Agrietamiento

¿Qué es el agrietamiento?

El craqueo se refiere a una serie de procesos tecnológicos en los que el tratamiento de fracciones pesadas de petróleo crudo y gasolina da un resultado en forma de gasolina y aceites. El término ‘craqueo’ es la actividad de iniciar una descomposición controlada de hidrocarburos alifáticos largos que existen en fracciones pesadas, por ejemplo en mazut y en la fracción de petróleo formada como resultado de la refinación de petróleo crudo. Tal reacción produce compuestos cuya estructura consiste en cadenas de carbono más cortas. Estas moléculas están presentes en sustancias como la gasolina o el gasóleo y son una mezcla de alcanos y alquenos con cadenas más cortas.

La química del agrietamiento

Para hacerlo simple, los procesos que ocurren en el craqueo se basan en la ruptura de enlaces químicos únicos existentes entre los átomos del elemento (carbono). Durante los cambios, se forman radicales libres. La reacción se puede inducir de dos formas diferentes: con el uso de calor (reacción térmica) o en presencia de catalizadores (reacción catalítica). También existe un método más elaborado, menos utilizado, que emplea radiación ionizante (reacción de radiación). Los procesos que ocurren durante el craqueo incluyen una serie de cambios, como la isomerización de hidrocarburos, la deshidrogenación a hidrocarburos aromáticos y su condensación a hidrocarburos aromáticos policíclicos.

Craqueo térmico

En la industria petroquímica y de refinación, que utiliza procesos térmicos y termocatalíticos, juegan un papel importante las reacciones de disociación y formación de enlaces CC homoatómicos y enlaces CH heteroatómicos. Hay dos posibles mecanismos responsables de tales reacciones: el mecanismo radical y el mecanismo iónico. Normalmente, el craqueo térmico sin catalizador está dominado por el mecanismo de radicales, que también se genera durante la reacción de pirólisis. Se han desarrollado varias variantes de craqueo térmico, dependiendo de las condiciones del proceso. Uno de ellos es el craqueo a alta presión (2–7 MPa), que se lleva a cabo a una temperatura de alrededor de 470–540 ^o C. En tales condiciones, la fracción de petróleo crudo se descompone en ligroína y mazout, y se produce gasolina para vehículos. Otro tipo de proceso es el craqueo ligero, que incluye la rotura del residuo de la destilación del petróleo crudo, que da como resultado una sustancia conocida como ‘asfalto blando’. Se lleva a cabo a una temperatura ligeramente más baja (460–510 ^o C) y bajo una presión mucho más baja (aprox. 0,5–2 MPa), lo que hace posible producir fuel oil. El tercer tipo de craqueo térmico involucra el uso de una presión aún más baja (0.1–0.3 MPa) pero a altas temperaturas (430–550 ^o C). Se ha demostrado empíricamente que es posible utilizar una reacción de este tipo cuando se produce coque de petróleo a partir de asfalto blando. A veces denominado craqueo retardador del proceso, proporciona la materia prima necesaria para producir coque de agujas altamente cristalino, utilizado en la producción de electrodos para las industrias del acero y el aluminio. Esa variante también tiene sus derivados, como gases y gasolinas, así como fracciones de queroseno medias y pesadas. El último tipo de craqueo térmico común es la pirólisis, también llamada craqueo al vapor. Este término incluye el proceso de descomposición de materias primas líquidas y gaseosas a base de queroseno, como gasolinas de bajo octanaje, gasóleo, etano, butano y propano, en condiciones algo diferentes a las especificadas anteriormente. La pirólisis se realiza en las más altas condiciones térmicas, utilizando temperaturas que oscilan entre 700 y 1200 ^o C, bajo una presión normal de alrededor de 0,1 MPa. El hidrocarburo de entrada, al ser materia prima, se diluye con vapor y se calienta en un horno sin oxígeno, en poco tiempo. Es posible una mayor eficiencia si el período en que la materia prima permanece en el horno se reduce a milisegundos. El gas se extingue rápidamente inmediatamente después de alcanzar la temperatura de craqueo. Tales condiciones conducen a la formación de un gas con un alto contenido de hidrocarburos insaturados, incluido el valioso etileno, así como otras materias primas deseadas en la industria petroquímica. En el caso de utilizar hidrocarburos ligeros se producen alquenos más ligeros como el etileno o el butadieno. El uso de hidrocarburos más pesados da como resultado la formación de productos con un alto contenido de hidrocarburos aromáticos y compuestos que pueden incluirse en la gasolina o el fuel oil. Otra relación es el hecho de que una temperatura más alta favorece la producción de etileno y benceno, mientras que una temperatura más baja, la producción de propileno, hidrocarburos C4 y productos líquidos. Actualmente, el craqueo térmico se usa en la industria principalmente para mejorar las fracciones de queroseno muy pesadas o para producir fracciones ligeras/destilados, combustible para quemadores o coque de petróleo.

Craqueo catalítico

Como su nombre lo indica, el craqueo catalítico se lleva a cabo en presencia de catalizadores apropiados. El uso de tales aditivos hace posible reducir la alta temperatura y presión de craqueo requeridas. Los catalizadores más comunes incluyen silicatos de aluminio hidratados AlCl ₃ y Cr ₂ O ₃ , que contienen activadores apropiados como óxidos de níquel, cobalto o manganeso. En la práctica, se utilizan industrialmente junto con un 20 %de zeolita. Esto depende del método de procesamiento aplicado, específicamente del tipo de catalizador que puede ser móvil, de lecho fijo o polvoriento. Las condiciones en las que se lleva a cabo el craqueo catalítico son un poco más ligeras, ya que normalmente se lleva a cabo a una presión normal o ligeramente aumentada (0,1-0,2 MPa) y a una temperatura de alrededor de 450-510 ^o C. La materia prima en el craqueo catalítico normalmente incluye fracciones de aceite ligero que hierven entre 280 y 350 ^o C, y los productos son gasolinas extremadamente deseables con un alto índice de octanaje, así como gasóleo. La velocidad de descomposición es mayor con el uso de un catalizador que con el craqueo térmico. Si comparamos los productos del craqueo térmico y catalítico, el uso de catalizadores permite la formación de sustancias con un mayor contenido de parafinas ramificadas, cicloparafinas e hidrocarburos aromáticos. En las condiciones permitidas por el craqueo catalítico, también ocurren, a alta velocidad, reacciones tales como:

1. Descomposición de enlaces CC homoatómicos en moléculas de parafina, lo que resulta en la producción de olefinas de bajo peso molecular.
2. Deshidrogenación de naftalenos con producción de hidrocarburos aromáticos.
3. Formación de olefinas como resultado de la ruptura de anillos de naftaleno.
4. Una polimerización paralela de olefinas y su condensación con dienos, que en consecuencia se refleja en la producción de hidrocarburos aromáticos.

Una variedad interesante de craqueo catalítico es el hidrocraqueo, que utiliza la adición de hidrógeno gaseoso. Tal aditivo tiene muchos efectos positivos, que incluyen:

1. para materias primas que contienen altas cantidades de parafinas, evitando la formación de compuestos aromáticos policíclicos;
2. producción reducida de alquitrán y contaminantes;
3. apoyando una operación más eficiente del catalizador: evita la acumulación de coque perturbador
4. la posibilidad de adquirir productos con menor contenido de azufre y nitrógeno;
5. produciendo combustible con un alto índice de cetano.

Cabe señalar que las condiciones del craqueo catalítico también incluyen la demanda de procesos de reformado como la isomerización, la ciclación y la aromatización. En consecuencia, los productos de dichas reacciones son gasolinas de mayor octanaje. Fuentes: https://encyklopedia.pwn.pl/haslo/kraking;3926970.html https://www.naukowiec.org/wiedza/chemia/kraking-termiczny-i-katalityczny_1167.html https://arquidiamantina.org/ pl/kraking-chemia/