Proceso de Isomerizacion

Subdireccin de Produccin
Gerencia de Ingeniera de Procesos

2005

PROCESO DE ISOMERIZACION
DE PENTANOS Y HEXANOS
Subdireccin de Produccin
2005

INTRODUCCIN:

En aos recientes, el corte de nafta ligera comprendida de pentanos y hexanos
obtenida del crudo era enviada a mezclado de gasolina terminada sin ningn
proceso adicional
Este corte, tiene un bajo RON (entre 60-70), aunque su excelente susceptibilidad al
plomo permita su uso directo en el pool de gasolinas.
La reduccin en el uso del plomo por motivos ecolgicos y de salud crearon la
necesidad de buscar alternativas para elevar el octano de estos compuestos ligeros,
fue entonces que el proceso de isomerizacin surgi como una de las soluciones
para sustituir la accin del plomo como elevador del octano de las mezclas de
gasolinas
El proceso de isomerizacin consiste en el re-arreglo de cadenas de compuestos de
hidrocarburos lineales en compuestos ramificados lo que les confiere un mayor
octano.

2005

ISOMERIZACIN DEL PENTANO:

C-C-C-C-C C-C-C-C
C
61.8 RON 93.5 RON

OBJETIVOS DEL PROCESO DE ISOMERIZACION

1. Elevar el RON de la nafta ligera
2- Saturacin del benceno importante para el manejo del benceno en el pool de
gasolina terminada

2005

BENEFICIOS DEL PROCESO DE ISOMERIZACION

Alto rendimiento del producto (de 99 a 100 % volumen)
Saturacin 100 % del benceno
Operacin del reactor a baja severidad tpicamente: 31.5 kg/cm2 (g), 120-204 C
Excelente estabilidad cataltica
Larga vida del catalizador (varios usuarios han alcanzado de 10 a 15 aos de
vida del catalizador).
Capacidad de procesamiento de rangos anchos de cargas
Extensa experiencia comercial (ms de 100 unidades de isomerizacin (Penex)
operando actualmente)
2005

COMPONENTES DEL PRODUCTO DE ISOMERIZACION, OCTANO Y PRESIN
VAPOR RAID

COMPONENTE RONC MONC PVR
i C5 93.5 89.5 18.93
n C5 61.7 61.3 14.42
2 2 DMB 94.0 95.5 9.13
2 3 DMB 105.0 104.3 6.85
2 MP 74.4 74.9 6.27
3 MP 75.5 76.0 5.56
n C6 31.0 30.0 4.59
2005

DESCRIPCION DEL PROCESO DE ISOMERIZACION

La carga lquida a la unidad isomerizadora (Penex) de pentanos y hexanos es el
producto destilado del domo de la columna deshexanizadora de las unidades
hidrodesulfuradoras existentes. La carga de hidrgeno o gas fresco proviene
normalmente de las unidades de reformacin.
La carga lquida pasa a travs de la cama de una guarda de azufre donde las trazas
de ste compuesto que pudieran acompaar a la carga son retenidas (el azufre es
veneno temporal del catalizador, pero requiere una operacin especial para
removerlo) , luego pasa a por secadores de carga lquida. El gas fresco rico en
hidrgeno es comprimido y enviado a los secadores de gas fresco. Debe
asegurarse que los secadores eliminen cualquier contenido de agua en los
dos flujos de carga, para evitar que dicha agua llegue a los reactores ya que es un
veneno permanente del catalizador . La carga lquida y el gas fresco son
combinados y calentados hasta la temperatura requerida para alimentar a los
reactores
2005


El sistema PENEX emplea dos reactores con una configuracin de flujo en serie y
con la carga total del catalizador distribuida exactamente por igual en los dos
reactores la seccin de reaccin comprende un arreglo de vlvulas y tuberas de tal
manera que permiten invertir la posicin de los dos reactores y, aislar cualquiera de
ellos para permitir su desenvenenamiento por azufre con hidrgeno si ello llegara a
ocurrir o bien realizar el cambio total de su contenido de catalizador. En la operacin
normal de la planta y con el tiempo de uso, el catalizador PENEX llegar a ser
desactivado por el agua, no por los hidrocarburos. Cuando el catalizador del primer
reactor se ha desactivado, debe sacarse de servicio para recargarlo.
El segundo reactor es capaz de mantener la operacin normal de diseo y el
rendimiento, aunque su conversin es ligeramente menor, despus de realizarse la
recarga del catalizador, la posicin de los reactores se invierte, quedando el
recargado como segundo paso.
Debido a que las reacciones de isomerizacin e hidrogenacin del pentano y hexano
son exotrmicas, la temperatura del flujo de pentanos y hexanos en proceso se in-
2005


crementar a travs de los reactores, para el monitoreo de la actividad cataltica, se
tienen instalados termocoples en cada uno de los reactores, lo que permite detectar
cambios en las diferenciales de temperatura y determinar oportunamente la causa
permitiendo tomar las acciones correspondientes.
El sistema de dos reactores permite un gradiente de temperatura inverso, mediante
un enfriamiento intermedio entre los reactores logrado por intercambio contra la
carga fra. El primer reactor puede operarse a una temperatura mas alta y lograr
realizar la mayor parte de la conversin, esto reduce el inventario de catalizador y el
tamao total de la cama cataltica requerida. La mayor parte de la isomerizacin se
lleva a cabo en el primer reactor, y solo un acabado se realiza en el segundo reactor
a baja temperatura, tomando ventaja de condiciones de equilibrio ms favorables.
El efluente del sistema de reaccin intercambia calor con la carga fra en el primer
precalentador de carga, de donde es enviado a la columna estabilizadora a control
de presin.
2005


El propsito de la columna estabilizadora es separar hidrogeno disuelto, HCl y gases
originados por craqueo (C1, C2 y C3) dejando en el fondo el producto isomerizado,
el cual se enfra antes de ser enviado a almacenamiento. Una recirculacin parcial
de producto es utilizada para regenerar los secadores de la carga lquida y de gas
fresco.
Una pequea cantidad de promotor de catalizador (percloroetileno) se agrega a la
carga el cual es convertido en HCl dentro del reactor.
Este promotor es bombeado al proceso por alguna de las dos bombas de inyeccin.
El promotor cataltico es almacenado en un recipiente presionado con nitrgeno.
La cantidad de gas que sale de la estabilizadora es muy pequea, debido a que
ocurre solo un ligero hidrocraqueo de la carga pentano hexano debido a la
naturaleza altamente selectiva del catalizador. El gas de la estabilizadora contiene el
hidrogeno que no se consumi en el reactor ms los gases ligeros que fueron
introducidos con el gas fresco o por el hidrocraqueo de la carga. Al gas efluente de
la estabilizadora se le remueve el HCl mediante un lavado custico, antes de
enviarse al sistema de gas combustible de la refinera
2005

VARIABLES DE CONTROL DEL PROCESO DE ISOMERIZACION

Las variables que permiten llevar un mejor control al proceso de isomerizacin y que
es recomendable revisar de manera sistemtica a fin de detectar desviaciones
oportunamente y que permite la toma de acciones para minimizar y/o evitar daos al
catalizador el cual, adems de ser costoso, es delicado a varios compuestos que lo
desactivan, algunos de manera permanente, dichas variables se mencionan a
continuacin:

Relaciones del producto % peso o % mol
iC5 / C5P = iC5 / (iC5+nC5)*100 %
2,2 DMB / C6P = 2,2DMB / C6 Parafinas x 100%
2,3 DMB / C6 = 2,3 DMB / C6 Parafinas x 100 %

Observaciones: En el denominador se incluyen parafinas e isoparafinas
2005

VARIABLES DE CONTROL DEL PROCESO DE ISOMERIZACION

Nmero Parafnico de Isomerizacin

(iC5 / C5P + 2,2 DMB / C6P + 2,3 DMB / C6P)

Factor-X

% METILCICLOPENTANO
% BENCENO
% CICLOHEXANO
% C7+

Factor-X = MCP + BZ + CH + C7+

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2005

QUIMICA DEL PROCESO DE ISOMERIZACION
CATALIZADOR
ISOMERIZACION
PROMOTOR CATALITICO
SATURACION DEL BENCENO
ABERTURA DE ANILLO EN COMPUESTOS CICLICOS
HIDROCRAQUEO
TORRE LAVADORA CAUSTICA

Catalizador:

El catalizador de isomerizacin contiene sitios metlicos (platino) y sitios cidos cloro-promovidos.

Tiene alta actividad y selectividad

Es sensible a contaminantes es importante contar con una buena carga hidrotratada-

El catalizador no es regenerable

El catalizador se desactiva debido al ingreso de contaminantes, no debido al coque. Es importante el
monitoreo de contaminantes

2005

CARACTERISTICAS DEL CATALIZADOR

Catalizador I-8 plus
800 kg/m3 en cargado
880 kg/m3 en cargado denso

Catalizador I-82 -catalizador de baja densidad
784 kg/cm3
848 kg/cm3

La actividad del Catalizador I-82 > a la actividad del I-8 plus

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REACCIONES DE ISOMERIZACION
A) Isomerizacin del n-pentano a iso-pentano

C-C-C-C-C C-C-C-C
C
61.7 RON 93.5 RON

B) Isomerizacin de n-hexano a dimetilbutano (2,2 DMB y 2,3 DMB)
C
C-C-C-C-C-C C-C-C-C
C

31.0 RON 93.5 RON

2005


C-C-C-C-C-C C-C-C-C
C C

31.0 RON 105.0 RON

C) Isomerizacin del n-hexano a metilpentano (2MP y 3MP)

C-C-C-C-C -C C-C-C-C-C

C

31.0 RON 74.4 RON

2005

C) Isomerizacin del n-hexano a metilpentano (3MP)

C-C-C-C-C -C C-C-C-C-C

C

31.0 RON 75.5 RON

El catalizador de isomerizacin contiene sitios metlicos (platino) y sitios cidos (cloruro)

Paso 1: Formacin de olefinas intermedias

C-C-C-C-C C-C-C-C=C + H2

Paso 2: Formacin de in carbonio

C-C-C-C=C + [ H+] [A-] C-C-C-C-C + A
+

Paso 3: Re-arreglo del in carbonio:
C
C-C-C-C-C C-C-C-C
+

El catalizador de isomerizacin contiene sitios metlicos (platino) y sitios cidos (cloruro)

Paso 4: Formacin de iso-olefina intermedia

C C
C-C-C-C + A- C-C-C=C + [H+] [A-]

Paso 5: hidrogenacin de iso-olefina intermedia para formar iso-parafina

C C
C-C-C=C + H2 C-C-C-C

PROMOTOR DEL CATALIZADOR DE ISOMERIZACION
El catalizador requiere de inyeccin continua de cloro para mantener su actividad.

Una baja inyeccin de cloruros o prdida de la inyeccin provoca la
desactivacin permanente del catalizador

La inyeccin de cloruro molecular debe ser de 150 ppm peso basado en la razn
de flujo de carga

El compuesto clorado (percloroetileno) debe ser grado isomerizacin (debe
cuidarse que cumpla con las especificaciones ya que valores de contaminantes
superiores a los permitidos desactivan permanentemente el catalizador)

El percloroetileno es descompuesto arriba de los 105 C de acuerdo a la
siguiente reaccin:
catalizador y calor > 105 C
C2Cl4 + 5H2 4HCl + C2H6
SATURACION DEL BENCENO
El benceno se satura para formar ciclohexano:

Bz + 3 H2 ciclohexano
120.0 RON 84.0 RON

En la saturacin del benceno se tiene las siguientes caractersticas:

Reduccin de octano
El contenido en la carga se limita a aproximadamente 5.0 % volumen
El diferencial de temperatura por cada 1% vol. De benceno es de 11 C (20 F)
El diferencial de temperatura total por reactor es de 55 C (100 F)
Consume 3 moles de H2 por cada mol de benceno (esta reaccin es de mayor
consumo de H2)
Reaccin muy exotermica
En platino e hidrogeno presente esta reaccin es inmediata
No requiere de sitios cidos
Es reaccin 100 % completa

MONITOREO DE LA SATURACION DEL BENCENO
La reaccin de saturacin del benceno es rpida y altamente exotrmica

Benceno en el efluente del reactor principal?

Cuando sucede, deber notarse el cruce de lneas de diferenciales de temperatura
de las deltas de temperatura 1 y 2 del reactor (la delta de T1 entre la entrada al
reactor y la del primer termopar disminuye, mientras que la delta siguiente T2
aumenta, lo cual significa que ha ocurrido contaminacin en ste reactor y es
caracterstico de envenenamiento del catalizador

Apertura del anillo de compuestos cclicos
CH3

C-C-C-C-C-C Metilpentanos
Dimetilbutanos

El MCP y sus anillos rompen para formar parafinas C6
Entre un 20 y 40 % de compuestos cclicos rompen a travs de los reactores

HIDROCRACKING
El hidrocracking entre pentanos y hexanos es mnimo

Aproximadamente el 50 % de C7 + (parafinas) hidrocraquean a C4 y C3 (parafinas)

Causas de bajo rendimiento de productos:

Excesiva temperatura en reactores
Desviacin indeseada del equilibrio de las reacciones
Alto contenido de C7+ en la carga
Incremento sbito de temperatura

Si se tiene rendimiento por debajo del 95 % deber revisarse, algo esta pasando

QUIMICA
Reaccin Calor de reaccin
Kcal /Kgmol
Conversin
Saturacin de
benceno

50,000

100 %
Apertura de anillo
11,100

30-50 %
Craqueo de C7 +
11,100
Aproximadamente
50 %
Isomerizacin 2,200 Limitada por el
equilibrio
TORRE LAVADORA

La funcin de la torre lavadora es neutralizar el cido clorhdrico presente en el gas
procedente de la estabilizadora, previo a ser enviado al sistema de gas combustible o al
quemador de gases residuales de la refinera
QUIMICA

HCl + NaOH NaCl + H2O
H2S + 2NaHO 2NaHS
HCl + Na2S NaCl + NaHS
HCl + NaHS NaCl + H2S

Relacin constante de carga
Inyeccin constante de cloruros
Generacin constante de HCl
Consumo constante de Sosa
Inventarios constantes de NaHO
Cambios predecibles
VARIABLES DEL PROCESO
Temperatura del reactor
Relacin H2 / Hidrocarburos
Espacio Velocidad (LHSV)
Presin
Promotor Cataltico
Composicin de la Carga
CLORURO PROMOTOR

EQUILIBRIO

Conversin de n-parafinas a iso-parafinas es una reaccin limitada
por el equilibrio de la reaccin
El equilibrio entre n-parafinas e iso-parafinas es ms favorable a
bajas temperaturas
El reactor requiere tiempo y temperatura para alcanzar el equilibrio

Para operar la unidad en forma optima deber consultarse de manera peridica
las curvas de equilibrio i-C5 / C5 P, i-C6 / C6 P y la grfica Octanos de las
mezclas de equilibrio

EL SISTEMA DE 2 REACTORES
Reactor Principal

Opera a mayor temperatura que el reactor secundario para manejar las iso-
reacciones hacia el equilibrio

Se realiza la mayor parte de la isomerizacin y toda la saturacin del benceno

Reactor Secundario

Opera a temperaturas menores que el reactor principal para tomar ventajas
mas favorables del equilibrio

Ajusta el producto final de las iso-reacciones
OPTIMIZACIN DEL REACTOR PRINCIPAL
En la grafica de la relacin de i-C5 / C5 P contra temperatura de salida del reactor, se
compara las relaciones obtenidas a diferentes temperaturas, normalmente, la relacin
no toca a las lneas de equilibrio, sin embargo, se tiene un acercamiento mximo a la
lnea inferior que corresponde a la fase liquida, que en el siguiente punto de
temperatura se aleja, por tanto el punto que ms se aproxim a la lnea de fase lquida
es la temperatura optima de operacin.

Para el caso del reactor secundario, se realiza el mismo procedimiento para obtener el
punto de la temperatura de optimizacin

TEMPERATURA
Estrategia: La menor temperatura de salida del reactor que maximiza las iso-reacciones
en el efluente de cada reactor

Temperatura excesiva empuja al equilibrio resulta menos iso-reacciones que la
ptima e incrementa las perdidas de rendimiento de ismero

Baja temperatura en reactor provoca bajas iso-reacciones Cinticamente limitada

La temperatura mnima debe ser 105 C Descompone el percloroetileno

La mxima temperatura debe ser 204 C - Riesgo de disparo de la temperatura a
valores por arriba de 204 C
RELACION H2 / HIDROCARBUROS
La relacin H2 / Hcs de diseo en la unidad isomerizadora es 0.05 moles de
hidrgeno por mol de carga, s se opera con una circulacin de hidrogeno
demasiada baja puede provocar un incremento de carbn en el catalizador o una
mala distribucin de flujo en los reactores, la relacin H2 / Hcs es calculada por
determinacin del flujo molar total de hidrgeno en el gas de salida de la torre
lavadora custica y dividiendo esto por el flujo total molar de la carga lquida al
reactor

Si se determina que la relacin H2 / Hcs es menor de 0.05, la razn de flujo de
gas de reposicin debe incrementrarse para aumentar la relacin. Se tienen
instalados analizadores de hidrgeno en la lnea de gas de reposicin y en salida
de gas de la torre lavadora para ayudar en esta determinacin

La relacin H2 / Hcs 0.05 mol / mol es calculada en la salida del reactor
secundario.
Insuficiente hidrgeno : incompleta la saturacin del benceno y se tiene baja iso-
reacciones de isomerizacin
ESPACIO VELOCIDAD (LHSV)
Esta variable relaciona la razn de carga al volumen de catalizador , el diseo tpico
para unidades Penex (isomerizacin) es entre 1 y 2. incrementos por arriba de estos
valores afectan a la baja a las reacciones de isomerizacin

Flujo de carga (m3 / hr)
LHSV (1 / hr) =
Volumen de catalizador (m3)

La temperatura del reactor se incrementa cuando se incrementa el LHSV
La temperatura del reactor decrece cuando decrece el LHSV
Gua: ajuste la temperatura cuando el LHSV de un rector cambia en 0.2 hr-1 o ms
El LHSV mnimo es 0.5 hr -1 o 50 % de diseo de la carga al reactor
Pin producto vs LHSV del reactor
El nmero parafnico de isomerizacin (PIN) normalmente tiene un valor aproximado
entre 115 y 116 y esta determinado por la suma de relaciones de i-C5, 2-2 DMB y 2-3
DMB entre sus parafinas (vase seccin de variables de control del proceso de
isomerizacin)
Si se revisa grfica de las variables PIN y LHSV podr notarse que a mayor LHSV
disminuye el producto PIN lo se traducir en menor octano del producto

PRESION DEL REACTOR
Las unidades de isomerizacin de C5 / C6 estn diseadas para operar normalmente
a 31.6 kg/cm2g (450 psig) a la salida del reactor.
Los compuestos metilciclopentano y ciclohexano parecen adsorberse en el catalizador
y y reducir las reacciones de isomerizacin. Presiones altas ayudan a desplazar este
efecto en los compuestos cclicos C6, bajando la presin de la unidad o si se opera a
niveles ligeramente menores, no se afectan la vida del catalizador, pero el grado de la
isomerizacin ser disminuida

Existen unidades en el rango de 19 kg/cm2 (g) (reactores de reformadoras de naftas
revampeadas) hasta 72 kg/cm2 (g) (unidades Penex de nueva generacin)

> 31.6 kg/cm2 (g) no hay cambios importantes en las reacciones de isomerizacin

< 31.6 kg/cm2(g) bajas reacciones de isomerizacin, bajo RON del producto
PROMOTOR CATALITICO
El agente clorante (percloroetileno o perc) se requiere para mantener la estabilidad y
actividad del catalizador

Grado isomerizacin proveedor aprobado

La inyeccin de 150 ppm peso como cloruro molecular basado en el flujo de carga al
reactor

El catalizador fresco requiere inyeccin mayor por un mnimo de 24 horas

La razn de inyeccin de cloruro debe ser continua. Una Baja inyeccin o la prdida
de ella desactivarn permanentemente al catalizador

No controle la inyeccin del perc en base a los niveles de HCl del gas salida de la
estabilizadora
Tpicamente la salida de gas de la estabilizadora es de 1500 a 2500 ppm mol

VARIABLES DE OPERACIN DEL REACTOR DE ISOMERIZACIN
VARIABLE OBJETIVO DE
OPERACION
VALOR MINIMO VALOR MAXIMO
TEMPERATURA
Las iso relaciones
del efluente del
reactor estn en
niveles de
equilibrio
150 C 204 C
LHSV
1.0 2.0 global 0.5 hr-1 o 50 % de
flujo de diseo
Limitada
hidrulicamente
PRESION
31.5 kg/cm2 g Limitada por la
presin de la
estabilizadora
Limitaciones por el
equipo de diseo
CLORURO
150 ppm peso Limitada por
funcionamiento de
la estabilizadora
RELACION
H2 / HCBN
0.05 0.15
mol/mol
0.05 mol / mol Limitada
hidrulicamente
CORRIENTES DE CARGA A UNIDADES PENEX
Naftas ligeras directas de crudo
Naftas ligeras hidrocraqueadas
Reformado ligero
Rafinados de unidades de extraccin de aromticos (Unidad Sulfolane UOP)
Nafta condensada (de unidades petroqumicas)
Nafta de compras

La tendencia hacia el procesamiento de cargas mas pesadas nafta ligera con
incremento en el punto de corte para remover los compuestos precursores de
benceno debido a las especificaciones en el pool de gasolinas

Mayor cantidad de compuestos C6 cclicos y C 7+ en la carga a ismerizacin

Factor-X en la carga = (MCP + CH + BZ + C7+) % peso

Factor X de la carga
Los compuestos cclicos C6 se absorben sobre la superficie del catalizador y
reducen la actividad de isomerizacin. Se requieren altas temperaturas en el
reactor de isomerizacin para reducir este efecto.

El hidrocraqueo de los compuestos C7+ parafnicos tienen menor impacto sobre
la actividad del catalizador.

Los compuestos C7+ cclicos suprimen la actividad cataltica ms que los C6
cclicos. Es mejor limitar los cclicos C7+ en la carga a valores menores de 2.0 %
peso

EFECTOS DE LOS COMPUESTOS CICLICOS
Suprimen la isomerizacin de los C5 y C6

Requieren temperaturas en reactor ms altas

Incrementan el consumo de hidrgeno

Rompimiento de los anillos de los compuestos cclicos C6

La conversin a parafinas es tpicamente del 30 % a 40 %
Las temperaturas altas incrementan la conversin
Las presiones altas incrementan la conversin
La conversin es critica en operaciones de la torre desisohexanizadora para prevenir el
aumento en recirculacin
2005

EFECTO DEL FACTOR-X EN EL FUNCIONAMIENTO DEL CATALIZADOR
Cliente A B C
Factor-x en la carga 10 % peso 20 % peso 30 % peso
LHSV, hr-1 del
reactor
1.0 1.0 1.0
Temperatura de
salida del reactor C
150 Principal
110 secundaria
155 Principal
135 secundaria
165 Principal
150 secundaria
Iso-relaciones en el
producto % peso
iC5/C5 P
2-2 DMB/C6P
2-3 DMB/C6P

77
33
10.5

76
30
10.5

74
27
10.5
2005

ESPECIFICACIONES DE LA COMPOSICION DE LA CARGA
COMPONENTE EXPERIENCIA OPERATIVA
BENCENO Lmite 5 % peso
FACTOR-X Mayor de 35 % peso perodo largo de
operacin
PARAFINAS C7 + Mayor de 10 % peso.
Especificacin 5 % peso mximo
CICLICOS C7+ Mayor de 5 % peso,
especificacin 2 % peso mximo
2005

CONTAMINANTES:
Sensibilidad del catalizador a contaminantes

Pretratamiento de la carga

Comunicacin con unidades aguas arriba

Monitoreo de diferenciales de temperatura de las camas catalticas y de las iso-
relaciones del efluente del reactor

Mantenimiento

2005

LIMITES DE LA CARGA LIQUIDA
Contaminante Lmite tpico Valor observado
Azufre 0.1 / 0.5 ppm peso <0.1 ppm peso
Agua 0.1 ppm peso 0.005 ppm peso BD
Oxigenados 0.1 ppm peso <detectable
Nitrgeno 0.1 ppm peso < 0.1 ppm peso
Fluoruro 0.1 ppm peso < Detectable
Metales ppb <Detectable
La nafta debe cargarse directamente de la estabilizadora de la hidrotratadora o del domo de la
fraccionadora posterior a la hidrotratadora
2005

LIMITES PARA EL GAS DE REPOSICION
Contaminante Limite tpico Valor observado
Azufre (H2S) 1 ppm mol <1 ppm mol
Agua 0.1 ppm vol 0.05 ppm vol BD
CO + CO2 10 ppm mol <3 ppm mol
CO 1 ppm mol < 2 ppm mol
Nitrogeno 0.5 ppm mol Tipicamente no medido
HCl 0.5 ppm mol < 2 ppm mol
El CO2 en concentracin de 1 % desactiva al catalizador en horas (aproximadamente dos das)
2005

CATALIZADOR CON ALUMINA CLORADA
Platino Funcin metal

Cloruro funcin cida

Las reacciones de isomerizacin requieren platino y cloruro

La saturacin del benceno solo requiere de platino
2005

CONTAMINANTES DEL CATALIZADOR
Contaminantes temporales

La funcin platino es afectada
La funcin cida no es removida
Los venenos pueden afectar a una gran extensin del reactor
La actividad del catalizador puede recuperarse

Contaminantes permanentes

La funcin cida es afectada
El enlace del cloruro es removido o el sitio cido es bloqueado
2005

Azufre
TIPO: Generalmente es un veneno temporal
VIA DE ACCSESO: En la carga o en por el gas de reposicin

SINTOMAS:
Disminucin de las diferenciales de temperatura de la cama cataltica
Disminucin de las iso-relaciones
H2S en el gas de salida de la estabilizadora
Benceno en el efluente del reactor principal

ACCION:
Ajuste las condiciones de operacin de la hidrotratadora de naftas
Incremente la temperatura del reactor Penex
Si la contaminacin con azufre es severa aumentar la temperatura de salida de 260 a 280
C e incrementar el flujo de hidrogeno a flujo mximo de 16 a 24 horas

2005

Envenenamiento con azufre Perfil de deltas de temperatura del reactor

En un envenenamiento por azufre leve, la primer delta de temperatura del reactor
caer por debajo de la segunda diferencial, en tanto que la segunda se incrementar
por encima de la primera, si la contaminacin con este producto es severa, bajarn
todas las deltas de temperatura del reactor.
2005

Alto contenido de azufre en el producto de la hidrotratadora de nafta
Temperatura del reactor demasiada baja

Temperatura del reactor demasiada alta - recombinacin del azufre

Mala operacin de la fracccionadora

Catalizador desactivado

Fuga en cambiadores de calor

Recombinacin de azufre - hidrgeno de reposicin conteniendo olefinas y siendo
inyectado aguas arriba del separador de productos

Fugas en vlvulas by-pass de arranque
2005

Agua o hidrocarburos oxigenados
TIPO: Veneno permanente (MTBE, acetona, MeOH, EtOH)

VIA DE INGRESO: Hidrgeno de reposicin, carga liquida, fugas en cambiadores

SINTOMAS:

Deltas de temperatura decresen en forma de piston (ver delta de temperatura cruzada)
Decrecimiento de iso relaciones del producto
El benceno es completamente saturado

ACCION:

By-pasee el reactor si es necesario
Revise procedimiento de regeneracin de los secadores
Ajuste las operaciones de la hidrotratadora de naftas
2005

Causas posibles de un alto contenido de agua
Directriz: 1 kg de oxigeno molecular desactiva 100 kgs de catalizador

Operacin inadecuada de secadores
Agua no drenada en la bota del recipiente del torre fraccionadora de la unidad
hidrotratadora
Operacin inadecuada del reactor de hidrodesulfuracin si procesa cargas que
contienen compuestos oxigenados (ej. Naftas importadas)
fugas en vlvulas de secadores
2005

Nitrgeno bsico
Tipo: Veneno Permanente
Va de entrada: Carga
Sntomas:

Las diferenciales de temperatura de la cama cataltica decrecen en forma de flujo de
pistn
Disminuyen las reacciones de isomerizacin

Accin:

Ajuste las condiciones de operacin de la unidad hidrotratadora
2005

Causas posibles de un alto contenido de Nitrgeno

Temperatura del reactor demasiado baja
Condiciones de operacin inadecuadas en la torre deshexanizadora de la unidad de
hidrodesulfuracin
Desactivacin del catalizador de hidrodesulfuracin
Fugas en intercambiadores de calor
Fugas en vlvulas de by-pass de arranque del reactor
Evitar inhibidores y neutralizadores de corrosin aguas abajo del reactor de
hidrodesulfuracin

Un kilogramo de nitrgeno desactiva 100 kgs de catalizador (como el agua)

2005

xidos de carbono: CO Y CO2
Tipo: Puede ser veneno temporal o permanente, depende de la temperatura del
reactor y la concentracin del xido de carbono

Reacciones de metanacin (requieren platino)

CO + 3H2 ----- H2O + CH4 (reaccin inicia aproximadamente a 150 C)

CO2 + 4H2 ------ 2H2O + CH4 (reaccin inicia aproximadamente a 225 C)

Va de entrada: Generalmente en el gas de reposicin, pero puede estar presente en
la carga lquida)
2005

xidos de carbn
SINTOMAS:

A bajas concentraciones (< 10 ppm mol) y 150 C

Las diferenciales de temperatura de la cama cataltica decrecen en forma de pistn
debido a la formacin de agua en las reacciones de metanacin

Decrecen las reacciones de isomerizacin

A altas concentraciones (> 10 ppm mol) independientemente de la temperatura del
reactor

El CO ataca los sitios de platino del catalizador
La saturacin extermica del benceno es suprimida - puede cargar a benceno
brekthroug en el efluente del reactor principal
El CO se desorbe del catalizador, excepto en casos de envenenamiento severo

2005

xidos de carbn
ACCION:

Ajuste las operaciones de la fuente de gas de reposicin para reducir los niveles de
oxido de carbono
Reduzca la relacin H2/Hcs en la salida del reactor de isomerizacin
Busque otra alternativa de abastecimiento para el hidrogeno de reposicin
Para casos severos de envenemamiento, haga una purga de nitrgeno caliente de
la cama cataltica (no hidrgeno caliente)

NOTA: en varios casos se tiene como fuente el hidrgeno de las reformadoras y el
CO y CO2 puede provenir de la combustin del coque en el mdulo de
regeneracin continua

2005

Fluoruro
TIPO: Veneno Permanente (tpicamente concierne a la isomerizadora de butanos,
No a la de pentanos y hexanos)

VIA DE ENTRADA: En la carga (HF en butano de alkilacin como fluoruro orgnico
HF)

SINTOMAS:

Las diferenciales de temperatura de la cama cataltica decrecen en forma de pistn
(observe la delta T cruzada)
Decrecimiento de las iso-relaciones del producto

ACCION:

Ajuste la operacin del tratador de amina, remplace KOH en tratadores de potasa

2005

METALES
TIPO: Veneno permanente
VIA DE ACCESO: Carga fresca

SINTOMAS:

Desactivacin en forma de pistn, declinacin lenta de las relaciones del producto,
alto contenido de metales sobre el catalizador gastado

ACCION:
Remocin de metales va hidrotratadora

Altamente anormal (No es normal que la carga contenga metales, en cargas
procedentes de plantas de coquizacin y en aceites usados en equipos del proceso
pueden contener, adems de nitrgeno)

2005

HIDROCARBUROS INDESEABLES

Olefinas (especificacin < 2 % peso)
Potencialmente forman polmeros sobre el catalizador, y coque molecular

Excesivos hidrocarburos C7 (especificacin < 7 %peso)

Bajo octano del producto
Bajo rendimiento
Inhibicin de la isomerizacin

Butanos (especificacin < 5 % peso)

Ocupa espacio, Ms contaminantes

2005

GUA DE PROTECCIN AL CATALIZADOR
Operar adecuadamente la(s) hidrotratadora(s) de naftas
Vigilar estrechamente contaminantes en la carga lquida y el gas de reposicin
Monitorear las DTs de la cama cataltica de la isomerizadora de Pentanos y
Hexanos
Verificar continuamente la inyeccin del compuesto clorado (revise al menos una vez
por guardia)
Regenere frecuentemente los secadores de carga e hidrgeno
Utilice en secadores malla molecular de alta calidad (HPG-250 en secadores de
carga y en secadores de gas PDG-418)
No utilice gases combustibles para presionamiento de recipientes de la
hidrotratadora de naftas
Reprocese cargas a plantas de isomerizacin almacenadas a travs de la columna
de destilacin de la hidrotratadora para remover agua y disolver contaminantes
De seguimiento a procedimientos de secado y acidificacin, contacte a la Cia. UOP
para asistencia

2005

FLUJO DE PROCESO, CONTROL Y EQUIPO

EQUIPO MAYOR DEL PROCESO PENEX
Secadores de gas de reposicin.

Secadores de carga lquida.

Guarda de azufre.

Acumulador de balance de carga.

Seccin de reaccin.

Reactores.

Torre Estabilizadora.

Torre lavadora de gases.

Secado del equipo de regeneracin.

2005

SECADORA DE GAS DE REPOSICION
El propsito es remover con catalizador los contaminantes ( agua, hidrgeno,
sulfhdrico, bixido de carbono ). del gas de reposicin.

UOP PDG-418 de malla molecular.

Analizadores de humedad a la salida de las secadoras (panametrics).

2005

SECADORA DE CARGA LQUIDA
El propsito es remover con catalizador los contaminantes ( agua, hidrocarburos
oxigenados y trazas de compuestos de azufre ). de la carga.

UOP HPG- 250 de malla molecular.

Analizadores de humedad a la salida de las secadoras (panametrics).

2005

TAMBOR DE BALANCE DE CARGA
El propsito es proveer de carga lquida suficiente, en el evento de interrupcin por
alguna causa del suministro de carga.

2005

REACTOR PENEX H.O.T.
Es el corazn del proceso. La operacin se realiza en serie, por lo que se pueden
cambiar de primera a segunda posicin, contando con termopares que nos permiten
evaluar el nivel de actividad del catalizador.

2005

GUARDA DE AZUFRE
El propsito es reducir el azufre en la carga de 0.5 a menor de 0.1 ppm wt., lo que es
un limitado seguro en caso de un contratiempo en la unidad NHT.

121 C temperatura de operacin.

Opera en fase lquida.

2005

CIRCUITO DE INTERCAMBIO REACTOR PENEX - CARGA
Intercambiador de carga combinada fra ( CCFE ).
Intercambiador de carga combinada caliente ( HCFE ).
Calentador de carga.
Desviacin de CCFE y HCFE.
Las reacciones PENEX son exotrmicas.
Cada 1 % de benceno dar aproximadamente 11 C de incremento en la delta T del
reactor lder.
Las reacciones de isomerizacin tambin contribuyen a la delta T.
Para operacin, el enfriamiento es tan importante como el calentamiento.
Hay potencial para descontrol en temperatura.

2005

CIRCUITO DE INTERCAMBIO REACTOR PENEX - CARGA
Operacin normal :
Usar la desviacin del CCFE para mantener la delta T a travs del calentador de
carga y optimizar el uso del vapor.
Usar HCFE para controlar la temperatura de entrada al segundo reactor.
Hacer que el set-point de temperatura cambie lentamente, observar el efecto
completo.
Puesta en marcha :
Desvi el HCFE y CCFE tanto como sea posible para evitar descontrol de la
temperatura.

2005

TORRE ESTABILIZADORA
Diseada para operar a 38 C y 14 Kg/Cm2 (g)
Vigilar no enviar cloruros en el regenerante a la secadora
Vigilar no enviar cloruros a tanques de isomeros pues formaran cidos.

Operacin de la Estabilizadora :

Estabiliza el efluente del reactor
Remueve H2 y productos ligeros.
Remueve HCL.
Mantiene la presin constante.
Mantiene la relacin reflujo/carga = 0.5 vol. /vol.
Incrementa la temperatura del reboiler para incrementar el reflujo.
Las temperaturas de la columna no son puntos de control.
La remocin de HCL de los fondos es muy importante :
Ajustar la operacin si el HCL 1.0 ppm

2005

TORRE ESTABILIZADORA
La temperatura de reflujo es importante para la operacin de la torre lavadora de
gases.

2005

TORRE LAVADORA DE GASES
Inspeccionar a menudo para corrosin.
Llevar el equipo de proteccin personal apropiado para sosa custica.
Cuidar el nivel de sosa aproximadamente 0.6 0.8 m ms abajo de la boquilla de
rociado de sosa.

Lavado Custico ( si se mantiene ):

Razn de carga constante.
Inyeccin de cloro constante.
Concentracin de HCL constante.
Consumo de sosa constante.
Inventario de sosa constante.
Cambio predecible de sosa del 10 al 2.5 % cada 5 das en la torre.

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