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Autor: Jaime Lachén Mateo

Introducción:

El proceso de hidrocraqueo es uno de los múltiples procesos que tienen lugar en una unidad de refino de petróleo. Este proceso se encuentra situado generalmente tras el proceso de destilación atmosférica, en la que se lleva a cabo una primera separación del crudo. Dado que de los compuestos más pesados de dicha columna aún se pueden seguir obteniendo productos de alto valor, como gasolina o keroseno, es necesario incorporar unidades adicionales que los extraigan. Un ejemplo de estas unidades sería el proceso de craqueo catalítico, mediante el cual se obtiene la mayor parte de la producción de gasolina. Otro ejemplo de estas unidades es el proceso de hidrocraqueo, que es una variante del proceso de craqueo catalítico en el que incorpora además del catalizador, hidrógeno.

El presente artículo se divide en las siguientes partes:

- Descripción del proceso así como los rangos de operación, y el diagrama de proceso.

- Tipo de catalizador necesario para llevar a cabo el proceso.

- Aspectos a tener en cuenta en lo referente a seguridad e higiene en dicho proceso.

En el siguiente esquema se puede ver el organigrama de todos los procesos que se llevan a cabo en un proceso de refino de petróleo.

Descripción del proceso

El hidrocraqueo es un proceso en dos 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 hidrocraqueo 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 presiones que varían entre 80 y 130 atm y temperaturas en un rango de 290 a 400ºC, dependiendo de las características particulares del proceso. Cuando la carga tiene un alto contenido parafínico, el hidrógeno impide la formación de HAP,(http://www.atsdr.cdc.gov/es/phs/es_phs69.html), 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,(http://es.scribd.com/doc/52067068/punto-de-goteo), y del punto de humo,(http://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_humeo), dos características importantes en el combustible de alta calidad para aviones a reacción.

En la primera fase, la carga se mezcla con hidrógeno reciclado, se calienta y envía al reactor primario, donde gran parte de ella se convierte en destilados intermedios. Los compuestos de azufre y nitrógeno se convierten en ácido sulfhídrico y amoníaco en el reactor de la fase primaria por medio de un catalizador. El residuo se calienta y se envía a un separador de alta presión, donde se extraen y reciclan los gases ricos en hidrógeno. Los restantes hidrocarburos se rectifican o purifican para extraer el ácido sulfhídrico, el amoníaco y los gases ligeros, que se recogen en un acumulador, donde la gasolina se separa del gas ácido.

Los hidrocarburos líquidos rectificados procedentes del reactor primario se mezclan con hidrógeno y se envían al reactor de la segunda fase, donde se descomponen en gasolina de alta calidad, combustible para aviones de reacción y materiales de destilación para mezclas. Tales productos pasan por una serie de separadores de alta y baja presión para extraer de ellos los gases, los cuales se rectifican, y las naftas ligeras producidas en la unidad de hidrocraqueo se utilizan para mezclas de gasolina mientras que las naftas pesadas se reciclan o se envían a una unidad de reforma catalítica.

A continuación se muestra un ejemplo del diagrama del proceso:

Catalizador empleado

Como ya se ha descrito anteriormente, el proceso de hidrocraqueo se puede dividir atendiendo a los tipos de reacciones que tienen lugar:

Reacciones de craqueo: Son endotérmicas, es decir, necesitan energía para llevarse a cabo, para las que se emplea un catalizador ácido, del mismo tipo que el empleado en el proceso de craqueo catalítico de petróleo (FCC). El catalizador más usado, son zeolitas introducidas en una matriz de sílice-alúmina. Las principales funciones de la matriz son: darle resistencia mecánica al catalizador,actuar como trampa de coque , y la de precraquear las moléculas de hidrocarburo. Ya que si éstas no fueran precraqueadas, el gran tamaño de las moléculas de hidrocarburo impediría su entrada en los poros del catalizador de zeolita. Por lo que la reacción no se llevaría a cabo.

Reacciones de Hidrogenación: Son exotérmicas, es decir se obtiene energía del proceso. A diferencia del FCC, en el hidrocraqueo el proceso es globalmente exotérmico. Para las reacciones de hidrogenación se necestitan catalizadores metálicos. Dado que ambas reacciones se llevan a cabo en el mismo reactor, el catalizador contiene Platino y Níquel para catalizar las reacciones de hidrogenación. Ambos metales están dispersos sobre la matriz de sílica-alúmina que envuelve a la zeolita.

Salud y seguridad en el proceso

La inspección y verificación de los dispositivos de seguridad son importantes debido a las muy altas presiones que se producen en este proceso, (80-130 atm). Es necesario un control adecuado del mismo como protección contra el taponamiento de los lechos del reactor.

Debido a las temperaturas de la operación, (240-400ºC) y a la presencia de hidrógeno, hay que reducir estrictamente al mínimo contenido de ácido sulfhídrico de la carga para reducir el riesgo de que se produzca una corrosión intensa. También deberá tenerse en cuenta la posibilidad de corrosión por dióxido de carbono húmedo en las zonas de condensación. Cuando se procesan cargas con alto contenido en nitrógeno, el amoníaco y el ácido sulfhídrico forman bisulfuro amónico, que provoca fuerte corrosión a temperaturas inferiores al punto de rocío del agua. El bisulfuro amónico también se encuentra en la eliminación del agua amarga. Como la unidad de hidrocraqueo trabaja a presiones y temperaturas muy elevadas, es importante el control de fugas de hidrocarburos y de emanaciones de hidrógeno para evitar incendios.

Al tratarse de un proceso cerrado, en condiciones de trabajo normales las exposiciones son mínimas. Existe algo riesgo de exposición a nafta alifática que contenga benceno, HAP cancerígenos, emisiones de gases y vapores de hidrocarburos, gas rico en hidrógeno y ácido sulfhídrico