Diseño del sistema de metanación de la Unidad de Isomerización / alquilación de la refinería cardón

Abstract

El presente Trabajo Especial de Grado comprende el Diseño Básico de Procesos del sistema de tratamiento requerido para reducir el contenido de contaminantes oxigenados ( CO/CO2 ), en la corriente de hidrógeno que alimenta a la Unidad de Isomerización del CRP – Cardón, los cuales causan la desactivación permanente del catalizador de platino de los reactores de la Unidad siendo necesaria una parada de la Planta para el reemplazo del catalizador. Esto representa un fuerte impacto económico en la empresa, tanto por el costo del catalizador como por la interrupción de la producción. La corriente de gas hidrógeno requerida en la Unidad de Isomerización, debe contener un máximo de 10 ppmv de óxidos de carbono. Para garantizar esta pureza es necesario instalar un sistema de tratamiento del hidrógeno proveniente de la Planta de Hidrógeno o de la Unidad de Reformación de Naftas. La ejecución de este proyecto se enfoca hacia el incremento de la confiabilidad operacional de la Unidad de Isomerización, ya que desde su puesta en servicio, la operación ha tenido que ser interrumpida en varias oportunidades y se han registrado diversos eventos de desactivación prematura del catalizador, debidos al alto contenido de óxidos de carbono en la corriente de gas hidrógeno. Para la selección del sistema de tratamiento se consideraron diferentes tecnologías: las unidades de membranas, PSA y de metanación. De este estudio la unidad de metanación resultó ser la más viable, ya que este es un sistema económico y sencillo, con un alto grado de conversión de los óxidos de carbono ( CO y CO2 ), el que mejor se adapta a la capacidad requerida y a las condiciones operacionales de la planta, además de ser la tecnología más usada en refinería para tal fin. El Sistema de Metanación tiene como función minimizar el contenido de contaminantes oxigenados ( CO y CO2 ) en la corriente de gas hidrógeno que alimenta a la Unidad de Isomerización y está compuesto básicamente por un reactor ( Metanador ) en donde se llevan a cabo la conversión de los óxidos de carbono, y por un tren de intercambio de calor conformado por tres intercambiadores: un efluente – carga ( E – 5217 ), un calentador con aceite caliente ( E – 5215 ) y un enfriador de agua salada ( E – 5216 ). Para el diseño del reactor de metanación ( R – 5202 ) se siguieron las pautas de un estudio realizado por Chemetron Corporation, el cual básicamente está orientado a calcular la velocidad espacial del reactor y luego se comprobó la composición de la corriente de salida del Metanador por medio del paquete de simulación comercial PROII/PROVISIÓN. Para el diseño de la red de intercambiadores de calor de la Unidad de Metanación se hizo uso del paquete de simulación HEXTRAN. En el diseño de los equipos principales así como de las líneas de tuberías, se siguieron las normas y criterios expuestos en los manuales de diseño de PDVSA. La Unidad de Metanación posee tres modos de operación: arranque de la unidad, operación normal y operación con alto contenido de los contaminantes oxigenados ( CO/CO2 ). La mencionada unidad tiene básicamente dos lazos de control, el primero es para controlar la temperatura óptima de reacción a la salida del intercambiador E – 5215 y la otra que funciona como un sistema de alarma por alta temperatura en el reactor de metanación ( R – 5202 ). Luego de haber diseñado la Unidad, se recomienda que el material utilizado en la construcción de los equipos principales sea una aleación de acero 1,0% Cr – ½% Mo para que puedan soportar las condiciones de presión y temperatura a las que van a ser sometidos, así mismo se recomienda su construcción en los talleres de la Refinería para minimizar los costos de inversión.