TESIS
Efecto de donadores de hidrógeno durante el hidroprocesamiento catalítico de crudo pesado
Fecha
2018-12-03Registro en:
Álvarez Cruz, Rosa Elena. (2014). Efecto de donadores de hidrógeno durante el hidroprocesamiento catalítico de crudo pesado (Doctorado Tecnología Avanzada), Instituto Politécnico Nacional, Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada, Unidad Legaria, México.
Autor
Álvarez Cruz, Rosa Elena
Institución
Resumen
RESUMEN: En este trabajo se separaron los donadores de hidrógeno a partir de residuo atmosférico con una gravedad de 6° proveniente de un crudo pesado con una gravedad de 12° mediante desasfaltado. Los productos del desasfaltado son: crudo desasfaltado,
asfaltenos y donadores de hidrógeno. Los donadores de hidrógeno se caracterizaron para conocer su contenido elemental, de metales y gravedad API. La relación atómica H/C de los donadores de hidrógeno es 1.37. Los asfaltenos previamente separados se caracterizaron mediante análisis elemental, absorción atómica, microscopia electrónica de barrido, espectroscopia de dispersión de energía, difracción de rayos X y análisis calorimétrico diferencial. La relación atómica H/C de los asfaltenos fue más baja comparada con la de los donadores de hidrógeno, lo que indica su mayor aromaticidad.
Se estudió el efecto de los donadores de hidrógeno durante el hidrotratamiento catalítico de dos cargas: a) crudo de 12° API (CP) y b) mezcla de crudo y donadores de hidrógeno (CP + DH). La evaluación de las cargas se hizo en un reactor por lotes y en uno continuo a nivel de planta piloto. En ambos casos, el catalizador utilizado es NiMo/Al2O3. A escala de laboratorio se evaluó el efecto de los donadores de hidrógeno en el crudo pesado a una presión de hidrógeno de 100 kg/cm2, temperaturas de 330, 340 y 350°C, con tiempos de reacción de 8, 10 y 12 h. Se observó que el contenido de metales y azufre disminuyó conforme aumentó la temperatura, mientras que la gravedad API aumentó. Este mismo comportamiento se observó conforme el tiempo de reacción aumentó. Al comparar el efecto de los donadores de hidrógeno en el crudo pesado con el
procesamiento del crudo, se observó que el contenido de metales no mostró diferencia, mientras en ambos productos hidrotratados, el contenido de azufre fue menor cuando se procesó el crudo únicamente. El mayor beneficio de usar donadores de hidrógeno se observó en el aumento de la gravedad API, dicho valor fue mayor por más de un grado API cuando se adicionaron donadores de hidrógeno a la carga. A nivel de planta piloto, las condiciones de evaluación de fueron LHSV 0.5 h-1, presión de hidrógeno de 100 kg/cm2 y temperaturas de 400 a 430°C en incrementos de 5°C. Al comparar los resultados de los productos hidrotratados, se observó que la adición de donadores de hidrógeno al crudo no disminuyó significativamente el contenido de metales. El contenido de azufre fue más bajo cuando se hidrotrató el crudo únicamente mientras que la gravedad API aumentó significativamente con el uso de donadores de hidrógeno, habiendo una diferencia de casi 3° a una temperatura de hidrotratamiento de 400°C. Adicionalmente, los donadores de hidrógeno retardaron la formación de sedimentos por lo que se puede operar a una temperatura de reacción mayor sin que se sobrepase el límite permisible de sedimentos.
ABSTRACT: In this work, hydrogen donors were separated from atmospheric residue with an API gravity of 6° derived from a heavy oil with an API gravity of 12° by deasphalting. Deasphalting products are: deasphalted crude oil, asphaltenes, and hydrogen donors. Hydrogen donors were characterized to know their elemental, metals content, and API gravity. The H/C atomic ratio of the hydrogen donors was 1.37. Previously separated asphaltenes were characterized by elemental analysis, atomic absorption, scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction and differential scanning calorimetry. The H/C atomic ratio of asphaltenes was lower than that of the hydrogen donors, which indicated that asphaltenes are more aromatic in nature. The effect of hydrogen donors was studied during the catalytic hydrotreating of two types of feedstock: a) 12° API crude oil (CP), and b) crude oil with hydrogen donors (CP +DH). The evaluation of both feedstock was carried out in a batch and continuous reactor. In both cases, NiMo/Al2O3 catalyst was used. At laboratory scale, the effect of hydrogen donors was evaluated at constant pressure of 100 kg/cm2 and temperatures of 330, 340 and 350°C, with reaction times of 8, 10 and 12 h. The higher the temperature, the lower metal and sulfur contents, while API gravity increased. The same behavior was observed as the reaction time increased. When comparing the product properties after hydrotreating of both feedstocks, it was observed that the metals content was almost the same, whereas the sulfur content was lower for the CP compared to CP + DH feedstock. The most important result of using hydrogen donors was the increase of the API gravity around 1° in the product when comparing the hydrotreating of the heavy crude without hydrogen donors. In the continuous reactor at pilot plant scale, the reaction conditions were LHSV 0.5 h-1, constant pressure of 100 kg/cm2, and temperature of 400–430°C with increments of 5°C. When comparing the results of the hydrotreated products, it was observed that the addition of hydrogen donors did not produce a significant decrease of the metals content while the sulfur content was lower for the CP feedstock. As in the batch reactor, the API gravity increased significantly using hydrogen donor. The API difference between both products was higher in 3° when using hydrogen donors. In addition, hydrogen donors retarded the sediment formation by which it is possible to operate at higher temperatures without exceeding the sediment formation limit.