Aplicación de la tecnología de combinación de mejoras para la gasolina

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Resumen: Con el aumento de la densidad y calidad inferior del petróleo crudo, además de las cada vez más estrictas regulaciones ambientales relacionadas con la reducción de emisiones y el ahorro de energía, las empresas productoras de energía han comenzado a buscar formas de mejorar el uso del petróleo crudo, reducir la cantidad de productos de baja calidad obtenidos y aumentar la producción de aceites ligeros. De este modo, se logra incrementar la rentabilidad económica de las empresas. La compañía Lanzhou Petrochemical, teniendo en cuenta las condiciones reales de sus instalaciones, propuso un proceso optimizado para la producción de gasolina basado en el principio de “tres procesos para garantizar uno”, es decir, “optimizar de manera integral la producción en las instalaciones de craqueo catalítico, éterificación de la gasolina y alquilación, con el fin de maximizar los beneficios”. Este proceso combinado ofrece a la empresa Lanzhou Petrochemical nuevas formas de mejorar su rentabilidad durante el proceso de mejora de la calidad de la gasolina. Tiene una gran aplicabilidad y un gran valor como modelo a seguir, por lo que sus perspectivas de uso son muy prometedoras. Actualmente, en nuestro país, la contaminación del aire en las grandes ciudades, causada por las emisiones de los automóviles, es muy grave. Se trata de un problema crítico que debe resolverse urgentemente para lograr un desarrollo sostenible. Para que las emisiones de los automóviles cumplan con los estándares establecidos, una de las medidas principales es establecer normas estrictas para los combustibles utilizados en los vehículos, con el fin de lograr que estos sean más limpios. Tabla 1: Estándares de calidad de la gasolina. Criterios: Nacional II, Nacional III, Nacional IV, Nacional V. Contenido de azufre: ug/g – ≤500, 150, 50, 10. Contenido de olefinas: % en volumen – ≤35, 30, 25, 25. Contenido de aromáticos: % en volumen – ≤40, 40, 35, 35. Contenido de benceno: % en volumen – ≤2,5, 11, 1. Contenido de oxígeno: % en peso – ≤2,7, 2,7, 2,7, 2,7. Presión de vapor: kPa – ≤74/88, 72/88, 65/88, 60/88. Como se puede ver en la tabla, a medida que pasamos de los estándares Nacional II a Nacional V, los requisitos de calidad de la gasolina se vuelven cada vez más estrictos. Con la creciente exigencia en cuanto a los estándares del gasolina y diésel, así como con la demanda mundial de combustibles más limpios, la limpieza de los combustibles se ha convertido en una tendencia mundial imparable. La producción de combustibles limpios con bajo contenido de azufre, olefinas y aromáticos se ha convertido en el objetivo principal del sector petrolero actual, con el fin de reducir las emisiones de sustancias nocivas por parte de los automóviles. I. Rutas tecnológicas para la purificación de la gasolina en el país. La clave para producir en el país gasolina adecuada para vehículos que cumplan con los estándares de emisiones IV o superiores es resolver el problema del alto contenido de azufre y olefinas en la gasolina obtenida por craqueo catalítico. La tecnología de hidrogenación es actualmente un método eficaz para eliminar el azufre y los olefinos. Sin embargo, los equipos de hidrogenación, al producir gasolina con niveles adecuados de azufre y olefinos, causan la saturación de estos compuestos, lo que a su vez disminuye el número de octanos de la gasolina resultante. El RON de la gasolina IV en los países productores disminuye entre 0,5 y 2 unidades ； El RON de la gasolina V en los países productores debe reducirse en aproximadamente 1 unidad más. Dada la situación actual de escasos medios para producir componentes de alto octanaje en la gasolina de nuestro país, el desarrollo y aplicación de tecnologías que permitan reducir significativamente el contenido de azufre y olefinas en la gasolina obtenida por craqueo catalítico, al mismo tiempo que se evita una pérdida excesiva de octanaje, es clave para resolver el problema de la producción de combustibles limpios en nuestro país. 1. Desarrollar tecnologías de éterificación, isomerización y alquilación de olefinas ligeras, así como tecnologías para la éterificación de olefinas C4 y C5, y la isomerización de compuestos de las categorías C5 a C7. De esta manera, se puede aumentar el contenido de oxígeno en la gasolina utilizada en automóviles, al mismo tiempo que se reduce el contenido de olefinas y la presión de vapor. Esto ayuda a evitar la formación de smog fotoquímico y a mejorar el índice de octano de la gasolina ； Realizar investigaciones tecnológicas sobre el proceso de alquilación con ácidos sólidos, a fin de reducir la contaminación por fugas de ácido en las instalaciones de alquilación existentes y mejorar su tasa de operatividad. (II) Mejorar la calidad de la gasolina obtenida por craqueo catalítico: desarrollar una nueva generación de catalizadores para el craqueo catalítico, con el fin de producir más componentes ligeros y olefinas. De esta manera, se podrá disponer de suficientes materias primas para los procesos de éterificación y alquilación, con el objetivo de obtener componentes para la mezcla de gasolinas de alto número de octano ； Aumentar el número de octano y la estabilidad oxidativa de la gasolina obtenida por craqueo catalítico, reducir el contenido de azufre en dicha gasolina, y mantener un nivel adecuado de olefinas para garantizar el número de octano. (III) Aumentar la capacidad de producción de gasolina a partir del retoque de fracciones anchas; construir nuevas instalaciones para dicho proceso, utilizando técnicas de separación del benceno para controlar estrictamente su contenido ； Reducir gradualmente la proporción de gasolina de craqueo catalítico en los tanques de almacenamiento, optimizar la estructura de los productos y fomentar una distribución adecuada del octanaje de la gasolina para automóviles. II. Estudio de las vías para la purificación de la gasolina en la empresa Lanzhou Petrochemical (I) Optimización del proceso de procesamiento previo Para garantizar la producción de gasolina que cumpla con los estándares nacional IV, la empresa Lanzhou Petrochemical utilizó la tecnología de hidrogenación selectiva de la gasolina con el fin de eliminar el azufre y los olefinos, logrando así producir gasolina que cumpla con dichos estándares. El proceso de producción de gasolina se muestra en la Figura 1. Figura 1: Proceso de procesamiento antes de la optimización del método de producción de gasolina limpia. Sin embargo, durante su funcionamiento, la tecnología de hidrogenación selectiva de la gasolina también causó una disminución en el octanaje de la misma y en su rendimiento, lo que afectó la producción de gasolina de alto octanaje por parte de la empresa Lanzhou Petrochemical. Esto, a su vez, limitó la mejora de los beneficios económicos de la empresa. (II) Plan de optimización para la producción de gasolina más limpia: con el objetivo de desulfurar y eliminar los olefinos de la gasolina, mejorar su calidad y reducir las emisiones ambientales, al mismo tiempo que se satisfacen las necesidades de los motores a gasolina. De esta manera, se mantiene un alto índice de octanaje en la gasolina, lo que a su vez contribuye a mejorar la rentabilidad económica de la empresa. Lanzhou Petrochemical, según el proceso actual de producción de gasolina (gasolina catalítica, hidrogenación de la gasolina, ruta de éterificación de la gasolina) ； Catalizador para el hidrogenación selectiva del butano, MTBE y butano; rutas de procesamiento por alquilación). Se optimiza todo el proceso para aprovechar los efectos sinérgicos entre las diferentes técnicas utilizadas, con el fin de aumentar la proporción de componentes de bajo contenido en azufre y alto índice de octanaje en los tanques de mezcla de gasolina. 1. Optimizar la distribución de los productos catalíticos obtenidos a partir del petróleo pesado para aumentar la producción de gasolina. Según el proceso de producción de gasolina en la compañía Lanzhou Petrochemical, para mejorar tanto la cantidad como la calidad de la gasolina, es necesario que los dispositivos catalíticos tengan una alta capacidad de cracking del petróleo pesado, una baja producción de coque y un alto rendimiento en la obtención de aceites ligeros. Además, es importante optimizar la composición de la gasolina catalítica y de los hidrocarburos líquidos, aumentando la cantidad de compuestos como el propileno, el isobuteno y los alquenos de tipo C5-C6. Esto permitirá a las refinerías optimizar los procesos de producción de gasolina de alta calidad. Para cumplir con este requisito, la empresa Lanzhou Petrochemical utilizó un nuevo catalizador de craqueo de fuel oil con alto rendimiento en la obtención de líquidos y bajo contenido de carbono residual. Este agente presenta excelentes propiedades contra los metales pesados, una alta tasa de conversión del petróleo pesado y la capacidad de reducir la producción de coque. Se evitaron los problemas que antes se presentaban en los equipos: la disminución de las propiedades de cracking del petróleo pesado por parte del catalizador, debido a ajustes como el aumento de la temperatura de reacción o la reducción de la actividad de los agentes de equilibrio del sistema; esto causaba una disminución en la cantidad total de líquidos obtenidos y un aumento en la producción de coque. También se evitaron los problemas relacionados con el aumento de la temperatura de reacción, que llevaba a un incremento en la producción de gas seco y coque. **Tabla 2: Equilibrio de materiales en el dispositivo catalítico**
| Ítem | Antes de la aplicación | Después de la aplicación | Diferencia |
|------|------------------------|----------------------------|------------|
| Insumos, % | Cera: 53.51% | 56.80% | +3.29% |
| | Alquitrán: 43.72% | 43.20% | -0.52% |
| | Sustancias pesadas: 1.50% | 0.00% | -1.50% |
| Hidrocarburos líquidos resultantes de la cocción: 1.27% | 1.30% | +0.03% |

| Distribución de los productos, % | Gas seco: 3.68% | 3.66% | -0.02% |
| Hidrocarburos líquidos: 13.47% | 14.40% | +0.93% |
| Gasolina: 46.66% | 46.95% | +0.29% |
| Diésel: 21.68% | 22.22% | +0.54% |
| Slurry de petróleo: 4.86% | 4.15% | -0.71% |
| Coque (incluyendo pérdidas): 9.65% | 8.62% | -1.03% |

| Rendimiento total de líquidos, % | 81.80% | 83.56% | +1.76% |
| Proporción de alquitrán utilizado, % | 44.96% | 43.20% | -1.76% |

**Tabla 3: Análisis de calidad de la gasolina estabilizada**
| Ítem | Antes de la aplicación | Después de la aplicación |
|------|------------------------|----------------------------|
| Punto de inicio de destilación, °C | 34.5 | 32.5 |
| Punto de 10% de destilación, °C | 48 | 46.5 |
| Punto de 50% de destilación, °C | 95.5 | 93 |
| Punto de 90% de destilación, °C | 169 | 171.5 |
| Punto de final de destilación, °C | 196 | 200 |
| Índice de octano (RON): 90.8 | 92.3 |
| Contenido de olefinas: 37.5 | 45.3 |

**Tabla 4: Análisis de calidad de los hidrocarburos líquidos**
| Composición, Vol% | Antes de la aplicación | Después de la aplicación |
|-------------------|------------------------|----------------------------|
| <C3: 0.22 | 0.05 |
| Propano: 9.94 | 9.58 |
| Propileno: 39.71 | 41.43 |
| Isobutano: 17.04 | 16.96 |
| Butano: 4.71 | 4.27 |
| Buteno-1 + Isobuteno: 14.73 | 15.11 |
| Buteno trans: 7.93 | 8.09 |
| Buteno cis: 5.61 | 5.77 |
| Contenido de C5 y superiores: 0.11 | 0.07 |

Como se puede observar en las tablas anteriores, con la implementación del nuevo catalizador, el rendimiento en la obtención de hidrocarburos líquidos y gasolina aumentó en un 0.93% y 0.29%, respectivamente. Por otro lado, el rendimiento en la obtención de slurry de petróleo disminuyó en un 0.71%. El rendimiento total de líquidos aumentó en un 1.76%. Finalmente, la producción de coque disminuyó en un 1.03% (una disminución del 10.7%). De este modo, el porcentaje total de olefinas en la gasolina aumentó del 37,5 % al 45,3 %, mientras que el número de octano (RON) pasó de 90,8 a 92,3. Esto garantiza una mejor calidad de las materias primas utilizadas en el proceso de éterificación. El contenido de olefinas en los hidrocarburos líquidos ha aumentado en general; el contenido de buteno-1 e isobuteno pasó del 14,73% al 15,11%. El contenido de isobutano se mantuvo relativamente estable, lo que permite garantizar una mejor calidad de las materias primas utilizadas en el proceso de alquilación. 2. Aumentar el rendimiento de la eterificación de la gasolina. Se logra así una mayor producción de componentes de alto octanaje para su uso en la mezcla de gasolinas. La tecnología de eterificación de la gasolina ligera es un método complementario para mejorar la calidad de la gasolina. La gasolina resultante de esta eterificación puede mezclarse perfectamente con otras grasas y utilizarse como componente en la formulación de gasolinas de alto octanaje. La tecnología de éterificación del gasolina ligera catalítica consiste en realizar una reacción de éterificación entre los alquenos terciarios presentes en la gasolina ligera y el CH3OH, con el fin de producir los éteres correspondientes. De esta manera, se reduce el contenido de alquenos en la gasolina, al mismo tiempo que aumenta su número de octano. Además, se convierte aproximadamente del 8% al 10% del metanol (en relación con la gasolina ligera) en componentes de la gasolina. Se trata, por tanto, de un proceso que permite aumentar la cantidad de gasolina producida, además de ser un método para transformar el metanol, que tiene poco valor, en componentes de gasolina de mayor valor, lo cual contribuye a mejorar la eficiencia productiva de las empresas. La compañía Lanzhou Petrochemical construyó una planta de éterificación de gasolina ligera catalítica con una capacidad de 500,000 toneladas al año. En Tonghua, se optimizaron las operaciones de la planta, lo que permitió mejorar su rentabilidad y se obtuvieron buenos resultados. Tabla 5: Características de los productos éterificados. Tiempo: antes y después de la aplicación. Tasa de conversión de los alquenos terciarios de carbono 5: %70 → 71.38%. Tasa de conversión de los alquenos terciarios de carbono 6: %46 → 46.11%. Contenido total de éteres: %48.40 → 49.40%. Índice de octano: 98 → 100.0%. Porcentaje de rendimiento de los productos éterificados: %32.29 → 38.22%. Según los datos de la tabla, la tasa de conversión más alta se registró en los alquenos terciarios de carbono 5, con un 71.38%, mientras que en los alquenos terciarios de carbono 6 la tasa más alta fue del 46.11%. El contenido total de éteres se mantuvo estable en el 49.40%, con un aumento de 1 punto porcentual. El octanaje de los productos eterificados se mantuvo en 100, con un aumento promedio de 2 unidades. La razón principal es, por un lado, el aumento en el contenido de 1-buteno e isobuteno en las materias primas, así como el aumento del MTBE en los productos obtenidos por proceso de éterificación. Por otro lado, manteniendo una calidad adecuada en el contenido total de éteres en los productos, se redujo gradualmente la temperatura en la parte inferior de la torre de destilación de éterificación, pasando de 124±0.5°C a 120°C±0.5°C. Como resultado, la tasa de rendimiento de los productos obtenidos por éterificación aumentó significativamente, pasando del 32.29% al 38.22%, lo que representa un aumento del 5.93%. Esto supuso una mejora notable en la eficiencia del equipo. El diseño del equipo de éterificación permite un procesamiento máximo de 66 t/h. Mediante la optimización del funcionamiento del equipo, se ha logrado aumentar gradualmente esa capacidad hasta 70 t/h, lo que permite un funcionamiento normal y maximiza los beneficios del equipo de éterificación. El equipo ha procesado un total de 1,038,700 toneladas de gasolina ligera; se han consumido 76,300 toneladas de metanol. La producción de productos éterificados ha sido de 405,500 toneladas. Todo esto ha permitido a la empresa obtener componentes de alta calidad para la producción de gasolina de alto índice octánico. 3. Aprovechar al máximo el butano ligero para aumentar la producción de MTBE e isooctano. Las plantas de producción de MTBE y las plantas de alquilación son los equipos encargados de equilibrar la cantidad de butano ligero en el sistema de refino; sus capacidades de producción son de 60 mil toneladas al año y 113 mil toneladas al año, respectivamente. El equipo para la producción de MTBE consta de tres partes: la etéreoformación, la separación del producto y la recuperación de metanol. La materia prima proviene del butano ligero obtenido en el equipo de separación de gases; su principal función es producir MTBE ； El equipo de alquilación consta de cuatro partes: reacción, refrigeración, refinación y destilación. La materia prima es el gas residual de MTBE, y el producto principal es el aceite alquilado. Tras la aplicación industrial de nuevos catalizadores en los dispositivos catalíticos, el contenido de olefinas en la gasolina catalizada aumentó significativamente, al tiempo que el propileno y los alquenos de cuatro carbonos también aumentaron de forma simultánea en los hidrocarburos líquidos catalizados. Optimizar las rutas de operación para el MTBE, la hidrogenación selectiva de los compuestos de carbono cuatro y el proceso de alquilación, con el fin de equilibrar al máximo los compuestos de carbono ligero y aumentar la producción de MTBE e isooctano. Tabla 6: Resumen de los datos clave del sistema de producción de MTBE
| Parámetro | Antes de la optimización | Después de la optimización |
|-----------|------------------------|--------------------------|
| Flujo en t/h | 22.7 | 22.5 |
| Porcentaje de rendimiento | 22.5% | 23.38% |
| Contenido de isobuteno en el C4 ligero | 21.32% | 23.38% |
| Producto MTBE | 5.36 | 5.76 |
| Porcentaje de rendimiento del MTBE | 23.81% | 25.60% |

Como se puede observar en la tabla, el contenido de isobuteno en el C4 ligero aumentó en 2 puntos porcentuales después de la optimización. El porcentaje de rendimiento del MTBE también aumentó, pasando del 23.81% al 25.60%, es decir, un aumento de 1.79 puntos porcentuales ； La producción de MTBE ha ido en aumento año tras año; en 2014, alcanzó los 57.200 toneladas, lo que representa un aumento de 13.400 toneladas con respecto a 2010. Tras la modernización del equipo de alquilación mediante tecnología de operación de largo ciclo, el tiempo necesario para ponerlo en funcionamiento aumentó de 3 meses a más de 9 meses. Se emplearon dos reactores en su funcionamiento, lo que permitió elevar la capacidad de procesamiento del equipo de 14,5 t/h a más de 17 t/h. La producción anual de aceite alquilado llegó a alcanzar las 90.133 toneladas. Se aumentó la producción de isooctano para uso aeronáutico; la proporción de isooctano para este fin pasó del 6,9% en 2010 al 13,17% en 2014, lo que representa un aumento de 6,27 puntos porcentuales. Se lograron así buenos resultados. 4. El plan de optimización para la producción de gasolina basado en el principio “Tres procesos para garantizar uno”. La empresa Lanzhou Petrochemical, a través de ajustes continuos en los procesos de procesamiento de la gasolina, logró desarrollar este plan de optimización. En esencia, se trata de “optimizar de manera integral los procesos de craqueo catalítico, éterificación de la gasolina y alquilación (los tres procesos), con el fin de maximizar la eficiencia en la producción de gasolina (el proceso principal)”. El proceso de procesamiento de gasolina en la empresa Lanzhou Petrochemical, tras su optimización, se muestra en la Figura 2. Figura 2: Proceso de procesamiento de la gasolina después de la optimización del plan de producción de gasolina limpia. III. Conclusiones: (i) Con la implementación del proceso de optimización de producción de gasolina basado en el principio “tres optimizaciones para garantizar una calidad óptima”, la calidad de la gasolina producida por la empresa Lanzhou Petrochemical alcanzó los estándares nacionales IV, lo que resolvió los problemas relacionados con la producción de gasolina. (II) Con la implementación del proceso de optimización en la producción de gasolina, basado en el principio de “tres procesos para garantizar uno”, la producción de gasolina de la empresa aumentó de manera constante. La proporción de gasolina con respecto al crudo pasó del 19,51% en el año 2010 al 22,05% en el año 2014 ； La proporción de gasolina de alto octanaje aumentó de manera significativa: la proporción de gasolina 97# pasó del 4,1% en el año 2010 al 22,3% en el año 2014, lo cual dio buenos resultados. En cuatro años, se produjo un aumento total de 1,3082 millones de toneladas de gasolina de alta calidad, lo que generó una ganancia adicional de 322 millones de yuanes. Selección de artículos presentados en la Conferencia Nacional de 2016 sobre tecnologías avanzadas en la industria petroquímica, realizada en la planta de refino de China Petroleum Lanzhou Petrochemical Company