UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE MONAGAS

ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO

ÁREAS DE GRADO DE CRUDOS PESADOS

PROCESAMIENTO Y COMERCIALIZACIÓN DE CRUDOS PESADOS

Profesor: Realizado por:

Ing. Tomas Marín Andrades Daniel, 19602180

Coa Rodolfo, 15903177

Ferretti Yvette, 18462954

Maturín, Febrero 2012

CRAQUEO CATALÍTICO

Después de la destilación se utilizan otros procesos de refino para alterar las

estructuras moleculares de las fracciones con el fin de crear más productos de valor. Uno de

estos procesos, el conocido como craqueo, descompone (rompe) fracciones de petróleo

pesadas, de alto punto de ebullición, y los convierte en productos más valiosos:

hidrocarburos gaseosos, materiales para mezclas de gasolina, gasóleo y fuel. Durante el

proceso, algunas de las moléculas se combinan (polimerizan) para formar moléculas

mayores. Los tipos básicos de craqueo son el craqueo térmico, el craqueo Catalítico y el

hidrocraqueo

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. Los

catalizadores utilizados en las unidades de craqueo de las refinerías son normalmente

materiales sólidos (zeolita, hidrosilicato de aluminio, arcilla bentonítica tratada, tierra de

batán, bauxita y alúmina-sílice) en forma de polvos, cuentas, gránulos o materiales

perfilados denominados pastillas extruidas. En todo proceso de craqueo catalítico hay tres

funciones básicas:

Reacción: la carga reacciona con el catalizador y se descompone en diferentes

hidrocarburos.

Regeneración: el catalizador se reactiva quemando el coque.

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

TIPOS DE CRAQUEO CATALÍTICO

Los procesos de craqueo catalítico son muy flexibles, por lo que los parámetros de

operación se ajustan según la demanda de productos. Los tres tipos básicos de procesos de

craqueo catalítico son los siguientes:

• Craqueo catalítico de líquidos (CCL);

• Craqueo catalítico de lecho móvil,

• Craqueo catalítico termofor (CCT).

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. El craqueo continúa hasta que los vapores

de petróleo 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 depósitos de coque. Se añade catalizador fresco y se extrae

catalizador agotado para optimizar el proceso de craqueo.

CRAQUEO CATALÍTICO DE 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.

CRAQUEO CATALÍTICO TERMOFOR

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.

PARÁMETROS OPERACIONALES Y FINALIDAD DEL CRAQUEO

CATALÍTICO

La unidad de craqueo catalítico convierte las fracciones de petróleo de alta peso

molecular proveniente de la separación, en componentes que se convierten en productos

terminados.

El proceso de craqueo catalítico posee tolerancia para una amplia variedad de

cargas. Una carga común es una fracción con una temperatura nominal de 340°C a 540°C

(650°F a 1000°F), provenientes de la torre de destilación al vacío. La carga FCC se

precalienta e inyecta en una corriente de catalizador fluido móvil proveniente del

regenerador en la entrada del reactor.

La temperatura de la corriente del catalizador es de aproximadamente 700°C

(1300°F) y la reacciones de craqueo se producen con rapidez.

La temperatura en la parte superior de la salida del reactor se encuentra

habitualmente entre 480°C y 550°C (900°F y 1000°F). Los operadores controlan esta

temperaturas cuidadosamente, ya que posee un efecto importante sobre la distribución de

los productos, la temperaturas más bajas favorecen la producción de destilado, mientras

que las temperaturas más elevadas favorecen la gasolina y las oleofinas livianas.

Después de la separación, el catalizador desactivado pasa a el recipiente del

catalizador donde los depósitos de carbono son quemados totalmente en un proceso

controlado de combustión fluidizada utilizando aire o aire enriquecido con oxigeno. El

catalizador regenerado pasa del regenerador al reactor para iniciar el proceso nuevamente.

La temperatura en los regeneradores de craqueo puede aproximarse a 730°C

(1350°F), y las paredes de los recipientes deben revertirse con material refractario para

proteger la carcasa de acero. Los diámetros grandes de los recipientes mantienen las

velocidades del gas a valores suficientemente bajos como para minimizar el arrastre de las

partículas finas del catalizador en el gas de combustión. La energía presente en el gas de

combustión del regenerador es demasiado valiosa para ser liberada a la atmosfera. Se utiliza

habitualmente para regenerar vapor en una caldera de monóxido de carbono.

Las unidades de craqueo catalítico poseen balance térmico, la combustión del

carbono en el catalizador usado provee la energía requerida para precalentar la carga y

proporcionar la reacción endotérmica. Habitualmente se requiere aproximadamente un 70%

de la energía proveniente de la combustión para el precalentamiento de la carga y la

reacción. El otro 30% es consumido por las pérdidas de calor, el precalentamiento del aire

que va al regenerador y la generación de vapor. Una unidad de craqueo catalítico grande

puede contener 545 toneladas de catalizador circulando a velocidades másicas de algunas

toneladas por segundo. El ajuste de los balances simultáneos de masa y energía es la clave

del éxito de la operación.

Si bien el proceso de craqueo catalítico ha experimentado una serie de mejoras en

los últimos 75 años, ninguna produjo un mayor efecto que las mejoras del catalizador en si.

La propiedad clave de cualquier catalizador de craqueo es la presencia de un sitio acido

activo sobre una superficie sólida. Los primeros catalizadores FCC eran de material de

sílice- alúminas sintético. Estos catalizadores poseían una distribución aleatoria de sus

poros y los diámetros de los mismos eran mucho más grandes que los tamaños moleculares.

El descubrimiento decisivo en catálisis de craqueo tuvo lugar en la década de 1960

con la introducción de las zeolitas a la base de los catalizadores de sílice- alúminas. Las

zeolitas permitieron la preparación de catalizadores con una estructura tridimensional

controlada con poros de tamaño molecular. El control del tamaño del poro permite excluir

los compuestos aromáticos de alto peso molecular, reduciendo de este modo las reacciones

al carbono indeseable. Estas mejoras incrementaron en forma pronunciada la actividad de

los catalizadores y mejoraron la selectividad de los productos deseables.

PROCESO DEL CRAQUEO CATALÍTICO

Entra una carga combinada proveniente de la destilación atmosférica a una

temperatura de 350°F-450°F a un reactor que opera a una temperatura entre 900°F-980°F

en este equipo se encuentra un catalizador (zeolita) el cual es selectivo, es decir, la

reacciones se dan por el lado central o extremo de la cadena, la zeolita es un compuestos de

sílice y alúmina, cuando se somete a presión es capaz de comportarse como un fluido

(catalizador tipo fluidizado), el tamaño de sus partículas oscila entre 65-80 micrones, este

catalizador hace que la velocidad de la reacción se dé en un tiempo de 2 a 4 segundos en

una relación 4:1 o 9:1, alimentación/catalizador, luego que la reacción se da en el reactor

esta carga entra en una columna de fraccionamiento, por la parte inferior de la columna

salen los compuestos mas pesados, parte de este se comercializa ( alquitrán aromático) y

otra parte va al residual de vacío, por la parte del medio de la columna salen los aceites

lodosos los cuales son usados como aceites ciclo ligeros para hidrocraqueo y como aceite

decantado para el fulloil, parte de este aceite lodoso no se utiliza y es enviado al residual de

vacío ( coquización), más arriba de la columna sale la nafta pesada que alimenta al proceso

de reformado catalítico por la parte superior salen los gases los cuales pasan a un

compresor donde se comprimirán luego pasan a una concentración de gas de allí una

corriente va para la fase del fraccionamiento y secado de oleofinas y de allí se obtendrán las

oleofinas que alimentan al proceso de alquilación. Luego otra corriente que contiene nafta

se dirige al separador de nafta donde por la parte superior sale la nafta liviana ya lista para

la formulación de gasolina, por la parte inferior sale nafta liviana.

A medida que va ocurriendo este proceso por la parte derecha del diagrama, en la

parte izquierda está ocurriendo la regeneración del catalizador mediante la separación del

mismo, luego de ser utilizado es enviando al regenerador una vez allí es mezclado con

aire, y el coque depositado durante el proceso de reacción es eliminado con fuego. El

catalizador generado se una a la alimentación de entrada antes de entrar al reactor. Como

resultado de la combustión en el regenerador el gas de combustión que sale por su parte

superior es una mezcla de CO y CO2 luego este gas pasa por un recuperador de potencia y

un enfriador para salir a la atmosfera.

VARIABLES DEL PROCESO

El proceso de craqueo catalítico es un sistema de equilibrios. Para que la unidad

pueda ser operada en forma continua, deben mantenerse tres balances:

Balance de carbón Balance de calor Balance de presión

La gran complejidad de la operación de estas unidades se debe fundamentalmente a

la estrecha interdependencia que posen las variables del proceso, esta interdependencia

hace casi imposible en términos prácticos 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 operación se dividen en independientes y

dependientes

VARIABLES OPERATIVAS INDEPENDIENTES

T° RX

T° precalentamiento de carga

Relación de reciclo

Actividad de catalizador

Modo de combustión

Calidad de la carga

Velocidad espacial

VARIABLES OPERATIVAS DEPENDIENTES

T° RG

Velocidad de circulación

Conversión

Requerimiento de aire

C /O

Descripción de las variables:

Temperatura de reacción: 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.

Relación 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 combustión: mide el grado de conversión de monóxido de carbono a

dióxido 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, serán 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 circulación: se define como el caudal de catalizador que circula vs. el

área media del reactor.

Conversión: es el porcentaje de volumen de carga fresca que se convierte en nafta

(de punto seco predeterminado) y productos más livianos.

Requerimiento de aire: es la cantidad de aire requerida para realizar la combustión

del carbón depositado sobre el catalizador.

Relación catalizador /carga: es la relación entre el régimen de circulación del

catalizador (ton/h) y el de la carga combinada ( fresca + reciclo ) expresada también

en ton/ h.

DESCRIPCIÓN DE LOS BALANCES

BALANCE DE CALOR 

El balance de calor liga las variables independientes con las dependientes.

El balance de carbón está íntimamente vinculado con el de calor ya que es el que

aporta el combustible que mantiene el balance de calor. La única fuente de calor de la

unidad es la combustión del coque absorbido sobre el catalizador agotado.

Conceptualmente el calor generado por el quemado de coque deberá proveer el calor

necesario para los siguientes requerimientos:

Elevar la temperatura de la carga y productos hasta la temperatura del RX.

Satisfacer la endotermicidad de las reacciones de craqueo.

Compensar las pérdidas del convertidor.

Elevar la temperatura del aire de combustión y transporte hasta la temperatura de

los efluentes del regenerador.

Producir la desorción de coque del catalizador agotado.

El calor perdido por radiación de las paredes del equipo.

BALANCE DE CARBÓN 

El balance de carbón relaciona todas las fuentes de generación de carbón de la

unidad y esta íntimamente vinculado con el balance de calor. El carbón formado en el

proceso responde a la siguiente ecuación:

Ccat= coque producido por las reacciones de craking

Ccarga= coque residual debido a la naturaleza de la carga

Ccirculacion= coque de circulación función del régimen de circulación

Ccontaminante= coque producido por la presencia de contaminantes en la carga

BALANCE DE PRESIÓN

El balance de presiones gobierna la circulación del catalizador, Y permite la

operación de la unidad.

Además se debe controlar estrictamente por la seguridad de la operación, ya que si

se produce una inversión de flujo el equipo puede explotar por ingreso de aire y catalizador

Calientes al reactor.

El equilibrio significa mantener un diferencial de presión positivo en el RG que

permita transportar el catalizador hasta el RX. Venciendo la presión de RX.

La presión en el RG generada por la descarga de los gases producidos en la

combustión, se controla a través de un controlador diferencial de presión.

La presión en el RX se controla en el acumulador de cabeza de la torre

fraccionadora.

REACCIONES QUÍMICAS.

Las reacciones de craqueo catalico se producen con rapidez. La cinética de la rotura

de los enlaces carbono-carbono es compleja y puede incluir trayectos múltiples y diversas

reacciones secundarias. Como resultado de las diversas reacciones el catalizador que sale

del reactor es desactivado a partir de la depositación de carbono.

Si bien las reacciones secundaria pueden controlarse en cierta medida por el

enfriamiento rápido que se produce en el tope del reactor

Oleofinas: Parafinas (Craqueo) Parafinas + Oleofinas

Oleofinas (Craqueo) LGP + Oleofinas

(Ciclizacion) Naftenos

(Isomerización) Oleofinas Ramificadas (Transferencia Hidrogeno) Parafina

Ramificada (Transferencia de Hidrogeno, o Condensación o Deshidratación) Parafinas

Naftenos: (Craqueo) Oleofinas

Aromáticos: (Craqueo) Aromaticos +Oleofinas + Alquilo Aromaticos + Ciclo Oleofina

(Denhidrogenacion) Poliaromaticos (Alquilacion) Coque

Las olefinas reaccionan en forma de craqueo y forman gases, pueden sufrir

ciclizacion y formar asfaltenos, pueden sufrir Isomerización y formar oleofinas ramificadas

y estas les ocurre una transferencia de hidrogeno para convertirse en unas parafinas

ramificadas. Las oleofinas pueden sufrir una transferencia de hidrogeno, condensación o

una deshidratación y convertirse en parafinas.

Las parafinas se craquean porque no necesitan calor que salgan de ella para

convertirse en otras parafinas y oleofinas. Cuando hablamos de ciclizacion es que estamos

cerrando ciclos o formando ciclos

SALUD Y SEGURIDAD

Deben realizarse tomas de muestras y verificaciones periódicas de la carga y de las

corrientes de producto y de reciclaje para asegurarse de que el proceso de craqueo funciona

como estaba previsto y de que no han entrado contaminantes en la corriente de proceso. Si

hay sustancias corrosivas o depósitos en la carga, pueden ensuciar los compresores de gas.

Cuando se procesa crudo sulfuroso, es de prever que se produzca corrosión a

temperaturas inferiores a 482 °C. La corrosión se produce donde hay fases líquidas y de

vapor, y en las zonas sometidas a refrigeración local, como por ejemplo, toberas y soportes

de plataformas. Cuando se procesan cargas con alto contenido de nitrógeno, la exposición a

amoníaco y cianuro somete el equipo de acero al carbono del sistema superior de CCL a

corrosión, agrietamiento o vesiculación por hidrógeno, efectos que se reducen al mínimo

mediante lavado con agua o el empleo de inhibidores de la corrosión. Se utiliza lavado con

agua para proteger los condensadores superiores de la columna principal sujetos a

contaminación por bisulfuro amónico.

Deberá inspeccionarse el equipo crítico: bombas, compresores, hornos e

intercambiadores de calor. Entre las inspecciones deberá incluirse la comprobación de

fugas por erosión u otras anomalías de funcionamiento: acumulación de catalizador en los

expansores, coquización de las tuberías superiores de alimentación por residuos de la carga

y otras condiciones de funcionamiento inusuales.

La presencia de hidrocarburos líquidos en el catalizador o su entrada en la corriente

de aire de combustión calentado provocan reacciones exotérmicas. En algunos procesos

deben adoptarse precauciones para asegurarse de que no hay concentraciones explosivas de

catalizador en polvo durante la recarga o eliminación. Al descargar catalizador coquizado,

existe riesgo de incendio por sulfuro de hierro. El sulfuro de hierro se inflama

espontáneamente al ser expuesto al aire, por lo que es necesario humedecerlo con agua para

evitar que se convierta en una fuente de ignición de vapores. El catalizador coquizado se

enfría hasta una temperatura inferior a 49 °C antes de descargarlo del reactor, o bien se

vacía en recipientes purgados con nitrógeno inerte y después se enfría antes de someterlo a

ulterior manipulación.

Al tomar muestras durante el proceso, así como en caso de fugas o emanaciones,

existe riesgo de exposición a líquidos o vapores de hidrocarburos extremadamente

calientes. Igualmente, durante un escape de producto o vapor hay exposición a HPA

cancerígenos, nafta aromática que contenga benceno, gas ácido (gas combustible derivado

de procesos como craqueo catalítico e hidrotratamiento, que contiene ácido sulfhídrico y

dióxido de carbono), ácido sulfhídrico y/o monóxido de carbono. Es posible también que en

procesos de craqueo en los que se utilizan catalizadores de níquel, se produzca, de forma

inadvertida, níquel carbonilo, compuesto altamente tóxico, con el consiguiente riesgo de

exposiciones peligrosas.

La regeneración del catalizador implica absorción por vapor y descoquización,

con el consiguiente riesgo de exposición a corrientes de residuos líquidos con cantidades

variables de agua amarga, hidrocarburo, fenol, amoníaco, ácido sulfhídrico, mercaptano y

otros materiales, dependiendo de las cargas, crudos y procesos. Al manipular catalizador

agotado o recargar Al manipular catalizador agotado o recargar catalizador, y en caso de

fugas o emanaciones, es preciso adoptar prácticas de trabajo seguras y utilizar equipos de

protección personal adecuados.

HIDOCRAQUEO.

El hidrocraqueo es un proceso en dos fases que combina el craqueo catalítico y la

hidrogenación, y por medio del cual las fracciones de destilado se descomponen en

presencia de hidrógeno y catalizadores especiales dando lugar a productos de más valor. En

comparación con el craqueo catalítico, el hidrocraqueo tiene la ventaja de que se procesan

cargas con alto contenido de azufre sin desulfuración previa. En el proceso, la carga de

productos aromáticos pesados se convierte en productos más ligeros, a muy altas presiones

y temperaturas bastante elevadas. Cuando la carga tiene un alto contenido parafínicos, el

hidrógeno impide la formación de HAP, reduce la formación de alquitrán y previene la

acumulación de coque en el catalizador. El hidrocraqueo produce cantidades relativamente

grandes de isobutano para cargas de alquilación, así como isomerización para control del

punto de goteo y del punto de humo, dos características importantes en el combustible de

alta calidad para aviones de reacción.

PROCESO DE HIDROCRAQUEO.

UNIDAD DE HIDROCRAQUEO DE UNA ETAPA: El proceso de una etapa

puede ser utilizado para producir gasolina, pero se utiliza más frecuentemente para producir

destilados medios de los gasóleos pesados de vacío. La unidad de Hidrocraqueo procesa gas

oil liviano de vacío y gas oil pesado de topping produciendo gas residual, propano

comercial, butano comercial, nafta, aercombustible JP1 y gas oil comercial.

Es un proceso fundamental en la refinería dado que la alta calidad del gas oil que

produce, mejora sustancialmente el pool de productos. La carga es calentada y pasa al

sistema de reacción que consta de dos reactores en paralelo. En ellos la carga se pone en

contacto junto con el hidrogeno con un catalizador especifico. En los reactores se obtiene

una completa remoción de compuestos de azufre, nitrógeno, oxigenados, olefinas y

aromáticos policlicos, a la vez se produce la ruptura de cadenas de alto peso molecular a

hidrocarburos de bajo rango de destilación ( naftas, jet fuel y gas oil ). El producto obtenido

es enviado a un separador gas-liquido donde se libera el hidrógeno que no reacciono. Los

productos de reacción son enviados a una torre fraccionadora donde son separados. Utiliza

una técnica de extinción de reciclaje para maximizar el rendimiento del producto deseado.

UNIDAD DE HIDROCRAQUEO DE DOS ETAPAS: El proceso de dos etapas

fue desarrollado principalmente para producir rendimientos altos de la gasolina de

destilación de los gasóleos y la primera etapa en realidad puede ser una etapa de

purificación para eliminar el azufre que contiene (y que contienen nitrógeno) de materiales

orgánicos. En la primera fase, la carga se mezcla con hidrógeno reciclado, se calienta y se

envía al reactor primario, donde gran parte de ella se convierte en destilados intermedios.

Los compuestos de azufre y nitrógeno se convierten en ácido sulfhídrico y amoníaco en el

reactor de la fase primaria por medio de un catalizador. El residuo se calienta y se envía a

un separador de alta presión, donde se extraen y reciclan los gases ricos en hidrógeno. Los

restantes hidrocarburos se rectifican o purifican para extraer el ácido sulfhídrico, el

amoníaco y los gases ligeros, que se recogen en un acumulador, donde la gasolina se separa

del gas ácido. Los hidrocarburos líquidos rectificados procedentes del reactor primario se

mezclan con hidrógeno y se envían al reactor de la segunda fase, donde se descomponen en

gasolina de alta calidad, combustible para aviones de reacción y materiales de destilación

para mezclas. Tales productos pasan por una serie de separadores de alta y baja presión

para extraer de ellos los gases, los cuales se reciclan. Los hidrocarburos líquidos se

estabilizan, dividen y rectifican, y las naftas ligeras producidas en la unidad de

hidrocraqueo se utilizan para mezclas de gasolina mientras que las naftas pesadas se

reciclan o se envían a una unidad de reforma catalítica. Utilizan una técnica de extinción de

reciclaje para maximizar el rendimiento del producto deseado.

CARACTERÍSTICAS DE LA CARGA

La carga a la Unidad de Hidrocraqueo tiene las siguientes características:

Punto Máximo: Inferior a 510 º C

Azufre: Inferior a 3 %

Nitrógeno: Inferior a 1000 ppm

Asfaltenos: Inferior a 500 ppm

Metales Totales: Inferior a 2 ppm

REACCIONES DE HIDROCRAQUEO

RCH2CH2+Hidrogeno (Catalizador) RCH3+R´CH3

Reacciones de hidrogenación

RCH2

+ Hidrogeno (Catalizador) + CH3R

Reacciones de Apertura de ciclo.

+ Hidrogeno (Catalizador) C6H4

LAS REACCIONES EN LA UNIDAD DE HIDROCRAQUEO TIENEN POR

OBJETO:

Hidrodesulfuración

Hidrodenitrificación

Remoción de oxigeno

Remoción de metales

Remoción de haluros

Hidrocraqueo

Saturación de Aromáticos

VARIABLES DE PROCESOS HIDROCRAQUEO

Las principales variables de proceso son:

a. Catalizador

b. Temperatura

c. Velocidad Espacial

d. Presión parcial de Hidrógeno

e. Relación hidrógeno/ hidrocarburo

a. Catalizador: Un catalizador es una sustancia (compuesto o elemento) capaz de

acelerar (catalizador positivo) o retardar (catalizador negativo o inhibidor) una

reacción química, permaneciendo éste mismo inalterado (no se consume durante la

reacción).

a.1 Mecanismo Bi Funcional del Catalizador de Hidrocraqueo:

 Función Metálica (Níquel - Wolframio): Se producen olefinas o ciclo olefinas.

 Función Ácido (Alúmina): Estas olefinas se transforman en iones carbonio que

son compuestos con carga eléctrica positiva. El ion cambia su estructura

distribuyendose de distinta manera en el espacio (isomerización ). Luego se craquea

a pequeños iones y olefina. Los iones se convierten a olefina desprendiendose de la

carga eléctrica que habían adquirido.

Función Metálica: Satura las olefinas generando parafinas e isoparafinas.

a.2 Tipo de Catalizadores utilizados en Hidroprocesos: A continuación se describen

los catalizadores más comunes utilizados en Hidroprocesos y sus caracteristicas:

Cobalto Molibdeno: Buena remoción de Azufre, pobre remoción de Nitrógeno

Níquel Molibdeno: Buena remoción de Nitrógeno, pobre remoción de Azufre.

Níquel - Wolframio: Buena remoción de Azufre, nitrógeno y favorecen el

hidrocraqueo.

b. Temperatura: es la más importante de las variables operativas y la que produce el

efecto más inmediato sobre la reacción. La temperatura de operación óptima es a los

400 °C, para el efecto de hidrocraqueo.

c. Velocidad Espacial (LHSV): Es la medida de la cantidad de carga que se procesa

por volumen de catalizador en un periodo de tiempo determinado.

Más velocidad espacial, menor calidad de producto debido a que el tiempo no va a

ser el necesario para que ocurra la reacción. Para igual calidad de producto con

mayor velocidad espacial, debemos compensar con mayor temperatura.

d. Presión Parcial de Hidrógeno: Se define como la presión parcial de hidrógeno

sobre los reactantes. La presión parcial de hidrógeno se obtiene a través de la

siguiente ecuación:

Presión Parcial de H2: Presión Sistema x Pureza de H2 del reciclo.

A menor presión, se requiere mayor temperatura para lograr la misma calidad de

productos.

e. Relación hidrógeno / hidrocarburo: La relación hidrógeno / hidrocarburo es la

que mantiene el contacto físico entre el hidrógeno catalizador e hidrocarburos. De

esta manera el hidrógeno estará disponible en todo momento en los sitios donde las

reacciones químicas tienen lugar. Relación Hidrógeno Hidrocarburo debe ser

superior a 1350 Nm3 H2 / m3 carga.

CRITERIOS DE DISEÑO

Las variables operacionales.

La severidad del hidrotratamiento depende del tipo de carga y las especificaciones del

producto (contenido de azufre, asfaltenos, hidrógeno y metales).

Depende de la selección del catalizador.

De los diseños de trabajo a altas o bajas presiones.

La economía del proceso depende del consumo y la disponibilidad de hidrógeno.

Es importante contar con un sistema de seguridad, porque la unidad de hidrocraqueo

trabaja a presiones y temperaturas muy elevadas, haciendo necesario el control de

fugas de hidrocarburos y de emanaciones de hidrógeno para evitar incendios.

DIFERENCIAS ENTRE HIDROCRAQUEO Y CRAQUEO CATALÍTICO

Craqueo catalítico Hidrocraqueo

Se produce coque Se produce poco coque y es despreciable

Craqueo catalítico Hidrocraqueo

No utiliza hidrógeno Es muy costoso por la utilización de H2

Puede procesar desde naftas a gasóleos de

vacío.

Procesa carga pesada, gasóleo atmosférico y

de vacío.

Utiliza catalizador con función acida Utiliza catalizador bifuncional (función

ácida e hidrogenante)

El catalizador se regenera. El catalizador no se regenera.

Proceso endotérmico. Proceso exotérmico.

Producción de oleofinas y parafinas. Producción de parafinas.

Reactores fluidizados. Reactores de lecho fijo

SALUD Y SEGURIDAD

La inspección y verificación de los dispositivos de seguridad son importantes

debido a las muy altas presiones que se producen en este proceso. Es necesario un control

adecuado del mismo como protección contra el taponamiento de los lechos del reactor.

Debido a las temperaturas de la operación y a la presencia de hidrógeno, hay que reducir

estrictamente al mínimo el contenido de ácido sulfhídrico de la carga para reducir el riesgo

de que se produzca una corrosión intensa. También deberá tenerse en cuenta la posibilidad

de corrosión por dióxido de carbono húmedo en las zonas de condensación. Cuando se

procesan cargas con alto contenido de nitrógeno, el amoníaco y el ácido sulfhídrico forman

bisulfuro amónico, que provoca fuerte corrosión a temperaturas inferiores al punto de rocío

del agua. El bisulfuro amónico también se encuentra en la eliminación del agua amarga.

Como la unidad de hidrocraqueo trabaja a presiones y temperaturas muy elevadas, es

importante el control de fugas de hidrocarburos y de emanaciones de hidrógeno para evitar

incendios.

Al tratarse de un proceso cerrado, en condiciones de trabajo normales las

exposiciones son mínimas. Existe riesgo de exposición a nafta alifática que contenga

benceno, HAP cancerígenos, emisiones de gases y vapores de hidrocarburos, gas rico en

hidrógeno y ácido sulfhídrico, como consecuencia de fugas a alta presión. Durante la

regeneración y el cambio de catalizador se desprenden grandes cantidades de monóxido de

carbono. La absorción y regeneración de catalizador con vapor crea corrientes de residuos

que contienen agua amarga y amoníaco.

Al manipular catalizador agotado deben utilizarse métodos de trabajo seguros y

equipos de protección personal adecuados. En algunos procesos, se requiere actuar con

precaución para que no se formen concentraciones explosivas de polvo catalítico durante la

recarga. La descarga de catalizador coquizado requiere precauciones especiales para evitar

incendios inducidos por sulfuro de hierro. El catalizador coquizado debe enfriarse hasta una

temperatura inferior a 49 °C antes de su descarga, o colocarse en recipientes inertizados con

nitrógeno hasta que se le enfríe.