Cracking Catalítico Fluido
El proceso de craqueo catalítico fluido se basa en la ruptura de cadenas de hidrocarburos
Cracking Catalítico Fluido El proceso de craqueo catalítico fluido se basa en la ruptura de cadenas de hidrocarburos
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Conceptos del craqueo catalítico (FCC)
El proceso de craqueo catalítico fluido se basa en la ruptura de cadenas de hidrocarburos del orden de los 45 átomos de carbono, mediante la acción de un catalizador que favorece que las reacciones se produzcan a una temperatura mas baja que la necesaria para el craqueo térmico de la misma carga.
Las reacciones producidas son mucho mas rápidas 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. Posteriormente el catalizador se regenera por medio de la combustión del carbón producido, lo que produce la energía que requiere el sistema para funcionar.
La 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 :
Principales Reacciones
Cargas y producciones. Tipos y calidades
La carga de la unidad de FCC esta fundamentalmente compuesta por :
GO pesado de
Vacío
GO pesado de
Coque
GO pesado de
Topping
Los aspectos más importantes de calidad de la carga son los siguientes :
Contenido de
carbón conradson: mide el potencial de generación de carbón de la carga.
Nivel de
contaminantes: en especial níquel y vanadio que son venenos permanentes del catalizador.
Composición
química de la carga: las especies químicas predominantes definen la calidad de los
productos resultantes y la cantidad de carbón producido.
Si bien las unidades de FCC son muy flexibles y pueden procesar cargas muy diversas, es importante conocer sus características para adecuar la operación.
Producciones
Las Unidades de FCC:
Sección de Reacción
Los equipos de reacción de las unidades de cracking tienen tres partes fundamentales
Reactor
Es el lugar donde se producen las reacciones de craqueo .
Hay distintos tipos de tecnologías. Actualmente operan con tiempo de contacto (carga: catalizador) muy bajo donde la parte principal del RX es el riser. Este es el lugar físico donde se producen las reacciones, en tanto que el resto del equipo es para separar catalizador de los productos.
Las unidades de tecnologías anteriores operan en lecho fluido con tiempos de contacto mayores y menores rendimientos en LPG y naftas.
La temperatura de operación es de 500 °C - 540 °C.
En el RX existen ciclones que permiten separar catalizador arrastrado de los productos de la reacción.
Están revestidos con material refractario que impiden la erosión y las altas temperaturas sobre las paredes metálicas.
Regenerador
Es la parte de la unidad donde se quema el carbón depositado sobre el catalizador , posee un sistemas de distribución del aire necesario para la combustión provisto por un compresor de aire. Dicho compresor es la máquina más importante de la unidad ya que si no hay aire para regeneración debe detenerse la unidad.
Posee ciclones que separan los gases de la combustión del catalizador arrastrado.
Están revestidos por material refractario que impiden la erosión y protege a las paredes metálicas de la alta temperatura.
La temperatura de operación de 705 °C - 740 °C.
Estas unidades operan a combustión total ( formación de CO2 ), para lo cual se adiciona un promotor de combustión.
Stripper
En esta parte del equipo se inyecta vapor para despojar de hidrocarburos del catalizador agotado . La inyección se realiza a través de un distribuidor.
La función más importante es reducir el contenido de hidrocarburos depositados sobre el catalizador, disminuyendo la demanda de aire en el regenerador, aumentando el rendimiento en productos líquidos.
El equipo cuenta con bafles que mejoran el contacto vapor - catalizador.
Funcionamiento del sistema de reacción
Se describe la operación de una unidad flexicracking operadas con válvulas.
Catalizador
La circulación 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 presión positivo en el RG de 200 gr/cm2 controlado automáticamente. La circulación del RX al RG se establece por el peso de columna de catalizador más la presión propia del RX.
La circulación incide sobre las siguientes variables:
Descripción del funcionamiento
El 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 reacción continúan por el riser y descargan en el recinto del RX, donde caen las partículas de catalizador por pérdida de velocidad y diferencia de densidad.
Los gases ingresan a los ciclones, que retienen las partículas 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 inyección 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 válvula que regula la transferencia de catalizador al RG.
Variables del proceso
El proceso de craqueo catalítico es un sistema de equilibrios. Para que la unidad pueda ser operada en forma continua, deben mantenerse tres balances :
Balance de
carbón
Balance de
calor
Balance de
presión
La gran complejidad de la operación de estas unidades se debe fundamentalmente a la estrecha interdependencia que posen las variables del proceso, esta interdependencia hace casi imposible en términos prácticos 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 operación se dividen en independientes y dependientes
Variables operativas independientes
T° RX
T°
precalentamiento de carga
Relación de
reciclo
Actividad de
catalizador
Modo de
combustión
Calidad de la
carga
Velocidad
espacial
Variables dependientes
T° RG
Velocidad de
circulación
Conversión
Requerimiento
de aire
C /O
Descripción de la variables :
Balance de calor
El balance de calor liga las variables independientes con las dependientes.
El balance de carbón está íntimamente vinculado con el de calor ya que es el que aporta el combustible que mantiene el balance de calor. La única fuente de calor de la unidad es la combustión del coque absorbido sobre el catalizador agotado. Conceptualmente el calor generado por el quemado de coque deberá proveer el calor necesario para los siguientes requerimientos :
Balance de carbón
El balance de carbón relaciona todas las fuentes de generación de carbón de la unidad y esta íntimamente vinculado con el balance de calor.
El carbón formado en el proceso responde a la siguiente ecuación :
C t = coque total formado
Ccat = coque producido por las reacciones de cracking.
Ccarga = coque residual debido a la naturaleza de la carga.
C circulación = coque de circulación función del régimen de circulación
C contaminante = coque producido por la presencia de contaminantes en la carga.
Balance de presión
El balance de presiones gobierna la circulación del catalizador, Y permite la operación de la unidad.
Además se debe controlar estrictamente por la seguridad de la operación, ya que si se produce una inversión de flujo el equipo puede explotar por ingreso de aire y catalizador Calientes al reactor..
El equilibrio significa mantener un diferencial de presión positivo en el RG que permita transportar el catalizador hasta el RX.. Venciendo la presión de RX.
La presión en el RG generada por la descarga de los gases producidos en la combustión, se controla a través de un controlador diferencial de presión.
La presión en el RX se controla en el acumulador de cabeza de la torre fraccionadora.
Los catalizadores utilizados son productos sintéticos cristalinos , llamados zeolitas ó tamices moleculares , fabricados a base de alumina y silice.
La actividad catalítica se produce porque los centros activos de las zeolitas son promotores de iones carbonios, responsables del inicio de las reacciones de craqueo.
Las características más importantes del catalizador son:
Aditivos
Se utilizan algunos tipos de catalizadores con características especiales , que favorecen determinadas reacciones , lo que preferencia características determinadas en la producción.
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 combustión que permiten obtener una combustión completa en el regenerador.
