ES2246762T3 - Regeneracion de catalizador por etapas en un lecho fluidizado tabicado. - Google Patents
Regeneracion de catalizador por etapas en un lecho fluidizado tabicado.Info
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Abstract
Un regenerador de catalizador para eliminar carbón de catalizador gastado para el craqueo catalítico fluido (FCC) hecho circular en una unidad de FCC, que comprende: una vasija que comprende un lecho de fase diluida y de fase densa de catalizador fluidizado dispuesto en respectivas regiones superior e inferior de la vasija, en el que el catalizador comprende catalizador de FCC gastado que tiene carbón depositado sobre él; un distribuidor de catalizador gastado para distribuir de manera uniforme el catalizador gastado alimentado a la vasija; una rejilla neumática dispuesta junto a una parte inferior del lecho de catalizador fluidizado de fase densa, para introducir fluido de aireación que contiene oxígeno en la vasija; un tabique que tiene un punto medio en vertical dispuesto entre el distribuidor de catalizador gastado y la rejilla neumática; una parte superior del lecho de catalizador fluidizado denso, dispuesta por encima del punto medio vertical del tabique y que comprende, al menos, el40 por ciento del catalizador en el lecho de catalizador fluidizado de fase densa que comprende una parte superior del lecho de catalizador fluidizado de fase densa, en el que el lecho de catalizador fluidizado de fase densa está libre de entradas de gas portador de oxígeno por encima del tabique, y en el que el distribuidor de catalizador gastado está posicionado para distribuir el catalizador gastado alimentado sobre la parte superior del lecho de catalizador fluidizado de fase densa; una conducción conectada a una región superior de la vasija para descargar fluido de aireación de la fase diluida; y una conducción conectada a una región inferior de la vasija para retirar catalizador regenerado del lecho de fase densa.
Description
Regeneración de catalizador por etapas en un
lecho fluidizado tabicado.
El presente invento se refiere a la regeneración
de catalizador en unidades de craqueo catalítico fluidizado, más
particularmente a un sistema regenerador que emplea un lecho
fluidizado tabicado para la regeneración de catalizador en dos
etapas.
Las mejoras en la tecnología de craqueo
catalítico fluido (FCC) han sido continuas para hacer que este
procedimiento, que constituye la herramienta de trabajo habitual,
sea más fiable y productivo. En los últimos años, mucha de la
actividad realizada en el desarrollo del FCC se ha enfocado sobre la
parte de la reacción del procedimiento. Sin embargo, ha crecido la
importancia de introducir mejoras en el diseño del regenerador al
aumentar el número de refinerías que tratan materiales de
alimentación que contienen residuos y al intensificarse las
restricciones ambientales impuestas sobre las emisiones.
La regeneración continua de catalizador es un
elemento clave del procedimiento de FCC. Gracias a ella, se
restablece continuamente la actividad catalítica al quemar el coque
depositado en el catalizador, con lo que se aporta el calor
requerido por el procedimiento. En las unidades de FCC que tratan
materiales de alimentación con elevado contenido de residuos, el
regenerador también debe eliminar el calor en exceso generado por
la elevada formación de coque provocada por los contaminantes de la
alimentación.
Idealmente, el sistema de regeneración logra
alcanzar estos objetivos en un ambiente que preserva la actividad y
la selectividad del catalizador, de forma que se reduzca al mínimo
la aportación adicional del catalizador y se optimicen los
rendimientos del reactor. La normativa ambiental dictada sobre las
emisiones de partículas y de NO_{X}, impone restricciones
adicionales. El sistema ideal de regeneración regeneraría el
catalizador de manera uniforme hasta bajos niveles de carbón,
reduciría al mínimo la desactivación del catalizador, reduciría la
movilidad del vanadio y limitaría el envenenamiento del
catalizador, reduciría las emisiones de partículas, proporcionaría
flexibilidad funcional, ofrecería una alta fiabilidad mecánica y
reduciría al mínimo la complejidad y el coste económico. Un
principio importante a observar en el diseño de un regenerador es
reducir al mínimo el tamaño y la complejidad mecánica del
regenerador y sus partes internas, en forma consistente con el
cumplimiento de los criterios de comportamiento del proceso.
Las unidades de FCC que tratan materiales de
alimentación con alto contenido de residuos han de enfrentarse, de
manera efectiva, con componentes de alimentación pesados, ricos en
níquel, vanadio y con residuos de carbón Conradson (CCR). Si bien
todos estos contaminantes afectan al comportamiento de la unidad de
diversas formas, los dos últimos suponen importantes desafíos a la
hora de diseñar el regenerador. El CCR en la alimentación aumenta
la formación de coque y puede dar lugar a temperaturas
excesivamente altas del regenerador. El calor debe evacuarse del
sistema para conseguir tasas aceptablemente altas de
catalizador/petróleo y evitar que se superen los límites de
temperatura metalúrgicos del regenerador. Una opción consiste en
limitar el desprendimiento de calor en el regenerador trabajando en
un modo de combustión parcial de CO. El calor de la combustión de
CO es liberado en una caldera de CO de aguas abajo. Otra opción
consiste en instalar un refrigerador del catalizador. El calor en
exceso es eliminado directamente del catalizador y se utiliza para
generar vapor de agua a alta presión.
Aunque el níquel y el vanadio se depositan
cuantitativamente en el catalizador, el níquel forma compuestos
estables que se mantienen en la superficie exterior del
catalizador. Las partículas más viejas del catalizador contienen los
máximos niveles de níquel. El vanadio es mucho más destructivo que
el níquel. En presencia de altas temperaturas, exceso de oxígeno y
vapor de agua, se redistribuye por toda la masa del catalizador,
contaminando tanto el catalizador viejo como el nuevo y destruyendo
su actividad. Este fenómeno reduce la actividad en equilibrio de la
masa de material de la unidad al derivarse la mayor parte de la
actividad catalítica de las partículas más nuevas del catalizador.
Las reacciones que caracterizan la movilidad del vanadio, son como
sigue:
V_{2}O_{5} generado en ambiente oxidante:
4V + 5O_{2}
\rightarrow
2V_{2}O_{5}
Migración a otras partículas vía ácido vanádico
volátil:
V_{2}O_{5}
+ 3H_{2}O \rightarrow
2VO(OH)_{3}
Para mitigar estos efectos, se desea conseguir un
diseño para la combustión parcial de CO en el regenerador cuando se
tratan materiales de alimentación con alto contenido de vanadio y
de CCR. Al restringir la movilidad del vanadio, se impide la
desactivación prematura del catalizador nuevo y el catalizador logra
equilibrarse con una mayor actividad para un nivel dado de
metales.
El hacer funcionar el regenerador en un modo de
combustión parcial de CO resulta una opción atractiva por cuanto que
(1) reduce el régimen aportación adicional del catalizador al
limitar la movilidad del vanadio en el regenerador y la
desactivación del catalizador inducida por el vanadio; (2) puede
eliminar la necesidad de un refrigerador para el catalizador cuando
se tratan materiales de alimentación moderadamente contaminados, o
puede reducir el tamaño del refrigerador del catalizador necesario
para las alimentaciones fuertemente contaminadas; (3) reduce el
tamaño de la vasija del regenerador y de la soplante de aire; y (4)
reduce las emisiones de NO_{X}.
Desafortunadamente, también existen
inconvenientes. En una operación de combustión parcial, resulta
difícil quemar todo el carbón del catalizador. El carbón residual
puede tener un efecto negativo sobre la actividad del catalizador.
(Para los fines de la presente memoria descriptiva y de las
reivindicaciones, definiremos un "catalizador quemado
limpiamente" como uno que contenga \leq 0,1% en peso de
carbón). Con una proporción de CO_{2}/CO de, aproximadamente,
3,5:1, el catalizador regenerado procedente de un regenerador usual
de una sola etapa, puede contener de 0,15-0,25% de
carbón. La Fig. 1 muestra la relación existente entre la actividad
del catalizador y el carbón en el catalizador regenerado. En este
ejemplo, el hacer bajar el nivel de carbón de 0,25% a 0,10% aumenta
la actividad MAT en, aproximadamente, 3-4% en
volumen (según la norma ASTM D-3907).
Una manera de conseguir el objetivo de quemar el
catalizador de manera limpia en una operación de combustión parcial,
consiste en utilizar lo que en la técnica se conoce como
regeneración en dos etapas. En un diseño de este tipo, se hacen
funcionar en serie múltiples vasijas de regenerador, con trenes de
gas de chimenea en cascada o separados. La primera etapa funciona
en un régimen de combustión parcial, mientras que la segunda lo
hace en uno de combustión completa. Si bien pueden conseguirse
bajos niveles de carbón en el catalizador, estos diseños de dos
etapas resultan mecánicamente más complicados, más caros y son más
difíciles de hacer funcionar que un regenerador de una sola
etapa.
La patente norteamericana 4.615.992 de Murphy
describe un dispositivo de tabique horizontal o enrejado subterráneo
situado entre 60,96 y 121,92 cm (2 a 4 pies) por debajo de la
altura del lecho del catalizador en un regenerador que trabaja en
un modo de combustión completa. Se dice que el dispositivo de
tabique elimina la necesidad de aireadores y canaletas para la
distribución del catalizador.
Otras patentes norteamericanas de interés
incluyen la 3.785.620 de Huber; la 4.051.069 de Bunn, Jr. y otros;
la 4.150.090 de Murphy y otros; la 4.888.156 de Johnson; la
5.156.817 de Luckenbach; la 5.635.140 de Millar y otros; y la
5.773.378 de Buses y otros. El documento EPA
94-201.077 describe la distribución radial de
fluido en un lecho de catalizador en una vasija de regenerador.
Hemos inventado un sistema de regeneración que
logra la eliminación completa de depósitos carbonosos de catalizador
gastado para craqueo catalítico fluido en una única vasija de
regeneración al tiempo que funciona en un ambiente de combustión
incompleta que solamente podría conseguirse en la técnica anterior
utilizando múltiples vasijas de regenerador. Además, nuestro sistema
reduce el arrastre de catalizador en la fase diluida del
regenerador, reduciendo así las emisiones de partículas y el
desgaste mecánico en los ciclones del regenerador. Estos beneficios
se alcanzan disponiendo un tabique en el regenerador para reducir
el mezclado en retroceso (retromezclado) entre las secciones
superior e inferior del lecho fluidizado. Un distribuidor de
catalizador gastado, que distribuye uniformemente el catalizador a
través de la parte superior del lecho superior es, también, una
parte importante del invento.
En un aspecto, el presente invento proporciona un
regenerador de catalizador para eliminar el carbón del catalizador
de craqueo catalítico fluido (FCC) que se hace circular en una
unidad de FCC. El regenerador incluye una vasija que comprende un
lecho de catalizador fluidizado de fase diluida y de fase densa,
dispuesto en respectivas regiones superior e inferior de la vasija.
Está previsto un distribuidor de catalizador gastado para
distribuir la alimentación de catalizador gastado, de preferencia
radialmente hacia fuera, desde un conducto o pozo central, en la
vasija junto a una parte superior del lecho de catalizador
fluidizado de fase densa. Una rejilla neumática está dispuesta junto
a una parte inferior del lecho de catalizador fluidizado de fase
densa, para introducir fluido de aireación que contiene oxígeno en
la vasija. Un tabique está dispuesto entre el distribuidor de
catalizador gastado y la rejilla neumática. El tabique puede
dividir el lecho de fase densa en etapas superior e inferior, en
las que el fluido de aireación que abandona la etapa superior
contiene CO y está esencialmente libre de oxígeno molecular, y el
fluido de aireación que abandona la etapa inferior contiene oxígeno
molecular y está esencialmente libre de CO. Preferiblemente, al
menos un 40 por ciento y, más preferiblemente, al menos un 60 por
ciento del catalizador del lecho de catalizador fluidizado de fase
densa, está dispuesto por encima de un punto medio, en vertical,
del tabique. El flujo de retromezclado del catalizador hacia arriba
a través del tabique es, de preferencia, aproximadamente igual o
menor que el flujo neto o bruto del catalizador hacia abajo a través
del tabique. Una conducción está conectada a una región superior de
la vasija para descargar fluido de aireación de la fase diluida.
Una conducción está conectada a una región inferior de la vasija
para retirar catalizador regenerado del lecho denso.
De preferencia, el fluido de aireación descargado
contiene CO y está esencialmente libre de oxígeno molecular. El
distribuidor de catalizador gastado puede incluir una pluralidad de
brazos de canaleta aireados que radian hacia fuera desde el
conducto o pozo central. El tabique es, de preferencia, un tabique
estructurado hecho de chapas metálicas onduladas, desplazadas
angularmente. El tabique tiene, preferiblemente, al menos 15,24 cm
(6 pulgadas) de grueso, más preferiblemente 60,96 cm (2 pies) o
más.
En otro aspecto, el presente invento proporciona
un método para regenerar catalizador de FCC hecho circular en una
unidad de FCC. El método incluye suministrar catalizador de FCC
gastado que contiene carbón depositado en él al distribuidor de
catalizador gastado del regenerador de catalizador anteriormente
descrito, y hacer funcionar el regenerador de catalizador en un modo
de combustión parcial de CO. El punto medio del tabique puede
dividir el lecho de catalizador de fase densa en etapas superior e
inferior, de las que la etapa inferior es hecha funcionar en una
condición de oxígeno en exceso y la etapa superior es hecha
funcionar en un modo de combustión parcial de CO, de forma que el
fluido de aireación descargado contenga CO y esté esencialmente
libre de oxígeno molecular. El tabique y el distribuidor de
catalizador gastado inhiben, de preferencia, el retromezclado entre
las etapas superior e inferior en, al menos, un 80 por ciento. El
funcionamiento del regenerador de catalizador puede prescindir,
esencialmente, del enfriamiento del catalizador. El catalizador
regenerado retirado de la vasija contiene, preferiblemente, menos
del 0,05 por ciento en peso de carbón.
En otro aspecto, el presente invento proporciona
un método para modificar un regenerador de catalizador de una unidad
de FCC, que comprende (1) una vasija que comprende un lecho de
catalizador fluidizado de fase diluida y de fase densa, dispuesto
en respectivas regiones superior e inferior de la vasija, (2) un
distribuidor de catalizador gastado para distribuir la alimentación
de catalizador gastado a la vasija junto a una parte superior del
lecho de fase densa, (3) una rejilla neumática dispuesta junto a
una parte inferior del lecho de fase densa para introducir fluido de
aireación que contiene oxígeno en la vasija, (4) una conducción
conectada a una región superior de la vasija para retirar fluido de
aireación, y (5) una conducción conectada a una región inferior de
la vasija para retirar catalizador regenerado. El método de
modificación incluye instalar un tabique en el lecho de fase densa,
por debajo del distribuidor de catalizador gastado y por encima de
la rejilla neumática, y hacer funcionar el regenerador de
catalizador con, al menos, un 40 por ciento, de preferencia, al
menos, un 60 por ciento, del catalizador del lecho de fase densa
por encima de un punto medio, en vertical, del tabique.
El regenerador de catalizador puede ser hecho
funcionar en un modo de combustión completa antes de la modificación
y en un modo de combustión parcial de CO después. El regenerador de
catalizador puede ser hecho funcionar en conjunto con un
refrigerador de catalizador antes de la modificación y sin el
refrigerador de catalizador después. El regenerador de catalizador
puede ser hecho funcionar, antes y después de la modificación para
obtener catalizador regenerado con menos del 0,05 por ciento en peso
de carbón. El régimen de incorporación adicional del catalizador
es, de preferencia, menor después de la modificación. El NO_{X}
en el fluido de aireación descargado es, preferiblemente, menor
después de la modificación. El arrastre de catalizador en la fase
diluida es, preferiblemente, menor después de la modificación. El
método puede incluir, también, la instalación de un quemador de CO
aguas abajo para convertir el CO del fluido de aireación retirado,
en CO_{2}.
El material de alimentación suministrado a la
unidad de FCC puede tener un mayor contenido de residuos después de
la modificación.
La Fig. 1 es una gráfica de la actividad del
catalizador (MAT) en función del carbón que queda en el catalizador
regenerado.
La Fig. 2 (técnica anterior) ilustra una parte
inferior de un regenerador típico para quemar coque de un
catalizador de FCC gastado.
La Fig. 3 (técnica anterior) es una vista en
planta del regenerador de la Fig. 2.
La Fig. 4 ilustra el regenerador de la Fig. 2
modificado para incluir el tabique de acuerdo con una realización
del presente invento.
La Fig. 5 es una vista agrandada, desde arriba,
de una sección del tabique de la Fig. 4.
La Fig. 6 (técnica anterior) representa un
diagrama de flujo simplificado de regeneración de catalizador para
la generación cinética de un modelo del regenerador de catalizador
de la técnica anterior.
La Fig. 7 es un diagrama de flujo simplificado de
regeneración de catalizador para la generación cinética de un
modelo del regenerador tabicado de dos etapas, de acuerdo con una
realización del presente invento.
La Fig. 8 muestra una unidad de FCC con el
regenerador dispuesto directamente debajo del separador modificado
con un tabique de regenerador de acuerdo con una realización del
invento.
La Fig. 9 muestra una unidad de FCC con el
regenerador dispuesto a un lado del separador modificado con un
tabique de regenerador de acuerdo con una realización alternativa
del invento.
La Fig. 10 muestra un ejemplo de datos de
mezclado de sólidos in situ que muestra, gráficamente, la
concentración de agente de traza en el lecho inferior de
regenerador del presente invento en función del tiempo.
\newpage
La Fig. 11 representa gráficamente el contenido
de carbón en catalizador regenerado en función del flujo de
retromezclado para diferentes relaciones de división del lecho.
La Fig. 12 muestra gráficamente el arrastre
relativo de catalizador en la fase diluida del regenerador en
función de la velocidad superficial del vapor con el distribuidor
de catalizador gastado (SCD) solamente
(\blacklozenge-\blacklozenge-\blacklozenge),
el tabique solamente
(\sqbullet-\sqbullet-\sqbullet)
y tabique y SCD juntos
(\blacktriangle-\blacktriangle-\blacktriangle).
El presente invento consiste en un aparato y un
procedimiento para regenerara catalizador gastado. Con referencia a
las Figs. 2-4, tanto el regenerador de la técnica
anterior como el del presente invento, incluyen un conducto vertical
10 y una válvula de macho 12. Catalizador gastado procedente de un
separador usual (véanse las Figs. 7 y 8) fluye descendiendo por el
conducto vertical 10 y pasa por la válvula de macho 12 de
catalizador. Tras atravesar la válvula de macho 12, el catalizador
cambia de dirección y circula subiendo a través del anillo del pozo
central 14 de catalizador gastado utilizando aire como medio de
fluidización. El catalizador es distribuido entonces uniformemente
sobre la parte superior del lecho 16 de catalizador de fase densa a
través de múltiples brazos 18 de canaleta del distribuidor de
catalizador gastado. El lecho fluidizado denso 16 es aireado con
aire proporcionado por las rejillas 20 de aire de combustión
principal, que son habituales en la técnica. Cuando el aire de
aireación asciende desde las rejillas 20 a través del lecho 16 de
fase densa, se quema el carbón existente sobre el catalizador para
formar CO y CO_{2}. El gas de escape es recuperado usualmente del
regenerador 22 en la parte superior mediante ciclones separadores y
una conducción superior (véanse las Figs. 7 y 8). Típicamente,
cuando el regenerador 22 es hecho funcionar en un modo de
combustión parcial de CO, la conducción estará conectada a un
quemador de CO usual (no representado), para convertir el CO en
CO_{2} antes de descargarlo a la atmósfera.
De acuerdo con los principios del presente
invento, hay colocado un tabique 24 para dividir el lecho 16 de
catalizador en una etapa superior 26 y una etapa inferior 28 (véase
la Fig. 4). Las diferencias funcionales entre la regeneración de
catalizador de una sola etapa en el regenerador 22 de la técnica
anterior, de la Fig. 2, en comparación con la regeneración de dos
etapas de la Fig. 4, se aprecian comparando el diagrama de flujo de
las Figs. 6 y 7. En la Fig. 6, se introduce catalizador gastado en
el lecho 16 de catalizador, del que generalmente se forma un modelo
a modo de reactor de depósito con agitación continua (CSTR). En la
parte superior se obtiene gas de chimenea. Se introduce aire en el
fondo del lecho 16 de catalizador y se retira de él catalizador
regenerado. En la operación de dos etapas de acuerdo con el presente
invento (Fig. 7) se introduce catalizador gastado en la parte
superior de la etapa superior 26, que está separada de la etapa
inferior 28 por el tabique 24 (véase la Fig. 4). En la parte
superior de la etapa superior 26 se obtiene gas de chimenea. Desde
el fondo de la etapa inferior 28 se retira catalizador regenerado y
se introduce aire en el fondo de la etapa inferior 28, como en el
caso de la versión desprovista de tabique. Sin embargo, la etapa
superior 26 está separada del lecho inferior por el tabique 24. El
catalizador se desplaza desde la etapa superior 26 a la etapa
inferior 28, y el aire se desplaza desde la etapa inferior 28 a la
etapa superior 26 a través del tabique 24. El modelo incluye
retromezclado de catalizador, en el que se permite que parte del
catalizador se desplace desde la etapa inferior 28, de vuelta, a la
etapa superior 26.
La combinación del tabique 24 y los brazos de
canaleta 18 del distribuidor de catalizador gastado inhibe, de
preferencia, el retromezclado del catalizador desde la etapa
inferior 28 a la etapa superior 26, al menos en un 80 por ciento,
en comparación con el lecho 16 desprovisto de tabique. Esto produce
una combustión verdaderamente por etapas. La configuración en
contracorriente de los regeneradores usuales proporciona el efecto
de división en etapas suficiente para reducir al mínimo el aumento
de temperatura de las partículas del catalizador y la desactivación
asociada, pero el retromezclado entre las partes superior e inferior
del lecho es demasiado intenso para permitir una verdadera
combustión escalonada. Con referencia a la Fig. 6, a medida que el
flujo de retromezclado se aproxima a infinito, el funcionamiento
del regenerador 22 se va pareciendo al funcionamiento de un CSTR de
una sola etapa (véase la Fig. 5). A medida que el flujo de
retromezclado de catalizador se aproxima a cero, el comportamiento
del regenerador 22 se va pareciendo al verdadero funcionamiento en
dos etapas (véase la Fig. 6).
Para el tabique 24 puede utilizarse cualquier
construcción de tabique adecuada, siempre que inhiba, en medida
suficiente, el retromezclado, para lograr un funcionamiento en dos
etapas del regenerador 22, tal como, por ejemplo, tabique o
tabiques simples, cubierta o cubiertas en dientes de sierra o
similares. Tal como se utiliza en la presente memoria descriptiva y
en las reivindicaciones, la expresión "inhibir el
retromezclado" significa que éste es reducido en relación con el
funcionamiento del regenerador 22 desprovisto del tabique 24, pero
utilizando todavía el distribuidor de catalizador gastado y los
brazos de canaleta 18. Una construcción particularmente preferida
del tabique 24 emplea uno o más elementos de empaquetado constituido
por laminillas onduladas, en el que las ondulaciones de laminillas
adyacentes están orientadas en distintas direcciones,
preferiblemente en más de 45 grados y menos de 45 grados respecto a
la vertical, como se ve en la Fig. 5. Estos materiales preferidos
para el tabique se utilizan, usualmente, para el mezclado estático
y se describen en la patente norteamericana 3.785.620 de Huber, que
se incorpora a esta memoria, en su totalidad, como referencia. El
tabique 24 tiene, de preferencia, por lo menos 15,24 cm (6
pulgadas) de grueso, más preferiblemente al menos 30,48 cm (1 pie)
de grueso y, en especial, por lo menos 60,96 cm (2 pies) de grueso.
El tabique más grueso ayuda a inhibir el retromezclado y reduce el
régimen de arrastre de catalizador en el regenerador. En general,
un lecho de regeneración grande pide un tabique más grueso.
El lecho regenerador tabicado debe diseñarse para
conseguir una velocidad superficial del vapor de entre 0,1524 y
2,1336 m/s (0,5 y 7 pies/s), preferiblemente entre 0,6096 y 1,524
m/s (2 y 5 pies/s) y, en especial, entre 0,762 y
1,0668 m/s (2,5 y 3,5 pies/s). Una mayor velocidad superficial del vapor incrementaría el régimen de retromezclado vertical y podría tener como consecuencia que el catalizador no se quemase limpio.
1,0668 m/s (2,5 y 3,5 pies/s). Una mayor velocidad superficial del vapor incrementaría el régimen de retromezclado vertical y podría tener como consecuencia que el catalizador no se quemase limpio.
El distribuidor de catalizador gastado puede ser
cualquier dispositivo usual empleado para este fin pero, de
preferencia, se trata de un distribuidor de catalizador aireado. Un
distribuidor de catalizador con auto-aireación
particularmente preferido se describe en la patente norteamericana
5.635.140 de Miller y otros, que se incorpora a esta memoria en su
totalidad como referencia. En pocas palabras, el distribuidor de
Miller y otros incluye una pluralidad de brazos de canaleta
perforados 18 que radian hacia fuera desde el pozo central 14, en el
que los brazos de canaleta 18 tienen labios contiguos que sobresalen
hacia abajo, para capturar aire de aireación y fuerzas de flotación
obligan al aire de aireación capturado a pasar a través de las
perforaciones, a la canaleta. Preferimos utilizar de
6-8 brazos de canaleta 18.
La relación de división del lecho, es decir, la
relación entre catalizador en la etapa superior 26 y catalizador en
la etapa inferior 28, utilizando el punto medio vertical del
tabique 24, debe ser de al menos un 40 por ciento arriba/un 60 por
ciento abajo, más preferiblemente al menos un 60 por ciento
arriba/un 40 por ciento abajo y, especialmente, un 65 por ciento
arriba/un 35 por ciento abajo. En general, con una mayor cantidad
en la etapa superior 26, el regenerador 22 funciona más fácilmente
y tiene flexibilidad para tratar trastornos o variaciones bruscas
del régimen de alimentación de catalizador gastado al regenerador
22. Es necesario que la cantidad de catalizador en la etapa
superior sea lo bastante alta para sostener el régimen de combustión
del catalizador; si la cantidad de catalizador en la etapa superior
es demasiado baja, resulta más difícil mantener la combustión.
Además de esto, hemos encontrado que cuanto mayor sea la cantidad en
la etapa superior, se requerirá generalmente, menos inhibición del
retromezclado para obtener un catalizador quemado limpiamente. Por
ejemplo, con una relación de división del lecho del 50 por ciento
arriba/50 por ciento abajo, puede ser necesario inhibir un 90 por
ciento del flujo de retromezclado para conseguir que el catalizador
se queme limpio, mientras que con una relación de división del 65
por ciento arriba/35 por ciento abajo, podría tolerarse una
inhibición del 73 por ciento del flujo de retromezclado.
En funcionamiento, en el regenerador 22, resulta
ventajosa una baja proporción de CO_{2}/CO en el gas de chimenea
procedente de la etapa superior 26 por cuanto con ella se reduce el
calor desprendido y, en consecuencia, las temperaturas del
regenerador son más bajas. Por otra parte, con el regenerador 22
funcionando en un modo de combustión parcial, una proporción más
baja de CO_{2}/CO puede tener como consecuencia un incremento de
la cantidad de residuos de carbón que quedan en el catalizador. En
general, cuanto menor sea la relación CO_{2}/CO, menor serán las
necesidades de refrigeración del catalizador. En la realización
preferida, puede prescindirse por completo del refrigerador del
catalizador. Por otra parte, cuanto mayor sea la proporción
CO_{2}/CO, mayor será el flujo de retromezclado que puede
tolerarse a través del tabique 24, obteniéndose todavía una
combustión limpia. Típicamente, las proporciones CO_{2}/CO varían
desde 2 o menos hasta, aproximadamente, 6, más preferiblemente de
2,5 a 4. Hemos encontrado, también, que aumentar la cantidad de
catalizador en el regenerador 22 y utilizar un lecho 16 más
profundo con un menor diámetro de la sección transversal, ayuda a
conseguir una combustión más limpia.
El regenerador 22 puede ser hecho funcionar con o
sin un agente favorecedor de la formación de CO, típicamente un
catalizador tal como platino, que se añade comúnmente para
favorecer la conversión de CO en CO_{2}. De preferencia, el
regenerador 22 es hecho funcionar sin agente favorecedor de CO en el
catalizador con el fin de facilitar la obtención de un catalizador
regenerado con bajo contenido de carbón. Hemos encontrado que el
funcionamiento sin un favorecedor de CO permite que se toleren
flujos de retromezclado superiores y/o resulta posible que el
conjunto cantidad de catalizador/lecho 16, tenga una altura
menor.
También es posible, en el presente invento, como
se ha mencionado previamente, eliminar por completo la necesidad de
refrigerador de catalizador para enfriar el catalizador en el
regenerador 22. Hemos encontrado que el catalizador puede quemarse
fácilmente para limpiarlo con un funcionamiento del regenerador 22
en dos etapas con poco trabajo del refrigerador del catalizador o
prescindiendo de él. Por otra parte, el enfriar el catalizador
ayuda a reducir la temperatura del lecho 16, así como el régimen de
incorporación adicional de catalizador. El enfriamiento del
catalizador también puede ayudar a reducir la diferencia de
temperatura entre la etapa superior 26 y la etapa inferior 28.
Típicamente, el regenerador es hecho funcionar de 676,7 a 732,8ºC
(1250 a 1350ºF), preferiblemente de 690,6 a 718,3ºC (1275 a
1325ºF).
En general, el refrigerador de catalizador no es
necesario para tratar materiales de alimentación que produzcan
carbón con un delta medio o bajo (por ejemplo, un carbón con un
delta \leq 1% en peso), pero sería deseable para tratar
materiales de alimentación que produzcan carbón con un delta elevado
(por ejemplo, carbón con un delta de 1,4% en peso). Por
"delta" de un carbón se entiende, en la técnica, el cambio del
contenido de carbón sobre el catalizador regenerado a partir del
catalizador gastado alimentado al regenerador 22, expresado como
porcentaje en peso del catalizador.
También hemos encontrado que el tabique 24 no
interfiere con el flujo de catalizador desde la etapa superior 26 a
la etapa inferior 28, pero restringe el retromezclado, es decir, el
flujo desde la etapa inferior 28 a la etapa superior 26. No existe
indicación alguna de que el tabique 24 provoque inundación ni otros
problemas de flujo del catalizador. Además, los perfiles de densidad
no se ven afectados por el tabique 24. El uso del tabique 24
permite conseguir una combustión limpia del catalizador en una
operación en modo de combustión parcial sin aumento de la cantidad
de catalizador. Esta combustión limpia del catalizador se consigue
en una única vasija de regenerador simple, lo que no es posible
lograr con las tecnologías de regeneración previas. El uso del
tabique 24 reduce, también, el arrastre de catalizador,
disminuyendo las emisiones de partículas desde el regenerador 22 y
reduciendo el desgaste en los ciclones del regenerador.
El uso del tabique 24 tiene, también, la ventaja
de reducir al mínimo la redistribución de vanadio en el catalizador
porque la temperatura del lecho puede mantenerse alrededor de 705ºC
(1300ºF) o más baja, y el tiempo de residencia en presencia de
oxígeno en exceso se reduce al mínimo. Asimismo, la inhibición del
retromezclado entre la etapa superior 26 y la etapa inferior 28
reduce al mínimo la presencia de vapor de agua en el ambiente de
oxígeno en exceso de la etapa inferior 28.
Se empleó un modelo de regenerador de flujo frío,
a pequeña escala, con una altura de 1,524 m (5 pies) y un diámetro
de 20,32 cm (8 pulgadas), para probar el efecto del tabique como
elemento para mezclado estático. Cualitativamente, la prueba a
pequeña escala mostró que el tabique no interfería con el flujo de
catalizador desde la etapa superior a la etapa inferior, pero sí
restringía el retromezclado. La prueba a pequeña escala también
indicó que no se produjo inundación ni se presentó ningún otro
problema relacionado con el flujo de catalizador, y que los
perfiles de densidad no eran afectados por el tabique.
Se construyó y se hizo funcionar un modelo de
flujo frío para FCC, de mayor tamaño, con el fin de mostrar el
comportamiento del regenerador. El regenerador tenía un diámetro de
1,524 m (5 pies), una altura de lecho de desde 3,9624 m a 5,1816 m
(13 pies a 17 pies), contenía una cantidad de catalizador de,
aproximadamente, 18140 kg (20 toneladas) y requería un caudal de
aire de, aproximadamente, 283,2 m^{3}/min (10000 pies cúbicos
estándar por minuto). Se midió el mezclado de sólidos in
situ inyectando un agente de traza en la parte superior del
conducto ascendente de catalizador gastado y midiendo su
concentración en la etapa inferior, en función del tiempo. Un
ejemplo da datos típicos se representa en la Fig. 9, que muestra
gráficamente la concentración de agente de traza en la etapa
inferior del regenerador, en función del tiempo. Los datos en bruto
se analizaron en un modelo matemático 2-CSTR para
calcular el flujo de retromezclado. Como se muestra en la Fig. 9,
el modelo 2-CSTR proporcionó una excelente ajuste
de los datos, verificando nuestras suposiciones acerca de las
características hidrodinámicas del lecho dotado del tabique. Se
midió la velocidad de las partículas aplicando una técnica de
correlación cruzada con sonda de fibra óptica doble. La mezcla de
gases se midió empleando un agente de traza inyectado durante
1-2 segundos en la rejilla neumática de aireación
a, aproximadamente, 0,3% en volumen. El arrastre de catalizador en
la fase diluida se midió a través del régimen de acumulación en la
rama sumergida del ciclón, y mediante un sistema transductor de
presión. También se midieron la densidad del lecho y el perfil de la
densidad mediante un sistema transductor de presión.
El presente tabique ofreció un resultado
inesperado; redujo el arrastre de catalizador en la fase diluida.
Estudios repetidos confirmaron que el arrastre se redujo en un 57%
en comparación con el caso de utilizarse sólo un distribuidor de
catalizador, sin tabique. Es de esperar que este descenso
significativo en el arrastre del catalizador reduzca tanto las
pérdidas de catalizador del regenerador como el desgaste de los
ciclones del regenerador. Si bien el mecanismo para conseguir la
reducción del arrastre no se entiende del todo, hemos observado que
las burbujas que rompen en la superficie del lecho eran
significativamente más pequeñas cuando estaba instalado el tabique.
Las burbujas más pequeñas pueden disminuir la cantidad de
catalizador lanzado a la fase diluida.
Los perfiles de densidad del catalizador en el
lecho del regenerador mostraron que el tabique no interfería con la
circulación del catalizador. Esto se probó en un amplio margen de
caudales de catalizador y de velocidades superficiales del aire. El
tabique no tenía efecto sobre los perfiles de densidad del
catalizador, confirmando así las observaciones realizadas en modelo
a escala pequeña. Incluso a caudales de catalizador muy superiores
a los que se encuentran en el servicio comercial, no hemos sido
capaces de inundar el tabique ni de romper el flujo de catalizador
de ninguna manera. Si bien su diseño singular restringe,
efectivamente, el retromezclado y limita el tamaño de las burbujas,
el tabique preferido tiene un porcentaje de área abierta muy elevado
(mayor que el 90%), lo que le otorga excelentes características de
flujo.
Se llevaron a cabo otros ensayos para simular una
parada repentina de la soplante de aire. En estas condiciones, el
catalizador drenó rápidamente a través del tabique. La nueva
fluidización del lecho se consiguió sin ningún incidente en
repetidos ensayos.
El tabique es mecánicamente robusto y puede
montarse fácilmente dentro del regenerador.
Basándonos en los datos hidrodinámicos y de
mezclado de sólidos obtenidos en el modelo a escala grande,
empleamos el modelo de regenerador descrito en la publicación de
Sapre y otros, "Modelo de flujo de regenerador para FCC", en
Chemical Engineering Science, vol. 45, núm. 8, págs.
2203-2209 (1990), para simular el comportamiento de
la combustión en el regenerador tabicado. Este riguroso modelo
cinético nos permitió dividir el regenerador en cualquier número de
etapas o "celdas" y proporcionar una completa especificación de
flujo de gas y de catalizador entre las celdas. Las comparaciones
de las predicciones proporcionadas por el modelo con el
funcionamiento comercial, han mostrado que el modelo constituye una
herramienta útil tanto para diseño como para el análisis del
regenerador.
Una vez que se introdujeron los flujos de
retromezclado determinados experimentalmente y otros datos
funcionales, el modelo resultó adecuado para predecir parámetros
clave tales como temperaturas de la fase diluida, del lecho y del
carbón en el catalizador regenerado, y composición del gas de
chimenea.
Los resultados obtenidos en el modelo a escala
grande muestran que el tabique del presente invento reduce el
retromezclado en un regenerador que funciona en modo de combustión
parcial con una temperatura del lecho de 705ºC (1300ºF) y una
proporción de CO_{2}/CO de 2,66, en más del 81%. Con este nivel de
retromezclado, el modelo cinético del regenerador verifica que el
sistema consigue una combustión por etapas en un único regenerador
y catalizador quemado limpio en un ambiente de combustión parcial
de CO.
Un resultado inesperado fue la reducción de
NO_{X} en el gas de chimenea descargado del regenerador. El
funcionamiento con el tabique redujo las emisiones de NO_{X} en
más del 50% con respecto a las de un regenerador desprovisto de
tabique.
Se hizo funcionar el modelo a escala grande del
regenerador del Ejemplo 2 con y sin un tabique de 60,96 cm (2 pies)
de grueso, con distintas velocidades superficiales del gas a fin de
determinar el flujo de retromezclado del regenerador. Los
resultados se ofrecen en la Tabla 1.
| Ensayo | Velocidad superficial (m/s) ((pies/s)) | Tabique | Flujo de retromezclado relativo |
| A | 0,48768 (1,6) | No | 79 |
| B | 0,54864 (1,8) | No | 84 |
| C | 0,85344 (2,8) | No | 89 |
| D | 0,88392 (2,9) | No | 92 |
| E | 1,00584 (3,3) | No | 100 |
| F | 0,54864 (1,8) | 60,96 cm (24 pulgadas) | 19 |
| G | 0,85344 (2,8) | 60,96 cm (24 pulgadas) | 19 |
| H | 0,88392 (2,9) | 60,96 cm (24 pulgadas) | 18 |
| I | 0,9144 (3,0) | 60,96 cm (24 pulgadas) | 19 |
| J | 1,18872 (3,9) | 60,96 cm (24 pulgadas) | 32 |
Los datos muestran que el régimen de
retromezclado en vertical de los sólidos para el lecho de
regenerador desprovisto de tabique era el 100 por cien de la base a
las condiciones funcionales de diseño del regenerador (1,00584 m/s
(3,3 pies/s); sin tabique), pero cayó hasta el 79 por ciento de la
base cuando se redujo la velocidad superficial del gas a 0,48768
m/s (1,6 pies/s).
Es posible que los datos para el regenerador sin
tabique mostrasen más dispersión que en el regenerador tabicado
debido a las burbujas de mayor tamaño y a la mayor fluctuación de
la presión. El retromezclado en el regenerador tabicado fue de
alrededor del 18-19 por ciento de la base sobre el
margen de diseño de velocidades superficiales del gas de,
aproximadamente, 0,54864-0,9144 m/s
(1,8-3 pies/s) y fue del mismo orden que el flujo
bruto o neto de catalizador hacia abajo a través del lecho del
regenerador. La reducción, sólo ligera, del flujo de retromezclado
en el regenerador tabicado, mientras se pasaba de una velocidad
superficial del gas de 0,9144 m/s a 0,54864 m/s (3 pies/s a 1,8
pies/s), puede explicarse por la posibilidad de que el tabique
amortigüe el efecto del mezclado del gas sobre el retromezclado de
sólidos. El aumento del retromezclado al aumentar la velocidad del
gas es consistente con otros datos que aparecen en la técnica.
Para verificar el comportamiento "robusto"
del tabique de 60,96 cm (24 pulgadas) del regenerador, se llevó a
cabo un ensayo de "robustez" en el modelo grande de
regenerador del Ejemplo 2. En una condición de funcionamiento de
diseño normal, se interrumpió instantáneamente el suministro de
aire al lecho del regenerador con el tabique de 60,96 cm (24
pulgadas) de profundidad. Una vez que el lecho se desfluidizó por
completo (aproximadamente 10 minutos), se devolvió la velocidad
superficial del lecho a su valor de funcionamiento normal, de 0,9144
m/s (3 pies/s). Se registraron
las densidades del lecho en el regenerador antes de hacerle caer y después de volver a poner en marcha el compresor.
las densidades del lecho en el regenerador antes de hacerle caer y después de volver a poner en marcha el compresor.
Se encontró que la mayor parte del catalizador
drenaba de la etapa superior a la etapa inferior durante la
desfluidización del lecho. Los perfiles de densidad axial son
iguales, lo que indicaba que el lecho se había vuelto a fluidizar
por completo, y que el sistema, a este respecto, es robusto. Se
confirmó, también, que ni en la unidad grande de 1,524 m (5 pies)
del Ejemplo 2 ni en la unidad pequeña de 20,32 cm (8 pulgadas) del
Ejemplo 1, se produjeron problemas de flujo, como inundación,
formación de canales o atascos con el tabique.
Se simularon dos proporciones distintas de
división del lecho, 50% arriba/50% abajo y 65% arriba/35% abajo,
utilizando el modelo de simulador del Ejemplo 3. La geometría del
regenerador y las condiciones de funcionamiento utilizadas para la
simulación, se enumeran en la siguiente Tabla 2:
| Caso | 5A | 5B |
| Altura del lecho | Base | Base |
| División del lecho (% arriba/% abajo) | 59/50 | 65/35 |
| Régimen de aire de combustión | Base | Base |
| Caudal del catalizador | Base | Base |
| Delta de carbón | Base | Base |
| Cantidad total de catalizador | Base | Base |
| Diámetro del lecho superior (m) (pies) | 9,144 | 9,144 |
| Inhibición del flujo de retromezclado necesaria para una combustión limpia (%) | 96 | 73 |
La Fig. 11 ilustra el nivel simulado de CRC
(carbón en catalizador regenerado) en función del régimen de
retromezclado en el regenerador. Con una proporción de división del
lecho de 50% arriba/50% abajo, se necesitó una inhibición del flujo
de retromezclado del 90 por ciento para quemar el catalizador limpio
(con un nivel de CRC <0,1% en peso). Sin embargo, podría
tolerarse una inhibición de hasta un 73 por ciento de flujo de
retromezclado para quemar el catalizador limpio con una proporción
de CO_{2}/CO de 6,33 cuando la cantidad de catalizador en el
lecho superior llegó al 65%. Así, lo que goza de la mayor
preferencia es instalar el tabique en el lugar tal que más del 65%
del catalizador se encuentre en el lecho superior con el fin de
quemar el catalizador limpio.
Los resultados de la simulación de más de 20
casos estudiados utilizando el modelo cinético de regenerador del
Ejemplo 3, proporcionaron suficientes datos cuantitativos para
llegar a la conclusión de que el sistema de tabique puede
conseguir, de forma satisfactoria, la meta de una regeneración de
catalizador de FCC de dos etapas, sencilla, en una única vasija de
regenerador, en un modo de combustión parcial de CO. Con el
regenerador tabicado de este invento, el catalizador puede quemarse
y quedar limpio mientras se hace funcionar el regenerador en un
modo de combustión parcial de CO. El diámetro del lecho inferior
utilizado para las siguientes simulaciones era de 7,3152 m (24 pies)
y la altura del lecho era de 5,1816 m (17 pies). Sin embargo, un
lecho típico, usual, de un regenerador de combustión completa puede
tener un diámetro de lecho inferior de 8,2296 m (27 pies) y una
altura de lecho de 3,9624 m (13 pies). La Tabla 3 ofrece las
configuraciones preferidas del regenerador y las condiciones
operativas utilizadas para diseñar regeneradores con tabique
(combustión parcial) y sin tabique (combustión completa).
| Tipo de regenerador | Diseño de regenerador tabicado | Diseño de regenerador usual |
| Altura del lecho | Base+30% | Base |
| Diámetro del lecho inferior | Base-11% | Base |
| Cantidad de catalizador | Base | Base |
| Régimen de aire para combustión | Base-20% | Base |
| Tipo de regenerador | Diseño de regenerador tabicado | Diseño de regenerador usual |
| Velocidad superficial del vapor | Base | Base |
| Relación CO_{2}/CO | 2,66 | Combustión completa |
| Delta de carbón | Base | Base |
| % del lecho por encima/por debajo | ||
| del tabique | 65/35 | Sin tabique |
| Refrigerador del catalizador | ||
| (MMBtu/h) | 0 | 52,5 |
| Temperatura del lecho inferior | Base | Base |
| Caudal del catalizador | Base | Base |
| Carbón en catalizador | ||
| regenerado (% en peso) | \leq 0,05 | \leq 0,05 |
| Régimen de incorporación | ||
| adicional de catalizador | Base-10% | Base |
| Emisiones de NO_{X} | Base-50% | Base |
En este ejemplo, se hizo funcionar el modelo
grande de flujo frío del Ejemplo 2 con una velocidad superficial
del vapor que variaba desde aproximadamente 0,4572 a
aproximadamente 1,0668 m/s (de aproximadamente 1,5 a aproximadamente
3,5 pies/s). El arrastre de catalizador en la fase diluida se midió
tomando lecturas manométricas cerca de las entradas de los ciclones
del regenerador. El modelo de regenerador se hizo funcionar con un
distribuidor de catalizador gastado (SCD) solamente, con el tabique
de 69,96 cm (24 pulgadas) solamente y con un tabique y un SCD. Los
resultados se presentan gráficamente en la Fig. 12. Cuando se
utilizan ambos, el tabique y el SCD, el arrastre se reduce,
sorprendentemente, mucho más de lo que puede obtenerse con el
tabique o el SCD solos.
En este ejemplo, simulamos el funcionamiento del
regenerador en un modo de combustión parcial (proporción de
CO_{2}/CO 2,66), utilizando el modelo cinético de regenerador del
Ejemplo 3 para comparar el funcionamiento con un tabique y un
distribuidor de catalizador gastado (SCD) juntos, con el tabique
solamente, y con el SCD sólo. La altura del lecho de catalizador, la
cantidad de catalizador, el régimen de aire para combustión, la
velocidad superficial del vapor, la proporción de división del
lecho en los casos en que se utilizaban tabique y SCD y tabique
solamente (65% arriba/35% abajo) y el caudal del catalizador, fueron
los mismos en las tres simulaciones. No se necesitó refrigerador de
catalizador. La simulación con tabique/SCD fue capaz de quemar el
catalizador limpiándolo hasta conseguir un contenido de carbón en el
catalizador regenerado (CRC) de 0,05% en peso, mientras que los
casos en que se utilizaba sólo el tabique y sólo el SCD, dieron
como resultado niveles de CRC del 0,11% en peso y 0,20% en peso,
respectivamente. El catalizador regenerado para los casos en que se
utilizaba sólo el tabique y sólo el SCD, tendrían una actividad
correspondientemente mucho menor (MAT) que el catalizador regenerado
con tabique/SCD (véase la
Fig. 1).
Fig. 1).
En este ejemplo se utilizó el simulador cinético
del Ejemplo 3 para estudiar un regenerador de FCC existente,
diseñado originalmente para tratar un material de alimentación de
VGO. El regenerador tenía un distribuidor de catalizador gastado
(SCD) pero carecía de tabique. El regenerador funcionó en un modo de
combustión completa para obtener catalizador quemado limpiamente.
Después de que se construyó la unidad de FCC, la refinería
incrementó el contenido de carbón Conradson del material de
alimentación de desde 1% a 3% y se incrementó al máximo el
funcionamiento de la soplante de aire. Esta operación de caso base
se muestra en la primera columna de la siguiente Tabla 4.
| Tipo de regenerador | Combustión | Combustión | Combustión incompleta, |
| completa, material | incompleta, material | material de alimentación | |
| de alimentación | de alimentación | más pesado, con tabique | |
| de base | más pesado | en el regenerador | |
| % en peso de carbón Conradson | |||
| en la alimentación | 3,0 | 5,0 | 5,0 |
| Modo de combustión de CO | Completo | Parcial | Parcial |
| Distribuidor de catalizador gastado | Si | Si | Si |
| % del lecho por encima/por debajo | |||
| del tabique | Sin Tabique | Sin tabique | 65/35 |
| Altura del lecho | Base | Base | Base |
| Cantidad de catalizador | Base | Base | Base |
| Régimen de aire para combustión | Base | Base | Base |
| Velocidad superficial | Base | Base | Base |
| Caudal del catalizador | Base | Base | Base |
| % en peso de carbón en catalizador | |||
| regenerado | 0,05 | 0,20 | 0,05 |
| Actividad MAT de catalizador | |||
| regenerado, % en volumen | Base | Base-4 | Base |
Para incrementar el contenido de carbón Conradson
en cualquier proporción, por ejemplo del 5%, se necesitaría que la
unidad pasase a funcionar de un modo de combustión completa a un
modo de combustión parcial de CO. En la segunda columna de la Tabla
4 mostramos lo que ocurriría si se tratase el material de
alimentación más pesado y la unidad cayese en un modo de combustión
parcial. El carbón en el catalizador regenerado aumentaría a,
aproximadamente, un 0,20% en peso. Esto reduciría la actividad
catalítica del catalizador regenerado en, aproximadamente, un 4% en
volumen - que es una pérdida de actividad significativa que
afectaría adversamente al rendimiento de productos deseados tales
como la gasolina.
En la última columna de la Tabla 4, hemos
mostrado qué ocurriría si se añadiese un tabique a la unidad y ésta
fuese hecha funcionar en las mismas condiciones que en la columna
central. La adición del tabique permite que el catalizador se queme
hasta alcanzar el mismo nivel de carbón que se consiguió previamente
con el material de alimentación más ligero cuyo modelo se generó de
acuerdo con la primera columna.
La anterior descripción y los ejemplos son,
meramente, ilustrativos del invento y no deben considerarse como
limitativos de su alcance. A la vista de la descripción que
antecede, a los expertos en la técnica les resultarán evidentes
diversas modificaciones. Se pretende abarcar así todas las citadas
modificaciones que caigan dentro del alcance y del espíritu de las
reivindicaciones adjuntas.
Se describe la combustión en etapas en un único
regenerador de una unidad de FCC. El regenerador posee un
distribuidor de catalizador gastado en la parte superior del lecho
de catalizador, y una rejilla neumática en el extremo inferior del
lecho. Un tabique separa el lecho de catalizador en etapas superior
e inferior. En el lecho inferior está presente oxígeno en exceso; en
el lecho superior se mantiene un modo de combustión parcial de CO.
El tabique inhibe el flujo de retromezclado para conseguir un
escalonamiento suficiente para que el catalizador se queme de manera
limpia con una combustión parcial de CO. De esta manera, se
consigue una combustión limpia del catalizador en una única vasija
de regenerador en el modo de funcionamiento con combustión parcial
de CO. Sorprendentemente, el tabique también reduce el arrastre de
catalizador en la fase diluida, cortando por tanto las emisiones de
partículas desde el regenerador y reduciendo el desgaste del
ciclón.
Claims (19)
1. Un regenerador de catalizador para eliminar
carbón de catalizador gastado para el craqueo catalítico fluido
(FCC) hecho circular en una unidad de FCC, que comprende:
- una vasija que comprende un lecho de fase diluida y de fase densa de catalizador fluidizado dispuesto en respectivas regiones superior e inferior de la vasija, en el que el catalizador comprende catalizador de FCC gastado que tiene carbón depositado sobre él;
- un distribuidor de catalizador gastado para distribuir de manera uniforme el catalizador gastado alimentado a la vasija;
- una rejilla neumática dispuesta junto a una parte inferior del lecho de catalizador fluidizado de fase densa, para introducir fluido de aireación que contiene oxígeno en la vasija;
- un tabique que tiene un punto medio en vertical dispuesto entre el distribuidor de catalizador gastado y la rejilla neumática;
- una parte superior del lecho de catalizador fluidizado denso, dispuesta por encima del punto medio vertical del tabique y que comprende, al menos, el 40 por ciento del catalizador en el lecho de catalizador fluidizado de fase densa que comprende una parte superior del lecho de catalizador fluidizado de fase densa, en el que el lecho de catalizador fluidizado de fase densa está libre de entradas de gas portador de oxígeno por encima del tabique, y en el que el distribuidor de catalizador gastado está posicionado para distribuir el catalizador gastado alimentado sobre la parte superior del lecho de catalizador fluidizado de fase densa;
- una conducción conectada a una región superior de la vasija para descargar fluido de aireación de la fase diluida; y
- una conducción conectada a una región inferior de la vasija para retirar catalizador regenerado del lecho de fase densa.
2. El regenerador de catalizador de la
reivindicación 1, en el que la conducción de descarga del fluido de
aireación contiene CO y está esencialmente libre de oxígeno
molecular.
3. El regenerador de catalizador de la
reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en el que el
distribuidor de catalizador gastado comprende una pluralidad de
brazos de canaleta aireados que radian hacia fuera desde un conducto
o pozo central.
4. El regenerador de catalizador de cualquiera de
las reivindicaciones 1-3, en el que la parte
superior del lecho de fase densa comprende, al menos, un 60 por
ciento del catalizador del lecho de catalizador de fase densa.
5. El regenerador de catalizador de cualquiera de
las reivindicaciones 1-4, en el que el tabique
comprende un tabique estructurado hecho de chapas metálicas
onduladas, desplazadas angularmente.
6. El regenerador de catalizador de la
reivindicación 5, en el que el tabique tiene, por lo menos, 15 cm
(6 pulgadas) de grueso.
7. El regenerador de catalizador de la
reivindicación 5, en el que el tabique tiene un grosor de 61 cm (2
pies) o más.
8. El regenerador de catalizador de una
cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que
el lecho fluidizado de fase densa está libre de entradas para la
introducción de catalizador gastado por debajo del distribuidor de
catalizador gastado.
9. El regenerador de catalizador de una
cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que
la parte superior del lecho fluidizado de fase densa carece de
tabique entre el distribuidor de catalizador gastado y el tabique
del punto medio, para formar dos partes diferentes de lecho
fluidizado para conseguir una configuración en dos etapas.
10. El regenerador de catalizador de una
cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que
el lecho fluidizado de fase densa está aislado de las superficies de
transmisión de calor para conseguir un funcionamiento esencialmente
adiabático.
11. Un método para regenerar catalizador de
craqueo catalítico fluido (FCC) hecho circular en una unidad de
FCC, que comprende:
suministrar catalizador de FCC gastado que
contiene carbón depositado sobre él al distribuidor de catalizador
gastado del regenerador de catalizador de una cualquiera de las
reivindicaciones 1-10; y
hacer funcionar el regenerador de catalizador en
un modo de combustión parcial de CO.
12. El método de la reivindicación 11, en el que
el punto medio del tabique divide el lecho de catalizador de fase
densa en etapas superior e inferior, siendo hecha funcionar la
etapa inferior en una condición de oxígeno en exceso y siendo hecha
funcionar la etapa inferior en un modo de combustión parcial de CO,
de manera que el fluido de aireación descargado contenga CO y esté
esencialmente libre de oxígeno molecular.
13. El método de la reivindicación 12, en el que
el funcionamiento del regenerador de catalizador está esencialmente
libre de enfriamiento del catalizador.
14. El método de la reivindicación 12, en el que
el catalizador regenerado retirado de la vasija contiene menos del
0,05 por ciento en peso de carbón.
15. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 11-14, en el que el flujo de
retromezclado a través del tabique es, aproximadamente, igual o
menor que el flujo neto del catalizador que pasa hacia abajo, a
través del tabique.
16. Un método para fabricar el aparato de una
cualquiera de las reivindicaciones 1-10, que
comprende modificar un regenerador de catalizador de una unidad de
craqueo catalítico fluido (FCC) que comprende (1) un recipiente que
comprende un lecho de catalizador fluidizado de fase diluida y de
fase densa, dispuesto en respectivas regiones superior e inferior
de la vasija, (2) un distribuidor de catalizador gastado para
distribuir catalizador gastado alimentado a la vasija junto a la
parte superior del lecho de fase densa, (3) una rejilla neumática
dispuesta junto a una parte inferior del lecho de fase densa para
introducir fluido de aireación portador de oxígeno en la vasija,
(4) una conducción conectada a una región superior de la vasija para
descargar fluido de aireación, y (5) una conducción conectada a una
región inferior de la vasija para retirar catalizador regenerado,
caracterizado por:
- instalar un tabique en el lecho de fase densa por debajo del distribuidor de catalizador gastado y por encima de la rejilla neumática; y
- hacer funcionar el regenerador de catalizador con, al menos, el 40 por ciento del catalizador del lecho de fase densa por encima de un punto medio vertical del tabique.
17. El método de la reivindicación 16, en el que
el regenerador de catalizador es hecho funcionar antes y después de
la modificación para obtener catalizador regenerado con menos del
0,05 por ciento en peso de carbón.
18. El método de la reivindicación 16, que
comprende, además, instalar un quemador de CO de aguas abajo para
convertir el CO del fluido de aireación retirado en CO_{2}.
19. El método de la reivindicación 16, en el que
un material de alimentación suministrado a la unidad de FCC después
de la modificación, tiene un contenido de residuos superior.
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