Proceso Químico Cracking Catalítico

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Xavier Sandoval Torres
hace 9 años
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1 Proceso Químico Cracking Catalítico FING Octubre 2013 Ing. Quím. Gonzalo Sanchez

2 Índice: Objetivo de la Unidad Historia de Cracking Reacciones Químicas Carga a la Unidad Catalizador Unidad comercial de ANCAP

3 OBJETIVO DE LA UNIDAD

4 OBJETIVO DE LA UNIDAD El objetivo de la Unidad de Cracking Catalítico es crackear hidrocarburos pesados como Aceite Pesado de Vacío y Residuo Atmosférico de bajo valor económico en productos livianos de alto valor económico como gasolinas de alto octanaje y LPG. También se extraen destilados medios para el pool de gas oil.

de bajo valor económico en productos livianos de alto valor económico como

5 HISTORIA DE CRACKING

6 HISTORIA DE CRACKING Cracking térmico

7 HISTORIA DE CRACKING Cracking Catalítico en lecho fijo

8 HISTORIA DE CRACKING Lecho móvil con elevación mecánica

9 HISTORIA DE CRACKING Lecho móvil con transporte neumático

10 HISTORIA DE CRACKING Cracking en lecho fluidizado

11 Ventajas catalítico vs térmico Aumento tiempo corrida Condiciones menos severas de p y T Disminución gas seco y coque Aumento rend. LPG y gasolina Disminución contenido olefinas y diolefinas

12 Diagrama de bloques FCC catalítico

13 Diseño R2R TIC CO 2 a Caldera Vapores a Torre Fraccionadora 251-D PDIC 254- D LIC LIC 253-D 256-D 255-D CO a Caldera PDIC PDIC PIC 252-D 251-SV 252- SV Alimentación de carga Vapor atomización Aire Vapor de aceleración 253-PV Soplador Heater

PDIC PDIC PIC 252-D 251-SV 252- SV Alimentación de carga

14 REACCIONES QUIMICAS

15 1-Craqueo de n-parafinas Reacciones primarias 2-Craqueo de olefinas

16 3-Craqueo de nafténicos

17 4-Desalquilación de aromáticos

18 Reacciones secundarias 1-Isomerización 2-Ciclización

19 3-Transferencia de hidrógeno 4-Condensación

20 Mecanismos de reacción Cracking térmico: Radicales libres

21 Cracking catalítico: Carbocatión

23 CARGA A LA UNIDAD

24 Carga de cracking Composición (orden decreciente veloc. reac.) Olefínicos(incremento coque) Nafténicos(>número C2rios y C3rio) transformación 80/100% Parafínicos(velocidad aumenta con PM) transformación total Aromáticos transformación 30% Impurezas Metales pesados(cu,ni,v,fe) Metales alcalinos(na) Asfaltenos y resinas Nitrógeno Azufre Cloruro

25 Caracterización de la carga Curva de destilación (ASTM) C Densidad (g/ml) 0, ,92 Residuo de carbono (Conradson o Randsbottom) Livianas<0,5% Pesadas 5-6% Metales(Ni,V,Na,Fe,Cu) Contenido S, N y asfaltenos Factor de caracterización (K) Asfaltenos y resinas

26 A N Á LIS IS SE M A N A L D E LA CARGA A CRACKING Fecha de control D eterm inaciones M etodos Densidad a 15ºC, g / ml ASTM D Res. Carb. Conradson, % en peso ASTM D 189 Azufre, % en peso ASTM D Vanadio ( V ), ppm ASTM E N iquel ( N i ), ppm ASTM E Sodio ( N a ), ppm I.P. 288 < 1 º API KUOP U.O.P Peso Molecular ASTM D 2502 Viscosidad a 212ªF, ASTM D 445 Destilaciòn simulada, ºC ASTM D ,5% vol % vol % vol % vol % vol % vol % vol % vol % vol % vol % vol % vol % vol 579

28 CATALIZADOR

29 CATALIZADOR Altera la velocidad de las reacciones en forma selectiva aumentando los rendimientos de ciertos productos(lpg, gasolina, LCO) Material sólido particulado con características ácidas (sitios activos) Sólido poroso con macro y microporos Reacción catalítica: 3 etapas 1-adsorción reactivo en los sitios activos 2-reacción química en la superficie 3-desorción de los productos

30 Desarrollo de catalizadores Sintéticos amorfos(antes 1962) Sílica (SiO2)-Alúmina(Al2O3) Amorfa Baja alúmina:15% peso Al2O3 Alta alúmina: 25% peso Al2O3 Unidad elemental: tetraedro (MeO4, Me=Al,Si) AlO4 tiene una carga (-) que se compensa con un catión(na+) Disposición aleatoria de las unidades elementales (amorfa)

31 Alúmino silicato

32 Forma sódica baja actividad y selectividad. Intercambio iónico con NH4+ o Re+3 sitios ácidos

33 Zeolíticos Componentes: -Activo Zeolita Tipo Y 10-50% zeolita ReY, zeolita USY -Matriz estructura amorfa. Puede ser: Activa (alúmina) precraqueo moléculas mayores Inerte (kaolin) resistencia mecánica y dureza Sintética (ligante) elemento aglutinador -Aditivos Promotor de combustión Pasivador de metales Mejorador de número de octano y rendimiento LPG Aditivos para SOx (ambientales)

34 Secuencia de tetraedros en arreglos tridimensionales cristalinos Mayor porosidad, mayor área superficial, mejor accesibilidad sitios ácidos

35 Zeolita sodalita: unión por las caras cuadradas Zeolita Tipo A: unión por puente de oxígeno Zeolita Tipo X e Y: unión por las caras hexagonales

36 Zeolita Tipo Y: > relación molar Si/Al < actividad, >selectividad LPG y gasolina, >estabilidad térmica

37 CATALIZADOR Propiedades catalíticas Actividad Selectividad Propiedades físicas Estabilidad Area superficial o específica (m2g) Díametro de los poros Indice de atricción Granulometría Densidad aparente Volumen de los poros

38 Envejecimiento de catalizadores FCC Deposición de coque irreversible Modificaciones estructurales y de textura por desactivación hidrotérmica (Regenerador) Alta temperatura ( C) Presencia de vapor de agua (20-30%) Envejecimiento o modificaciones causadas por impurezas presentes en la carga agua) Metales alcalinos(na) Daño irreversible a los sitios ácidos Destrucción de la zeolita(temp >600 C y vapor de

39 CATALIZADOR Metales (Ni,V) Ni se deposita en la superficie externa del cat. No es móvil V se deposita en la superficie externa y en el regenerador(>600 C) migra hacia todo el catalizador y destruye la zeolita. Na y vapor de agua aceleran el proceso.

40 UNIDAD COMERCIAL DE ANCAP

41 CO 2 a Caldera Diseño R2R TIC 530 ºC Vapores a Torre Fraccionadora 1.1 Kg/cm2 PDIC 254- D LIC 251-D 1.4 Kg/cm2 LIC 253-D 710 ºC 256-D 255-D CO a Caldera PDIC PDIC 220 ºC PIC 1.5 Kg/cm2 252-D 660 ºC 251-SV 252- SV Alimentación de carga Vapor atomización Aire 285 ºC Vapor de aceleración 253-PV Soplador Heater 135 ºC

42 Riser Tiempo residencia riser: s 6 toberas de carga con vapor dispersión en contracorriente con control independiente Vapor de aceleración Separador inercial Ciclones con válvulas charnela Anillo anticoking

43 Stripper Vapor de stripping 2-3 kg de vapor por ton.cat.circulante Aireación para tener densidad adecuada para altura estable de catalizador Malla para prevenir obstrucción Control de nivel sobre apertura válvula cat. agotado Contenido carbón % Presión flota en la fraccionadora principal

44 Regenerador Primera etapa: 50-70% coque ajuste con la cantidad de aire Aire de combustión Aire de acarreo Anillo válvula plug y receptor extracción Temp. Máxima 1era etapa:730 C Nivel 1er regenerador variable (extracción cat) Control de presión válvulas deslizantes doble disco 1er reg. controla presión 2do reg. controla diferencial entre 1er y 2do reg

45 Resumen de condiciones operativas Contenido C aprox.0.05% Temperatura de reacción (salida del riser) controla posición válvula cat.regenerado Presiones Reactor-Stripper: 1.0 kg/cm2 1er regen: 1.5 kg/cm2 2do regen: 1.1 kgcm2 Diferencial deslizantes: kg/cm2

46 Ciclones

47 SOPLANTE CRACKING Venteo Aire a la Atmósfera Aire Succión PDI SP ANTI SURGE HIC PI FI FIC F Aire Transport e TI FI TI POTENCIA Z ASKANIA FIC F HIC RPM S ES4 251-B B Vapor P P Vapor 40 Kg/cm 2 FI FIC 3.5 Kg /c m 2 Vapor 12 Kg/cm 2 Aire Combustión TIC PI P FI

48 Vapor de 40Kg/cm 2 de C. T CALDERA DE CO 255-C FI PI FI VAPOR 40 Kg/cm 2 FI LA LA FI PIC CI 255-FM M AI TI 255-F Economizador 256-J FI TI CI Evaporador TI AI TI FI FIC Sobrecalentado r A t m 255-JB 255-JA 255-J FY Por balance TIC TI VAPO R TI CI AGUA ALIMENTACION

49 CALDERA DE CO A t m FI AI (O 2 ) AI (CO) AI(CO 2 ) TI PI A t m Fuel Gas Gas a pilotos FIC PI PDIC P FI Retorn o Fuel Oil Fuel Oil Economizador Vapor Evaporador FIC FIC Sobrecalentado r TIC 252-J FIC 252-JA FIC PI Flue Gas 253-D (CO 2 ) Flue Gas 252-D (CO) PI

51 PREGUNTAS

52 MUCHAS GRACIAS

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