ES2266814T3 - Un proceso para quemar coque. - Google Patents

Abstract

Un proceso para quemar coque de un catalizador FCC conteniendo coque en una unidad de regeneración de una unidad FCC incluyendo la introducción de gas conteniendo oxígeno a través de una unidad de transporte de gas (7) a la unidad de regeneración (2) y quemar el coque por medio de un gas conteniendo oxígeno, caracterizado porque el gas conteniendo oxígeno se enfría en una unidad refrigeradora (8) a una temperatura inferior al punto de condensación del agua presente en el gas produciendo por ello condensación de agua, donde el agua condensada se separa del gas antes de ponerse en contacto con el catalizador FCC conteniendo coque.

Description

Un proceso para quemar coque.

La presente invención se refiere a un proceso para quemar coque de un catalizador FCC conteniendo coque en una unidad de regeneración de una unidad FCC y a un aparato correspondiente para realizar dicho proceso.

Los procesos de craqueo catalítico fluidizado (FCC) operan circulando partículas de catalizador continuamente desde un reactor en el que hidrocarbono alimentado es craqueado a productos de ebullición inferiores, durante cuyo craqueo se deposita material carbonoso en el catalizador, mediante un regenerador en el que el material carbonoso se quema para restaurar la actividad catalítica, para calentar el catalizador (necesario para suministrar calor para las reacciones endotérmicas de craqueo en el lado del reactor) y haciendo volver partículas de catalizador al reactor. Tal proceso y reactores para realizar estos procesos son conocidos en la técnica. Se hace referencia a Robert A. Meyers, Handbook of Petroleum Refining Processes, McGraw-Hill (1996), en especial la parte 3, pág. 3.3-3.112.

La presente invención se refiere al paso de regeneración en el proceso FCC. En este paso, el material carbonoso ("coque") que se ha formado en la superficie de soporte y en los poros del catalizador durante el paso de reacción es quitado (parcial o completamente) del catalizador por combustión con un gas conteniendo oxígeno.

Inevitablemente, en este proceso de combustión, el catalizador se daña irreversiblemente. Este daño se acelera por las altas temperaturas, la alta presión parcial de vapor y por algunos contaminantes (principalmente compuestos conteniendo vanadio y níquel), que proceden del material hidrocarbono alimentado y que se depositan en el catalizador durante las reacciones de craqueo. Con el fin de mantener la actividad catalítica a un cierto nivel, es habitual sustituir una cierta cantidad del inventario de catalizador de la unidad por catalizador fresco de forma regular. El término "regular" en este contexto se refiere a la frecuencia con que se lleva a cabo esta sustitución. Dependiendo del grado de automatización de la unidad FCC, el intervalo de tiempo entre sustituciones de catalizador puede variar de unos pocos minutos a unos pocos días.

Los refinadores han tomado varias medidas para reducir todo lo posible el daño irreversible del catalizador. Este daño se denomina "desactivación hidrotérmica" a causa de la función prominente de la temperatura y el vapor. Una estratagema empleada comúnmente es limitar la cantidad de contaminantes en el catalizador. Muchos refinadores mantienen un límite superior estrictamente vigilado por ejemplo de la cantidad de vanadio y níquel en el catalizador y ajustan su tasa de sustitución de catalizador (la denominada "tasa de relleno") de manera que no se supere este límite superior.

Es más difícil regular la temperatura y la presión parcial del vapor en el regenerador. La temperatura del regenerador no es un instrumento práctico a este respecto, dado que esto viene dictado por el equilibrio de calor de la unidad (los requisitos de calor en el lado del reactor). La presión parcial del vapor tampoco es sencilla de controlar. Gran cantidad del vapor en el regenerador es un co-producto de las reacciones de combustión y por lo tanto viene dictada por la cantidad de coque quemado, que de nuevo viene dictada por el equilibrio de calor de la unidad.

Algunos refinadores han hallado una forma de resolver este problema, que es conceptualmente bien fundada, pero muy costosa. Su solución es dividir el proceso de combustión en dos cubas diferentes. Es conocido (véase el manual antes mencionado de Meyer, p. 3.91) que el hidrógeno se quema más rápidamente que el carbono. Como resultado, la mayoría del vapor se genera en la primera etapa del proceso de combustión. Escalonando la combustión, se logra una situación en la que la mayoría del vapor se genera a una temperatura de combustión relativamente baja en la primera etapa, mientras que el aumento de la temperatura final en la segunda etapa tiene lugar a una presión parcial de vapor relativamente baja. Dado que es la combinación de una temperatura alta y una presión parcial alta de vapor la que es especialmente nociva para el catalizador, este método de combustión limita la desactivación hidrotérmica del catalizador. La desventaja de este método es que implica un incremento muy sustancial del costo de capital de la unidad. Además, una cuba extra también implica más líneas de transporte para el catalizador, que siempre son piezas vulnerables de equipo que frecuentemente originan problemas operativos.

Por consiguiente, se necesita una estratagema mucho más simple y mucho menos costosa, que logre el mismo objetivo, a saber, disminuir la velocidad de desactivación del catalizador.

La presente invención tiene por objeto realizar una combustión mejorada de coque a baja desactivación hidrotérmica, que sea adecuada en cualquier regenerador, incluyendo en un regenerador de una etapa. La invención se refiere a un método y un aparato donde gas conteniendo oxígeno, preferiblemente aire, se enfría antes de introducción a la unidad de regeneración.

La invención reside en un proceso para quemar coque de un catalizador FCC conteniendo coque en una unidad de regeneración de una unidad FCC incluyendo la introducción de gas conteniendo oxígeno a través de una unidad de transporte de gas en la unidad de regeneración y quemar el coque por medio del gas conteniendo oxígeno, caracterizado porque el gas conteniendo oxígeno se enfría en una unidad refrigeradora (8) a una temperatura inferior al punto de condensación de agua presente en el gas produciendo por ello condensación de agua, donde el agua condensada se separa del gas antes de ponerse en contacto con el catalizador FCC conteniendo coque.

La unidad refrigeradora permite que la unidad de transporte de gas transporte más gas en términos de peso a la unidad de regeneración incrementando la capacidad del proceso de regeneración. Añadir un paso de enfriamiento a un proceso regenerador FCC existente es así un método para incrementar la capacidad de dicha unidad.

La refrigeración disminuye además el punto de condensación de agua presente en el gas, produciendo por ello condensación de agua. Esta agua condensada se separa adecuadamente del gas antes de que el gas se use en el proceso regenerador. Por lo tanto, el gas conteniendo oxígeno contiene menos agua que gas no enfriado. Se ha hallado que esto era muy beneficioso para la duración media del catalizador, dado que se destruía irreversiblemente menos catalizador por la desactivación hidrotérmica del catalizador (zeolita) a las altas temperaturas (típicamente en torno a 680ºC) que se usan en el proceso de regeneración. La reducción de la humedad en el gas conteniendo oxígeno, por ejemplo, de 2,8% en peso a 0,8% en peso o menos se puede obtener fácilmente con el proceso presente.

Desde un punto de vista práctico se prefiere que el gas conteniendo oxígeno se enfríe antes o durante su permanencia en la unidad de transporte de gas. Más preferiblemente el gas conteniendo oxígeno se enfría antes de su permanencia en la unidad de transporte de gas.

El gas conteniendo oxígeno puede ser cualquier gas que contenga oxígeno, y muy preferiblemente dicho gas conteniendo oxígeno es aire.

En otro aspecto, la invención se refiere a un método para disminuir la desactivación térmica de un catalizador en un proceso de regeneración FCC, caracterizado porque el proceso de regeneración se realiza aplicando el proceso antes indicado.

En otro aspecto, la invención se refiere a un aparato para realizar el proceso anterior que incluye una unidad de reacción con medios de entrada y salida, una unidad de regeneración con medios de entrada que están conectados a la unidad de reacción y medios de salida que están conectados a los medios de entrada de la unidad de reacción, caracterizado porque el aparato incluye además una unidad de transporte de gas situada dentro o en medios de entrada de la unidad de regeneración, y una unidad refrigeradora en la unidad de transporte o hacia arriba de la unidad de transporte en su lado de aspiración.

La invención se describe mejor en las figuras siguientes, sin interpretar que estas figuras limitan la invención de ninguna forma.

La figura 1 es un esquema de bloques de un aparato de la invención.

En la figura 1, una unidad de reacción (no representada) forma un ciclo con la unidad de regeneración 2. El catalizador fluido es transferido continuamente de la unidad de reacción 1 a la unidad de regeneración 2, y de la unidad de regeneración 2 de nuevo a la unidad de reacción 1 a través de medios de entrada y salida 3, 4, 5. A través de los medios de entrada 6 se introduce aire (u otro gas conteniendo oxígeno) a la unidad de regeneración 2 para uso como fuente de oxígeno en la combustión de coque. La unidad de regeneración 2 y el reactor 1 se mantienen a la temperatura y presión requeridas con medios que se usan de ordinario en estos procesos. Se introduce continuamente aire usando la unidad de transporte de gas 7, que hacia arriba está provista de una unidad refrigeradora 8. La unidad de transporte 7 es preferiblemente un soplante de aire como es conocido por los expertos, por ejemplo por Perry's Chemical Engineers' Handbook; 6ª edición (1984). Véanse las páginas 6-24, que tratan de soplantes rotativos. Éste es el tipo de máquina que se usa preferiblemente para comprimir aire FCC. El aire aspirado se enfría usando una unidad refrigeradora 8. La unidad refrigeradora 8 se sitúa preferiblemente hacia arriba en el lado de aspiración del soplante 7, pero en otros tipos de unidades de transporte de gas 7 el enfriamiento también se puede realizar dentro de la unidad de transporte de gas 7. Entre la unidad refrigeradora 8 y la unidad de transporte de gas 7 hay una cuba de separación 10 para separar agua mediante 11 del aire enfriado. Entre las unidades refrigeradoras 8 que se puede usar están los refrigeradores industriales convencionales, por ejemplo los que se han descrito en Perry's Chemical Engineers' Handbook; 6ª edición (1984); páginas 11-28. Estos refrigeradores se pueden denominar máquinas de refrigeración. La energía para estas máquinas se puede suministrar por una turbina de gas o eléctricamente. Dependerá de las condiciones locales de la refinería qué forma de suministro de energía es la preferida. Generalmente estas máquinas se enfrían enfriando fluidos como freón o amonio. También se pueden usar las máquinas refrigeradoras que utilizan agua como refrigerante.

El regenerador 2 de la figura también está provisto de un lecho fluidizado denso 12, separadores de ciclón 13 y salida de gas 14.

El proceso de la invención proporciona típicamente diferenciales de temperatura de 35 a 10ºC. El efecto es mayor en verano y en países con un clima cálido (húmedo). Preferiblemente la temperatura del aire antes de enfriarse es superior a 25, más preferiblemente superior a 30ºC. Las ventajas de la invención se hallan especialmente cuando el contenido de agua en el aire antes del enfriamiento es entre 50 y 100% y preferiblemente entre 75 y 100% de la saturación total (humedad). Lo siguiente es un ejemplo ilustrativo de los beneficios de esta invención. En una unidad con una entrada de alimentación de 16.000 t/d (toneladas/día) (tasa de combustión de coque típica = 870 t/d; tasa de relleno de catalizador típica = 7 t/d): la reducción de la tasa de relleno de catalizador durante los meses de verano sería 0,8 t/d; y durante los meses de invierno: 0,2 t/d. La reducción media anual de la tasa de relleno de catalizador es 0,4 t/d; correspondiente aproximadamente a 300.000 \textdollar/ahorro anual de consumo de catalizador.

Claims (11)

1. Un proceso para quemar coque de un catalizador FCC conteniendo coque en una unidad de regeneración de una unidad FCC incluyendo la introducción de gas conteniendo oxígeno a través de una unidad de transporte de gas (7) a la unidad de regeneración (2) y quemar el coque por medio de un gas conteniendo oxígeno, caracterizado porque el gas conteniendo oxígeno se enfría en una unidad refrigeradora (8) a una temperatura inferior al punto de condensación del agua presente en el gas produciendo por ello condensación de agua, donde el agua condensada se separa del gas antes de ponerse en contacto con el catalizador FCC conteniendo coque.

2. El proceso según la reivindicación 1, donde el gas conteniendo oxígeno se enfría antes o durante su permanencia en la unidad de transporte de gas.

3. El proceso según la reivindicación 2, donde el gas conteniendo oxígeno se enfría antes de su permanencia en la unidad de transporte de gas.

4. El proceso según una de las reivindicaciones 1-3, donde el gas conteniendo oxígeno es aire.

5. El proceso según la reivindicación 4, donde el aire tiene una temperatura superior a 25ºC, preferiblemente superior a 30ºC.

6. El proceso según una de las reivindicaciones 4-5, donde el aire tiene un contenido de agua antes de enfriarse de entre 50 y 100% de la saturación total, preferiblemente entre 75 y 100% de la saturación total.

7. El proceso según una de las reivindicaciones 4-6, donde el aire se enfría con un diferencial de temperatura de 35 a 10ºC.

8. El proceso según una de las reivindicaciones 1-7, donde la unidad de transporte de gas (7) es un soplante de aire.

9. El proceso según una de las reivindicaciones 1-8, donde el enfriamiento se realiza en un refrigerador industrial (8).

10. Un método para disminuir la desactivación térmica de un catalizador en un proceso de regeneración FCC, caracterizado porque el proceso de regeneración se realiza aplicando el proceso según una de las reivindicaciones 1-9.

11. Un aparato regenerador para realizar el proceso según las reivindicaciones 1-9, incluyendo medios de entrada y salida (3, 4, 5, 14), y una entrada (6), donde el aparato incluye además una unidad de transporte de gas (7) situada dentro o en medios de entrada (6) de la unidad de regeneración (2), una unidad refrigeradora (8) en la unidad de transporte o hacia arriba de la unidad de transporte en su lado de aspiración y entre la unidad refrigeradora (8) y la unidad de transporte (7) hay una cuba de separación (10) para separar agua mediante (11) del aire enfriado.