Cracking Cataltico FluidoEl proceso de craqueocataltico fluido
se basa en la ruptura de cadenas de hidrocarburos
Conceptos del craqueo cataltico (FCC)El proceso de craqueo
cataltico fluido se basa en la ruptura de cadenas de hidrocarburos
del orden de los 45 tomos de carbono, mediante la accin de un
catalizador que favorece que las reacciones se produzcan a una
temperatura mas baja que la necesaria para el craqueo trmico de la
misma carga. Las reacciones producidas son mucho mas rpidas y
selectivas que las de craqueo trmico. Las reacciones generan una
cantidad de carbn que se deposita sobre la superficie del
catalizador. Los procesos se desarrollan en forma continua ,
mediante una circulacin de catalizador que se contacta ntimamente
con la carga. Posteriormente el catalizador se regenera por medio
de la combustin del carbn producido, lo que produce la energa que
requiere el sistema para funcionar.
Economa del procesoLa carga de la unidad es un producto
intermedio de bajo valor. Puede ser comercializado como fuel oil o
carga de FCC. Mediante este proceso se obtiene :
Mayor expansin volumtrica (110 m3 de productos/ 100 m3 de
Carga).
Mayor nivel de conversin a productos de alta demanda y valor
comercial. La nafta producida aporta el mayor volumen de octanos
del pool de naftas. Es el proceso de mayor produccin de LPG. Butano
como materia prima para la produccin de MTBE y Alkilato . Propileno
de alto precio y creciente demanda.
Principales Reacciones
Cargas y producciones. Tipos y calidadesLa carga de la unidad de
FCC esta fundamentalmente compuesta por : GO pesado de Vaco GO
pesado de Coque
GO pesado de Topping Los aspectos ms importantes de calidad de
la carga son los siguientes : Contenido de carbn conradson: mide el
potencial de generacin de carbn de la carga. Nivel de
contaminantes: en especial nquel y vanadio que son venenos
permanentes del catalizador. Composicin qumica de la carga: las
especies qumicas predominantes definen la calidad de los productos
resultantes y la cantidad de carbn producido. Si bien las unidades
de FCC son muy flexibles y pueden procesar cargas muy diversas, es
importante conocer sus caractersticas para adecuar la operacin.
Producciones
Las Unidades de FCC:
Son las productoras de naftas por excelencia, en calidad y
cantidad. Producen menor cantidad de gas residual que el Cracking
Trmico. Producen alta calidad de propano y propileno, butilenos,
isobutanos y butanos. Estas corrientes son la materia prima para
los procesos Petroqumicos.
Seccin de ReaccinLos equipos de reaccin de las unidades de
cracking tienen tres partes fundamentales
Reactor ( RX ) Regenerador ( RG ) Stripper ( ST )
ReactorEs el lugar donde se producen las reacciones de craqueo
.
Hay distintos tipos de tecnologas. Actualmente operan con tiempo
de contacto (carga: catalizador) muy bajo donde la parte principal
del RX es el riser. Este es el lugar fsico donde se producen las
reacciones, en tanto que el resto del equipo es para separar
catalizador de los productos. Las unidades de tecnologas anteriores
operan en lecho fluido con tiempos de contacto mayores y menores
rendimientos en LPG y naftas. La temperatura de operacin es de 500
C - 540 C. En el RX existen ciclones que permiten separar
catalizador arrastrado de los productos de la reaccin. Estn
revestidos con material refractario que impiden la erosin y las
altas temperaturas sobre las paredes metlicas.
RegeneradorEs la parte de la unidad donde se quema el carbn
depositado sobre el catalizador , posee un sistemas de distribucin
del aire necesario para la combustin provisto por un compresor de
aire. Dicho compresor es la mquina ms importante de la unidad ya
que si no hay aire para regeneracin debe detenerse la unidad. Posee
ciclones que separan los gases de la combustin del catalizador
arrastrado. Estn revestidos por material refractario que impiden la
erosin y protege a las paredes metlicas de la alta temperatura. La
temperatura de operacin de 705 C - 740 C. Estas unidades operan a
combustin total ( formacin de CO2 ), para lo cual se adiciona un
promotor de combustin.
StripperEn esta parte del equipo se inyecta vapor para despojar
de hidrocarburos del catalizador agotado . La inyeccin se realiza a
travs de un distribuidor. La funcin ms importante es reducir el
contenido de hidrocarburos depositados sobre el catalizador,
disminuyendo la demanda de aire en el regenerador, aumentando el
rendimiento en productos lquidos. El equipo cuenta con bafles que
mejoran el contacto vapor - catalizador.
Funcionamiento del sistema de reaccin
Se describe la operacin de una unidad flexicracking operadas con
vlvulas.
CatalizadorLa circulacin del catalizador es un factor
preponderante en el funcionamiento de la unidad. El pasaje de
catalizador del RG al RX se consigue manteniendo un diferencial de
presin positivo en el RG de 200 gr/cm2 controlado automticamente.
La circulacin del RX al RG se establece por el peso de columna de
catalizador ms la presin propia del RX. La circulacin incide sobre
las siguientes variables:
Relacin catalizador / carga Tiempo de residencia del catalizador
en el RG Velocidad espacial Selectividad de las reacciones
Descripcin del funcionamientoEl catalizador que circula por el
riser se contacta con la carga que es inyectada. Parcialmente
vaporizada por picos de alta eficiencia, en ese instante se inician
las reacciones de craqueo. El catalizador con los productos de la
reaccin continan por el riser y descargan en el recinto del RX,
donde caen las partculas de catalizador por prdida de velocidad y
diferencia de densidad. Los gases ingresan a los ciclones, que
retienen las partculas de catalizador arrastradas y luego son
devueltas al lecho del RX. Los gases ingresan en la zona flash de
la fraccionadora. El catalizador desciende por el ST y recibe una
inyeccin de vapor que ingresa por la parte inferior para despojar
los hidrocarburos absorbidos sobre la gran superficie especifica
del catalizador A la salida del ST hay una vlvula que regula la
transferencia de catalizador al RG.
Variables del procesoEl proceso de craqueo cataltico es un
sistema de equilibrios. Para que la unidad pueda ser operada en
forma continua, deben mantenerse tres balances :
Balance de carbn Balance de calor Balance de presin La gran
complejidad de la operacin de estas unidades se debe
fundamentalmente a la estrecha interdependencia que posen las
variables del proceso, esta interdependencia hace casi imposible en
trminos prcticos modificar una variable sin tener una inmediata
respuesta en el resto del sistema, estos efectos deben ser
manejados en forma continua. Las modificaciones de variables deben
realizarse teniendo en cuenta que se mantengan en equilibrio los
tres balances. Las variables de operacin se dividen en
independientes y dependientes
Variables operativas independientesT RX T precalentamiento de
carga Relacin de reciclo Actividad de catalizador Modo de combustin
Calidad de la carga Velocidad espacial
Variables dependientesT RG Velocidad de circulacin Conversin
Requerimiento de aire C /O
Descripcin de la variables :
Temperatura de reaccin: temperatura de la mezcla catalizador y
carga en el punto donde se considera han finalizado las reacciones
T precalentamiento de carga: es la temperatura a que se levanta la
carga previamente al ingreso al RX. Relacin de reciclo: es la
cantidad de producto ya craqueado (reciclo) que se incorpora a la
carga fresca. Actividad de catalizador: es la capacidad que tiene
el catalizador para convertir una carga determinada en productos de
menor peso molecular. Modo de combustin: mide el grado de conversin
de monxido de carbono a dixido de carbono, y por ende modifica la
cantidad calor que se libera en el regenerador. Calidad de la
carga: de acuerdo a la naturaleza de la carga, sern los productos a
obtener. Velocidad Espacial: se define como el cociente entre el
caudal de carga total y la cantidad de catalizador existente en el
RX. Temperatura de RG: es la temperatura existente en el lecho
denso del regenerador. Velocidad de circulacin: se define como el
caudal de catalizador que circula vs. el rea media del reactor.
Conversin : es el porcentaje de volumen de carga fresca que se
convierte en nafta (de punto seco predeterminado) y productos mas
livianos. Requerimiento de aire: es la cantidad de aire requerida
para realizar la combustin del carbn depositado sobre el
catalizador . Relacin catalizador /carga : es la relacin entre el
rgimen de circulacin del catalizador (ton/h ) y el de la carga
combinada ( fresca + reciclo ) expresada tambin en ton/ h.
Descripcin de los balances Balance de calorEl balance de calor
liga las variables independientes con las dependientes. El balance
de carbn est ntimamente vinculado con el de calor ya que es el que
aporta el combustible que mantiene el balance de calor. La nica
fuente de calor de la unidad es la combustin del coque absorbido
sobre el catalizador agotado. Conceptualmente el calor generado por
el quemado de coque deber proveer el calor necesario para los
siguientes requerimientos :
Elevar la temperatura de la carga y productos hasta la
temperatura del RX. Satisfacer la endotermicidad de las reacciones
de craqueo. Compensar las perdidas del convertidor.
Elevar la temperatura del aire de combustin y transporte hasta
la temperatura de los efluentes del regenerador. Producir la
desorcin de coque del catalizador agotado. El calor perdido por
radiacin de las paredes del equipo.
Balance de carbnEl balance de carbn relaciona todas las fuentes
de generacin de carbn de la unidad y esta ntimamente vinculado con
el balance de calor. El carbn formado en el proceso responde a la
siguiente ecuacin :
C t = coque total formado Ccat = coque producido por las
reacciones de cracking. Ccarga = coque residual debido a la
naturaleza de la carga. C circulacin = coque de circulacin funcin
del rgimen de circulacin C contaminante = coque producido por la
presencia de contaminantes en la carga.
Balance de presinEl balance de presiones gobierna la circulacin
del catalizador, Y permite la operacin de la unidad. Adems se debe
controlar estrictamente por la seguridad de la operacin, ya que si
se produce una inversin de flujo el equipo puede explotar por
ingreso de aire y catalizador Calientes al reactor.. El equilibrio
significa mantener un diferencial de presin positivo en el RG que
permita transportar el catalizador hasta el RX.. Venciendo la
presin de RX. La presin en el RG generada por la descarga de los
gases producidos en la combustin, se controla a travs de un
controlador diferencial de presin. La presin en el RX se controla
en el acumulador de cabeza de la torre fraccionadora.
CatalizadoresLos catalizadores utilizados son productos
sintticos cristalinos , llamados zeolitas tamices moleculares ,
fabricados a base de alumina y silice. La actividad cataltica se
produce porque los centros activos de las zeolitas son promotores
de iones carbonios, responsables del inicio de las reacciones de
craqueo. Las caractersticas ms importantes del catalizador son:
Actividad Composicin qumica Tamao de las celdas de la zeolitas
Area superficial de zeolitas y matriz. Propiedades texturales: como
volumen poral ,densidad, etc. Granulometra
AditivosSe utilizan algunos tipos de catalizadores con
caractersticas especiales , que favorecen determinadas reacciones ,
lo que preferencia caractersticas determinadas en la produccin. Los
de mayor uso son los promotores de olefinas (comercialmente ZM5),
que producen mayor cantidad de olefinas en el LPG. Otros aditivos
son los promotores de combustin que permiten obtener una combustin
completa en el regenerador.
Craqueo Cataltico Fluido (FCC)
Esquema
Qu es la FCC? Por qu utilizar reactor de lecho fluidizado
circulante en FCC? Caractersticas de funcionamiento Descripcin del
Proceso Balance trmico Balance de la presin
Conclusiones
Qu es la FCC?
Proceso de conversin de primaria en una refinera de petrleo. La
unidad que se utiliza un catalizador de micro-spherodial
(catalizador zeoltico), que fluidifica cuando est debidamente
ventilado. El propsito es convertir alto punto de ebullicin
fracciones de petrleo (gas oil) de alto valor, gasolina de alto
octanaje y el combustible para calefaccin.
Por qu utilizar Lecho Fluido Circulante en FCC?
En comparacin con lecho fijo, lecho fluidizado CFB - rgimen de
fluidizacin rpida Buena para el tamao de catalizador CFB
