Impactos del uso de cargas no convencionales en el proceso de craqueo catalítico en fase fluída (fcc)

Résumé

El presente trabajo se centra en la investigación del impacto del uso de cargas no convencionales en el proceso de craqueo catalítico en fase fluida (FCC). Es un tema muy extenso que engloba una amplia gama de problemáticas diferentes. Sin embargo, entre ellas se han seleccionado tres temas de interés industrial con el fin de mejorar el conocimiento global de la problemática. El primer tema investigado fue el impacto de la presencia de ácidos nafténicos en las cargas de alimentación del proceso de craqueo catalítico. En efecto, las cargas pesadas tienen una mayor tendencia a llevar este tipo de compuestos que no son muy habituales para los refinadores. Es entonces necesario investigar si la introducción de este tipo de moléculas en el proceso de craqueo catalítico industrial tiene repercusiones sobre la adecuada marcha del proceso o no. La investigación ha mostrado que la presencia de ácidos nafténicos en la carga de alimentación del proceso de craqueo catalítico no causa una pérdida directa de los rendimientos del proceso. Además, el estudio de la desactivación a largo plazo del catalizador de FCC por los ácidos nafténicos ha mostrado también que los ácidos no parecen afectar las características físico-químicas del catalizador. En condiciones industriales clásicas, los ácidos nafténicos se craquean muy fácilmente siguiendo un mecanismo catalítico y no térmico y dan una distribución de productos de un mayor valor agregado desde el punto de vista de los refinadores. El oxígeno incorporado al proceso en forma de ácido sale del proceso mayoritariamente en forma de CO2, CO y agua. La posibilidad de envenenamiento por compuestos oxigenados de los centros activos del catalizador de FCC es, por lo tanto, muy poco probable. La conclusión global de todas estas observaciones es que, aparte de la problemática de corrosión debido a la presencia de los ácidos nafténicos, no hay restricciones particulares para procesar este tipo de cargas en el proceso de craqueo catalítico industrial. El segundo tema investigado concierne la desactivación del catalizador de FCC por contaminantes metálicos tales como hierro y calcio. En efecto, las cargas pesadas tienen también tendencia a llevar una proporción más alta de contaminantes metálicos que las cargas clásicas. Los mecanismos de desactivación por vanadio y níquel, por ejemplo, son bien conocidos y estudiados pero no es el caso en lo relacionado al hierro y al calcio. A su vez, no se sabe mucho sobre las repercusiones de este tipo de contaminantes metálicos sobre el catalizador del proceso de craqueo catalítico. En este sentido la investigación ha mostrado que el hierro y el calcio son dos contaminantes de primer orden para el catalizador de FCC y causan modificaciones físico-químicas del catalizador que implican pérdidas importantes de conversión. El hierro causa principalmente un envenenamiento directo de los centros activos del catalizador y cataliza las reacciones de deshidrogenación causando un aumento importante de la selectividad a coque. El calcio, por su parte, provoca una disminución importante del grado de accesibilidad y de la estabilidad hidrotermal del catalizador. La presencia simultánea de grandes cantidades de hierro y calcio en el proceso de craqueo catalítico puede ser una mezcla letal para el catalizador. El hierro aumenta la selectividad a coque y, en consecuencia, la temperatura del regenerador industrial, y el calcio disminuye la estabilidad hidrotermal del catalizador haciendo que la etapa de regeneración tenga un efecto perjudicial crítico sobre la actividad catalítica del catalizador. La conclusión del estudio es que es absolutamente necesario controlar el contenido en hierro y calcio de las cargas de alimentación procesadas en el proceso de craqueo catalítico, sobre todo con la tendencia actual y futura de procesar cada vez más cortes pesados. Finalmente, se ha investigado el uso de aditivos especializados para craquear cargas pesadas y mejorar por un lado el rendimiento a olefinas ligeras y por otro lado el rendimiento a diesel. El catalizador de mejora de craqueo de fondo, debido a su actividad muy débil, no es adecuado usarlo como catalizador de base del proceso de craqueo catalítico para procesar cargas pesadas. Sin embargo, es posible conciliar una buena actividad catalítica y un craqueo de fondo significativo usando el catalizador de mejora de craqueo de fondo como aditivo de un catalizador de FCC clásico. En efecto, se puede añadir hasta un 60 % en peso de aditivo de mejora de craqueo de fondo a un catalizador de FCC sin afectar significativamente la actividad catalítica y mejorando la selectividad a LCO. Sin embargo, la eficacia del aditivo de mejora de craqueo de fondo es muy dependiente de la naturaleza de la carga de alimentación procesada. En cuanto al aditivo de mejora de rendimiento a propileno, el uso de un 10 % en peso de aditivo con un catalizador de FCC de equilibrio no afecta la conversión global del proceso y permite mejorar en gran medida la selectividad a gases y la olefinicidad de los gases ligeros. El aditivo de mejora de rendimiento a propileno cumple plenamente su papel y permite aumentar hasta + 150 % relativo el rendimiento a propileno a expensas principalmente de la selectividad a gasolina y en menor proporción de la selectividad a LCO. Para terminar, el uso simultáneo de los dos aditivos en un mismo sistema catalítico, optimizando las proporciones de cada uno de los componentes, permite aprovechar a la vez el efecto del aditivo de mejora de craqueo de fondo y el efecto del aditivo de mejora de rendimiento a propileno sin afectar excesivamente la conversión global del proceso de craqueo catalítico. Es, por lo tanto, una opción muy interesante desde el punto de vista de los refinadores para mejorar el beneficio económico global del proceso de craqueo catalítico industrial, transformando la gasolina para producir productos más valiosos tales como propileno y diesel.