El término craqueo catalítico o cracking catalítico es un proceso de la refinación del petróleo que consiste en la descomposición termal de los componentesdel petróleo en presencia de un catalizador, con el propósito de craquear hidrocarburos pesados cuyo punto de ebullición es igual o superior a los 315 °C, y convertirlos en hidrocarburos livianos de cadena corta cuyo punto de ebullición se encuentra por debajo de los 221 °C. Dichos catalizadores se presentan en forma granular o microesférica. Los catalizadores usualmente se componen por óxido de silicio (SiO2) y alúmina (Al2O3).1 El mineral más comúnmente usado para este fin es la faujasita.2 Su finalidad no es otra que la de obtener la mayor cantidad de hidrocarburos livianos de gran aprecio para la industria; la mayoría de las cargas a las unidades de ruptura catalitíca la constituyen gasóleos, aceites pesados como el DMOH y el DMO (aceite demetalizado hidrogenado y aceite demetalizado, respectivamente). El craqueo catalítico produce naftas e hidrocarburos aromáticos de alto octanaje, como el benceno por medio de la conversión de cicloalcanos y parafinas.3 El craqueo y el reformado catalítico hacen que la refinería pueda responder a los cambios que se producen en la demanda. Las personas a cargo de la programación de la producción se encargan de definir el ruteo de las distintas corrientes obtenidas en la destilación a través de los diversos procesos de conversión, para adecuar la cantidad y calidad de los productos finales, según la demanda. RESUMEN El craqueo catalítico es un proceso que se lleva a cabo en la refinería de petróleo con el fin de obtener una gasolina de mayor octanaje. El principal subproducto que se obtiene de este proceso consiste en materias primas para la industria petroquímica. La materia prima requerida para este proceso consiste principalmente de gasóleo y del destilado de coque. El proceso de craqueo catalítico tiene tres partes fundamentales: la reacción con los catalizadores para efectuar el craqueo de las moléculas, la regeneración del catalizador y la separación de las diferentes fracciones de hidrocarburos producidas. Existen tres tipos básicos de craqueo catalítico: el craqueo catalítico de líquidos, el craqueo catalítico de lecho móvil y el craqueo catalítico termofor. La diferencia entre estos procesos consiste básicamente en la forma del catalizador y en la manera que este ingresa al reactor. INTRODUCCIÓN En materia de refinación de petróleo, el craqueo se refiere al rompimiento de moléculas dehidrocarburos de cadena larga en hidrocarburos livianos de cadena más corta que son demayor interés y valor para la industria.En los procesos de craqueo catalítico se emplean catalizadores para acelerar el proceso ypara Reacciones Las diferencias observadas en el resultado de un craqueo catalítico respecto al térmico pone de manifiesto la existencia de mecanismos diferentes de reacción.En el presente trabajo se presenta una descripción del proceso y de los diferentes tipos deprocesos de craqueo catalítico que existen.UU. A partir de los años 60 se decidió sustituir las arcillas por catalizadores más eficientes como son las zeolitas. En este proceso participan activamente los carbocationes. Se admite que el craqueo catalítico es un proceso iónico donde tienen lugar muchas reacciones. Loscatalizadores son sustancias que promueven una reacción sin estar directamenteinvolucradas en ellas. La gran ventaja del uso de catalizadores es que como estos no seconsumen en la reacción. pueden ser regenerados y reutilizados en el proceso. La aparición de coque desactiva el catalizador rápidamente. Este hecho hace que el catalizador haya que regenerarlo continuamente.trabajar en condiciones menos severas que en algunos otros procesos. simultaneas y consecutivas. Además. indicando tanto las materias primas como los productos principales ysubproductos del proceso CRAQUEO CATALITICO A principios del siglo XX se observó que cuando pasaban las fracciones de crudo por arcillas (a fin de retirar las olefinas) a temperaturas superiores a los 400°C. las fracciones obtenidas son de elevado índice de octanos. El craqueo catalítico se utilizó por primera vez en 1937 y fue en 1942 cuando se instala la primera unidad en EE. Su desarrollo más importante se alcanzó en plena segunda guerra mundial debido a las necesidades de cubrir las necesidades de la armada. Esto era debido a que las arcillas actuaban como catalizadores. Los carbocationes se forman por acción del catalizador sobre el hidrocarburo por 2 mecanismos: Separación de un ion hidruro Adición de un protón a una olefina . En la década de los 60 y 70 se desarrolló un sistema para posibilitar el movimiento del catalizador del reactor al regenerador y viceversa. Este reactor se conoce como FCC y consiste en un reactor de lecho fluidizado. Además del diagrama de flujo del proceso semuestra la ubicación del mismo dentro del diagrama de flujo general de la refinación depetróleo. El craqueo catalítico sustituyó al craqueo térmico ya que mediante este proceso se obtienen mayores rendimientos en las fracciones tipo nafta para la obtención de gasolinas. aumentaban las fracciones ligeras y ennegrecían las arcillas. sin embargoesto conlleva a una desventaja que es el costo económico de la regeneración del catalizador. A partir de él se pueden generar anillos aromáticos. Reacciones de transferencia de protones: un carbocatión cede un protón a una olefina para formar una olefina interior. Reacciones de ciclación: si el hidrocarburo tiene un doble enlace en la posición adecuada se forma el ciclo. obteniéndose hidrocarburos ramificados. y se obtienen así un nuevo carbocatión y una olefina. En las unidades FCC se separan tres secciones: 1. Conversión Fraccionamiento Estabilización En la siguiente figura se recoge el esquema de un cracker catalítico: . Reacción de fisión β: el enlace β se debilita por efecto del carbocatión. 2. Como resultado se obtienen hidrocarburos ramificados y con una mayor proporción de aromáticos (lo que conlleva un elevado índice de octanos). A partir de esta reacción los naftenos se insaturan.A continuación se recogen algunas de las reacciones más importantes que tienen lugar en el reactor: Reacciones de isomerización: la presencia del catalizador reduce la energía de activación para que los carbocationes primarios se isomericen a secundarios y estos a terciarios. Reactor La carga al reactor suele ser gasoil de vacío y atmosférica y puede recibir gasoils de visbreaking o coking en pequeñas cantidades. realizándose la transferencia mediante el flujo arrastrado. En la actualidad todas las unidades de crackers disponen de reactores y regeneradores donde el catalizador se mantiene fluidizado. 3. La sección de conversión incluye: El reactor. con el catalizador como medio de transmisión. donde tiene lugar el craqueo catalítico de los hidrocarburos El stripper. El regenerador. Adicionalmente. para eliminar con arrastre por vapor los hidrocarburos ligeros adsorbidos en el catalizador. se produce el calor necesario para el craqueo. donde se quema el coque depositado sobre el catalizador con aire. El esquema general de funcionamiento de un reactor FCC es el siguiente: . el catalizador pasa por el stripper. se calienta el catalizador. resultando la mezcla a unos 500°C (la temperatura del craqueo). A la salida. un ciclón separa el catalizador de los vapores de hidrocarburos. a su vez. Tras ello. un lecho fluidizado con aire.En el riser se mezclan el catalizador a 600°C con la alimentación precalentada en un horno a 350°C. reiniciando el proceso. un lecho fluidizado con vapor. . El catalizador se envía al comienzo del riser. donde se da la combustión de coque y. El catalizador cae por gravedad al regenerador. para recuperar los hidrocarburos adsorbidos. La reacción tiene lugar a lo largo del riser. El balance de energía: el catalizador en circulación debe aportar la energía necesaria para la reacción. En el fraccionamiento hay las siguientes corrientes de salida: Gases y nafta por cabeza: separados en la unidad de ligeros. Productos Los productos obtenidos en porcentaje a la salida del FCC son los siguientes: H2-C1-C2 : 4. suspendido en un gas de proceso y en continua circulación en la unidad. frente a las 150 . es decir.200 toneladas que utilizan nuestras unidades industriales. El objetivo del proceso de craqueo catalítico en lecho fluidizado es transformar corrientes pesadas de petróleo (típicamente gasóleo de vacío. produciendo un rango amplio de productos: fuel gas. La combustión también se puede dirigir a la obtención de CO o CO 2 según las necesidades de temperatura variando la alimentación de aire. utilizando típicamente 2500 g de catalizador. El balance de masa consiste en lo siguiente: todo el coque debe ser quemado en la regeneración.Los vapores que salen de la sección de craqueo son enfriados con una fracción pesada procedente del fraccionamiento. y pequeñas cantidades de corrientes más pesadas como residuo atmosférico o gasóleos de conversión) en productos más ligeros. sino que se encuentra fluidizado. Si sube en exceso la temperatura del regenerador. separado por decantación. Aceite Aceite decantado por el fondo: contiene el catalizador arrastrado de la sección de conversión. Planta piloto de craqueo catalítico o FCC La planta piloto de craqueo catalítico permite reproducir el proceso industrial a escala reducida de manera fiable. Control del FCC La operación estable del FCC requiere equilibrio entre los balances de masa y energía. Una de las características que diferencian el proceso de FCC de otros procesos catalíticos de refinería es que el catalizador no se sitúa en un lecho fijo. para que no continúe el craqueo. se cambia la relación catalizadoralimentación. . LPG.5% C3: 6% C4: 10% Gasolina: 47% Aceite cíclico: 17% Aceite decantado: 10% Coque: 5% En caso de haber un coker los aceites se alimentan a esa unidad. El petróleo penetraba en el primero y una vez rescatado . realizar ensayos de optimización de condiciones de operación. Un pozo que ha sido perforado y entubado hasta llegar a la zona donde se encuentra el petróleo. sistema en que cada cilindro era mantenido a una temperatura constante. En esta unidad se realizan ensayos normalizados en condiciones de operación estándar. que serían muy costosas de realizar a escala comercial. sirviéndose de su diferencia de volatilidad. por ebullición. advirtiéndose que ellas y los gases subproductos de su fabricación tenían propiedades "reactivas". el crudo es enviado a los aparatos especiales donde se separan de él el gas y el agua. gasóleo (light cycle oil) y fuelóleo (decanted oil). excelente materia prima para los hornos metalúrgicos de la época. se conduce el gas a diferentes sitios para su empleo como combustible o para tratamiento posterior y otras cañerías (oleoductos) conducen el petróleo a los estanques de almacenamiento desde donde se les envía a su destino. Entre otras aplicaciones de esta unidad. merecen destacarse el seguimiento de catalizadores industriales. calcinándolo. calentándolo en una gran "cafetera". por medio de cañerías. A través de otras cañerías. Fue entonces cuando se aprendió a romperlas en partes más pequeñas llamadas "de cracking". con objeto de verificar el nivel de desempeño de los catalizadores utilizados industrialmente. es decir. conocidas como gasoductos. le llegaba el turno a los productos cada vez más ligeros. Algunas fracciones tienen que someterse a tratamientos térmicos y químicos para convertirlas en productos finales como gasolina o grasas. debido a los avances en desarrollo de nuevos catalizadores. modificación de condiciones de operación y de proceso. El Antigua refinería petróleo se separa en varias fracciones empleadas para diferentes fines. Asimismo. Desde los separadores. El objetivo es realizar pruebas a pequeña escala. se le podía transformar en coque. En la planta piloto de FCC se realizan actividades tanto de investigación y desarrollo de proceso como de soporte al negocio de refino. los franceses de Alsacia refinaron el petróleo de Pechelbronn. para aumentar el rendimiento en esencia. se puede operar la unidad en otras modalidades de producción (máximo LPG y máximos destilados medios). Unidad de laboratorio para realizar tests de microactividad de catalizadores de FCC (MAT). los productos más volátiles se iban primero y a medida que la temperatura subía. En sus comienzos. evaluar el impacto de diferentes alimentaciones a la unidad de FCC y otros estudios de proceso similares. Así. En los primeros tiempos. y la realización de pruebas con nuevos catalizadores o aditivos. fue diseñado como un producto para maximizar la producción de gasolina de alto octano. cuando se desea obtener información preliminar antes de pasar a estudios en planta piloto. la refinación se contentaba con separar los productos preexistentes en el crudo. del grosor de una molécula. Refinería de petróleo Las refinerías de petróleo funcionan veinticuatro horas al día para convertir crudo en derivados útiles.nafta. A principios del pasado siglo. está listo para empezar a producir. aunque en la actualidad. Esta planta piloto permite evaluar catalizadores comerciales y seleccionar el más adecuado para cada unidad industrial. Los ingenieros norteamericanos y germanos introdujeron los alambiques en cascada. El residuo era la brea de petróleo o de alquitrán. El crudo se calienta en una caldera y se hace pasar a la columna de fraccionamiento. Plantas modernas Las fracciones con mayor masa molecular (empleadas para producir por ejemplo aceites lubricantes y ceras) sólo pueden existir como vapor en la parte inferior de la columna. donde se calienta el petróleo en hornos de proceso y se hace pasar por torres de separación o fraccionamiento y plantas de conversión. Petróleo.lo que podía evaporarse. que se encontraba a temperatura más alta y así sucesivamente hasta el último. A continuación se almacena el petróleo en tanques desde donde se transporta a una refinería en camiones. En las distintas unidades se separan los productos de acuerdo a las exigencias del mercado. pasaba al siguiente. La primera etapa en el refinado del petróleo crudo consiste en separarlo en partes. Una vez extraído el crudo. Todos los campos petroleros importantes están conectados a grandes oleoductos. proceso y refinado . El principio básico en la refinación del crudo radica en los procesos de destilación y de conversión. donde se extraen. se trata con productos químicos y calor para eliminar el agua y los elementos sólidos y se separa el gas natural. en barco o a través de un oleoducto. según la masa molecular. desde el cual corría la brea. Las fracciones más ligeras (que darán lugar por ejemplo a combustible para aviones y gasolina) suben más arriba y son extraídas allí. o fracciones. por tren. donde la temperatura disminuye con la altura. Todas las fracciones se someten a complejos tratamientos posteriores para convertirlas en los productos finales deseados. exigía emplear temperaturas y presiones aún más altas para craquear el crudo. Los hidrocarburos con menor masa molecular son los que se vaporizan a temperaturas más bajas. Las zonas superiores del aparato de destilación proporcionaban lubricantes y aceites pesados.Destilación básica La herramienta básica de refinado es la unidad de destilación. mientras que las zonas inferiores suministraban ceras y asfalto. a su vez. Ver: PSU: Química. lo que aumenta la cantidad de gasolina —compuesta por este tipo de moléculas— producida a partir de un barril de crudo. se desarrolló en un esfuerzo para aumentar el rendimiento de la destilación. En las antiguas destilerías. y a medida que aumenta la temperatura se van evaporando las moléculas más grandes. . la eficiencia del proceso era limitada. Pregunta 03_2006 Craqueo térmico El proceso de craqueo térmico. Esto divide (craquea) las moléculas grandes de hidrocarburos en moléculas más pequeñas. seguida por la nafta y finalmente el queroseno. el residuo que quedaba en la caldera se trataba con ácido sulfúrico y a continuación se destilaba con vapor de agua. Esto. En este proceso. o pirólisis a presión. El petróleo crudo empieza a vaporizarse a una temperatura algo menor que la necesaria para hervir el agua. porque debido a las elevadas temperaturas y presiones se depositaba una gran cantidad de coque (combustible sólido y poroso) en los reactores. El primer material destilado a partir del crudo es la fracción de gasolina. las partes más pesadas del crudo se calientan a altas temperaturas bajo presión. No obstante. mayores índices de octano-octanaje) como combustible de motores de alta potencia. poliésteres. Esto produce moléculas ramificadas en la zona de ebullición de la gasolina con mejores propiedades (por ejemplo. isomerización o reformación catalítica para fabricar productos químicos y combustibles de elevado octanaje para motores especializados. Esto permite la producción de muchos hidrocarburos diferentes que luego pueden recombinarse mediante alquilación. el proceso funcionaba durante un tiempo mucho mayor con una acumulación de coque bastante menor. Muchos refinadores adoptaron este proceso de pirólisis a presión. aditivos y complementos alimenticios. que produce alcoholes. La fabricación de estos productos ha dado origen a la gigantesca industria petroquímica. pinturas. Etapas del refinado de petróleo . plásticos. nylon. disolventes y materias primas para fabricar medicinas. tintes y materiales aislantes. azufre. como los empleados en los aviones comerciales actuales. las moléculas pequeñas producidas por craqueo térmico se recombinan en presencia de un catalizador. explosivos. detergentes. glicerina. En la alquilación. En el proceso de craqueo catalítico. Alquilación y craqueo catalítico La alquilación y el craqueo catalítico aumentan adicionalmente la gasolina producida a partir de un barril de crudo. fertilizantes. el crudo se divide (craquea) en presencia de un catalizador finamente dividido.Más tarde se inventó un proceso de coquefacción en el que se recirculaban los fluidos. caucho sintético.