ES2345042T3 - Recuperacion del catalizador del efluente de fcc que contiene olefinas ligeras. - Google Patents
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Abstract
Un método para la recuperación de los finos de un gas efluente del procedimiento de FCC de olefinas ligeras, en el que en el gas efluente existen sólo muy pequeñas cantidades de hidrocarburos más pesados, que comprende las etapas de: (a) suministrar aceite de enfriamiento rápido a una carga inicial de aceite de enfriamiento rápido para mantener la carga inicial en estado estacionario; (b) poner en contacto el gas efluente con el aceite de enfriamiento rápido para enfriar el gas efluente y separar por lavado los finos de catalizador para obtener un gas efluente enfriado esencialmente libre de finos; (c) retornar el aceite de enfriamiento rápido desde la etapa de puesta en contacto a la carga inicial; (d) recircular continuamente el aceite de enfriamiento rápido desde la carga inicial a la etapa de puesta en contacto; (e) separar continuamente los finos de una corriente del aceite de enfriamiento rápido de la carga inicial para recuperar los finos y evitar que se acumulen los finos en la carga inicial; (f) formar una suspensión de los finos recuperados de la etapa de separación; y (g) introducir la suspensión de la etapa de formación de la suspensión dentro de un regenerador de catalizador en la planta de FCC ligero para su combustión para regenerar y calentar el catalizador, y retornar los finos de catalizador al sistema de FCC.
Description
Recuperación del catalizador del efluente de FCC
que contiene olefinas ligeras.
La presente invención se refiere a la
recuperación de catalizador de un efluente tipo FCC ligero, y
también a la regeneración del catalizador recuperado.
Se ha propuesto producir olefinas ligeras tales
como etileno y propileno a partir de mezclas de parafinas y
olefinas pesadas mediante el uso de un sistema de craqueo catalítico
fluido (FCC) con las condiciones de reacción que se describen, por
ejemplo, en las Patentes de EE.UU. 5.043.552 de Leyshon y
colaboradores; 5.171.921 de Gaffney y colaboradores; y 6.118.035 de
Fung y colaboradores. En este sistema, el catalizador en la forma
de partículas y la materia de alimentación entran en un reactor bajo
condiciones de reacción específicas. El efluente del reactor se
trata en una serie de separadores de ciclón, alojados usualmente en
un recipiente, que separan la mayor parte del catalizador del
efluente para ser regenerado para su re-ciclo a un
regenerador y a continuación al reactor, de una manera similar a las
operaciones de los FFC de refinerías convencionales. Los gases
efluentes calientes limpios de catalizador procedentes de los
ciclones se enfrían a continuación y se separan mediante destilación
fraccionada, por ejemplo, en los productos constituyentes.
Existen, sin embargo, algunas diferencias
significativas entre el procedimiento de FCC de olefinas ligeras y
las operaciones de los FCC de refinería convencionales. Los
procedimientos de FCC convencionales producen un efluente que tiene
cantidades significativas de hidrocarburos más pesados que se
condensan en una torre de enfriamiento rápido. Existe también una
cantidad más pequeña de catalizador residual arrastrado en el
efluente, que no es separado por los ciclones, el cual se recoge con
los hidrocarburos más pesados condensados en la torre de
enfriamiento rápido para formar aceite en suspensión. El aceite en
suspensión procedente de la torre de enfriamiento rápido es a
menudo difícil de tratar y/o de eliminar; frecuentemente él se quema
como un aceite combustible. En el procedimiento de FCC de olefinas
ligeras, existen sólo unas cantidades muy pequeñas de los
hidrocarburos más pesados en el gas efluente, es decir una relación
relativamente elevada de catalizador a fuelóleo, de tal manera que
la separación de los finos de catalizador llega a ser problemática
debido a que hay muy poco aceite pesado recuperado y cualquier
"aceite en suspensión" tendría una carga de catalizador mucho
más elevada que en el caso del procedimiento de FCC de refinería
convencional.
Otro tema en el procedimiento de FCC de olefinas
ligeras es la regeneración del catalizador recuperado del efluente
del tubo elevador por los ciclones. En la planta de FFC de refinería
convencional, se forman cantidades significativas de coque en el
tubo elevador y se depositan sobre las partículas del catalizador.
En el regenerador, este coque se puede usar como una fuente de
combustible para su combustión con oxígeno en el recipiente
regenerador para suministrar el calor necesario para el balance
térmico de la planta. Frecuentemente, el regenerador puede
necesitar ser enfriado para prevenir que el catalizador esté
demasiado caliente, particularmente cuando la materia de
alimentación deposita una gran cantidad de carbono sobre el
catalizador. Por otra parte, el procedimiento de FCC de olefinas
ligeras de la técnica anterior generalmente tiene una deposición
insuficiente de coque en el procedimiento de FCC de olefinas
ligeras para soportar la regeneración del catalizador y el calor de
reacción.
En un procedimiento de FCC de gasolina
convencional, se ha sugerido que combustible suplementario tal como
gas combustible o fuelóleo (combustible de antorcha) se puede
introducir en el regenerador para conseguir la temperaturas
requeridas para la regeneración del catalizador y el calor de
reacción durante las operaciones en estado no estacionario, por
ejemplo, cuando tiene lugar la puesta en marcha de la planta, para
conseguir una temperatura del regenerador adecuada. Sin embargo,
hasta donde el Solicitante tiene conocimiento, no existen sistemas
adecuados para la introducción del combustible dentro del lecho de
fase densa de un regenerador de FCC que trata un catalizador con
bajo contenido en carbono, para su operación en continuo.
Además, existe una necesidad de un procedimiento
de FCC de olefinas ligeras y de un sistema capaz de tratar una
materia de alimentación ligera que convencionalmente produce una
formación de coque inadecuada, mejorado todavía en cierto grado para
conseguir el calor de reacción requerido en el reactor.
La presente invención se refiere a los problemas
en el manejo del catalizador en el procedimiento de FCC de olefinas
ligeras, preferiblemente mediante el uso de una adición de fuelóleo
a la torre de enfriamiento rápido y a la recirculación del aceite
de la torre de enfriamiento rápido para el lavado del catalizador
procedente de los gases efluentes, mediante la recuperación de una
suspensión del catalizador en el fuelóleo del aceite de
enfriamiento rápido que se recircula, y mediante la introducción de
manera continua de la suspensión dentro del regenerador para
recuperar el catalizador y suministrar los requerimientos térmicos
para la regeneración del catalizador y para el calor de reacción.
De esta manera, el fuelóleo suministrado para el lavado del
catalizador procedente del gas efluente se puede usar
preferiblemente para suministrar los requerimientos térmicos del
regenerador, y al mismo tiempo se pueden eliminar las pérdidas de
catalizador en el gas efluente.
La presente invención consiste en un método y un
sistema para la recuperación de los finos de un gas efluente de un
tipo de FCC ligero. La materia de alimentación para dicha planta de
FCC ligero es una materia de alimentación que convencionalmente
produce una formación de coque inadecuada, por ejemplo, una materia
de alimentación de C_{4}-C_{12}, y
preferiblemente una materia de alimentación de
C_{4}-C_{8}. Los gases craqueados del reactor
se enfrían mediante contacto directo con el aceite de circulación,
por ejemplo en una torre de enfriamiento rápido con aceite. Los
finos de catalizador arrastrados con el efluente del reactor se
separan por lavado de los gases. Un circuito alrededor de la bomba
de aceite en circulación enfría los gases y separa los finos. Una
corriente de reciclo de aceite de enfriamiento rápido se envía a un
sistema de separación de catalizador para la separación de los
finos de catalizador. La separación del catalizador se puede
conseguir, por ejemplo, vía filtración, separación mediante
hidro-ciclones, precipitación electrostática, y una
combinación de las mismas. Por ejemplo, cuando se utiliza la
filtración del catalizador, se puede enviar una corriente de
reciclo del aceite de enfriamiento rápido a través de uno de al
menos dos filtros para separar los finos. El otro filtro está en un
modo de operación de lavado en contracorriente que usa gas
comprimido para separar los finos recogidos. Los finos recogidos se
combinan con el aceite de enfriamiento rápido para formar una
suspensión que arrastra los finos al regenerador del FCC. El aceite
de enfriamiento rápido se quema en el regenerador para proporcionar
un modo conveniente de suministrar los requerimientos térmicos del
sistema de FCC, mientras que al mismo tiempo retorna los finos de
catalizador recuperados del gas efluente del reactor al sistema de
FCC. De esta manera, las pérdidas de catalizador se pueden limitar a
cualesquiera finos arrastrados en los gases de escape del
regenerador de la fase diluida. Puesto que existe una cantidad
mínima de aceite generado en el FCC, el aceite de enfriamiento
rápido se importa a la carga inicial de la torre de enfriamiento
rápido y proporcionan el calor requerido en el regenerador.
En un aspecto, la presente invención proporciona
ampliamente un método para la recuperación de los finos de
catalizador procedentes de un gas efluente del procedimiento de FCC
de olefinas ligeras, en el que en el gas efluente existen sólo muy
pequeñas cantidades de hidrocarburos más pesados. El método incluye
las etapas de:
- (a)
- suministrar aceite de enfriamiento rápido a una carga inicial de aceite de enfriamiento rápido para mantener la carga inicial en estado estacionario;
- (b)
- poner en contacto el gas efluente con el aceite de enfriamiento rápido para enfriar el gas efluente y separar por lavado los finos de catalizador para obtener un gas efluente enfriado esencialmente libre de finos;
- (c)
- retornar el aceite de enfriamiento rápido procedente de la etapa de puesta en contacto a la carga inicial;
- (d)
- recircular continuamente el aceite de enfriamiento rápido desde la carga inicial a la etapa de puesta en contacto;
- (e)
- separar continuamente los finos procedentes de una corriente del aceite de enfriamiento rápido procedente de la carga inicial para recuperar los finos y mantener los finos de manera que no se acumulen en la carga inicial.
- (f)
- formar una suspensión de los finos recuperados de la etapa de separación; y
- (g)
- introducir la suspensión de la etapa de suspensión en un regenerador de catalizador en la planta de FFC ligero para su combustión para regenerar y calentar el catalizador y retornar los finos de catalizador al sistema de FCC.
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En el método, las etapas de puesta en contacto y
de recogida se pueden efectuar en una torre de enfriamiento rápido
que comprende elementos de contacto vapor-líquido y
una zona en los fondos que contenga la carga inicial de aceite de
enfriamiento rápido. El aceite de enfriamiento rápido recirculado se
puede enfriar antes de la etapa de puesta en contacto. La
separación se puede efectuar mediante cualquier medio adecuado, por
ejemplo, filtración, separación electrostática y el uso de
hidro-ciclones, y la separación es preferiblemente
continua.
Cuando se usa la filtración, la separación se
efectúa preferiblemente mediante el uso de al menos dos filtros, en
los que la corriente en la etapa de filtración se hace pasar
continuamente a través de un primer filtro en un modo de filtración
para separar los finos de la misma mientras que un segundo filtro en
paralelo con el primer filtro está dispuesto en un modo de lavado
en contracorriente para separar los finos del mismo. El filtrado se
puede retornar a la carga inicial. La filtración y el lavado en
contracorriente pueden incluir también el alternar periódicamente
el primer y segundo filtros entre los modos de filtración y de
lavado en contracorriente. El lavado en contracorriente incluye
preferiblemente al menos un impulso de gas comprimido a través de
al menos un filtro que está en el modo de lavado en contracorriente
en la dirección de flujo inversa para retirar los finos separados,
y recoger los finos separados en un recipiente de almacenamiento.
Los finos separados se combinan con un aceite pesado, tal como
fuelóleo o aceite de enfriamiento rápido, para formar una
suspensión, preferiblemente en el recipiente de almacenamiento. El
aceite pesado puede ser una parte del aceite de enfriamiento rápido
procedente de la carga inicial.
Se puede equilibrar el ritmo de suministro de
aceite de enfriamiento rápido de nuevo aporte con el ritmo de
suministro de la suspensión introducida en el regenerador para
mantener una cantidad estacionaria de aceite de enfriamiento rápido
en la carga inicial.
El procedimiento de precipitación electrostática
es similar al procedimiento de filtración en tanto que múltiples
unidades estén en operación, recogiendo los finos de catalizador,
mientras que una o más están en el modo de lavado en
contracorriente. Esta etapa de lavado en
contra-corriente utiliza fuelóleo limpio o aceite de
enfriamiento rápido en circulación. La separación se efectúa
mediante la inducción de un campo eléctrico a través de un medio de
relleno. Las partículas de catalizador se ionizan y/o se polarizan y
se recogen en puntos de contacto en el medio de relleno. La
separación de las partículas se efectúa mediante desactivación de
los electrodos y el lavado en contracorriente de las partículas
liberadas.
El procedimiento de separación mediante
hidro-ciclones preferiblemente tiene al menos dos
etapas de hidro-ciclones en serie conteniendo cada
etapa hidro-ciclones de pequeño diámetro y múltiples
en paralelo. El hidro-ciclón opera mediante el
mismo principio que un ciclón; específicamente, se usa la fuerza
centrifuga para separar el aceite y las partículas de catalizador.
Son necesarias dos etapas como mínimo para concentrar la corriente
de fondo. Típicamente, la corriente del fondo del
hidro-ciclón es de un 20 a 40 por ciento del flujo
total. Los requerimientos del procedimiento determinan que los
sólidos se concentren en la corriente del fondo que es de un 5 a 10
por ciento del flujo de entrada total. Por ejemplo, si el aceite en
circulación es 22680 kg/h y el fuelóleo neto es 2268 kg/h, entonces
la corriente del fondo debe ser 10 por ciento del flujo total o el
31,6 por ciento de cada etapa (0,316 x 0,316 = 0,1). No es necesario
que las corrientes de fondo de cada etapa sean idénticas, pero la
corriente de fondo neta debe satisfacer el requerimiento de
fuelóleo. La cantidad de corriente de fondo está controlada
típicamente por válvulas de control sobre las salidas de la
corrientes de rebose y de fondo.
Se forma una suspensión mediante combinación de
los finos con un aceite de enfriamiento rápido. Algunas veces se
añade vapor de agua para distribuir adicionalmente los finos en el
aceite de enfriamiento rápido. La suspensión procedente del
recipiente de almacenamiento se introduce preferiblemente dentro de
un regenerador del catalizador en una planta de FCC ligero para
mediante su combustión suministrar el requerimiento térmico del
procedimiento de FCC. La suspensión en exceso de la requerida para
su combustión se puede introducir dentro del reactor en la planta
de FCC en donde ella se vaporiza dentro del gas efluente. El aceite
de enfriamiento rápido de nuevo aporte se puede añadir directamente
en la carga inicial, en el circuito de recirculación o en el lavado
en contracorriente del filtro.
El método se puede realizar en un sistema para
la recuperación de finos de un gas efluente del tipo de FCC ligero.
El sistema incluye medios para el suministro de aceite de
enfriamiento rápido para mantener una carga inicial del mismo en
estado estacionario, medios para poner en contacto el gas efluente
con el aceite de enfriamiento rápido para enfriar el gas efluente y
arrastrar por lavado los finos de catalizador para obtener un gas
efluente enfriado esencialmente libre de finos, medios para retornar
el aceite de enfriamiento rápido desde la etapa de puesta en
contacto a la carga inicial, medios para recircular de manera
continua el aceite de de enfriamiento rápido desde la carga inicial
a la etapa de puesta en contacto, medios para separar los finos de
una corriente del aceite de enfriamiento rápido de la carga inicial
para recuperar los finos y evitar que los finos se acumulen en la
carga inicial, y medios para formar una suspensión de los finos
recuperados de la etapa de separación.
El método se puede realizar en un sistema para
la recuperación de finos de un gas efluente del tipo de FCC ligero
que incluye una torre de enfriamiento rápido que tiene una entrada
para recibir el gas efluente, elementos de contacto
vapor-líquido dispuestos por encima de la entrada
para enfriar el gas efluente y separar por lavado los finos, una
salida de gas por encima de los elementos de contacto para el
vertido del gas efluente sustancialmente libre de los finos
arrastrados, y una zona de almacenamiento de líquido por debajo de
la entrada para recoger el aceite de enfriamiento rápido de los
elementos de contacto. Se proporciona un circuito de recirculación
para reciclar de manera continua el aceite de enfriamiento rápido
desde la zona de almacenamiento del líquido a los elementos de
contacto. Al menos dos filtros están alternativamente en operación
en los modos de filtración y de lavado en
contra-corriente. Se proporciona un circuito de
filtración para la circulación del aceite de enfriamiento rápido
desde la zona de almacenamiento del líquido a través de un filtro en
modo de filtración y el retorno del filtrado a la zona de
almacenamiento del líquido. Se proporciona un circuito de lavado en
contracorriente para la separación de los finos recogidos en el
filtro y hacer pasar los finos recogidos a una zona de recogida de
la suspensión. Un aceite pesado, por ejemplo, fuelóleo o aceite de
enfriamiento rápido procedentes de la carga inicial, se añade a la
zona de recogida de la suspensión para formar una suspensión de los
finos recogidos en los mismos.
El sistema puede incluir también una tubería de
enfriamiento rápido para introducir el gas efluente dentro de la
entrada, incluyendo la tubería de enfriamiento rápido una zona de
mezcla para recibir el aceite de enfriamiento rápido para enfriar
el gas efluente, y una tubería de filtrado desde el filtro en modo
de filtración a la zona de mezcla para suministrar el filtrado como
el aceite de enfriamiento rápido. Se puede proporcionar una tubería
para suministrar aceite de enfriamiento rápido de nuevo aporte a la
torre de enfriamiento rápido o al circuito de recirculación. Se
pueden usar válvulas en los circuitos de lavado en contracorriente y
de recirculación para colocar selectivamente los filtros en los
modos de filtración o de lavado en contracorriente. El sistema
puede incluir también una fuente de gas comprimido, una tubería para
la fuente del circuito de lavado en contracorriente, y una válvula
en la tubería para impulsar el gas comprimido dentro del circuito
de lavado en contracorriente para facilitar la separación de los
finos del filtro que opera en modo de lavado en contracorriente.
El sistema, alternativa o adicionalmente,
incluye una tubería para el suministro de la suspensión desde la
zona de recogida de la suspensión al reactor en la planta de FCC.
Preferiblemente, el sistema puede incluir una tubería para el
suministro de la suspensión desde la zona de recogida de la
suspensión dentro de un lecho de fase densa de un regenerador para
recibir y regenerar el catalizador del separador de gases para su
recirculación a un reactor de FCC que suministra el efluente al
separador de gases. Preferiblemente, el regenerador incluye una
zona de mezcla para mezclar la suspensión y el catalizador del
separador de gases y una zona de vertido para la introducción de la
mezcla desde la zona de mezcla dentro del lecho de fase densa,
preferiblemente por debajo de la parte superior del lecho de fase
densa. La zona de mezcla es preferiblemente un anillo dispuesto
centralmente dentro del lecho de fase densa. El regenerador puede
tener un distribuidor de aire subyacente para la introducción de un
gas que contiene oxígeno adyacente a la zona de vertido,
preferiblemente en la forma de un anillo de tuberías con
perforaciones o múltiples inyectores o, alternativamente, una red de
tubos con múltiples brazos ramificados alrededor del anillo y por
debajo de la zona de vertido.
El método se puede realizar usando un
regenerador de catalizador para la regeneración del catalizador del
FCC ligero agotado. El regenerador incluye un recipiente del
regenerador que aloja un lecho de catalizador de fase densa, una
parte de tubo vertical recto central para recibir el catalizador
agotado a regenerar, y una cavidad central que recibe un extremo
inferior de la parte de tubo vertical y que define un anillo entre
la parte de tubo vertical y un diámetro interior de la cavidad
central. Existe una válvula para controlar la introducción del
catalizador agotado desde la parte del tubo vertical dentro del
anillo. En una realización útil en una planta de FCC que tiene una
configuración de tubo vertical central, la válvula está localizada
en un extremo inferior de la parte del tubo vertical, el cual está
en el extremo inferior del tubo vertical. En otra realización, la
planta de FCC es de un diseño lado a lado (paralelamente) y la
válvula es una válvula de corredera de catalizador localizada en el
tubo angulado dentro del lado del regenerador. El tubo angulado se
extiende al centro del regenerador y la parte de tubo vertical está
unida a o conformada como parte del extremo del mismo. Se
proporciona un distribuidor de combustible para la introducción del
combustible dentro de la cavidad central para su mezcla con el
catalizador en el anillo. Se proporciona un distribuidor de
fluidización para la introducción del gas de fluidización dentro de
la cavidad central para la fluidización del catalizador en el
anillo. Se forma una ranura radial en la cavidad central para
introducir la mezcla de catalizador y de combustible desde el
anillo dentro del lecho de fase densa por debajo de una superficie
superior del mismo. Se dispone un anillo o tubo de distribución del
aire en el lecho de fase densa cerca de la cavidad central
subyacente a la ranura radial para la introducción del aire de
combustión dentro del lecho de fase densa. Una salida de vertido
del catalizador está en comunicación fluida con el lecho de fase
densa. Una salida de vertido del gas residual está en comunicación
fluida con una fase diluida por encima del lecho de fase densa. El
regenerador puede incluir también una fuente de fuelóleo para el
suministro de fuelóleo al distribuidor de combustible, una fuente
de medio de fluidización para el suministro de un medio de
fluidización que no es un gas que contiene oxígeno, por ejemplo,
vapor de agua, un gas inerte, y gas combustible al distribuidor de
fluidización, y/o una fuente de vapor de agua para opcionalmente
suministrar vapor de agua al distribuidor de combustible. El
regenerador puede incluir además un precalentador del aire para
calentar el aire con anterioridad a su introducción a través del
distribuidor de aire, por ejemplo, durante una puesta en marcha.
El método se puede realizar usando un método de
convertir una planta de FCC original de configuración lado a lado
en una planta de FFC convertida para tratar una materia de
alimentación ligera. En este método, la unidad de FCC original
tiene al menos un regenerador original, una tubería de suministro de
catalizador agotado angulada unida a la entrada del catalizador
agotado, y una válvula de corredera del catalizador en la tubería
de suministro angulada. El regenerador tiene una entrada del
catalizador agotado, una entrada de aire y un dispositivo de
distribución del aire unido a la entrada de aire dentro y cerca del
fondo del regenerador. La conversión implica reemplazar el
regenerador original con un regenerador de acuerdo con la presente
invención.
En una realización de dicha conversión de
acuerdo con la presente invención, el método incluye separar el
dispositivo de suministro de aire del regenerador. Se instala una
cavidad central en el fondo interior del regenerador. Se
proporciona una entrada del gas de fluidización y al menos una
entrada de combustible a través del fondo del regenerador dentro de
la cavidad central. Se instala un anillo de distribución del gas de
fluidización y se conecta a la entrada del gas de fluidización. Al
menos un inyector de distribución de combustible se conecta a una
entrada de combustible correspondiente en el fondo interior del
regenerador dentro de la cavidad central. Se proporciona una
entrada de aire a través del regenerador fuera de la cavidad
central. Se instala una placa deflectora dentro de la cavidad
central. Se instala una tubería interna y se conecta a la entrada
de suministro de catalizador agotado. La tubería interna tiene una
parte angulada en un ángulo similar al de la tubería de suministro
del catalizador agotado angulada, una parte de tubo vertical y una
placa anular unida a la parte de tubo vertical. El extremo inferior
de la parte de tubo vertical se extiende dentro de la cavidad
central lo que crea una ranura radial entre la placa anular y el
borde superior de la cavidad central. El extremo inferior de la
parte de tubo vertical está espaciado por arriba de la placa
deflectora para permitir el flujo del catalizador agotado a través
de la parte de tubo vertical y proporcionar la desviación de la
dirección del flujo del catalizador agotado para mezclar el
catalizador agotado con el fuelóleo que se vaporiza dentro de la
cavidad central cuando se opera la planta de FCC modificada. Se
instala una tubería de distribución del aire alrededor de la cavidad
central y por debajo de la ranura radial y se conecta a la entrada
de aire.
La Figura 1 es un diagrama de flujo del
procedimiento esquemático simplificado de una planta de FCC, que
incluye una torre de enfriamiento rápido con aceite, usada para el
craqueo de hidrocarburos ligeros, de acuerdo con una realización de
la invención.
La Figura 2 es una vista en alzado ampliada de
una parte inferior del regenerador de la Figura 1 para la
regeneración del catalizador en una planta de FCC ligero que usa una
suspensión de los finos procedentes del lavado en contracorriente
del filtro de la torre de enfriamiento rápido con aceite de acuerdo
con la presente invención.
La Figura 3 es una vista en planta del
regenerador de la Figura 2 según se ve a lo largo de las líneas
3-3 en la Figura 2.
La Figura 4 (técnica anterior) es una vista en
alzado ampliada de una parte inferior de un regenerador que tiene
una entrada lateral para el catalizador usado para la regeneración
del catalizador en una planta de FCC lado al lado convencional.
La Figura 5 es una vista en alzado ampliada de
otra realización de un regenerador de acuerdo con la presente
invención para la regeneración del catalizador en una planta de FCC
ligero o convencional en una configuración lado al lado.
La presente invención es un método para la
recuperación de los finos del efluente de un FCC ligero y la
regeneración del catalizador agotado. Según se usa en la memoria
descriptiva y en las reivindicaciones, una planta o procedimiento
de FCC ligero es uno en el que la materia de alimentación
hidrocarbonada al tubo elevador del FCC tiene un contenido muy bajo
de fuelóleo residual de tal manera que existe insuficiente carbono
depositado sobre el catalizador para sostener la combustión para la
regeneración sin una fuente de combustible suplementaria, y existe
insuficiente fuelóleo en el efluente del tubo elevador del FCC para
la recuperación convencional del aceite en suspensión, es decir
menos de 2 por ciento en peso de los hidrocarburos en los gases
efluentes del reactor procedentes del tubo elevador del FCC tienen
un punto de ebullición atmosférico por encima de 288ºC. Sin
embargo, si esta cantidad es superior al 2 por ciento en peso, los
filtros se pueden opcionalmente derivar y este material se puede
usar como la suspensión. El procedimiento de FCC comprende un
sistema de reacción catalítica fluidizado, que convierte una
corriente de alimentación hidrocarbonada ligera que tiene
preferiblemente un contenido elevado en olefinas en una gama de
productos ricos en propileno y etileno. La relación típica de
producto de propileno/etileno del reactor puede ser de
aproximadamente 2,0. El reactor de FCC es muy flexible de forma que
puede tratar muchas corrientes ricas en olefinas que pueden estar
disponibles de una planta de olefinas o de una refinería, tales
como, por ejemplo, las corrientes C_{4}/C_{5} de las plantas de
olefinas, las corrientes
C_{4} de refinería, la nafta ligera producida en los procedimientos de craqueo térmicos o catalíticos, o las semejantes.
C_{4} de refinería, la nafta ligera producida en los procedimientos de craqueo térmicos o catalíticos, o las semejantes.
Con referencia a la Figura 1, una alimentación
sobrecalentada, típicamente a 427ºC, se introduce vía la tubería
100 en el tubo elevador del FCC 102 en donde ella se mezcla con
catalizador regenerado caliente suministrado vía la tubería 104. Si
se desea, se puede inyectar también vapor de agua en el tubo
elevador del FCC 102 en este punto. Las condiciones de reacción en
el tubo elevador del FCC 102 se mantienen según se describen en las
Patentes de EE.UU. 5.043.552; 5.171.921; y 6.118.035; Los gases
hidrocarbonados y el catalizador fluyen hacia arriba en el tubo
elevador del FCC 102, en donde tienen lugar las reacciones de
craqueo. Los gases hidrocarbonados y el catalizador se separan en
una serie de ciclones convencionales 106, 108, y los gases producto
a una temperatura típica de 593-649ºC se dirigen
fuera de la parte superior del recipiente separador de gases 110 vía
la tubería 112.
Los gases efluentes en la tubería 112 se pueden
enfriar para generar vapor de agua en una caldera de recuperación
de calor residual (no mostrada), y a continuación se dirigen a una
torre de enfriamiento rápido 114 en donde el catalizador arrastrado
se lava de los gases mediante su puesta en contacto con el aceite de
enfriamiento rápido en circulación. El vapor de cabeza procedente
de la torre 114 en la tubería 116 a una temperatura típica de
93-204ºC se dirige a continuación a las
instalaciones convencionales para la recuperación del producto
tales como las torres de destilación (no mostradas) para la
recuperación del etileno, propileno y otros productos.
El catalizador separado por los ciclones 106,
108 se recoge en el fondo del separador de gases 110 y se pone en
contacto con vapor de agua (no mostrado) para separar el gas
hidrocarbonado residual del catalizador. El vapor de agua y los
hidrocarburos salen del separador de gases 110 con los otros gases
efluentes a través del ciclón 108 y de la tubería 112 como se
mencionó previamente.
A continuación el catalizador fluye a través del
tubo vertical 118 dentro del regenerador subyacente 120. En el
regenerador 120, la pequeña cantidad de coque que se ha formado
sobre el catalizador se quema en el lecho de fase densa 122 y se
restaura la actividad del catalizador para su recirculación al tubo
elevador del FCC 102 vía la tubería 104 como se mencionó
previamente. Debido a que existe insuficiente coque para
proporcionar el calor de reacción necesario para sostener la
regeneración a una temperatura de regeneración típica de
677-732ºC, es necesario combustible adicional para
completar el balance térmico del sistema del reactor. El
combustible está preferiblemente en la forma de fuelóleo, por
ejemplo fuelóleo de pirolisis, que contiene los finos de
catalizador procedentes de la torre de enfriamiento rápido 114 según
se describe con más detalle más adelante, pero se puede
proporcionar también capacidad para añadir gas combustible para
suplementar el calentamiento si así se desea. La suspensión se
suministra de manera continua al regenerador 120 desde el tambor de
compensación de la suspensión 124 vía la tubería 126, la cual está
diseñada para mitigar la erosión potencial.
Los sistemas accesorios incluyen los sistemas
convencionales de un FCC tales como, por ejemplo, suministro de
aire, tolvas de catalizador y manejo del gas de combustión y de
recuperación de calor. Un compresor de aire (no mostrado)
suministra aire vía la tubería 128 para la regeneración del
catalizador. Para la puesta en marcha se puede proporcionar un
calentador de aire (no mostrado). Se pueden proporcionar tolvas de
catalizador de nuevo aporte y agotado (no mostradas) para el
almacenamiento del catalizador de nuevo aporte y del
usado/equilibrio que es típica y respectivamente añadido a ó tomado
del regenerador, como se conoce bien en la técnica.
En el regenerador 120, el catalizador se separa
del gas de combustión en uno o más ciclones 130. Si se desea, se
puede usar un ciclón separador de tercera etapa convencional (no
mostrado) para minimizar las pérdidas de catalizador. Los gases de
combustión se enfrían típicamente mediante el sobrecalentamiento de
vapor de agua de alta presión y se purgan a la atmósfera. El
catalizador agotado, que incluye los finos procedentes del
separador de la tercera etapa, no contiene o contiene sólo
cantidades trazas de los venenos encontrados en el catalizador de
FCC de refinería típico debido a las materias de alimentación
relativamente más limpias usadas en el procedimiento de FCC de
olefinas ligeras, y se puede usar como un adyuvante en la
fabricación de hormigón o ladrillos o vertidos en un vertedero.
La torre de enfriamiento rápido 114 incluye una
zona de contacto vapor-líquido 130, que puede
incluir relleno o platos convencionales, dispuestos por encima de
una zona de almacenamiento del líquido 132. El gas efluente de la
tubería 112 se introduce por debajo de la zona de puesta en contacto
130. Un circuito de recirculación 134 incluye la bomba 136, el
cambiador de calor 138 y la tubería de retorno 140 para introducir
un suministro continuo de aceite de enfriamiento rápido al
distribuidor del líquido 142 por encima de la zona de puesta en
contacto 130. En la zona de puesta en contacto 130, los finos de
catalizador en el gas efluente se lavan dentro del aceite de
enfriamiento rápido, y el gas efluente se enfría. El gas efluente
típicamente entra en la torre de enfriamiento rápido 114 a
427-538ºC, y sale a 93-204ºC. El
aceite de enfriamiento rápido se puede mantener en la zona de
almacenamiento 132 a una temperatura de 177-371ºC y
se enfría a 149-288ºC en el cambiador de calor 138
frente a una corriente de materia de alimentación o de vapor de
agua.
Si se desea, la torre de enfriamiento rápido 114
puede incluir una zona de enfriamiento secundario 144 por encima de
la zona de puesta en contacto principal 130, configurada
similarmente con un circuito de bomba alrededor 146 que incluye el
cambiador de calor 148 para enfriar adicionalmente el aceite de
enfriamiento rápido a 93-232ºC, por ejemplo. Una
parte del aceite de enfriamiento rápido procedente de la zona de
recogida 150 se puede introducir vía la tubería 152 dentro de la
tubería 112 para proporcionar el enfriamiento inicial de los gases
efluentes en la zona de mezcla 154 aguas arriba de la torre de
enfriamiento rápido 114. Por ejemplo, el aceite de enfriamiento
rápido a 260-288ºC en la tubería 152 puede enfriar
los gases efluentes a 427-538ºC en la zona de mezcla
154.
Un circuito de filtración 156 incluye la bomba
158, los filtros 160a, 160b, y la tubería 162 para el retorno del
filtrado a la torre de enfriamiento rápido 114, bien directamente o
vía el circuito de recirculación 134. El medio gaseoso de lavado en
contracorriente se proporciona vía la tubería 164 para presurizar y
lavar los finos recogidos dentro de la tubería 166 y del tambor de
suspensión 124. El medio gaseoso de lavado en contracorriente se
puede seleccionar de un gas inerte, aire y gas combustible. Uno de
los filtros 160a ó 160b está en el modo de operación de filtro,
mientras que el otro está en el modo de operación de lavado en
contracorriente. Por ejemplo, las válvulas 168, 170, 172 y 174
están abiertas y las válvulas 175, 176, 180, y 182 están cerradas
cuando el filtro 160a está en filtración y el filtro 160b está en
lavado en contracorriente; las válvulas se intercambian después de
que los finos se hayan acumulado en el filtro 160a y él está listo
para actuar en el modo de lavado en contracorriente. La filtración
es preferiblemente continua y debe ser a una velocidad que mantenga
el nivel de finos de su acumulación en niveles excesivos en el
aceite de enfriamiento rápido, preferiblemente no más de 0,5 por
ciento en peso de finos, más preferiblemente de no más de 0,2 por
ciento en peso, y todavía más preferiblemente no más de 0,1 por
ciento en peso de finos en el aceite de enfriamiento rápido. Como
un ejemplo ilustrativo, en una torre de enfriamiento rápido que
recibe 22,7-90,8 kg/h de finos de catalizador en el
gas efluente, por ejemplo 45,4 kg/h, entonces 22680 kg/h de aceite
de enfriamiento rápido deben ser liberados con el fin de mantener
una concentración de catalizador de 0,2 por ciento en peso en el
circuito de
recirculación 134.
recirculación 134.
El lavado en contracorriente contiene una alta
concentración de finos de catalizador, del orden de 10 a 20 por
ciento en peso. Esta concentración se reduce a un nivel manejable,
por ejemplo, de 2 a 4 por ciento en peso, mediante dilución con
fuelóleo y/o aceite de enfriamiento rápido en circulación en el
tambor de la suspensión 124. La cantidad de aceite de dilución es
preferiblemente igual a la requerida para su combustión en el
regenerador. Si la concentración en finos está en exceso de un nivel
manejable, se puede introducir fuelóleo y/o aceite de enfriamiento
rápido adicional al tambor de la suspensión 124 y este exceso se
puede reciclar al tubo elevador del FCC vía la tubería 127.
Si se desea, el gas comprimido puede presurizar
convenientemente el tambor 124 de tal manera que no sea necesario
emplear una bomba para transferir la suspensión dentro del
regenerador 120 vía la tubería 126. Como se mencionó, la suspensión
de aceite de enfriamiento rápido del tambor 124 se suministra al
regenerador 120 para su combustión para suministrar los
requerimientos de calentamiento y retornar el catalizador al sistema
de regenerador-tubo elevador del FCC; sin embargo,
si existe suspensión en exceso, ella se puede introducir también en
el tubo elevador del FCC 102 vía la tubería 127. De esta manera, el
aceite de enfriamiento rápido en la suspensión suministrada al tubo
elevador del FCC 102 se añade a los gases efluentes vía los ciclones
106, 108 y posteriormente se condensan en la torre de enfriamiento
rápido 114, mientras que el catalizador arrastrado es transferido
finalmente dentro del regenerador 120 con el otro catalizador
recuperado de los ciclones 106, 108.
En el regenerador 120 (véanse las Figuras 2 y
3), existe un tubo vertical 118 y una válvula de obturación 200. El
catalizador agotado fluye abajo del tubo vertical 118 y pasa a
través de la válvula de obturación del catalizador 200. Después de
pasar a través de la válvula de obturación 200, el catalizador
cambia su dirección y fluye hacia arriba a través del anillo 202 de
la cavidad central 204 del catalizador agotado usando un gas de
fluidización introducido vía la tubería 125 al anillo de
distribución 204b posicionado en la cavidad central 204 por debajo
de la válvula 200. El medio o gas de fluidización puede ser, por
ejemplo, vapor de agua, un gas inerte, y gas combustible. El aceite
en suspensión (tubería 126) y un gas de fluidización (tubería 123)
se introducen a través de los inyectores 204a. El gas de
fluidización, por ejemplo, vapor de agua, facilita la dispersión y
atomización del aceite en suspensión a medida que él se vierte
dentro del catalizador en la cavidad central 204. El vapor de agua
de dispersión y el aceite en suspensión, que se vaporiza en contacto
con el catalizador agotado caliente, proporcionan una fluidización
adicional al catalizador. En este momento, se requiere la
vaporización del aceite en suspensión. No se usa preferiblemente
como gas de fluidización en la presente invención un gas que
contenga oxígeno con el fin de evitar, o al menos minimizar, la
combustión dentro de la cavidad central 204. El catalizador se
desvía hacia fuera dentro del lecho de fase densa 122 desde la
ranura circular 206 definida por el término superior de la cavidad
central 204 y una periferia exterior de la placa anular 208. La
placa anular 208 se asegura cerca del tubo vertical 118 y
preferiblemente tiene un diámetro exterior al menos el de la
cavidad central 204. De esta manera el catalizador se distribuye
radialmente hacia el exterior dentro del lecho de catalizador de
fase densa 122 muy por debajo de la superficie superior 209.
El lecho fluidizado denso 122 se airea mediante
el aire proporcionado por una red de aire que preferiblemente toma
la forma de un anillo de distribución de aire 210. El anillo 210
tiene un diámetro comprendido entre el diámetro exterior de la
cavidad central 204 y el diámetro exterior del lecho de fase densa
122 en el regenerador 120. A medida que el aire de aireación viaja
hacia arriba desde las perforaciones o inyectores 211 dentro del
lecho de fase densa 122, el aceite en suspensión y el carbono sobre
el catalizador se queman para formar CO_{2}. Es importante
introducir la mezcla de aceite en suspensión/catalizador dentro del
lecho de fase densa 122 en una proximidad relativamente cercana al
aire y por debajo de la superficie superior 209 del lecho 122 para
asegurar una buena combustión y generación de calor dentro del lecho
122. Típicamente, el regenerador 120 se opera a
627-732ºC, preferiblemente de
691-718ºC. La convergencia del aire desde el anillo
210 y la mezcla de catalizador/aceite procedente de la ranura 206 a
velocidades relativamente elevadas dentro del lecho de fase densa
122 facilitan una buena mezcla en una zona de combustión dentro del
lecho 122 para proporcionar un calentamiento uniforme y la
regeneración del catalizador. El lecho del regenerador se debe
diseñar para una velocidad superficial del vapor de entre 0,15 y
2,14 m/s, preferiblemente entre 0,46 y 1,5 m/s, y más
preferiblemente entre 0,61 y 0,91 m/s. El volumen del lecho 122 por
encima del anillo de aire 210 se debe diseñar para tener un tiempo
de residencia suficiente para asegurar la regeneración esencialmente
completa del
catalizador.
catalizador.
El gas residual se recupera convencionalmente
por cabeza del regenerador 120 vía los ciclones separadores 130 y
una tubería por cabeza 212 (véase la Figura 1). Puesto que el
regenerador 120 se opera en un modo de combustión completa, no
existe generalmente necesidad de un quemador de CO para convertir el
Co en CO_{2} antes de su vertido a la atmósfera, pero se puede
incluir uno si así se desea. Se genera más calor de combustión, y
por lo tanto se necesita menos fuelóleo, cuando se consigue una
combustión completa. Se evita generalmente un exceso de aire, pero
como una materia de orden práctico se necesita un ligero exceso para
conseguir una combustión completa.
El regenerador 120 se puede operar con o sin un
promotor de CO, típicamente un catalizador tal como platino, el cual
se añade comúnmente para promover la conversión de CO en
CO_{2}.
La parte inferior de un regenerador de FCC
convencional de tipo lado a lado de la técnica anterior se muestra
en la Figura 4. El catalizador se alimenta al regenerador vía una
tubería angulada 414, una válvula de corredera del catalizador 416
y una entrada 420. Los extremos de un par de
hidro-ciclones 430 se extienden por debajo de la
superficie superior 209 del lecho denso 122. El aire de combustión
se alimenta dentro del lecho denso 122 vía un aparato de
alimentación de aire 409.
El regenerador 400 que se muestra en la Figura 5
está de acuerdo con la presente invención y es útil en una planta
de FCC que tenga una configuración lado a lado y puede sustituir al
generador mostrado en la Figura 4. Ya sea en una nueva instalación
o como parte de una reconversión, un regenerador 400 tal proporciona
una mayor flexibilidad de alimentaciones para aceptar
alimentaciones convencionales o ligeras, puesto que se proporciona
la capacidad de usar una alimentación de fuelóleo, aceite de
enfriamiento rápido o aceite en suspensión cuando se tratan
alimentaciones de FCC ligeras con el fin de proporcionar el calor de
reacción necesario.
La tubería angulada 414 para la alimentación del
catalizador no termina por más tiempo en la entrada 420 como se
muestra en la Figura 4. Más bien, la tubería angulada 414 está
acoplada vía la válvula de corredera del catalizador 416 a una
tubería angulada 417 que se extiende desde allí sustancialmente al
eje central vertical del regenerador 400 y tiene una parte en
posición vertical 418 que se extiende desde allí dentro de la
cavidad central 204. Una placa deflectora 450 está localizada por
debajo del extremo inferior de la parte vertical 418 para volver a
dirigir el catalizador que fluye a su través. Los componentes
restantes que tienen como referencia numerales son como en las
Figuras
previas.
previas.
Además, una planta de FCC de configuración lado
a lado que tiene un regenerador convencional, por ejemplo el
regenerador que se muestra en la Figura 4, se puede convertir en una
planta de FCC convertida que tiene un regenerador 400 como el que
se muestra en la Figura 5, reduciendo de este modo los costes de
capital asociados con la fabricación de un nuevo regenerador. El
dispositivo de suministro de aire 460 se debe eliminar. La cavidad
central 204, el anillo de distribución del medio de fluidización
204b y los inyectores de distribución del combustible 204a se deben
instalar en la base interior del regenerador dentro de la cavidad
central 204. La tubería de distribución de aire 210 se debe
instalar alrededor de la cavidad central 204 y por debajo de la
ranura radial 206. La placa deflectora circular 450 se debe instalar
dentro de la cavidad central 204. La tubería 417 con la parte del
tubo vertical 418 y la placa anular 208 se debe de instalar de tal
manera que el extremo de la parte en posición vertical 418 se
extienda dentro de la cavidad central 204 una distancia suficiente
por encima de la placa deflectora 450 para permitir el flujo del
catalizador y proporcionar una adecuada desviación de la dirección
del flujo del catalizador para la mezcla del catalizador con el
fuelóleo vaporizado dentro de la cavidad central 204. Los
hidro-ciclones 430 pueden tener o no tener que ser
reacondicionados o reposicionados dentro del regenerador 400 de tal
manera que sus extremos se extiendan por debajo de la superficie
exterior 209 del lecho denso 122.
Un método para la recuperación de los finos de
un gas efluente de un tipo de FCC ligero. Los gases craqueados
procedentes del reactor se enfrían mediante contacto directo con
aceite en circulación en una torre de enfriamiento rápido con
aceite. El aceite en circulación separa también por lavado los finos
de catalizador arrastrados con el gas efluente del reactor. Un
flujo del aceite procedente de los fondos de la torre de
enfriamiento rápido se envía través de uno de un par de filtros
para separar los finos y se recicla a la torre. El otro filtro está
en operación de lavado en contracorriente usando un gas comprimido
para separar los finos del mismo y dentro de un tambor de
compensación. Se añade fuelóleo o aceite de enfriamiento rápido al
tambor para formar una suspensión, la cual transporta los finos de
catalizador al regenerador donde se quema el aceite para
suministrar los requerimientos térmicos del sistema de FCC. Puesto
que una cantidad mínima de fuelóleo es generada en el FCC, el
fuelóleo se importa de la carga inicial de la torre de enfriamiento
rápido.
Claims (11)
1. Un método para la recuperación de los finos
de un gas efluente del procedimiento de FCC de olefinas ligeras, en
el que en el gas efluente existen sólo muy pequeñas cantidades de
hidrocarburos más pesados, que comprende las etapas de:
(a) suministrar aceite de enfriamiento rápido a
una carga inicial de aceite de enfriamiento rápido para mantener la
carga inicial en estado estacionario;
(b) poner en contacto el gas efluente con el
aceite de enfriamiento rápido para enfriar el gas efluente y separar
por lavado los finos de catalizador para obtener un gas efluente
enfriado esencialmente libre de finos;
(c) retornar el aceite de enfriamiento rápido
desde la etapa de puesta en contacto a la carga inicial;
(d) recircular continuamente el aceite de
enfriamiento rápido desde la carga inicial a la etapa de puesta en
contacto;
(e) separar continuamente los finos de una
corriente del aceite de enfriamiento rápido de la carga inicial para
recuperar los finos y evitar que se acumulen los finos en la carga
inicial;
(f) formar una suspensión de los finos
recuperados de la etapa de separación; y
(g) introducir la suspensión de la etapa de
formación de la suspensión dentro de un regenerador de catalizador
en la planta de FCC ligero para su combustión para regenerar y
calentar el catalizador, y retornar los finos de catalizador al
sistema de FCC.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que las etapas de puesta en contacto y de retorno se efectúan
en una torre de enfriamiento rápido que comprende elementos de
contacto vapor-líquido y una zona de fondos que
retiene la carga inicial.
3. El método de acuerdo con las reivindicaciones
1 ó 2, que comprende además enfriar el aceite de enfriamiento rápido
recirculado antes de la etapa de puesta en contacto.
4. El método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1-3, en el que la etapa de
separación comprende la filtración.
5. El método de acuerdo con la reivindicación 4,
en el que la corriente en la etapa de filtración se hace pasar
continuamente a través de un primer filtro en un modo de filtración
para separar los finos de la misma mientras que un segundo filtro en
paralelo con el primer filtro está en un modo de lavado en
contracorriente para retirar los finos separados de la misma.
6. El método de acuerdo con la reivindicación 5,
en el que el filtrado del primer filtro se retorna a la carga
inicial.
7. El método de acuerdo con las reivindicaciones
5 ó 6, en el que el lavado en contracorriente del al menos un filtro
comprende además alternar periódicamente el primero y segundo
filtros entre los modos de filtración y de lavado en
contracorriente.
8. El método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 5-7, en el que el lavado en
contracorriente incluye al menos un impulso de gas comprimido a
través del segundo filtro para la separación de los finos.
9. El método de acuerdo con la reivindicación 5,
que comprende además recoger los finos de la etapa de lavado en
contracorriente en un recipiente de almacenamiento y añadir un
aceite pesado para formar una suspensión.
10. El método de acuerdo con la reivindicación
9, en el que el aceite pesado es una parte del aceite de
enfriamiento rápido de la carga inicial.
11. El método de acuerdo con la reivindicación
9, en el que un ritmo de aceite de enfriamiento rápido de nuevo
aporte se equilibra con un ritmo de suspensión introducida en el
regenerador para mantener una cantidad estacionaria de aceite de
enfriamiento rápido en la carga inicial.
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