Principios básicos de diseño aplicados al craqueo catalítico de lecho fijo

Abstract

El presente trabajo trata de la aplicación de los principios básicos de diseño (Balance de materias, balance de energía, equilibrio Liq-Vap) a un proceso de craqueo catalítico. Este proceso de craqueo catalítico surgió hace ya muchos años en la industria de refinación de petróleo. Es producto de una necesidad económica: la destilación primaria de los petróleos crudos, daba rendimientos de productos cuya distribución no estaba de acuerdo con la demanda. Al procesar suficiente cantidad de crudo como para satisfacer el consumo de gasolinas para motores, sobraba residuo pesado y gas oíl. Esta situación fue agravándose conforme crecía la demanda por gasolina. Fue entonces cuando se descubrió en forma casual que calentando residuo pesado de petróleo a muy altas temperaturas (más ó menos a 1000°F) dicho residuo sufría un cambio químico, se descomponía, con formación de carbón y de fracciones livianas, incluyendo apreciables cantidades de hidrocarburos en el rango de destilación de la gasolina. La explicación química de este fenómeno es que, por efecto del calor, las cadenas de los hidrocarburos pesados sufrían roturas en algunos de sus enlaces dando lugar a mayor cantidad de moléculas de cadena más corta. Surgió de esta manera la posibilidad de convertir, por medio de un proceso relativamente simple, petróleo residual y destilados pesados como gas oíl en gasolinas, productos más valiosos y en mayor demanda que los primeros. Durante muchos años, el craqueo de residuo de petróleo se realizó en las refinerías, basado exclusivamente en la acción del calor de ahí su nombre de craqueo térmico. Desde 1936 han ido cobrando creciente importancia los procesos de craqueo en los que la reacción es acelerada, y guiada en forma selectiva hacia la producción de abundante gasolina de alto índice de número octano por acción de los catalizadores. Surge así el craqueo catalítico. La aparición de este proceso catalítico trajo como resultado que: l) Se produjeran gasolinas de mayor número octano, más estable y menos corrosiva. 2) Se convierta una mayor fracción de la carga en gasolina (Mayor conversión) con menos producción de coque y gas. 3) Estas ventajas son logradas usando condiciones de operación menos severas que las que se requerían en el craqueo térmico lo que a su vez hace que los equipos usen aleaciones menos costosas y de paredes más delgadas. El primer proceso de craqueo catalítico que apareció es el de lecho fijo en el cual el lecho del catalizador está estático y sobre el cuál se mantiene un flujo constante de vapores de hidrocarburos mediante el uso de sistemas de reactores, en cada uno de los cuales se seguía el siguiente ciclo de operaciones: 1) Flujo de gas oíl a través del lecho catalítico. 2) Discontinuidad del flujo de vapores de gas y eliminación de los vapores residuales. 3) Eliminación de coque formado sobre la superficie del catalizador por medio de la insuflación de aire caliente en lugar de la carga para remover el coque depositado. 4) Renovación del flujo. Por lo dicho anteriormente en un proceso como éste, es necesario el empleo de un sistema de reactores que generalmente son dos debido a que mientras uno está siendo regenerado el o- tro está trabajando. Una de las ventajas del proceso de craqueo catalítico de lecho fijo es: a) No hay pérdida apreciable del catalizador durante la formación de partículas finas de este por abrasión. b) Uso de presiones accesibles de operación dentro de un rango relativamente amplio. c) No hay tendencia aparente a la ebullición ni productos de reacción volátiles que se condensen sobre el catalizador y lo aprisionen, ya que el contacto entre el catalizador y los productos de reacción están limitados a zonas de temperaturas relativamente amplias ó altas. En estos procesos de craqueo catalítico el rendimiento de estos varía grandemente con la carga de alimentación, es por tal motivo que se necesita preparar la carga eliminándola de impurezas como sales metálicas que aumentan la formación de coque y por ende bajan el rendimiento. La preparación de la carga necesita contar con las facilidades del caso para que se pueda llevar a cabo. En forma general una planta de craqueo catalítico consta de las siguientes unidades: Unidades de preparación de la carga, la unidad de desintegración propiamente dicha, (reactor, despojador, equipo de regeneración del catalizador), unidad separadora de gases y equipos auxiliares (bombas, intercambiadores) etc. En mi presente trabajo realizaremos una aplicación de los principios básicos de diseño (balance de materias, balance térmico, equilibrio Liq-Vap) a las diferentes unidades de que consta esta unidad tal es el fraccionador, estabilizador, intercambiadores, condensadores, reactor y horno.