Polimeros

Plantas de Reformado Catalítico

e Isomerización

REFORMADO CATALÍTICO

Introducción

El reformado de nafta sobre catalizadores de platino fue inventado por UOP, cuando introdujo en 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.

El reformado de nafta es algo único en la refinación del petróleo ya que el número de octano y el contenido de aromáticos del producto C5+ resultante pueden variar en un amplio rango con sólo ajustar los parámetros operativos. El producto C5+ se llama comúnmente “reformado” y su RON puede variar desde casi 90 hasta más de 100, dependiendo de las propiedades de la alimentación y de las condiciones operativas de la unidad.

El número de octano de las naftas producidas en las otras unidades de la refinería es prácticamente inalterable, por lo tanto, el octanaje elegido en el reformador de nafta es un parámetro importante para la economía de la refinería. El octanaje del reformado y el uso de mejoradores de octanaje tales como el MTBE y el TAME debe ser balanceado económicamente. El aumento de octanaje del reformado reduce la cantidad necesaria de mejoradores de octanaje para lograr el octanaje de la nafta en el pool. Sin embargo, a medida que el octanaje del reformado aumenta, el volumen del mismo disminuye y se necesita mayor cantidad de mejoradores para evitar una reducción del volumen en el pool de naftas.

Rol del reformado catalítico en la refinería

El reformador catalítico es una de las principales unidades de producción de nafta en la refinería. Puede producir el 37% en peso del total del pool de naftas. Otras unidades como el FCC, la unidad de producción de MTBE, alquilación e isomerización, también contribuyen al pool.

El reformador catalítico se alimenta con nafta pesada proveniente de la unidad de topping, la cual está formada principalmente por hidrocarburos C7-C10. Es muy importante la eliminación de C6 de la alimentación del reformador porque formará benceno que es considera cancerígeno.

Por otro lado, el reformador catalítico es una importante fuente de materias primas petroquímicas, ya que provee de una buena cantidad e aromáticos BTX (benceno, tolueno y xilenos). Un ejemplo típico de una unidad de este tipo orientada a la producción de aromáticos es la existente en la Refinería San Lorenzo.

De acuerdo con esto, el proceso de reformado catalítico puede ser operado en dos modos: un modo de severidad elevada para producir principalmente aromáticos (80 – 90% en volumen) y en un modo de severidad media para producir nafta de alto octanaje (70% de aromáticos).

Información general

El proceso antiguo de reformado de vapor utiliza típicamente tres reactores de lecho fijo en serie. En los dos primeros, predominan las reacciones de deshidrogenación endotérmicas, haciendo necesario el uso de hornos intermedios para calentar el efluente hasta la temperatura de entrada deseada para el siguiente reactor. A medida que el catalizador se desactiva, las reacciones exotérmicas de hidrocraqueo aumentan y los requerimientos de recalentamiento disminuyen. En el reactor final, las reacciones de hidrocraqueo son significantes, y puede haber un pequeño incremento de la temperatura a medida que el catalizador se desactiva.

En el proceso de lechos fijos se hace deseable en algún punto del ciclo, sacar los reactores de funcionamiento y regenerar el catalizador. La regeneración consiste en quemar los depósitos de coque y tratar el catalizador químicamente. En algún momento del tiempo el catalizador debe ser completamente reemplazado.

En los años recientes, se han desarrollado e implementado los procesos de reformado catalítico continuo (CCR, por sus siglas en inglés). En estos procesos, el catalizar es circulado a través de reactores y regenerado en un ciclo continuo, similar a los procesos FCC. Las ventajas del reformado catalítico continuo son evidentes. Primero, los reactores nunca salen de funcionamiento para la regeneración del catalizador. Segundo, al mantenerse siempre alta la actividad del catalizador, la distribución de los productos en el reformador se mantiene constante. En los procesos no continuos, la actividad del catalizador disminuye a lo largo del ciclo de regeneración y debe aumentarse la temperatura para mantener las propiedades deseadas del reformado. A medida que la temperatura aumenta, disminuye el rendimiento y la producción de hidrocarburos livianos y coque aumenta.

Los catalizadores del reformado 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.

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.

Descripción del proceso

Proceso semi-regenerativo de lecho fijo

En la Fig. siguiente se muestra un flow sheet típico de un reformador de tres lechos, también conocido como proceso semi-regenerativo de lecho fijo.

En este proceso, la unidad debe ser sacada de servicio cuando el catalizador de los reactores necesita regeneración para recuperar su nivel de actividad. La versión cíclica del proceso de reformado incluye un reactor “oscilante o swing” adicional. El reactor swing tiene conexiones que permiten conectar lo línea con cualquiera de los otros reactores mientras ese reactor está siendo regenerado. Eso significa que la unidad no necesita ser sacada de funcionamiento durante la regeneración del catalizador. Esto provee de flexibilidad para la regeneración selectiva del reactor que está experimentando la mayor reducción en su actividad.

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 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.

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.

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.

La columna estabilizadora elimina el normal butano y los materiales más livianos del separador de líquido. Una corriente rica en propano y butanos se recupera en el acumulador de cabeza de la columna. El gas de este acumulador es una mezcla de componentes que van desde el hidrógeno hasta los butanos. Usualmente, ambos productos del condensador se envían a una planta de recuperación de gas para posterior procesamiento. El producto de fondo de la columna es el reformado estabilizado. Esta corriente es esencialmente material C5+ y es óptima para utilizarse en el blending de naftas.

Proceso de reformado catalítico continuo (CCR)

En la figura de la página siguiente se muestra el arreglo del proceso continuo de reformado catalítico (CCR). Nótese que en este arreglo, el catalizador circula a través de los reactores y se envía a una etapa de regeneración en forma cíclica. De manera similar al procesos de reactores de lecho fijo, la mayoría de las reacciones endotérmicas ocurren en los primeros reactores, sin embargo, debido a la mejor actividad global del catalizador, las reacciones

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