Estudio de Procesos de Hydrocracking y Mild Hydrocracking: evaluación de catalizadores en planta piloto y desarrollo de modelos para el proceso industrial

Babío Núñez, Beatriz (2017). Estudio de Procesos de Hydrocracking y Mild Hydrocracking: evaluación de catalizadores en planta piloto y desarrollo de modelos para el proceso industrial. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Estudio de Procesos de Hydrocracking y Mild Hydrocracking: evaluación de catalizadores en planta piloto y desarrollo de modelos para el proceso industrial
Autor/es:
  • Babío Núñez, Beatriz
Director/es:
  • Romero Vázquez, Mª Ángeles
  • Díaz Moreno, Francisco Ismael
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería Química
Fecha: Septiembre 2017
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Los procesos de conversión del refino, que tienen como objetivo transformar las corrientes pesadas que se obtienen por simple destilación del crudo en corrientes más ligeras y de mayor valor añadido, adquieren cada vez más importancia a nivel mundial debido tanto a factores comerciales como económicos. En la mayoría de los crudos, el porcentaje de los cortes que se obtienen por destilación directa de alto punto de ebullición son altos. La demanda del mercado de estas corrientes pesadas es cada vez menor en contraposición a una solicitud de productos ligeros y destilados medios que crece rápidamente. Consecuentemente, la conversión de corrientes pesadas en destilados medios es una necesidad industrial y económica que cobra gradualmente más importancia en el ámbito mundial. Las refinerías con mayor conversión están mucho mejor preparadas desde un punto de vista económico para seguir en marcha en un mundo cada vez más global. Los crudos que llegan a refinería contienen grandes cantidades de hetero átomos (azufre y nitrógeno), metales (níquel y vanadio) y residuo micro carbonoso (también denominado "Conradson carbon residue"), un indicativo de las propiedades de un crudo para dar lugar a la formación de coque. Todas estas sustancias presentes deben eliminarse o reducirse en los productos finales para cumplir las especificaciones comerciales cada vez más estrictas de los combustibles y los requerimientos medioambientales, tanto de emisión de contaminantes como de calidad del aire. El proceso de hidrocraqueo (hydrocracking) surge como respuesta a esta problemática y compleja situación. El hidrocraqueo (hydrocracking) es el principal proceso de conversión que reúne los dos objetivos fundamentales en la industria del petróleo: aumentar la producción de destilados medios, para dar respuesta a una demanda cada vez mayor y lograrlo con alta calidad, eliminando sustancias indeseables y nocivas presentes en las cargas. En consecuencia, muchas refinerías han optado por incluir unidades Hidrocracker en sus instalaciones y más habitualmente, considerar la opción de convertir las existentes unidades de hidrotratamiento de gasóleo de vacío en unidades de Mildhydrocracking. Hydrocracking es un proceso de refinería que tiene por objetivo convertir corrientes pesadas de crudo, normalmente gasóleos de vacío (en inglés vacuum gas oil, VGO), en productos más valiosos de menor punto de ebullición y con una mejor calidad. Para ello, esta unidad consta de dos secciones principales: una sección de reacción y una sección de fraccionamiento. En la primera sección, se llevan a cabo simultáneamente dos tipos de reacciones, reacciones de hidrogenación (mejora de la calidad) y reacciones de cracking catalítico (conversión de moléculas largas en más cortas). A continuación, en la sección de fraccionamiento se separarán los distintos productos formados gracias a sus diferentes puntos de ebullición obteniendo productos más ligeros como gases, LPG, nafta ligera, nafta pesada, queroseno, diesel o y la fracción pesada no convertida (unconverted oil, UCO). El éxito de estas reacciones tiene su origen en el empleo de los catalizadores adecuados con unas determinadas condiciones de operación, que favorezcan tanto las reacciones de hidrocraqueo como las reacciones de hidrotratamiento,En el presente trabajo de Fin de Grado se recopila y estudia la información obtenida durante el periodo de prácticas de 4 meses (enero-abril 2017) en el Centro de Investigación de Cepsa de Alcalá de Henares. Se describe el proceso Hydrocracking desarrollado en los dos posibles tipos de unidades: Hydrocracker y Mild-Hydrocracker. Se incluye información sobre sus posibles configuraciones, reacciones y catalizadores empleados. A continuación, se incorpora una revisión bibliográfica de los distintos métodos de modelización empleados para estas unidades, explicando tanto los métodos tradicionales de parámetros agrupados como los más recientes de modelización con el uso de redes neuronales o "cajas negras". Para mostrar una aplicación de este último tipo de modelos, se ha realizado un estudio previo con datos industriales obtenidos de la unidad Hydrocracker de la refinería de “La Rábida" de Cepsa, para la posterior construcción de una red neuronal que refleje la desactivación que experimenta el catalizador de dicha unidad durante su ciclo de funcionamiento. El estudio de los datos industriales ha permitido un análisis de las principales propiedades de las corrientes de entrada a la unidad como son la densidad, contenido azufre, contenido nitrógeno, entre otras. De este modo, podemos llegar a afirmar como unos valores prácticamente constantes de estas propiedades son las que verifican el óptimo funcionamiento de la unidad. En cuanto a la construcción de la red neuronal, se logra un modelo que calcula las WABTs, (temperatura promedio del lecho ponderada, en inglés "Weighted Average Bed Temperature") de los reactores de la unidad Hydrocracker y que permite predecir la desactivación del catalizador de la unidad en función de las propiedades de la carga alimentada. Aunque el modelo es sencillo, se demuestra la habilidad de esta herramienta para resolver complicados problemas como son los procesos de hydrocracking. Los resultados de cada una de las fases de construcción de la red, un bajo error calculado y los gráficos de MATLAB, prueban la fiabilidad de esta técnica a la hora de emplearlo en la descripción de este tipo de unidades. Finalmente, para completar el TFG con una parte experimental, se detalla un estudio comparativo de catalizadores ensayados en la planta piloto HTU (Hydrogenation Test Unit). Este estudio tiene como objetivo la obtención de la información necesaria para seleccionar el catalizador que será empleado en la unidad Mild-Hydrocracker Isomax, situada en la Refinería "Gibraltar San Roque" de Cepsa. Cada catalizador es sometido a cuatro temperaturas diferentes y se analizan en cada punto las propiedades de los productos obtenidos. Para ello, se toman varias muestras de las que obtenemos valores de contenido en azufre, nitrógeno, densidad etc. y con los que realizamos una comparación de los catalizadores testeados. A su vez, este análisis de los productos líquidos del laboratorio se completa con un cromatógrafo de gases que analiza los productos en fase gas generados en la reacción y que permite calcular un balance de materia global del experimento a cada temperatura. Los resultados nos indican una actividad similar en los dos catalizadores.

Más información

ID de Registro: 48897
Identificador DC: http://oa.upm.es/48897/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:48897
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 08 Ene 2018 12:34
Ultima Modificación: 05 Jun 2018 09:58
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