As modernas unidades FCC são processos contínuos que funcionam 24 horas por dia durante 3 a 5 anos entre paragens programadas para manutenção de rotina.
Existem vários designs proprietários diferentes que foram desenvolvidos para as unidades FCC modernas. Cada projeto está disponível sob uma licença que deve ser adquirida do desenvolvedor do projeto por qualquer empresa de refino de petróleo que deseje construir e operar uma FCC de um determinado projeto.
Configuração lado a lado:
- CB&I
- ExxonMobil Research and Engineering (EMRE)
- Shell Global Solutions
- Axens / Stone & Webster Process Technology – actualmente propriedade da Technip
- Universal Oil Products (UOP) – actualmente propriedade integral da Honeywell
Configuração empilhada:
- Kellogg Brown & Raiz (KBR)
Cada um dos licenciadores de design proprietário afirma ter características e vantagens únicas. Uma discussão completa das vantagens relativas de cada um dos processos está além do escopo deste artigo.
Reator e RegeneradorEdit
O reator e o regenerador são considerados como o coração da unidade de craqueamento catalítico de fluidos. O diagrama de fluxo esquemático de uma unidade FCC moderna típica na Figura 1 abaixo é baseado na configuração “side-by-side”. A matéria prima de petróleo pré-aquecida com alto ponto de ebulição (a cerca de 315 a 430 °C) constituída por moléculas de hidrocarbonetos de cadeia longa é combinada com óleo de lama reciclado do fundo da coluna de destilação e injetado no riser do catalisador, onde é vaporizado e rachado em moléculas menores de vapor por contato e misturado com o catalisador em pó muito quente do regenerador. Todas as reacções de fissuração ocorrem no riser do catalisador dentro de um período de 2-4 segundos. Os vapores de hidrocarbonetos “fluidificam” o catalisador em pó e a mistura de vapores de hidrocarbonetos e catalisador flui para cima para entrar no reactor a uma temperatura de cerca de 535 °C e a uma pressão de cerca de 1,72 bar.
O reactor é um recipiente no qual se encontram os vapores do produto rachado: (a) separado do catalisador gasto, fluindo através de um conjunto de ciclones de dois estágios dentro do reator e (b) o catalisador gasto flui para baixo através de uma seção de remoção de vapor para remover quaisquer vapores de hidrocarbonetos antes do catalisador gasto retornar ao regenerador do catalisador. O fluxo do catalisador gasto para o regenerador é regulado por uma válvula deslizante na linha do catalisador gasto.
Desde que as reacções de fissuração produzem algum material carbonoso (referido como coque do catalisador) que se deposita no catalisador e reduz muito rapidamente a reactividade do catalisador, o catalisador é regenerado através da queima do coque depositado com ar soprado para o regenerador. O regenerador funciona a uma temperatura de cerca de 715 °C e a uma pressão de cerca de 2,41 bar, daí que o regenerador funcione a uma pressão cerca de 0,7 bar mais elevada do que o reactor. A combustão do coque é exotérmica e produz uma grande quantidade de calor que é parcialmente absorvida pelo catalisador regenerado e fornece o calor necessário para a vaporização da matéria-prima e as reacções de fissuração endotérmica que ocorrem no riser do catalisador. Por essa razão, as unidades da FCC são frequentemente referidas como sendo ‘balanceadas pelo calor’.
O catalisador quente (a cerca de 715 °C) deixa o regenerador fluir para um poço de retirada do catalisador onde os gases de combustão arrastados podem escapar e fluir de volta para a parte superior do regenerador. O fluxo do catalisador regenerado para o ponto de injecção da matéria-prima abaixo da rampa de injecção do catalisador é regulado por uma válvula de deslizamento na linha do catalisador regenerado. O gás de combustão quente sai do regenerador após passar por vários conjuntos de ciclones de dois estágios que removem o catalisador arrastado do gás de combustão.
A quantidade de catalisador que circula entre o regenerador e o reactor é de cerca de 5 kg por kg de matéria-prima, o que equivale a cerca de 4,66 kg por litro de matéria-prima. Assim, uma unidade FCC processando 75.000 barris por dia (11.900 m3/d) irá circular cerca de 55.900 toneladas por dia de catalisador.
Coluna principalEditar
Os vapores do produto de reacção (a 535 °C e uma pressão de 1.72 bar) fluem do topo do reactor para a secção inferior da coluna principal (normalmente referido como o fraccionador principal onde ocorre a divisão da alimentação) onde são destilados os produtos finais do FCC de nafta de petróleo craqueada, fuelóleo e gases. Após processamento posterior para remoção de compostos de enxofre, a nafta do craqueamento torna-se um componente de alto octano da mistura gasolinas da refinaria.
O principal fracionador de gases é enviado para o que é chamado de unidade de recuperação de gás onde é separado em butanos e butilenos, propano e propileno, e gases de menor peso molecular (hidrogênio, metano, etileno e etano). Algumas unidades de recuperação de gás da FCC também podem separar parte do etano e etileno.
Embora o diagrama de fluxo esquemático acima descreva o fracionador principal como tendo apenas um decapante lateral e um produto de óleo combustível, muitos fracionadores principais da FCC têm dois decapantes laterais e produzem um óleo combustível leve e um óleo combustível pesado. Da mesma forma, muitos fracionadores principais da FCC produzem uma nafta leve rachada e uma nafta pesada rachada. A terminologia leve e pesada neste contexto refere-se à faixa de ebulição do produto, com produtos leves tendo uma faixa de ebulição inferior à dos produtos pesados.
O óleo do produto inferior do fracionador principal contém partículas residuais do catalisador que não foram completamente removidas pelos ciclones na parte superior do reator. Por essa razão, o óleo do produto inferior é referido como um óleo de lama. Parte desse óleo de polpa é reciclada novamente no fracionador principal acima do ponto de entrada dos vapores do produto de reação quente, de modo a resfriar e condensar parcialmente os vapores do produto de reação ao entrarem no fracionador principal. O restante do óleo de polpa é bombeado através de um colhedor de polpa. O óleo de fundo do assentador contém a maioria das partículas do catalisador do óleo de polpa e é reciclado de volta no riser do catalisador, combinando-o com o óleo de matéria-prima da FCC. O óleo de polpa clarificada ou óleo decantado é retirado da parte superior do slurry settler para uso em outra parte da refinaria, como um componente de mistura de óleo combustível pesado, ou como matéria-prima do carbon black.
Gás de combustão do regeneradorEditar
Dependente da escolha do projeto da FCC, a combustão no regenerador do coque no catalisador gasto pode ou não ser combustão completa do dióxido de carbono CO
2. O fluxo de ar de combustão é controlado de modo a fornecer a relação desejada de monóxido de carbono (CO) para cada projeto específico da FCC.
No projeto mostrado na Figura 1, o coque foi queimado apenas parcialmente para CO
2. O gás de combustão (contendo CO e CO
2) a 715 °C e a uma pressão de 2,41 bar é encaminhado através de um separador de catalisador secundário contendo tubos de redemoinho projetados para remover 70 a 90 por cento das partículas no gás de combustão saindo do regenerador. Isto é necessário para evitar danos de erosão nas lâminas do turbo-expansor que o gás de combustão é encaminhado em seguida.
A expansão do gás de combustão através de um turbo-expansor fornece energia suficiente para acionar o compressor de ar de combustão do regenerador. O motor-gerador elétrico pode consumir ou produzir energia elétrica. Se a expansão do gás de combustão não fornecer energia suficiente para acionar o compressor de ar, o motor elétrico/gerador fornece a energia adicional necessária. Se a expansão do gás de combustão fornece mais energia do que a necessária para acionar o compressor de ar, então o motor elétrico / gerador converte o excesso de energia em energia elétrica e a exporta para o sistema elétrico da refinaria.
O gás de combustão expandido é então encaminhado através de uma caldeira geradora de vapor (referida como uma caldeira de CO) onde o monóxido de carbono no gás de combustão é queimado como combustível para fornecer vapor para uso na refinaria, bem como para cumprir com quaisquer limites regulamentares ambientais aplicáveis às emissões de monóxido de carbono.
O gás de combustão é finalmente processado através de um precipitador electrostático (ESP) para remover as partículas residuais para cumprir com quaisquer regulamentos ambientais aplicáveis em matéria de emissões de partículas. O ESP remove as partículas na faixa de tamanho de 2 a 20 µm do gás de combustão. Os sistemas de filtros de partículas, conhecidos como Separadores de Quarto Estágio (FSS) são por vezes necessários para cumprir os limites de emissão de partículas. Estes podem substituir o ESP quando as emissões de partículas são a única preocupação.
A turbina de vapor no sistema de processamento de gás de combustão (mostrado no diagrama acima) é usada para acionar o compressor de ar de combustão do regenerador durante as partidas da unidade FCC até que haja gás de combustão suficiente para assumir essa tarefa.