍÍASAS

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FV 12

GOP

RESIDUAL

PRIMARIA

ACEITE CLARIFICADO FONDOS HCO

FE-4 FE-3 FE-4

SLURRY

SLOP HCOVAPOR

CATALIZADOR DEL REGENERADOR

SISTEMA DE PRECALENTAMIENTO SISTEMA DE PRECALENTAMIENTO AL REACTORAL REACTOR

43

REACTOR

• Dispersión de la carga .- Con vapor en• boquillas ubicadas en el Riser


D IS T R IB U I D O R E S D EC A R G A

Z O N A Y

R I S E R

V A L V U L A D E S L I Z A N T EC A T A L I Z A D O R G A S T A D O


G A S T A D O


T E R M I N A C I O N


C A T A L I Z A D O R

D I S T R I B U ID O RD E V A P O R

44

REACTORVaporización de la carga .- se vaporiza al entrar en contacto con el catalizador caliente proveniente del Regenerador:

CARGA VAPORIZADA

VAPOR

CATALIZADOR REGENERADO

CARGA ATOMIZADA

45

REACTOR• Contacto de catalizador y carga gasificada .- En el Riser por un tiempo de 3 a 5 segundos:

46

REACTOR

•Reacciones de catálisis .- Al entrar en contacto carga-catalizador, comienza la ruptura catalítica, generando los productos de reacción

47

REGENERADOR

C A LE N T A D O R D E

A IR E

C IC L O N E S D ER E G E N E R A D O R

D IS T R IB U ID O RD E A IR E


JU N T A D EE X P A N S IO N

T E R M IN A C IO N

D E L R IS E R

C A M A R A P LE N A

JU N T A D E E X P A N S IO N

C H IM E N E A

B A JA N T E C AT .R E G E N E R A D OV A LV U LA

D E S L IZ A N T EC AT . R E G E N E R A D O

JU N T A D EE X P A N S IO N

C IC LO N D E L R E A C T O R

•El Regenerador es el equipo utilizado en FCC, para eliminar el coke depositado el el catalizador, proveniente del reactor mediante combustión, con la finalidad de recuperar la actividad del catalizador.

•Esta conformado por:

•Calentador de aire.

•Distribuidor de Aire.

•Ciclones.

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REGENERADORCombustión del Coque del Catalizador Gastado

El catalizador gastado (con coque),proveniente del despojador pasa al regenerador, por medio de la bajante Rx-Rg, donde en presencia de una corriente de aire oxida los componentes del coque:

» C + ½ 02 ---- CO» C + ½ 02 ---- CO2

» S + 02 ---- SOx

» N + 02 ---- NOx


49

COMBUSTICOMBUSTIÓÓN DEL COQUE EN EL REGENERADORN DEL COQUE EN EL REGENERADOR

Ingreso de aire Catalizador

regenerado

Catalizador Gastado

50

Catalizadorregenerado bajando al

Reactor

Aire

Catalizador Regenerado Retornando al RiserCatalizador Regenerado Retornando al Riser

51

REGENERADOR» Reposición de Catalizador .-

• Para recuperar las perdidas de catalizador por la chimenea y su actividad (se desactiva con los metal es : Ni, V, de la carga), se adiciona catalizador fresco al sistema.

Reposición de catalizador

fresco

52

Unidad de FraccionamientoFraccionamiento de los gases de Reacción:

•El fraccionamiento de los gases del Reactor, se rea liza por la condensación y destilación de los productos no conv ertidos, Utilizando reflujos en los niveles de tope e interm edio.

•Este fraccionamiento se lleva a cabo en una columna de destilación, llamada fraccionador principal, donde los productos más livianos (gasolina y GLP) salen por e l tope como vapor.

•También se obtienen productos más pesados como el L CO, HCO (de carácter aromático) y el Aceite Clarificado , que se utilizan para la preparación de Residuales

53

Unidad de FraccionamientoFraccionamiento de los gases de Reacción

16

61 LCO

HCO

LCO

HCOAceite Clarificado

Productos de Reacción

FE-8, FE-11

FV-11

Gasolina no estabilizada

Gas a URG

Gas al Flare

slurry

1

UNIDAD DE REFORMACION CATALITICA

2nd ReheatFrunace

Nafta

1st ReheatFrunace

ReactorReactorReactorPreheat Frunace

To HydrotreatingDrier

Separator

Sulfur Scrubber

Reformate

Reformado CatalíticoObjetivo:

Incrementar el octanaje de las naftas en el pool de gasolinas.

Fundamento del Proceso:

La nafta liviana de la Unidad de Destilación Primaria, con bajo octanaje, es sometida a un proceso catalítico de deshidrogenación de los componentes nafténicos a aromáticos, previa desulfurización, obteniéndose un Reformado de 98 – 100 RON. El hidrógeno que es subproducto de este proceso se utiliza en otros procesos de refinación.

Reformado Catalítico

Mecanismo de reacción:

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

CH2

H2C

CH2

CH2

CH2H2C

CH

HC

CH

CH

CHHC

2(CH3 – CH2 – CH3)

Ciclohexano Benceno

Parafina n-Parafinas

+ H2

+ H2

UOP RZ Platforming Process:

Rendimientos

UOP Platforming

Process

Gas

Reformado

21%

79%

Alimentación

RON: 97-100Catalizador: RZ-100

Reformado Catalítico

Las reacciones son llevadas a cabo en series de tres o cuatro reactores de lecho fijo y ya que sus reacciones son endotérmicas, los hornos calentadores son colocados en la entrada de cada reactor. El hidrógeno es reciclado pa ra prevenir formación del carbón en la superficie.La reformación catalítica es también una fuente de be nceno, tolueno y xileno. El componente para esta producción es nafta.

Licenciataria: ExxonMobil

Unidad de Reformado Catalítico

2nd ReheatFrunace

Nafta

1st ReheatFrunace

ReactorReactorReactor

Preheat Frunace

To HydrotreatingDrier

Separator

Sulfur Scrubber

Reformate

Recycle

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Productos Obtenidos en Refinerías y Comercializados en el País

Productos Obtenidos en Refinerías y Comercializados en el País

• Gas Licuado de Petróleo • Gasolina 97 SP• Gasolina 95 SP• Gasolina 90 SP• Gasolina 84• Kerosene• Diesel 2• Petróleo Industrial N° 5• Petróleo Industrial N° 6• Petróleo Industrial 500• Solvente N° 1• Solvente N° 3• Turbo A-1

• Cemento Asfáltico 10/20• Cemento Asfáltico 20/30• Cemento Asfáltico 40/50 • Cemento Asfáltico 60/70• Cemento Asfáltico 85/100• Cemento Asfáltico 120/150• Asfalto Líquido RC-250• Asfalto Líquido RC-70• Asfalto Líquido MC-30• Ronax• Ácido Nafténico• IFO’s

60

FIN…


CAPITULO XCAPITULO X

09 operacion de refinerias

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