ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE GEOLOGÍA Y PETRÓLEOS INGENIERÍA EN PETRÓLEOS REFINACIÓN DEBER #10 CRACKING CRACKING CATALÍTICO, CATALÍTICO, HIDROCRACKING CRISTOPHER VÁSQUEZ 01!"0!"! 1 CRACKIN CRACKING G CAT CATALÍTIC ALÍTICO, O, HIDROC HIDROCRACK RACKING ING
ABSTRACT Los procesos de craqueo o “cracking” son: Cracking Térmico, Cracking Catalítico y el Hidrocracking. Actualmente el proceso ms utili!ado es el cracking catalítico en el cual mediante un catali!ador se rompe las cadenas de "idrocar#uros pero de una manera controlada y no aleatoria como el cracking térmico. La alimentaci$n de estas unidades son los productos pesados que pro%ienen principalmente de la destilaci$n atmos&érica y de %acío. Hist$ricamente el primer proceso desarrollado &ue el cracking térmico que consistía en el aumento de temperatura para poder romper las cadenas largas de "idrocar#uro. 's tarde se desarroll$ la utili!aci$n de catali!adores, lo que me(oro la o#tenci$n de productos de interés econ$mico desarrollndose así el cracking catalítico de(ando en segundo plano el térmico. Hoy en día las unidades de cracking catalítico son una parte &undamental al momento de dise)ar una re&inería. *na de las principales ra!ones es de#ido a que los productos ela#orados en estas unidades tienen un mayor %alor el mercado de#ido a sus características que los residuos pesados que son utili!ados como alimentaci$n. +ro%ocando que eista un mayor ingreso a la empresa, "e a"í el tam#ién el interés del tratamiento de productos pesados para o#tener productos li%ianos -tro proceso importante en el cracking y para el tratamiento de productos muy pesados es el "idrocracking, el cual es un proceso de cracking catalítico en presencia de "idrogeno en donde los "idrocar#uros con cadenas largas de "idrocar#uro se rompen en unas ms cortas por acci$n del catali!ador, y adems por la presencia de "idrogeno los "idrocar#uros no saturados adems con do#le y triple enlace/ que son ms inesta#les se saturan con "idrogeno %ol%iéndoles ms esta#les .Adems el "idrogeno ayuda a eliminar contaminantes presentes en los residuos pesados como: a!u&re, nitr$geno, oigeno , metales, etc. 0ue son lle%ados a otras unidades para su tratamiento.
$ BASE TEÓRICA
CRACKING CATALÍTICO 1l craqueo catalítico es uno de los procesos de la destilería ms importante y ms ampliamente utili!ado para la con%ersi$n de cortes pesados en na&tas de mayor %alor agregado y productos de #a(o peso molecular como gases/.La simple destilaci$n del petr$leo no produce ni en cantidad ni en calidad/ todos los productos que el mercado necesita2 normalmente se o#tiene mayor cantidad de productos pesados y menor
cantidad de li%ianos que los necesarios, por lo que el o#(eti%o principal del craqueo es trans&ormar esos cortes pesados que puede ser un crudo reducido o u gas oil pesado/ en otros ms li%ianos. 1l craqueo catalítico se utili!$ por primera %e! en 3456 y &ue en 3478 cuando se instala la primera unidad en 11.**. 9u desarrollo ms importante se alcan!$ en plena segunda guerra mundial de#ido a las necesidades de cu#rir las necesidades de la armada. 1l craqueo catalítico sustituy$ al craqueo térmico ya que mediante este proceso se o#tienen mayores rendimientos en las &racciones tipo na&ta para la o#tenci$n de gasolinas. Adems, las &racciones o#tenidas son de ele%ado índice de octanos. Los procesos catalíticos ms conocidos que "an suplantado con muc"o a los antiguos procesos térmicos son la técnica de lec"o &luodi!ado y la de &luido catalítico, que usan pol%os de gel de aluminiosílice como catali!adores. 1n el proceso de lec"o &luodi!ado, se pasa el petr$leo a tra%és de un lec"o estacionario de partículas s$lidas2 en el proceso de &luido catalítico, las partículas son m$%iles y estn suspendidas en una corriente de %apores de petr$leo a una temperatura de 7;< = a ;7< =C, y a una presi$n de 8,7 atm$s&eras
UNIDAD DE CRACKING CATALÍTICO (FCC)
1l proceso de craqueo catalítico &luido se #asa en la ruptura de cadenas de "idrocar#uros del orden de los 7; tomos de car#ono, mediante la acci$n de un catali!ador que &a%orece el craqueo de la carga. Las reacciones producidas son muc"o ms rpidas y selecti%as que las de craqueo térmico. Los procesos se desarrollan en &orma continua, mediante una circulaci$n de catali!ador que se contacta íntimamente con la carga. +osteriormente el catali!ador se regenera por medio de la com#usti$n del car#$n producido, lo que produce la energía que requiere el sistema para &uncionar
HIDROCRACKING 1l "idrocraqueo es un proceso en dos &ases que com#ina el craqueo catalítico y la "idrogenaci$n, y por medio del cual las &racciones de destilado se descomponen en
presencia de "idr$geno y catali!adores especiales dando lugar a productos de ms %alor. 1n comparaci$n con el craqueo catalítico, el "idrocraqueo tiene la %enta(a de que se procesan cargas con alto contenido de a!u&re sin desul&uraci$n pre%ia. 1n el proceso, la carga de productos aromticos pesados se con%ierte en productos ms ligeros, a presiones que %arían entre >< y 35< atm y temperaturas en un rango de 84< a 7<
FIG.3. Etapas Hidrocracking 1n la primera &ase, la carga se me!cla con "idr$geno reciclado, se calienta y en%ía al reactor primario, donde gran parte de ella se con%ierte en destilados intermedios. Los compuestos de a!u&re y nitr$geno se con%ierten en cido sul&"ídrico y amoníaco en el reactor de la &ase primaria por medio de un catali!ador. 1l residuo se calienta y se en%ía a un separador de alta presi$n, donde se etraen y reciclan los gases ricos en "idr$geno. Los restantes "idrocar#uros se recti&ican o puri&ican para etraer el cido sul&"ídrico, el amoníaco y los gases ligeros, que se recogen en un acumulador, donde la gasolina se separa del gas cido. Los "idrocar#uros líquidos recti&icados procedentes del reactor primario se me!clan con "idr$geno y se en%ían al reactor de la segunda &ase, donde se descomponen en gasolina de alta calidad, com#usti#le para a%iones de reacci$n y materiales de destilaci$n para me!clas. Tales productos pasan por una serie de separadores de alta y #a(a presi$n para etraer de ellos los gases, los cuales se recti&ican, y las na&tas ligeras producidas en la unidad de "idrocraqueo se utili!an para me!clas de gasolina mientras que las na&tas pesadas se reciclan o se en%ían a una unidad de re&orma catalítica.
% BASE &ATE&ÁTICA
1n la industria de re&inaci$n del +etr$leo el Craqueo o “Cracking” es el proceso por el cual se rompen craquean/ moléculas orgnicas comple(as "idrocar#uros pesados/ para &ormar moléculas ms simples y cortas, que generalmente son "idrocar#uros ligeros, los cuales son los principales compuestos para &ormar los principales deri%ados. La ruptura de moléculas se da entre los enlaces car#onocar#ono cc/. Crack
CH 3 −CH 2−CH 2 −CH 2− CH 2−CH 2
⇃ −¿ ⇃
CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 3
⇓ ⇓
CH 3 −CH 2−CH 2 −CH 2− CH 2−CH 3 + CH 2=CH 2−CH 2− CH 2 −CH 2 −CH 3
Heano
Heeno
La relaci$n y el rendimiento del craqueo para &ormar "idrocar#uros ligeros, depende en gran medida de la temperatura y la presencia de catali!adores. Los "idrocar#uros producidos son en mayor parte alcanos y alquenos de cadena corta. 's simple, el craqueo de "idrocar#uros es el proceso de ruptura de "idrocar#uros de cadena larga a "idrocar#uros de cadena corta.
PRODUCTO G() R*)+-(.
CARACTERISTICA
PORCENTA'E
DESTINO
'etano1tano1tileno
8@
P/(2 B-3(2
+ropano+ropileno ButanoButeno
3; @ 83 @
N(43( D+5)*. O+. GO P*)( C6-*
Don 4< a 47 Cetano 76 Gnsaturado Gnsaturado
73 @ 3< @ ;@ I@
Com#usti#le y +etroquímica espac"o 'TB1Alquilaci$n espac"o +ool de Ea&tas H9+ool de Fas -il 9e reprocesa en CC 9e quema en la *nidad
7 APLICACIÓN EL 8CRACKING8 O CRAQUEO TÉR&ICO 1s el ms antiguo y consiste en someter una me!cla de "idrocar#uros pesados y %apor de agua a temperaturas ele%adas ><< ⁰C/ y presi$n 5 atm/. 9e producen reacciones comple(as en cadena a tra%és de radicales li#res. 9e o#tienen &undamentalmente
productos petroquímicos intermedios como etileno y propileno, Jtiles en síntesis orgnica, %ariando los porcenta(es segJn el tipo de "idrocar#uro y las condiciones concretas empleadas.
EL 8CRACKING8 O CRAQUEO CATALÍTICO 1s el ms utili!ado en la actualidad. 9e tra#a(a a temperaturas entre 7;< y I<< ⁰C, a #a(a presi$n y en presencia de un catali!ador del grupo de los aluminosilicatos como !eolitas y tamices moleculares/. Aumenta la producci$n de gasolina y se o#tiene como su#producto propileno.
9HIDROCRACKING: O HIDROCRAQUEO 1s un craqueo catalítico en presencia de "idr$geno. 1l "idrocracking puede aumentar el rendimiento de componentes de gasolina, así como tam#ién es usado para producir destilados ligeros y produce gases ligeros Jtiles para com#usti#le en la re&inería, o la alquilaci$n así como tam#ién los componentes para aceites com#usti#les de alta calidad, aceites de lu#ricante y los insumos petroquímicos.
PROCESOS DE CRACKING CATALITICO E HIDROVRAKING EN UNA REFINERIA A continuaci$n se muestra la clasi&icaci$n de los di&erentes procesos que se reali!an en una re&inería para el tratamiento de los "idrocar#uros .Adems nos ense)a donde se u#ican los procesos de coqueo retardado y reductor de
PROCESOS DE SEPARACI ÓN Destilacion Atmosferiza (Topping)
Destilacion al vacio
PROCESOS DE DESCOMPOSI CIÓN Procesos Termicos Reductor de viscosidad Coqueo Retardado
Procesos Catalíticos
Sin !
PROCESOS DE SINTESIS
TRATAMIE NTOS QUIMICOS
Alquilacion
idrorre$no
Con !
Cracking
Hidrocrackin
Catalitico
g
"somerizaci#n
Reforming Catalítico
%iscosidad.
! CONCLUSIONES Y RECO&ENDACIONES
La unidad de cracking catalítico es una de ms importantes e imprescindi#les operaciones que de#e contar una re&inería de#ido a la importancia al aumentar la
producci$n los productos li%ianos, principalmente na&tas. 1sto est relacionado íntimamente con la economía, ya que estos productos li%ianos tienen un mayor %alor comercial en el mercado que los productos pesados, de a"í la necesidad de tratar los productos pesados para o#tener mayor cantidad de productos li%ianos. +or ende mayor ganancias en este negocio.
e#ido al auge del autom$%il en nuestra sociedad, se desarroll$ el cracking catalítico, el proceso ms utili!ado actualmente para de incrementar la producci$n de na&tas. +ara aumentar la cantidad de productos li%ianos, con mismo %olumen de alimentaci$n, se implementaron procesos para el tratamiento de productos pesados pro%enientes principalmente de la destilaci$n atmos&érica y de %acío.
1n el proceso de cracking catalítico la alimentaci$n, principalmente gas oil pesado, pro%eniente de otras unidades es calentado e ingresa a la unidad donde reacciona en presencia de una catali!ador, a"í se rompen las cadenas largas de "idrocar#uros en una ms cortas, produciendo productos ms li%ianos y de a"í se en%ía os %apores a una unidad de destilaci$n para separar los di&erentes productos.
1l "idrocracking es importante porque tam#ién elimina impure!as que estn en los residuos pesados como a!u&re, nitr$geno, metales, etc. Las cuales son en%iadas a otras unidades para su tratamiento, de acuerdo a las medidas am#ientales eistentes.
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