Carburantes II

8/19/2019 Carburantes II

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CARBURANTES II

1. CINETICA DE REACCIONES1.1. CONSIDERACIONES

• Se denominan PROCESOS a las técnicas de refinación que involucran reacciones químicasdurante su desarrollo.

• Los PROCESOS se diseñan para lograr la mayor cantidad de producto de reacción buscado, a partir de una carga o reactante, en un marco de condiciones de reacción tecnológicamenterazonables (emperatura y !resión" y costos competitivos.

• #l recipiente o lugar físico donde ocurre la reacción química, se denomina REACTOR .• !ara el diseño de un reactor se necesita conocer$

DATOS QUIMICOS ipo de reacción química

%elocidad de reacción

ermodin&mica de la reacción

DATOS FISICOS ransferencia de cantidad de movimiento

ransferencia de masa

ransferencia de calor

%elocidades de transferencia

•'on los datos físico químicos se realiza un modelo matem&tico de la reacción (equilibrio de las

reacciones".

•La ecuación cinética fundamental proviene de los estudios de il)eimy (*+-" sobre la inversión

de la sacarosa en medio acuoso acido.

1.2. ORDEN DE LA REACCION• #l orden de la reacción es un dato empírico, resultando ser el valor numérico al que )ay que elevar

la concentración en el segundo miembro de la ecuación de la velocidad.

• #l orden de la reacción con referencia al componente , ser& a/b, puesto que la influencia de ', al

estar elevada a 0-1, ser& uno, no afectando la velocidad.

1.3. TIPOS DE REACCION• #l esquema siguiente muestra un sistema de reacciones comple2as, con reacciones$

Simultaneas

'onsecutivas

!aralelas


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1.4. CONVERSION• La conversión es la intensidad con que ocurre una reacción.

• #n sistemas simples, las variables que afectan la conversión son principalmente la temperatura y

presión.

• #n sistemas comple2os (multicomponentes" es difícil identificar los factores que inciden en el

rendimiento y la conversión.

• Si el reactante principal es , la velocidad de reacción seria$

• 3ue no nos informa con respecto al producto principal a obtener, supuesto 4. La conversión a 4

seria$

1.5. REACCIONES EN CADENA

• #n esencia una reacción en cadena entra dentro del tipo de reacciones consecutivas de tres etapas

• Los productos intermedios de las reacciones en cadena son partículas activas, que generan las

reacciones de propagación de la reacción principal.

• Los intermedios primarios (56" o secundarios (46", consumen el reactante, aumentando el

rendimiento de productos de reacción.

• Las reacciones se van agotando, al desaparecer los intermedios activos.

• Los reactantes se constituyen pr&cticamente en el *--7 al iniciar el proceso, como podría ser una

descomposición térmica de aceites de petróleo.

1.6. TERMODINAMICA• Supongamos la siguiente reacción de primer orden$


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• !ara pasar de un estado molecular a otro, o sea para la redistribución de los &tomos, se requiere de

energía para forzar la molécula a un estado intermedio activado (barrera energética, comple2o

activado", previo a llegar al producto final.

• la energía necesaria para llevar a un reactante )asta el punto m&s alto, para pasar la barrera

energética, se denomina #8#9:;


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• medida que aumenta la desviación con respecto a la recta en la representación grafica de la

ecuación de rr)enius, se interpreta que la reacción es m&s comple2a.

• 'onstante de %elocidad de 9eacción (Aracciones de !etróleo".

1.10.PROCESO OUDR!• #l proceso B=C


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1.11. CATALI"ADORES• Los primeros catalizadores fueron arcillas naturales y silicatos de aluminio amorfos (compuestos

de sílice EalFmina".

• Los silicatos amorfos )oy en día )an sido reemplazados por S;L;'=S '9;SL;8=S y

G#=L;S, dando mayor estabilidad y resistencia a la desactivación por venenos, como losmetales pesados.

• Cn catalizador es una sustancia que influye sobre la velocidad de reacción química sin ser parte delos reactivos ni de los productos.

• Son muc)os los procesos de refinación que utilizan catalizadores$ craqueo catalítico, reformación,

polimerización.

• SELECTIVIDAD DEL CATALI"ADOR $ 9elación porcentual entre la cantidad de productoespecifico deseado obtenido y la cantidad de reactivos. La selectividad se encuentra vinculada conla distribución de los productos.

• CONVERSION$ !orcenta2e de reactivo convertido en el producto generalmente deseado.• ACTIVIDAD DEL CATALI"ADOR $ 'onversión especifica que produce el catalizador,

equivalente a los centros activos que posee.

• ESTABILIDAD DEL CATALI"ADOR $ 'apacidad de conservar la actividad con el tiempo.

1.12.ION CARBONIO• Los )idrocarburos se presentan como sustancias con características acidas débiles.

• La polarización de la doble ligadura actuara como aceptor del protón, combin&ndose con enlaces

libre s del B/, formando el ion carbonio

• Los iones carbonio son muy reactivos, resultando adem&s que las velocidades de reacción sean

superiores a las equivalentes de radicales libres.

1.13.MECANISMOS


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1.14.PROCESOS

2. PROCESOS DE ME#ORAMIENTO

2.1. REORDENAMIENTO MOLECULAR 2.1.1. REFORMACION

• iene por ob2eto aumentar el nFmero de octano de las fracciones ligeras del crudo, con gran

contenido en parafinas y naftenos ('H E'+E'I".

• #l proceso opera con regeneración continua del catalizador a ba2a presión (*- a J- @gKcm" y alta

temperatura (J- EM- N'".

• !rocesos de reformación (condiciones operativas por tipo de catalizador"


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• 9eforming O !latforming (catalizadores de platino".

• !rincipal ob2etivo es convertir los )idrocarburos de ba2o nFmero de octano presentes en los cortes

tipo nafta. Aundamentalmente en nafténicos y arom&ticos.

• Subproducto, importante producción de )idrogeno (se deriva a procesos de )idrogenación"

• !roduce subproductos importantes$ Bidrógeno, :L! y pequeña cantidad de gases (gas de

refinería".

• La carga )abitual del reformado catalítico es la nafta pesada (+- E*+- N'" de la destilación

primaria.

• !revio a este proceso se debe eliminar impurezas (S, 8, olefinas, metales, etc." que serían

venenosos para el catalizador.

• Las reacciones químicas principales del proceso de platforming son la des)idrogenación,

isomerización, y el )idrocraqueo.

•


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• 9endimiento en 9eformado vs. 'omposición de la carga

• 4eneficios económicos

La nafta platformada con 9=8 II tiene un alto impacto económico en el 4lending y a la vez

tuvo incidencia en la eliminación del tetra etilo de plomo en las naftas que producen la refinería 'omo beneficio adicional en esta Cnidad se obtienen -- m M de )idrogeno por mM de carga

procesada. #ste )idrogeno es consumido en la unidad de Bidrocrac@ing (;soma?" y en lasunidades de )idrotratamiento.

La alimentación de 9eforming de 8aftas proviene de las naftas pesadas de opping y 'oque

las que son tratadas previamente en las unidades de Bidrotratamiento de 8aftas con el fin de

eliminar sus contaminantes. La carga de la unidad de 9eforming ingresa a la sección de9eacción que consta de tres reactores en serie. #n ellos se desarrollan los diferentes reaccionesquímicas. #l producto de salida de los reactores pasa por un separador de altas presionesdonde se libera el )idrogeno producido por las reacciones.

#l Fltimo paso es estabilizar la tensión de vapor de la naftas para a2ustarla a los requerimientos

de 4lending.

2.1.2. ISOMERACION• iene por ob2eto transformar la nPparafinas en isoparafinas.

• !roductos principales$ ;sopentano y los isómeros de 'Qprincipalmente (, y ,M dimetilbutano".

• La isomerización puede ser simple o con reciclo de la fracción no transformada.

• 'aso particular de reformación, donde los )idrocarburos parafínicos normales isomerizan a

ramificados.


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• Las cargas m&s aptas son los cortes de menos de H- N' (*+ NA" de punto de ebullición,

compuestos fundamentalmente por pentanos y )e?anos.

• La isomerización de las parafinas son e?otérmicas.

•

#l equilibrio termodin&mico se desplaza )acia los reactivos (nPparafinas" con el aumento de latemperatura.

• #n presencia de catalizadores &cidos, el mecanismo de reacción responde a la teoría de iones

carbonio (9/", produciéndose en la continuidad de la cadena de reacciones el desplazamiento delradical metilo.

2.2. INTERVENCION DE OTROS REACTIVOS


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2.2.1. ALQUILACION• !roceso que permite producir productos de alto índice de octano a partir de olefinas ligeras ('MO,

'JO" por adición de isobutano.

• La reacción es muy e?otérmica y es catalizada por &cidos fuertes$ sulfFrico, fluor)ídrico.

• La carga proviene normalmente del craqueo catalítico.

• Los productos de reacción son isoparafinas ('H, '+".

• !rocesos de reconstrucción de )idrocarburos.

• ransformación en cortes tipo nafta la gran cantidad de gases, propanos y butanos, formado por el

craqueo de )idrocarburos pesados.

• lquilación del buteno (olefinas" con una ;so parafina (isobutano" recibe el nombre deL3C;L';=8.

•eoría m&s aceptada, formación de iones carbonio

2.2.2. POLIMERI"ACION• !roceso de reconstrucción de )idrocarburos

• 'ombinación de dos olefinas, para dar una molécula mayor.

• 'atalizador utilizado es el acido fosfórico soportado en un material inerte

• Los rendimientos del proceso varían entre el H y I7.

• #l mayor valor de la polimerización estriba en el alto nFmero de octano del producto obtenido

(9=8 pró?imo a *--".


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• !resenta gran inestabilidad química, por ser no saturado.

• Se corrige sometiendo a la nafta de polimerización a procesos de )idrogenación (característica de

lquilato".• !roceso de menor costo al de la lquilación.

• =curre reacciones de dismutación o desproporción ()idrocarburos del ;sopentano, se convierten en

dos moléculas diferentes"

• !roducción de carbono

3. PROCESOS DE CONVERSI$N

3.1. TERMICOS3.1.1. CRAC%ING TERMICO

•


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• 'onversión en crac@ing térmico

• 9endimiento de nafta en función del tiempo de craqueo


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• 'onversión térmica

3.1.2. REFORMING TERMICO• 9eforming érmico O !roceso por el cual se reforma la estructura molecular con predominio de

parafinas de las naftas de topping.

• Aundamentalmente para convertirlas en olefinas.

• Se produce una pérdida de nafta como gases y residuos pesados del orden del * y 7

respectivamente.

• !ara evitar una e?cesiva conversión y minimizar perdidas, no se utiliza reciclo en el proceso.

• 8Fmero de octano del reformado en función de la perdida de nafta

3.2. CATALITICOS3.2.1. CRAC%ING CATALITICO• FCC (Aluid 'atalytic'rac@ing"• #l proceso de craqueo catalítico fluido se basa en la ruptura de cadenas de )idrocarburos del orden

de los J &tomos de carbono, mediante la acción de un catalizador que favorece que las reaccionesse produzcan a una temperatura m&s ba2a que la necesaria para el craqueo térmico de la misma

carga.

• Las reacciones producidas son muc)o m&s r&pidas y selectivas que las de craqueo térmico.

• Las reacciones generan una cantidad de carbón que se deposita sobre la superficie del catalizador.

• Los procesos se desarrollan en forma continua, mediante una circulación de catalizador que se

contacta íntimamente con la carga. !osteriormente el catalizador se regenera por medio de lacombustión del carbón producido, lo que produce la energía que requiere el sistema parafuncionar.


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• #conomía

La carga de la unidad es un producto intermedio de ba2o valor.

!uede ser comercializado como Auel =íl o carga A''.

5ediante proceso se obtiene$

5ayor e?pansión volumétrica (**- mM de productosK *-- mM de 'arga".

5ayor nivel de conversión a productos de alta demanda y valor comercial.

La nafta producida aporta el mayor volumen de octanos del pool de naftas.

#s el proceso de mayor producción de :L!. 4utano como materia prima para la producción de alquilato.

!ropileno de alto precio y creciente demanda.

• 'arga

:= pesado de vacio

:= pesado de 'oque

:= pesado de opping

• 'alidad

Los aspectos m&s importantes de calidad de la carga son los sgtes.$

'ontenido de carbón conradson$ mide el potencial de generación de carbón de carga.

8ivel de contaminantes$ en especial níquel y vanadio que son venenosos permanentes del

catalizador.

'omposición química de la carga$ las especies químicas predominantes definen la calidadde los productos resultantes y la cantidad de carbón producido.

Si bien las unidades de A'' son muy fle?ibles y pueden procesar cargas muy diversas, en

importante conocer sus características para adecuar la operación.

• !rincipales reacciones$

3.2.2. IDROCRA%ING• Las unidades de !latforming producen gran cantidad de B;


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