Optimización de un convertidor de desintegración catalítica de gasóleos en función de su alimentación

Abstract

110 páginas. Maestría en Ingeniería de Procesos.La preocupación ambiental y la alta demanda de combustibles de mejor calidad para el uso de motores de combustión interna han orillado a la búsqueda de nuevas alternativas que permitan cubrir estas necesidades. El proceso de desintegración catalítica FCC es el principal proceso de conversión primaria en una refinería, el cual, debido a su capacidad para convertir gasóleos de alto peso molecular a productos de valor agregado como gasolina, diésel y olefinas, lo han convertido en un proceso de alta rentabilidad. Sin embargo, el 90% del azufre en las gasolinas de una refinería provienen de la unidad FCC. Es por ello que el hidrotratamiento a la carga de alimentación, es evaluado como alternativa en comparación con el uso de gasóleos de vacío vírgenes como carga típica. En este trabajo, dos cagas de gasóleo, una típica y una hidrotratada, son usadas en la reproducción de un modelo cinético basado en el trabajo de Araujo (2000). El modelo contempla el convertidor de desintegración catalítica en estado estacionario, considerando tanto riser como regenerador. Prediciendo rendimientos de los grupos de interés, gasolina, olefinas ligeras y coque. La solución numérica del problema se obtuvo por el método de Runge-Kutta de cuarto orden utilizando Matlab. Los resultados predicen mejores rendimientos hacia productos de valor agregado, así como reducción del rendimiento a coque, al usar carga hidrotratada; adicionalmente se observa disminución en las emisiones contaminantes hacia el ambiente. Mediante un análisis de sensibilidad paramétrica, en las variables consideradas más sensibles del proceso de desintegración catalítica, se acotaron las regiones donde el modelo cinético predice mayores beneficios para la unidad FCC; entre el análisis se encuentran: la temperatura de alimentación, la relación catalizador/aceite y la temperatura del regenerador. Finalmente se propone un problema de optimización cuyo objetivo es aumentar el margen de beneficio de la unidad FCC dentro de la refinería mediante la minimización en el costo total de la operación de la planta, buscando las condiciones óptimas de operación, desarrollado como un problema mixto entero no lineal (MINLP), utilizando la herramienta MATLAB a partir del método de programación cuadrática secuencial (SQP). Los resultados indican que la unidad FCC puede operar con cargas hidrotratadas de manera estable obteniendo mayores rendimientos de gasolinas, olefinas y, reducir la producción de coque y emisiones de gases de combustión dentro de los limites operativos de la planta, además de cumplir con los objetivos de la producción de la refinería utilizando el mismo catalizador, obteniendo combustibles con bajos niveles de contaminantes como es el azufre, nitrógeno y metales que disminuyen calidad de productos y promedio de vida del catalizador