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FCCFCC

Craqueo CatalCraqueo Catalíítico tico FluidizadoFluidizado(FCC)(FCC)

QCalor de Craqueo

Prof. Leonardo Oropeza - Procesos Químicos - Ing. Química - UCV

El Craqueo Catalítico Fluidizado (FCC) nace en la segunda guerra mundial por la necesidad de gasolina para los aviones de los aliados. Este proceso se inventa en un tiempo récord de 45 días y en sus inicios el reactor era de lecho fijo.

Es considerado el proceso de conversión principal de una refinería integrada, en muchos casos, el craqueo catalítico marca la rentabilidad del negocio de refinación de crudo, ya que la sección de FCC determina si una refinería puede estar en el negocio y ser competitiva en el mercado de hoy.

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FCCFCC

GasGasóóleosleosFracciones de Fracciones de petrpetróóleo de leo de alto punto de alto punto de ebulliciebullicióón n (330(330--550 550 ººC)C)

ObjetivoObjetivoCatalizador Catalizador microesferoidalmicroesferoidal

fluidizado con airefluidizado con aire GasolinaGasolina de alto de alto octanaje y aceite de octanaje y aceite de

calentamientocalentamiento

Altas Altas temperturastemperturas

Regenerador Reactor

Gases deCombustión

Alimentación Fresca

Gasolina

Agua

GasóleoLiviano

GasóleoPesado

Vapor dedespojamiento

CatalizadorRegenerado

CatalizadorGastado

Aceite delavado

AceiteDecantado

Reciclo

Gas aRecuperación

Decantadorde Slurry

Fraccionador

El objetivo de este proceso es convertir alimentaciones de bajo valor en productos más valiosos. En el ámbito mundial el 45% de la gasolina producida proviene de FCC y de las unidades asociadas como alquilación.

Esta unidad utiliza un catalizador microesferoidal el cual es fluidizado con aire y el principal propósito de esta unidad es convertir fracciones de petróleo de alto punto de ebullición denominadas gasóleos, en gasolina de alto octanaje y aceite de calentamiento de gran valor.

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FCCFCCUbicaciUbicacióón de FCC n de FCC en una refineren una refinerííaa

FCC

Aceite decantadoC3/C4

Crudo

Nafta SR

DieselHDS

Columna de vacío

AGO

LVGO

HVGO

Coquizado retardado

Residualde Vacío

H2

AlquilaciónC3/C4

IC4

Jet

LPG

Planta de gascombustible

Nafta LSR

C4

Diesel

MogasGasolina de Coque Alquilato

Reformado

Gasóleode Coque

Gasolina FCC

LCO

Coque

AceiteNº 6

Torr

e A

tmos

féri

ca

Mez

cla

deG

asol

inas

Reformado catalítico

Planta de gas

saturado

Una refinería de petróleo esta compuesta por varias unidades de procesos que tienen como objetivo convertir petróleo crudo en productos utilizables como gasolina, diesel, combustible de jet, etc. La unidad de crudo es la primera unidad de proceso en una refinería, aquí el crudo es destilado en varios productos intermedios. La porción pesada del crudo que no puede ser destilada en la torre atmosférica es calentada y enviada a la torre de vacío, cuyo fondo se envía a un procesamiento posterior de coquificación retardada, y otras unidades para procesar residuo.

Los gasóleos son la porción del crudo que ebullen entre 330-550°C y contienen una mezcla diversificadas de parafinas, naftenos, aromáticos y olefinas.

El gasóleo alimentado a una unidad de FCC proviene principalmente de:

• La Columna Atmosférica que produce Gasoleo Atmosférico (AGO)

• La Torre de Vacío que produce Gasoleo Liviano de Vacío y Gasoleo Pesado de Vacío (LVGO y HVGO)

• Y la Unidad de Coquificación Retardada que produce gasóleos de coque (LCGO / HCGO)

De la unidad de FCC se obtiene:

• Un primer corte que alimenta a la Planta de Gas y que a su vez produce Gas Combustible (C1’s, C2’s y C3’s) y (C3’s y C4’s) que alimenta a la Unidad de Alquilación que produce LPG ((C3’s) y Gasolina

• Un segundo corte de Gasolina que va a la planta de Tratamiento de Azufre

• Un tercer corte que va a la Planta de Hidrotratamiento que produce Heating Oil para Diesel y Fuel Oil

• Y un cuarto corte con slurry o fondo de FCC

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FCCFCC

•• Precalentamiento de la alimentaciPrecalentamiento de la alimentacióónn

•• ReactorReactor

•• RegeneradorRegenerador

•• FraccionadoraFraccionadora principalprincipal

•• RecuperaciRecuperacióón de vaporesn de vapores

•• Tratamiento de gasesTratamiento de gases

Secciones del Secciones del Proceso FCCProceso FCC

El proceso FCC es muy complejo y es difícil proveer un claro entendimiento de la unidad de operación, este proceso se va a describir en seis secciones separadas:

1. Precalentamiento de la alimentación

2. Reactor

3. Regenerador

4. Fraccionadora principal

5. Planta de gas

6. Tratamiento de gases

Precalentamiento de la alimentación:

La alimentación se almacena en tanques para garantizar un flujo de alimentación estable, desde allí es bombeada hacia un tren de intercambiadores de calor para incrementar la temperatura a un rango entre 270-360°C.

Las fuentes de calentamiento de la alimentación son usualmente los fondos del Fraccionador u hornos de fuego directo.

El precalentamiento de la alimentación es una operación que varía la relación catalizador / aceite.

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FCCFCCReactor Reactor -- RegeneradorRegenerador

Vapor deVapor deatomizaciatomizacióónn

AlimentaciAlimentacióónnde FCCde FCC

Vapor deVapor dedespojamientodespojamiento

Efluente del reactor aFraccionador Principal

Regenerador

Catalizador RegeneradoCatalizador Regenerado

Catalizador GastadoCatalizador Gastado

Precalentamiento dela Alimentación

SopladorSopladorde Airede Aire

Gases de combustión Reactor

En el esquema se muestra un posible reactor-regenerador de la Unidad de FCC.

En él se ve que el equipo consta de un Riser donde se introduce el gasóleo junto con el vapor que lo atomiza. El catalizador y el producto entra en el Reactor, el cual tiene dos funciones: una como un sitio para la separación del catalizador y los vapores y otra como el contenedor de los ciclones. Los ciclones son dispositivos cuyo objetivo es separar el catalizador de los vapores, recolectan el catalizador y por el tope de ellos sale el producto vaporizado. Debajo de los ciclones están los despojadores que por la acción del vapor alimentado a ellos recuperan los hidrocarburos que son arrastrados por el catalizador.

El catalizador gastado entra al Regenerador donde se restablece la actividad del catalizador por combustión del coque y se suministra la energía para craquear la alimentación. Por el fondo del Regenerador se encuentra el soplador o compresor que suministra el aire requerido para la combustión.

Debido a las condiciones severas de operación (elevadas temperaturas y un ambiente erosivo) se coloca un recubrimiento refractario dentro del equipo.

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FCCFCC

ReacciReaccióón n 22--4 4 segseg

GasGasóóleoleo

Vapor Vapor (Catalizador + Producto)(Catalizador + Producto)

23 -

37 m

Espesor de pared10–12.7 cm

Velocidad de salida de Velocidad de salida de 1515--23 m/23 m/segseg

Q

Catalizador

RiserRiser

Vapor para atomizar

T 670T 670°°CC

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AceiterCatalizado

14

<<

0.6–1.8 m

El riser es un tubo vertical que tiene de 2-6 pies (0.6–1.8 m) de diámetro y de 75-120 pies (23–37 m) de largo, construido de un material refractario que sirve como aislante y como resistencia a la abrasión de 4-5 plg (10–12.7 cm). Por lo general todas las reacciones de craqueo se llevan a cabo en el riser en menos de 2 seg. la velocidad de salida de vapor del riser esta en un rango de 50-75 pies/seg (15-23 m/seg).

La alimentación entra al riser cerca de la base donde se pone en contacto con el catalizador regenerado. La alimentación se introduce al riser a través de boquillas que la atomizan con vapor para producir pequeñas gotas que puedan ser vaporizadas rápidamente y puestas en contacto con el catalizador. El catalizador viene del regenerador a una T aproximada de 670°C, la relación en peso de catalizador aceite esta normalmente entre 4:1 a 9:1. La reacción es endotérmica y la energía requerida es suministrada por el catalizador circulante. Las reacciones catalíticas ocurren en fase vapor, tan pronto como la alimentación es vaporizada, las reacciones de craqueo ocurren instantáneamente, la expansión volumétrica de los vapores que se generan eleva al catalizador y los transportan hacia arriba en el riser. La atomización de la alimentación aumenta la presencia de hidrocarburos en los sitios ácidos reactivos del catalizador, generalmente se emplea un catalizador de zeolitas de alta actividad. Como consecuencia de las reacciones de craqueo se deposita coque en el catalizador lo cual reduce su actividad.

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FCCFCCCaminos de Caminos de reaccireaccióónn Parafinas: CaracterParafinas: Caracteríísticassticas

Alta producciAlta produccióón de Cn de C33 y Cy C44

Velocidad de reacciVelocidad de reaccióón y productos n y productos segsegúún taman tamañño y estructura de la parafinao y estructura de la parafina

Contenido alimentaciContenido alimentacióón: 50n: 50--65%65%

IsomerizaciIsomerizacióónn

Olefinas: CaracterOlefinas: Caracteríísticassticas

Inestables/PolimerizanInestables/Polimerizan

Producen aceite decantado y coqueProducen aceite decantado y coque

Contenido alimentaciContenido alimentacióón: <5%n: <5%

NaftenosNaftenos: Caracter: Caracteríísticassticas

Producen gasolina de alto Producen gasolina de alto octanjeoctanjemmáás aroms aromáática y pesadatica y pesada

AromAromááticos: Caracterticos: Caracteríísticassticas

Rendimiento excesivo de gas Rendimiento excesivo de gas combustiblecombustible

Muy estables no craquean en Muy estables no craquean en componenetescomponenetes pequepequeññosos

ParafinasParafinas

Olefinas + Iones carbonioOlefinas + Iones carbonio

NaftenosNaftenos

ParafinasParafinas

craqueo

ciclació

n

Transferenciade H2

Isomerización

Olefinas ramificadasOlefinas ramificadasTransferencia HTransferencia H22Parafinas ramificadasParafinas ramificadas

NaftenosNaftenos OlefinasOlefinasParafinasParafinas

AromAromááticos+ Hticos+ H22

craqueo

deshidrogenación

Gases livianosGases livianos

CicloolefinasCicloolefinas + H+ H22

Isomerización

Olefinas RamificadasOlefinas Ramificadas

Transferencia

de H2

AromAromááticosticoscraqueo

Deshidrogenaciónalquilación

Olefinas + Olefinas + AnilosAnilos sin sustituirsin sustituir

Coque o Heterociclos pesadosCoque o Heterociclos pesados

El gasóleo es la porción del crudo que ebullen entre 330-550 °C y es una mezcla compleja de parafinas, naftenos, olefinas y aromáticos. Los rangos de tamaño van desde cantidades pequeñas de gasolina hasta moléculas de 60 átomos de C.

Los sitios ácidos en el catalizador no solo craquean las moléculas grandes sino que también causan rearreglos de los productos resultantes.

En el craqueo catalítico el catalizador acelera la reacción usando un mecanismo de formación de iones carbonios. Esta es una especie inestable la cual facilita el craqueo de hidrocarburos. Una de las teorías propuestas establece que el ion carbonio se forma a partir de las olefinas, las cuales a su vez pueden ser formadas por los efectos térmicos en el contacto inicial del catalizador y el aceite, o pueden estar presentes en la alimentación. El mecanismo exacto no esta bien entendido

Además del craqueo de las moléculas pueden ocurrir reacciones de alquilación de aromáticos, intercambio con otras especies, transferencias de hidrogeno, isomerización, deshidrogenación, polimerización. En la figura se muestran los diferentes caminos que pueden tomar los compuestospresentes en la alimentación de FCC.

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FCCFCC

Catalizador Regenerado

T = 900 T = 900 -- 1000 1000 ººFF

(482 (482 –– 538 538 ººC)C)

Vapor (Catalizador + Producto)Velocidad 15-23 m/seg

CiclonesCiclonesEficiencia de

99.995 %

DespojadorDespojador

2-5 lb Vapor/1000 lb de catalizador circulante

Catalizador Catalizador GastadoGastado

Catalizador + hidrocarburos

HidrocarburosHidrocarburos

ReactorReactorEfluente a Fraccionamiento

AlimentaciónT = 500 T = 500 -- 800 800 ººFF

(260 (260 –– 427 427 ººC)C)

T = 900 T = 900 -- 1000 1000 ººFF

(482 (482 –– 538 538 ººC)C)

Perdida de productos líquidosPérdida de cargaPérdida de actividad del catalizador

Perdida de productos líquidosPérdida de cargaPérdida de actividad del catalizador

El reactor tiene dos funciones: una como un espacio para la separación del catalizador y los vapores y otra como el contenedor de los ciclones. Los Ciclones son dispositivos que tiene como función separar el catalizador de los vapores. Los ciclones recolectan el catalizador y lo envían al despojador a través de ciertos dispositivos mecánicos. Existen diferentes tipos de ciclones los mas usados son de dos etapas con una eficiencia de 99.995+%.

La separación catalizador - vapores se debe realizar inmediatamente al entrar al rector para evitar reacciones colaterales que disminuyen el rendimiento de productos valiosos.

A medida que el catalizador cae dentro del despojador algunos hidrocarburos valiosos son absorbidos dentro del lecho del catalizador. Para recuperar estos hidrocarburos se inyecta vapor a una velocidad de 2-5 lb/1000 lb de catalizador circulante. Algunos diseños de despojadores incluyen deflectores (baffles), cuyo objetivo es mejorar el contacto a contracorriente del catalizador y el vapor.

Cuando hay baja eficiencia en el proceso de recuperación de los hidrocarburos en el despojador, se tiene como consecuencia que el catalizador gastado arrastre hidrocarburos ricos en hidrógeno hacia el regenerador y esto causa lo siguiente:

Pérdida de productos líquidosPerdida de carga. La combustión de H2 a H2O produce 3.7 veces más calor que la

combustión de C a CO2. El incremento en la temperatura del regenerador, causada por el exceso de hidrocarburos, podría exceder los limites de la temperatura forzando a reducir la carga de la unidad.

Perdida de actividad del catalizador. La alta T combinada con la formación de vapor en el regenerador reduce la actividad del catalizador, porque destruye la estructura cristalina del mismo.

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FCCFCC

OperaciOperacióónn

Se puede quemar el coque hasta COSe puede quemar el coque hasta CO22 o hasta COo hasta CO

Temperatura entre 1150 y 1550 Temperatura entre 1150 y 1550 ººFF

El catalizador gastado contiene entre 0.8 y 2.5% El catalizador gastado contiene entre 0.8 y 2.5% en peso de coque en peso de coque

El aire proporciona el OEl aire proporciona el O22 para la combustipara la combustióónn

El catalizador regenerado contiene entre 0.01 y El catalizador regenerado contiene entre 0.01 y 0.4 % en peso de coque0.4 % en peso de coque

ReaccionesReacciones

RegeneradorRegenerador

Regenerador

Soplador de Aire

Gases de combustión

100-300 lb / seg. por pie3 de catalizador circulante.

x

x

222

22

22

2

NOxON209.2SOxOS900.28OHO2/1H

820.7COOC600.5CO2OCO2200.2COO2/1C

→+

→+

→+

→+

→+

→+

Kcal/Kg deC, H2 o S

Las principales funciones del regenerador son: Restablecer la actividad del catalizador y suministrar la energía para craquear la alimentación. La actividad del catalizador se restablece a través de la combustión controlada del coque depositado sobre él. El catalizador gastado contiene entre 0.8 y 2.5% en peso de coque, dependiendo de la calidad de la alimentación, los componentes del coque son C, H2 y trazas de azufre y N2 todos estos compuestos reaccionan con el oxigeno.El aire es la fuente de O2 de la combustión del coque y es suministrado por un soplador o compresor, el cual provee suficiente velocidad de aire y presión para mantener el lecho del catalizador en estado fluidizado. Existen diversos tipos de distribuidores de aire los cuales tienen una caída de presión de 1 a 2 psi para garantizar un flujo positivo de aire a través de todas las boquillas.El catalizador se transfiere a una tubería llamada standpipe la cual proporciona el caudal de presión requerido para garantizar la circulación del catalizador alrededor de la unidad. El flujo del catalizador esta en un rango de 100-300 lb/seg por pie3 de catalizador circulante. Durante este proceso se arrastran parte de los gases de combustión para garantizar que el catalizador se mantenga fluidizado. Algunos diseños requieren aireación externa la cual se logra con aire, vapor, N2 o gas combustible a través de la longitud del tubo. La densidad del catalizador esta entre 35y 45 lb./pie3.

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FCCFCCFlujo catalizadorFlujo catalizador

CatalizadorRegenerado

Reactor

CatalizadorGastado

LC

PdC

<

<

TC

PdC

< PdC

HC

Regenerador

Flujo catalizador – regenerador: Este flujo es controlado por una válvula que a su vez controla el nivel de catalizador en el despojador. Este nivel provee el cabezal de presión que permite que el catalizador fluya hacia el regenerador

Flujo del catalizador regenerador - riser: Este flujo es regulado a través de una válvula deslizante. Su principal función es suministrar suficiente catalizador al riser para calentar la alimentación y alcanzar la temperatura de reacción deseada

El catalizador usado sale de los despojadores y fluye hacia el regenerador a través de la línea de soporte del riser o stanpipe.

El cabezal proporcionado por la elevación del reactor respecto al regenerador, es suficiente para vencer tanto la presión diferencial regenerador-reactor como la caída de presión a través de la válvula de distribución.

Esta válvula que está sobre la línea stanpipe controla el nivel de catalizador en el despojador garantizando que fluya en dirección al regenerador

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FCCFCC

•• ProducciProduccióón de vapor de n de vapor de alta presialta presióónn

•• RecuperaciRecuperacióón de presin de presióón n a trava travéés de un turbo s de un turbo --expansorexpansor

• Manejo del compresor de aire

• Sistema eléctrico de la refinería

RecuperaciRecuperacióón de n de energenergíía del gas de a del gas de combusticombustióónn

RegeneradorRegenerador

Gases deCombustión

CatalizadorRegenerado

Caldera deRecuperaciónSecundaria

El gas de combustión que deja el regenerador contiene una apreciable cantidad de energía, en la mayoría de los casos esta energía se utiliza para producir vapor de alta presión. La presión del gas combustible es recuperada en la mayoría de las unidades a través de un turbo - expansor, este esquema puede proveer la energía necesaria para manejar el soplador de aire. Si el poder asociado a este gas es menor que el necesitado por el soplador, el exceso puede ser utilizado por el sistema eléctrico de la refinería.

Para evitar la erosión de los alabes del expansor el gas de combustión es enviado a un separador para remover los finos del catalizador (de 5-20 micras)

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FCCFCCSecciSeccióón de n de FraccionamientoFraccionamiento

GasolinaGasolina

Agua

GasGasóóleoleoLivianoLivianoLCOLCO

RecicloHCO

Vapores delReactor

AceiteAceiteDecantadoDecantado

Gas aGas aRecuperaciRecuperacióónn

FraccionadorPrincipal

Des

poja

dor

de L

COD

espo

jado

r de

LCO

HidrotratamientoHidrotratamiento

FiltroFiltro

vapor

Además del aceite de decantado esta columna tiene tres posibles cortes laterales: aceite pesado (HCO), aceite liviano (LCO) y nafta pesada. Ambos aceites se sacan de la columna y se alimentan a un despojador lateral para recuperar los livianos (control del punto de flash) estos livianos son reintroducidos a la columna y enviados al tope. La gasolina desestabilizada y los gases livianos salen de la columna como vapor el cual es enfriado y condensado parcialmente en los condensadores de tope.

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FCCFCC

T fondo < 370 ºC

Su propSu propóósito es enfriar y recuperar los sito es enfriar y recuperar los productos lproductos lííquidos de los vapores quidos de los vapores

provenientes del reactorprovenientes del reactor

Fraccionadora Fraccionadora PrincipalPrincipal

El reciclo enfria y sirve como medio de lavado de los finos del catalizador que entran con el vapor

El reciclo enfria y sirve como medio de lavado de los finos del catalizador que entran con el vapor

Los deflectoresrecuperan los finos

de catalizador arrastrados por los

vapores

Los deflectoresrecuperan los finos

de catalizador arrastrados por los

vapores

El calor retirado a los vapores

provenientes del Reactor se reutiliza dentro de la planta

de FCC

El calor retirado a los vapores

provenientes del Reactor se reutiliza dentro de la planta

de FCC

El despojador lateral

recupera los livianos

El despojador lateral

recupera los livianos

RecicloHCO

Des

poja

dor

de L

COD

espo

jado

r de

LCO

vapor

El propósito de la Fraccionadora es enfriar y recuperar los productos líquidos de los vapores provenientes del reactor. Los vapores calientes del craqueo entran a la columna cerca de la base y por debajo de la recirculación del slurry. •En el fondo de la torre hay una sección de deflectores cuyo objetivo es recuperar los finos de catalizador arrastrados con los vapores de producto. •El fraccionamiento se lleva a cabo al condensar los componentes de hidrocarburos a medida que el vapor fluye hacia arriba a través de las bandejas de la columna. • Los afluentes de vapor deben ser enfriados antes de comenzar elfraccionamiento, para evitar la coquificación. El flujo de enfriamiento se ajusta para mantener la temperatura del fondo por debajo de 370°C evitando la coquificación. • Esta sección tiene un reciclo que además sirve como medio de lavado de los finos del catalizador que entran con el vapor• Algunas unidades de FCC utilizan un decantador u otro separador centrífugo para remover los finos de catalizador del aceite. Una parte del aceite decantado es alimentada al riser. Este decantador permite disminuir el contenido de cenizas en el aceite decantado. El calor retirado a los vapores provenientes del Reactor-Regenerador se reutiliza dentro de la planta de FCC y los usos mas comunes son:

• Calentar la alimentación fresca • Generar vapor • Servir de medio de calentamiento en la planta de gas o • Alguna combinación de ellas.

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FCCFCC

Gravedad API

Factor K

Destilación

Punto de Anilina

Índice de refracción

Índice de Bromo

Viscosidad

Propiedades fPropiedades fíísicas sicas de la alimentacide la alimentacióónn

Densidad de la alimentación

Contenido parafínico

Calidad y composición de la alimentación

Contenido de aromáticos

Craqueabilidad (aromáticos)

Contenido de Olefinas

Contenido de H2 y aromáticos

Caracterizar a la alimentaciCaracterizar a la alimentacióón provee estimados n provee estimados cuantitativos y cualitativos del comportamiento de cuantitativos y cualitativos del comportamiento de

la unidad de FCCla unidad de FCC

Gravedad API. Mide la densidad del hidrocarburo liquido. La alimentación de FCC puede tener una gravedad API entre 15º y 45º API, siendo las más comunes entre 25º y 30º API. Cambios de API son signos de cambios de otras propiedades de la alimentación tanto como residuo de carbón y punto de anilina. Si la gravedad API aumenta debido a que la alimentación es más saturada, se pueden esperar los siguientes cambios:

• La carga craqueará más fácilmente, esto es, para la misma temperatura del reactor la conversión será mayor• A un nivel constante de presión habrá un rendimiento de gasolina mayor con un RON ligeramente menor• Los productos serán menos olefínicos

Una indicación aproximada de las cantidades de parafinas presentes en la alimentación es el factor de caracterización, el cual relaciona el punto de ebullición con la gravedad específica.

Destilación: Los datos de destilación de punto de ebullición dan información acerca de la calidad y composición de la alimentación. Existen diferentes métodos para esta prueba tales como la prueba de ASTM D-86, D-1170 y D–2827. El propósito de la caracterización de la alimentación de FCC es proveer estimados cualitativos y cuantitativos del comportamiento de la unidad. Las mas utilizadas son el factor k, el método n-d-M, el método API y el método TOTAL, cada uno de ellos indica la craqueabilidad de la alimentación, porcentaje de distribución total de carbón, fracción molar de pona y contenido de carbón aromático, hidrogeno y PM, respectivamente.

Una fracción que ebulle por encima de los 482°C indica una tendencia de la alimentación a producir coque y un nivel mayor de contaminantes tales como metales y nitrógeno. Estos contaminantes desactivan el catalizador y son causa de que se produzca mas coque y gas.

60

3/1)(GS

MABPK =

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FCCFCCBalance de EnergBalance de Energííaa

AireAireAlimentaciónAlimentación

Vapor Despojamiento

Vapor Despojamiento

Gases de Combustión

Calor de CombustiónCalor de

Combustión

Efluentes del Reactor

Calor de Craqueo

PPéérdidas de rdidas de calorcalor

EnergEnergíía(aire + alimentacia(aire + alimentacióón +vapor despojamiento) +n +vapor despojamiento) +∆∆H coque =H coque =EnergEnergíía (gases de combustia (gases de combustióón+vapores del reactor+radiacin+vapores del reactor+radiacióón) + n) + ∆∆H reacciH reaccióónn

Se puede usar un balance de energía alrededor del reactor-regenerador para predecir el efectos de cambios en el proceso. La operación de las unidades de FCC ha mejorado a medida que se ha incrementado el conocimiento del balance y sus efectos.

El calor que entra asociado al aire, la carga y el vapor es simplemente el nivel de energía de estas corrientes sobre algún punto de referencia. Los contenidos energéticos de los gases de combustión y el efluente del reactor serán similares y como el aislamiento no es perfecto deben considerarse las pérdidas de calor por radiación, aunque este término es pequeño.

La cantidad de calor producida por la combustión del coque puede ser calculada por la generación de coque, basada en el modo de operación de regenerador (CO o CO2). Si todo el CO es quemado a CO2 hay mas calor disponible por libra de carbono para aumentar la temperatura delcatalizador. La combustión del coque suministra la mayoría del calor requerido por el proceso. Es un término mucho más grande que el calor de reacción.

El número más importante que se calcula da partir del balance de energía es la relación catalizador/aceite, la cual es el peso de catalizador circulado/hr dividido entre el peso de aceite/hr hacia el riser.

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FCCFCCVariables de Variables de ProcesoProceso

•• Severidad de reacciSeveridad de reaccióónn•• Temperatura de reacciTemperatura de reaccióónn•• RelaciRelacióón catalizador/aceiten catalizador/aceite•• Velocidad espacialVelocidad espacial•• Disponibilidad de sitios activosDisponibilidad de sitios activos•• PresiPresióónn

•• Severidad de RegeneraciSeveridad de Regeneracióónn•• C en el catalizadorC en el catalizador•• Flujo de aire y distribuciFlujo de aire y distribucióónn•• Temperatura y presiTemperatura y presióónn•• Modo de regeneraciModo de regeneracióónn

•• Tipo y Actividad del catalizadorTipo y Actividad del catalizador

•• Tipo de alimentaciTipo de alimentacióónn

CONVERSICONVERSIÓÓNN

DISTRIBUCIDISTRIBUCIÓÓN N

DE PRODUCTOSDE PRODUCTOS

Actividad: Habilidad para craquear un aceite gasificado en fracciones de menor punto de ebullición.

Relación Catalizador/Aceite: lbs de catalizador/lbs de alimentación = C/O

Conversión: (Volumen de Cycle Stock en la alimentación)/(Volumen de alimentación). Una conversión baja estará entre 40-45% y una alta entre 85-90%.

Cycle Stock: Porción del efluente del craqueador catalítico no convertida a nafta y productos más ligeros (generalmente el material que ebulle por encima de 430 ºF; 220 ºC)

Eficiencia = (% gasolina) x Conversión

Relación de reciclo = Volumen de reciclo/volumen de alimentación fresca

Selectividad: La velocidad especial puede definirse en una base volumétrica (LHSV) o en peso (WHSV). En un reactor de lecho fluidizado, el LHSV tiene poco significado porque es difícil establecer el volumen del lecho. El peso del catalizador en el reactor puede determinarse fácilmente o calculado a partir de la relación C/O.

LHSV = Velocidad espacial del líquido por hora en el volumen de alimentación / (volumen de catalizador)(hr)

WHSV = Velocidad espacial en peso por hora en lb de alimentación / (lb alimentación)(hr). Si t es el tiempo de residencia del catalizador en horas, entonces WHSV = 1/(t)(C/O).

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FCCFCCVariables de Variables de ProcesoProceso

EnergEnergíía(aire + alimentacia(aire + alimentacióón +vapor despojamiento) +n +vapor despojamiento) +∆∆H coque =H coque =EnergEnergíía (gases de combustia (gases de combustióón+vapores del reactor+radiacin+vapores del reactor+radiacióón) + n) + ∆∆H reacciH reaccióónn

TTAlimAlim

EnergEnergíía (gases de a (gases de combusticombustióón+vapores del n+vapores del reactor+radiacireactor+radiacióón) + n) + ∆∆H H

reaccireaccióón n ≅≅ ConstanteConstante

∆∆HHcoquecoque

TTGCGC

Se requiere menos catalizador Se requiere menos catalizador para calentar la alimentacipara calentar la alimentacióón n

hasta T reaccihasta T reaccióónn

TCCTCC∆∆HH

coquecoque

Para T reactor constantePara T reactor constante

Si la temperatura del aceite crudo aumenta mientras la temperatura del reactor se mantiene constante, la mitad izquierda del balance de energía aumentará. El calor de reacción, la energía de los vapores de reacción y las pérdidas por radiación permanecerán aproximadamente constantes, por lo tanto el término ∆H coque debe disminuir para mantener el balance de energía de la unidad. La temperatura de los gases de combustión aumentará para compensar la disminución de ∆H coque. Debido a que se requiere menos catalizador para aumentar la temperatura de la alimentación caliente hasta la temperatura de reacción, la tasa de circulación del catalizador disminuirá. Esto a su vez, disminuirá el término ∆H de coque, según se predijo antes.

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FCCFCCVariables de Variables de ProcesoProceso

TTReactorReactor

CCRCCR

Gas/C3 /C4Gas/C3 /C4T regeneradorT regeneradorConversiConversióón n

constanteconstante

TCC TCC constanteconstante

ConversiConversióónnGas/C3/C4Gas/C3/C4

RONRONAromAromááticosticos

OlefinasOlefinas

La temperatura del reactor puede aumentarse mientras que la conversión es mantenida constante aumentando la temperatura de precalentamiento de la alimentación. La gasolina comenzará a craquear a una temperatura mayor lo cual aumentará los rendimientos en gas y C3/C4 y el RON. El efecto en la temperatura de regenerador puede predecirse a partir del balance de energía. Al estarse removiendo menos calor del regenerador la temperatura del lecho denso aumentará. La menor circulación de catalizador disminuirá la formación de coque, tendiendo a bajar la temperatura del lecho denso del regenerador, pero estará más caliente que antes. En este caso:

• Aumentan los rendimientos de gas liviano y de C3 y C4

• Disminuye la tasa de circulación de catalizador

• Disminuye la producción de coque

• Aumenta la T del regenerador

La Tasa de Circulación de Catalizador (TCC) puede ser mantenida constante aumentando la temperatura del catalizador o cambiando el modo de regeneración de combustión parcial a combustión completa. Los incrementos en la temperatura aumentará lo siguiente: la conversión, rendimiento de gas, C3 y C4, RON de la gasolina, contenido de aromáticos y olefinas tanto en la gasolina como en el LCO.

En general el aumento de T del reactor aumentara las siguientes variables: La conversión, la producción de coque, el octanaje de la gasolina, la producción de olefinas.

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FCCFCCVariables de Variables de ProcesoProceso

C/OC/O

OlefinasOlefinas

ConversiConversióónnGas/C3/C4Gas/C3/C4AromAromááticosticos

CoqueCoqueT reactor T reactor constanteconstante

• Relación catalizador / aceite: Esta relación esta normalmente en el rango de 5:1, la cantidad de calor requerido por la unidad esta establecido por el Balance de Energía y la TCC por la cantidad de coque depositado en el catalizador. Este deposito esta controlada por la selección de las condiciones del proceso. En general, un aumento en TCC aumenta la conversión y el deposito de coque. Para una T del reactor constante un incremento del TCC y por lo tanto un incremento de la relación catalizador aceite tiene los siguientes efectos:

•Aumento de la conversión

•Aumento del rendimiento de gas liviano y C3 y C4

•Disminución del contenido de olefinas de la gasolina

•Aumento del contenido de aromáticos de la gasolina y del LCO

•Aumento de la deposición de coque

Este último efecto aumenta la T del regenerador pero el incremento de la remoción de calor debido a un TCC mas alto mantendrá este aumento dentro de los límites.

• Tiempo de contacto: El tiempo que el hidrocarburo utiliza en la zona de reacción es otro método de diseño para controlar la severidad. Esta variable es importante para la alta selectividad del catalizador de zeolitas, el tiempo de reacción en el riser, 3-6 seg, varía inversamente con la velocidad, la cual a su vez depende de la tasa de alimentación, la T y la P.

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FCCFCC

Tipos de reactoresTipos de reactores

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