Instituto Politécnico Nacional.

Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas.

H-Oíl (Craqueo catalítico con hidrogeno).

ElaboradoPavón García Antonio.Navarrete Cruz David Antonio.

Introducción.

A pesar de que la hidrogenación es uno de los procesos catalíticos mas

antiguos empleados en el refino del petróleo no ha sido hasta hace pocos

años que se ha desarrollado en gran extensión.

Ha venido motivado por diversos factores, entre ellos:

1. La demanda de los productos del petróleo se ha acrecentado por parte

de la gasolina a costa del empleo de destilados medios.

2. En los últimos años se dispone de hidrogeno como subproducto de bajo

costo y en grandes cantidades de las operaciones de reformado catalítico.

El proceso de craqueo catalítico con hidrogeno lo desarrollo comercialmente

la I.G. Farben Industrie en 1927 para convertir lignito en gasolina.

Algunas ventajas son:

1. Mejor balance en la producción de gasolina y destilados.

2. Mejor rendimiento de gasolina.

3. Mejoramiento de la calidad y sensibilidad del numero de octano de la

gasolina.

4. Producción de cantidades relativamente altas de isobutano en la

fracción de butanos.

5. Complementa al craqueo catalítico para degradar alimentos de

craqueo pesados, aromáticos, aceites cíclicos y aceites de coque hasta

gasolinas, combustible para reactores y fuelóleos ligeros.

Introducción.

Introducción.Objetivo del Proceso.

Es un proceso de conversión por medio de craqueo catalítico con

hidrogeno en el cual productos intermedios y pesados son convertidos a

productos mas ligeros y de mayor valor agregado.

Introducción.Materia prima y productos.

El alimento es tratado antes con hidrogeno para saturar las olefinas y eliminar

los compuestos de oxigeno, nitrógeno y azufre. Los compuestos de nitrógeno

y azufre se eliminan por transformación en amoniaco y sulfuro de hidrogeno.

Para algunos catalizadores, la presencia de sulfuro de hidrogeno a bajas

concentraciones actúa como catalizador para inhibir la saturación de los

anillos aromáticos. Este es un efecto beneficioso pues maximiza la producción

de gasolina y conserva el hidrogeno produciendo un producto de mayor

octanaje.

A continuación se presentara una tabla de un alimento de residuo de vacio

West Texas y el rendimiento de la planta.

Materia prima y productos.Introducción.

Introducción.Diagrama de flujo de dos etapas.

Diagrama de flujo de una etapa.Introducción.

Descripción del Proceso.Introducción.

El proceso de dos etapas es un proceso regenerativo en lecho fijo que

emplea como catalizador un tamiz molecular impregnado con un metal

de las tierras raras. El proceso emplea un craqueo en una o dos

etapas, con condiciones típicas de operación, entre 500 y 800 ºF, y entre

1000 y 2000 psig.

A diferencia del proceso de dos etapas, el de una sola etapa es un

proceso, también regenerativo pero de lecho móvil diseñado para

procesar residuos u otros productos pesados, de puntos de ebullición

mayores a 1100ºF. Una de sus principales ventajas es la posibilidad de

añadir y retirar catalizador durante la operación. Esto permite regenerar el

catalizador con la planta en marcha y mantener la actividad del

catalizador, ya sea por su regeneración o por su adición.

Tipos de unidades.Introducción.

En la actualidad se han diseñado diversas versiones del proceso, todas

ellas para un propósito en especifico.

La decisión de usar un proceso de una o dos etapas depende del

tamaño de la planta y del producto deseado. Para la mayor parte de los

alimentos el empleo de una única etapa permitirá la conversión total de

la materia de alimento a gasolina y productos mas ligeros recirculando las

materias mas pesadas de nuevo al reactor. A continuación una tabla de

los diferentes procesos y la compañía a la que pertenece.

Contenido.Química del Proceso.

Aunque en H-Oíl ocurren cientos de reacciones químicas simultaneas, hay la

opinión general de que el mecanismo del craqueo con hidrogeno es el del

craqueo catalítico con una hidrogenación superpuesta. El craqueo da

olefinas para su hidrogenación, mientras que a su vez la hidrogenación

proporciona calor para el craqueo. La reacción de craqueo es endotérmica,

mientras la reacción de hidrogenación es exotérmica.

Química del Proceso.Contenido.

Otras reacción que tiene lugar es la hidrogenación inicial de un compuesto

aromático condensado. Este sufre a continuación un craqueo en mayor

extensión y así se convierte un componente de poco valor agregado a un

producto útil y de mayor valor agregado. Los productos olefinicos formados se

hidrogenan rápidamente, con lo que se previenen las reacciones las

reacciones inversas que darían moléculas de cadena recta, y se mantiene así

una alta concentración de isoparafinas de alto numero de octanos. Un aspecto

interesante en relación con el craqueo catalítico de estos compuestos es el

hecho de que se produzcan relativamente pequeñas cantidades de propano y

materias ligeras.

Química del Proceso.Contenido.

Pasos de la reacción típica del proceso H-Oíl.

Contenido.Catalizador.

La mayor parte de los catalizadores de craqueo con hidrogeno

consisten en mezclas cristalinas de sílice y alúmina con una pequeña

cantidad, uniformemente distribuida, de metales de las tierras raras.

La parte del sílice y alúmina del catalizador proporciona la actividad de

craqueo, mientras que los metales de las tierras raras ayudan a al

hidrogenación.

Con los alimentos típicos pasan dos a cuatro años antes de que la

actividad del catalizador decrezca, debido a la acumulación de coque

y otros depósitos, hasta un nivel que haga necesario regenerarlo.

La regeneración es conseguida quemando en el exterior del reactor los

depósitos del catalizador, y se regenera la actividad del catalizador a su

valor original.

El catalizador puede sufrir diversas regeneraciones, antes de que sea

necesario reemplazarlo.

Catalizador.Contenido.

Casi todos los catalizadores de

craqueo con hidrogeno son de sílice

y alúmina como base para el

craqueo, pero los metales de tierras

raras varían según el fabricante.

Algunos de los mas comunes son

platino, paladio, oxido de wolframio

y níquel.

Variables del Proceso.Contenido.

Las variables primarias del reactor son la temperatura y la presión de

reacción, velocidad espacial, consumo de hidrogeno, contenido de

nitrógeno en el alimento y contenido en sulfuro de hidrogeno en los

gases. El efecto de cada uno es como sigue:

Temperatura.- es el primer medio de control de la conversión. En

condiciones normales del reactor un incremento de temperatura de

20ºF duplica casi la velocidad de reacción sin afectar a la conversión.

Presión del reactor.- el efecto primario de la presión del reactor es su

acción sobre las presiones parciales del H2 y del NH3. La conversión

aumenta con el aumento de la presión parcial del H2 y disminuye al

aumentar la presión parcial del NH3.

Contenido.

Velocidad espacial.- Es la razón entre el caudal de liquido al volumen de

catalizador. El volumen del catalizador al ser constante, la velocidad espacial

varia proporcionalmente al caudal del alimento. Cuando este aumenta, el

tiempo de contacto del catalizador con cada barril de alimento

disminuye, reduciéndose la conversión. Para aumentar la conversión al nivel

deseado y aumentar el caudal es necesario aumentar la temperatura.

Contenido de nitrógeno.- El contenido de nitrógeno orgánico del alimento es

de gran importancia pues el catalizador se desactiva en contacto con

compuestos orgánicos de nitrógeno. Un aumento de su contenido en el

alimento provoca una reducción de la conversión.

Sulfuro de hidrogeno.- A bajas concentraciones actúa como catalizador, que

inhibe la saturación de los anillos aromáticos. Esto evita consumir hidrogeno y

proporciona un producto con un mayor numero de octano. Pero en elevada

concentración provoca una importante corrosión al equipo y se ve afectada

adversamente la actividad del catalizador.

Variables del Proceso.

Gracias por su

atención.