En las refinerías se buscan productos de alto octanaje, ya que se utilizan para producir gasolina de alta calidad. Esta producción es una operación altamente peligrosa que requiere un estricto cumplimiento de las normas de seguridad (IECEx) y una supervisión constante de los parámetros clave del proceso, como el índice de octano (ON). Al proporcionar datos de proceso fiables en el momento oportuno, las unidades de proceso posteriores (reformador catalítico) pueden optimizarse rápidamente, aumentando los beneficios y reduciendo al mismo tiempo los costes operativos.
Esta Process Application Note presenta una forma de controlar de cerca el índice de octano de los combustibles en "tiempo real". La tecnología de espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS), que se ajusta perfectamente a las normas internacionales (American Society for Testing Materials "ASTM"), lo hace posible. Esta técnica ofrece un análisis en línea sencillo, rápido y fiable del índice de octano, lo que permite realizar ajustes rápidos en el proceso para obtener un producto de mejor calidad y mayor rentabilidad.
El índice de octano (ON) es un parámetro clave medido en el proceso de refinado petroquímico que indica el rendimiento de los combustibles comerciales (por ejemplo, gasolina y combustibles para aviones). Determina la tendencia del combustible a resistir la autoignición en el motor durante la combustión (resistencia al golpeteo).
El ON se mide a partir de la resistencia al golpeteo de dos combustibles de referencia: el isooctano (C8H18) y el n-heptano (C7H16). El iso-octano tiene una alta resistencia al golpeteo en condiciones duras y, por tanto, se le asigna un ON de 100. Por el contrario, el n-heptano tiene una alta resistencia al golpeteo en condiciones duras. Por el contrario, el n-heptano tiene una baja resistencia al autoencendido, por lo que se le asigna un ON de 0.
Existen dos categorías principales de octanaje, ya que la resistencia al golpeteo varía en función de las condiciones de funcionamiento: octanaje de investigación (RON) y octanaje de motor (MON). El RON se mide a bajas temperaturas y velocidades, y el MON a altas temperaturas y velocidades.
La gasolina Premium requiere ingredientes de alto octanaje. El proceso de refinado que produce estos productos de alto octanaje se denomina reformado catalítico
(Figura 1).
El reformado catalítico convierte la nafta pesada (una mezcla de parafinas con bajo octanaje) en un producto líquido de alto octanaje llamado "reformado" (una mezcla de aromáticos e isoparafinas C7 a C10). Por lo tanto, el reformado catalítico tiene un impacto significativo en la rentabilidad de la refinería.
Los octanos del reformado producido deben controlarse constantemente para garantizar un alto rendimiento a lo largo del proceso de refinado. Tradicionalmente, los valores de RON pueden medirse mediante dos metodologías diferentes: los modelos de octano inferido (IOM) y el análisis del octanaje en motores de laboratorio. Estas metodologías no proporcionan resultados "en tiempo real" y requieren un mantenimiento constante y la intervención humana para adaptarse a las condiciones actuales de funcionamiento.
Además, la calibración del motor de octano para valores de RON superiores a 100 (un valor común para el reformado) requiere mezclas específicas. Estas calibraciones no siempre están disponibles. De hecho, las refinerías suelen utilizar motores de octano para analizar y calificar los productos finales mezclados (gasolina), con RON entre 92-98.
El análisis "en tiempo real" del ON en los combustibles puede realizarse en línea mediante espectroscopia del infrarrojo cercano (NIRS), que se ajusta bien a las normas internacionales (por ejemplo, ASTM) (Figura 2). Sin embargo, el flujo de reformado contiene partículas sólidas que interfieren en las mediciones.
Para obtener mediciones reproducibles y precisas, es necesario un panel de preacondicionamiento que filtre las partículas y mantenga constante la temperatura de muestreo. Además, otra ventaja de utilizar un panel de preacondicionamiento es que se puede implementar un punto de toma de muestras, así como un puerto para muestras de validación.
Los analizadores 2060 The NIR Analyzers (Figura 3) permiten comparar los datos espectrales "en tiempo real" del proceso de refinado con un método primario (es decir, las pruebas Cooperative Fuel Research "CFR") para crear un modelo sencillo pero indispensable para la supervisión del ON.
Cada analizador NIR-Ex 2060 de Metrohm Process Analytics está configurado para aplicaciones en zonas ATEX. Estos instrumentos son capaces de monitorizar hasta cinco puntos de proceso por armario NIR con la opción de multiplexor.
Una vez preacondicionadas las muestras, las mediciones NIR se realizan en una célula de flujo continuo. Los instrumentos utilizados en las refinerías tienen certificación ATEX o Clase 1 Div 1/2.
Los instrumentos se montan en la refinería, donde requieren presión de aire positiva, o en un refugio presurizado. La distancia entre el instrumento/refugio y los puntos de muestreo puede ser de cientos de metros.
Cada 30 segundos, los valores de RON y MON se transmiten al controlador lógico programable (PLC) o al sistema de control distribuido (DCS) en función del protocolo de comunicación utilizado.
Table 1. Parámetros clave y rangos para el análisis de RON y MON.
| RON | MON | |
|---|---|---|
| SECV (Accuracy) | 0.27 | 0.15 |
| Precision | 0.01 | 0.01 |
| Range | 90–107 | 80–100 |
| Reference ASTM | D2699 | D2700 |
| ASTM Accuracy | ± 0.9 (RON 103) | ± 1.2 (MON 96) |
Tanto la supervisión como el control de RON y MON en las refinerías desempeñan un papel crucial para garantizar la producción de productos de alta calidad y alto octanaje, como la gasolina premium.
El uso de la tecnología NIRS proporciona un método fiable y eficaz para el análisis "en tiempo real" de los octanajes de los combustibles, al tiempo que se ajusta a las normas internacionales. Esto permite a las refinerías optimizar rápidamente su proceso de reformado catalítico, lo que se traduce en un aumento de la rentabilidad y una reducción de los costes operativos.
Mediante la implementación de la tecnología NIRS y la utilización de instrumentos como el Metrohm Process Analytics 2060 The NIR-Ex Analyzer, las refinerías pueden lograr un mejor control de su producción y mejorar la calidad de sus productos finales.
AN-NIR-113 Determinación del índice de octano de investigación (RON) en isomeratev
AN-NIR-114 Determinación de RON, aromáticos, benceno, olefinas y densidad en reformado mediante NIRS
AN-NIR-022 Control de calidad de la gasolina
- Optimizar la calidad del producto (por ejemplo, efectos estacionales, oscilación del crudo) y aumentar los beneficios.
- Mayor y más rápido retorno de la inversión
- Mejora de la calidad de los productos y de la eficacia de la fabricación
- Detección de alteraciones del proceso mediante análisis automatizados
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