Dangela Barroso 27.046.956 CRAQUEO CATALÍTICO CON HIDRÓGENO El craqueo catalítico con hidrogeno es un proceso muy exotérmico ya que buscar romper enlaces de diversos compuestos y normalmente es usado después de pasar por procesos como destilación al vacio y coquización retardada, para poder aprovechar los productos pesados de bajo valor y obtener productos más ligeros y de alto valor económico. En una refinería moderna el craqueo catalítico y el craqueo con hidrogeno trabajan conjuntamente. El craqueo catalítico toma como alimento los gasóleos atmosféricos y de vacío, más fácilmente craqueables, mientras que el craqueo con hidrogeno utiliza como alimento los aceites cíclicos y los destilados de coque. Aunque en el craqueo con hidrogeno ocurren cientos de reacciones químicas simultaneas, en general el mecanismo del proceso consiste en el craqueo catalítico con una hidrogenación superpuesta debido a que son complementarios, se craquean olefinas para su hidrogenación, mientras que la hidrogenación a su vez proporciona calor para el craqueo. En una reacción típica de craqueo con hidrogeno se da una saturación parcial, luego una separación y abertura de anillos y finalmente el craqueo de la cadena lateral e isomerización. Estas reacciones se llevan a cabo normalmente a unas temperaturas medias del catalizador entre 550- 750ºF y a presiones en el reactor entre 1200-2000 psig. Los procesos de craqueo catalítico con hidrogeno se dividen en procesos de lecho fijo como el GOFining y en procesos de lecho móvil como H-Oil. Hay una serie de procesos de craqueo catalítico con hidrogeno como: Isomax, Unicracking, GOFining, Ultracracking, Shell y Unibon. Con la excepción de los procesos H-Oíl y LC-Fining, todos los procesos de hidrocraqueo e hidroprocesamiento en uso hoy en día son procesos catalíticos de lecho fijo con líquido de flujo descendente. El proceso de hidrocraqueo puede requerir una o dos etapas, dependiendo del proceso y del material de alimentación utilizado y los flujos de proceso de la mayoría de los procesos de lecho fijo son similares. Dangela Barroso 27.046.956 Los catalizadores de hidrocraqueo se seleccionan según el proceso, material de alimentación y productos deseados. Casi todos los catalizadores de hidrocraqueo utilizan sílice-alúmina como base de craqueo, pero los metales de tierras raras varían según el fabricante. Los más comunes son: platino, paladio, tungsteno y níquel. Para algunos tipos de catalizadores de hidrocraqueo, la presencia de H₂S en bajas concentraciones actúa como un catalizador para inhibir la saturación de anillos aromáticos. Este es un efecto beneficioso cuando se maximiza la producción de gasolina ya que conserva hidrógeno y produce un producto de mayor octanaje. Las variables primarias del proceso son la temperatura, presión de reacción, velocidad espacial, consumo de hidrogeno, contenido de nitrógeno en el alimento, contenido en sulfuro de hidrogeno de los gases y compuestos aromáticos polinucleares pesados (HPNA). Los rendimientos obtenidos son funciones del tipo de petróleo crudo, operaciones de procesamiento anteriores, el tipo y actividad del catalizador utilizado y las condiciones de operación, estos pueden estimarse por medio de ciertas correlaciones y graficas. La operación de hidrocraqueo para conversión completa es muy costosa, en términos de costo de capital original y costo operativo directo debido a las altas presiones a las que operan las unidades (1800–2500 psig). Como resultado, las unidades diseñadas para operar a presiones más bajas se están utilizando para obtener algunos de los beneficios del hidrocraqueo a costos más bajos. Estas unidades se denominan unidades de hidrocraqueo suave (SHC o MHC) las cuales funcionan a presiones en el rango de 800–1200 psig. Algunas de las ventajas del craqueo catalítico con hidrogeno son: Degradación de productos pesados, aromáticos, aceites cíclicos y aceites de coque hasta gasolinas, combustible para reactores y fuelóleos ligeros. Mejora el rendimiento y balance en la producción de gasolina y destilados. Mejoramiento de la calidad y sensibilidad del número de octano de la gasolina. Producción de cantidades altas de isobutanos en la fracción de butanos. Dangela Barroso 27.046.956 EXTRA Configuraciones de Flujo en el Hidrocraqueo Se pueden encontrar muchas formas distintas para designar las posibles configuraciones de flujo, pero en general se pueden agrupar en dos categorías: una sola etapa y dos etapas. Una etapa o paso: Es la configuración más sencilla y barata, consiste en mezclar la alimentación con el hidrogeno antes de llegar al reactor y posteriormente enviar el efluente a la sección de fraccionamiento. Dentro de este tipo, la configuración más usada es la de un paso con reciclo. Dos etapas o pasos: Son utilizados habitualmente, aquí el hidrotratamiento y parte del craqueo tienen lugar en la primera etapa donde se separa y fracciona la alimentación, el efluente no convertido se lleva a la segunda etapa y la parte que no se convierte allí, regresa al fraccionador común. Una variación del proceso es separar el hidrotratamiento del hidrocraqueo, donde cada etapa tiene un circuito de hidrogeno independiente. Hidrocraqueo Vs. Hidrocraqueo Suave A pesar de que el naciente campo del Hidrocraqueo Suave (SHC) y el ya establecido Hidrocraqueo convencional (HC) poseen numerosas similitudes y puntos en común, hay diferencias considerables entre ambos. En el HC se emplean presiones muy altas entre los 100-250 bar, mientras que el proceso de SHC requiere presiones mucho más bajas así como un consumo de hidrogeno mucho menor. La presión que se emplea para distinguir las diferentes unidades es la presión de trabajo en el separador de alta presión, que es el equipo donde se produce la primera separación de líquido y vapor de la corriente de salida del reactor. Los hidrocraqueadores se clasifican según la presión de trabajo como: < 100𝑘𝑔/cm2 (g) Se considera hidrocraqueador suave. Entre 100 − 120kg/cm2 (g) Hidrocraqueador de baja presión. Entre 120 − 140kg/cm2 (g) Hidrocraqueador de media presión. > 140𝑘𝑔/cm2 (g) Se considera hidrocraqueador de alta presión. Dangela Barroso 27.046.956 Tabla comparativa HC vs. SHC Hidrocraqueo Hidrocraqueo Suave Temp. de Operación (ºC) 350-450 320-450 Presión (bar) 100-250 50-100 𝐿𝑆𝐻𝑉 (ℎ−1 ) 1.0-1.7 0.5-1.5 𝐻2/𝑂𝑖𝑙 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜 (𝑁 𝑚3 /𝑚3 ) 1000-2000 300-700 Alimentación VGO, SRGO, otros. VGO Tipo de reactor Lecho fijo, lecho en ebullición Lecho fijo, lecho en ebullición Más baja – No hay inversión Inversion Inicial Muy alta adicional si se cuenta con unidad de desulfuración o hidrotratamiento Conversion (wt%) 60-100 25-50 Coste Operacional Alto Bajo Mejor calidad debido a altas Levemente menor calidad por presiones de operación la menor presión empleada Alta acidez Menor acidez Calidad de Productos Tipo de catalizador En referencia a los costes, el coste de la unidad de SHC es menor. Las inversiones requeridas en la unidad de HC es muy elevada debido a la complejidad de la unidad, en cambio los procesos de SHC utilizan usualmente antiguas unidades de hidrotratamiento adaptadas al proceso, lo que supone un coste mucho menor. Análogamente, los costes de operación de HC son también muy superiores debido a las exigentes condiciones a las que opera. La calidad de los productos obtenidos en HC justifica sus altos costos ya que se obtienen productos de alta calidad, por el contrario, la disminución de presión de funcionamiento en la unidad SHC impide lograr estas altas calidades. La composición del catalizador también es diferente ya que los procesos suaves emplean menos catalizador acido que en las unidades de alta presión, debido a su limitación de conversión.
