Contra Corriente en Revampeo de Unidades FCC que Incluyen Corrientes de Fondo de Barril

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Alicia Duarte Vázquez
hace 5 años
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1 Regeneración en Contra Corriente en Revampeo de Unidades FCC que Incluyen Corrientes de Fondo de Barril Phillip Niccum, Javier Vazquez Esparragoza, Jorge Pefaure KBR XIV Foro de Avances de la Industria de la Refinación PEMEX IMP Septiembre 2008 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 etapas Operación del regenerador en combustión parcial o total de CO Esta presentación señala algunos de los parametros de diseño y 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. 1 2 Regeneración Ideal Configuración de Regeneradores RFCC Resid FCC Regenerator Configurations ORTHOFLOW FCC SINGLE STAGE TWO STAGE COMMON FLUE GAS TWO STAGE SEPARATE FLUE GAS 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 Flue gas to Waste Heat Boiler or CO Furnace Spent Single Stage Partial or Complete Cooler Regenerated Flue gas to CO furnace 1st Stage Partial 2nd Stage Complete Regenerated Spent Cooler Flue gas Cooler Flue gas to CO furnace Regenerated 2nd Stage Complete 1st Stage Partial Spent 3 4 1

2 Consideraciones en el Diseño del Regenerador Un regenerador optimo debe considerar el mantenimiento de la actividad del catalizador y del rendimiento de la selectividad Control de la Temperatura de la Particula del Catalizador Presion Parcial del Agua Carbon en el Catalizador Regenerado Metales Contaminantes en la Carga Tiempo de Residencia del Catalizador Quemado Posterior (afterburn) Inversion Facilidad de Operación 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 economía El catalizador con alto contenido en carbon se expone al gas de combustion con el mas bajo contenido en oxígeno. El contenido bajo en oxígeno controla la velocidad de quemado. El gas de combustion con alto contenido en oxígeno se expone al catalizador con bajo contenido en carbon. Este contenido bajo en carbon controla la velocidad de quemado 5 6 Regeneración en Contracorriente de KBR Emisiones Comerciales de NOx Spent (high carbon) Low O 2 catalyst DENSE PHASE BED air Spent Cat Distributor Distributor % N in Coke to NOx Side-by-Side (Swirl) Combustor-type KBR Counter-Current Regen (low carbon) High O Excess Oxygen in Flue Gas 7 8 2

3 Emisiones de NOx mas bajas con Sistema en Contracorriente Presión Parcial de Agua 2 C 2 NO Spent 2 CO Nitrogen Flue gas Carbon NO Nitrogen CO Desactivación hidrotermica ocurre cuando el vapor ataca la estructura cristalina de la estructura zeolitica del catalizador de las FCC El resultado es una desintegración de la estructura cristalina que causa una pérdida en la activación debido a la pérdida de area superficial y volumen de poro Regeneración 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 Regen cat 9 10 Carbon en Catalizador Regenerado Metales Contaminantes en la Carga Cargas pesadas contienen niveles altos de contaminantes que pueden degradar la actividad del catalizador Niquel, Vanadio, sodio, hierro, calcio Vanadio es mas importante en el diseño del regenerador. Es movible de una particula a otra Promueve reacciones dehidrogenadoras que incrementan el Hidrogeno y el coque y atacan la estructura cristalina de la zeolita Un metodo para minimizar las reacciones del vanadio es diseñar para combustion parcial de CO

4 Metales Contaminantes en la Carga Tiempo de Residencia del Catalizador El volumen del lecho del regenerador debe diseñarse para proveer la regeneración óptima del catalizador sin incurrir, al mismo tiempo, a una desactivacion excesiva Factores economicos forzan el diseño del regenerador al mismo punto cinetico en general que produce el mismo tiempo de residencia para todas las tecnologías El regenerador de 2 etapas divide el tiempo de residencia entre las 2 unidades Quemado Posterior (Afterburn) Quemado Posterior (Afterburn) Este termino se usa para la tendencia de los regeneradores de operar con una temperatura siempre creciente del lecho a la salida del gas de combustion Un 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 oxidos Otro tipo es cuando la distribución no uniforme del catalizador gastado produce una cantidad pequeña de coque en una parte del lecho y una cantidad mayor en otra parte. Spent (high carbon) catalyst (low carbon) Dense Phase low O2 air high O2 Esta maldistribución puede producir un gas de combustión rico en oxígeno de la parte con bajo coque y un gas rico en CO de la parte de alto contenido en coque Cuando se mezclan estos gases en la fase diluida o ciclones, se produce un alta temperatura El sistema en contracorriente distribuye uniformemente el catalizador en el lecho evitando la diferencia en el contenido de coque, suprimiendo el afterburn. Spent (low carbon) catalyst Dilute Phase (high carbon) low O2 air high O

5 Inversión Facilidad de Operación El separador de 2 etapas requiere mas inversión que el de una etapa Incrementos del 15 al 20% mayores, incluyendo el catalizador de reposición Simulaciones muestran que el catalizador adicional de reposición es menor en el caso del regenerador de una etapa operando a combustión parcial de CO Reduciendo la posibilidad de que los avances del catalizador puedan producir la reducción del catalizador adicional requerido para justificar la inversión adicional en el regenerador de 2 etapas Justificar la inversión con la gasolina producida es dificil, la gasolina deberia producir 3 4% mas conversión en volumen de la carga. Y parte de la conversion de gasoline se daria con la disminución de productos valiosos como el ACL y GPL El sistema de 2 etapas es mas dificil de operar. Equipo adicional requiere atención extra del personal La distribución del flujo de aire complica mas las operaciones unitarias Por cambios en la carga o en operación que cambia la conversión del reactor, se debe cambiar el flujo del aire y la separación en las dos etapas para asegurar la eficiencia En un regenerador de una etapa solamente el flujo total de aire necesita ser ajustado Comparación La Generación Próxima : Tecnología REGENMAX Modo de Combustión Una Etapa Parcial Dos Etapas con Gas de Combustión Comun Parcial/Total Doe Etapas con Gas de Combustión Separado Parcial/Total Temperatura de Particula Presión Parcial de Agua Carbon en Catalizador Regenerado Reposición de Catalizador Tiempo de Residencia Mas Baja Moderada Mas Equivalente Rasonable Mas Alta Equivalente Rasonable Mas baja Equivalente Baffle Upper Lower Afterburning Inversión Mas Baja Mas Alta Mas Alta Facilidad de Operación Mas Facil Compleja Compleja Counter-Current RegenMax

6 Tecnología REGENMAX Reduccion del Arrastre a Ciclones 21 Upper Lower Backmixing Flux 0 --> Plug Flow --> 100% Backmixing Spent Baffle Regenerated Upper Lower Flue Gas Backmixing 22 Entrainment (lb/ft³) Without RegenMax With RegenMax Superficial Gas Velocity (ft/s) CONCLUSIONES Regeneradores de una etapa con enfriadores de catalizador variables pueden y han procesado un amplio rango de cargas a las unidades RFCC, incluyendo contenidos de CCR hasta de un 9% en peso Los regeneradores de 2 etapas son mas caros y mas dificiles de operar que los diseños de una etapa El costo extra asociado con los sistemas de regenerador de 2 etapas no parece ser economicamente justificado. Una tecnología nueva (RegenMax ) esta disponible que combina las ventajas de ambos diseños de regeneradores el de una y el de dos etapas KBR ofrece OTS y APC como herramientas para el diseño y operación de estas unidades 23 6

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