FACULTAD DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA QUMICACRAQUEO CATALTICO DE ALCANOS SOBRE ZEOLITASASIGNATURA : Tecnologia Del PetrleoDOCENTE

:Hernandez Ore JoseALUMNO

:Gonzales Chafloque Jhon EddyCORREO : Jhon_11_eddy@hotmail.com CICLO : 2015 II

CRAQUEO CATALTICO DE ALCANOS SOBRE ZEOLITASI. INTRODUCCINActualmente las reservas existentes a nivel mundial son de crudo pesado y extrapesado. Los crudos pesados tienden a poseer mayores concentraciones de metales y otros elementos, lo que exige ms esfuerzos y erogaciones para la extraccin de productos utilizables y la disposicin final de los residuos.

El propsito de toda industria petrolera es abastecer los mercados de consumo con petrleo y sus derivados. Para lograr esto desarrolla varios procesos, desde la bsqueda del crudo hasta su colocacin en el mercado. Despus de la destilacin se utilizan otros procesos de refino para alterar las estructuras moleculares de las fracciones con el fin de crear ms productos de valor. Uno de estos procesos, es el conocido como craqueo, el cual descompone (rompe) fracciones de petrleo pesadas, de alto punto de ebullicin, y los convierte en productos ms valiosos: hidrocarburos gaseosos, materiales para mezclas de gasolina, gasleo y fuel.

El craqueo es llevado a cabo por mtodos trmicos, catalticos, o hidrocracking. El craqueo trmico consiste en la ruptura de las cadenas carbonadas y accin de calor a una temperatura de entre 400 650C. De esta ruptura se obtienen parafinas cortas, olefinas, naftalenos o aromticos. El craqueo cataltico es bsicamente el mismo que el craqueo trmico, pero se diferencia por el uso de un catalizador que no es (en teora) que se consume en el proceso y es una de las varias prcticas aplicaciones que se utilizan en una refinera que emplea un catalizador para mejorar la eficiencia del proceso. Cabe destacar que el tipo de craqueo que ms se utiliza en la actualidad es el fluidizado el cual emplea un catalizador de partculas muy finas las cuales se comportan como un fluido cuando son aireadas con hidrocarburos, vapor y aire.

Con este proceso de refinacin se obtienen mayor cantidad de hidrocarburos ligeros que son importantes para la economa; sin embargo, ocasiona un fuerte impacto en la biodiversidad, principalmente por las emisiones gaseosas y desechos slidos.II. CRAQUEO:

Si el petrleo fuese sometido solamente a procesos fsicos, la proporcin de los productos obtenidos estara totalmente desajustada con las necesidades del mercado consumidor. Los procesos de conversin que involucra cambio en el tamao y estructura molecular de los hidrocarburos constituyen una parte fundamental en las operaciones de una refinera moderna, dentro de estos procesos se encuentra el craqueo.

El Craqueo o Cracking es un proceso qumico por el cual un compuesto qumico, normalmente orgnico, se descompone o fracciona en compuestos ms simples. Es un proceso usado en la industria petrolera para reducir el peso molecular de hidrocarburos mediante la ruptura de enlaces moleculares. La ruptura de molculas se da entre los enlaces carbono-carbono (-c-c-).El craqueo es llevado a cabo por mtodos trmicos, catalticos, o hidrocracking.

La relacin y el rendimiento del craqueo para formar hidrocarburos ligeros, depende en gran medida de la temperatura y la presencia de catalizadores. Los hidrocarburos producidos son en mayor parte alcanos y alquenos de cadena corta.

III. PRINCIPIO BASICO DEL CRAQUEO

El principio bsico del craqueo es la conversin. Los procesos de conversin cambian el tamao o estructura de las molculas de hidrocarburos. Consisten bsicamente en transformar unos componentes del petrleo en otros con molculas ms pequeas y de mayor volatilidad mediante reacciones qumicas, poraccindelcalory en general, con el uso de catalizadores. Como resultado de la conversin se crean varias molculas de hidrocarburos que no suelen encontrarse en el petrleo crudo, aunque son importantes para el proceso de refino. Las olefinas (alquenos, olefinas dicclicas y alquinos) son molculas de hidrocarburos de cadena o anillo insaturados con un enlace doble como mnimo. Por lo comn, se forman por craqueo trmico y cataltico, y rara vez se encuentran de modo natural en el petrleo crudo sin procesar.

IV. FINALIDAD DEL CRAQUEO

La finalidad del craqueo no es otra que la de obtener la mayor cantidad de hidrocarburos livianos como GLP (gas licuado de Petrleo) y gasolina teniendo como alimentacin las fracciones pesadas producidas en el proceso de destilacin, tales como el Gasleo y el Crudo Reducido; esto con el objetivo de cubrir la elevada necesidad que ha surgido de carburantes y aceites ligeros adems de que tienen gran valor en la industria.

El craqueo es importante por dos razones fundamentales: convierte las fracciones menos tiles del petrleo 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 plsticos.

El craqueo del petrleo permite obtener de un barril de petrleo crudo una cantidad dos veces mayor de fraccin ligera (naftas) que la extrada por simple destilacin. Actualmente es un procedimiento fundamental para la produccin de gasolina de alto octanaje.

V. TIPOS DE CRAQUEO

a) CRAQUEO TRMICO.

El proceso de craqueo trmico se desarroll en un esfuerzo por aumentar el rendimiento de la destilacin. Consiste en la ruptura de las cadenas carbonadas y accin de calor a una temperatura de entre 400 650C. De esta ruptura se obtienen parafinas cortas, olefinas, naftalenos o aromticos. La eficiencia del proceso es limitada porque, debido a las elevadas temperaturas y presiones, se deposita una gran cantidad de combustible slido y poroso en los reactores. Esto, a su vez, exige emplear temperaturas y presiones an ms altas para craquear el crudo. Los procesos de craqueo trmico, desarrollados en 1913, se basan en la destilacin por calor de combustibles y aceites pesados, bajo presin, en grandes tambores, hasta que se rompen (dividen) en molculas ms pequeas con mejores cualidades antidetonantes. El primer mtodo, que produca grandes cantidades de coque slido, sin valor, ha evolucionado hasta los modernos procesos de craqueo trmico, entre los que se cuentan la ruptura de la viscosidad, el craqueo en fase de vapor y la coquizacin. ESQUEMA DEL PROCESO DE CRAQUEO TRMICO

Se inicia la operacin de carga con un petrleo reducido al 50%. La carga llega a un horno tubular donde la temperatura alcanza a 480C y de all pasa a la cmara de reaccin, en la que se trabaja a 20 atmsferas y donde el craqueo se produce en funcin del tiempo. La cmara de descarga y los hidrocarburos lquidos y vaporizados son llevados a una torre evaporadora en la que se separan tres componentes: gas nafta de craqueo y diesel-oil, que son fraccionados en una torre destiladora. El fuel-oil se extrae por la parte inferior a la torre evaporadora. Del fondo del rectificador se extrae gas-ol que se enva a un horno tubular de craqueo donde la temperatura es elevada a 525C y de all se junta con la del horno tubular pasando a la torre de craqueo siguiendo el ciclo.

b) HIDROCRAQUEOEs un proceso de ruptura molecular, utilizando como reactivo hidrgeno a altas presiones y temperaturas, sobre un catalizador dispuesto en un lecho fijo dentro de un reactor. Tiene como objetivo procesar, entre otras cargas, gasoil liviano de vaco produciendo gas residual, propano y butano comercial, nafta, combustibles de aviacin (kerosene) y gas ol comercial.Es un proceso fundamental en la refinera dado que la alta calidad del gasoil que produce, mejora sustancialmente el pool de productos. En los reactores se logra una fuerte reduccin de compuestos de azufre, nitrgeno, oxigenados, olefinas y aromticos policclicos presentes en la carga. Asimismo, se produce la ruptura de cadenas de alto peso molecular a hidrocarburos de bajo rango de destilacin.

El esquema del proceso se muestra en la siguiente figura:

c) CRAQUEO CATALTICO:

Es un proceso qumico por el cual se quiebran molculas de un compuesto produciendo as compuestos ms simples. El craqueo cataltico es un proceso de conversin que se puede aplicar a una variedad de materias primas como es el petrleo al gas de petrleo pesado. Las unidades de craqueo cataltico fluido estn actualmente en vigor en aproximadamente 400 refineras en todo el mundo y las unidades se consideran unos de los logros ms importantes al nivel mundial. El craqueo cataltico es bsicamente el mismo que el craqueo trmico, pero se diferencia por el uso de un catalizador que no se consume en el proceso y es una de las diversas prcticas aplicadas que se utilizan en una refinera donde emplea un catalizador para mejorar la eficiencia del proceso. El incentivo original para desarrollar los procesos de craqueo surgi de la necesidad de aumentar los suministros de gasolina y aumentar el octanaje de la gasolina, mientras se mantiene el rendimiento de las poblaciones de alto punto de ebullicin y el uso de catalizadores.VI. CRAQUEO CATALTICO:El craqueo cataltico se utiliz por primera vez en 1937 y fue en 1942 cuando se instala la primera unidad en EE.UU. Su desarrollo ms importante se alcanz en plena segunda guerra mundial debido a las necesidades de cubrir las necesidades de la armada. El craqueo cataltico sustituy al craqueo trmico ya que mediante este proceso se obtienen mayores rendimientos en las fracciones tipo nafta para la obtencin de gasolinas. Adems, las fracciones obtenidas son de elevado ndice de octanos. Es un proceso de la refinacin del petrleo que consiste en la descomposicin termal de los componentes del petrleo en presencia de un catalizador, con el propsito de craquear hidrocarburos pesados cuyo punto de ebullicin es igual o superior a los 315 C, y convertirlos en hidrocarburos livianos de cadena corta cuyo punto de ebullicin se encuentra por debajo de los 221 C.Un catalizador es una sustancia que acelera la velocidad de una reaccin qumica,peronoesconsumidaenlareaccinmisma. Los catalizadores sson sustancias que promueven una reaccin sin tomar parte en ella y en este proceso se utilizan para facilitar la conversin de las molculas pesadas en productos ms livianos. El uso de catalizadores aumenta la conversin de productos permitiendo condiciones de operacin menos severas que en otros procesos como el craqueo trmico. Se trabaja con temperaturas de 850 a 950 F a presiones de 10 a 20 psi.Dichos catalizadores se presentan en forma granular o microesfrica. Los catalizadores utilizados en las unidades de craqueo de las refineras son normalmente materiales slidos (zeolita, hidrosilicato de aluminio, arcilla bentontica tratada, tierra de batn, bauxita y almina-slice) en forma de polvos, cuentas, grnulos o materiales perfilados denominados pastillas extruidas.El catalizador modifica, profundamente, el mecanismo de ruptura de los enlaces entre tomos de carbono y aumenta la velocidad de transformacin y reduce la severidad de las reacciones y elimina la mayor parte de las reacciones secundarias, productores de gas, coque y residuos pesados. La seleccin de un catalizador depende de una combinacin de la mayor reactividad posible con la mxima resistencia al desgaste.

EL craqueo cataltico es importante debido a que modifica los procesos usados en la refinera para convertir crudos pesados en la valiosa gasolina y productos muchos ms ligeros. Los gases ligeros producidos por craqueo cataltico contienen ms olefinas que las producidas por el craqueo trmico.

En todo proceso de craqueo cataltico hay tres funciones bsicas:

Reaccin: la carga reacciona con el catalizador y se descompone en diferentes hidrocarburos.

Regeneracin: el catalizador se reactiva quemando el coque.

Fraccionamiento: la corriente de hidrocarburos craqueados se separa en diversos productos.

a) REACCIONES DE CRAQUEO CATALTICO:Las diferencias observadas en el resultado de un craqueo cataltico respecto al trmico pone de manifiesto la existencia de mecanismos diferentes de reaccin. Se admite que el craqueo cataltico es un proceso inico donde tienen lugar muchas reacciones, simultaneas y consecutivas. En este proceso participan activamente los carbocationes. Un carbocatin es un tomo de carbono cargado positivamente.

Los carbocationes se forman por accin del catalizador sobre el hidrocarburo por 2 mecanismos:

Separacin de un ion hidruro

Adicin de un protn a una olefina

A continuacin se recogen algunas de las reacciones ms importantes que tienen lugar en el reactor:

Reacciones de isomerizacin: la presencia del catalizador reduce la energa de activacin para que los carbocationes primarios se isomericen a secundarios y estos a terciarios, obtenindose hidrocarburos ramificados.

Reaccin de fisin : el enlace se debilita por efecto del carbocatin, y se obtienen as un nuevo carbocatin y una olefina.

Reacciones de ciclacin: si el hidrocarburo tiene un doble enlace en la posicin adecuada se forma el ciclo. A partir de l se pueden generar anillos aromticos.

Reacciones de transferencia de protones: un carbocatin cede un protn a una olefina para formar una olefina interior. A partir de esta reaccin los naftenos se insaturan.

Como resultado se obtienen hidrocarburos ramificados y con una mayor proporcin de aromticos (lo que conlleva un elevado ndice de octanos).

b) VARIABLES DEL PROCESO

La gran complejidad de la operacin de estas unidades se debe fundamentalmente a la estrecha interdependencia que poseen las variables del proceso, esta interdependencia hace casi imposible en trminos prcticos modificar una variable sin tener una inmediata respuesta en el resto del sistema, estos efectos deben ser manejados en forma continua. Las modificaciones de variables deben realizarse teniendo en cuenta que se mantengan en equilibrio los tres balances. Las variables de operacin se dividen en independientes y dependientes.c) VARIABLES OPERATIVAS INDEPENDIENTES

T RX

T precalentamiento de carga

Relacin de reciclo

Actividad de catalizador

Modo de combustin

Calidad de la carga

Velocidad espacial

d) VARIABLES OPERATIVAS DEPENDIENTES

T RG

Velocidad de circulacin

Conversin

Requerimiento de aire

C /O

e) DESCRIPCIN DE LAS VARIABLES: Temperatura de reaccin: temperatura de la mezcla catalizador y carga en el punto donde se considera han finalizado las reacciones

T precalentamiento de carga: es la temperatura a que se levanta la carga previamente al ingreso al RX.

Relacin de reciclo: es la cantidad de producto ya craqueado (reciclo) que se incorpora a la carga fresca.

Actividad de catalizador: es la capacidad que tiene el catalizador para convertir una carga determinada en productos de menor peso molecular.

Modo de combustin: mide el grado de conversin de monxido de carbono a dixido de carbono, y por ende modifica la cantidad calor que se libera en el regenerador.

Calidad de la carga: de acuerdo a la naturaleza de la carga, sern los productos a obtener.

Velocidad Espacial: se define como el cociente entre el caudal de carga total y la cantidad de catalizador existente en el RX.

Temperatura de RG: es la temperatura existente en el lecho denso del regenerador.

Velocidad de circulacin: se define como el caudal de catalizador que circula vs. el rea media del reactor.

Conversin: es el porcentaje de volumen de carga fresca que se convierte en nafta (de punto seco predeterminado) y productos ms livianos.

Requerimiento de aire: es la cantidad de aire requerida para realizar la combustin del carbn depositado sobre el catalizador.

Relacin catalizador /carga: es la relacin entre el rgimen de circulacin del catalizador (ton/h) y el de la carga combinada (fresca + reciclo) expresada tambin en ton/ h.

f) ESQUEMA DEL PROCESO CRAQUEO CATALTICO:

A pesar de los diferentes diseos que existen para el craqueo cataltico, el proceso bsico consiste en precalentar la alimentacin fresca o reciclada a travs de intercambiadores de calor y/o hornos de fuego directo para luego entrar a la base del tubo elevador del reactor donde son mezcladas con el catalizador regenerado caliente proveniente del regenerador. El calor del catalizador vaporiza la alimentacin y la lleva a la temperatura deseada para la reaccin. Las reacciones de craqueo cataltico comienzan cuando la alimentacin entra en contacto con el catalizador caliente en el tubo elevador y continan hasta que los vapores son separados del catalizador en el reactor.Los vapores de hidrocarburos son enviados a la fraccionadora para ser separados en productos lquidos y gaseosos. El catalizador saliente del reactor se denomina catalizador gastado o usado y contiene hidrocarburos que son adsorbidos en la superficie del catalizador. Estos son removidos por despojamiento con vapor de agua antes que el catalizador entre al regenerador. En el regenerador la quema de coque se controla variando el flujo de aire para mantener la relacin CO2/CO de los gases de combustin. El catalizador regenerado contiene de 0,2 a 0,4 % en peso de carbn.

El gas de combustin que sale del regenerador contiene una gran cantidad de monxido de carbono el cual es quemado a dixido de carbono en una caldera de monxido de carbono la cual se usa para recuperar la energa calrica. Los gases calientes pueden ser usados para generar vapor o para las turbinas que compriman el aire de regeneracin y para generar energa elctrica.

VII. TIPOS DE CRAQUEO CATALITICO:

Los procesos de craqueo cataltico son muy flexibles, por lo que los parmetros de operacin se ajustan segn la demanda de productos. Los tres tipos bsicos de procesos de craqueo cataltico son los siguientes:

a) Craqueo cataltico de lquidos (CCL) :Las unidades de craqueo cataltico de lecho fluido tienen una seccin de catlisis (elevador, reactor y regenerador) y una seccin 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 petrleo, que acta como un lquido. El craqueo tiene lugar en la tubera de alimentacin (elevador), por la que la mezcla de catalizador e hidrocarburos fluye a travs del reactor.

El proceso de CCL mezcla una carga de hidrocarburos precalentada con catalizador regenerado caliente al entrar aqulla 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 presin. El craqueo contina hasta que los vapores de petrleo se separan del catalizador en los ciclones del reactor. La corriente de producto resultante entra en una columna donde se separa en fracciones, volviendo parte del aceite pesado al elevador como aceite reciclado.

El catalizador agotado se regenera para separar el coque que se acumula en el catalizador durante el proceso. Para ello circula por la torre rectificadora de catalizador hacia el regenerador, donde se mezcla con el aire precalentado y quema la mayor parte de los depsitos de coque. Se aade catalizador fresco y se extrae catalizador agotado para optimizar el proceso de craqueo.

b) Craqueo cataltico de lecho mvilEs similar al craqueo cataltico de lquidos, pero el catalizador est en forma de pastillas en lugar de polvo fino. Las pastillas se transfieren continuamente mediante una cinta transportadora o tubos elevadores neumticos a una tolva de almacenamiento situada en la parte superior de la unidad, y despus desciende por gravedad a travs del reactor hasta un regenerador. El regenerador y la tolva estn aislados del reactor por sellos de vapor. El producto craqueado se separa en gas reciclado, aceite, aceite clarificado, destilado, nafta y gas hmedo.

c) Craqueo cataltico termofor (CCT) :En el craqueo cataltico termofor, la carga precalentada circula por gravedad por el lecho del reactor cataltico. Los vapores se separan del catalizador y se envan a una torre de fraccionamiento. El catalizador agotado se regenera, enfra y recicla, y el gas de chimenea de la regeneracin se enva a una caldera de monxido de carbono para recuperar calor.

d) Craqueo cataltico de lecho fijoFue el primero en utilizarse comercialmente, este utiliza un reactor de lecho fijo.

Los reactores de lecho fijo consisten en uno o ms tubos empacados con partculas de catalizador, que operan en posicin vertical. Las partculas catalticas pueden variar de tamao y forma: granulares, cilndricas, esfricas, etc.

Este tipo de craqueo presentaba problemas para la regeneracin del catalizador. En la mayora 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 regeneracin, el procedimiento de parar y arrancar el equipo para el cambio del catalizador puede ser una operacin muy costosa. Si esto se hace necesario a intervalos frecuentes, todo el proceso puede resultar antieconmico.

e) Craqueo cataltico fluidizado (FCC) Este tipo de craqueo emplea un catalizador de partculas muy finas las cuales se comportan como un fluido cuando son aireadas con hidrocarburos, vapor y aire. El catalizador fluidizado circula continuamente en la zona de reaccin (reactor, despojador y regenerador) actuando como vehculo para transferir el calor del regenerador a la alimentacin y al reactor.

El proceso de craqueo cataltico fluidizado es de relativa fcil operacin. Actualmente existen aproximadamente 400 unidades de craqueo cataltico en todo el mundo, con una capacidad de procesamiento de 12 millones de barriles por da, lo que produce el 45% de todas las gasolinas usadas mundialmente. Mediante este proceso se obtiene:

Mayor expansin volumtrica (110 m3 de productos/ 100 m3 de Carga).

Mayor nivel de conversin a productos de alta demanda y valor comercial.

La nafta producida aporta el mayor volumen de octanos del pool de naftas.

Es el proceso de mayor produccin de LPG.

Butano como materia prima para la produccin de MTBE y Alkilato.

Propileno de alto precio y creciente demanda

Reacciones del FCCLas principales reacciones que tienen lugar, se resumen a continuacin:

Partes de una unidad de FCCUna unidad de craqueo cataltico fluidizado se puede dividir en las siguientes secciones:1. Precalentamiento de la alimentacin:

La alimentacin se almacena en tanques para garantizar un flujo de alimentacin estable, desde all es bombeada hacia un tren de intercambiadores de calor para incrementar la temperatura a un rango entre 270-360C.

Las fuentes de calentamiento de la alimentacin son usualmente los fondos del Fraccionador u hornos de fuego directo.

2. Reactor

El reactor tiene dos funciones: una como un espacio para la separacin del catalizador y los vapores y otra como el contenedor de los ciclones. Los Ciclones son dispositivos que tiene como funcin separar el catalizador de los vapores. Los ciclones recolectan el catalizador y lo envan al despojador a travs de ciertos dispositivos mecnicos. Existen diferentes tipos de ciclones los ms usados son de dos etapas con una eficiencia de 99.995+%.

La separacin catalizador - vapores se debe realizar inmediatamente al entrar al rector para evitar reacciones colaterales que disminuyen el rendimiento de productos valiosos. A medida que el catalizador cae dentro del despojador algunos hidrocarburos valiosos son absorbidos dentro del lecho del catalizador. Para recuperar estos hidrocarburos se inyecta vapor a una velocidad de 2-5 lb/1000 lb de catalizador circulante. Algunos diseos de despojadores incluyen deflectores (baffles), cuyo objetivo es mejorar el contacto a contracorriente del catalizador y el vapor.

3. Regenerador

Las principales funciones del regenerador son: Restablecer la actividad del catalizador y suministrar la energa para craquear la alimentacin. La actividad del catalizador se restablece a travs de la combustin controlada del coque depositado sobre l. El catalizador gastado contiene entre 0.8 y 2.5% en peso de coque, dependiendo de la calidad de la alimentacin, los componentes del coque son C, H2 y trazas de azufre y N2 todos estos compuestos reaccionan con el oxgeno.

El aire es la fuente de O2 de la combustin del coque y es suministrado por un soplador o compresor, el cual provee suficiente velocidad de aire y presin para mantener el lecho del catalizador en estado fluidizado. Existen diversos tipos de distribuidores de aire los cuales tienen una cada de presin de 1 a 2 psi para garantizar un flujo positivo de aire a travs de todas las boquillas.

El catalizador se transfiere a una tubera llamada standpipe la cual proporciona el caudal de presin requerido para garantizar la circulacin del catalizador alrededor de la unidad.

El flujo del catalizador est en un rango de 100-300 lb/seg por pie3 de catalizador circulante. Durante este proceso se arrastran parte de los gases de combustin para garantizar que el catalizador se mantenga fluidizado. Algunos diseos requieren aireacin externa la cual se logra con aire, vapor, N2 o gas combustible a travs de la longitud del tubo. La densidad del catalizador est entre 35y 45 lb/pie3.

4. Riser

El riser es un tubo vertical que tiene de 2-6 pies (0.61.8 m) de dimetro y de 75-120 pies (2337 m) de largo, construido de un material refractario que sirve como aislante y como resistencia a la abrasin de 4-5 pulg (1012.7 cm). Por lo general todas las reacciones de craqueo se llevan a cabo en el riser en menos de 2 seg. La velocidad de salida de vapor del riser est en un rango de 50-75 pies/seg (15-23 m/seg).

La alimentacin entra al riser cerca de la base donde se pone en contacto con el catalizador regenerado. La alimentacin se introduce al riser a travs de boquillas que la atomizan con vapor para producir pequeas gotas que puedan ser vaporizadas rpidamente y puestas en contacto con el catalizador. El catalizador viene del regenerador a una T aproximada de 670C, la relacin en peso de catalizador aceite esta normalmente entre 4:1 a 9:1. La reaccin es endotrmica y la energa requerida es suministrada por el catalizador circulante.

5. Fraccionadora PrincipalEl propsito de la Fraccionadora es enfriar y recuperar los productos lquidos de los vapores provenientes del reactor. Los vapores calientes del craqueo entran a la columna cerca de la base y por debajo de la recirculacin del slurry. En el fondo de la torre hay una seccin 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 travs de las bandejas de la columna

f) Esquema del proceso de craqueo cataltico fluidizado (FCC)

En el Craqueo Cataltico Fluidizado (FCC) la alimentacin entra a una seccin donde se mezcla con el catalizador (Zeolita), luego esta mezcla es calentada mediante una corriente de vapor de agua sobrecalentado para que alcance la temperatura de reaccin entre 500 y 540 C y una presin de 0,3 MPa, Una vez alcanzada la temperatura y presin, la mezcla reaccionantes/catalizador pasan al reactor en donde ocurre el craqueo de las molculas de mayor tamao. Los componentes ms pesados mezclados en la Zeolita de depositan en el fondo del reactor, de donde pasan a un regenerador, en el cual por combustin se eliminan los hidrocarburos para que el catalizador quede libre de impurezas y se pueda recircular y mezclar con la corriente a alimentacin. Los productos del craqueo son enviados a una torre de fraccionamiento atmosfrica en la cual se extraen los productos como gasolina y gasoil. El residuo de destilacin est formado por aceites pesados y coque, los cuales se separan y el aceite enviado a mezcla con la corriente de alimentacin y el coque a almacenamiento.

g) Condiciones de operacin del FCC

VARIABLETIPICO OPERACIONALUNIDAD

CARGA103KBD

TEMPERATURA DE HORNO730-740F

TEMPERATURA DE REACCION965-970F

CIRCULACION DEL CATALIZADOR40-45ton/d

% CONVERSION65-70%

VELOCIDAD DEL CICLON DEL REACTOR50-55ft/s

PRESION DEL RACTOR20-35Psig

INVENTARIO CATALIZADOR REACTOR-REGENERADOR270ton

P REACTOR-REGENERADOR0,5psi

TEMPERATURA DE LA FASE DILUIDA DEL REGENERADOR1350F

TEMPERATURA FASE DENSA DEL REGENERADOR1320F

% DE O2 GAS DEL REGENERADOR1.5%

VELOCIDAD DEL CICLON DEL REGENERADOR70-75ft/s

VIII. PRODUCTOS DEL CRAQUEO CATALTICO:

Los productos ms importantes del craqueo cataltico 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 continuacin se presenta una descripcin ms detallada de cada uno de ellos:

Gas Seco: stos son los gases que salen por el tope de la torre absorbedora; contienen principalmente hidrgeno, 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 remocin del H2S y opcionalmente con tratamiento castico para eliminar los mercaptanos. El rendimiento de gas seco se debe primeramente al craqueo trmico, presencia de metales en la alimentacin o un craqueo cataltico no selectivo.

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

Butano/Butileno (BB): es el producto de fondo de la despropanizadora y tiene gran uso en las mezclas de gasolina para regular la presin de vapor y contribuir a mejorar el nmero de octano; en alquilacin donde las olefinas reaccionan con el isobutano para formar el alquilato; se usa tambin en la produccin del MTBE donde reacciona con metanol para producir el aditivo oxigenado para la gasolina (metil- terbutil-ter, MTBE). En caso de que existan mercaptanos, se retiran por lavado castico. El rendimiento del PP y BB se logra aumentando la conversin a travs del aumento de la temperatura de reaccin y la temperatura de mezcla catalizador/aceite; disminuyendo el tiempo de residencia de craqueo y aadiendo 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 tambin inyectados al sistema de gas combustible de la refinera.

Gasolina: este es el producto ms valioso de la unidad de craqueo cataltico, y tiene un porcentaje del 35% de produccin total de la gasolina de una refinera. Las impurezas que puede tener la gasolina del craqueo cataltico son los mercaptanos y stos se eliminan por endulzamiento a travs de un proceso comercial conocido como Merox. Se obtienen dos tipos de gasolina: la gasolina liviana (LCC) y la gasolina pesada (HOUK).

Aceite de reciclo liviano (ARL): es un corte lateral de la fraccionadora principal, y se usa ampliamente en mezclas para la formacin 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 ms 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 relacin de reflujo de tope. La calidad de este producto se mide por el nmero de cetano, el cual es una indicacin de la calidad de ignicin del combustible.

Aceite de reciclo pesado (ARP): es uno de los cortes de la fraccionadora principal cuyo rango de ebullicin est 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 ol, esto dependiendo de la localizacin de la refinera y las disponibilidades del mercado. Los rendimientos dependen mucho del tipo de alimentacin y del nivel de conversin de la unidad.

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

Coque: este producto intermedio es necesario en las operaciones de cataltica, ya que el calor desprendido por su combustin en el regenerador compensa la prdida de calor en el tubo elevador.

IX. IMPACTO AMBIENTAL DEL PROCESO DE CRAQUEO

En particular, algunos procesos de la refinacin destacan por su grado de emisiones contaminantes, por ejemplo, el proceso de craqueo cataltico, el cual representa el corazn de la refinera, y es un proceso que produce ms del 50 por ciento de los combustibles (gasolinas) provenientes del petrleo, emite contaminantes atmosfricos que consisten generalmente de xidos de azufre (SO) y de nitrgeno (NO). Otros contaminantes detectados son el monxido de carbono (CO), el dixido de carbono (CO2), partculas slidas (PM), NH3, aldehdos y cianuros.Estos gases son emitidos a la atmsfera si no hay un control adecuado dentro de las plantas de refinacin, provocando un impacto ambiental negativo en trminos de la salud de la poblacin, los cultivos agrcolas y la degradacin de los monumentos.El alto contenido de nitrgeno (0.1 por ciento peso) provoca la formacin de xidos de nitrgeno (NO), un agente contaminante que se transforma en cido ntrico en presencia de humedad en la atmsfera, nuevamente formando lluvia cida y un efecto adicional que consiste en la destruccin de la capa protectora de ozono de la estratosfera (hoyo de ozono), debido a la accin de los radicales libres NO (monxido de nitrgeno) sobre la molcula O3 (ozono), produciendo NO2 (dixido de nitrgeno) y O2 (oxgeno), eliminando as una molcula de O3. El efecto negativo es la disminucin de la concentracin de ozono en la alta atmsfera, lo cual provoca que la radiacin ultravioleta proveniente del sol penetre sin barreras hasta las capas bajas de la atmsfera, lo cual produce daos potenciales a los tejidos biolgicos de los seres vivos, incluso a los humanos. Adems, al depositarse en los ros y lagunas, los compuestos de nitrgeno provocan el fenmeno de eutroficacin, es decir, el crecimiento excesivo de algas y lirio acutico, los cuales pueden agotar las reservas de oxgeno de los cuerpos de agua, asfixiando a la flora y la fauna.Otra emisin importante que se produce en los procesos de craqueo cataltico es la de monxido de carbono (co) este es un gas incoloro e inodoro pero muy toxico debido a su elevada afinidad por la hemoglobina de la sangre incapacitndola para transportar el oxgeno lo que puede conducir a presentar desde pequeas molestias y dolores de cabeza hasta fallos respiratorios que pueden causar la muerte.

Adems como resultado de la manipulacin de catalizadores slidos, las refineras emiten al ambiente partculas q contiene metales. En los procesos de craqueo cataltico donde se condensa vapor en presencia de gases con cantidades variables de sulfuro de hidrogeno o amoniaco, se producen las corrientes conocidas como agua acida que contaminan los mantos acuferos y daan los ecosistemas acuticos.Otro de los contaminantes emitidos por la unidad de craqueo cataltico es el coque.

El coque de petrleo es lo que queda despus de refinar el petrleo. Un slido poroso, de color negro o gris oscuro, que contiene altas cantidades de azufre y metales pesados, como el nquel y el vanadio, y que puede ser utilizado como combustible. Su nivel de impureza -y tambin su grado de toxicidad- est directamente relacionado con la naturaleza del petrleo del cual se extrae.La principal va de entrada es la inhalacin de polvo. Concentraciones excesivas de polvo de coque pueden causar molestias en ojos, conductos auditivos y nasales, as como irritacin de la piel y mucosas de membrana. Irritacin pulmonar por inhalacin. A largo plazo puede producir bronquitis crnica. Una sobreexposicin 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.

Adems de todos estos problemas, el coque que se encuentra de manera residual expuesto al aire libre puede causar contaminacin de ros y de los suelos, debido que cuando llueve los aceites contenidos en el coque son arrastrados afectando de esta manera la flora y la fauna.X. CATALIZADORES DE CRAQUEO

Desde la aplicacin comercial del craqueo cataltico se ha dirigido un esfuerzo considerable de la investigacin en este campo hacia la bsqueda de catalizadores ms activos, selectivos a los productos de inters y estables frente a las condiciones de operacin.

El primer catalizador empleado en el proceso de FCC fue una arcilla convenientemente tratada para adquirir propiedades cidas. Estos catalizadores fueron desplazados por slice - alminas sintticas a principios de la dcada de los 50 debido a su mayor actividad y selectividad. Adems, evitaban el inconveniente de los contaminantes de las arcillas naturales, especialmente de hierro.

Las altas temperaturas que se alcanzaban en la etapa de regeneracin, por la combustin del coque, forzaron la evolucin de estos catalizadores hacia altos contenidos en almina, llegando a un 25% en peso de Al2O3, los cuales posean mayor actividad y estabilidad hidrotrmica.

Los catalizadores de slice-almina presentan una estructura aleatoria tridimensional amorfa de tetraedros de slice y almina interconectados entre s. Cada tomo de aluminio trivalente con coordinacin tetradrica, unido a otros tomos de silicio o aluminio a travs de enlaces de oxgeno, presenta una carga negativa que queda compensada por la presencia de cationes. En el caso de que el catin sea el H+, aparecen grupos OH que muestran un carcter cido fuerte48, constituyendo el centro activo de estos catalizadores.

Los catalizadores de slice-almina fueron competitivos durante la dcada de los 50 y principios de los 60. Sin embargo, quedaron totalmente desplazados por las zeolitas, materiales cristalinos cuya introduccin se produjo hacia los aos 60. La utilizacin de las mismas ha supuesto la mayor revolucin en el campo del craqueo cataltico por las grandes ventajas que aportan, respecto a sus predecesores amorfos.

ZEOLITAS

Las zeolitas son aluminosilicatos, naturales o sintticos, con una estructura cristalina formada por un sistema tridimensional de tetraedros constituidos por tomos de silicio o aluminio, rodeados por cuatro tomos de oxgeno que actan como puentes entre los distintos tetraedros que conforman la red tridimensional. La unin de estos tetraedros provoca la aparicin de canales y cavidades de diferentes tamaos.

El tamao de los poros y canales de las zeolitas vara habitualmente entre

3,5 y 12 , pudiendo conformar un sistema de canales mono, bi o tridireccional. En funcin de este tamao de poro, las zeolitas se pueden clasificar en zeolitas de poro pequeo, mediano, grande o extragrande segn que el nmero de tomos de oxgeno presentes en el anillo sea de 8, 10, 12 o mayor de 12, respectivamente.

La sustitucin isomorfa de Si+4 por Al+3 origina un defecto de carga en la red que es compensado por distintos cationes, los cuales se localizan en los canales y cavidades. Estos cationes suelen pertenecer al grupo de alcalinos y alcalinotrreos, o bien puede ser un catin orgnico.

Estructura de las zeolitasLa frmula qumica por celda unidad de la zeolita puede representarse como:

Dnde:

M: catin de valencia n

x, y: nmero de tetraedros de Al y Si respectivamente.

w: nmeros de molculas de agua adsorbidas.Cuando la estructura cristalina contiene otros elementos tetradricamente coordinados, como P o incluso elementos del grupo I al V (B, Ga, Fe, Cr, Ti, V, Zn, Mn,

Co, Cu) recibe el nombre de zeotipo.

Las mltiples disposiciones posibles de los tetraedros confieren a las zeolitas una diversidad potencial enorme. Las zeolitas son ampliamente empleadas como catalizadores cidos en diversos procesos, tales como el craqueo cataltico en lecho fluidizado, hidrocraqueo, isomerizacin parafnica, alquilacin aromtica, isomerizacin de xilenos, etc. El nmero de estructuras conocidas ha aumentado considerablemente en solo 40 aos, desde unas pocas ms de 30, a finales de la dcada de los 50, a ms de 125 en el ao 2001, como resultado de un importante avance en el conocimiento terico y de aplicacin prctica de estos materiales. Sin embargo, muy pocas de estas zeolitas tienen aplicacin en procesos catalticos industriales.

Teniendo presente que al comienzo del siglo XXI, entre el 80% y 90% de los productos que se utilizan en la vida diaria han sido catalizados en algn punto durante su manufacturacin, las expectativas futuras apuntan a un continuo descubrimiento de nuevos materiales catalticos, entre los que seguro que las zeolitas juegan un papel primordial, alentado en las prximas dcadas por el contexto energtico y Medioambiental.XI. ACTIVIDAD Y SELECTIVIDAD CATALTICA. PARMETROS QUMICOS Y ESTRUCTURALESLa estructura microporosa hace que las zeolitas presenten una superficie interna extremadamente grande con relacin a su superficie externa. Esta microporosidad es abierta y la estructura permite la transferencia de materia entre el espacio intracristalino y el medio que lo rodea, adems de ser capaz de adsorber gran cantidad de molculas. Este hecho junto a la posibilidad de generar centros activos dentro de los canales ha llevado a considerar a una zeolita como un microrreactor cataltico. La molcula, dentro de este microrreactor, sigue un conjunto de etapas consecutivas: difusin a travs de los poros, adsorcin del reactante sobre el centro activo, reaccin qumica, desorcin del producto y difusin del mismo a travs de los canales. Todo este conjunto de etapas consecutivas afectar a la actividad y selectividad final del catalizador.Tal como se ha indicado anteriormente, las zeolitas tienen la capacidad de sustituir isomrficamente tomos de silicio por aluminio, lo que confiere a la estructura un defecto de carga que debe ser contrarrestado con la introduccin de cationes de compensacin. Si estos cationes son intercambiados por protones, se generan centros cidos Brnsted dando lugar a la forma cida de la zeolita. El protn se encuentra conectado al tomo de oxgeno perteneciente a los tomos de silicio y aluminio vecinos, generando un grupo hidroxilo cido.

En primera aproximacin, la funcin cida Brnsted puede ser descrita como un grupo SiOH fuertemente influenciado por un aluminio vecino tricoordinado, lo que provocara una polarizacin del enlace OH55, de una manera similar a lo que sucede en la slice - alminas amorfas. Este primer modelo fue mejorado considerando que el enlace entre el oxgeno del grupo hidroxilo y el aluminio era real. Actualmente, se considera que existe un hbrido de resonancia entre dos estructuras, tal como se muestra en la Figura:

Hbrido de resonancia de la acidez Brnsted en slice-alminaEl nmero de centros Brnsted totales depender de la concentracin de aluminio de red, ya que cada aluminio introducido necesita de un protn para compensar la carga negativa. Esto es, cuanto mayor sea la cantidad de aluminio presente en la estructura, mayor nmero de centros Brnsted poseer. Sin embargo, tan importante como el nmero de centros es la fuerza cida de los mismos. A travs de medidas por infrarrojos de la frecuencia de vibracin del grupo hidroxilo y estudios de resonancia magntica nuclear (RMN) de hidrgeno57, se constata que la fuerza cida por centro aumenta cuando disminuye la concentracin de aluminio en la segunda esfera de coordinacin del tomo de aluminio asociado. El mismo resultado ha sido obtenido por clculos tericos, corroborando de esta forma los resultados experimentales obtenidos. As, el entorno qumico de los centros cidos afecta a la fuerza de los mismos.Adems de la influencia de la concentracin de aluminio en la segunda esfera de coordinacin del centro asociado sobre su fuerza cida, existen otras variables que tambin afectan a las propiedades cidas de las zeolitas.

La presencia de especies de aluminio extra-red (EFAL) puede modificar dichas propiedades cidas. Este aluminio no estructural es capaz de generar acidez Lewis59, y en determinadas condiciones llegar a aumentar la acidez del centro cido Brnsted por un efecto de polarizacin. Este efecto inductor se ve favorecido cuando dichas especies se encuentran muy dispersas y poco polimerizadas.

Tambin, las caractersticas estructurales de cada zeolita afectan a la acidez de los centros cidos. El ngulo del enlace SiOAl y su longitud puede afectar a la fuerza cida del centro, presentando mayor fuerza aquellas zeolitas que poseen menores ngulos TOT.

Derouane introdujo el concepto de efecto de confinamiento para explicar el aumento de la reactividad de las molculas debido a las interacciones que sufren en el sistema de canales de las zeolitas. Las molculas adsorbidas tienden a optimizar sus interacciones de van der Waals con los alrededores, y la curvatura de la superficie de los muros de los canales interaccionando con el reactante amplifica dicho efecto.

A parte de este efecto de confinamiento, tambin se ha de considerar un efecto de confinamiento electrnico66 provocado por los elevados gradientes de campo presentes en el interior de los canales. Este efecto se basa, fundamentalmente, en una contraccin de los orbitales de la molcula alojada en el interior de los canales y cavidades con el cambio consecuente en los niveles energticos, lo que provoca un aumento de la energa de los orbitales frontera y por tanto una preactivacin de la molcula. Este hecho lleva a actuar a los centros cidos de la zeolita con una fuerza mayor solo por el hecho de actuar en un espacio confinado.Ms all de la importancia que presentan los anteriores parmetros, tanto qumicos como estructurales, en la actividad cataltica del centro hay que destacar las implicaciones que presentan sobre la selectividad cataltica. Como ya se ha citado, los centros activos de las zeolitas se encuentran localizados en canales y cavidades, por lo que las velocidades de difusin de reactantes y productos as como la formacin de productos intermedios, va a estar influida por el tamao relativo de las molculas respecto a los canales y cavidades.

Weisz, a ese respecto, introdujo el concepto de difusin configuracional para describir el trnsito por el interior del cristal de molculas con tamaos similares al del poro. Esta difusin depende en gran medida del tamao de poro, de la composicin qumica, de la naturaleza del reactante as como de la temperatura. Esta propiedad permite actuar a las zeolitas como verdaderos tamices moleculares discriminando las molculas que pueden acceder a su interior.

Relacionado con el tamao de los poros y cavidades intracristalinas se encuentra el concepto de selectividad de forma (shape selectivity) que fue descrito por primera vez por Weisz & Frilette4. Este tipo de selectividad est ligada al tamao y la forma de las molculas que se difunden y se generan en el interior de la zeolita.

Esta selectividad de forma puede manifestarse como:

Selectividad a reactantes: las molculas demasiado grandes no pueden difundirse por los poros hacia el interior de las zeolitas

Selectividad a productos: nicamente podrn difundirse aquellas molculas de productos formados en el interior de las cavidades que tengan dimensiones inferiores a la de los poros

Selectividad al estado de transicin: solo podrn tener lugar los mecanismos de reaccin que presenten estados de transicin permitidos en el espacio interior de las cavidades

Selectividad de trnsito molecular69: en una misma zeolita con diferentes tamaos o geometra de canales; los reactantes y productos de diferente tamao pueden difundir solo por unos canales concretos.La selectividad cataltica tambin puede ser modificada variando las propiedades de adsorcin de la zeolita. Es posible modificar la adsorcin de productos de reaccin que compiten con los reactivos por los centros activos, variando tan solo un parmetro de composicin qumica como la relacin Si/Al. Un aumento de este parmetro confiere mayor hidrofobia a la zeolita, de manera que puede adsorber preferentemente los compuestos orgnicos disueltos en agua. En el craqueo cataltico de hidrocarburos sobre zeolitas USY de diferentes relaciones Si/Al, la disminucin de la capacidad de adsorcin de la zeolita Y al ser desaluminizada (aumento de la relacin Si/Al), conduce a un aumento del craqueo monomolecular frente al bimolecular, con el consiguiente aumento de la olefinicidad de los productos y el nmero de octano de la gasolina.

Como se ha podido ver, tanto la actividad como la selectividad cataltica dependen de factores tales como la composicin qumica, estructura zeoltica, tamao y geometra de los poros, etc. La modificacin coherente de estos factores permite, dentro de los lmites del rango de acidez de estos materiales, fabricar una zeolita a medida para las necesidades que se precisen de la reaccin.XII. ZEOLITAS TPICAS PARA LA PRODUCCIN DE OLEFINA LIGERA

Como se ha indicado previamente, una alternativa para mejorar el margen de refino consistira en la produccin de olefina ligera en las unidades de FCC, con el objetivo de obtener materia prima de mayor valor aadido.

Aparte de las condiciones de operacin anteriormente resaltadas para alcanzar el objetivo marcado, se precisan de catalizadores que, debido a sus caractersticas fsico-qumicas, ayuden a incrementar la selectividad a estos productos. Dichos catalizadores suelen ser aquellos que presentan tamaos de celda unidad bajos, tal como las zeolitas de tamao de poro medio73,74.

Un catalizador de estas caractersticas y ampliamente utilizado en la industria del refino es la zeolita ZSM-5, la cual, presente en mayor proporcin en el inventario del catalizador de las unidades de FCC, se ha observado que incrementa los rendimientos a isobutano y olefinas ligeras a expensas del rendimiento a gasolina.

ZEOLITA ZSM-5

La zeolita ZSM-5 es una zeolita de poro medio sin anlogo natural que se caracteriza por su alto porcentaje en silicio (relacin Si/Al entre 15 e infinito) y cuya celda unidad tiene la siguiente frmula emprica en forma sdica:

La sntesis fue descrita por Argauer y Landolt en 1972, de la Mobil Oil Co., quienes le dieron el nombre de ZSM-5 (Zeolite Synthetic Mobil-5). Tambin se la denomina MFI (Mobil Five).

Esta zeolita pertenece a la familia pentasil79, la cual comprende un nmero infinito de estructuras intermedias80. La estructura de la ZSM-5 se obtiene a partir de unidades de ocho ciclos de cinco tetraedros T (Si, Al) O4; la asociacin de estas unidades conduce a cadenas que al combinarse producen lminas caractersticas de las zeolitas pentasil. La combinacin de estas lminas genera la estructura tridimensional de esta familia de zeolitas.

Unidades de construccin de la estructura de la zeolita ZSM-5 ZEOLITA IM-5

La zeolita IM-5 es un material poroso descubierto por Benazzi et al.87 hace pocos aos y que presenta interesantes propiedades de selectividad de forma, similares a las mostradas por las zeolitas con estructura tipo MFI y MEL. La determinacin precisa de la estructura no ha sido una tarea sencilla, tardando casi 10 aos en su resolucin definitiva, aunque durante este tiempo se han llevado a cabo determinaciones generales del sistema de canales mediante tests de reacciones catalticas. Estas determinaciones catalticas sugeran una estructura formada por canales de 10 miembros que se cruzaban entre ellos o por canales de 10 miembros con ensanchamientos en su recorrido. El dimetro medio estimado de poro era de

5,5 .La determinacin concreta de la estructura de esta zeolita se debe a Baerlocher. Dicha estructura presenta 24 tomos de silicio topolgicamente distintos, lo que le confiere una gran complejidad en la resolucin de su estructura, similar a la TNU-990. Definido como uno de los materiales zeolticos de estructura cristalina ms compleja, la IM-5 tiene una gran unidad de celda de 864 tomos presentando una pseudosimetra, lo que significa que tiene partes de la estructura del cristal similares pero no idnticas.

A travs de clculos tericos, He et al.91 han determinado que hay alrededor de

40 aluminios preferentes en cada celda unidad, en los que los protones presentan una elevada acidez relativa. Para estos autores esta es una de las razones por las que dicho catalizador es tan activo en numerosas reacciones, y, en todo caso, ms que la zeolita ZSM-5.

Estructura de la zeolita IM-5 (Unidades expresadas en )La proyeccin a lo largo de la direccin [001] es muy parecida a la encontrada en varias zeolitas que presentan altos contenidos en silicio (Ferrierita, ZSM-5, ZSM-11,

ZSM-5778). No obstante, la conexin a lo largo de esta direccin es significativamente diferente, generando un sistema de poros inusual. Se trata de un sistema bidireccional de un canal central conectado, a travs de aberturas formadas por anillos de 10 tomos de oxgeno (zeolita de poro medio) a lo largo de la direccin, a otros dos sistemas de canales bidireccionales a ambos lados del canal central. Dicha conectividad presenta una limitada tercera dimensin. Estas conexiones forman un sistema de cavidades de grosor prximo a los 25 , sin que existan otras conexiones a lo largo de la direccin. El tamao de poro efectivo est comprendido entre 4,8 y 5,5 .La abertura del sistema de canales se lleva a cabo a travs de 5 diferentes anillos de 10 tomos de oxgeno. Dichas aberturas con sus dimensiones, as como otras proyecciones de inters de la estructura de la zeolita IM-5 se muestran en la

Figura. El sistema de poros determinado est de acuerdo con los resultados sugeridos por Corma et al.88 a travs de tests catalticos.

Sistema bidireccional de canales de la IM-5 En la Figura se muestra el sistema de canales atpico presente en esta estructura zeoltica, en la que se pueden apreciar las conexiones entre los canales laterales y el central en la direccin. Esta estructura atpica de canales ofrece la posibilidad a esta zeolita de presentar un carcter de sistema de canales tridireccional, con intersecciones complejas que pueden acomodar intermedios de reaccin voluminosos, mientras mantienen el efecto de un catalizador bidireccional con restricciones difusionales en solo dos direcciones.

La zeolita IM-5 ha sido sintetizada en el Instituto de Tecnologa Qumica UPVCSIC, modificando ligeramente las condiciones de sntesis de la patente original87, obtenindose la zeolita en su forma cida. Dicha zeolita en forma cida ha mostrado una estabilidad hidrotrmica y comportamiento en reacciones de craqueo muy interesantes. A. Corma y colaboradores observaron mayores conversiones en reacciones de craqueo as como mayor estabilidad trmica e hidrotrmica frente a procesos de desaluminizacin que la ZSM-5, siendo un excelente candidato como aditivo para las unidades de craqueo cataltico de lecho fluido. La zeolita IM-5 se ha mostrado como un catalizador trmicamente estable para reacciones de craqueo de hidrocarburos y reacciones de reduccin de xidos de nitrgeno.XIII. CONCLUSIONES

EL craqueo cataltico es importante debido a que modifica los procesos usados en la refinera para convertir crudos pesados en la valiosa gasolina y productos muchos ms ligeros. Se producen naftas por excelencia, en calidad y cantidad.

El craqueo cataltico produce menor cantidad de gas residual que el Craqueo Trmico.

El craqueo cataltico produce alta calidad de propano y propileno, butilenos, isobutanos y butanos, que constituyen la materia prima para los procesos Petroqumicos.

El craqueo cataltico fluidizado (FCC) es el que se utiliza actualmente , emplea un catalizador de partculas muy finas las cuales se comportan como un fluido cuando son aireadas con hidrocarburos, vapor y aire. El hidrocraking es un proceso fundamental en la refinera dado que la alta calidad del gasoil que produce, mejora sustancialmente el pool de productos. Las unidades de craqueo cataltico emiten contaminantes atmosfricos que consisten generalmente de xidos de azufre (SO) y de nitrgeno (NO). Otros contaminantes detectados son el monxido de carbono (CO), el dixido de carbono (CO2), partculas slidas (PM), NH3, aldehdos y cianuros.XIV. BIBLIOGRAFIA

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