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RegeneraciRegeneracióónn en en Contra Contra CorrienteCorrienteen en RevampeoRevampeo de de UnidadesUnidades FCC FCC que que IncluyenIncluyenCorrientes de Corrientes de FondoFondo de de BarrilBarril

Phillip Niccum, Javier Vazquez Esparragoza, Jorge PefaureKBR

XIV Foro de Avances de la Industria de la RefinaciónPEMEX IMP

Septiembre 2008

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Introducción

Diferentes diseños del regenerador estan disponibles comercialmente para el crackeo catalitico fluido de residuos(RFCC). Dos de las variaciones mas importantes son :

Regeneración del catalizador en una o dos etapasOperación del regenerador en combustión parcial o total de CO

Esta presentación señala algunos de los parametros de diseñoy operación mas importantes asociados con las diferencias en estos diseños y discute su impacto potencial en las operaciones unitarias. Tambien se incluye la discusión de una tecnología nueva en regeneración y sus ventajas.

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Regeneración Ideal

Objetivos:– Regenerar el catalizador uniformemente con un

bajo nivel de carbon– Minimizar la desactivación del catalizador– Temperatura uniforme en las fases de lecho y

diluida– Flexibilidad para cargas y catalizadores– Diseño mecanico confiable y robusto

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ORTHOFLOW™ FCC

SINGLE STAGE

Single StagePartial or Complete

Combustion

Flue gas toWaste Heat Boiler

orCO Furnace Spent

Catalyst

Air RegeneratedCatalyst

CatalystCooler

2nd StageComplete

Combustion

1st StagePartial

Combustion

Flue gas toCO furnace

Flue gasRegenerated

Catalyst

SpentCatalyst

Air

Air

CatalystCooler

TWO STAGESEPARATE FLUE GAS

Resid FCC Regenerator Configurations

1st StagePartial

Combustion

2nd StageComplete

Combustion

RegeneratedCatalyst

SpentCatalyst

Air

Air

CatalystCooler

TWO STAGECOMMON FLUE GAS

Flue gas toCO furnace

Configuración de Regeneradores RFCC

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Consideraciones en el Diseño del Regenerador

Un regenerador optimo debe considerar el mantenimiento de la actividad del catalizador y del rendimiento de la selectividadControl de la Temperatura de la Particula del CatalizadorPresion Parcial del AguaCarbon en el Catalizador RegeneradoMetales Contaminantes en la CargaTiempo de Residencia del CatalizadorQuemado Posterior (afterburn)InversionFacilidad de Operación

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Control de la Temperatura de la Particula del Catalizador

El metodo mas efectivo para optimizar la cinetica de la combustión del coque es el uso del flujo a contracorriente del catalizador gastado y el aire al maximo permitido por la economíaEl catalizador con alto contenido en carbon se expone al gas de combustion con el mas bajocontenido en oxígeno. El contenido bajo en oxígenocontrola la velocidad de quemado.El gas de combustion con alto contenido en oxígenose expone al catalizador con bajo contenido en carbon. Este contenido bajo en carbon controla la velocidad de quemado

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Regeneración en Contracorriente de KBR

Spent Catalyst(high carbon)

+ Low O2

Regen Catalyst(low carbon)

+ High O2

DENSEPHASE

BED

cata

lyst

air

Air Distributor

Spent Cat Distributor

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Emisiones Comerciales de NOx

0

5

10

15

20

25

30

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0Excess Oxygen in Flue Gas

% N

in

Co

ke

to

NO

x

Side-by-Side (Swirl)

Combustor-type

KBR Counter-Current

3

9

Air

Spent Catalyst

Regen cat

Flue gas

Carbon

NO

CO

Nitrogen

2 CO + Nitrogen2 C + 2 NO

Emisiones de NOx mas bajas con Sistemaen Contracorriente

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PresiPresióónn ParcialParcial de Aguade Agua

Desactivación hidrotermica ocurre cuando el vapor ataca la estructura cristalina de la estructurazeolitica del catalizador de las FCCEl resultado es una desintegración de la estructuracristalina que causa una pérdida en la activacióndebido a la pérdida de area superficial y volumen de poroRegeneración en contracorriente tambien reduce la presión parcial promedio del agua en el lecho del regenerador. La mayor parte de la combustion del H2 del coque se lleva a cabo en la parte alta de la cama y despues se barre con los gases de combustión

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Carbon en Catalizador Regenerado

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Metales Contaminantes en la Carga

Cargas pesadas contienen niveles altos de contaminantes que pueden degradar la actividad del catalizadorNiquel, Vanadio, sodio, hierro, calcioVanadio es mas importante en el diseño del regenerador. Es movible de una particula a otraPromueve reacciones dehidrogenadoras queincrementan el Hidrogeno y el coque y atacan la estructura cristalina de la zeolitaUn metodo para minimizar las reacciones del vanadio es diseñar para combustion parcialde CO

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Metales Contaminantes en la Carga

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Tiempo de Residencia del Catalizador

El volumen del lecho del regenerador debediseñarse para proveer la regeneración óptima del catalizador sin incurrir, al mismo tiempo, a unadesactivacion excesivaFactores economicos forzan el diseño del regenerador al mismo punto cinetico en general queproduce el mismo tiempo de residencia para todaslas tecnologíasEl regenerador de 2 etapas divide el tiempo de residencia entre las 2 unidades

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low O2

high O2

Spent Catalyst(high carbon)

Catalyst(low carbon)

Dense PhaseBed

+

+

cata

lyst

air

Quemado Posterior (Afterburn)

Este termino se usa para la tendencia de los regeneradores de operar con una temperatura siemprecreciente del lecho a la salida del gas de combustionUn tipo es el aumento gradual y pequeño de temperatura (< 30 F) pero radialmente uniformes debido a la velocidad de combustion del CO menor que la de la combustion del mezcla de los 2 oxidosOtro tipo es cuando la distribuciónno uniforme del catalizador gastadoproduce una cantidad pequeña de coque en una parte del lecho y unacantidad mayor en otra parte.

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Catalyst(high carbon)

low O2

high O2

Spent Catalyst(low carbon)

Dilute PhaseBed

+

+

cata

lyst

air

Quemado Posterior (Afterburn)

Esta maldistribución puedeproducir un gas de combustiónrico en oxígeno de la parte con bajo coque y un gas rico en CO de la parte de alto contenido en coqueCuando se mezclan estos gases en la fase diluida o ciclones, se produce un alta temperaturaEl sistema en contracorrientedistribuye uniformemente el catalizador en el lecho evitando la diferencia en el contenido de coque, suprimiendo el afterburn.

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Inversión

El separador de 2 etapas requiere mas inversión que el de unaetapaIncrementos del 15 al 20% mayores, incluyendo el catalizadorde reposiciónSimulaciones muestran que el catalizador adicional de reposición es menor en el caso del regenerador de una etapaoperando a combustión parcial de COReduciendo la posibilidad de que los avances del catalizadorpuedan producir la reducción del catalizador adicionalrequerido para justificar la inversión adicional en el regeneradorde 2 etapasJustificar la inversión con la gasolina producida es dificil, la gasolina deberia producir 3 – 4% mas conversión en volumende la carga. Y parte de la conversion de gasoline se daria con la disminución de productos valiosos como el ACL y GPL

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Facilidad de Operación

El sistema de 2 etapas es mas dificil de operar. Equipo adicional requiere atención extra del personalLa distribución del flujo de aire complica maslas operaciones unitariasPor cambios en la carga o en operación quecambia la conversión del reactor, se debecambiar el flujo del aire y la separación en lasdos etapas para asegurar la eficienciaEn un regenerador de una etapa solamente el flujo total de aire necesita ser ajustado

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Comparación

Mas AltaMas AltaMas BajaInversión

ComplejaComplejaMas FacilFacilidad de Operación

ModeradoModeradoBajoAfterburning

EquivalenteEquivalenteEquivalenteTiempo de Residencia

ModeradoBajoMas BajoReposición de Catalizador

BajoBajoModeradoCarbon en CatalizadorRegenerado

Mas bajaMas AltaModeradaPresión Parcial de Agua

RasonableRasonableMas BajaTemperatura de Particula

Parcial/TotalParcial/TotalParcialModo de Combustión

Doe Etapas con Gas de CombustiónSeparado

Dos Etapas con Gas de CombustiónComun

Una Etapa

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La Generación Próxima : TecnologíaREGENMAX™

Counter-Current RegenMax™

Baffle

UpperBed

LowerBed

6

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Backmixing Flux0 --> Plug Flow∞ --> 100% Backmixing

UpperBed

LowerBed

Spent Catalyst

RegeneratedCatalyst

Air

Flue Gas

CatalystBackmixingAirCatalyst

Tecnología REGENMAX™

BaffleUpperBed

LowerBed

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Reduccion del Arrastre a Ciclones

0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8

1 2 3 4Superficial Gas Velocity (ft/s)

Entr

ainm

ent (

lb/ft

³) Without RegenMax

With RegenMax

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CONCLUSIONES

Regeneradores de una etapa con enfriadores de catalizadorvariables pueden y han procesado un amplio rango de cargas a las unidades RFCC, incluyendo contenidos de CCR hasta de un 9% en pesoLos regeneradores de 2 etapas son mas caros y mas dificilesde operar que los diseños de una etapaEl costo extra asociado con los sistemas de regenerador de 2 etapas no parece ser economicamente justificado.Una tecnología nueva (RegenMax™) esta disponible quecombina las ventajas de ambos diseños de regeneradores el de una y el de dos etapasKBR ofrece OTS y APC como herramientas para el diseño y operación de estas unidades