CRAQUEO CATALITICO

Craqueo

El craqueo descompone los hidrocarburos complejos en moléculas más simples para aumentar la calidad y cantidad de otros productos más ligeros y valiosos para este fin y reducir la cantidad de residuos. Los hidrocarburos pesados se exponen, a alta temperatura y baja presión

Este proceso reorganiza la estructura molecular, convirtiendo las cargas de hidrocarburos pesados en fracciones más ligeras, como queroseno, gasolina, GPL, gasóleo para calefacción y cargas petroquímicas

Carga y distribución
Comúnmente para el proceso de craqueo las refinerías utilizan gasóleo para producir gasolina, pero cuando no logran cubrir la demanda, elaboran una mezcla con otros residuos que han sido tratados en un tambor donde separan el agua y vapor contenidos y darle cierta estabilidad a la alimentación. La carga generalmente tienen un peso molecular ente 200 a 600 y un punto de ebullición mayor a 340º C.

 

Figura. distribución del proceso

 

 


Finalidad
La finalidad del craqueo no es otra que la de obtener la mayor cantidad de hidrocarburos livianos como GLP (gas licuado de Petróleo) y gasolina teniendo como alimentación las fracciones pesadas producidas en el proceso de destilación, tales como el Gasóleo y el Crudo Reducido

El craqueo es importante por dos razones fundamentales: convierte las fracciones menos útiles del petróleo en gasolina y produce hidrocarburos insaturados como los alquenos. Por ejemplo, el eteno obtenido por este procedimiento es la materia prima para fabricar nuevas sustancias como los plásticos.

Tipos de craqueo

  • Craqueo térmico

 

 

El proceso de craqueo térmico se desarrolló en un esfuerzo por aumentar elrendimiento de la destilación. En este proceso, las partes más pesadas del crudo se calientan a altas temperaturas bajo presión. Esto divide (craquea) las moléculas grandes de hidrocarburos en moléculas más pequeñas, lo que aumenta la cantidad de gasolina producida a partir de un barril de crudo.

La eficiencia del proceso es limitada porque, debido a las elevadas temperaturas y presiones, se deposita una gran cantidad de combustible sólido y poroso en los reactores. Esto, a su vez, exige emplear temperaturas y presiones aún más altas para craquear el crudo. Más tarde se inventó un proceso en el que se recirculaban los fluidos; elproceso funcionaba durante un tiempo mucho mayor con una acumulación decombustibles sólidos bastante menor.

  • Hidrocraqueo 

El hidrocraqueo es un proceso en dos fases que combina el craqueocatalítico y lahidrogenación, y por medio del cual las fracciones de destilado sedescomponenen presencia de hidrógeno y catalizadores especiales dando lugar a productos demás valor. En comparación con el craqueo catalítico, elhidrocraqueo tiene laventaja de que se procesan cargas con alto contenido de azufre sin desulfuraciónprevia. En el proceso, la carga de productos aromáticos pesados se convierte enproductos más ligeros, a muy altas presiones y temperaturas bastante elevadas. 

 


Cuando la carga tiene un alto contenido parafínico, el hidrógenoreduce la formación de alquitrán y previene laacumulación decoque en el catalizador. El hidrocraqueo produce cantidades relativamentegrandes de isobutano para cargas de alquilación, así como isomerización paracontrol del punto de goteo y del punto de humo, dos características importantes enel combustible de alta calidad para aviones de reacción

Craqueo catalítico
El craqueo catalítico descompone los hidrocarburos complejos en moléculas más simples para aumentar la calidad y cantidad de otros productos más ligeros y valiosos para este fin y reducir la cantidad de residuos. Los hidrocarburos pesados se exponen, a alta temperatura y baja presión, a catalizadores que favorecen las reacciones químicas.

Este proceso reorganiza la estructura molecular, convirtiendo las cargas de hidrocarburos pesados en fracciones más ligeras, como queroseno, gasolina, GPL, gasóleo para calefacción y cargas petroquímicas. La selección de un catalizador depende de una combinación de la mayor reactividad posible con la máxima resistencia al desgaste.

EL crackeo catalítico es importante debido a que modifica los procesos usados en la refinería para convertir crudos pesados en la valiosa gasolina y productos muchos más ligeros. Los gases ligeros producidos por craqueo catalítico contienen más olefinas que las producidas por el crackeo térmico.

El catalizador modifica, profundamente, el mecanismo de ruptura de los enlaces entre átomos de carbono y aumenta la velocidad de transformación y reduce la severidad de las reacciones y elimina la mayor parte de las reacciones secundarias, productores de gas, coque y residuos pesados.

El catalizador puede ser regenerado para mantenerlo en actividad útil (reactor regenerador) y la reacción de craqueo es endotérmica y la de regeneración es exotérmica, por lo que algunas unidades se diseñan para aprovechar este intercambio.

Tipos de craqueo catalítico

  • Craqueo catalítico de lecho fijo 

Fue el primero en utilizarse comercialmente, este utiliza un reactor de lecho fijo. 

Los reactores de lecho fijo consisten en uno o más tubos empacados con partículas de catalizador, que operan en posición vertical. Las partículas catalíticas pueden variar de tamaño y forma: granulares, cilíndricas, esféricas, etc.

Este tipo de craqueo presentaba problemas para la regeneración del catalizador. En la mayoría de los casos, el catalizador es muy valioso para ser desechado. Si la actividad del catalizador disminuye con el tiempo pueden hacerse necesarias regeneraciones muy frecuentes. Aun en esos casos en los cuales el costo sea tan bajo que no se requiera regeneración, el procedimiento de parar y arrancar el equipo para el cambio del catalizador puede ser una operación muy costosa. Si esto se hace necesario a intervalos frecuentes, todo el proceso puede resultar antieconómico.

 
 
 
  • Craqueo catalítico de líquidos

Las unidades de craqueo catalítico de lecho fluido tienen una sección de catálisis (elevador, reactor y regenerador) y una sección de fraccionamiento, las cuales trabajan conjuntamente como una unidad de proceso integrada. El CCL utiliza un catalizador finamente pulverizado, suspendido en vapor o gas de petróleo, que actúa como un líquido. El craqueo tiene lugar en la tubería de alimentación (elevador), por la que la mezcla de catalizador e hidrocarburos fluye a través del reactor. El proceso de CCL mezcla una carga de hidrocarburos precalentada con catalizador regenerado caliente al entrar aquélla en el elevador que conduce al reactor. La carga se combina con aceite reciclado dentro del elevador, se vaporiza y es calentada por el catalizador caliente hasta alcanzar la temperatura del reactor. Mientras la mezcla asciende por el reactor, la carga se craquea a baja presión.

 
  • Lecho móvil 

Es similar al craqueo catalítico de líquidos, pero el catalizador está en forma de pastillas en lugar de polvo fino. Las pastillas se transfieren continuamente mediante una cinta transportadora o tubos elevadores neumáticos a una tolva de almacenamiento situada en la parte superior de la unidad, y después desciende por gravedad a través del reactor hasta un regenerador. El regenerador y la tolva están aislados del reactor por sellos de vapor. El producto craqueado se separa en gas reciclado, aceite, aceite clarificado, destilado, nafta y gas húmedo.

 
 
 
  • Thermofor

En el craqueo catalítico termofor, la carga precalentada circula por gravedad por el lecho del reactor catalítico. Los vapores se separan del catalizador y se envían a una torre de fraccionamiento. El catalizador agotado se regenera, enfría y recicla, y el gas de chimenea de la regeneración se envía a una caldera de monóxido de carbono para recuperar calor.

  •  Craqueo catalítico fluidizado

El proceso FCC (Fluid Catalytic Cracking) se basa en la descomposición o rompimiento de moléculas de alto peso molecular. Esta reacción se promueve por un catalizador sólido pulverizado, que se incorpora a los hidrocarburos en un reactor de tipo tubular con flujo ascendente, esto ocurre luego del precalentamiento necesario para incorporar la temperatura requerida a la reacción. A la salida del reactor el producto es enviado al equipo de fraccionamiento para obtener los diferentes corte de hidrocarburos y dirigir la corriente gaseosa a recuperación de gases, mientras el catalizador se separa de los productos de reacción a través de ciclones para entrar en la etapa de regeneración, y el coque que se genera y adhiere al mismo por las altas temperaturas de reacción, se quema antes de recircularse al reactor; la energía liberada en el quemado sirve para dar parte del calentamiento de la corriente de carga.

partes del proceso de craqueo catalítico fluidizado.

  • Convertidor o reactor 

La carga se atomiza con vapor de dispersión (190 psi) en seis boquillas igualmente espaciadas 60 grados alrededor de la circunferencia del riser. Un poco más arriba se encuentra una boquilla ranurada (slottednozzle) que introduce el reciclo de slurry, la cual retorna los finos recuperados en el fondo de la fraccionadora. Las boquillas de carga están diseñadas para tratar un flujo de 15.000 barriles por día con 3% de vapor de dispersión. La carga atomizada se pone en contacto con el catalizador regenerado para así efectuarse la reacción en sus sitios activos a 990 °F; para lograr una distribución adecuada de la carga sobre el catalizador, la misma va a un anillo distribuidor y de allí a seis boquillas igualmente espaciadas, de esta forma dispersa, la carga entra a la zona colectora del tubo elevador, donde el catalizador regenerado caliente se pone en contacto con dicha carga y se vaporiza elevando su temperatura hasta la de reacción, de 980-990°F. El catalizador suministra el calor necesario. La mezcla catalizador-hidrocarburo asciende a través del riser hasta llegar al desgasificador.

 
  • Desgasificador

La salida del reactor fluye directamente hacia los ciclones de dos etapas, donde se separan el catalizador y los vapores. El catalizador pasa a la parte baja de la sección para despojarse de los hidrocarburos entrampados con vapor de 190 psig, para posteriormente ascender por el tubo elevador mediante aire portador hacia el regenerador. El flujo de catalizador es regulado por una válvula de tapón. Los vapores de agua e hidrocarburos despojados salen de los ciclones y pasan directamente a la fraccionadora

  • Regenerador 

Es la parte superior del convertidor en donde el catalizador coquizado se expone a un flujo de aire el cual quemará el coque depositado en sus sitios activos, convirtiéndolo en dióxido de carbono en su mayor parte; el calor de la reacción, por ser exotérmica, calienta el lecho del regenerador hasta unos 1.315 °F aproximadamente. El aire es introducido a través de un ducto dotado de una serie de ramificaciones que poseen boquillas de inyección con el fin de distribuirlo uniformemente en toda la superficie del catalizador para facilitar la quema del coque. Debido a la velocidad de inyección de aire, el catalizador por contener gran cantidad de finos, se esparce por todo el volumen del regenerador, sin embargo esta sección contiene dos pares de ciclones abiertos de dos etapas, dos primarios y dos secundarios.

 
 

El regenerador se comunica con el reactor mediante una línea denominada bajante (stand pipe) en donde el catalizador de la fase densa pasa a través de un embudo (hopper), y comienza a descender hasta llegar nuevamente al reactor a 1.230 °F aproximadamente. En la parte baja se encuentra otra válvula deslizante pero esta vez de un solo disco, conocida como SLV-2, la cual se encarga de regular la cantidad de catalizador con el fin de adecuar la temperatura de reacción en los valores típicos. Entre el embudo y la válvula SLV-2 se inyecta aire de servicio a través de 12 boquillas espaciadas a lo largo del bajante para mantener el catalizador fluidizado. 

  • Fraccionadora Principal 

El propósito de la Fraccionadora es enfriar y recuperar los productos líquidos de los vapores provenientes del reactor. Los vapores calientes del craqueo entran a la columna cerca de la base y por debajo de la recirculación del slurry. En el fondo de la torre hay una sección de deflectores cuyo objetivo es recuperar los finos de catalizador arrastrados con los vapores de producto. El fraccionamiento se lleva a cabo al condensar los componentes de hidrocarburos a medida que el vapor fluye hacia arriba a través de las bandejas de la columna.

 
 
Características típicas de operación del reactor FCC
 
REACCIONES DEL FCC

  • Reacciones efectuadas por desintegración catalítica

 

  • Reacciones efectuadas por desintegración térmica.

Productos obtenidos.
Los productos más importantes del craqueo catalítico son los gases secos, el propano/propileno (PP), el butano/butileno (BB), la gasolina, el Aceite de Reciclo Liviano (ARL), el Aceite de Reciclo Pesado (ARP) Y el Aceite Lodoso.



A continuación se presenta una descripción más detallada de cada uno de ellos:
 
1.- Gas Seco: éstos son los gases que salen por el tope de la torre absorbedora; contienen principalmente hidrógeno, metano, etano, etileno, trazas de H2S e inertes (N2, CO que se toma como inertes en este caso, CO2). Este gas se mezcla en el sistema de gas combustible, luego de ser tratado con aminas para la remoción del H2S y opcionalmente con tratamiento caústico para eliminar los mercaptanos. El rendimiento de gas seco se debe primeramente al craqueo térmico, presencia de metales en la alimentación o un craqueo catalítico no selectivo.


2.-Propano/Propileno (PP): es el producto de tope de la columna despropanizadora, y es rico en dicho componentes. Se vende como grado refinería o grado propileno a las industrias manufactureras de polímeros.


3.-Butano/Butileno (BB): es el producto de fondo de la despropanizadora y tiene gran uso en las mezclas de gasolina para regular la presión de vapor y contribuir a mejorar el número de octano; en alquilación donde las olefinas reaccionan con el isobutano para formar el alquilato; se usa también en la producción del MTBE donde reacciona con metanol para producir el aditivo oxigenado para la gasolina (metil- terbutil-éter, MTBE). En caso de que existan mercaptanos, se retiran por lavado caústico. El rendimiento del PP y BB se logra aumentando la conversión a través del aumento de la temperatura de reacción y la temperatura de mezcla catalizador/aceite; disminuyendo el tiempo de residencia de craqueo y añadiendo ZSM-5 (aditivo para el aumento del octanaje). Otro uso alterno tanto para el PP y como para el BB, es que ambos pueden ser también inyectados al sistema de gas combustible de la refinería.


4.-Gasolina: este es el producto más valioso de la unidad de craqueo catalítico, y tiene un porcentaje del 35% de producción total de la gasolina de una refinería. Las impurezas que puede tener la gasolina del craqueo catalítico son los mercaptanos y éstos se eliminan por endulzamiento a través de un proceso comercial conocido como Merox. Se obtienen dos tipos de gasolina: la gasolina liviana (LCC) y la gasolina pesada (HOUK).


5.-Aceite de reciclo liviano (ARL): es un corte lateral de la fraccionadora principal, y se usa ampliamente en mezclas para la formación de aceites de calentamiento y combustible diesel. Este es particularmente importante cuando en invierno su valor aumenta y puede llegar a ser mayor que el de la gasolina. La manera más simple de aumentar su rendimiento es reducir el punto final de la gasolina, y esto generalmente se lleva a cabo por el aumento de la relación de reflujo de tope. La calidad de este producto se mide por el número de cetano, el cual es una indicación de la calidad de ignición del combustible.


6.-Aceite de reciclo pesado (ARP): es uno de los cortes de la fraccionadora principal cuyo rango de ebullición está entre el del ARL y el del aceite lodoso. Parte del ARP se recicla hacia la fraccionadora como aceite de lavado y la otra parte se retira como producto para procesarlo en el hidrocraqueo o mezclarlo con aceite lodoso y diluente de fuel oíl, esto dependiendo de la localización de la refinería y las disponibilidades del mercado. Los rendimientos dependen mucho del tipo de alimentación y del nivel de conversión de la unidad.


7.-Aceite Lodoso: es producido por el fondo de la fraccionadora principal y puede ser destinado como alimentación a la planta Reductora de Viscosidad, enviado al sistema general de diluente o al sistema de aceite combustible. También puede ser usado como medio de enfriamiento de otras unidades.


8.-Coque: este producto intermedio es necesario en las operaciones de catalítica, ya que el calor desprendido por su combustión en el regenerador compensa la pérdida de calor en el tubo elevador.


Impactoambiental del proceso de craqueo.


En particular, algunos procesos de la refinación destacan por su grado de emisiones contaminantesel proceso de craqueo catalítico emite contaminantes atmosféricos que consisten generalmente deóxidos de azufre (SO) y de nitrógeno (NO).Otros contaminantes detectados son el monóxido de carbono (CO), el dióxido de carbono (CO2), partículas sólidas (PM),NH3, aldehídos y cianuros.


El alto contenido de nitrógeno (0.1 por ciento peso) provoca la formación de óxidos de nitrógeno (NO), un agente contaminante que se transforma en ácido nítrico en presencia de humedad en la atmósfera, nuevamente formando lluvia ácida y un efecto adicional que consiste en la destrucción de la capa protectora de ozono.


Otra emisión importante que se produce en los procesos de craqueo catalítico es la de monóxido de carbono (co) este es un gas incoloro e inodoro pero muy toxico debido a su elevada afinidad por la hemoglobina de la sangre incapacitándola para transportar el oxigeno lo que puede conducir a presentar desde pequeñas molestias y dolores de cabeza hasta fallos respiratorios que pueden causar la muerte


Otro de los contaminantes emitidos por la unidad de craqueo catalítico es el coque.
El coque de petróleo es lo que queda después de refinar el petróleo. Un sólido poroso, de color negro o gris oscuro, que contiene altas cantidades de azufre y metales pesados, como el níquel y el vanadio, y que puede ser utilizado como combustible.Su nivel de impureza -y también su grado de toxicidad- está directamente relacionado con la naturaleza del petróleo del cual se extrae.


La principal vía de entrada es la inhalación de polvo. Concentraciones excesivas de polvo de coque pueden causar molestias en ojos, conductos auditivos y nasales, así como irritación de la piel y mucosas de membrana. Irritación pulmonar por inhalación. A largo plazo puede producir bronquitis crónica. Una sobreexposición al polvo de coque puede agravar los problemas respiratorios existentes como asma, bronquitis o fibrosis pulmonar. Del mismo modo, debido a sus propiedades irritantes, contactos repetidos con la piel pueden agravar una dermatitis existente. El polvo de coque puede formar mezclas explosivas con el aire.

ESPERO QUE LA INFORMACIÓN SEA DE MUCHA AYUDA, NO DEJEN DE COMENTAR. GRACIAS!
A %d blogueros les gusta esto: