REDUCCIÓN DE CO Y NOX EN EL GAS DE COMBUSTIÓN DEL REGENERADOR.

Un método para tratar una corriente de gas de combustión de un regenerador,

que comprende: (A) proporcionar una corriente de gas de combustión de un regenerador, procedente de un regenerador de catalizador, que contiene NOx y monóxido de carbono; (B) mezclar un combustible y oxígeno, y quemar una parte del oxígeno de la mezcla con dicho combustible, para formar una corriente oxidante caliente que tiene una temperatura de al menos 1.093 o C (2.000 o F) y que contiene oxígeno y productos de dicha combustión; (C) alimentar la corriente oxidante caliente a la corriente de gas de combustión de un regenerador para formar una mezcla que tiene una temperatura mayor que 677 o C (1.250 o F), suficiente para convertir el monóxido de carbono de la mezcla en dióxido de carbono y para convertir los NOx de la mezcla en N2, produciendo de ese modo una corrien- te producto en la que la cantidad de NOx en la corriente producto después de dicha conversión es menor que la cantidad de NOx en dicha corriente de gas de combustión de un regenerador antes de que se forme dicha mezcla; en el que la corriente oxidante caliente formada en la etapa (B) se alimenta a la corriente de gas de combustión de un regenerador en la etapa (C) a una velocidad de al menos 152 metros por segundo (500 pies por segundo)

Campo de la invención

Esta invención se refiere al tratamiento de gases de combustión procedentes de unidades de regeneración de catalizador.

Antecedentes de la invención

El craqueo catalítico en lecho fluidizado (FCC) es una operación unitaria en la que las fracciones petrolíferas de mayor peso molecular se craquean en moléculas más pequeñas bajo el calor y con un catalizador. Durante el procedimiento de craqueo, se forman depósitos de coque sobre la superficie del catalizador, lo que hace necesaria la regeneración del catalizador. Por lo tanto, el catalizador se separa continuamente de los vapores generados por el procedimiento de craqueo y se regenera en un regenerador de FCC, donde los depósitos de coque se eliminan quemándolos y se restablece la actividad del catalizador.

El regenerador de FCC puede operar de dos modos: combustión completa o combustión parcial. En el modo de combustión completa, la mayor parte del carbono de los depósitos de coque se convierte en CO2 al hacerlo reaccionar con el oxígeno de una corriente oxidante que también se alimenta al regenerador. Cuando el regenerador se opera en el modo de combustión parcial, el carbono reacciona con el oxígeno de una corriente oxidante y se convierte en CO y CO2. En este caso, el CO del gas de combustión del regenerador típicamente se oxida a CO2 en una caldera aguas abajo, para recuperar el calor de la oxidación del CO y también para limitar las emisiones de CO en el gas de combustión de la caldera. La caldera de CO tiene unos quemadores de combustión por aire para crear una zona de llama caliente que el gas de combustión del regenerador tiene que atravesar y en la que el CO se oxida a CO2. Como combustible auxiliar para los quemadores de la caldera de CO se puede usar un gas de refinería efluente. El calor liberado por la oxidación del CO y por la combustión del gas de refinería se recupera en la caldera para producir vapor de agua de proceso. El gas de combustión de un regenerador de FCC también contiene otras especies en cantidades muy pequeñas, tales como SO2, NOx, y especies de nitrógeno reducido, tales como el NH3 y el HCN. Típicamente, en el modo de combustión completa la mayor parte del nitrógeno de los depósitos de carbono se oxida a NOx. En el modo de combustión parcial, algo del nitrógeno también se transforma en NH3 y HCN, y algo del NH3 y el HCN se oxida a NOx en la caldera de CO aguas abajo. La cantidad de NOx más la cantidad de otras especies de nitrógeno reducido, tales como el HCN, NH3, CN, HNO, de aquí en adelante se llama convenientemente “nitrógeno fijado total” (o “NFT”).

El modo más común de operación de un regenerador, actualmente en uso, es el modo de combustión completa. Recientemente, se ha renovado el interés por el modo de combustión parcial debido al deseo de los refinadores de maximizar la capacidad de producción del FCC, pero existen límites técnicos en cuanto a la cantidad de alimentación que se puede hacer pasar a través de una unidad FCC en un tiempo determinado. Por ejemplo, cuando se aumenta el caudal de alimentación a un FCC, el gas de combustión del regenerador de FCC contendrá más CO si el FCC ya está operando con unas limitaciones máximas de la soplante de aire. Para cumplir las regulaciones medioambientales, este aumento de CO en el gas de combustión del regenerador de FCC se debe quemar en la caldera de CO aguas abajo. Esto puede presentar un problema para algunas calderas, porque la caldera puede que no sea capaz de destruir el aumento de CO por debajo de los niveles de ppm (partes por millón) requeridos para cumplir con las regulaciones medioambientales. De este modo, la capacidad de la caldera para destruir el CO se vuelve un cuello de botella para cualquiera de las medidas de mejora de la capacidad del FCC aguas arriba.

La potencia térmica total de los quemadores de la caldera de CO está en gran parte impuesta por la necesidad de proporcionar una temperatura de llama suficientemente alta para la suficiente destrucción del CO por combustión en el gas de combustión del regenerador de FCC. Típicamente, se recomiendan unas temperaturas de llama de aproximadamente 982ºC (1.800ºF), aunque la temperatura de autoignición del gas CO es mucho más baja (aproximadamente 788ºC (1.450ºF)). Para una composición dada del gas de combustión del regenerador, existe una potencia térmica mínima de la caldera por debajo de la cual no es satisfactoria la cuantía de la destrucción térmica del CO que se consigue. En muchas ocasiones, esta potencia térmica mínima de la caldera produce un exceso de vapor de agua de proceso que en última instancia se purga a la atmósfera ambiente sin ningún uso. Esto representa una pérdida de energía del combustible.

Algunos sistemas de FCC tienen unos dispositivos de separación de NOx y/o NOx/SOx a baja temperatura, aguas abajo de la caldera de CO. Normalmente, el procedimiento de separación de NOx a baja temperatura requiere una cuantía específica del tiempo de residencia del gas para conseguir la eficacia deseada en la reducción de NOx. Otro problema asociado con el aumento de la capacidad del FCC es que también puede aumentar el volumen del gas de combustión del regenerador de FCC. El aumento del volumen del gas de combustión del regenerador acorta el tiempo de residencia del gas disponible para los dispositivos de separación de NOx aguas abajo y reduce su eficacia de reducción de NOx. El aumento del volumen del gas de combustión del regenerador también fomenta el arrastre de fluido corrosivo de lavado y aumenta el riesgo de aceleración de la corrosión después del lavador.

Otros procedimientos que tratan el gas de combustión de un regenerador de FCC difieren de la presente invención, pero difieren en condiciones importantes y no proporcionan las ventajas que consigue la presente invención. Por ejemplo, la patente de EE.UU. Nº 5.240.690 enseña la adición de un gas que contiene oxígeno al gas de combustión de un regenerador para producir un gas efluente que tiene una temperatura entre 583ºC (1.000ºF) y 871ºC (1.600ºF), pero manifiesta que el objetivo es aumentar la formación de NOx en el gas de combustión. La patente de EE.UU. Nº 5.716.514 describe un método en el que el monóxido de carbono no se convierte preferencialmente en dióxido de carbono. La patente de EE.UU. Nº 5.830.346 describe un método que requiere el uso de un catalizador para la conversión. La patente de EE.UU. Nº 5.372.706 describe la reducción de las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) de un regenerador de FCC, operando el regenerador en el modo de combustión parcial del CO y añadiendo al gas de combustión aire subestequiométrico, o exactamente estequiométrico. La mayor parte del CO y la mayor parte de los NOx y precursores de los NOx se convierten térmicamente a 1.093ºC (2.000ºF), luego el gas se enfría por debajo de aproximadamente 980ºC (1.800ºF) y se completa la combustión del CO. La patente de EE.UU. Nº 4.519.993 describe un procedimiento mejorado para la evacuación del nitrógeno enlazado químicamente en corrientes industriales de desecho. Una corriente efluente que contiene nitrógeno enlazado químicamente, tal como una corriente de amoniaco, se pone en contacto con una cantidad eficaz de un gas que contiene oxígeno y un exceso estequiométrico de un hidrocarburo, basado en la cantidad total de oxígeno disponible, a una temperatura mayor que aproximadamente 1.093ºC (2.000ºF) o menor que 1.649ºC (3.000ºF), para proporcionar un efluente de combustión. Después de eso, el efluente de combustión se pone en contacto con una cantidad eficaz de una corriente gaseosa que contiene menos oxígeno que el que sostiene la propagación de la llama, a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 871ºC (1.600ºF) a aproximadamente 982ºC (1.800ºF), para oxidar sustancialmente todos los combustibles presentes en el efluente de combustión y proporcionar un efluente de oxidación sin sustancialmente óxidos de nitrógeno (NOx) y combustibles. El efluente de oxidación se puede enfriar en un equipo de intercambio de calor para recuperar energía, reciclar para sostener la combustión y/o la oxidación de los combustibles, o purgar a la atmósfera.

**(Ver fórmula)**

Breve compendio de la invención

El método de la invención para tratar una corriente de gas de combustión de un regenerador comprende:

(A) proporcionar una corriente de gas de combustión de un regenerador, procedente de un regenerador de catalizador, que contiene NOx y monóxido de carbono;

(B) mezclar un combustible y oxígeno, y quemar una parte del oxígeno de la mezcla... [Seguir leyendo]

1. Un método para tratar una corriente de gas de combustión de un regenerador, que comprende:

(A) proporcionar una corriente de gas de combustión de un regenerador, procedente de un regenerador de catalizador, que contiene NOx y monóxido de carbono;

(B) mezclar un combustible y oxígeno, y quemar una parte del oxígeno de la mezcla con dicho combustible, para formar una corriente oxidante caliente que tiene una temperatura de al menos 1.093ºC (2.000ºF) y que contiene oxígeno y productos de dicha combustión;

(C) alimentar la corriente oxidante caliente a la corriente de gas de combustión de un regenerador para formar una mezcla que tiene una temperatura mayor que 677ºC (1.250ºF), suficiente para convertir el monóxido de carbono de la mezcla en dióxido de carbono y para convertir los NOx de la mezcla en N2, produciendo de ese modo una corriente producto en la que la cantidad de NOx en la corriente producto después de dicha conversión es menor que la cantidad de NOx en dicha corriente de gas de combustión de un regenerador antes de que se forme dicha mezcla;

en el que la corriente oxidante caliente formada en la etapa (B) se alimenta a la corriente de gas de combustión de un regenerador en la etapa (C) a una velocidad de al menos 152 metros por segundo (500 pies por segundo).

2. El método según la reivindicación 1, en el que:

en la etapa (B) se mezcla un combustible y oxígeno, y una parte del oxígeno de la mezcla se quema con dicho combustible para formar una primera corriente oxidante caliente que tiene una temperatura de al menos 1.093ºC (2.000ºF) y que contiene oxígeno y productos de dicha combustión; y

en la etapa (C) la primera corriente oxidante caliente se alimenta a la corriente de gas de combustión de un regenerador para formar una mezcla primera que tiene una temperatura mayor que 677ºC (1.250ºF), suficiente para convertir el monóxido de carbono de la mezcla en dióxido de carbono y para convertir los NOx de la mezcla en N2, produciendo de ese modo una corriente que comprende monóxido de carbono, dióxido de carbono, NOx y N2;

el método comprende además:

(D) mezclar un combustible y oxígeno, y quemar una parte del oxígeno de la mezcla con dicho combustible, para formar una segunda corriente oxidante caliente que tiene una temperatura de al menos 1.093ºC (2.000ºF) y que contiene oxígeno y productos de dicha combustión;

(E) alimentar la segunda corriente oxidante caliente a la corriente producida en la etapa (C) para formar una mezcla segunda que tiene una temperatura mayor que 677ºC (1.250ºF) suficiente para convertir el monóxido de carbono de la mezcla segunda en dióxido de carbono y para convertir los NOx de la mezcla segunda en N2, produciendo de ese modo una corriente producto en que la cantidad de NOx de la corriente producto después de dicha conversión es menor que la cantidad de NOx en dicha corriente de gas de combustión de un regenerador antes de que se forme dicha mezcla primera.

3. Un método según la reivindicación 1, en el que la mezcla que se forma en la etapa (C) de la corriente oxidante caliente y el gas de combustión de un regenerador tiene una temperatura de al menos 760ºC (1.400ºF) y preferiblemente de al menos 871ºC (1.600ºF).

4. Un método según la reivindicación 2, en el que la mezcla primera formada en la etapa (C), la mezcla segunda formada en la etapa (E), o ambas de dichas mezclas, tiene una temperatura de al menos 760ºC (1.400ºF), preferiblemente al menos 871ºC (1.600ºF).

5. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el gas de combustión de un regenerador proporcionado en la etapa (A) contiene al menos 1% en volumen de monóxido de carbono.

6. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa (B) se quema no más de 20% del oxígeno mezclado con un combustible en la etapa (B).

7. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la corriente oxidante caliente formada en la etapa (B) se alimenta a la corriente de gas de combustión de un regenerador en la etapa (C) a una velocidad de 152 a 914 metros por segundo (500 a 3.000 pies por segundo).

8. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la corriente de gas de combustión de un regenerador se hace pasar a través de una turbina de recuperación de energía antes de que la corriente oxidante caliente se alimente a ella en la etapa (C).

9. Un método según la reivindicación 1, o según una cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 5 a 8, en el que la corriente producto producida en la etapa (C) se hace pasar a través de una turbina de recuperación de energía.

10. Un método según la reivindicación 2, o según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8 cuando se subordinan a la reivindicación 2, en el que la corriente producto producida en la etapa (E) se hace pasar a través de una turbina de recuperación de energía.

11. Un método según la reivindicación 2, o según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8 cuando se su

**(Ver fórmula)**

5 bordinan a la reivindicación 2, en el que en la etapa (D) se quema no más de 20% del oxígeno mezclado con un combustible en la etapa (D).

12. Un método según la reivindicación 2, o según la reivindicación 7 cuando se subordina a la reivindicación 2, en el que la segunda corriente oxidante caliente formada en la etapa (D) se alimenta a la corriente producida en la etapa (C) a una velocidad de 152 a 914 metros por segundo (500 a 3.000 pies por segundo).

13. Un método según la reivindicación 2, en el que la corriente producida en la etapa (C) se hace pasar a través de una turbina de recuperación de energía antes de que la segunda corriente oxidante caliente se alimente a ella en la etapa (E).