BRPI0504321B1 - Process and apparatus for maximizing fcc average distillates - Google Patents
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PROCESSO E APARATO PARA A MAXIMIZAÇÃO DE DESTILADOSDETAILED MAXIMIZATION PROCESS AND APPARAT
MÉDIOS DE FCCFCC AVERAGES
CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção pertence ao campo dos processos de craqueamento catalítico fluido (FCC), em ausência de hidrogênio adicionado, de cargas mistas de hidrocarbonetos de diferentes origens visando à maximização da fração de destilados médios, mais especificamente, a invenção é dirigida a um processo de craqueamento catalítico com duplo reator ascendente que possibilita a consecução de um destilado médio de baixa aromaticidade. Ainda, a invenção é dirigida para a produção de nafta craqueada de alta octanagem, e à produção de insumos petroquímicos como propeno e eteno em proporções superiores àquelas obtidas em processos convencionais de FCC com baixa conversão.FIELD OF THE INVENTION The present invention belongs to the field of fluid catalytic cracking (FCC) processes, in the absence of added hydrogen, of mixed hydrocarbon charges of different origins aiming at maximizing the fraction of medium distillates, more specifically, the invention is directed to a catalyst cracking process with double rising reactor that enables the achievement of a medium distillate of low aromaticity. Further, the invention is directed to the production of high octane cracked naphtha, and to the production of petrochemical inputs such as propene and ethylene in greater proportions than those obtained in conventional low conversion FCC processes.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO O craqueamento catalítico fluido (FCC) é efetuado pelo contato dos hidrocarbonetos em uma zona de reação tubular ou riser com um catalisador constituído de material particuladofino. As cargas mais comumente submetidas ao processo de FCC são, em geral, aquelas correntes de refinarias de petróleo provenientes de cortes laterais de torres de vácuo, denominadas gasóleo pesado de vácuo (GOPDD), ou mais pesadas que a anterior, provenientes do fundo de torres atmosféricas, denominadas de resíduo atmosférico (RAT), ou ainda misturas dessas correntes.BACKGROUND OF THE INVENTION Fluid catalytic cracking (FCC) is effected by contacting hydrocarbons in a tubular or riser reaction zone with a catalyst made of particulate particulate material. The loads most commonly subjected to the FCC process are, in general, those oil refinery streams from vacuum tower side sections called vacuum heavy diesel (GOPDD), or heavier than the previous one, from the tower bottom. atmospheric waste (RAT), or mixtures thereof.
Essas correntes, com densidade tipicamente na faixa de 8° a 28°API, devem ser submetidas a um processo químico tal como o processo de craqueamento catalítico, que altere fundamentalmente sua composição, convertendo-as em correntes de hidrocarbonetos mais leves, de maior valor econômico.These streams, typically in the range of 8 ° to 28 ° API, must undergo a chemical process such as the catalytic cracking process that fundamentally alters their composition into lighter, higher value hydrocarbon streams. economic.
Durante a reação de craqueamento, proporções substanciais de coque, subproduto da reação, são depositadas sobre o catalisador. O coque é um material de alto peso molecular, constituído de hidrocarbonetos que contêm, tipicamente, de 4% a 9% em peso de hidrogênio em sua composição. O catalisador recoberto de coque, geralmente denominado “catalisador gasto” é enviado a um vaso regenerador. Na zona de regeneração, em um vaso regenerador mantido a alta temperatura, procede-se à queima do coque que se encontra depositado na superfície e nos poros do catalisador. A eliminação do coque através de combustão permite a recuperação da atividade do catalisador e libera calor em quantidade suficiente para atender às necessidades térmicas das reações de craqueamento catalítico. A fluidização das partículas de catalisador por correntes gasosas permite o transporte de catalisador entre a zona de reação e a zona de regeneração e vice-versa. O catalisador, além de cumprir com sua função essencial de promover a catálise das reações químicas, é também o meio de transporte de calor do regenerador para a zona de reação. A técnica contém muitas descrições de processos de craqueamento de hidrocarbonetos em uma corrente fluidizada de catalisador, com transporte de catalisador entre a zona de reação e a zona de regeneração, e queima de coque no regenerador.During the cracking reaction, substantial proportions of coke, byproduct of the reaction, are deposited on the catalyst. Coke is a high molecular weight material consisting of hydrocarbons that typically contain from 4% to 9% by weight of hydrogen in its composition. The coke-coated catalyst, commonly referred to as “spent catalyst”, is sent to a regenerating vessel. In the regeneration zone, in a regenerating vessel kept at a high temperature, the coke deposited on the catalyst surface and pores is burned. Coke elimination through combustion allows for recovery of catalyst activity and releases sufficient heat to meet the thermal needs of catalytic cracking reactions. Fluidization of the catalyst particles by gas streams allows the transport of catalyst between the reaction zone and the regeneration zone and vice versa. The catalyst, in addition to fulfilling its essential function of catalyzing chemical reactions, is also the means of heat transport from the regenerator to the reaction zone. The technique contains many descriptions of hydrocarbon cracking processes in a fluidized catalyst stream, with catalyst transport between the reaction zone and the regeneration zone, and coke burning in the regenerator.
Apesar da longa existência de processos de FCC, procuram-se, continuamente, técnicas que possam aperfeiçoar o processo, aumentando a produção de derivados de maior valor agregado, tais como gasolina e GLP. De modo geral, pode-se dizer que o objetivo principal dos processos de FCC é a maximização da produção desses derivados de maior valor. A maximização desses derivados é obtida basicamente, de duas maneiras. Uma, pelo aumento da assim chamada “conversão”, que corresponde à redução da produção de produtos pesados como o óleo clarificado e o óleo leve de reciclo. Outra, pela redução dos rendimentos de coque e gás combustível, ou seja, pela menor “seletividade” a esses produtos. A menor produção de gás e coque, aumentando a seletividade do processo a GLP e gasolina, tem como conseqüências benéficas adicionais, a utilização de menores sopradores de ar e compressores de gás úmido, máquinas de grande porte e de grande consumo de energia, em geral limitantes da capacidade das UFCC. Além disso, é economicamente interessante promover o aumento dos produtos de maior valor agregado.Despite the long existence of FCC processes, techniques are continually sought to improve the process by increasing the production of higher value-added derivatives such as gasoline and LPG. In general, it can be said that the main purpose of FCC processes is to maximize the production of these higher value derivatives. Maximization of these derivatives is achieved basically in two ways. One is the increase in the so-called “conversion”, which corresponds to the reduction in the production of heavy products such as clarified oil and light recycle oil. Another is the reduction of coke and fuel gas yields, that is, the lower “selectivity” to these products. Lower production of gas and coke, increasing process selectivity for LPG and gasoline, has the additional beneficial consequences of using smaller air blowers and wet gas compressors, large and energy-intensive machines in general. limiting capacity of UFCC. In addition, it is economically interesting to promote the increase of higher value added products.
Um aspecto importante a considerar é o possível interesse ou necessidade de aumentar a produção de GLP conforme a necessidade do refinador. É de conhecimento dos especialistas que um aspecto importante do processo é o contato inicial do catalisador com a carga, que tem uma influência decisiva sobre a conversão e a seletividade do processo em gerar produtos nobres. No processo de FCC, a carga de hidrocarbonetos pré-aquecida é injetada próximo à base de uma zona de conversão ou riser, onde entra em contato com o fluxo de catalisador regenerado, do qual recebe calor em quantidade suficiente para vaporizá-la e suprir a demanda das reações endotérmicas que predominam no processo.An important aspect to consider is the possible interest or need to increase LPG production as needed by the refiner. It is well known to specialists that an important aspect of the process is the initial contact of the catalyst with the load, which has a decisive influence on process conversion and selectivity in generating noble products. In the FCC process, the preheated hydrocarbon charge is injected near the base of a riser or conversion zone, where it comes in contact with the regenerated catalyst stream from which it receives sufficient heat to vaporize it and supply it. endothermic reactions that predominate in the process.
Após o riser, que é um tubo vertical alongado, cujas dimensões, em unidades industriais, são de cerca de 0,5m a 2,0m de diâmetro, por 25m a 40m de altura, onde ocorrem reações químicas, o catalisador gasto, com coque depositado em sua superfície e poros, é separado dos produtos da reação e enviado ao regenerador para queima do coque a fim de ter a atividade restaurada e gerar o calor que, transferido pelo catalisador para o riser, será utilizado pelo processo.After the riser, which is an elongated vertical pipe whose dimensions in industrial units are about 0.5m to 2.0m in diameter, by 25m to 40m in height, where chemical reactions occur, the spent catalyst, with coke deposited on its surface and pores, it is separated from the reaction products and sent to the regenerator to burn the coke in order to have the activity restored and generate the heat that, transferred by the catalyst to the riser, will be used by the process.
As condições existentes no ponto de introdução da carga no riser são determinantes quanto aos produtos que se formam na reação. Nesta região ocorre a mistura inicial da carga com o catalisador regenerado, aquecimento da carga até o ponto de ebulição de seus componentes e a vaporização da maior parte desses componentes. O tempo total de residência dos hidrocarbonetos no riser é de cerca de 1 a 4 segundos.The conditions at the point of introduction of the load in the riser are determinant as to the products that form in the reaction. In this region occurs the initial mixing of the charge with the regenerated catalyst, heating of the charge to the boiling point of its components and the vaporization of most of these components. The total residence time of the hydrocarbons in the riser is about 1 to 4 seconds.
Para que se processem as reações de craqueamento catalítico, é necessário que a vaporização da carga na região de mistura com o catalisador ocorra rapidamente, de forma a que as moléculas dos hidrocarbonetos vaporizados possam entrar em contato com as partículas de catalisador - cujo tamanho é de cerca de 60 micra - permeando pelos micro-poros do catalisador, e reagindo nos sítios ácidos. A não consecução desta rápida vaporização resulta no craqueamento térmico das frações líquidas da carga. É conhecido que o craqueamento térmico favorece a formação de subprodutos tais como o coque e o gás combustível, principalmente no craqueamento de cargas residuais. O coque envenena os sítios ácidos e pode chegar a obstruir os poros do catalisador. Portanto, o craqueamento térmico na base do riser compete de forma indesejável com o craqueamento catalítico, objetivo do processo. A otimização da conversão da carga requer usualmente a máxima remoção do coque do catalisador no regenerador. A combustão do coque pode ser obtida em regime de combustão parcial ou combustão total.In order to process catalytic cracking reactions, the vaporization of the charge in the mixing region with the catalyst must occur rapidly, so that the vaporized hydrocarbon molecules can come into contact with the catalyst particles - whose size is about 60 microns - permeating through the catalyst micropores, and reacting at the acid sites. Failure to achieve this rapid vaporization results in thermal cracking of the liquid charge fractions. Thermal cracking is known to favor the formation of by-products such as coke and fuel gas, especially in cracking of residual fillers. Coke poisons acidic sites and can even clog the pores of the catalyst. Therefore, thermal cracking at the riser base undesirably competes with catalytic cracking, which is the objective of the process. Optimizing load conversion usually requires maximum removal of catalyst coke in the regenerator. Coke combustion may be achieved in either partial combustion or full combustion.
Na combustão parcial, os gases produzidos pela combustão do coque são constituídos principalmente de C02, CO e H20 e o teor de coque no catalisador regenerado é da ordem de 0,1 % a 0,3% em peso. Já na combustão total, realizada na presença de um maior excesso de oxigênio, praticamente todo o CO produzido na reação é convertido a C02. A reação de oxidação do CO a C02 é fortemente exotérmica, fazendo com que a combustão total se passe com grande liberação de calor, resultando em temperaturas muito elevadas de regeneração. Entretanto, a combustão total produz catalisador contendo menos do que 0,1% e, de preferência, menos do que 0,05% em peso de coque, sendo sob esse aspecto mais vantajosa que a combustão parcial compensando uma menor relação catalisador/óleo, além de evitar o uso de uma onerosa caldeira para posterior combustão do CO. O aumento de coque no catalisador gasto resulta em um aumento de coque em combustão no regenerador por unidade de massa de catalisador circulado. Calor é removido do regenerador em unidades convencionais de FCC no gás de combustão e principalmente na corrente de catalisador quente regenerado. Um aumento no teor de coque sobre o catalisador gasto aumenta a temperatura do catalisador regenerado e a diferença de temperatura entre o regenerador e o reator.In partial combustion, the gases produced by the combustion of coke mainly consist of CO2, CO and H20 and the coke content in the regenerated catalyst is in the range of 0.1% to 0.3% by weight. In total combustion, performed in the presence of a greater excess of oxygen, practically all the CO produced in the reaction is converted to CO2. The oxidation reaction of CO to CO2 is strongly exothermic, causing full combustion to occur with large heat release, resulting in very high regeneration temperatures. However, total combustion produces catalysts containing less than 0.1% and preferably less than 0.05% by weight of coke, in this respect being more advantageous than partial combustion compensating for a lower catalyst / oil ratio, besides avoiding the use of a costly boiler for subsequent combustion of CO. The increase in spent catalyst coke results in an increase in regenerator combustion coke per unit mass of circulated catalyst. Heat is removed from the regenerator in conventional FCC units in the flue gas and mainly in the regenerated hot catalyst stream. An increase in coke content over spent catalyst increases the temperature of the regenerated catalyst and the temperature difference between the regenerator and the reactor.
Portanto uma redução na vazão de catalisador regenerado para o reator, usualmente denominada taxa de circulação de catalisador, é necessária a fim de atender à demanda térmica do reator e a manter a mesma temperatura de reação. No entanto, a menor taxa de circulação de catalisador exigida pela maior diferença de temperatura entre o regenerador e o reator, resulta em redução da relação catalisador/óleo, diminuindo a conversão, mas também a deposição de coque sobre o catalisador, em contraposição ao movimento inicial de aumento no teor de coque.Therefore a reduction in the flow rate of regenerated catalyst to the reactor, usually called catalyst circulation rate, is required in order to meet the thermal demand of the reactor and to maintain the same reaction temperature. However, the lower catalyst circulation rate required by the larger temperature difference between the regenerator and the reactor results in a reduction in the catalyst / oil ratio, reducing conversion but also coke deposition on the catalyst as opposed to movement. initial increase in coke content.
Assim, a circulação de catalisador do regenerador para o reator é definida pela demanda térmica do riser e pela temperatura que se estabelece no regenerador, função da produção de coque. Como o coque gerado no riser é afetado pela própria circulação de catalisador, conclui-se que o processo de craqueamento catalítico funciona em regime de balanço térmico, sendo indesejável, pelas razões apontadas, a operação em temperatura de regeneração muito elevada.Thus, the circulation of catalyst from regenerator to reactor is defined by the thermal demand of the riser and the temperature established in the regenerator, as a function of coke production. As the riser-generated coke is affected by the catalyst circulation itself, it can be concluded that the catalytic cracking process works in a thermal equilibrium regime and, for the reasons mentioned, the operation at very high regeneration temperature is undesirable.
Via de regra, com os modernos catalisadores de FCC, as temperaturas do regenerador e, portanto, do catalisador regenerado, são mantidas abaixo de 760°C, preferencialmente abaixo de 732°C, já que a perda de atividade seria muito severa acima desse valor. Uma faixa operacional desejável é a de 685°C a 710°C. O valor inferior é ditado, principalmente, pela necessidade de garantir adequada combustão do coque.As a rule, with modern FCC catalysts, the temperatures of the regenerator, and hence of the regenerated catalyst, are kept below 760 ° C, preferably below 732 ° C, as the loss of activity would be very severe above this value. . A desirable operating range is 685 ° C to 710 ° C. The lower value is mainly dictated by the need to ensure proper coke combustion.
Com o processamento de cargas cada vez mais pesadas, há uma tendência de elevar a produção de coque e a operação em combustão total exige a instalação de resfriadores de catalisador para manter a temperatura do regenerador em limites aceitáveis. Os resfriadores de catalisador, em geral, removem calor de uma corrente de catalisador proveniente do regenerador, devolvendo a esse vaso uma corrente de catalisador substancialmente resfriada. Vários trabalhos na literatura de patentes propõem a injeção de uma corrente auxiliar como água ou outras frações de petróleo em um ponto acima do ponto de injeção da carga principal a ser craqueada com o objetivo de promover um aumento da temperatura de mistura na região de injeção de carga, visando aumentar o percentual vaporizado das cargas residuais, sem alterar a temperatura de saída do riser.With the processing of increasingly heavy loads, there is a tendency to increase coke production and full combustion operation requires the installation of catalyst coolers to keep the regenerator temperature within acceptable limits. Catalyst coolers generally remove heat from a catalyst stream from the regenerator, returning to this vessel a substantially cooled catalyst stream. Several works in the patent literature propose the injection of an auxiliary stream such as water or other petroleum fractions at a point above the injection point of the main load to be cracked in order to promote an increase of the mixing temperature in the injection region. to increase the vaporized percentage of residual loads without changing the riser output temperature.
Esta abordagem é descrita na patente US 4.818.372, que ensina um aparelho para FCC com controle de temperatura que inclui um reator ascendente ou descendente, dispositivo para introduzir a carga de hidrocarboneto sob pressão e em contato com um catalisador de craqueamento regenerado, e pelo menos um dispositivo para injetar um fluido auxiliar a jusante da zona do reator onde a carga e o catalisador entram em contato, pelo que se pretende atingir uma maior temperatura na região de mistura da carga com o catalisador. Esta patente usa um fluido externo inerte cujo efeito principal é o resfriamento da região de injeção desse fluido, com controle de temperatura e aumento de circulação do catalisador.This approach is described in US Patent 4,818,372, which teaches a temperature controlled FCC apparatus including an up or down reactor, a device for introducing the hydrocarbon charge under pressure and in contact with a regenerated cracking catalyst, and by at least one device for injecting an auxiliary fluid downstream of the reactor zone where the charge and the catalyst come into contact, whereby a higher temperature is to be achieved in the charge-catalyst mixing region. This patent uses an inert external fluid whose main effect is cooling the injection region of this fluid, with temperature control and increased catalyst circulation.
Conforme ensinado na patente US 4.818.372, a injeção segregada de uma corrente externa em um ponto superior do riser é efetuada com o objetivo de controlar o perfil de temperatura do mesmo, de modo a manter o trecho inicial do riser a uma temperatura relativamente mais alta sem alterar a temperatura do topo do riser (temperatura de reação ou TRX). Esse controle também pode ser feito através de um reciclo de nafta pesada, tal como ensinado na patente US 5.087.349.As taught in US Patent 4,818,372, the segregated injection of an external current at an upper riser point is performed to control its temperature profile so as to maintain the initial riser portion at a relatively lower temperature. high without changing the riser top temperature (reaction temperature or TRX). Such control may also be accomplished by a heavy naphtha recycle as taught in US Patent 5,087,349.
Com este mesmo objetivo, a patente US 5.389.232 ensina um reciclo de nafta pesada em pontos superiores do riser. E a patente US 4.764.268 sugere a injeção de uma corrente de LCO no topo do riser objetivando minimizar reações de sobrecraqueamento de nafta.To this same end, US Patent 5,389,232 teaches a heavy naphtha recycle at higher riser points. And US Patent 4,764,268 suggests injecting an LCO current into the top of the riser to minimize naphtha over-cracking reactions.
Uma alternativa similar, ensinada na patente US 5.954.942 visa um aumento na conversão, através de um quench ou resfriamento rápido com uma corrente auxiliar de vapor na região superior do riser. A publicação WO 93/22400 menciona a possibilidade de injeção, ao longo do riser, de um produto de craqueamento, tal como LCO, com o intuito de realizar um resfriamento do riser e conseqüentemente promover um aumento de circulação de catalisador e possibilitar uma melhora de desempenho de aditivos à base de ZSM-5.A similar alternative taught in US Patent 5,954,942 is for increased conversion by quenching or rapid cooling with an auxiliary steam stream in the upper riser region. Publication WO 93/22400 mentions the possibility of injecting a cracking product such as LCO over the riser in order to cool the riser and thereby promote increased catalyst circulation and enable improved performance of ZSM-5 based additives.
Tendo em vista o aumento da demanda de destilados médios de alta qualidade em detrimento do mercado de gasolina que é o principal produto de um FCC convencional, mudanças no modo de operação da unidade de FCC têm sido discutidas, com o intuito de aumentar a produção de LCO. Em vários artigos técnicos, discutem-se modificações no sistema catalítico e nas variáveis de processo, de forma a alcançar uma redução na severidade do processo, com o intuito de aumentar o rendimento de médios e reduzir o teor de aromáticos nesta fração. Entre as condições operacionais incluem-se as seguintes: - redução da temperatura de reação; - redução da relação catalisador óleo; - redução da atividade catalítica.In view of the increasing demand for high quality middle distillates to the detriment of the gasoline market which is the main product of a conventional FCC, changes in the operation mode of the FCC unit have been discussed in order to increase the production of LCO Several technical articles discuss modifications in the catalytic system and process variables in order to achieve a reduction in process severity in order to increase the average yield and reduce the aromatic content in this fraction. Operating conditions include the following: - reduction of reaction temperature; - reduction of the catalyst oil ratio; - reduction of catalytic activity.
Todas essas medidas guiam a uma redução na conversão, com consequente aumento na produção de óleo decantado.All these measures lead to a reduction in conversion, with consequent increase in the production of decanted oil.
Algumas referências importantes sobre este assunto estão listadas a seguir. 1-Distillate yield from the FCC: process and catalyst changes for maximization of LCO :Catalysts Courier , R. W. Peterman; 2- Hydrocarbon Publishing company: Advanced Hydrotreating and hydrocarbon technology to produce ultra2-clean diesel fuel, 2004; 3- Studies on maximizing diesel oil production from FCC: Fifth International symposium on the advances in fluid catalytic cracking, (218th National meeting, American Chemical society, 1999); 4- New development boosts production of middle distillate from FCC: Oil and Gas Journal (August,1970). O LCO é um dos subprodutos do FCC, representando de 15% a 25% do rendimento e correspondendo à faixa de destilação tipicamente compreendida entre 220°C e 340°C. Normalmente o LCO tem uma alta concentração de aromáticos, chegando a ultrapassar 80% do total. Em algumas situações, é interessante operar o FCC de forma a maximizar a corrente de LCO, neste caso deseja-se incorporar o LCO ao pool de óleo Diesel. A alta concentração de aromáticos do LCO faz com que tenha péssima qualidade detonante no motor Diesel (baixo número de Cetano) e alta densidade. O alto teor de aromáticos dificulta também a melhora das suas propriedades por intermédio do hidrotratamento.Some important references on this subject are listed below. 1-Distillate yield from the FCC: process and catalyst changes for maximization of LCO: Catalysts Courier, R. W. Peterman; 2- Hydrocarbon Publishing company: Advanced Hydrotreating and hydrocarbon technology to produce ultra-clean diesel fuel, 2004; 3- Studies on maximizing diesel oil production from FCC: Fifth International Symposium on advances in fluid catalytic cracking, (218th National meeting, American Chemical Society, 1999); 4- New development boosts production of middle distillate from FCC: Oil and Gas Journal (August, 1970). LCO is one of the by-products of the FCC, representing from 15% to 25% of yield and corresponding to the distillation range typically between 220 ° C and 340 ° C. Normally LCO has a high concentration of aromatics, exceeding 80% of the total. In some situations, it is interesting to operate the FCC to maximize the LCO current, in which case it is desired to incorporate the LCO into the diesel oil pool. The high concentration of aromatics in the LCO makes it have a bad detonating quality on the diesel engine (low cetane number) and high density. The high content of aromatics also makes it difficult to improve their properties through hydrotreating.
Na forma mais comum de operação de maximização de médios no FCC, reduz-se a temperatura de reação para valores extremamente baixos (de 450° C a 500° C), minimiza-se a circulação de catalisador e utiliza-se um catalisador de baixa atividade. Todas estas providências conseguem aumentar o rendimento e melhorar a qualidade (reduzir aromáticos) do LCO produzido. O problema deste tipo de operação é que ao mesmo tempo promove o aumento da fração residual (corte 340°C+) do FCC, normalmente destinada a óleo combustível de baixo valor.In the most common form of FCC midrange maximization, the reaction temperature is reduced to extremely low values (from 450 ° C to 500 ° C), catalyst circulation is minimized and a low catalyst is used. activity. All these measures can increase the yield and improve the quality (reduce aromatics) of the produced LCO. The problem with this type of operation is that at the same time it promotes an increase in the residual fraction (cut-off 340 ° C +) of the FCC, typically for low value fuel oil.
Esse problema pode ser parcialmente remediado pela utilização de uma corrente de resfriamento injetada acima da injeção da carga principal. Mesmo assim, problemas de aumento da temperatura do Regenerador por arraste de hidrocarbonetos do retificador podem persistir, limitando a unidade e impedindo que possa ser operada em condições ainda mais brandas. Este arraste de hidrocarbonetos deve-se à perda de eficiência do retificador, sensivelmente prejudicada pela baixa temperatura de retificação, função da temperatura de reação, a qual acompanha em valor próximo. A tecnologia da Requerente, objeto do PI 9303773 (correspondente à patente US 5.569.435) compreendendo um sistema de separação rápida no final do ríser entre o catalisador e os produtos da reação, denominada PASS, aqui integralmente incorporada como referência, é importante neste contexto por reduzir a carga de hidrocarbonetos para o retificador, tomando a unidade de FCC menos sensível ao problema.This problem can be partially remedied by using an injected cooling current above the main load injection. Even so, problems of increasing the Rectifier Hydrocarbon Drag Regenerator temperature may persist, limiting the unit and preventing it from operating in even milder conditions. This dragging of hydrocarbons is due to the loss of rectifier efficiency, significantly impaired by the low rectification temperature, a function of the reaction temperature, which is closely monitored. The technology of the Applicant, object of PI 9303773 (corresponding to US 5,569,435) comprising a rapid separation system at the end of the ridge between the catalyst and the reaction products, called PASS, incorporated herein by reference, is important in this context. by reducing the hydrocarbon charge to the rectifier, making the FCC unit less sensitive to the problem.
Uma forma de contornar o problema de baixas temperaturas de retificação na operação em baixa severidade seria a de trabalhar com um retificador aquecido por uma fonte externa de calor. Uma forma de realizar este aquecimento é, por exemplo, a substituição total ou parcial do vapor injetado no retificador por uma corrente mais quente, por exemplo, o gás de combustão efluente do regenerador, no caso da operação em combustão total, ou da caldeira de CO no caso de combustão parcial. Esta corrente rica em N2 e C02 teria o benefício secundário de aliviar a carga térmica do condensador de topo da fracionadora principal além de permitir uma folga do balanço de águas ácidas da refinaria.One way around the problem of low rectification temperatures in low severity operation would be to work with a rectifier heated by an external heat source. One way of performing this heating is, for example, the total or partial replacement of the steam injected into the rectifier with a warmer current, for example the effluent flue gas from the regenerator in the case of full combustion operation or the boiler. CO in case of partial combustion. This N2 and CO2 rich current would have the secondary benefit of alleviating the thermal load of the top fractionator top condenser as well as allowing for a refinery acid water balance clearance.
No entanto, a vazão mássica de gás necessária para resfriar de alguns graus o retificador, seria de alta magnitude, comparável à vazão de catalisador que circula pela unidade. Esta vazão de gás não contém hidrocarbonetos recuperáveis e seria muito superior à vazão que normalmente circula pelo compressor de gás úmido e por toda a seção de recuperação de gás da unidade, inviabilizando economicamente tal opção.However, the gas mass flow required to cool the rectifier by a few degrees would be of high magnitude, comparable to the catalyst flow rate circulating through the unit. This gas flow does not contain recoverable hydrocarbons and would be much higher than the flow that normally circulates through the wet gas compressor and the entire gas recovery section of the unit, making this option economically unfeasible.
Outras patentes propõem fazer o aquecimento do retificador com catalisador regenerado, mas trata-se de um sistema de certa complexidade.Other patents propose heating the rectifier with regenerated catalyst, but it is a system of some complexity.
Essas, provavelmente, são as razões pelas quais não se tem conhecimento de aplicação industrial seja do gás do regenerador, seja do catalisador, com a finalidade de aquecer o retificador. A operação em temperaturas baixas na região pós-riser, além de prejudicar a eficiência de retificação do catalisador, faz com que frações pesadas do produto do FCC condensem sobre a superfície das paredes e dos internos do reator, levando à formação de coque sobre as paredes do vaso separador. O fenômeno da formação de coque é característico nos reatores equipados com sistemas de separação rápida, sobretudo em unidades que processam cargas pesadas. A formação de coque a partir de finas películas de condensado prossegue ao longo da campanha da unidade, sendo comum que ao seu final sejam encontradas várias toneladas de coque ocupando grande parte do interior do vaso. O coque apresenta sério risco de ignição e queda, causando prejuízos de vulto ao refinador, pois impede os trabalhos de manutenção da unidade por alguns dias até que seja totalmente removido. Sua queda durante a campanha tende a bloquear o escoamento do catalisador, freqüentemente ocasionando parada da unidade. Em ambos os casos é causa de lucros cessantes. A tecnologia dos assim chamados Tubos Coletores de vapores de hidrocarbonetos encontra-se descrita no PI 0204737-3 da Requerente e em conjunto com a tecnologia denominada Juntas Slide, objeto do PI99011484-0 da mesma Requerente, ambas integralmente incorporadas ao presente pedido como referência, toma a tecnologia de separação rápida da Requerente acima mencionada imune ao problema da formação de coque ao evitar que o produto de FCC encontre superfícies frias no reator, viabilizando a operação a baixa temperatura.These are probably the reasons why there is no known industrial application of either the regenerator or catalyst gas for heating the rectifier. Operating at low temperatures in the post-riser region, in addition to impairing catalyst grinding efficiency, causes heavy fractions of the FCC product to condense on the surface of the reactor walls and internals, leading to coke formation on the walls. of the separating vessel. The phenomenon of coke formation is characteristic in reactors equipped with rapid separation systems, especially in units that process heavy loads. Coke formation from thin condensate films continues throughout the unit campaign, and it is common for several tons of coke to be found at the end of the vessel occupying much of the interior of the vessel. The coke presents a serious risk of ignition and fall, causing major damage to the refiner as it prevents maintenance work on the unit for a few days until it is completely removed. Their fall during the campaign tends to block catalyst runoff, often causing the unit to stop. In both cases it is cause of lost profits. The technology of the so-called Hydrocarbon Vapor Collection Tubes is described in Applicant's PI 0204737-3 and in conjunction with the technology called Slide Joints, which is the subject of the same Applicant's PI99011484-0, both incorporated in full by the present application for reference, It takes the above-mentioned Applicant's rapid separation technology immune to the problem of coke formation by preventing the FCC product from encountering cold surfaces in the reactor, enabling low temperature operation.
Uma conseqüência natural da redução do teor de aromáticos na faixa do LCO, objetivo da operação para maximização de médios, é a redução, também na faixa da gasolina, do teor de aromáticos, além do aumento de olefinas. No caso da gasolina estas mudanças prejudicam a especificação do teor de olefinas, da estabilidade (goma potencial, período de indução) e do número de octano motor.A natural consequence of the reduction in the aromatic content in the LCO range, which is the objective of the operation to maximize averages, is the reduction, also in the gasoline range, of the aromatic content, as well as the increase in olefins. In the case of gasoline these changes affect the specification of olefin content, stability (potential gum, induction period) and motor octane number.
Outro problema da operação em condições brandas é a perda de rendimentos de olefinas leves, na faixa C3-C4, o que pode impactar na economicidade da unidade, diante do alto valor agregado destes produtos que podem ser posteriormente vendidos como insumos para a indústria petroquímica ou encaminhados para unidades de alquilação ou de produção de MTBE. A patente US 5.234.578 utiliza um riser destinado unicamente a transportar catalisador do regenerador para o retificador como meio de aquecimento do catalisador. Já o conceito da invenção engloba duas vantagens simultâneas: o craqueamento e mais a troca de calor em um único equipamento, já que é provido um riser de processo de alta severidade contendo um catalisador muito aquecido que no final da reação cai no separador, encontra o catalisador frio proveniente do riser de baixa severidade e troca o calor. A patente US 6.416.656 ensina um processo para simultaneamente aumentar o rendimento de diesel e GLP. Neste processo, a gasolina é recraqueada para aumento do rendimento de GLP, sendo injetada num ponto inferior ao bocal de carga. A carga do processo é injetada em múltiplos pontos ao longo do riser, reduzindo o tempo de contato e com isto aumentando o rendimento de LCO. Porém a reduzida severidade do riser de FCC para destilados médios faz com que o craqueamento da nafta nestas condições seja pouco efetivo. A publicação internacional WO/0160951 trata de um processo para a maximização de destilados médios com rendimentos de 50 e até 65% em peso utilizando um sistema de dois risers operando em severidades diferentes. É alegado que nafta pesada também é produzida com alto rendimento, enquanto gás e coque são minimizados bem como fundos não convertidos, e a qualidade de cetano do destilado médio é melhorada. O processo é realizado em presença de catalisadores zeolíticos sólidos e componentes ácidos de poros grandes para o craqueamento seletivo de fundos. Embora esse documento afirme a excelência do processo de craqueamento nessas condições, um estudo detalhado das condições do processo ali descrito revela que: As experiências citadas na referida publicação WO/0160951 foram realizadas em unidade tipo MAT modificada com busca de emulação posterior em unidade piloto, buscando a conexão com unidade comercial. A unidade tipo MAT não opera em balanço térmico, ao contrário de uma unidade industrial de FCC, trata-se de uma unidade em leito fixo ao contrário de uma unidade industrial com riser de reação nem espelha a tendência de formação de coque e gás destas unidades. A tentativa de emular a unidade industrial com um teste comparativo em unidade piloto, embora válida quanto à observação de tendências de rendimentos, não reproduz o balanço térmico. Um retificador industrial nas condições de temperatura de reação preconizadas operaria com baixíssima eficiência, acarretando arraste de hidrocarbonetos para o regenerador. Da mesma forma, a vaporização e dispersão de carga na região de injeção seriam deficientes, aumentando de forma considerável a tendência à formação de coque. Esta situação, associada à baixa demanda térmica pelos risers, levaria a uma situação de equilíbrio térmico na unidade industrial em que o regenerador operaria muito aquecido e a uma circulação de catalisador extremamente baixa. O uso de um resfriador de catalisador poderia corrigir o problema da alta temperatura de regeneração, mas não o da deficiência de retificação.Another problem of operating under soft conditions is the loss of yields of light olefins in the C3-C4 range, which may impact the unit's economy, given the high added value of these products that can later be sold as inputs to the petrochemical industry. referred to MTBE alkylation or production units. US 5,234,578 utilizes a riser solely for conveying catalyst from the regenerator to the rectifier as a means of heating the catalyst. The concept of the invention encompasses two simultaneous advantages: cracking and heat exchange in a single device, as a high-severity process riser is provided containing a very heated catalyst which at the end of the reaction falls into the separator. cold catalyst from low severity riser and heat exchange. US 6,416,656 teaches a process for simultaneously increasing diesel and LPG yield. In this process, the gasoline is depressed to increase the LPG yield and is injected below the nozzle. The process load is injected at multiple points along the riser, reducing contact time and thereby increasing LCO yield. However, the reduced severity of the FCC riser for medium distillates makes the cracking of naphtha under these conditions ineffective. International publication WO / 0160951 deals with a process for maximizing middle distillates in yields of 50 and up to 65% by weight using a system of two risers operating at different severities. It is claimed that heavy naphtha is also produced with high yield, while gas and coke are minimized as well as unconverted funds, and the cetane quality of the middle distillate is improved. The process is performed in the presence of solid zeolitic catalysts and large pore acid components for selective bottom cracking. Although this document states the excellence of the cracking process under these conditions, a detailed study of the process conditions described therein reveals that: The experiments cited in said publication WO / 0160951 were performed in modified MAT type unit with search for later emulation in pilot unit, seeking connection to business unit. The MAT type unit does not operate in thermal balance, unlike an FCC industrial unit, it is a fixed bed unit unlike a reaction riser industrial unit nor does it reflect the tendency of coke and gas formation of these units. . The attempt to emulate the industrial unit with a pilot unit comparative test, while valid for observing yield trends, does not reproduce the thermal balance. An industrial rectifier under the recommended reaction temperature conditions would operate with very low efficiency, causing hydrocarbons to be carried to the regenerator. Similarly, vaporization and charge dispersion in the injection region would be deficient, considerably increasing the tendency for coke formation. This situation, coupled with the low thermal demand by the risers, would lead to a thermal equilibrium situation in the industrial unit where the regenerator would operate very hot and extremely low catalyst circulation. The use of a catalyst cooler could correct the problem of high regeneration temperature but not rectification deficiency.
Ademais as baixas temperaturas de reação são também inadequadas para conversão de derivados de características naftênico-aromáticas. Sua aplicação a estas cargas resultaria em conversões extremamente baixas resultando em alta produção de óleo clarificado (slurry), ainda que fosse utilizado um resfriador de catalisador. Resulta também em uma gasolina de baixa qualidade, fruto de craqueamento térmico e não catalítico, não atendendo às especificações de índice de octano, teor de olefinas e estabilidade.In addition low reaction temperatures are also unsuitable for conversion of derivatives of naphthenic-aromatic characteristics. Applying these loads would result in extremely low conversions resulting in high slurry oil production, even if a catalyst cooler was used. It also results in a low quality gasoline, the result of thermal cracking and non-catalytic, not meeting the specifications of octane index, olefin content and stability.
Outra dificuldade relacionada à publicação WO/0160951 refere-se ao reciclo de frações pesadas. Tais reciclos, sobretudo se provenientes de cargas naftênico-aromáticas, não seriam convertidos nas baixas temperaturas e circulações de catalisador preconizadas para o ríser 2 onde são injetados, novamente levando à alta produção de óleo clarificado {slurry).Another difficulty related to publication WO / 0160951 relates to the recycling of heavy fractions. Such recycles, especially if they come from naphthenic-aromatic fillers, would not be converted at the low temperatures and catalyst circulations recommended for riser 2 where they are injected, again leading to the high production of slurry.
Diante destes fatos, e de acordo com a experiência industrial da Requerente, está claro que a citada publicação tem sua aplicação restrita a cargas altamente parafínicas, de alto custo e escassas em países como o Brasil. Pelas mesmas razões não é aplicável a cargas pesadas, contendo, frações de resíduo atmosférico com ponto de ebulição acima de 570°C, situação típica, por exemplo, em refinarias brasileiras. Já no caso da presente invenção, o envio de produtos da reação e o catalisador pelos dois rísers para diferentes vasos separadores permite que os produtos sejam encaminhados para seções de fracionamento diferenciadas, mas com as duas correntes de catalisador sendo direcionadas para o mesmo retificador. Assim, o catalisador gasto do primeiro ríser, de baixa temperatura, é misturado com o catalisador gasto do segundo ríser, de alta temperatura, de forma que a mistura tenha temperatura semelhante à de retificadores convencionais. Neste caso, a nova configuração de FCC de dois rísers operando em temperaturas diferentes é usada também para solucionar o problema da baixa eficiência de retificação na operação de baixa severidade, solucionando-se com o próprio catalisador, ou seja, com um fluido intrínseco ao processo, uma antiga dificuldade na tecnologia de craqueamento catalítico fluido. A retificação da mistura de catalisadores gastos dos dois rísers em um único vaso garante assim uma melhor eficiência global de retificação.Given these facts, and in accordance with the Claimant's industrial experience, it is clear that this publication has its application restricted to highly paraffinic, high cost and scarce loads in countries such as Brazil. For the same reasons it is not applicable to heavy loads containing atmospheric residue fractions with boiling point above 570 ° C, typical situation, for example, in Brazilian refineries. In the case of the present invention, the reaction products and the catalyst being sent by the two rails to different separating vessels allows the products to be routed to different fractionation sections, but with the two catalyst streams being directed to the same rectifier. Thus, the spent catalyst of the low temperature first riser is mixed with the spent catalyst of the high temperature second riser such that the mixture has a temperature similar to that of conventional rectifiers. In this case, the new FCC configuration of two risers operating at different temperatures is also used to solve the problem of low rectification efficiency in low severity operation, solving with the catalyst itself, ie with an intrinsic process fluid , an ancient difficulty in fluid catalytic cracking technology. Rectifying the spent catalyst mixture of the two risers into a single vessel thus ensures better overall grinding efficiency.
Vantajosamente e de modo distinto do estado da técnica, o uso de dois vasos separadores no processo da invenção permite o envio dos produtos do ríser de alta severidade e dos produtos do riser de baixa severidade para sistemas de separação distintos, evitando que produtos da faixa de destilação do LCO produzidos no riser de alta severidade se misturem com o LCO de baixa aromaticidade produzido no riser de baixa severidade.Advantageously and unlike the state of the art, the use of two separating vessels in the process of the invention allows the delivery of high severity riser products and low severity riser products to separate separation systems, thus preventing products from the range of Distillation of LCO produced in the high severity riser mixes with the low aromatic LCO produced in the low severity riser.
Outro aspecto da invenção é a produção no riser de alta severidade de óleo clarificado de alto índice BMCI. A utilização de um vaso separador independente assegura que este óleo com características nobres e alto valor de mercado possa ser destinado a um tanque exclusivo para comercialização. O estudo das referências citadas mostra que a literatura não revela nem sugere, de modo individual ou combinado, as características de sistema e processo resultantes das pesquisas conduzidas pela Requerente e que permitiram a elaboração do presente pedido.Another aspect of the invention is the high severity riser production of BMCI high index clarified oil. The use of an independent separator vessel ensures that this noble oil with high market value can be destined for an exclusive tank for commercialization. The study of the cited references shows that the literature does not reveal or suggest, individually or in combination, the system and process characteristics resulting from the research conducted by the Applicant and which allowed the preparation of this application.
Deste modo, a técnica ainda necessita de um processo de craqueamento catalítico fluido de cargas mistas, em ausência de hidrogênio adicionado, utilizando um sistema de dois risers, sendo um primeiro riser de gasóleo, operado no modo de baixa severidade, gerando gasolina com arraste de hidrocarbonetos para o regenerador, que sobreaquece com redução de circulação e aumento na produção de óleo decantado, e um segundo riser; para o recraqueamento da gasolina produzida no dito primeiro riser, dito segundo riser atuando simultaneamente como resfríador de catalisador, corrigindo o problema de alta temperatura do Regenerador, convertendo olefinas e dienos da faixa da gasolina e melhorando a estabilidade e a octanagem e ainda, dito segundo ríser sendo origem de um reciclo de óleo decantado ou de uma fração leve do mesmo (HCO), de forma a aumentar a conversão de fundos, o resultado global do processo sendo a obtenção elevada de destilados médios, nafta craqueada e olefinas leves, tal processo e o aparato utilizado para efetuar dito processo sendo descritos e reivindicados no presente pedido.Thus, the technique still requires a mixed-charge fluid catalytic cracking process, in the absence of added hydrogen, using a two-riser system, a first diesel riser operating in low-severity mode, generating gasoline with low drag. hydrocarbons for the regenerator, which overheats with reduced circulation and increased decanted oil production, and a second riser; for dampening the gasoline produced in said first riser, said second riser acting simultaneously as a catalyst cooler, correcting the Regenerator's high temperature problem, converting gasoline olefins and dienes and improving stability and octane, and further said ríser being the origin of a decanted oil recycle or a light fraction (HCO), in order to increase the conversion of funds, the overall result of the process being the high obtaining of middle distillates, cracked naphtha and light olefins, such process. and the apparatus used to perform said process being described and claimed in the present application.
SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION
De um modo amplo, a invenção trata de um processo para a maximização de destilados médios de FCC que compreende efetuar o craqueamento de cargas mistas em um sistema de dois risers, um primeiro ríser de baixa severidade onde é craqueado gasóleo e um segundo ríser de alta severidade onde gasolina é recraqueada, dito segundo ríser conseguindo simultaneamente atuar como resfriador de catalisador, corrigindo o problema de alta temperatura do Regenerador, convertendo olefinas e dienos da faixa da gasolina enquanto melhora a estabilidade e a octanagem e recupera o rendimento de GLP, o catalisador gasto oriundo do dito primeiro ríser sendo misturado ao catalisador gasto do dito segundo ríser antes do retificador, e então dirigido para o regenerador, de onde recomeça o ciclo dirigindo-se ao dito segundo riser.Broadly speaking, the invention relates to a process for maximizing FCC middle distillates comprising cracking mixed loads in a two riser system, a first low-severity ridge where diesel is cracked and a second high-riser. severity where gasoline is depleted, said second riser while simultaneously acting as a catalyst cooler, correcting the regenerator's high temperature problem, converting gasoline olefins and dienes while improving stability and octane and recovering the LPG yield, the catalyst spent from said first riser being mixed with the spent catalyst of said second riser before the rectifier, and then directed to the regenerator, from where the cycle begins again addressing said second riser.
Assim, a invenção provê um processo para a maximização de destilados médios pelo craqueamento catalítico fluido de cargas mistas utilizando um sistema de duplo ríser, operando em severidades diferentes, onde o segundo ríser atua como resfriador de catalisador. A invenção provê também um processo para a maximização de destilados médios pelo craqueamento catalítico fluido de cargas mistas utilizando um sistema de duplo riser onde o segundo riser é a origem de um reciclo de óleo decantado ou de uma fração leve do óleo decantado (HCO), objetivando o aumento da conversão de fundos. A invenção provê ainda um processo para a maximização de destilados médios pelo craqueamento catalítico fluido de cargas mistas utilizando um sistema de duplo riser que leva à obtenção de nafta craqueada de alta octanagem. A invenção provê também um processo para a maximização de destilados médios pelo craqueamento catalítico fluido de cargas mistas utilizando um sistema de duplo riser, que leva à obtenção de olefinas leves. A invenção provê também um aparato constituído de dois risers, cada um dos mesmos levando a carga a ser craqueada a um separador independente, esses separadores estando conectados via um retificador comum a um regenerador para regeneração do catalisador gasto e reinicio do ciclo de craqueamento.Thus, the invention provides a process for maximizing middle distillates by fluid catalytic cracking of mixed loads using a dual-ridge system operating at different severities, where the second ridge acts as a catalyst cooler. The invention also provides a process for maximizing middle distillates by fluid catalytic cracking of mixed loads using a double riser system where the second riser is the origin of a decanted oil recycle or a light decanted oil fraction (HCO), aiming at increased fund conversion. The invention further provides a process for maximizing middle distillates by fluid catalytic cracking of mixed loads using a double riser system leading to high octane cracked naphtha. The invention also provides a process for maximizing middle distillates by fluid catalytic cracking of mixed loads using a double riser system, which leads to the production of light olefins. The invention also provides an apparatus consisting of two risers, each causing the load to be cracked to an independent separator, such separators being connected via a common rectifier to a regenerator for spent catalyst regeneration and cracking cycle restart.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A FIGURA 1 anexa ilustra esquematicamente umfluxograma da invenção em que os separadores se comunicam entre si e somente um dos mesmos é ligado ao regenerador. A FIGURA 2 anexa ilustra esquematicamente um fluxograma da publicação internacional WO 01/60951 utilizando dois risers.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying FIGURE 1 schematically illustrates a flowchart of the invention in which the separators communicate with each other and only one of them is connected to the regenerator. The accompanying FIGURE 2 schematically illustrates a flowchart of international publication WO 01/60951 using two risers.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS A presente invenção trata, pois, de um processo para a maximização de destilados médios a partir de cargas mistas de hidrocarbonetos, enquanto igualmente produz nafta craqueada de alta octanagem e olefinas leves úteis como insumos petroquímicos, o processo empregando uma tecnologia de craqueamento com A/serduplo, onde as condições de severidade são diferentes em cada um dos risers. A presente invenção apresenta soluções para uma série de problemas advindos da operação do FCC em baixa severidade.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention is therefore a process for maximizing middle distillates from mixed hydrocarbon fillers, while also producing high octane cracked naphtha and light olefins useful as petrochemical inputs, the process employing a technology. A / double cracking, where the severity conditions are different in each of the risers. The present invention provides solutions to a number of problems arising from low severity FCC operation.
Conforme o conceito da invenção, condições de baixa severidade significam temperatura de reação na faixa de 460°C a 520°C. Esta faixa de temperatura de reação quando se trata de cargas pesadas, tem como efeito pronunciada perda na eficiência de retificação, tendo reflexos significativos no arraste de hidrocarbonetos para o regenerador e, portanto, no aquecimento do mesmo. A este efeito, associa-se o da baixa demanda térmica pelo riser, resultando em relação catalisador/óleo na faixa de 3,0 a 6,0, aumentando a produção de óleo decantado, além de aumentar cumulativamente a temperatura do regenerador.According to the concept of the invention, low severity conditions mean reaction temperature in the range of 460 ° C to 520 ° C. This reaction temperature range when dealing with heavy loads, has the pronounced effect on grinding efficiency loss, having significant effects on the hydrocarbon dragging to the regenerator and, therefore, on its heating. This is associated with the low thermal demand for the riser, resulting in a catalyst / oil ratio in the range of 3.0 to 6.0, increasing the production of decanted oil, and cumulatively increasing the regenerator temperature.
Ainda conforme a invenção, condições de alta severidade significam temperatura de reação na faixa de 560°C a 620°C. Aplicada a cargas leves, com baixa tendência à formação de coque, resulta em demanda térmica pelo riser extremamente elevada causada pela alta endotermia das reações de craqueamento resultando em relação catalisador/óleo muito elevada, na faixa de 15 a 50, reduzindo drasticamente a temperatura do regenerador.Also according to the invention, high severity conditions mean reaction temperature in the range of 560 ° C to 620 ° C. Applied to light loads, with a low tendency to coke formation, it results in extremely high riser thermal demand caused by high endotherm cracking reactions resulting in very high catalyst / oil ratio in the range of 15 to 50 ° C, drastically reducing the temperature of the coke. regenerator.
Ao operar-se a unidade de FCC em modo de baixa severidade, de forma a permitir uma melhora na qualidade do destilado médio produzido, utilizam-se temperaturas baixas em relação à operação tradicional para máxima gasolina.When operating the FCC unit in low severity mode to allow for improved quality of the average distillate produced, low temperatures compared to traditional operation for maximum gasoline are used.
Como conseqüência os rendimentos de produtos leves e gasolina são minimizados. A menor temperatura de reação contribui para uma menor eficiência de retificação e para o arraste de hidrocarbonetos para o Regenerador, que tende a sobre-aquecer. Este fato provoca uma queda na circulação e um aumento na produção de óleo decantado Outro efeito da operação de médios é o aumento de olefinas e dienos na gasolina, podendo levar a problemas de estabilidade do produto.As a result yields of light products and gasoline are minimized. The lower reaction temperature contributes to lower grinding efficiency and the dragging of hydrocarbons to the Regenerator, which tends to overheat. This fact causes a decrease in circulation and an increase in the production of decanted oil. Another effect of medium operation is the increase of olefins and dienes in gasoline, which may lead to product stability problems.
Na invenção, o primeiro riseré o de baixa severidade e o segundo, o riser de alta severidade.In the invention, the first riser is low severity and the second riser high severity.
Assim, a presente invenção descreve a utilização de um segundo riser além do riser de gasóleo, para o recraqueamento de gasolina, dito segundo riser conseguindo simultaneamente atuar como resfriador de catalisador, corrigindo o problema de alta temperatura do Regenerador, convertendo olefinas e dienos da faixa da gasolina enquanto melhora a estabilidade e a octanagem e recupera o rendimento de GLP.Thus, the present invention describes the use of a second riser in addition to the diesel riser for gasoline downtime, said second riser while simultaneously acting as a catalyst cooler, correcting the high temperature problem of the Regenerator, converting olefins and dienes in the range. gasoline while improving stability and octane and recovering LPG yield.
No segundo riseré feito um reciclo de óleo decantado ou de uma fração leve do mesmo (HCO), de forma a aumentar a conversão de fundos. Para favorecer a redução da temperatura de fase densa e interromper as reações de craqueamento secundárias (transferência de hidrogênio), injeta-se um fluido resfriador no riser de baixa severidade, de forma a manter a circulação necessária ao máximo craqueamento da carga com reduzido aumento da aromaticidade. A etapa de retificação do catalisador gasto, para remoção dos hidrocarbonetos residuais tem um impacto direto na redução da temperatura de fase densa, aumentando a recuperação de produtos e acarretando uma maior circulação de catalisador para o riser. Como em operação de médios a temperatura do riseré reduzida, observa-se uma piora na etapa de retificação.In the second riser, a decanted oil or light fraction (HCO) recycle is made to increase the conversion of funds. In order to favor the reduction of the dense phase temperature and to interrupt the secondary cracking reactions (hydrogen transfer), a low-severity riser coolant is injected in order to maintain the necessary circulation to the maximum cracking of the load with reduced increase of the load. aromaticity. The spent catalyst rectification step for the removal of residual hydrocarbons has a direct impact on reducing the dense phase temperature, increasing product recovery and causing greater catalyst circulation to the riser. As in medium operation the reduced riser temperature is observed a worsening in the rectification step.
Porém, na presente invenção este problema também é superado.However, in the present invention this problem is also overcome.
No sistema de dois rísers, no primeiro riseré alimentada a carga principal da unidade, composta tipicamente de um gasóleo de vácuo ou de um resíduo atmosférico, mas incluindo também hidrocarbonetos pesados da mesma faixa de destilação oriundos de outros processos da refinaria.In the two-riser system, in the first riser the main load of the unit is fed, typically consisting of vacuum gas oil or atmospheric residue, but also including heavy hydrocarbons of the same distillation range from other refinery processes.
No primeiro ríser, pode-se utilizar opcionalmente a injeção de uma corrente de resfriamento.In the first ridge, the injection of a cooling current may optionally be used.
No segundo riseré injetada uma corrente de reciclo da nafta craqueada leve. O reciclo da nafta craqueada converte uma parte substancial das olefinas a produtos mais leves, revertendo os problemas de especificação de gasolina mencionados anteriormente e conseguindo recuperar uma parcela importante dos rendimentos de olefinas C3-C4, sacrificadas pela operação na condição de minimização do teor de aromáticos no LCO.In the second riser is injected a light cracked naphtha recycling chain. Recycling cracked naphtha converts a substantial part of the olefins to lighter products, reversing the gasoline specification problems mentioned above and successfully recovering a significant portion of the C3-C4 olefin yields sacrificed by operation in the condition of minimizing aromatic content. at the LCO.
Concomitantemente ao acerto da qualidade, o reciclo da nafta craqueada para o segundo ríser funciona como um resfriador de catalisador, atuando de forma corretiva sobre o sobre-aquecimento do Regenerador. O reciclo da nafta demanda uma quantidade grande de energia do regenerador para a sua vaporização e para as reações endotérmicas de craqueamento, que produzem muito pouco coque combustível para o regenerador. O balanço desses dois efeitos é uma retirada líquida de energia do regenerador, com o conseqüente resfriamento do mesmo.At the same time as the quality adjustment, the cracked naphtha recycle for the second riser acts as a catalyst cooler, acting correctly on the Regenerator overheating. Naphtha recycling requires a large amount of energy from the regenerator for vaporization and endothermic cracking reactions, which produce very little fuel coke for the regenerator. The balance of these two effects is a net energy withdrawal from the regenerator, with the consequent cooling of it.
Para reduzir a produção de óleo decantado, propõe-se o seu reciclo ou o um reciclo de um produto intermediário com uma faixa de destilação de 370- 470°C (HCO-Heavy Cycle Oil). Este produto deve ser introduzido no segundo riser(riser2, de alta severidade ou secundário) em uma altura superior ao meio do mesmo. O ponto ótimo de injeção deve ser situado na faixa de H/2 a H/3, onde H é a altura do riser. O resfriamento do regenerador podería ser obtido com o recurso da instalação de um resfriador de catalisador, contudo, o resfriador não solucionaria a dificuldade de retificar os produtos da reação à baixa temperatura necessária para obter o LCO com a qualidade desejada. A presente invenção também propõe uma forma de permitir o aumento da eficiência de retificação, mesmo estando o riser principal operando com baixas temperaturas de reação. O aumento da temperatura de retificação é obtido por intermédio da mistura do catalisador efluente do riser 2 de craqueamento de nafta com o catalisador efluente do riser 1 de craqueamento de cargas pesadas, mistura essa realizada antes da alimentação ao retificador.To reduce the production of decanted oil, it is proposed to recycle or recycle an intermediate product with a 370-470 ° C (HCO-Heavy Cycle Oil) distillation range. This product should be inserted into the second riser (high severity or secondary riser2) at a height higher than the middle of it. The optimal injection point should be in the range H / 2 to H / 3, where H is the height of the riser. Regenerator cooling could be achieved by installing a catalyst chiller, however, the chiller would not solve the difficulty of rectifying the low temperature reaction products needed to achieve the desired quality LCO. The present invention also proposes a way to increase grinding efficiency even though the main riser is operating at low reaction temperatures. Increasing the grinding temperature is achieved by mixing the naphtha cracking riser 2 effluent catalyst with the heavy duty cracking riser 1 effluent catalyst, which is performed prior to feeding to the rectifier.
Esta elevação de temperatura é possível por dois motivos. O primeiro: a temperatura de reação do riser 2, controlada no final do riser é significativamente superior à do riser 1 ou de baixa severidade. O segundo: a massa de catalisador circulante no riserl é equivalente à massa de catalisador circulante no riser 1. O exemplo a seguir é ilustrativo desta situação.This temperature rise is possible for two reasons. First, the reaction temperature of riser 2 controlled at the end of the riser is significantly higher than that of riser 1 or of low severity. The second: the circulating catalyst mass in riser1 is equivalent to the circulating catalyst mass in riser 1. The following example is illustrative of this situation.
Admite-se um rendimento típico de nafta em relação à carga da unidade de 30% em peso. Esta nafta à temperatura na faixa de 30°C a 50°C, é totalmente reciclada para o riser 2 ou de alta severidade, cuja temperatura de reação é controlada na faixa de 550°C a 620°C, preferivelmente 580°C a 600°C, ajustando-se no presente exemplo em 590°C.A typical naphtha yield to unit load of 30% by weight is allowed. This naphtha at a temperature in the range of 30 ° C to 50 ° C is fully recycled to riser 2 or high severity, whose reaction temperature is controlled in the range of 550 ° C to 620 ° C, preferably 580 ° C to 600 ° C. ° C by adjusting in the present example to 590 ° C.
No riser 1, que processa a carga pesada, a temperatura de reação é controlada na faixa de 460°C a 520°C, preferivelmente 480°C a 500°C, ajustando-se no presente exemplo em 490°C. A temperatura do leito do regenerador é ajustada preferivelmente na faixa de 685°C a 710°C mediante adequado controle da temperatura da carga para o riser 1 na faixa de 150°C a 300°C.In the riser 1, which processes the heavy load, the reaction temperature is controlled in the range of 460 ° C to 520 ° C, preferably 480 ° C to 500 ° C, in the present example setting 490 ° C. The regenerator bed temperature is preferably adjusted in the range of 685 ° C to 710 ° C by adequate load temperature control for riser 1 in the range 150 ° C to 300 ° C.
As respectivas demandas térmicas dos risers 1 e 2 resultam em vazões mássicas de catalisador tais que a circulação no riser 2 toma-se equivalente à do riser 1, a despeito da vazão de carga do riser 2 ser a terça parte da vazão do riser 1. A temperatura do catalisador no retificador situa-se portanto em valor próximo de 540°C típico de operações convencionais, propiciando retificação com alta eficiência, eliminando os inconvenientes da retificação a baixa severidade A invenção compreende, pois um primeiro aspecto que diz respeito ao processo de craqueamento catalítico para maximização de destilados médios, obtenção de nafta de alta octanagem e obtenção de olefinas leves. A invenção compreende um segundo aspecto que diz respeito ao sistema de rísers, separadores, retificadores, regenerador e linhas de reciclo destinados a permitir a consecução do processo da invenção. A invenção compreende um terceiro aspecto que diz respeito ao uso de um catalisador de craqueamento de baixa acidez e reduzida transferência de hidrogênio, a fim de que o teor de aromáticos seja o mais baixo possível. O emprego deste tipo de catalisador permite uma boa seletividade a LCO com relações catalisador / óleo moderadas, da ordem de 6-7 sem que seja necessário reduzir a temperatura de reação abaixo de 490°C. Este aspecto é essencial para o processamento de cargas com características naftênico- aromáticas, pois evita a excessiva produção de óleo decantado, ainda no primeiro riser. A relação C/O no primeiro riser, de baixa severidade, está entre 3,0 e 7,0, e no segundo riser; de alta severidade, entre 15,0 e 50,0.The respective thermal demands of risers 1 and 2 result in catalyst mass flow rates such that the circulation in riser 2 becomes equivalent to that of riser 1, although the riser 2 loading rate is one third of the riser 1 flow rate. The temperature of the catalyst in the rectifier is therefore close to 540 ° C typical of conventional operations, providing high efficiency grinding, eliminating the drawbacks of low severity grinding. catalytic cracking for maximizing middle distillates, obtaining high octane naphtha and obtaining light olefins. The invention comprises a second aspect with respect to the system of rissers, separators, rectifiers, regenerator and recycle lines for carrying out the process of the invention. The invention comprises a third aspect regarding the use of a low acid cracking catalyst and low hydrogen transfer, so that the aromatic content is as low as possible. The use of this type of catalyst allows good LCO selectivity with moderate catalyst / oil ratios of 6-7 without reducing the reaction temperature below 490 ° C. This aspect is essential for the processing of cargo with naphthenic-aromatic characteristics, as it avoids the excessive production of decanted oil even in the first riser. The C / O ratio in the first low severity riser is between 3.0 and 7.0, and in the second riser; high severity, between 15.0 and 50.0.
As cargas úteis para o processo incluem cargas pesadas como gasóleo pesado de vácuo (GOPDD), ou mais pesadas que a anterior, provenientes do fundo de torres atmosféricas, denominadas de resíduo atmosférico (RAT), ou ainda misturas dessas correntes.The payloads for the process include heavy loads such as vacuum heavy gas oil (GOPDD), or heavier than the previous one, from the bottom of atmospheric towers, called atmospheric residue (RAT), or mixtures thereof.
Os produtos obtidos estão na faixa de, em porcentual em peso, gás entre 3 e 7, GLP 9 a 15, nafta craqueada entre 15 e 23, destilado médio entre 37 e 45, LCO diluente entre 4,5 e 7,5, óleo decantado entre 3,5 e 6,5 e coque, 7 a 10.The products obtained are in the percentage of by weight, gas between 3 and 7, LPG 9 to 15, cracked naphtha between 15 and 23, average distillate between 37 and 45, LCO diluent between 4.5 and 7.5, oil decanted between 3.5 and 6.5 and coke, 7 to 10.
As propriedades dos produtos como nafta e destilado médio compreendem IC (índice de cetano) entre 30 e 38 e MON entre 82 e 85. O processo para maximização de destilados médios de FCC utilizando o sistema de duplo riser da invenção será descrito a seguir com relação à Figura 1.The properties of the products as naphtha and medium distillate comprise IC (cetane index) between 30 and 38 and MON between 82 and 85. The process for maximizing FCC middle distillates using the double riser system of the invention will be described hereinafter with respect to to Figure 1.
Conforme a Figura 1, onde o numeral 100 representa de modo geral o sistema proposto, uma carga 10 é injetada em um primeiro riser21 dito de baixa severidade, se encontrando com o catalisador regenerado quente vindo do regenerador 50 através do duto 22. No riser 21 ocorrem reações de craqueamento a temperaturas entre 460-520°C, tipicamente 480-500°C, a relação catalisador/óleo estando entre 3,0 e 7,0, com produção de hidrocarbonetos mais leves que a carga: gasolina, GLP, gás e LCO. No primeiro riser2\ é possível injetar uma corrente de resfriamento 25, que pode ser água ou nafta. O produto vapor do primeiro riser21 é separado do catalisador no vaso 30 e dirigido via a linha de transferência 32 para a torre fracionadora 60. O catalisador do vaso 30 é encaminhado para o retificador 43 onde se junta com o catalisador do segundo riser 23. Uma válvula do duto 44 impede que o produto vapor do segundo riser 23 contamine o do primeiro riser 21.According to Figure 1, where numeral 100 generally represents the proposed system, a load 10 is injected into a low-severity first riser21, meeting the hot regenerated catalyst coming from regenerator 50 through duct 22. No riser 21 cracking reactions occur at temperatures between 460-520 ° C, typically 480-500 ° C, the catalyst / oil ratio being between 3.0 and 7.0, with hydrocarbon production lighter than the load: gasoline, LPG, gas and LCO. In the first riser2 \ it is possible to inject a cooling stream 25, which may be water or naphtha. The vapor product of the first riser21 is separated from the catalyst in vessel 30 and directed via transfer line 32 to the fractionating tower 60. The catalyst from vessel 30 is routed to rectifier 43 where it joins the second riser catalyst 23. A duct valve 44 prevents vapor product from second riser 23 from contaminating that of first riser 21.
Na torre fracionadora 60, o produto vapor é condensado e fracionado conforme as faixas de destilação dos hidrocarbonetos. No topo da torre 60 são retirados os produtos mais voláteis via 61, que são separados em gás total 63 e nafta leve 64 no condensador de topo 62 da torre 60. A nafta leve 64 é encaminhada para a base do segundo riser 23 onde continua a reagir, removendo calor do sistema. A torre fracionadora 60 produz ainda a nafta pesada 65 e o LCO 66 de baixa aromatícidade que são encaminhados ao hidrotratamento para incorporação ao pool de diesel. O HCO 67 é retirado opcionalmente e encaminhado junto ou no lugar do óleo decantado 68 para um ponto intermediário do segundo riser 23. O segundo riser 23 trabalha em alta severidade, em temperaturas entre 560- 620°C, tipicamente 580-600°C e relação catalisador óleo entre 15,0 e 50,0, convertendo os hidrocarbonetos pesados do fundo da fracionadora 60 enviados via a linha 67 e as olefinas da nafta leve enviadas via a linha 64, o que melhora a qualidade desses hidrocarbonetos. O catalisador para o segundo riser 23 é alimentado do regenerador 50 através do duto 24. O produto vapor do segundo riser 23 é separado do catalisador no vaso 40, seguindo pela linha de transferência 42 para a segunda torre fracionadora 70 onde os produtos são condensados e fracionados.In the fractionating tower 60, the vapor product is condensed and fractionated according to the hydrocarbon distillation ranges. At the top of tower 60 the most volatile products are removed via 61, which are separated into total gas 63 and light naphtha 64 at the top condenser 62 of tower 60. Light naphtha 64 is routed to the base of the second riser 23 where it continues to flow. react by removing heat from the system. Fractionating tower 60 also produces low-aromatic heavy naphtha 65 and LCO 66 which are sent to hydrotreating for incorporation into the diesel pool. HCO 67 is optionally withdrawn and routed to or in place of decanted oil 68 to an intermediate point of the second riser 23. The second riser 23 works at high severity at temperatures between 560-620 ° C, typically 580-600 ° C and oil catalyst ratio between 15.0 and 50.0, converting the bottom 60 heavy hydrocarbons shipped via line 67 and the light naphtha olefins shipped via line 64, which improves the quality of these hydrocarbons. The catalyst for the second riser 23 is fed from the regenerator 50 through the duct 24. The steam product of the second riser 23 is separated from the catalyst in vessel 40, following the transfer line 42 to the second fractionating tower 70 where the products are condensed and fractionated.
Os produtos leves são retirados do topo da torre fracionadora 70 via a linha de transferência 71 para o condensador de topo 72. A fração não condensada dos produtos leves (gás combustível e GLP) é retirada via a linha de transferência 73 e a fração líquida (nafta leve) se junta à linha de retirada de nafta pesada 74 sendo posteriormente encaminhada para o poo/de gasolina da refinaria. Nas regiões inferiores da torre 70, são retiradas as correntes de LCO da alta severidade 75 e o óleo decantado 76, ambas encaminhadas para óleo combustível. O catalisador gasto do segundo riser 2Z, separado dos produtos no vaso 40 se junta ao catalisador gasto do primeiro riser21, vindo do vaso 30 e segue para o retificador 43. A mistura do catalisador mais quente do segundo riser23 com o mais frio do primeiro riser 21 permite que se atinja uma temperatura média mais alta, contribuindo para a boa retificação do último. A temperatura média do retificador é de cerca de 540°C, similar à dos processos usuais de FCC, proporcionando retificação com alta eficiência. O catalisador retificado e recoberto de coque resultante do processo é encaminhado para o regenerador 50 através do duto 41. No regenerador 50 o coque é queimado, limpando o catalisador para um novo ciclo e gerando a maior parte da energia requerida pelo processo.The light products are removed from the top of the fractionating tower 70 via the transfer line 71 to the top condenser 72. The noncondensed fraction of the light products (fuel gas and LPG) is removed via the transfer line 73 and the liquid fraction ( light naphtha) joins the heavy naphtha withdrawal line 74 and is then routed to the refinery's gasoline / well. In the lower regions of tower 70, high severity LCO streams 75 and decanted oil 76 are withdrawn, both of which are routed to fuel oil. The second riser catalyst 2Z, separated from the products in vessel 40, joins the first riser21 spent catalyst from vessel 30 and proceeds to rectifier 43. The mixture of the second riser23 warmer catalyst and the first riser colder 21 allows a higher average temperature to be reached, contributing to the good rectification of the latter. The average rectifier temperature is about 540 ° C, similar to the usual FCC processes, providing high efficiency rectification. The resulting coke-coated rectified catalyst is routed to regenerator 50 through duct 41. In regenerator 50 the coke is burned, cleaning the catalyst for a new cycle and generating most of the energy required by the process.
Os dutos 22, 24, 41 e 44 são dotados de válvulas (não numeradas), destinadas a evitar contaminações de produtos entre si. A baixa severidade empregada no riser 21 é uma exigência natural do processo de maximização de médios, tendo como drawback o aumento da produção de óleo decantado (óleo combustível, sem colocação no mercado), a produção de gasolina de baixo índice de octano e baixa estabilidade, além da baixa produção de GLP. A redução da produção de gasolina é assimilável considerando a tendência do mercado no sentido da dieselização.Pipelines 22, 24, 41 and 44 are fitted with (unnumbered) valves to prevent product contamination with one another. The low severity employed in riser 21 is a natural requirement of the midrange maximization process, with drawback being increased production of decanted oil (non-market fuel oil), low octane gasoline production and low stability , besides the low production of LPG. The reduction in gasoline production is assimilable considering the market trend towards dieselization.
Assim o riser 23 de alta severidade, cumpre com quatro funções: transformar os excedentes de óleo combustível reciclado e a gasolina em derivados leves principalmente o GLP onde se encontra o propeno, produto de alto valor para a petroquímica; corrigir a inaceitável qualidade da gasolina produzida na operação de baixa severidade do riser 21; permitir a operação do retificador 43 em temperaturas que garantam boa eficiência, conforme discutido anteriormente no presente relatório, através da alta circulação definida pelo craqueamento de nafta; e, ajustar o balanço térmico da unidade. O craqueamento do óleo decantado, corrente 68, tende a aquecer o regenerador, fato contornado pela quarta função do riser 23 que permite evitar o uso de um resfriador de catalisador, graças à alta endotermia de reação da nafta e pelo seu alto calor de vaporização que asseguram uma relação catalisador / óleo na faixa de 15 a 50. O craqueamento conjugado da nafta craqueada e do óleo decantado ou HCO reciclado, permite que o craqueamento seja efetuado em condições favoráveis para o óleo decantado, pois o catalisador que já está com uma pequena quantidade de coque depositado, apresenta redução de atividade catalítica, minimizando a produção de coque gerado a partir do óleo decantado.Thus, the high severity riser 23 has four functions: transforming surplus recycled fuel oil and gasoline into light derivatives, mainly LPG, where propylene is a product of high value for petrochemicals; correct the unacceptable quality of gasoline produced in the low severity operation of the riser 21; allow operation of rectifier 43 at temperatures that ensure good efficiency, as discussed earlier in this report, through the high circulation defined by naphtha cracking; and adjust the thermal balance of the unit. The cracking of the decanted oil, current 68, tends to heat the regenerator, which is circumvented by the fourth function of riser 23 which allows the use of a catalyst cooler to be avoided, thanks to the high reaction endotherm of naphtha and its high vaporization heat. ensure a catalyst / oil ratio in the range of 15 to 50. The combined cracking of cracked naphtha and decanted oil or recycled HCO allows cracking to be carried out under favorable conditions for the decanted oil, as the catalyst that already has a small The amount of coke deposited reduces catalytic activity, minimizing the production of coke generated from the decanted oil.
Em função da demanda energética gerada pelo craqueamento da nafta, o riser de alta severidade terá uma elevada relação catalisador/óleo, que também favorece o craqueamento do óleo decantado, além de promover a redução da temperatura de fase densa do regenerador. E a Figura 2 é um fluxograma relativo ao fracionamento dos produtos da reação obtidos a partir do processo objeto da publicação WO 01/60951. Este fluxograma não consta da referida publicação e se destina a ilustrar, de modo enfático, algumas diferenças entre a referida publicação e o presente pedido. O fluxograma da Figura 2 compreende duas torres. A primeira torre T1, uma fracionadora primária, recebe os produtos do riser R1 o qual recebe a carga F da unidade. A dita fracionadora T1 produz apenas duas correntes B e C. A corrente B contém o LCO e mais leves, e é enviada para a segunda torre T2. A corrente C, mais pesada que o LCO, é enviada para o riser R2. A segunda torre T2 é a fracionadora principal onde são obtidas todas as correntes do FCC.Due to the energy demand generated by naphtha cracking, the high severity riser will have a high catalyst / oil ratio, which also favors the cracking of decanted oil, as well as reducing the dense phase temperature of the regenerator. And Figure 2 is a flowchart concerning the fractionation of reaction products obtained from the process object of WO 01/60951. This flow chart is not contained in said publication and is intended to illustrate emphatically some differences between said publication and the present application. The flowchart of Figure 2 comprises two towers. The first tower T1, a primary fractionator, receives the products of riser R1 which receives the load F from the unit. Said fractionator T1 produces only two streams B and C. The current B contains the LCO and lighter, and is sent to the second tower T2. Current C, heavier than LCO, is sent to riser R2. The second tower T2 is the main fractionator where all FCC currents are obtained.
As correntes mais pesadas que o LCO (>370°C), o HCO e a borra (o óleo decantado é chamado de borra, ou slurry), da torre T2 são reunidas formando a corrente E, enviada para o riser R2 onde entra em elevação abaixo da corrente C. A corrente D resultante do craqueamento destas correntes pesadas no riser R2 é misturada à corrente A, proveniente do topo da torre T1, a junção das duas correntes A e D, constituindo-se na corrente G, carga da fracionadora principal T2.The currents heavier than the LCO (> 370 ° C), HCO and sludge (the decanted oil is called sludge) from tower T2 are gathered together to form current E, sent to riser R2 where it comes into contact. elevation below current C. The current D resulting from the cracking of these heavy currents in riser R2 is mixed with current A from the top of tower T1, the junction of the two currents A and D constituting current G, fractionator load main T2.
Na configuração dessa publicação internacional, a corrente D obtida do craqueamento de cargas pesadas em um segundo riser é misturada à corrente B, principal produto da unidade, obtida do craqueamento da carga da unidade e alimentada à fracionadora principal. A corrente D contém um LCO de baixa qualidade devido à natureza da carga do riser R2 no qual a corrente D é produzida. A má qualidade da carga do Riser R2 fica patente quando se observa que suas duas cargas C e E são reciclos de correntes obtidas por craqueamento. A corrente C pode-se dizer que é um reciclo pesado, PIE 370°C, fruto do craqueamento no riser R1. Já a corrente E igualmente com PIE > 370°C, reflete em sua composição a presença da corrente D fruto de craqueamento em série nos risers R1 e R2, portanto de aromaticidade extremamente elevada.In the configuration of this international publication, current D obtained from heavy load cracking in a second riser is mixed with current B, the unit's main product, obtained from unit load cracking and fed to the main fractionator. Stream D contains a low quality LCO due to the nature of the riser load R2 in which stream D is produced. The poor payload quality of the Riser R2 is evident from the fact that its two payloads C and E are recycled from cracked chains. Chain C can be said to be a heavy recycle, PIE 370 ° C, the result of cracking on riser R1. The current E also with PIE> 370 ° C, reflects in its composition the presence of the current D cracking fruit in risers R1 and R2, therefore extremely high aromaticity.
Assim, o alegado alto rendimento de LCO fica prejudicado em termos de qualidade, devido à não segregação da corrente D proveniente do riser R2, o que exigiría uma terceira torre, aumentando a complexidade do processo. De todo modo, a inclusão da terceira torre melhoraria a qualidade do produto mas, conforme mencionado, reduziría o alegado rendimento de LCO. Já no presente pedido, com apenas duas torres, 60 e 70 obtém-se a segregação das cargas. Os produtos de PIE > 370°C obtidos na fracionadora principal 60 são enviados ao riser 23, no presente caso um riser de alta severidade, já que craqueia nafta também proveniente da dita fracionadora principal, injetada em um ponto inferior. A fracionadora secundária 70, menor que a primeira, tem a função de separar os produtos do riser 23 que são segregados e encaminhados para tanques. O processo da invenção será ilustrado a seguir por um Exemplo ilustrativo que não deve ser considerado limitativo.Thus, the alleged high yield of LCO is impaired in quality due to the non-segregation of current D from riser R2, which would require a third tower, increasing the complexity of the process. In any case, the inclusion of the third tower would improve product quality but, as mentioned, would reduce the alleged LCO yield. Already in the present order, with only two towers, 60 and 70 is obtained the segregation of the loads. The PIE products> 370 ° C obtained in the main fractionator 60 are sent to riser 23, in this case a high severity riser, since cracking naphtha also comes from said main fractionator, injected at a lower point. Secondary fractionator 70, smaller than the first, has the function of separating riser 23 products that are segregated and sent to tanks. The process of the invention will be illustrated below by an illustrative Example which is not to be construed as limiting.
EXEMPLOEXAMPLE
Foram realizadas várias corridas em unidade de FCC de laboratório (ACE), com sistema catalítico apropriado (alto teor de matriz) para simular o sistema reacional do processo. A carga utilizada para o primeiro riser, riser de médios ou de baixa severidade, foi uma mistura de gasóleo pesado de vácuo e gasóleo de coque na proporção de 85/15. As principais propriedades desta carga são as seguintes: API= 18,5, Nitrogênio básico = 1338 ppm, Ponto de anilina = 80, S =0,65 % peso. A temperatura de reação adotada foi de 480°C e a relação catalisador/óleo variou de 3 a 9 (severidade).Several runs were performed in laboratory FCC unit (ACE) with appropriate catalytic system (high matrix content) to simulate the process reaction system. The load used for the first riser, medium or low severity riser, was a 85/15 mixture of vacuum heavy diesel and coke diesel. The main properties of this load are as follows: API = 18.5, Basic nitrogen = 1338 ppm, Aniline point = 80, S = 0.65% weight. The reaction temperature adopted was 480 ° C and the catalyst / oil ratio ranged from 3 to 9 (severity).
No segundo riser, riser de alta severidade, utilizou-se como carga uma mistura contendo 50% de nafta craqueada e 50% de óleo decantado oriundos de uma operação de FCC em baixa severidade. A temperatura de reação foi de 595°C para o óleo decantado e nafta, com C/O na faixa de 3 a 9. O perfil de rendimentos globais encontra-se na Tabela 1 a seguir.In the second, high severity riser, a mixture containing 50% cracked naphtha and 50% decanted oil from a low severity FCC operation was used as a filler. The reaction temperature was 595 ° C for decanted oil and naphtha, with C / O ranging from 3 to 9. The overall yield profile is shown in Table 1 below.
Com base nos resultados da análise instrumental, SFC e de PIANIO, foram estimadas algumas propriedades da nafta craqueada e do destilado médio.Based on the results of the instrumental analysis, SFC and PIANIO, some properties of cracked naphtha and middle distillate were estimated.
Destilado médio: índice de cetano (IC) de 35, teor de aromáticos 47% Nafta: MON = 84,5, RON 92,5 e teor de olefinas de 19,7% Como pode ser verificado, utilizando-se o processo proposto, é possível produzir um destilado médio com baixa aromaticidade, comparado ao teor de aromáticos presente nos LCOs provenientes de uma operação convencional de FCC (IC= 20).Average distillate: cetane index (IC) 35, aromatic content 47% Naphtha: MON = 84.5, RON 92.5 and olefin content 19.7% As can be verified using the proposed process, It is possible to produce a medium distillate with low aromaticity compared to the aromatic content present in the LCOs from a conventional FCC operation (IC = 20).
Além disso, produz-se uma gasolina de alta qualidade, ou seja, alta octanagem e baixo teor de olefinas, fato que propicia uma boa estabilidade química. É importante observar que os rendimentos dos demais produtos são semelhantes aos rendimentos alcançados em uma unidade convencional de FCC, ou seja, não se observa nenhum dos problemas inerentes a uma operação de baixa severidade, que seriam a baixa conversão de fundos, o baixo rendimento de GLP e a produção de uma gasolina instável e de baixa octanagem.In addition, high quality gasoline is produced, ie high octane and low olefin content, which provides good chemical stability. It is important to note that the yields of the other products are similar to the yields achieved in a conventional FCC unit, ie none of the problems inherent in a low severity operation, which would be low fund conversion, low yield of LPG and the production of unstable low-octane gasoline.
Um segundo aspecto da invenção é um aparato composto de um sistema de risers geralmente designado pelo numeral 100, empregado para efetuar o processo da invenção. O aparato 100 compreende, conforme ilustrado na Figura 1: a) uma seção de reação constituída de: i) um primeiro ríser 21, de baixa severidade, onde é injetada uma carga 10 para sofrer reações de craqueamento catalítico fluido de baixa severidade, e uma corrente opcional de resfriamento 25, a extremidade superior do dito riser 21 estando conectada a um primeiro separador 30, dito primeiro separador 30 sendo conectado via um duto 44 a um segundo separador 40,a enquanto pelo fundo do dito separador 30 o catalisador gasto é dirigido via o duto 44 para o separador 40 onde se combina ao catalisador separado no dito separador 40, a fração combinada de catalisador gasto separada sendo acumulada no retificador comum 43 e dali dirigida via o duto 41 34para o regenerador 50 para queima de coque do catalisador; ii) um segundo ríser2Z, de alta severidade, onde é injetada a H/2 ou H/3 uma corrente de fundo 67 da torre fracionadora 60, junto ou no lugar da corrente de óleo decantado 68, provenientes da torre fracionadora 60 e sendo também recraqueada no mesmo riser2Z a nafta leve 64 de fundo do vaso de topo 62, dito riser 23 recebendo catalisador do regenerador 50 via o duto 24; b) uma seção de separação/purificação, constituída de: i) uma torre fracionadora principal 60 conectada ao separador 30 para receber os produtos de separação do dito separador via a linha de transferência 32; ii) um separador de topo 62 conectado à torre fracionadora 60 para receber produtos de topo via a linha de transferência 61 e liberar gases GLP e GC; iii) uma torre retificadora 70 conectada ao separador 40 para receber os produtos de topo via a linha 42 e liberar LCO via a linha de transferência 75 e óleo decantado via a linha de transferência 76 pelo fundo da dita torre; iv) um separador de topo 72 conectado à dita torre 70 para receber produtos de topo da dita torre via a linha de transferência 71 e liberar gases pelo topo via a linha de transferência 73 enquanto pelo fundo do dito separador é recuperada nafta via a linha 74, que se une à corrente também de nafta oriunda da mesma torre 70; e onde o funcionamento do dito sistema 100 permite: i) produzir destilado médio em proporção acima de 37% em peso em relação à carga com densidade e aromaticidade reduzidas em relação ao processo convencional de FCC a partir de cargas pesadas refratárias a craqueamento; ii) resfriar o catalisador, pelo reciclo da nafta craqueada 64 para o segundo riser 23, causado pela demanda de energia do dito regenerador 43 para a vaporização da nafta e para as reações endotérmicas de craqueamento, atuando de forma corretiva sobre o sobre-aquecimento do regenerador 60; iii) reduzir a produção de óleo decantado, dirigindo um reciclo de um produto intermediário 67 ou de uma fração leve do mesmo com uma faixa de destilação de 370-470°C (HCO-Heavy Cycle Oil), dito produto sendo introduzido no segundo riser 23 em uma altura superior na faixa de H/2 a H/3; iv) aumentar a eficiência de retificação por aquecimento do retificador 43 com o catalisador proveniente do riserlZ de alta severidade, o que permite a redução da temperatura de fase densa; v) reduzir a produção de óleo combustível (óleo decantado) como conseqüência do recraqueamento do óleo decantado juntamente com a nafta em um riser 23 de alta severidade.A second aspect of the invention is an apparatus composed of a riser system generally designated numeral 100 employed to carry out the process of the invention. Apparatus 100 comprises, as shown in Figure 1: a) a reaction section consisting of: i) a low-severity first ridge 21, where a load 10 is injected to undergo low-severity fluid catalytic cracking reactions, and a optional cooling stream 25, the upper end of said riser 21 being connected to a first separator 30, said first separator 30 being connected via a duct 44 to a second separator 40, while at the bottom of said separator 30 the spent catalyst is directed via duct 44 to separator 40 where it combines with the separate catalyst in said separator 40, the separated spent spent catalyst fraction being accumulated in the common rectifier 43 and thereafter directed via duct 41 34 to the catalyst coke firing regenerator 50; (ii) a second, high severity riser2Z, where a bottom stream 67 from the fractionating tower 60 is injected at H / 2 or H / 3 together with or in the place of the decanted oil stream 68 from the fractionating tower 60 and also being in the same riser 2Z the bottom light naphtha 64 of the top vessel 62, said riser 23 receiving catalyst from the regenerator 50 via the duct 24; b) a separation / purification section consisting of: i) a main fractionating tower 60 connected to the separator 30 to receive the separating products from said separator via the transfer line 32; ii) a top separator 62 connected to the fractionating tower 60 for receiving top products via transfer line 61 and releasing LPG and GC gases; iii) a grinding tower 70 connected to separator 40 for receiving top products via line 42 and releasing LCO via transfer line 75 and decanted oil via transfer line 76 at the bottom of said tower; iv) a top separator 72 connected to said tower 70 for receiving top products from said tower via transfer line 71 and releasing gases at the top via transfer line 73 while at the bottom of said separator is recovered naphtha via line 74 , which joins the naphtha stream also from the same tower 70; and wherein the operation of said system 100 allows: i) to produce average distillate in proportion above 37 wt% relative to the load with reduced density and aromaticity compared to the conventional FCC process from cracking refractory heavy loads; (ii) cooling the catalyst by recycling cracked naphtha 64 to the second riser 23, caused by the energy demand of said regenerator 43 for naphtha vaporization and endothermic cracking reactions, acting correctly on the overheating of the naphtha. regenerator 60; iii) reduce the production of decanted oil by directing a recycle of an intermediate 67 or a light fraction thereof with a 370-470 ° C (HCO-Heavy Cycle Oil) distillation range, said product being introduced into the second riser 23 at a higher height in the range H / 2 to H / 3; iv) increasing the rectification efficiency by heating of rectifier 43 with the catalyst from the high severity riserlZ, which allows the reduction of the dense phase temperature; v) reduce fuel oil (decanted oil) production as a consequence of decanting decanted oil along with naphtha in a high severity riser 23.
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