reformacion catalitica guia de estudio fundamentos

PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA: ELECTIVA I (REFINACIÓN DE PETRÓLEO)

FACILITADOR: ING. JOSÉ ALEXANDER COLINA. MSc.

REFORMACIÓN CATALÍTICA

FUNDAMENTOS

(Este material es una compilación de diversas fuentes disponibles, se

recomienda la investigación por parte del estudiante para

complementar)



GENERALIDADES

El proceso de reformación catalítica surge por la necesidad de aumentar el bajo octanaje en las

mezclas de nafta para producir gasolina de alto octanaje y, por las exigencias mundiales en controles

ambientales, reducir y eliminar el uso del plomo en combustible de motor.

El proceso de reformación ha sido desarrollado por UOP (Universal Oil Products) como licenciante.

Para 1971 surge el revolucionario proceso CCR (Regeneración continua de catalizador), permitiendo mayor

severidad y corridas de largas de operación. Esta es una de las tecnologías más utilizadas seguidas por

métodos semi-rregenadores y procesos cíclicos, menos empleados en la actualidad.

El proceso de reformación catalítica representa un gran avance en el diseño, utilización y

regeneración de los catalizadores y del proceso en general. Los catalizadores de platino han permitido que

mayores volúmenes de carga sean procesados por kilogramos de catalizador utilizado. Esta innovación ha

permitido que su aplicación sea muy extensa para tratar gasolinas y producir aromáticos.

La reformación catalítica cubre una variedad de aplicaciones patentadas que son importantes en la

manufactura de gasolina (“Ultraforming”, “Houdriforming”, “Rexforming”y otros). El resultado es un

hidrocarburo muy rico en aromáticos y por lo tanto de alto octanaje, ya que en este proceso se reordena

la molécula y no se craquea como en otros.

La alimentación de este proceso es generalmente naftas pesadas provenientes de la destilación

atmosférica; antes de entrar a la sección de reacción pasa por un pre-tratamiento con hidrógeno para

eliminar las impurezas, las reacciones que se llevan a cabo en este proceso son: de deshidrogenación,

isomerización e hidrocraqueo, las cuales se llevan a cabo en la sección de reacción, finalmente la carga

pasa por la sección de estabilización y fraccionamiento obteniendo un producto reformado y de mejor

calidad.

El presente trabajo tiene como objetivo estudiar y conocer el proceso de reformación catalítica, en

el mismo se abordarán temas como en qué consiste el proceso, la alimentación a la planta, las secciones

en que se divide la unidad de reformación, las reacciones involucradas en el proceso, los catalizadores

empleados y sus venenos así como las tecnologías del reformado catalítico, las variables y condiciones de

operación, la descripción del proceso en general y los productos de la reformación.

REFORMACIÓN CATALÍTICA

El procesamiento del petróleo para obtener sus diferentes derivados, entre ellos: gases, gasolina de

motor, gasolina de avión, kerosén, gasoil, diesel, solventes, bases lubricantes, parafina, combustible

pesado (fuel oíl) y asfalto; consta de procesos de separación y de conversión. Los procesos de separación



se llevan a cabo en las torres de destilación bajo presión atmosférica o reducida (al vacío). Mientras que

los procesos de conversión permiten transformar productos pesados en corrientes livianas aumentando el

rendimiento de éstas, así como de mejorar la calidad de los productos para motores.

Entre los procesos de conversión se encuentra el de reformación catalítica, el cual se modifica la

estructura de las moléculas de la gasolina obtenida por destilación para mejorar sus propiedades

antidetonantes. Se emplean altas temperaturas presiones y catalizadores para facilitar la reacción.

Esta innovación ha permitido que su aplicación sea muy extensa para tratar gasolinas y producir

aromáticos (favorece el octanaje). La reformación catalítica cubre una variedad de aplicaciones patentadas

que son importantes en la manufactura de gasolina (“Platforming”, “Ultraforming”, “Houdriforming”,

“Rexforming” y otros).

La carga puede provenir del procesamiento de crudos nafténicos y parafínicos que rinden fracciones

ricas en sustancias aromáticas. Por la reformación catalítica se logra la deshidrogenación y

deshidroisomerización de naftenos, y la isomerización, el hidrocraqueo y la ciclodeshidrogenación de las

parafinas, como también la hidrogenación de olefinas y la hidrosulfuración.

El resultado es un hidrocarburo muy rico en aromáticos y por lo tanto de alto octanaje, como

muestra la siguiente tabla:

Tabla Nº1: Porcentaje en volumen de la alimentación y productos de la reformación catalítica

%Volumen

Componente Alimento Producto

Parafinas 45-55 30-50

Olefinas 0-2 0

Naftenos 30-40 5-10

Aromáticos 5-10 45-60

(Fuente: Gary y Handwerk, 2001)

ALIMENTACIÓN DEL REFORMADO CATALÍTICO

Para el reformado catalítico las materias primas usadas son fundamentalmente las gasolinas

directas pesadas y las naftas a las condiciones de 180 - 375 ºF, las cuales están compuestas de los cuatro

grupos de hidrocarburos principales que son: parafinas, olefinas, naftenos y aromáticos (Ver Tabla Nº1);

contenido PONA (Gary y Handwerk, 2001). La alimentación a un reformador catalítico es normalmente

una fracción de nafta pesada producida en unidades defraccionadoras de naftas y en otros casos



deunidadesredestiladoras. La nafta puede provenir de otras fuentes tales como las producidas a partir de

craqueo y coquización retardada.

Las alimentaciones de un alto contenido nafténicos son más fáciles para aromatizar que las que se

alimentan con una alta proporción de parafinas. El intervalo de ebullición de la alimentación también es un

parámetro eficaz, ya que en el reformado catalítico, el cambio en el punto de ebullición de las materias

que atraviesan la unidad es relativamente pequeño, ya que las moléculas hidrocarbonadas no se

craquean, sino que su estructura se reordena para formar aromáticos de mayor octanaje. De esta forma el

reformado catalítico aumenta principalmente el octanaje de la gasolina más que su rendimiento.

La alimentación con un alto punto final (aproximadamente 398 °F ó 200ºC) son favorables debido a

que algunos de larga cadena molecular son hidrocraqueados a moléculas en el rango de la gasolina. Estas

moléculas pueden isomerizar y deshidrociclar a parafinas ramificadas y aromáticas, respectivamente.

Las temperaturas se aumentan al entrar al reactor (662 - 734 ºF), las presiones a la que entra 711

- 524 lb/pulg2.

SECCIONES DE LA UNIDAD DE REFORMACIÓN CATALITICA

Las unidades de reformado catalítico constan generalmente de tres secciones fundamentales:

a. Pre-tratamiento o Desulfuradora de Nafta.

La alimentación, la cual esta principalmente constituida por nafta pesada virgen o sintética, nafta

craqueada o mezclas de éstas, es previamente sometida a un hidrotratamiento (pre-tratamiento de

hidrogenación), con el mismo hidrógeno del proceso y catalizador de sacrificio de menor costo, de

alúmina-cobalto-molibdeno; antes de entrar a la sección de reacción del reformador (reactor). El objetivo

de este pre-tratamiento es remover compuestos que son perjudiciales (venenos permanentes) para el

catalizador (tales como arsénico, plomo y cobre) y reducir los venenos temporales del catalizador (tales

como compuestos de azufre, oxígeno y nitrógeno).

b. Sección de Reacción.

La sección de reacción de los reformadores convencionales consiste en un conjunto de varios

reactores en serie (con frecuencia se requiere un tren de tres o cuatro reactores), con hornos

recalentadores entre sí, para obtener un producto con el octanaje apropiado normalmente mayor de 90

RON.

En esta sección, la alimentación de nafta es mezclada con una corriente de reciclo de hidrógeno y

calentada a la temperatura deseada antes de que entre al primer reactor. La mayoría de las reacciones

que ocurren en esta sección son endotérmicas, por lo que se pudieran obtener mejores desempeños si se



utilizaran reactores con zonas isotérmicas de reacción localizadas directamente en un horno. Los lechos de

reacción son separados en un número de 3 a 4 zonas adiabáticas operando a unos 447-507ºC, con

calentadores entre zonas para compensar la energía consumida por las reacciones y mantener el tren

completo de reactores a una temperatura promedio constante.

En el primer reactor, ocurren principalmente las reacciones endotérmicas y muy rápidas, tal como

la deshidrogenación de naftenos a aromáticos (Gary y Handwerk, 2001). El efluente de este primer

reactor es recalentado y alimentado al segundo reactor, donde experimenta una deshidroisomerización de

naftenos ciclopentánicos a una velocidad menor que en el primer reactor. En la última etapa de reacción,

ocurren las reacciones de deshidrociclización (endotérmica) y de hidrocraqueo (exotérmica).

Debido a la alta velocidad de las reacciones iniciales, el primer reactor siempre es más pequeño

que el segundo, mientras que el tercer y el cuarto son aún mayores (Antos et al, 1995).

c. Sección de Estabilización y Fraccionamiento

El efluente de la sección de reacción es enfriado y separado en corrientes liquidas y gaseosas. El

producto gaseoso es una corriente rica en hidrógeno (60-90% mol) e hidrocarburos C1-C4. Una porción de

este gas es reciclada hacia la entrada de la sección de reacción, donde se mezcla con la alimentación de

nafta en una proporción de 5-10 moles de gas de reciclo por mol de nafta. La producción neta de

hidrógeno puede ser purificada o no, dependiendo del uso posterior, para luego ser enviada a otras

unidades de la refinería que lo requieran.

El producto líquido, comúnmente conocido como reformado,consiste de una mezcla de

hidrocarburos C5 a C10, el cual es enviado a un estabilizador de producto, donde los hidrocarburos más

volátiles livianos (C1-C4) son removidos del producto.

La estabilización es generalmente llevada a cabo en una columna operada a una presión adecuada

para permitir condensación y reflujo del vapor de tope. Parte o todo el producto neto del tope es retirado

como una corriente gaseosa.

REACCIONES INVOLUCRADAS EN EL PROCESO DE REFORMACION CATALITICA:

Las cuatro reacciones principales que toman lugar durante la reformación son: deshidrogenación de

naftenos a aromáticos, deshidrociclización de parafinas a aromáticos (estas primeras envuelven la

generación de hidrogeno), posteriormente la isomerización y el hidrocraqueo.



Reacciones de Deshidrogenación.

Estas reacciones son promovidas por el Platino, son altamente endotérmicasy causan una

disminución de la temperatura a medida que la reacción progresa. Las altas temperaturas favorecen la

formación de aromáticos (el equilibrio se desplaza hacia la derecha). Las altas presiones y en particular las

altas presiones parciales del hidrógeno desplazan, sin embargo, el equilibrio hacia la izquierda. La

velocidad relativa de reacción es muy alta.

Debido a la separación de hidrógeno, resulta una pequeña pérdida de rendimiento que, para una

alimentación puramente nafténica sería aproximadamente del 5%p, el octanaje “Research Octane

Number” (RON o F1) de tal alimentación mejoraría por esta conversión desde aproximadamente 60 o más

de 100 (mejor que el iso-octano). Además como sus velocidades de reacción son las más altas en el

proceso de reformación, se requiere utilizar hornos entre los lechos catalíticos para mantener la

temperatura de la mezcla en valores suficientemente altos (alrededor de 500ºC) para que las reacciones

ocurran hasta niveles de conversión convenientes (Gary y Handwerk, 2001).

Las reacciones de deshidrogenación son:

a. Deshidrogenación de Alquilciclohexanos a Aromáticos:

b. Deshidroisomerización de Alquilciclopentanos a Aromáticos:

+ 3H2

Metilciclopentano Ciclohexano Benceno



c. Deshidrociclización de Parafinas a Aromáticos:

Termodinámicamente, la reacción de deshidrociclización presenta caracteres similares a la

deshidrogenación de los naftenos, pero menos favorables.A presión elevada y baja temperatura las

transformaciones se ven favorecidas respecto a la formación paralela de aromáticos por deshidrogenación,

y aumenta al pasar a los C7-C8.

Esto último indica que la velocidad de reacción no depende cinéticamente de la presión; pero si lo

hace del nº de átomos de carbono presentes en la molécula.

La deshidrogenación de los derivados del ciclohexano es una reacción mucho más rápida que

cualquiera de las reacciones de deshidroisomerización de alquilciclopentanos o de deshidrociclización de

parafinas, sin embargo, las tres reacciones ocurren simultáneamente y son necesarias para obtener una

concentración alta en aromáticos, necesaria en el producto para lograr un alto octanaje.

Reacciones de Isomerización:

La isomerización de parafinas y ciclopentanos da lugar normalmente a productos de más bajo

octanaje que el obtenido con su conversión a aromáticos. Sin embargo, hay un aumento sustancial sobre

el de los compuestos no isomerizados. Son reacciones francamente rápidas y con pequeños efectos

caloríficos.

Estas reacciones constituyen para las parafinas de bajo peso molecular, la única posibilidad de

aumentar el RON (Research Octane Number), porque la deshidrogenación desplaza constantemente el

sistema hacia los hidrocarburos aromáticos (Gary y Handwerk, 2001).

Tolueno



a. Isomerización de Parafinas normales a Isoparafinas:

b. Isomerización de Alquilciclopentanos a Ciclohexanos, y la posterior conversión a

Benceno:

Reacciones de Hidrocraqueo:

Las reacciones de hidrocraqueo son exotérmicas, las velocidades de reacción van de moderadas a

altas y generan como productos componentes líquidos livianos y gases. Hay reacciones relativamente

lentas y por lo tanto la mayoría del hidrocraqueo ocurre en la última sección del reactor (Gary y

Handwerk, 2001). La mayoría de las reacciones de hidrocraqueo incluyen reacciones de craqueo y

saturación de parafinas, como se muestra a continuación:

Este tipo de reacciones genera un incremento de volumen debido a la generación de gases. El

proceso se realiza con agua a alta presión.En general, provoca un aumento del RON de las parafinas

pesadas, muy superior al de la isomerización, pero menor que el de la deshidrociclización.El rendimiento

es generalmente bajo: 25-35 %

Metilciclopentano Ciclohexano Benceno

91 RON 83 RON mayor de 100 RON

n-Hexano iso-hexano

Decano Iso-hexano Butano



En estas reacciones de hidrocraqueo, el hidrógeno emplea un catalizador de cobalto-molibdeno

para la conversión de los compuestos de nitrógeno y azufre orgánicos a amoníaco y sulfuro de hidrógeno,

los cuales se eliminan del sistema junto con el hidrógeno no reaccionado.

Además de las reacciones descritas anteriormente, durante el proceso de reformación se llevan a

cabo reacciones paralelas o no deseadas que conducen a la formación de residuos carbonáceos o coque

sobre la superficie del catalizador, que causan una reducción en la actividad y selectividad de los

productos deseados en el proceso, que es la reducción del octanaje de los mismos. Estas reacciones no

deseadas son: craqueo de parafinas y naftenos, desalquilación de aromáticos, dismutación de aromáticos

y alquilación de aromáticos.

CATALIZADORES EMPLEADOS EN EL PROCESO DE REFORMACIÓN CATALÍTICA:

La activación de las reacciones se realiza mediante catalizadores capaces de activar tanto la

isomerización (mayor rendimiento)y la ciclación como la deshidrogenación(mayor rendimiento y

selectividad) obteniéndose así excelentes niveles de conversión hacia los aromáticos.

El tipo de catalizador utilizado es monometálico o bimetálico. La ventaja de utilizar un catalizador

bimetálico sobre el monometálico, es su mayor estabilidad bajo las condiciones de reformación, mientras

que una desventaja es su alta sensibilidad a los venenos, a perturbaciones en el proceso y su

susceptibilidad a regeneraciones no óptimas.

Todos los catalizadores de reformado de uso general hoy en día contienen Platino soportado sobre

una base de sílice o de alúmina – sílice. En muchos casos el renio se combina con el platino para formar

un catalizador más estable, que permite operar a presiones más bajas.

Los catalizadores de reformado tienen dos funciones químicas diferentes:

- Función Metálica: Las reacciones que catalizan los metales (Pt, Re, Ir) en este proceso son las de

hidrogenación y deshidrogenación.

- Función Ácida: Esta función la realiza el cloro, y tiene como misión llevar a cabo las reacciones

de isomerización de n-parafinas, así como catalizar algunas etapas del proceso de reformado

(Ciclización, hidrocraqueo).

La actividad de un catalizador de reformado es función del área, del volumen del poro y del

contenido de los metales activos. Por lo general la actividad de los catalizadores se reduce durante el

funcionamiento por los depósitos de coque y pérdidas de cloruros.



VENENOS DEL CATALIZADOR:

El catalizador es costoso y difícil de regenerar. Los compuestos de azufre, de nitrógeno, de oxígeno

así como trazas de metales y los haluros, afectan al catalizador. La desactivación resulta principalmente

de la deposición de coque.

Tabla Nº2: Venenos y sus efectos sobre el catalizador

VENENOS EFECTOS

Compuestos de Azufre

El azufre inhibe la deshidrogenación y promueve

el hidrocraqueo, resultando en una caída del

octanaje del reformado. Altas concentraciones de

azufre también aceleran la desactivación,

especialmente a bajas presiones de hidrogeno.

En este caso se debe desulfurar la alimentación.

Compuestos de

Nitrógeno

La presencia de nitrógeno puede inhibir la

deshidrociclización de las parafinas y también el

hidrocraqueo.

Haluros

Los haluros (Cl, F) tienen una función catalítica

en el catalizador de la reformación, sin embargo,

si sus concentraciones se hacen demasiado altas

pueden conducir a excesivo hidrocraqueo. Si esto

último ocurre, se añadirán pequeñas cantidades

de agua en la alimentación (la relación

agua/haluros es muy crítica). Demasiada

cantidad de agua, así como demasiada alta

concentración de haluros, puede desactivar al

catalizador.

Agua y Compuestos

Oxigenados

Los compuestos oxigenados reaccionan con el

hidrogeno presente para formar agua, lo cual

tiene un efecto perjudicial permanente sobre los

catalizadores de base alúmina.

Metales

Los metales como el arsénico, plomo y hierro

pueden envenenar permanentemente el

catalizador, el plomo y el hierro promueven la

deposición de coque y, consecuentemente, la

desactivación. El arsénico es un veneno severo

porque se combina con el platino formando

arseniuro.

(Fuente: Introducción a los procesos de Refinación del Petróleo)



TECNOLOGÍAS DEL REFORMADO CATALÍTICO

Las diferentes tecnologías de esta unidad se diferencian en la forma de regenerar el catalizador.

Existen tres sistemas:

1. MÉTODO SEMIRREGENERATIVO: Es una catálisis típica heterogénea, sólido-gas de lecho fijo.

La unidad semirregeneradora posee la ventaja de unos costes de capital mínimos. La regeneración

precisa la unidad fuera de servicio. Dependiendo del rigor de la operación, la regeneración requiere

intervalos de 3 a 24 meses. Para minimizar los depósitos de coque y consecuentemente la pérdida

de actividad del catalizador, se utilizan caudales de reciclado y presiones de operaciones altas

(Gary y Handwerk, 2001).

2. PROCESOS CÍCLICOS: Se caracteriza por tener un reactor de reserva además de los que están

en funcionamiento, en el cual se puede regenerar el catalizador sin parar la unidad. Cuando la

actividad del catalizador en uno de los reactores en funcionamiento cae por debajo del nivel

deseado, el reactor se aísla del sistema y se regenera por admisión de aire caliente que elimina por

combustión al carbón. Después de la regeneración se utiliza para reemplazar el siguiente reactor

que precise la regeneración (Gary y Handwerk, 2001). El inconveniente de este sistema es que los

tres lechos deben ser iguales.

3. REGENERACIÓN CONTINUA DEL CATALIZADOR:El concepto o la tecnología CCR, fue concebida

para producir mayores cantidades de reformado de alto octanaje e hidrógeno de alta pureza,

operando en un modo totalmente continuo, a baja presión, a severidades superiores a las del

proceso cíclico, pero sin tener las desventajas de éste, y en períodos cortos, lo que disminuye la

deposición de coque sobre su superficie (Antos et al, 1995). De esta forma, se obtiene un

catalizador que se comporta de una manera similar al fresco, que trabaja a menor temperatura y

con buena selectividad. El equipo para los procesos continuos está diseñado para permitir el retiro

y sustitución del catalizador durante el funcionamiento. Como resultado, el catalizador puede

regenerarse continuamente y mantenerse en un alto nivel de actividad. Los lechos están puestos

uno encima del otro y el catalizador va circulando entre lecho por gravedad. Puesto que los

depósitos de coque y el equipo termodinámico hacia el rendimiento en reformado se favorecen con

las presiones de operación bajas, la principal ventaja de la unidad de tipo continuo es la posibilidad

de mantener actividades altas del catalizador, mediante regeneración continua del mismo.



VARIABLES DE OPERACIÓN

1. TEMPERATURA DE REACCIÓN.

Es la temperatura a la cual los lechos del catalizador alcanzan el objetivo de calidad fijado para la

alimentación. Es la variable normal de ajuste para el control del RON de la nafta.

Altas temperaturas provocan un aumento de la actividad catalítica y de la velocidad de

desactivación del catalizador, y una reducción en la selectividad a los productos deseados. Con el fin de

aumentar la conversión de parafinas a compuestos aromáticos los procesos a baja presión operan con

temperaturas que oscilan entre 480 y 535 ºC. A medida que los catalizadores pierden actividad durante la

operación se aumenta la temperatura del reactor, a fin de obtener el octanaje deseado.

El aumento de severidad debido a la temperatura tiene por efecto:

• Aumentar el RON.

• Disminuir el rendimiento.

• Aumentar la producción de HC ligeros.

• Aumentar la coquización.

2. PRESIÓN DEL REACTOR.

Se define como la presión parcial dehidrógeno sobre los reactantes.

A presiones elevadas (35-40 atm) se provoca un aumento de la velocidad de hidrocraqueo, así

como también la disminución de la producción de aromáticos e hidrógeno y la velocidad de desactivación

del catalizador, además se debe forzar la severidad aumentando la Temperatura para obtener un RON

conveniente, aumentándose el Hidrocraqueo y obteniéndose una gasolina más ligera con rendimientos

más bajos y productosgaseosos C3 y C4.

A bajas presiones (8-20 atm) si bien se aumenta el rendimiento a aromáticos e hidrógeno y se

disminuye el hidrocraqueo, se produce una rápida desactivación del catalizador por formación de coque y

un menor requerimiento de temperaturapara lograr la misma calidad deproducto.



3. RELACIÓN MOLAR HIDRÓGENO/HIDROCARBURO.

Se define como los moles de hidrógeno de reciclo por mol de nafta de carga a la unidad. Si la

relación molar hidrógeno/hidrocarburo (H2/HC) es baja la actividad de deshidrogenación y aromatización

mejoran, y la velocidad de hidrocraqueo es baja. Sin embargo, aumenta la formación de coque. Esto

conduce a una disminución del tiempo del ciclo de operación (período comprendido entre una

regeneración y otra). Relaciones altas H2/HC inhiben la formación de coque, aumentan la formación de

gases debido a la elevada actividad de hidrocraqueo y disminuyen el rendimiento a compuestos

aromáticos, así como también mejora la estabilidad del catalizador, controla las reacciones exotérmicasy

favorece la remoción de productos formados. El valor óptimo H2/HC debe fijarse considerando los niveles

máximos admitidos de hidrocraqueo y de desactivación del catalizador.

4. VELOCIDAD ESPACIAL

La velocidad espacial se define como una relación entre la cantidad de nafta (o de hidrocarburos) a

ser procesada por masa de catalizador y por unidad de tiempo. Puede expresarse en términos de

velocidad espacial volumétrica (LHSV) o velocidad espacial másica (WHSV). En el caso del reformado de

nafta, los valores comunes de LHSV se sitúan en el rango de 1.0 a 3,0 h-1. Cuando los valores de LHSV

son menores a 1.0 h-1 se favorece el hidrocraqueo y se reduce el rendimiento del producto líquido del

reformado. A velocidades espaciales muy altas el hidrocraqueo es menor dado que es una reacción lenta y

además se limita el ciclo de operación por la mayor formación de coque. Una elección de LHSV adecuada

debe considerar la cantidad de hidrocraqueo aceptable y la producción de aromáticos. Las reacciones de

hidrogenación, aromatización e isomerización no están afectadas por alteraciones en la velocidad espacial

debido a que son reacciones rápidas.

5. SELECTIVIDAD DEL CATALIZADOR.

La selectividad del catalizador depende de las necesidades individuales de cada refinería. Las

diferencias en los tipos de catalizadores pueden afectar directamente otras variables en el proceso.

A condiciones de operación y de alimentación constantes, el catalizador que pueda convertir la

mayor cantidad de aromáticos en una operación BTX (benceno, tolueno. xileno) tiene la mayor

selectividad.



6. ACTIVIDAD Y ESTABILIDAD DEL CATALIZADOR.

La actividad es la habilidad de un catalizador de promover una reacción deseada respecto a la

velocidad espacial, la temperatura o la velocidad de reacción. Un catalizador más activo puede producir un

reformado con un índice de octano deseado a más bajas temperaturas.

La estabilidad es un indicativo de cuánto tiempo un catalizador puede mantenerse en operación

entre procesos de regeneración.

CONDICIONES OPERATIVAS POR TIPO DE CATALIZADOR.

Tabla Nº3: Condiciones de operación por tipo de catalizador.

CATALIZADOR PRESION

(Kg/cm2)

TEMPERATURA

(ºC)

VELOCIDAD

ESPACIAL

(P/h/p)

Platino 10-40 450-510 1,5

Molibdeno 10 480-510 0,5

Cromo 12 510-560 0,7

Co-Mo 30 430-480 1,0

(Fuente: La refinación del Petróleo, Tomo I)

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE REFORMACIÓN CATALÍTICA.

La mezcla de alimentación pre-tratada con hidrógeno se calienta a unos 500ºC (932ºF) y pasa a los

tres reactores de lecho fijo en serie donde la temperatura esta entre 350 y 390ºC(662-734ºF) a una

Presión que esta entre 50 y 65 Kg/cm2 (711-524 lb/pulg2) donde el conjunto de las reacciones que se

llevan a cabo en estos es fuertemente endotérmico. Para este tipo de reacciones generalmente se utiliza

un reactor compartimentado con calefacción intermedia para mantener el nivel de temperatura.



Figura Nº1: Proceso General de Reformación Catalítica

Entre los reactores se calientan los materiales reaccionantes para mantener la temperatura de

reacción requerida.En el primero predominan las reacciones de deshidrogenación endotérmicas, tal como

la deshidrogenación de naftenos a aromáticos,el efluente de este primer reactor es recalentado y

alimentado al segundo reactor, donde experimenta una deshidroisomerización de naftenos ciclopentánicos

a una velocidad menor que en el primer reactor, haciendo necesario el uso de hornos intermedios para

calentar el efluente de uno hasta la temperatura de entrada deseada para el siguiente reactor.

A medida que el catalizador se desactiva, las reacciones exotérmicas de hidrocraqueo aumentan y

los requerimientos de recalentamiento disminuyen. En el reactor final, ocurren las reacciones de

deshidrociclización (endotérmica) y de hidrocraqueo (exotérmica), y puede haber un pequeño incremento

de la temperatura a medida que el catalizador se desactiva.

Figura Nº2: Proceso de Reformación Catalítica

Fuente: Introducción a los Procesos de Refinación del Petróleo



Los reactores que se utilizan en el reformado catalítico varían en tamaño y detallesmecánicos, pero

la mayoría poseen aspectos básicos, tal como se muestra en la figura siguiente.

Figura Nº3: Reactor de reformado catalítico

Fuente: (La Refinación del Petróleo)

Estos tienen un forro interior refractario, el cual se instala para aislar cubierta de las altas

temperaturas dela reacción y reducir el espesor del metal requerido. Las paredes metálicas expuestas a la

atmósferade hidrógeno a altas temperaturas, se construyen con acero conteniendo 5% de cromo y 0.5%

demolibdeno, para resistir la corrosión del hidrógeno. Para la utilización máxima del volumendisponible del

catalizador es necesaria una distribución apropiada de la alimentación (vapor) en laentrada del reactor.

Algunos diseños de reactores incluyen flujos radiales del vapor. El aspecto más importantede la

distribución del vapor es proporcionar un tiempo de contacto máximo con una pérdida mínimade presión.

Las partículas del catalizador se sostienen generalmente sobre un lecho de esferas decerámica de

una profundidad aproximada de 12 a 16 pulgadas, el tamaño de las esferas varía desde1 pulgada de

diámetro en la base hasta 0.35 pulgadas de diámetro en la parte superior del reactor.



El producto de la reacción se enfría en intercambiadores de calor y condensadores y se conduce a

un separador de gas/líquido.

La fase gaseosa del separador es principalmente hidrógeno. Parte de éste se descarga a un

compresor y se recicla a la alimentación para evitar la formación de coque; el resto es llevado a la unidad

de hidrodesulfuración.

El líquido del separador es llamado “reformado inestabilizado”, debido a que todavía contiene un

elevado porcentaje de gases disueltos. Este líquido es conducido a una torre estabilizadora, donde se

separa en un producto de tope y otro de fondo. El producto de tope, se condensa y se separa en un

separador en gas hidrógeno e hidrocarburos de bajo punto de ebullición, tales como propano y butano.

El producto de fondo es fraccionado en el separador de gasolina, el producto de tope es “reformado

liviano”, consistente casi solamente de parafinas. Como producto de fondo se obtiene el “reformado

pesado”, constituido principalmente por hidrocarburos aromáticos con cadenas laterales cortas y

ramificadas. El reformado pesado tiene mayor número de octano que el liviano.

La temperatura del proceso puede variar entre unos 470 a 525 ºC. A igual presión y velocidad

volumétrica, con el aumento de temperatura disminuye el rendimiento de nafta reformada, aumenta el

rendimiento de gas y carbón y aumenta el número de octanos.

PRODUCTOS DEL PROCESO DE REFORMACIÓN CATALÍTICA

Los productos de reformadores catalíticos (el reformado) son una mezcla de compuestos

aromáticos, parafinas y cicloparafinas desde C6-C8. La mezcla tiene un alto octanaje debido a la presencia

de un alto porcentaje de aromáticos y parafinas ramificadas. La extracción de la mezcla con un disolvente

adecuado produce extracto rico en aromáticos, que es más fraccionada para separar los componentes

BTX.

Figura Nº 4: Productos de Reformado Catalítico

(Fuente: Enciclopedia de Salud y Seguridad en el Trabajo. Petróleo y Gas Natural 78)



Tabla Nº4: Productos de la reformación catalítica

PRODUCTO DESCRIPCIÓN

Gases

La fracción gaseosa consiste principalmente de

hidrógeno (útil para otros procesos), pero

puede contener hasta 25%vol de hidrocarburos

más livianos que el propano. Parte de esta

fracción es reciclada; el resto se utiliza para

hidrodesulfurar nafta, kerosén y gasóleo.

Propano/Butano

La fracción propano/butano del estabilizador

puede ser utilizada como GLP (Gas Licuado de

Petróleo).

Reformado Liviano

El reformado liviano, rango de ebullición de 30-

100ºC (86-212ºF), octanaje F2óMotor Octane

Number (MON) claro cerca de 73 y con 1,5ml.

TEP/GA de 87, se usa como componente de

gasolina de motor. Este producto está formado

casi totalmente de Isoparafinas.

Reformado Pesado

Este producto con rango de ebullición 100-

220ºC (212-428ºF), con octanaje F2 (MON)

claro de casi 95 y más de 100 con 1,5 TEP/GA,

se usa como componente de gasolinas de motor

de alto octanaje (gasolinas “Premium”).

(Fuente: Introducción a los procesos de Refinación del Petróleo)



LISTA DE REFERENCIAS

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