Mejoras en la eficiencia energética reacondicionando hidrotratadores de destilado

La conservación de la energía requiere análisis complejos en las unidades existentes, pero obtener beneficios es posible. En ese sentido, Los hidrotratadores de destilado son grandes consumidores de energía, sobre todo porque conforme aumentan las especificaciones de contenido de energía, los refinadores deben incrementar el uso de energía para propósitos de hidrotratamiento.

Tanto como un 10 % del consumo de energía total de una refinería se atribuye a los productos de hidrotratamiento. Además, estas unidades pueden ser bastante ineficientes. En este artículo examinamos la economía de las opciones de retrofit en los hidrotratadores de destilado que pueden mejorar la eficiencia energética: 1) incrementar el área de superficie de intercambiadores de precalentamiento de alimentación e 2) instalar un separador caliente.

Energy hogs

Los hidrotratadores de destilado son uno de los principales consumidores de energía en una refinería. Nuevas normas ambientales obligan incluso a disminuir aún más los niveles de azufre en los combustibles del transporte. Es por ello que las refinerías tienen pocas opciones sino incrementar la severidad de los hidrotratadores para extraer compuestos que contienen azufre en la refinería. No obstante, muchas de las operaciones de los hidrotratadores actualmente en uso derrochan grandes cantidades de energía.

La eficiencia energética de una unidad de proceso, o de una refinería completa, puede ser cuantificada y comparada contra un valor de referencia seleccionado. Para ello se utilizan varios métodos: algunos son estadísticos; algunos se basan en el rendimiento histórico y otros aplican una base de ingeniería más sólida.

Algunas opciones aplican best technology (BT) benchmark, donde la eficiencia energética de una unidad existen se compara con el mejor objetivo de diseño. El ratio entre el consumo actual y el objetivo genera el BT index de la unidad de proceso.

En muchas refinerías existentes los índices BT son del 500 %. En otras palabras, estas unidades consumen cinco veces más energía que las mejores unidades de diseño.

Desafíos en el rendimiento energético

La pobre eficiencia energética de un hidrotratador se debe fundamentalmente a una insuficiente integración de calor, que da como resultado una pérdida de calor residual de alto grado a los refrigeradores de agua y aire. La efectividad de la integración de calor se evalúa normalmente usando pinch analysis techniques. Una parte de las altas ineficiencias de estas unidades se atribuye al consumo de energía eléctrica de la unidad, que generan una eficiencia total subóptima (ej. del 24 %).

En muchos hidrotratadores existentes, la temperatura de precalentamiento de alimentación se considera baja, teniendo en cuenta que se precalienta usando efluente del reactor muy caliente.

Obviamente, si los tamaños de los intercambiadores se incrementan, puede transferirse más calor entre el chorro caliente (efluente) y el chorro frío (alimentación).

Las estrategias propuestas para mejorar la eficiencia energética en los hidrotratadores son el uso de un separador de calor, combinado con transferencia de calor realzada entre el efluente  y la alimentación, consiguiendo de esta forma disminuir el consumo de energía a prácticamente un valor BT. En tales condiciones, la alimentación estaría a una temperatura lo suficientemente alta como para ser enviada al reactor. La transferencia de calor realzada se consigue utilizando intercambiadores de calor de tipo placa. Tal solución es factible en numerosas unidades.

Sin embargo, en situaciones de retrofit se ha demostrado que muchos hidrotratadores son demasiado pequeños y están por debajo del tamaño crítico para que el intercambiador de tipo placa sea reacondicionado económicamente. El problema se agrava si la unidad se alimenta en caliente, lo cual por otra parte es una característica deseable de un diseño de eficiencia energética.

Con todo esto en mente, hay dos opciones, no mutuamente excluyentes, para mejorar la eficiencia energética de un hidrotratador de tamaño medio existente: añadir más área de intercambio o instalar un separador caliente y modificar la red de intercambio. La primera opción es menos costosa.

Bibliografía: Improve energy efficiency for distillate hydrotreaters retrofit options. Hydrocarbon Processing June 2011