Execution Time Study

La zeolita es un alumino-silicato cristalino, hidratado de cationes alcalinos y alcalinotérreos que tienen infinitas estructuras tridimensionales abiertas (Bosch & Schifter, 1997), son uno de los materiales puzolánicos naturales más comunes, fueron descubiertas hace 200 años y pertenecen a una familia de silicoaluminatos complejos, que tienen una red estructural tridimensional. Por definición, son tectosilicatos, formando estructuras “muy abiertas” conteniendo túneles y cavidades, dando como resultado densidades menores, comparadas con las estructuras más compactas como el cuarzo y feldespatos (Ghosh, 1993). Los túneles y cavidades son continuos (no están aislados) los cationes son intercambiables y las moléculas de agua pueden ser desorbidas y absorbidas reversiblemente. Debido a estas propiedades químicas y estructurales, las zeolitas presentan propiedades únicas, tales como intercambio de iones, absorción selectiva y son utilizadas como catalizadores (Ghosh, 1993).

Su estructura molecular está constituida por un grupo de aluminosilicatos hidratados compuesto por tetraedros de [SiO4]4- y [AlO4]5-, los cuales comparten uno de sus vértices

para formar estructuras abiertas altamente estables, (Van Bekkum et al., 2001). La fórmula estructural de una zeolita está basada en la celda unitaria cristalográfica, la cual puede ser representada por: Mx/nAlxSiyO2(x+y)wH2O, donde M representa un catión

intercambiable de valencia n y es generalmente un elemento del grupo I o II, aunque otro metal y cationes orgánicos pueden balancear la carga negativa creada por la presencia de Al en la estructura; x, es el número de Al; y, es el número de Si; w, son moléculas de H2O

(Van Bekkum, et al., 2001).

La zeolita natural como otras puzolanas, presenta actividad puzolánica debido a su alta cantidad de sílice (SiO2) y alúmina (Al2O3) reactiva, que al combinarse con Hidróxido de

Calcio (Ca(OH)2), forma un gel adicional de silicato de calcio (C-S-H), (Ikotun & Ekolu,

puzolánicos, encontrándose que la actividad de la zeolita natural es superior a las cenizas volantes (CV), pero menor que la del humo de sílice (SF) (Poon et al., 1999).

1.6.1 Catalizador para el proceso de craqueo catalítico

El craqueo catalítico es un proceso de la industria petroquímica, cuyo objetivo es la modificación de la estructura molecular de ciertos hidrocarburos, con el fin de obtener combustibles para automotores de calidad extra; o también para producir compuestos aromáticos, así como benceno y tolueno a partir de naftas seleccionadas (Domone, 2007).

Se reduce por lo tanto el peso molecular de hidrocarburos, mediante la ruptura de enlaces moleculares, siendo en este proceso donde actúa el catalizador. El craqueo es llevado a cabo por métodos térmico, catalítico o hidrocraqueo. La demanda creciente de gasolina y otros destilados intermedios en relación con la demanda de fracciones más pesadas, hace importante el proceso de craqueo para balancear el suministro de productos petroleros (Gary & Handwerk, 2003).

Los tipos de catalizadores han sido fruto de gran experimentación, en los cuales se busca una mayor estabilidad y actividad. Inicialmente se utilizó una zeolita X que aumentaba en un 7 % la producción de gasolina, pero luego se sustituyó por zeolita Y, la cual es del tipo faujasita y se encuentra en forma de agregados de 1 a 2 μm. Debido a su mayor resistencia a la temperatura, constituye la base de los catalizadores usados actualmente, (Falabella, 1993).

Un catalizador fluido para el proceso de craqueo catalítico, es básicamente un sólido conformado por un compuesto activo (zeolita Y), una matriz inerte y una serie de ingredientes funcionales cuyo fin principal es facilitar la reacción de craqueo. Estos catalizadores se encuentran hoy en día disponibles comercialmente como catalizador FCC (del inglés Fluid Catalytic Cracking) y se utilizan en ruptura catalítica en lecho fluido, permitiendo convertir las largas cadenas de carbono en compuestos más finos con una operación más eficiente y de gran valor agregado como las gasolinas de alto octanaje (Gianneto, 1993).

1.6.2 Tipos de craqueo

El procedimiento original, todavía en uso, empleaba calor y presión y se denominaba “craqueo térmico”, el que se realizaba a una temperatura de 850 – 900 °C. El craqueo térmico rompe las moléculas mediante calor. Los procesos de craqueo térmico, fueron desarrollados en 1913 y se basaban en la destilación por calor de combustibles y aceites pesados, bajo presión, en grandes tambores, hasta que se dividen en moléculas más pequeñas produciendo gasolinas de mayor octanaje. El primer método, que producía grandes cantidades de coque sólido, sin valor, ha evolucionado hasta los modernos procesos de craqueo térmico, entre los que se cuentan la ruptura de la viscosidad, el craqueo en fase de vapor y la coquización. Posteriormente se ideó un nuevo método: “craqueo catalítico” a una temperatura de 450 – 500°C, el cual realiza la misma operación mediante un catalizador, que es una sustancia que causa cambios químicos sin que ella misma sufra modificaciones en el proceso, (Falabella, 1993).

El craqueo catalítico es el proceso más importante y más usado en las refinerías para la conversión de aceites pesados en gasolina y productos ligeros. El craqueo consiste en romper los enlaces carbono-hidrógeno, uno de carbono o hidrógeno con un átomo de azufre o nitrógeno, o uno carbono-carbono, en este proceso, algunas de las moléculas se combinan (polimerizan) para formar moléculas mayores, y así obtener fracciones muy finas. Los procesos de craqueo han sido mejorados a través del tiempo y actualmente son los más utilizados en la refinación del petróleo, se ha pasado de craqueo simple a craqueo térmico y posteriormente a craqueo catalítico, debido a que se produce más gasolina con un mayor octanaje y menos aceites pesados y gases no saturados (Gary & Handwerk, 2003).

El craqueo catalítico descompone los hidrocarburos complejos en moléculas más simples para aumentar la calidad y cantidad de otros productos más ligeros y valiosos para este fin, y reducir la cantidad de residuos. Los hidrocarburos pesados se exponen, a alta temperatura y baja presión, a catalizadores que favorecen las reacciones químicas. Este proceso reorganiza la estructura molecular, convirtiendo las cargas de hidrocarburos pesados en fracciones más ligeras, como queroseno, gasolina, GPL (Gas de Petróleo Licuado, gasóleo para calefacción y cargas petroquímicas) (Gary & Handwerk, 2003).

En el caso de este tipo de craqueo, el catalizador usado es óxido de aluminio (Al2O3) o

cuarzo (SiO2), que puede estar presente en forma de terrones, píldoras, granos pequeños

o como un polvo superfino. En el proceso, su acción desintegradora en conjunto con el calor y la presión, hacen posible el fraccionamiento en componentes más livianos y como resultado, produce más y mejores compuestos (Gary & Handwerk, 2003).

En la actualidad los procesos de craqueo catalítico usados, se clasifican en unidades de lecho móvil o de lecho fluidizado. En este último caso, se utiliza un equipo hasta de sesenta metros de altura, dentro del cual se encuentran kilómetros de tuberías y reactores por los cuales circulan a elevadas temperaturas grandes cantidades de vapor, aire y catalizador pulverizado. A determinada altura de la operación, los granos del catalizador se recubren del carbón que ha sido separado del petróleo, y pierden actividad; sin embargo, una vez se quema y consume el carbón que los recubre, el catalizador queda nuevamente en condiciones de funcionar una y otra vez (Gary & Handwerk, 2003). En el proceso fluido, el catalizador es tan fino que cuando es agitado se mezcla con aire u otros gases, aumenta su volumen y fluye como un líquido pudiendo así ser controlado por válvulas. Esta cualidad de trabajar con una sustancia sólida como si se tratara de un fluido, ha traído progreso en las labores de refinación.

Durante el uso de estos catalizadores en las unidades FCC, parte de ellos (denominados ECAT) son retirados por tener baja actividad y son sustituidos por nuevos catalizadores; y otra parte (denominados EPCAT) se recogen en los precipitadores electroestáticos de las mismas unidades (Lomas, 2006).

Los estudios realizados sobre la reutilización de este catalizador y de los nuevos materiales fabricados en parte con este subproducto han revelado que no son peligrosos, ya que cumplen con los requisitos medioambientales exigidos y, por lo tanto, pueden ser incorporados en los materiales de construcción (Furimsky, 1996).