HIDRODESULFURACION DEL DIESEL

DISEO DE UNA PLANTA PARA LA HIDRODESULFURACIN DEL DIESELANALISIS DE PROCESOS QUIMICOSNOMBRES:

ALMARAZ AREBALO MARIA LIZEHT AYAVIRI CHOQUE JENNY ROCIOBAUTISTA GARCIA DENNYSQUISPE HUANACO LEINY MERZESAN MILLAN ARISPE NOELIA

RESUMENEl presente trabajo contiene una breve introduccin, justificacin.Se presenta una breve descripcin del proceso, utilizando catalizador y condiciones de operacin.Se presenta un modelo para el diseo del reactor, suponiendo operacin isotrmica y flujo pistn. Se resuelve el modelo para obtener las dimensiones del reactor bajo diferentes condiciones de operacin de presin y temperatura.Se presentan los balances de materia y energa sobre la planta, as como los resultados del dimensionamiento de los equipo, obtenidos mediante el simulador HYSYS 7.3.

RESUMENPara finalizar se verifico con un anlisis econmico del proceso, con los resultados obtenidos se concluye que la HDS del disel es una inversin atractiva econmicamente.El alcance de este proyecto es verificar en la simulacin si baja el contenido azufre en el disel. Se describe un proceso de HDS tal como opera en una plantaINTRODUCCINEl petrleo y los combustibles fsiles constituyen ms del 70% de las fuentes de energa primaria, hecho que involucra apreciables problemas de contaminacin.Uno de ellos es la produccin de emisiones sulfurosas a la atmsfera, ya que el petrleo tiene una fraccin relativamente pesada que contiene una gran cantidad de compuestos azufrados y nitrogenados. Para disminuir la descarga de contaminantes por esta combustin existen tratamientos preventivos que involucran la remocin de los contaminantes durante el proceso de elaboracin de los combustibles en las refineras de petrleo.INTRODUCCINPara remover varios de los compuestos contaminantes atmosfricos, existen procesos denominados hidrotratamiento. En estos procesos se utiliza hidrgeno para remover el azufre (hidrodesulfuracin, HDS), para remover el nitrgeno (hidrodenitrogenacin), para la remocin de compuestos aromticos (hidrodesaromatizacin) y para la remocin de metales pesados (hidrodemetalizacin)INTRODUCCIONTodos estos procesos, adems de necesitar hidrgeno, requieren de un reactor que tenga un catalizador capaz de acelerar las reacciones de eliminacin correspondientes.Es importante destacar que a medida que el crudo es ms pesado el contenido de contaminantes es mayor como el azufre.JUSTIFICACINEl contenido de azufre en el disel afecta de dos formas una con la contaminacin al medio ambiente por la emisin de gases SOx producidos por la combustin, por otra parte afecta a los componentes de los motores disel.Es por tal razn que se tomo como una opcin quitar el azufre del disel, con la hidrodesulfuracin, reduciendo de esta manera el contenido de azufre.

ANTECEDENTESHIDRODESULFURACINLa hidrodesulfuracin es la tecnologa fisicoqumica que se lleva a cabo en la refinacin del petrleo, donde el principal propsito consiste en remover los heteroatomos de azufre contenidos en las fracciones de petrleo crudo.Con la finalidad de obtener combustibles ecolgicos de mayor calidad evitando as la emisin de compuestos azufrados a la atmosfera y por ende la contaminacin ambiental.Este es un proceso de hidrotratamiento cataltico, utilizado para remover el azufre o compuestos azufrados de las fracciones de petrleo lquido. Consiste en hacer reaccionar la mezcla de compuestos orgnicos con hidrgeno gaseoso en un reactor a altas presiones (55-170 atm) y altas temperaturas (300- 450 C).

ANTECEDENTESOPCIONES TECNOLGICAS PARA LA ELIMINACIN DE AZUFREAdsorcinA diferencia del proceso HDS, este proceso utiliza procesos qumicos de adsorcin en lugar de hidrgeno para la remocin de los compuestos azufrados (produce SO2 y CO2).BiodesulfuracinEste proceso consiste en el uso de bacterias para remover los compuestos azufrados del hidrocarburo. Para ello se combina el flujo de hidrocarburo con una mezcla de bacterias de base de agua, sosas custica y nutrientes bacterianas.ANTECEDENTESOxidacin (ODS).Este proceso involucra la formacin de una emulsin de agua con disel, para luego oxidar el azufre con un cido catalizado. Este proceso trata preferentemente a los compuestos de azufre ms difciles de remover, pero no es adecuada para los destilados directos.

CLASIFICACIN DEL CRUDOTIPOS DE CRUDOGRADOS APICondensadoMayor de 42LigeroEntre 30 y 42MediandoEntre 20 y 29.9PesadoEntre 10 y 20ExtrapesadoEntre 8.2 y 10Bitumen(Alquitrn) Menor a 8.2MATERIAS PRIMAS E INSUMOSMATERIAS PRIMASPRINCIPALESSECUNDARIOSDiselCatalizadorHidrgenoNiW/Al2O3MATERIAS PRIMAS El disel es un combustible lquido compuesto, formado bsicamente de molculas C12-C25 o ms, entre los que se encuentran compuestos aromticos, azufrados y nitrogenados, algunas parafinas y olefinas. Se caracteriza por su elevado rendimiento y eficiencia mecnica.Se obtiene, durante la destilacin atmosfrica del petrleo crudo entre los 200 300 C de temperatura y posteriormente recibe un tratamiento en las unidades de hidrodesulfuracin con el fin de remover el azufre.MATERIAS PRIMASPROPIEDADES FISICOQUMICASPROPIEDADESDIESELUNIDADESTemperatura de ebullicin a 760 mmHg215-300Cpresin de vapor a 20C30mmHgdensidad API a 60 F 40gravedad especfica a 20C0,85punto flash45Cpuntode vacio-9Cpunto de niebla-15Cindice de cetano48 minimoviscosidad a 40C1,9 a 4,1centistokesMATERIAS PRIMAS Debido que el disel es una mezcla compleja de una gran cantidad de componentes, no existen datos precisos de sus propiedades. Es por ello que es necesario estimar propiedades para un pseudo compuesto que represente en promedio las propiedades del disel, as como estimar las propiedades de los compuestos de azufre.Respecto a la referencia , Utilizando el paquete computacional Integrated Computer Aided System (ICAS version 5.0), desarrollado en la Universidad Tcnica de Dinamarca.MATERIAS PRIMAS

MATERIAS PRIMASSe estimaron las propiedades para diversos compuestos azufrados presentes en el disel. Se seleccion el 4,6 DMDBT como el representativos de ellos. As mismo, a falta de una caracterizacin detallada del disel, y considerando que ste es una mezcla de compuestos parafnicos y aromticos, el disel se simul como una mezcla de porcentajes de un compuesto parafnico (n-hexadecano) y un compuesto aromtico (Bifenil).MATERIAS PRIMASCOMPONENTESCOMPOSICIN4,6 DMDBT87,590%N-Hexadecano7,540%Bifenil4,870%REACCIONES4,6DMDBT + 2H2 3,3DMBF + H2SEstas reacciones son esencialmente irreversibles bajo condiciones industriales de reaccin (340-425C y 50-170 atm). Utilizaremos como catalizador la aleacin NiW/Al2O3.

REACCIN DE HIDROGENACIN

2H2 NiW/Al2O3 DESCRIPCION DEL PRODUCTOEl producto que se obtendr es disel desulfurado, con un bajo contenido de azufre de 15 ppm como una aproximacin, los costos en la operacin se deben al incremento en el consumo de servicios auxiliares de hidrogeno y catalizadores.

FUENTES DE MATERIAS PRIMAS E INSUMOSHidrogeno y dieselPRINCIPALES CONSUMIDORES DE DIESELLos mayores consumidores de diesel son transportes terrestres y marinos a nivelmundial, y en baja medida en la industria.PRODUCTOS DEL DIESEL DESULFURADOGasolina amargaDiesel desulfuradoAcido sulfhdricoHidrocarburos ligerosINGENIERIA DEL PROYECTOLa hidrodesulfuracin es un proceso de refinamiento cataltico que usa un catalizador selectivo en combinacin con una corriente en hidrgeno, para remover el azufre presente en la alimentacin de disel. Para lograr lo mencionado la unidad de HDS se divide en las siguientes secciones de proceso:Seccin de reaccinSeccin de separacin

INGENIERIA DEL PROYECTOLa unidad de Hidrodesulfuracin recibir una alimentacin de disel proveniente de una planta de destilacin primaria.Seccin de reaccinLa corriente de alimentacin llega a un tanque de carga, para posteriormente pasarla a una bomba, donde se aumentar la presin y se mezclara con una corriente de hidrogeno a la misma presin con una alta temperatura. La mezcla disel-hidrgeno entrar a un precalentador, y despus a un calentador, alcanzando las condiciones adecuadas para entrar al reactor. El reactor contiene un lecho cataltico, donde el catalizador principal es de Nquel- wolframio. En el reactor, la corriente disel-hidrogeno reaccionar exotrmicamente y se remover el azufre, que es convertido en sulfuro de hidrogeno.INGENIERIA DEL PROYECTOSeccin de separacinEl efluente caliente del reactor se usa para intercambiar energa con la alimentacin en el precalentador, pasando posteriormente a un enfriador, para luego entrar a un tanque separador de alta presin. En este tanque se separa una fase gaseosa, la cual ser principalmente sulfuro de hidrogeno y los dems hidrocarburos ligeros. El producto de fondo contendr una composicin menor de azufre, disel desulfurado. El disel obtenido en el separador de alta presin ser el producto final con un menor contenido de azufre.

INGENIERA DEL PROYECTOEl proceso consta de 8 equipos, los cuales se dividen en equipo mayor y menor:

EQUIPO MAYOREQUIPO MENORReactorTanque de almacenamiento Tanque FlashCalentadorEnfriadorBombaIntercambiador de calorCompresora MezcladoraDIAGRAMA DE FLUJO

BALANCE DE MASA Y ENERGIA

29BOMBA CORRIENTE DE ENTRADA

BOMBA CORRIENTE DE SALIDA

CONDICIONES ENTRADA- SALIDA

COMPRESORA

COMPRESORA ENTRADA

COMPRESORA SALIDA

35CONDICIONES ENTRADA - SALIDA

MEZCLADORA

MEZCLA SALIDA DE COMPRESORA

MEZCLA SALIDA DE COMPRESORA

CONDICIONES

INTERCAMBIADOR DE CALOR TUBO- CORAZA

CORRIENTE POR LOS TUBOS MEZCLA DIESEL-H2

MEZCLA DIESEL-H2

CONDICIN

CORRIENTE POR LA CORAZA REACCIN CAL

REACCIN CAL- CORAZA

CONDICIONES

CALENTADOR

CALENTADOR MEZCLA CAL

MEZCLA CAL-R

CONDICIN

REACTOR

REACTORCondiciones de operacin del reactor:El reactor es isotrmico e isobrico.El flujo de las fases gas y lquida es del tipo pistn.Los compuestos presentes en las fases gas y lquido estn en equilibrio a lo largo del reactor.El catalizador est completamente mojado por el lquido y no sufre desactivacin. Le reaccin es de pseudo primer ordenREACTORT CK4,6DMDBT(1/min)3200,00063400,00213600,0048REACTORREACTORREACTOR MEZ-REACCIONADA

MEZ- REACCIONADA

CONDICIONES

ENFRIADOR

CORRIENTE REACCIN SEP

REACCIN SEP

CONDICIONES

SEPARADOR DE FASES (FLASH)

SALIDA LIQUIDA HDS DIESEL

CONDIONES

SALIDA VAPOR DE H2S

CONDICIONES

CONCLUSIONESLos resultados sugieren que la ruta de reaccin para el 4,6DMDBT es laHDS directa.Se lograron avances hacia la obtencin de un modelo cintico quepudiera ser utilizado para el diseo del reactor. Al parecer, el orden dereaccin para el 4,6 DMDBT es uno.Se logr un avance en la simulacin de la planta, aunque se careci de mucha informacin para condiciones de operacin de los equipos