Craqueo

Craqueo

Categoría:Wikipedia:Traducciones para mejorar El craqueo o cracking és un procés químic pel qual es quebren les molècules d'un compost produint aixina composts més simples.

Refineria de craqueo de Shújov, Bakú, URSS, 1934

El procediment original, encara en us, amprava calor i pressió i es denomina «craqueo tèrmic» a una temperatura de 810-850 °C («procés de craqueo Shujov»). Despuix es va idear un nou método: el «craqueo catalític», a una temperatura de 450-500 °C, el qual utilisa un catalisador (substància que ajuda a que hagen canvis químics sense modificar-se ella mateixa). En el cas d'este tipo de craqueo, el catalisador (com A el₂O₃ o SiO₂) és una espècie d'argila que pot donar-se en forma de gleves, píndoles, grans menuts o com una pols superfino i l'acció de la qual desintegradora, sumada a la de la calor i la pressió, favorix el fraccionament en components més llaugers i produïx més i millors composts com a resultat.

Una modalitat moderna de craqueo catalític del petròleu és el procés decorregut. Est utilisa un fluïu cat cracker, que és una màquina de, en alguns casos, fins a xixanta metros d'altura. A lo llarc de quilómetros de canonades i reactors circulen a elevades temperatures grans cantitats de vapor, aire i catalisador polvorisada. A determinada altura de l'operació els finíssims grans del catalisador es revisten del carbó separat del petròleu, i deixen llavors d'actuar per mig de l'acció d'un regenerador; no obstant, es crema i consumix el carbó, i el catalisador queda novament en condicions de funcionar seguidament una i una atra volta.

En el procés decorregut el catalisador és tan fi que quan és agitat en mescla en aire o uns atres gasés, aumenta el seu volum i fluïx com un líquit, podent aixina ser controlat per vàlvulas. Este modo de treballar en una substància sòlida com si es tractara d'un decorregut ha constituït un progrés de les llabors de refineria.

El craqueo del petròleu permet obtindre d'un barril de petròleu cru una cantitat dos voltes major de fracció llaugera (naftas) que l'extreta per simple destilació. Actualment és un procediment fonamental per a la producció de gasolina d'alt octanaje.

Història i paleses

Entre vàries variants de métodos de craqueo tèrmic (coneguts com "procés de craqueo Shujov", "procés de craqueo Burton", "procés de craqueo Burton-Humphreys" i "procés de craqueo Dubbs") Vladímir Shújov, un ingenier rus, va inventar i va patentar el primer en 1891 (URSS, palés número. 12926, 7 de novembre de 1891). Una instalació es va utilisar de forma llimitada en Rússia, pero el desenroll no va ser seguit. En la primera década de el XX, els ingeniers nortamericans William Merriam Burton i Robert E. Humphreys varen desenrollar i varen patentar de forma independent un procés similar al de la palesa nortamericà número 1.049.667, el 8 de juny de 1908. Entre les seues ventages estava el fet de que tant el condensador com la caldera es mantenien contínuament baixe pressió.

En les seues versions anteriors era un procés per lots, en lloc de continu, i moltes paleses devien seguir en els Estats Units i Europa, encara que no totes eren pràctiques. En 1924, una delegació de la American Sinclair Oil Corporation va visitar a Shujov. Segons pareix, Sinclair Oil desijava sugerir que la palesa de Burton i Humphreys, en us per Standard Oil, es va derivar de la palesa de Shujov per al craqueo de petròleu, com es descriu en la palesa russa. Si això poguera establir-se, podria enfortir la mà de companyies nortamericanes rivals que desigen invalidar la palesa de Burton-Humphreys. En el cas de que Shujov satisfera als nortamericans que, en principi, el método de Burton s'assemblava molt als seus palesos de 1891, encara que el seu propi interés en l'assunt era principalment establir que "la indústria petrolera russa podria construir fàcilment un aparat de craqueo d'acort en qualsevol dels sistemes descrits sense ser acusat pels nortamericans de demanar prestat debades".

En eixe moment, solament uns anys despuix de la revolució russa i la brutal guerra civil russa, la Unió Soviètica estava desesperada per desenrollar l'indústria i obtindre divises, per lo que la seua indústria petrolera finalment va obtindre gran part de la seua tecnologia de companyies estrangeres, en la seua majoria nortamericanes. Aproximadament en eixe moment, el craqueo catalític decorregut estava sent explorat i desenrollat i pronte va reemplaçar la majoria dels processos de craqueo purament tèrmic en l'indústria de processament de combustibles fòssils. La tongada no va ser complet, ya que molts tipos de clavills, incloses els clavills tèrmics purs, encara estan en us, depenent de la naturalea de la matèria primera i dels productes necessaris per a satisfer les demandes del mercat. El craqueo tèrmic seguix sent important, per eixemple, en la producció de nafta, gasoil i coque, i s'han desenrollat formes més sofisticades de craqueo tèrmic per a diversos fins. Estos inclouen visbreaking, craqueo a vapor i coque.

Metodologia de craqueo

Craqueo tèrmic

El craqueo tèrmic modern a alta pressió funciona a pressions absolutes d'aproximadament 7000 kPa. Es pot observar un procés general de desproporció, a on es formen productes "llaugers" rics en hidrogen a costa de molècules més pesades que es condensan i s'agoten d'hidrogen. La reacció real es coneix com a fissió homolítica i produïx alquenos, que són la base per a la producció econòmicament important d'polímero.

El craqueo tèrmic s'usa actualment per a "actualisar" fraccions molt pesades o per a produir fraccions o destilats llaugers, combustible per a cremadors i/o coque de petròleu. Dos extrems del craqueo tèrmic en térmens de gama de productes estan representats pel procés d'alta temperatura cridat "craqueo per vapor" o pirólisis (ca. 750 °C a 900 °C o més) que produïx etileno valiós i atres matèries primeres per a la indústria petroquímica. El coque retardado de temperatura més suau (aprox. 500 °C) pot produir, baixe les condicions adequades, coque d'agulla, és dir un coque de petròleu altament cristalí utilisat en la producció d'electrodos per a l'acer i indústries de l'alumini.
William Merriam Burton va desenrollar un dels primers processos de craqueo tèrmic en 1912 que va funcionar a 370–400 °C i una pressió absoluta de 90 psi (620 kPa) i va ser conegut com el procés de Burton. Poc despuix, en 1921, CP Dubbs, un empleat d'Universal Oil Products Company, va desenrollar un procés de craqueo tèrmic alguna cosa més alvançat que operava a 400–460 °C i era conegut com el procés Dubbs. El procés de Dubbs va ser utilisat àmpliament per moltes refineria fins a principis de la década de 1940, quan va començar a utilisar-se el craqueo catalític.

Clavills de vapor

El craqueo a vapor és un procés petroquímic en el que els hidrocarburs saturats es descomponen en hidrocarburs més menuts, a sovint insaturados. És el principal método industrial per a produir els alquenos més llaugers (o comunament olefina), inclosos el eteno (o etileno) i el propé (o propileno). Les unitats de craqueo a vapor són instalacions en les que una matèria primera com nafta, gas licuado de petròleu (GLP), etano, propà o butà es bada tèrmicament per mig de l'us de vapor en un banc de forns de pirólisis per a produir hidrocarburs més llaugers.

En el craqueo en vapor, una alimentació d'hidrocarburs líquits o gaseosos com la nafta, el GLP o el etano es diluïx en vapor i es calfa molt poc en un forn sense la presència d'oxigen. Típicament, la temperatura de reacció és molt alta, al voltant de 850 °C, pero la reacció solament es permet molt breument. En els forns de craqueo moderns, el temps de residència es reduïx a milisegons per a millorar el rendiment, lo que resulta en velocitats de gas fins a la velocitat del sò. Despuix d'alcançar la temperatura de craqueo, el gas es gela ràpidament per a detindre la reacció en un bescanviador de calor de llínea de transferència o dins d'un cabezal de refredat, utilisant oli de refredat ràpit.

Els productes produïts en la reacció depenen de la composició de l'alimentació, la relació d'hidrocarburs a vapor, i de la temperatura de craqueo i el temps de residència del forn. Les alimentació d'hidrocarburs llaugers com el etano, els GLP o la nafta llaugera proporcionen corrents de producte riques en alquenos més llaugers, inclosos etileno, propileno i butadieno. Els aliments en hidrocarburs més pesats (gama completa i naftas pesades, aixina com atres productes de refineria) donen alguns d'estos, pero també donen productes rics en hidrocarburs aromàtics i hidrocarburs adequats per a la seua inclusió en gasolina o fuel oil.

Una temperatura de craqueo més alta (també coneguda com a gravetat) favorix la producció de eteno i benceno, mentres que una gravetat més baixa produïx majors cantitats de propé, hidrocarburs C4 i productes líquits. El procés també resulta en la deposición llenta de coque, una forma de carbono., en les parets del reactor. Açò degrada l'eficiència del reactor, per lo que les condicions de reacció estan dissenyades per a minimisar açò. No obstant, un forn de craqueo a vapor generalment solament pot funcionar durant uns mesos al mateix temps entre les cocció de coquización. Els decokes requerixen que el forn s'aïlle del procés i després es fa passar un fluix de vapor o una mescla de vapor/aire a través de les bobines del forn. Açò convertix la capa de carbono sòlit dur en monòxit de carbono i diòxit de carbono. Una volta que es completa esta reacció, el forn pot tornar a posar-se en servici.

Detalls del procés

Les àrees d'una planta de etileno són:

1. Forns de craqueo a vapor;

1. recuperació de calor primària i secundària en refredat ràpit;
2. un sistema de reciclage de vapor de dilució entre els forns i el sistema de refredat ràpit;
3. compressió primària del gas craqueado (3 etapes de compressió);
4. eliminació de sulfur d'hidrogen i diòxit de carbono (eliminació de gasos àcits);
5. compressió secundària (1 o 3 etapes);
6. secat del gas badat;
7. tractament criogènic;
8. tota la corrent freda de gas badat va a la torre del desmetanizador. La corrent aérea des de la torre del desmetanizador consistix en tot l'hidrogen i metà que hi havia en la corrent de gas badada. El tractament criogènic (−157 °C) que tracta esta corrent aérea separa l'hidrogen del metà. La recuperació de metà és crítica per a l'operació econòmica d'una planta de etileno.
9. La corrent de fondo des de la torre desmetanizadora va a la torre desethanizadora. La corrent aérea des de la torre desethanizadora consta de tots els C2 que estaven en la corrent de gas badada. La corrent conté acetileno, que és explosiu per damunt de 200 kPa (29 psi). Si s'espera que la pressió parcial de acetileno supere estos valors, les corrents estan parcialment hidrogenadas. El producte etileno es pren de la part superior de la torre i el etano que prové del fondo del divisor es recicla als forns per a que es torne a badar;
10. La corrent de fondo des de la torre del desetanizador va a la torre del despropanizador. La corrent aérea des de la torre del despropanizador consistix en tot el C3 que estaven en la corrent de gas badada. Abans d'alimentar a la C3 a la C3 divisor, la corrent es hidrogena per a convertir la mescla de metilacetileno i propadieno (aleno). Esta seqüència s'envia a la C3 divisor. El divisor és producte de propileno i la corrent inferior és propà que s'envia de regrés als forns per al seu craqueo o s'usa com a combustible.
11. La corrent inferior de la torre del despropanizador s'alimenta a la torre del debutanizador. El fluix general des del debutanizador és tot el C4 que estaven en la corrent de gas badada. La corrent inferior del debutanizador (gasolina de pirólisis llaugera) consistix en tot lo que està en la corrent de gas badat que és C5 o més pesat.

Ya que la producció de etileno és intensiva en energia, s'ha dedicat molt esforç a recuperar la calor del gas que ix dels forns. La major part de l'energia recuperada del gas craqueado s'usa per a produir vapor a alta pressió (1200 psig). Este vapor, a la seua volta, s'usa per a impulsar les turbines per a comprimir gas craqueado, el compressor de refrigeració de propileno i el compressor de refrigeració de etileno. Una planta de etileno, una volta en funcionament, no necessita importar vapor per a impulsar les seues turbines de vapor. Una planta típica de etileno a escala mundial (al voltant d'1,5 mil millons de lliures de etileno per any) utilisa un compressor de gas badat de 45,000 cavalls de força (34,000 kW), un compressor de propileno de 30,000 hp (22,000 kW) i un compressor de etileno de 15,000 hp (11,000 kW).

Craqueo catalític decorregut

Artícul principal → Craqueo catalític.

El procés de craqueo catalític implica la presència de catalisadors àcits sòlits, generalment sílice-alúmina i zeolita. Els catalisadors promouen la formació de carbocationes, que experimenten processos de reordenamiento i escissió d'enllaços CC. En relació en el craqueo tèrmic, el craqueo del gat es produïx a temperatures més suaus, lo que aforra energia. Ademés, en operar a temperatures més baixes, el rendiment de alquenos disminuïx. Els alquenos causen inestabilitat dels combustibles d'hidrocarburs.

El craqueo catalític decorregut és un procés d'us comú, i una refineria de petròleu moderna típicament inclourà una galleta cat, particularment en les refineria en els Estats Units, per l'alta demanda de gasolina. El procés es va utilisar per primera volta al voltant de 1942 i ampra un catalisador en pols. Durant la Segona Guerra Mundial, les Forces Aliades tenien abundants suministraments dels materials en contrast en les Forces de l'Eix, que varen sofrir una greu escassea de gasolina i caucho artificial. Les implementacions inicials del procés es varen basar en un catalisador d'alúmina de baixa activitat i un reactor a on les partícules de catalisador es varen suspendre en un fluix ascendent d'hidrocarburs d'alimentació en un llit fluidizado.

En els dissenys més nous, el agrietamiento es porta a terme utilisant un catalisador a pur de zeolita molt actiu en un tubo vertical de temps de contacte curt o en pendent ascendent cridat "tubo ascendent". L'alimentació precalentada es rocía en la base del tubo ascendent a través de filtre d'alimentació a on entra en contacte en el catalisador fluidizado extremadament calent a 666 a 760 °C. El catalisador calent vaporiza l'alimentació i cataliza les reaccions de craqueo que descomponen l'oli d'alt pes molecular en components més llaugers, inclosos GLP, gasolina i diésel. La mescla de catalisador-hidrocarbur fluïx cap a dalt a través de l'elevador durant uns segons, i després la mescla se separa per mig de ciclons. Els hidrocarburs lliures de catalisador es enrutan a un fraccionador principal per a la seua separació en gas combustible, GLP, gasolina, nafta, olis de cicle llauger utilisats en diésel i combustible per a avions, i fuelóleo pesat.

Durant el viage per l'elevador, el catalisador de craqueo es "gasta" per reaccions que depositen coque en el catalisador i reduïxen en gran medida l'activitat i la selectivitat. El catalisador "gastat" es desacopla dels vapors d'hidrocarburs trencats i s'envia a un separador a on entra en contacte en el vapor per a eliminar els hidrocarburs que queden en els poros del catalisador. El catalisador "gastat" després fluïx cap a un regenerador de llit fluidizado a on s'usa aire (o en alguns casos aire més oxigen) per a cremar el coque per a restaurar l'activitat del catalisador i també proporcionar la calor necessària per al pròxim cicle de reacció, sent el agrietamiento un reacció endotèrmica. El catalisador "regenerat" després fluïx a la base de l'elevador, repetint el cicle.

La gasolina produïda en l'unitat FCC té un índex de octanaje elevat, pero és menys estable químicament en comparació a atres components de gasolina pel seu perfil olefínico. Les olefina en la gasolina són responsables de la formació de depòsits polimèrics en tancs d'almagasenament, conductes de combustible i injectors. La FCC GLP és una font important de C₃ -C₄ olefina i el isobutano que són alimentació essencials per a la alquilación de procés i la producció d'polímero tals com polipropileno.

Hidrocraqueo

El hidrocraqueo és un procés de craqueo catalític assistit per la presència de gas hidrogen agregat. A diferència d'un hidrotratador, el hidrocraqueo utilisa hidrogen per a trencar els enllaços CC (el hidrotratamiento es realisa abans del hidrocraqueo per a protegir els catalisadors en un procés de hidrocraqueo). En l'any 2010, es varen processar 265 × 10⁶ tonellades de petròleu en esta tecnologia. La matèria primera principal és el gasoil de buit, una fracció pesada de petròleu.

Els productes d'este procés són hidrocarburs saturats; depenent de les condicions de reacció (temperatura, pressió, activitat del catalisador) estos productes varien des de etano, GLP fins a hidrocarburs més pesats que consistixen principalment en isoparafinas. El hidrocraqueo normalment es veu facilitat per un catalisador bifuncional que és capaç de reorganisar i trencar les cadenes d'hidrocarburs, ademés d'agregar hidrogen a composts aromàtics i olefina per a produir naftenos i alcanos.

Els principals productes del hidrocraqueo són el combustible per a avions i el diésel, pero també es produïxen fraccions de nafta en baix contingut de sofre i GLP. Tots estos productes tenen un contingut molt baix de sofre i uns atres contaminants. És molt comú en Europa i Àsia perque eixes regions tenen una gran demanda de diésel i queroseno. En els Estats Units, el craqueo catalític de decorreguts és més comú perque la demanda de gasolina és major.

El procés de hidrocraqueo depén de la naturalea de la matèria primera i les taxes relatives de les dos reaccions en competència, hidrogenació i craqueo. La matèria primera aromàtica pesada es convertix en productes més llaugers baix un ampli ranc de pressions molt altes (1,000-2,000 psi) i temperatures prou altes (400-800 °C), en presència d'hidrogen i catalisadors especials.

Les funcions principals de l'hidrogen són, per lo tant:

1. previndre la formació de composts aromàtics policíclics si la matèria primera té un alt contingut parafínico,
2. reducció de la formació de alquitrán,
3. reducció d'impurees,
4. previndre l'acumulació de coque en el catalisador,
5. convertir els composts de sofre i nitrogen presents en la matèria primera en sulfur d'hidrogen i amoníac, i
6. conseguint combustible d'alt número de cetano.