Craking

Procesos de conversión del petróleo crudo

Los procesos de conversión, como el craqueo, la combinación y la rectificación, modifican el tamaño y la estructura de las moléculas de hidrocarburos para convertir las fracciones en productos de más valor.

Como resultado de la conversión se crean varias moléculas de hidrocarburo que no suelen encontrarse en el petróleo crudo, aunque son importantes para el proceso de refino. Las oleofinas son moléculas de hidrocarburos de cadena o anillo insaturado con un enlace doble como mínimo. Por lo común, se forman por craqueo térmico y catalítico, y rara vez se encuentran de modo natural en el petróleo crudo sin procesar.

Las oleofinas son más reactivas que  las parafinas o los naftenos, y se combinan fácilmente con otros elementos, como el hidrógeno, el cloro y el bromo.

Procesos de craqueo

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 fracciones de petróleo pesadas, de alto pto de ebullición, y los convierte en productos más valiosos: hidrocarburos gaseosos, materiales par 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.

Procesos de craqueo térmico

Los procesos de craqueo térmico, desarrollados en 1913, se basan e la destilación por calor de combustibles y aceites pesados, bajo presión,en grandes tambores, hasta que se rompen en moléculas más pequeñas con mejores cualidades antidetonantes. El primer método, que producía grandes cantidades de coque sólido, sin valor, ha evolucionado hasta los modernos procesos de craqueo térmico, entre  los que se cuentan la ruptura de la viscosidad, el craqueo en fase de vapor y la coquización

Ruptura de la viscosidad

La ruptura de la viscosidad es una forma suave de craqueo térmico que rebaja el punto de goteo de los residuos parafínicos y reduce bastante la viscosidad de la carga sin afectar a su límite de ebullición. El residuo de la torre de destilación atmosférica se descompone suavemente en un calentador a la presión atmosférica. Después se enfría con gasóleo refrigerante para controlar el exceso de craqueo y se destila por expansión instantánea en una torre de destilación. El alquitrán residual del craqueo térmico, que se acumula en el fondo de la torre de fraccionamiento, se somete a expansión instantánea al vacío en una torre rectificadora,y el destilado se recicla.

Craqueo en fase de vapor

El craqueo en fase de vapor produce oleofinas mediante craqueo térmico de materiales con moléculas de hidrocarburos grandes, a presiones ligeramente superiores a la atmosférica y a muy altas temperaturas. El residuo del  craqueo se mezcla para  obtener combustibles pesados.Normalmente, la nafta producida por este método contiene beceno, que se extrae antes del hidrotratmiento .

Coquización

La coquización es una forma energética de craqueo térmico utilizada para obtener gasolina de destilación directa y diversas fracciones de destilación intermedia, que se utilizan como materiales para el craqueo catalítico. Por este proceso, el hidrógeno de la molécula de hidrocarburo se reduce de forma tan completa,que el residuo  es una forma de carbono casi puro, denominado coque. Los dos procesos de coquización más comunes son la  retardada y la continua, que, dependiendo del mecanismo de reacción,  el tiempo, la temperatura y el crudo  de partida, producen 3 tipos de coque: esponjoso, alveolar y cristalizado en agujas

• Coquización retardada: En la coquización retardada, primero se carga el material en un fraccionador para separar los hidrocarburos más ligeros y después se combina con el petróleo pesado reciclado. El material pesado pasa al horno de coquización y se calienta hasta altas temperaturas a bajas presiones para evitar la coquización prematura en los tubos del calentador,produciendo así una vaporización parcial y un craqueo suave.  La mezcla de líquido y vapor se bombea desde el calentador a uno o más tambores de coque, donde el material caliente permanece 24 horas a bajas presiones hasta que se descompone en productos más ligeros. Cuando el coque alcanza un nivel predeterminado en un tambor , el flujo se desvía a otro tambor para mantener la continuidad de la operación. El vapor procedente de los tambores se devuelve al fraccionador par separar el gas, la nafta y los gasóleos, y reciclar los hidrocarburos más pesado a través del horno. El tambor lleno se trata con vapor para eliminar los hidrocarburos no craqueados, se enfría mediante inyección de agua y se decoquiza mecánicamente por medio de un tornillo sin fin que asciene desde el fondo del tambor,o hidráulicamente,rompiendo el lecjo de coque con agua a alta presión proyectada desde un cortador rotativo.
• Coquización continua: La coquización continua es un proceso de lecho móvil que opera a presiones menores y temperaturas más altas que la coquización retardada. En la coquización continua se efectúa un craqueo térmico utilizando calor transferido de las partículas de coque calientes recicladas a la carga situada en un mezclador radial, llamado reactor. Se toman losgases y vapores del reactor, se enfrían para impedir que continúe la reacción y se fraccionan.El coque dela reacción entra en un tambor de compensación y se eleva hasta un alimentador y clasificador donde se separan las partículas de coque más grandes. El coque restante cae en el  precaletador del reactor para ser reciclado con la carga. El proceso es automático, dado que hay un flujo continuo de coque y carga, l y la coquización tiene  lugar tanto en el reactor como en el tambor de compensación.

La parte inferior de la torre, los intercambiadores de alta temperatura, el horno y los tambores de reacción están sujetos a corrosíón. Los continuos cambios térmicos hacen que las carcasas de los tambores de coque se hinche y agrieten.

Para evitar la acumulación de coque en los tubos de los hornos de coquización retardada, se inyecta agua a vapor. Debe drearse completamente el agua del coquificador para no provocar una explosión al recargarlo con coque caliente. En caso de una urgencia, se requieren medios alternativos de escape de la plataforma de trabajo situada en la parte superior de los tambores de coque.

Procesos de craqueo catalítico

El craqueo catalítico descompone los hidrocarburos complejos en moléculas más simples para aumentar la calidad y la 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, GLP, gasóleo para calefacción y cargas petroquímicas. La selección de un catalizador depende de una combinación de la mayor reactividad posible con la máxima resistencia de desgaste. Los catalizadores utilizados en las unidades de craqueo de las refinerías son normalmente materiales sólidos 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 separan en diversos productos.

Los procesos de craqueo catalítico son muy flexibles, por lo que los parámetros  de operación se ajusta 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 líquido. El craqueo tiene lugar en la tubería de alimentación(elevador), por laque 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 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 a 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 movil

Es similar al craqueo catalítico de líquidos, pero el catalizador está en forma de 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 el 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.

Proceso de hidrocraqueo

El hidrocraqueo es un proceso de 2 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 hridrocraqueo 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 parafínico, 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.