Proceso Químico Cracking Catalítico FING Octubre 2013 Ing. Quím. Gonzalo Sanchez
Índice: Objetivo de la Unidad Historia de Cracking Reacciones Químicas Carga a la Unidad Catalizador Unidad comercial de ANCAP
OBJETIVO DE LA UNIDAD
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.
HISTORIA DE CRACKING
HISTORIA DE CRACKING Cracking térmico
HISTORIA DE CRACKING Cracking Catalítico en lecho fijo
HISTORIA DE CRACKING Lecho móvil con elevación mecánica
HISTORIA DE CRACKING Lecho móvil con transporte neumático
HISTORIA DE CRACKING Cracking en lecho fluidizado
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
Diagrama de bloques FCC catalítico
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
REACCIONES QUIMICAS
1-Craqueo de n-parafinas Reacciones primarias 2-Craqueo de olefinas
3-Craqueo de nafténicos
4-Desalquilación de aromáticos
Reacciones secundarias 1-Isomerización 2-Ciclización
3-Transferencia de hidrógeno 4-Condensación
Mecanismos de reacción Cracking térmico: Radicales libres
Cracking catalítico: Carbocatión
CARGA A LA UNIDAD
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
Caracterización de la carga Curva de destilación (ASTM) 280-570 C Densidad (g/ml) 0,89----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
A N Á LIS IS SE M A N A L D E LA CARGA A CRACKING Fecha de control 06-06-2005 D eterm inaciones M etodos Densidad a 15ºC, g / ml ASTM D 1298 0.9194 Res. Carb. Conradson, % en peso ASTM D 189 Azufre, % en peso ASTM D 1552 0.95 Vanadio ( V ), ppm ASTM E 885 3.0 N iquel ( N i ), ppm ASTM E 885 3.3 Sodio ( N a ), ppm I.P. 288 < 1 º API KUOP U.O.P. 375 11.86 Peso Molecular ASTM D 2502 Viscosidad a 212ªF, ASTM D 445 Destilaciòn simulada, ºC ASTM D 2887 0,5% vol 286 1 % vol 298 5 % vol 342 10 % vol 363 20 % vol 394 30 % vol 415 40 % vol 431 50 % vol 444 60 % vol 460 70 % vol 479 80 % vol 502 90 % vol 534 100 % vol 579
CATALIZADOR
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
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)
Alúmino silicato
Forma sódica baja actividad y selectividad. Intercambio iónico con NH4+ o Re+3 sitios ácidos
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)
Secuencia de tetraedros en arreglos tridimensionales cristalinos Mayor porosidad, mayor área superficial, mejor accesibilidad sitios ácidos
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
Zeolita Tipo Y: > relación molar Si/Al 1.5-3.0 < actividad, >selectividad LPG y gasolina, >estabilidad térmica
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
Envejecimiento de catalizadores FCC Deposición de coque irreversible Modificaciones estructurales y de textura por desactivación hidrotérmica (Regenerador) Alta temperatura (670-800 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
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.
UNIDAD COMERCIAL DE ANCAP
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
Riser Tiempo residencia riser:1.7-2.1 s 6 toberas de carga con vapor dispersión en contracorriente con control independiente Vapor de aceleración Separador inercial Ciclones con válvulas charnela Anillo anticoking
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 0.9-1.4% Presión flota en la fraccionadora principal
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
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: 0.3-07 kg/cm2
Ciclones
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
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
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
PREGUNTAS
MUCHAS GRACIAS