Unitățile FCC moderne sunt toate procese continue care funcționează 24 de ore pe zi timp de 3 până la 5 ani între opririle programate pentru întreținerea de rutină.
Există mai multe modele brevetate diferite care au fost dezvoltate pentru unitățile FCC moderne. Fiecare proiect este disponibil în baza unei licențe care trebuie achiziționată de la dezvoltatorul proiectului de către orice companie de rafinare a petrolului care dorește să construiască și să exploateze un FCC de un anumit proiect.
Există două configurații diferite pentru o unitate FCC: tipul „stivuit”, în care reactorul și regeneratorul de catalizator sunt conținute în două vase separate, cu reactorul deasupra regeneratorului, cu o fustă între aceste vase care permite ca țevile de evacuare a gazelor de la regenerator să se conecteze la partea superioară a vasului regeneratorului, și tipul „side-by-side”, în care reactorul și regeneratorul de catalizator se află în două vase separate. Configurația suprapusă ocupă mai puțin spațiu fizic din zona rafinăriei. Aceștia sunt principalii proiectanți și licențiatori ai FCC:
Configurația „side-by-side”:
- CB&I
- ExxonMobil Research and Engineering (EMRE)
- Shell Global Solutions
- Axens / Stone & Webster Process Technology – în prezent deținută de Technip
- Universal Oil Products (UOP) – în prezent filială deținută în totalitate de Honeywell
Configurație suprapusă:
- Kellogg Brown & Root (KBR)
Care dintre licențiatorii de proiecte brevetate susține că are caracteristici și avantaje unice. O discuție completă a avantajelor relative ale fiecăruia dintre procese depășește sfera de aplicare a acestui articol.
Reactor și regeneratorEdit
Reactorul și regeneratorul sunt considerate a fi inima unității de cracare catalitică în mediu fluid. Diagrama schematică de flux a unei unități FCC moderne tipice din figura 1 de mai jos se bazează pe configurația „side-by-side”. Materia primă petrolieră preîncălzită cu punct de fierbere ridicat (la o temperatură de aproximativ 315 până la 430 °C), formată din molecule de hidrocarburi cu lanț lung, este combinată cu uleiul de reciclare din partea de jos a coloanei de distilare și injectată în coloana de creștere a catalizatorului, unde este vaporizată și cracată în molecule mai mici de vapori prin contact și amestecare cu catalizatorul sub formă de pulbere foarte fierbinte din regenerator. Toate reacțiile de cracare au loc în catalizatorul ascendent într-o perioadă de 2-4 secunde. Vaporii de hidrocarburi „fluidizează” catalizatorul sub formă de pulbere și amestecul de vapori de hidrocarburi și catalizator curge în sus pentru a intra în reactor la o temperatură de aproximativ 535 °C și o presiune de aproximativ 1,72 bar.
Reactorul este un recipient în care se află vaporii produsului cracat: (a) separați de catalizatorul uzat prin curgerea printr-un set de cicloane în două etape în interiorul reactorului și (b) catalizatorul uzat curge în jos printr-o secțiune de decapare cu abur pentru a elimina orice vapori de hidrocarburi înainte ca catalizatorul uzat să se întoarcă în regeneratorul de catalizator. Fluxul de catalizator uzat către regenerator este reglat de o supapă glisantă în conducta de catalizator uzat.
Din moment ce reacțiile de cracare produc o anumită cantitate de material carbonat (denumit cocs de catalizator) care se depune pe catalizator și reduce foarte repede reactivitatea catalizatorului, catalizatorul este regenerat prin arderea cocsului depus cu aer suflat în regenerator. Regeneratorul funcționează la o temperatură de aproximativ 715 °C și la o presiune de aproximativ 2,41 bar; prin urmare, regeneratorul funcționează la o presiune cu aproximativ 0,7 bar mai mare decât cea din reactor. Arderea cocsului este exotermă și produce o cantitate mare de căldură care este absorbită parțial de catalizatorul regenerat și care furnizează căldura necesară pentru vaporizarea materiei prime și pentru reacțiile endotermice de cracare care au loc în coloana de creștere a catalizatorului. Din acest motiv, unitățile FCC sunt adesea menționate ca fiind „echilibrate din punct de vedere termic”.
Catalizatorul fierbinte (la aproximativ 715 °C) care părăsește regeneratorul se scurge într-un puț de retragere a catalizatorului, unde gazele de ardere antrenate pot scăpa și se întorc în partea superioară a regeneratorului. Debitul de catalizator regenerat către punctul de injecție a materiei prime, aflat sub coloana ascendentă a catalizatorului, este reglat de o supapă de glisare în conducta de catalizator regenerat. Gazele de ardere fierbinți ies din regenerator după ce trec prin mai multe seturi de cicloane în două etape care îndepărtează catalizatorul antrenat din gazele de ardere.
Cantitatea de catalizator care circulă între regenerator și reactor se ridică la aproximativ 5 kg pe kg de materie primă, ceea ce este echivalent cu aproximativ 4,66 kg pe litru de materie primă. Astfel, o unitate FCC care procesează 75.000 de barili pe zi (11.900 m3/d) va face să circule aproximativ 55.900 de tone de catalizator pe zi.
Coloana principalăEdit
Vapoartele produsului de reacție (la 535 °C și o presiune de 1.72 bar) curg din partea superioară a reactorului către secțiunea inferioară a coloanei principale (denumită în mod obișnuit fracționatorul principal, unde are loc divizarea alimentării), unde sunt distilați în produsele finale FCC de nafta de petrol cracată, păcură și gaze reziduale. După o prelucrare ulterioară pentru îndepărtarea compușilor de sulf, nafta cracată devine o componentă cu cifră octanică ridicată a amestecurilor de benzină din rafinărie.
Gazele reziduale din fracționatorul principal sunt trimise la ceea ce se numește unitate de recuperare a gazelor, unde sunt separate în butani și butilene, propan și propilenă și gaze cu greutate moleculară mai mică (hidrogen, metan, etilenă și etan). Unele unități de recuperare a gazelor FCC pot, de asemenea, să separe o parte din etan și etilenă.
Deși diagrama schematică a fluxului de mai sus descrie fracționatorul principal ca având un singur decapant de decapare laterală și un singur produs de păcură, multe fracționatoare principale FCC au două decapante de decapare laterală și produc o păcură ușoară și o păcură grea. De asemenea, multe dintre fracționatoarele principale FCC produc o nafta ușoară de cracare și o nafta grea de cracare. Terminologia „ușor” și „greu” în acest context se referă la intervalele de fierbere ale produselor, produsele ușoare având un interval de fierbere mai mic decât produsele grele.
Hițeiul produs de la fundul fracționatorului principal conține particule reziduale de catalizator care nu au fost îndepărtate complet de către ciclonii din partea superioară a reactorului. Din acest motiv, uleiul produs de jos este denumit ulei de suspensie. O parte din uleiul de suspensie este reciclat înapoi în fracționatorul principal, deasupra punctului de intrare a vaporilor fierbinți ai produsului de reacție, astfel încât să se răcească și să se condenseze parțial vaporii produsului de reacție la intrarea în fracționatorul principal. Restul uleiului din suspensie este pompat printr-un decantor de suspensie. Uleiul de la fundul decantorului de suspensie conține cea mai mare parte a particulelor de catalizator din uleiul de suspensie și este reciclat înapoi în coloana de catalizator prin combinarea sa cu uleiul de materie primă FCC. Uleiul de suspensie clarificat sau uleiul decantat este retras din partea superioară a decantorului de suspensie pentru a fi utilizat în altă parte în rafinărie, ca o componentă de amestecare a păcurii grele sau ca materie primă de negru de fum.
Gazele de ardere din regeneratorEdit
În funcție de alegerea proiectului FCC, arderea în regenerator a cocsului de pe catalizatorul uzat poate fi sau nu o ardere completă în dioxid de carbon CO
2. Debitul de aer de combustie este controlat astfel încât să asigure raportul dorit între monoxidul de carbon (CO) și dioxidul de carbon pentru fiecare model specific de FCC.
În modelul prezentat în figura 1, cocsul a fost ars doar parțial în CO
2. Gazele de ardere (care conțin CO și CO
2) la 715 °C și la o presiune de 2,41 bar sunt dirijate printr-un separator secundar de catalizator care conține tuburi turbionare concepute pentru a elimina între 70 și 90 % din particulele din gazele de ardere care părăsesc regeneratorul. Acest lucru este necesar pentru a preveni deteriorarea prin eroziune a lamelelor din turbo-expansorul prin care gazele de ardere sunt dirijate în continuare.
Dezvoltarea gazelor de ardere printr-un turbo-expansor furnizează suficientă energie pentru a acționa compresorul de aer de ardere al regeneratorului. Motorul-generator electric poate consuma sau produce energie electrică. În cazul în care expansiunea gazelor de ardere nu furnizează suficientă energie pentru a acționa compresorul de aer, motorul electric/generator furnizează energia suplimentară necesară. În cazul în care expansiunea gazelor de ardere furnizează mai multă energie decât cea necesară pentru a acționa compresorul de aer, atunci motorul electric/generator transformă excesul de energie în energie electrică și o exportă către sistemul electric al rafinăriei.
Gazele de ardere expandate sunt apoi dirijate printr-un cazan generator de abur (denumit cazan de CO), unde monoxidul de carbon din gazele de ardere este ars ca și combustibil pentru a furniza abur pentru utilizare în rafinărie, precum și pentru a respecta orice limite de reglementare de mediu aplicabile privind emisiile de monoxid de carbon.
Gazele de ardere sunt în cele din urmă procesate printr-un precipitator electrostatic (ESP) pentru a elimina particulele reziduale pentru a respecta orice reglementări de mediu aplicabile privind emisiile de particule. ESP îndepărtează din gazele de ardere particulele cu dimensiuni cuprinse între 2 și 20 µm. Sistemele de filtrare a particulelor, cunoscute sub numele de separatoare în a patra etapă (FSS), sunt uneori necesare pentru a respecta limitele emisiilor de particule. Acestea pot înlocui ESP atunci când emisiile de particule reprezintă singura preocupare.
Turbina cu abur din sistemul de prelucrare a gazelor de ardere (prezentată în diagrama de mai sus) este utilizată pentru a acționa compresorul de aer de ardere al regeneratorului în timpul pornirii unității FCC până când există suficiente gaze de ardere pentru a prelua această sarcină.
.