BRPI0505308B1 - Processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido - Google Patents

Description

PROCESSO PARA DESVINCULAR A TEMPERATURA DE REAÇÃO DA

TEMPERATURA DE RETIFICAÇÃO EM UNIDADES DE CRAQUEAMENTO

CATALÍTICO FLUIDO

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção encontra seu campo de aplicação entre os processos para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido (FCC).

Particularmente, dentre os processos para desvincular as temperaturas de reação e retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, por intermédio da redução da temperatura da fase densa do regenerador sem prejuízo à eficiência do retificador.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA A tecnologia de craqueamento catalítico fluido (FCC) tem evoluído de forma consistente nos últimos anos. A qualidade dos derivados de petróleo, bem como a relação entre a produção e a demanda de produtos são os principais fatores que impulsionam o desenvolvimento tecnológico.

De forma sintética, o processo de FCC pode ser descrito como se segue. A maior parte das reações ocorrem em um duto reator, conhecido no estado da técnica como “riser”. Tais reações geram uma mistura de efluente gasoso com o catalisador sólido utilizado. Esta mistura é separada por intermédio de um conjunto de ciclones dentro do vaso separador, onde o efluente gasoso obtido é enviado para uma seção de fracionamento e o catalisador utilizado entra em uma seção de separação e regeneração para que seja reutilizado no processo.

Durante o processo, o catalisador adsorve hidrocarbonetos e perde grande parte de sua atividade devido à formação de coque na superfície. Desta forma, o catalisador separado do efluente gasoso nos ciclones vai para um retificador onde os hidrocarbonetos são removidos, usualmente com vapor. A

temperatura de operação do retificador em um processo convencional de FCC está compreendida em uma faixa de valores entre 520°C e 530°C. Os produtos retificados, assim como o efluente gasoso obtido em um vaso separador, também são encaminhados para uma seção de fracionamento. Após a retificação, o catalisador passa por um regenerador. O catalisador tende a se depositar na base do regenerador, formando o que comumente é chamado no estado da técnica de fase densa. No regenerador, o coque formado na superfície do catalisador é queimado na presença de ar e em temperaturas compreendidas na faixa entre 590°C e 800°C e pressões compreendidas na faixa entre 0 e 150 psig. O calor liberado na etapa de regeneração é conduzido para o duto reator pelo catalisador regenerado, que fornece a maior parte da energia necessária ao processo, permitindo que as reações de craqueamento ocorram.

Desta forma, em um processo convencional de FCC, a carga pré- aquecida entra em contato com o catalisador já regenerado e, em temperatura adequada, é craqueada, convertendo frações pesadas em produtos mais leves e de maior valor comercial.

Desde a construção das primeiras unidades de FCC até os dias de hoje, muitas modificações foram implementadas nos equipamentos que são partes integrantes do processo. Neste aspecto, o desenvolvimento de componentes internos de retificador mais eficientes tem obtido destaque. O aumento da eficiência do retificador tem impacto direto na operação da unidade, uma vez que reduz o arraste de hidrocarbonetos de alta relação Hidrogênio/Carbono para o regenerador e, conseqüentemente, diminui o calor produzido durante a queima do coque, em função da ausência de hidrogênio no regenerador e consumo desnecessário de oxigênio proveniente do soprador de ar.

Com a diminuição da temperatura do regenerador, obtém-se uma maior circulação de catalisador, o que resulta em um aumento de conversão ou permite um aumento na vazão de carga processada. Além disso, há que se considerar o impacto negativo do aumento de temperatura de regeneração na desativação do catalisador. As altas temperaturas aumentam a mobilidade do vanádio e promovem a formação de espécies ácidas. Estas espécies ácidas atacam a estrutura do catalisador, o que acarreta perda permanente de atividade.

Os retificadores convencionais, com chicanas em seu espaço interno, são reconhecidos como dispositivos de baixa eficiência, principalmente para um alto fluxo de sólidos. Por isso, necessitam de uma alta temperatura de retificação. Assim, é interessante que a temperatura de reação seja elevada (maior que 530°C) para que a temperatura de retificação seja otimizada. Este vínculo entre as temperaturas de reação e retificação torna-se crítico quando é desejável a maximização da produção de óleo leve de reciclo (LCO) em uma unidade de FCC. Neste caso, ao se operarem temperaturas de reação baixas, observa-se uma piora considerável na eficiência de retificação, quando o interno adotado é o convencional (chicanas). A necessidade de se manter a temperatura de retificação elevada acarreta alguns efeitos negativos. Em termos de balanço térmico, o calor carreado para o regenerador pelo catalisador acarreta um aumento da temperatura da fase densa. Porém, como o efeito da redução da relação Hidrogênio/Carbono do catalisador gasto exerce um efeito de diminuição da temperatura e, no caso, este efeito é predominante, cria-se, então, a ilusão de que a operação do retificador convencional a altas temperaturas é vantajosa para o processo.

Todavia, o estado da técnica tende a contradizer este conceito. Algumas patentes tendem a proteger equipamentos de resfriamento de catalisadores. A patente norte-americana US 4,578,366 protege um processo e equipamento para resfriamento de catalisador regenerado quente e fluidizado por intermédio da introdução de um trocador de calor casco-tubo.

Deforma similar, a patente norte-americana US 5,019,353 protege um sistema reator em um resfriadorde catalisador. A referida patente propõe um gerenciamento alternativo da energia envolvida no processo de FCC por intermédio de uma reação de desidrogenação e conseqüente resfriamento, uma vez que a referida reação é de caráter endotérmico.

Outras patentes protegem o resfriamento do catalisador retificado ou antes da etapa de retificação. A patente norte-americana US 4,820,404 protege um processo e equipamento para resfriamento do catalisador retificado de modo a otimizara temperatura de entrada do catalisador no regenerador. De acordo com a invenção, este objetivo é alcançado por intermédio da passagem do catalisador recém-retificado por um trocador de calor. Da mesma forma, a patente internacional WO 05/017074 protege o controle de temperatura em um retificador por intermédio do uso de um resfriador.

Nas patentes citadas, a inclusão de novos equipamentos à unidade de FCC se faz necessária. Consequentemente, uma parada de produção a fim de se adaptar as linhas de alimentação de fluido refrigerante e o trocador de calor à unidade também é necessária. Desta forma, novos custos são introduzidos, o que afeta a lucratividade da produção. O estado da técnica caminha para a possibilidade de desvinculação da temperatura de reação da temperatura de retificação por intermédio de soluções cada vez mais práticas e econômicas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO O processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento cataiítico fluido, objeto da presente invenção visa permitir uma retificação mais eficiente, mantendo-se a temperatura de retificação em níveis menores que os usuais, de forma a reduzir a quantidade de calor transferida para o regenerador pelo catalisador. Assim, a temperatura da fase densa do regenerador é reduzida, o que permite um aumento da circulação de catalisador e, conseqüentemente, maximiza-se a conversão da unidade.

Para reduzir a temperatura de retificação, é proposta a injeção de um líquido como, por exemplo, a água, em substituição ao vapor de retificação.

Desta forma, é possível reduzir a quantidade de calor que é transferida para o regenerador - visto que parte desta energia é utilizada para a vaporização do líquido sem que haja prejuízo à eficiência de retificação. A redução da quantidade de calor carreada para o regenerador pelo catalisador retificado, permite uma queda na temperatura da fase densa do regenerador com consequente aumento da circulação de catalisador para o “riser” e o aumento de conversão do processo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS O processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, objeto da presente invenção, será mais bem percebido a partir da descrição detalhada que se fará a seguir, a mero título de exemplo, associada aos desenhos abaixo referenciados, os quais são partes integrantes do presente relatório. A Figura 1 mostra uma representação esquemática de um retificadorem uma unidade de craqueamento catalítico fluido de hidrocarbonetos, de acordo com a presente invenção. A Figura 2 mostra uma representação esquemática de um retificadorem uma unidade de craqueamento catalítico fluido, de acordo com uma segunda concretização da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO O processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, objeto da presente invenção, será feita de acordo com a identificação dos respectivos componentes, com base nas figuras acima descritas.

No tocante è etapa de retificação, vários dispositivos de alta eficiência são utilizados como, por exemplo, dispositivos verticais que criam uma região de contracorrente de contato entre o catalisadore o vapor, conhecido no estado da técnica como “downcomers”. Além disso, recheios estruturados, conhecidos no estado da técnica como “flux tubes”, também são usados em substituição às tradicionais chicanas. A presente invenção pressupõe o uso de um retificador de alta eficiência como, por exemplo, retificadores com recheio estruturado, retificadores com downcomers” e outros retificadores de alta eficiência.

De acordo com a presente invenção, em unidades que possuem retificadores com internos de alta eficiência, é possível a operação do retificador em temperaturas mais baixas do que as comumente adotadas, sem nenhuma perda de eficiência no processo de retificação. De fato, o resfriamento do retificador permite a redução da temperatura da fase densa do regenerador, com consequente aumento da circulação de catalisador do regenerador para o “riser”.

Desta forma, a presente invenção possibilita uma maior flexibilidade na temperatura de retificação do catalisador, com conseqüente aumento da circulação de catalisador e da conversão do processo. A redução da temperatura do retificador, de modo a desvincular a temperatura de retificação da temperatura de reação, pode ser alcançada por intermédio da introdução de uma corrente fria na base do retificador. Esta corrente fria, ao se vaporizar, além de ajudar na dessorção dos hidrocarbonetos presentes no catalisador, promove a redução na quantidade de calor transferida do retificador para o regenerador. A corrente fria pode ser adicionada em substituição ao vapor de retificação ou em conjunto com o referido vapor. A corrente injetada pode ser, por exemplo, água a uma temperatura compreendida em uma faixa de valores entre 10°C e 35°C, preferencialmente, entre 20°C e 30°C. A Figura 1 mostra uma representação esquemática de um retificador (1), de acordo com a presente invenção. Em um processo de retificação em leito fluidizado, o catalisador gasto (2) de FCC entra no retificador seguindo uma trajetória descendente, conforme o sentido indicado nas setas (3). Um fl uido de retificação frio (4), no estado líquido, é introduzido em sentido ascendente, ou seja, em contracorrente ao catalisador gasto (2), conforme o sentido indicado nas setas (5). Nesta concretização, o referido fluido de retificação frio (4) é introduzido no retificador (1) em substituição ao tradicional vapor de retificação, através do mesmo duto de admissão de vapor (6). A Figura 2 mostra uma segunda concretização da invenção. Na referida concretização, o fluido de retificação frio (4) é introduzido em contracorrente ao catalisador gasto (2), conforme o sentido indicado pelas setas (3, 5), em conjunto com o vapor de retificação (7), por intermédio da utilização de um duto de admissão de vapor (6) em conjunto com um duto de admissão de fluido de retificação (8), ambos independentes.

Tanto o fluido de retificação frio (4) quanto o vapor de retificação (7), caso este seja utilizado, devem ser introduzidos na base (9) do retificador (1), por intermédio de um equipamento que permita uma distribuição homogênea com dispersão adequada. 0 referido equipamento pode ser escolhido entre: um anel dispersor ou um distribuidor semelhante a um “pipe grid” de vapor. A partir deste equipamento, o fluido de retificação frio (4) é introduzido no retificador (1) em substituição ao vapor de retificação (7) ou em conjunto com o referido vapor de retificação (7). Para a concretização que utiliza vapor de retificação (7) em conjunto com o fluido de retificação frio (4), é necessária a instalação de equipamentos independentes para a injeção das duas substâncias.

Considerando a altura do retificador (1) a distância entre a base (9) e o topo do retificador (1), o(s) ponto(s) de injeção das referidas substâncias, devem estar a uma distância da base (9) do retificador (1) compreendida em uma faixa de porcentagens entre 1 e 20% da altura do retificador.

Desta forma, o retificador (1) tem a temperatura diminuída de uma faixa de temperaturas compreendida entre 10°C e 40°C, preferencialmente, entre 20°C e 30°C. A desvinculação entre as temperaturas promove uma redução da quantidade de calor transportada do retificador (1) para o regenerador. Como conseqüência, consegue-se um aumento na circulação do catalisador no processo e a conversão da unidade de FCC é maximizada.

Cabe observar que a presente invenção não reduz a capacidade da unidade de FCC. Ao contrário, ela permite um aumento da carga a ser processada, mantendo-se a conversão constante. Pode-se aproveitar a folga de capacidade do soprador no aumento da referida carga. Além disso, a presente invenção também não requer um aumento na quantidade de água de processo utilizada, uma vez que se pode utilizar o fluido de retificação frio (4) em substituição ao vapor de retificação (7). Caso a água de processo não seja utilizada, pode-se ter uma redução na quantidade de água adicionada à unidade, fato este que diminui as necessidades de água tratada na refinaria.

EXEMPLO

Para uma melhor compreensão do exemplo, considera-se uma unidade muItipropósito de FCC balanceada termicamente, aquela em que a circulação éfunção do calor gerado pela combustão do coque e das demandas e energia do sistema (reações de craqueamento, vaporização, perdas, etc.). A vazão de carga da unidade é de 200 kg/h.

Três corridas foram realizadas na referida unidade multipropósito de FCC, com o fito de se avaliar a influência da temperatura de retificação do catalisador gasto na relação Hidrogênio/Coque e na temperatura da fase densa do regenerador.

A carga empregada nos testes foi 100% de resíduo atmosférico (RAT

Albacora), processado na unidade de RFCC da REGAP, cujas principais características constam na Tabela 1. TABELA 1 0 catalisador de equilíbrio (E-cat), proveniente também da REGAP, tem as características apresentadas na Tabela 2. TABELA 2 Para cada corrida foram utilizados três níveis de temperatura de retificação, enquanto as demais condições operacionais foram mantidas constantes. Para modificar a temperatura de retificação, foi instalado um conjunto de resistências em torno do retificador. As corridas foram realizadas com as temperaturas de acordo com a Tabela 3. TABELA 3 Em todos os testes, a vazão de vapor de retificação foi de 7,5 kg/h. O interno de retificador empregado no estudo foi o recheio estruturado de alta eficiência da Koch-Glitsch (KFBE™). A Tabela 4 apresenta um resumo das condições operacionais adotadas para cada corrida. Na referida tabela, são mostrados o tipo de interno do retificador, a temperatura da reação de craqueamento, a vazão de vapor necessária para a dispersão da carga a ser craqueada, a temperatura da referida carga, a temperatura de retificação, a vazão do vapor de retificação e a vazão da carga a ser craqueada. TABELA 4 Para a obtenção do perfil de rendimentos dos produtos, utilizaram-se os resultados da amostragem de "reactíng mixing sampling” (RMS) na linha de saída dos gases do conversor. A fração líquida foi analisada por destilação simulada efetuando-se os seguintes cortes: -Nafta: 35-221 °C

- Óleo leve de reciclo: 221 - 343°C

- Óleo decantado: acima de 343°C

Os gases foram analisados por cromatografia gasosa, incorporando a fração C5+ ao rendimento da nafta. O rendimento do coque e a relação Hidrogênio/Carbono do coque foram calculados a partir dos resultados da cromatografia dos gases de combustão. Os resultados obtidos em função da temperatura de chegada do catalisador regenerado ao “riser” (TCER) e a temperatura da fase densa do regenerador (TFD) são mostrados na Tabela 5. TABELA 5 A partir dos dados da Tabela 5, constata-se que o aquecimento do retificador provocou um aumento da temperatura da fase densa do regenerador, e que a queda na circulação, em virtude do aumento da temperatura da referida fase densa do regenerador reduziu a conversão do processo de FCC. A descrição que se fez até aqui do processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, objeto da presente invenção, deve ser considerada apenas como uma possível ou possíveis concretizações, e quaisquer características particulares nelas introduzidas devem ser entendidas apenas como algo que foi descrito para facilitar a compreensão. Desta forma, não podem de forma alguma ser consideradas como limitantes da invenção, a qual está limitada ao escopo das reivindicações que seguem.

Claims (11)

1. Processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, onde: - as reações ocorrem em um duto reator, conhecido no estado da técnica como “riser” e geram uma mistura de efluente gasoso com o catalisador sólido utilizado: - a mistura de efluente gasoso com o catalisador sólido é separada por intermédio de um conjunto de ciclones, dentro do vaso separador onde o efluente gasoso obtido é enviado para uma seção de fracionamento e o catalisador utilizado entra em uma seção de separação e regeneração para que seja reutilizado no processo; - o catalisador separado do efluente gasoso nos ciclones vai para um retificador (1) onde os hidrocarbonetos são removidos, usualmente com vapor; - os produtos retificados, assim como o efluente gasoso obtido em um vaso separador, também são encaminhados para uma seção de fracionamento; - após a retificação, o catalisador passa por um regenerador, onde o catalisador tende a se depositar na base do regenerador, formando o que comumente é chamado no estado da técnica de fase densa; - no regenerador, o coque formado na superfície do catalisador é queimado na presença de ar; caracterizado por compreender a redução da temperatura do retificador (1), de modo a desvincular a temperatura de retificação da temperatura de reação, por intermédio da injeção de um fluido de retificação frio (4) na base (9) do retificador.

2. Processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o retificador (1) ter a temperatura diminuída de uma faixa de temperaturas compreendida entre 10°C e 40°C, preferencialmente, entre 20°C e 30°C.

3. Processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o fluido de retificação frio (4) ser a água a uma temperatura compreendida em uma faixa de valores entre 10°C e 35°C, preferencialmente, entre 20°C e 30°C.

4. Processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ofluido de retificação frio (4) ser introduzido em contracorrente ao catalisador gasto (2).

5. Processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o fluido de retificação frio (4) ser introduzido no retificador (1) em substituição ao tradicional vapor de retificação, através do mesmo duto de admissão de vapor (6).

6. Processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ofluido de retificação frio (4) ser introduzido junto com o vapor de retificação (7), por intermédio da utilização de um duto de admissão de vapor (6) em conjunto com um duto de admissão de fluido de retificação (8), ambos independentes.

7. Processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ofluido de retificação frio (4) ser introduzido na base (9) do retificador (1)

8. Processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o tanto o fluido de retificação frio (4) quanto o vapor de retificação (7) serem introduzidos na base (9) do retificador (1).

9. Processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por os pontos de injeção do fluido de retificação frio (4) e do vapor de retificação (7) estarem a uma distância da base (9) do retificador (1) compreendida em uma faixa de porcentagens entre 1 e 20% da altura do retificador (1), sendo a altura a distância entre a base (9) e o topo do retificador (1).

10. Processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a distribuição do fluido de retificação frio (4) ser feita por intermédio de equipamentos que permitam uma distribuição homogênea com dispersão adequada, que podem ser escolhidos entre: um anel dispersor ou um distribuidor semelhante a um “pipe grid” de vapor.

11. Processo para desvincular a temperatura de reação da temperatura de retificação em unidades de craqueamento catalítico fluido, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por tanto a distribuição do fluido de retificação frio (4) quanto a distribuição de vapor de retificação ser feita por intermédio de equipamentos que permitam uma distribuição homogênea com dispersão adequada, que podem ser escolhidos entre: um anel dispersor ou um distribuidor semelhante a um “pipe grid” de vapor.