Este documento presenta una introducción al proceso de craqueo catalítico con hidrógeno (H-Oil). El proceso convierte productos intermedios y pesados en productos más ligeros y de mayor valor mediante craqueo catalítico e hidrogenación. El documento describe los diagramas de flujo del proceso de una y dos etapas, las variables clave como la temperatura y presión, y el papel del catalizador de tierras raras en la reacción.

1. Instituto Politécnico Nacional.
Escuela Superior de Ingeniería Química e
Industrias Extractivas.
H-Oíl (Craqueo
catalítico con
hidrogeno).
Elaborado
Pavón García Antonio.
Navarrete Cruz David Antonio.

2. Introducción.
A pesar de que la hidrogenación es uno de los procesos catalíticos mas
antiguos empleados en el refino del petróleo no ha sido hasta hace pocos
años que se ha desarrollado en gran extensión.
Ha venido motivado por diversos factores, entre ellos:
1. La demanda de los productos del petróleo se ha acrecentado por parte
de la gasolina a costa del empleo de destilados medios.
2. En los últimos años se dispone de hidrogeno como subproducto de bajo
costo y en grandes cantidades de las operaciones de reformado catalítico.
El proceso de craqueo catalítico con hidrogeno lo desarrollo comercialmente
la I.G. Farben Industrie en 1927 para convertir lignito en gasolina.

3. Introducción.
Algunas ventajas son:
1. Mejor balance en la producción de gasolina y destilados.
2. Mejor rendimiento de gasolina.
3. Mejoramiento de la calidad y sensibilidad del numero de octano de la
gasolina.
4. Producción de cantidades relativamente altas de isobutano en la
fracción de butanos.
5. Complementa al craqueo catalítico para degradar alimentos de
craqueo pesados, aromáticos, aceites cíclicos y aceites de coque hasta
gasolinas, combustible para reactores y fuelóleos ligeros.

4. Introducción.
Objetivo del Proceso.
Es un proceso de conversión por medio de craqueo catalítico con
hidrogeno en el cual productos intermedios y pesados son convertidos a
productos mas ligeros y de mayor valor agregado.

5. Introducción.
Materia prima y productos.
El alimento es tratado antes con hidrogeno para saturar las olefinas y eliminar
los compuestos de oxigeno, nitrógeno y azufre. Los compuestos de nitrógeno
y azufre se eliminan por transformación en amoniaco y sulfuro de hidrogeno.
Para algunos catalizadores, la presencia de sulfuro de hidrogeno a bajas
concentraciones actúa como catalizador para inhibir la saturación de los
anillos aromáticos. Este es un efecto beneficioso pues maximiza la producción
de gasolina y conserva el hidrogeno produciendo un producto de mayor
octanaje.
A continuación se presentara una tabla de un alimento de residuo de vacio
West Texas y el rendimiento de la planta.

6. Introducción.
Materia prima y productos.

7. Introducción.
Diagrama de flujo de dos etapas.

8. Introducción.
Diagrama de flujo de una etapa.

9. Introducción.
Descripción del Proceso.
El proceso de dos etapas es un proceso regenerativo en lecho fijo que
emplea como catalizador un tamiz molecular impregnado con un metal
de las tierras raras. El proceso emplea un craqueo en una o dos
etapas, con condiciones típicas de operación, entre 500 y 800 ºF, y entre
1000 y 2000 psig.
A diferencia del proceso de dos etapas, el de una sola etapa es un
proceso, también regenerativo pero de lecho móvil diseñado para
procesar residuos u otros productos pesados, de puntos de ebullición
mayores a 1100ºF. Una de sus principales ventajas es la posibilidad de
añadir y retirar catalizador durante la operación. Esto permite regenerar el
catalizador con la planta en marcha y mantener la actividad del
catalizador, ya sea por su regeneración o por su adición.

10. Introducción.
Tipos de unidades.
En la actualidad se han diseñado diversas versiones del proceso, todas
ellas para un propósito en especifico.
La decisión de usar un proceso de una o dos etapas depende del
tamaño de la planta y del producto deseado. Para la mayor parte de los
alimentos el empleo de una única etapa permitirá la conversión total de
la materia de alimento a gasolina y productos mas ligeros recirculando las
materias mas pesadas de nuevo al reactor. A continuación una tabla de
los diferentes procesos y la compañía a la que pertenece.

11. Contenido.
Química del Proceso.
Aunque en H-Oíl ocurren cientos de reacciones químicas simultaneas, hay la
opinión general de que el mecanismo del craqueo con hidrogeno es el del
craqueo catalítico con una hidrogenación superpuesta. El craqueo da
olefinas para su hidrogenación, mientras que a su vez la hidrogenación
proporciona calor para el craqueo. La reacción de craqueo es endotérmica,
mientras la reacción de hidrogenación es exotérmica.

12. Contenido.
Química del Proceso.
Otras reacción que tiene lugar es la hidrogenación inicial de un compuesto
aromático condensado. Este sufre a continuación un craqueo en mayor
extensión y así se convierte un componente de poco valor agregado a un
producto útil y de mayor valor agregado. Los productos olefinicos formados se
hidrogenan rápidamente, con lo que se previenen las reacciones las
reacciones inversas que darían moléculas de cadena recta, y se mantiene así
una alta concentración de isoparafinas de alto numero de octanos. Un aspecto
interesante en relación con el craqueo catalítico de estos compuestos es el
hecho de que se produzcan relativamente pequeñas cantidades de propano y
materias ligeras.

13. Contenido.
Química del Proceso.
Pasos de la reacción típica del proceso H-Oíl.

14. Contenido.
Catalizador.
La mayor parte de los catalizadores de craqueo con hidrogeno
consisten en mezclas cristalinas de sílice y alúmina con una pequeña
cantidad, uniformemente distribuida, de metales de las tierras raras.
La parte del sílice y alúmina del catalizador proporciona la actividad de
craqueo, mientras que los metales de las tierras raras ayudan a al
hidrogenación.
Con los alimentos típicos pasan dos a cuatro años antes de que la
actividad del catalizador decrezca, debido a la acumulación de coque
y otros depósitos, hasta un nivel que haga necesario regenerarlo.
La regeneración es conseguida quemando en el exterior del reactor los
depósitos del catalizador, y se regenera la actividad del catalizador a su
valor original.
El catalizador puede sufrir diversas regeneraciones, antes de que sea
necesario reemplazarlo.

15. Contenido.
Catalizador.
Casi todos los catalizadores de
craqueo con hidrogeno son de sílice
y alúmina como base para el
craqueo, pero los metales de tierras
raras varían según el fabricante.
Algunos de los mas comunes son
platino, paladio, oxido de wolframio
y níquel.

16. Contenido.
Variables del Proceso.
Las variables primarias del reactor son la temperatura y la presión de
reacción, velocidad espacial, consumo de hidrogeno, contenido de
nitrógeno en el alimento y contenido en sulfuro de hidrogeno en los
gases. El efecto de cada uno es como sigue:
Temperatura.- es el primer medio de control de la conversión. En
condiciones normales del reactor un incremento de temperatura de
20ºF duplica casi la velocidad de reacción sin afectar a la conversión.
Presión del reactor.- el efecto primario de la presión del reactor es su
acción sobre las presiones parciales del H2 y del NH3. La conversión
aumenta con el aumento de la presión parcial del H2 y disminuye al
aumentar la presión parcial del NH3.

17. Contenido.
Variables del Proceso.
Velocidad espacial.- Es la razón entre el caudal de liquido al volumen de
catalizador. El volumen del catalizador al ser constante, la velocidad espacial
varia proporcionalmente al caudal del alimento. Cuando este aumenta, el
tiempo de contacto del catalizador con cada barril de alimento
disminuye, reduciéndose la conversión. Para aumentar la conversión al nivel
deseado y aumentar el caudal es necesario aumentar la temperatura.
Contenido de nitrógeno.- El contenido de nitrógeno orgánico del alimento es
de gran importancia pues el catalizador se desactiva en contacto con
compuestos orgánicos de nitrógeno. Un aumento de su contenido en el
alimento provoca una reducción de la conversión.
Sulfuro de hidrogeno.- A bajas concentraciones actúa como catalizador, que
inhibe la saturación de los anillos aromáticos. Esto evita consumir hidrogeno y
proporciona un producto con un mayor numero de octano. Pero en elevada
concentración provoca una importante corrosión al equipo y se ve afectada
adversamente la actividad del catalizador.

19. Gracias por su
atención.