ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO INGENIERÍA DE PETROLEOS ASPECTOS GENERALES TEMA:
Cracking térmico y catalítico, sus objetivos en la industria petrolera y los principales métodos utilizados PROPONENTE:
INTEGRANTES:
Verónica Telenchano
FACULTAD:
CARRERA:
Química
Ciencias Ingeniería
CRACKING TÉRMICO Se entiende por “cracking” “cracking” el rompimiento o fragmentación de las mezclas de hidrocarburos de peso molecular más elevado (gas oíl, materia prima destinada a la destilación al vacío y aceites residuales) bajo el efecto de temperaturas elevadas (450-550ºC) en fragmentos más pequeños (sobre todo bencina, gas oil y gas) y en aceites de recirculación, alquitran y coke; como resultado parcial de reacciones reacciones retrógradas. retrógradas. El cracking cracking permite una mejora notable de la calidad calidad en bencina bencina de automóviles; como también suministra materia prima olefínica para síntesis químicas de cualquier tipo. El
cracking térmico consiste en una serie de reacciones primarias (desdoblamiento) y
secundarias (transformación); en primer lugar se produce la descomposición del producto de partida de elevado peso molecular en fragmentos fragmentos poco numerosos, de tamaño relativamente relativamente grande; a partir de los mismos y al progresar el cracking se origina la bencina deseada, como también los fragmentos más pequeños de la ruptura, los gases; en el caso de que estos productos de reacción permanezcan más tiempo sometidos a las condiciones de cracking, se producen reacciones secundarias que conduce de una forma retrógrada a la formación de “alquitran” de elevado peso molecular y finalmente “coke”. (PINOS, “coke”. (PINOS, 2008).
OBJETIVO Hoy el cracking térmico se utiliza por ej. Para los residuos correspondientes a cortes medios o pesados de destilación (gas oíl), residuos cortos para reducción de viscosidad ( visbreaking), residuo corto para producción de bitumen, cera para olefinas para la fabricación de productos químicos, eteno de naftas y de gases de refinería, fabricación de coque, para fuel o fabricación de electrodos.
METODÓS USADOS EN EL PROCESOS DE CTACKING TÉRMICO
VISBREAKING
Visbreaking (REDUCCION DE VISCOSIDAD) reduce la viscosidad de los residuos sustancialmente, por lo cual, se disminuye la utilización de diluyentes y la cantidad de fuel oíl producido en refinería. refinería.
La corriente de alimentación, se precalienta, se envía a un horno para llegar a temperaturas de cracking de 450-460 °C. El cracking tiene lugar en una cámara de reacción, que se encuentra luego del horno. Los productos que salen de la cámara de reacción, se enfrían rápidamente para frenar la reacción de cracking (previene la formación de coque). Luego de esto, los productos entran a un fraccionador a temperaturas de 300 a 400°C.Los productos obtenidos de fraccionamiento fraccionamiento son: gas, nafta, kerosene, gasoil y residuo. Ese residuo, tiene menor viscosidad que la alimentación al visbreaker.
Las nuevas cámaras de reacción o soakers están equipadas con internos que reducen los efectos de retro mezclado, maximizando la reducción de viscosidad. La temperatura de cracking aplicada está entre 440-450 °C a una presión de 5-10 bares en la cámara de reacción o soaker. El fraccionador puede operarse a 2-5 bares. (1)
PRODUCCIÓN DE GASOIL
Es una aplicación más elaborada y sofisticada del cracking térmico comparada con el visbreaking. El objetivo es producir la máxima cantidad de gasoil que pueda obtenerse. También reduce la viscosidad del residuo de fondo. La primera parte de esta unidad es similar al visbreaking, visbreaking, el residuo es sometido a un flashing al vacío, para recuperar destilados pesados, que se reenvían a la etapa de cracking térmico, en conjunto con el destilado pesado recuperado del fraccionador. fraccionador. Hay un segundo horno que trabaja trabaja en un rango de temperaturas temperaturas de: 500 °C y altas presiones 2025 bares. Estas condiciones más severas, son necesarias, porque la alimentación tiene menor tamaño molecular y es más difícil de craquear que las moléculas de la primera etapa (más pesadas). (1) (1)
COKING RETARDADO
Este proceso es más severo que los anteriores. La meta meta es obtener productos de cracking y destilados llegando a un residuo muy pobre en hidrógeno que es llamado coque. El término “retardado”, indica que la formación de coque no tiene lugar en el horno de craqueo (que llevaría a una parada general de planta, ya que es producto sólido), sino en tambores grandes a la salida del horno. Estos tambores son llenado y vaciados una vez cada 24 hs., de manera de lograr una operación contínua de planta. Una planta Standard normalmente tiene 2 tambores, de adecuada capacidad para un día de producción (500-1500 m2).
En los tambores las condiciones de temperatura son 450-500 °C y 20 - 30 bar. Un tambor está en operación y el otro fuera de operación. Los vapores de estos tambores pasarán a un fraccionador para separar separar productos deseados. deseados. (1)
CRACKING CATALÍTICO El craqueo catalítico es uno de los l os procesos más importantes en la Industria Petroquímica y es el que básicamente determina los índices técnico-económicos de una moderna refinería. La finalidad del craqueo catalítico es la de obtener gasolinas de alto octanaje (90-92 octanos); a partir de residuos de poco valor (300-500ºC). Además se obtienen fracciones que son usadas en la industria química y en procesos de alquilación y coquificación.
OBJETIVO El craqueo catalítico es uno de los procesos de la destilería más importante y más ampliamente utilizado para la conversión de cortes pesados en naftas de mayor valor agregado y productos de bajo peso molecular molecular (como gases). gases). La simple simple destilación del petróleo petróleo no produce (ni (ni en cantidad ni en calidad) todos los productos que el mercado necesita; normalmente se obtiene mayor cantidad de productos pesados y menor cantidad de livianos que los necesarios, por lo que el objetivo principal del craqueo es transformar esos cortes pesados (que puede ser un crudo reducido o u gas oíl pesado) en otros más livianos. .
Mecanismo. El craqueo catalítico es un ejemplo típico de catálisis heterogénea. Este proceso se desarrolla por el mecanismo del ión carbonio en cadena, a través de carbocationes sobre la superficie del catalizador. Las altas temperaturas a las que se desarrolla el proceso (450ºC) conllevan al predominio de las reacciones reacciones de degradación. degradación. Las reacciones reacciones principales de carbocationes carbocationes que se se producen en el el proceso son: son:
Descomposición mononuclear según la regla β (el radical se rompe en posición β en relación al carbono radicálico, formándose un alqueno y otro radical.)
Reacciones Reacciones bimoleculares de sustitución y adición.
Isomerización Isomerización (Transposición del ion hidronio o del metilo.) (PINOS, 2008).
MÉTODOS DEL PROCESO PROCESO DE CRACKING CATALÍTICO
CRAQUEO CATALÍTICO DE LECHO FLUIDIZADO FLUIDIZADO
Los procesos CCF emplean un catalizador UTN-FRRo en forma de partículas muy finas que se comportan como un fluido cuando se le hace circular el vapor de la alimentación de abajo hacia arriba. El catalizador fluidizado (comportándose como un fluido) circula continuamente entre la zona de reacción y la zona de regeneración y actúa como vehículo para transferir el calor desde el regenerador a la alimentación y al reactor. Dos tipos de unidades básicas de CCF se utilizan hoy en día, una son las del tipo "lado a lado", donde el reactor y el separador son adyacentes uno con otro, y las l as del tipo Orthoflow o apilado, donde el reactor se monta sobre la parte superior del regenerador. La Figura 1, muestran configuraciones características características de las unidades de CCF.
Una de las diferencias de proceso más importantes en las unidades de CCF se refiere a la localización y control de la reacción de craqueo. Hasta cerca de 1965 la mayoría de las unidades se diseñaban con una fase de alta densidad de lecho catalítico fluidizado, en el recipiente de reacción. Las unidades operaban de tal manera que la mayor parte del craqueo tenía lugar en el lecho del reactor. La extensión del craqueo se controlaba variando la profundidad del lecho del reactor (tiempo) y la temperatura. Aunque se reconoció que el craqueo tenía lugar en la línea de alimento que ascendía al reactor debido a que la actividad catalítica y la temperatura poseen allí sus valores más altos, no se realizó ningún intento para regular la reacción controlando las condiciones de la línea ascendente. Después de que se adoptase en las destilerías el catalizador de zeolita más reactivo, la cantidad de craqueo que tenía lugar en la línea ascendente (o línea de transferencia), se incrementó a niveles que
requirieron cambios operacionales en las unidades existentes. Como consecuencia, la mayor parte de las unidades recientemente construidas se han diseñado para operar con un nivel mínimo de lecho en el reactor manteniéndose el control de la reacción variando la velocidad de circulación.
Muchas unidades antiguas se han modificado para maximizar y controlar el craqueo en la línea ascendente. Las unidades operan también con diferentes combinaciones de la línea ascendente de alimento y reactores de lecho denso, incluyendo la línea ascendente de alimento seguida del reactor del lecho denso, la línea ascendente de alimento en paralelo con el lecho denso y líneas ascendentes de alimento paralelas (una para el alimento nuevo y la otra para el reciclado). Las corrientes de la alimentación nueva y de reciclado se precalientan mediante hornos o intercambiadores de calor y entran en la unidad por la base de la línea ascendente de la alimentación donde se mezclan con el catalizador regenerado caliente. El calor del catalizador vaporiza a la alimentación y la lleva a la temperatura deseada de reacción. La mezcla de catalizador y vapores de hidrocarburo suben a lo largo de la línea ascendente hacia el reactor. Las reacciones de craqueo empiezan cuando la alimentación entra en contacto con el catalizador caliente en la línea ascendente y continúa hasta que los vapores se separan del catalizador en el reactor. Los vapores de hidrocarburo se envían a una columna de destilación para su separación en productos líquidos y gaseosos. (2)
CRAQUEO CATALÍTIC CATALÍTICO O DE LECHO MÓVIL
La unidad de Cracking Catalítico Thermofor (CCT) utiliza un lecho sólido continuo y móvil de catalizador que se mueve a través de la unidad en una masa compacta. Uno de los requisitos para la operación en una unidad de lecho móvil es la necesidad de mantener velocidad constante a nivel horizontal del catalizador a través del reactor y del horno de regeneración. La Figura 5 muestra un diagrama de flujo del proceso para una unidad de CCT. El catalizador baja al reactor desde el depósito de compensación situado encima del mismo. Alrededor del 80 al 95 % del catalizador entra por la cabeza del reactor y se descarga en forma de caída libre, se dispersa en forma de una cortina anular que rodea la tobera de alimentación de la mezcla de fases del hidrocarburo, de manera que el hidrocarburo pulverizado se mezcla con las partículas del catalizador. El catalizador remanente, del 5 al 20 % que está en circulación, entra a través de una corona de tubos periféricos y mantiene la parte superior del lecho catalítico al nivel requerido para dar la alimentación el tiempo suficiente de reacción para lograr el rendimiento deseado. El catalizador y los hidrocarburos de la alimentación descienden juntos por el reactor hacia la zona de separación del vapor de productos en la base. En ella se sacan los productos y el catalizador se lava mediante una corriente ascendente de vapor de agua para eliminar los hidrocarburos atrapados en los huecos
existentes entre las partículas y absorbidos sobre el catalizador. El vapor de agua sale del reactor con los productos. También se produce un vapor de purga justo debajo del reactor para actuar como medio de cierre para separar los vapores de hidrocarburo en el reactor de los gases de combustión en el regenerador. El vapor de purga fluye hacia abajo junto con el catalizador al regenerador. El regenerador en la unidad de CCT era originariamente un horno Thermofor para la regeneración regeneración de arcillas utilizadas en el tratamiento de aceites lubricantes. En este horno el coque se eliminaba por combustión del flujo descendente descendente de catalizador catalizador en en varias etapas, con serpentines refrigerantes refrigerantes entre etapas para mantener la temperatura temperatura del catalizador catalizador suficientemente baja (por debajo de los l os 690º C) para prevenir la pérdida de actividad. En unidades de diseño reciente la eliminación del coque por combustión se realiza en una sola etapa sin el uso de serpentines intermedios para eliminar el calor. En el horno se inyecta aire para quemar el coque del catalizador. En las unidades de CCT el aire puede fluir en equicorriente con el catalizador catalizador o puede introducirse hacia la mitad del horno con flujo en contracorriente en la zona superior y con flujo en equicorriente en la parte inferior. Un sistema de separación en la base del horno separa el catalizador de los gases de combustión y el catalizador cae en un recipiente de elevación. En este punto el catalizador es arrastrado por una corriente de aire que lo eleva hacia un tanque superior donde la gran sección de este y la utilización utili zación de un panel de separación dan lugar a la caída del catalizador a una pila.(2)
BIBLIOGRAFÍA Citas
PINOS, E. (2008).Texto (2008). Texto Básico de Procesos Orgánicos. Orgánicos . Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Riobamba. Ecuador. Cracking Térmico, Térmico, Disponible http://quimaplicada.4t.com/CRACKINGTERMICO.htm http://quimaplicada.4t.com/CRACKINGTE RMICO.htm [18/07/2017].
en:
Craqueo Catalítico. Catalítico. Procesos Industriales. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad del Rosario. Departamento de Ingeniería Química. Disponible en: http://www.modeladoeningenieria.edu.ar/mei/repositorio/catedras/pii/CRAQUE OCATALITICO.pdf. OCATALITICO.pdf. [18/07/2017].
BERENGUER, D. (2008). Craqueo catalítico de polímeros; estudio de diferentes sistemas polímero/catalizador. polímero/catalizador. Universidad Alicante. Departamento de Ingeniería Química.
