LARTC 2024 Conference Newspaper

LARTC 2024

Maximización del rendimiento de propileno con bajo contenido de carbono

R González and S Brandt W. R. Grace

genados y agua, CO y CO₂. Además, una estrecha cooperación con el proveedor del catalizador ayudará a descubrir áreas de preocupación y requisitos de seguimiento. Conclusión El impulso hacia la descarbonización y la transición energética inspiran a la indus- tria del refino a una nueva forma de pen- sar, reconsiderando las cadenas de valor y los esquemas de procesos asociados. La importancia del proceso de craqueo cat- alítico fluido en el refino y su alta flexibilidad lo convierten en uno de los principales pro- cesos a considerar para la adaptación a las nuevas oportunidades que se presenten. Además de los combustibles para el transporte con menor intensidad de car- bono, uno de los productos objetivo del pro- ceso FCC es el propileno. La demanda de poliolefinas bioderivadas y de baja inten- sidad de carbono está aumentando y la adaptabilidad y sofisticación del proceso FCC son condiciones ideales para con- tribuir a satisfacer la demanda de polímeros bioderivados. Estamos apoyando a varios clientes de refinación en sus caminos para descarbonizar la operación y los produc- tos de la unidad FCC, además de la puri- ficación eficiente del producto mediante adsorbentes o hidrogenación, y el proces- amiento posterior a poliolefinas. Toda esta capacidad proporciona soluciones para los nuevos desafíos que pueden surgir con el coprocesamiento de flujos de alimentos bioderivados. Literatura 1 Lee, G., Brandt, S., Holder, D., Maximising renewable feed coprocessing at an FCC, PTQ , July 2023. 2 Peréz, E, et al., Decarbonize the FCCU through maximizing low-carbon propylene, Hydrocarbon Processing , March 2024. 3 Cipriano, B., Cooper, C., Brandt, S., Paving the way to low-carbon propylene from the FCC unit, Decarbonisation Technology , November 2023. 4 Gonzalez, R., Bescansa, M., Fernandez, A., Mena, A., Rivas, C. Defossilizing the FCCU via coprocessing of biogenic feedstocks: From laboratory to commercial scale, Hydrocarbon Processing , July 2023. 5 Riley, B., Brandt, S., Bryden, K. Co-processing of bio-based feedstocks in the FCC unit, Decarbonisation Technology , August 2022. 6 den Hollander, M., Wissink, M., Makkee, M., Moulijn, J. A. Gasoline conversion: reactivity towards cracking with equilibrated FCC and ZSM-5 catalysts, Appl. Catal. A: General , 223 (2002), 85. 7 Seiser, R., Olstad, J. L., Magrini, K. A., Jackson, R. D., Peterson, B. H., Christensen, E. D., Talmadge, M. S. Coprocessing catalytic fast pyrolysis oil in an FCC reactor, Biomass and Bioenergy , 2022. 8 Harding, R. H., Zhao, X., Qian, K., Rajagopalan, K., Cheng, W.-C., Fluid catalytic cracking selec- tivities of gasoil boiling point and hydrocarbon fractions, Industrial and Chemical Engineering Research , 35 (1996), 2561. Contacto : Stefan.brandt@grace.com Karol.garrido@grace.com

Nuevos desafíos y oportunidades con la industria de refinación esforzándose por descarbonizar sus operaciones y girar hacia la producción de productos con menor intensidad de carbono. La estrecha colaboración entre socios es vital para que la adopción de los activos existentes de la industria de refinación asegure una rápida progresión en el camino del mundo hacia menores emisiones de CO₂.¹ El propileno es uno de los principales pro- ductos petroquímicos de las operaciones de refinería de petróleo crudo. Si bien las condiciones actuales del mercado para el propileno están algo reprimidas a nivel mun- dial, se proyecta un aumento de 45 millones de toneladas por año (tpa) en la demanda global de C₃= hasta 2030, lo que impulsará en consecuencia la demanda de propileno de FCC.² El propileno producido por la FCC ya tiene una intensidad de carbono favora- ble en comparación con otros procesos específicos,³ y la aplicación de la tecnología que contiene ZSM-5 para lograr rendimien- tos de propileno de la FCC se ve favorecida por su impacto neutral en las unidades de la FCC balance de calor y por tanto emisiones menos de ‘Scope 1’. Además de su intensidad de carbono favorable, el impacto de carbono FCC C₃= se puede reducir aún más utilizando tec- nología basada en ZSM-5 y/o coprocesami- ento de materias primas biogénicas a través de la unidad FCC. Grace se ha asociado con varias refinerías a nivel mundial para con- tribuir a la evaluación de oportunidades y riesgos del coprocesamiento de alimentos bioderivados, así como para monitorear de cerca las pruebas comerciales y dar servi- cio a la operación continua. 1,2,4,5 El craqueo catalítico fluido se produce mediante un mecanismo de escisión β en los sitios activos del catalizador (Figura 1 ). 6 El producto final de la β -escisión es C₃=. Para reducir aún más la intensidad de car- bono del FCC C₃= se puede considerar el coprocesamiento de algunas corrientes de alimentación bioderivadas a la FCCU.³ Cuanto mayor sea la tasa de coprocesa- miento, mayor será el impacto en la inten- sidad de carbono de los productos FCC relacionados. Suponiendo una distribución equitativa del carbono renovable entre los productos FCC, la tasa de coprocesamiento (basada en la masa) puede estar directa- mente relacionada con una reducción en la intensidad del carbono; se requiere con- sideración del contenido de oxígeno de la fuente de alimentación renovable. El contenido de oxígeno en la aliment- ación renovable se convierte principalmente en agua, monóxido de carbono (CO) y CO₂. Se puede estimar que, considerando una tasa de coprocesamiento del 10% en peso de alimentación renovable con un contenido de oxígeno de aproximadamente el 10% en peso (en el rango de muchos aceites de semillas), la intensidad de carbono del C₃= resultante se reduciría en un 9%.

Catalizador (sitio ácido)

H +

H H H H

Protonation

H H H H

Ion carbenio

H H

β-scission

H H H H

Producto de olena

Figura 1 Mecanismos de reacción de craqueo catalítico¹

miento renovable, se deben considerar los desafíos que plantea el coprocesamiento. Estos desafíos potenciales a menudo están asociados con el contenido de oxígeno sig- nificativamente mayor del componente de alimentación renovable en comparación con las materias primas tradicionales. A pesar de la ausencia de H₂ añadido, el pro- ceso FCC ofrece un alto grado de desoxi- genación de las corrientes de alimentación renovables. La mayoría de las especies de oxígeno se convierten en hidrocarburos y agua, CO₂ y CO, lo que dejará la FCCU en el lado del reactor y podría plantear desafíos aguas abajo. En las pruebas de plantas piloto de coprocesamiento de alimentos renovables, a menudo no se consideran los efectos de las trazas de oxigenados. Sin embargo, es probable que esto ocurra con corrientes de alimentación que contienen oxígeno. Se encuentran comúnmente trazas de oxi- genados en flujos de productos FCC a base de alimentos fósiles, como el GLP o la nafta craqueada. Aumentar el contenido combinado de oxígeno del alimento FCC mediante el coprocesamiento de flujos de alimento renovables como los aceites vegetales aumentará la cantidad de estas especies oxigenadas. Esto podría influir negativa- mente en el procesamiento posterior de los productos FCCU y, al mismo tiempo, provo- car que los productos excedan los límites de especificación. Las pruebas en plantas piloto ayudarán a comprender la magnitud de los cambios en los rendimientos de oxi-

Es probable que el impacto final del coprocesamiento de componentes ren- ovables del alimento en la estructura del rendimiento sea diferente al de este enfoque teórico de equilibrio de masa. Sin embargo, esto debe determinarse en las pruebas de la planta piloto de la FCCU y en las aplicaciones comerciales, ya que dependen del tipo de alimentación fósil, las condiciones de la unidad y las propiedades del catalizador de la FCC. Para evaluar la cantidad de C₃= procedente del compo- nente de alimentación renovable, podrían ser necesarios métodos analíticos alta- mente sofisticados para la determinación del carbono moderno.⁷ Las pruebas de datos para algunos tipos de alimentos renovables y las condiciones de prueba dentro de Grace mostraron que los alimentos que contienen carbono reno- vable podrían convertirse preferentemente a C₃= en comparación con los componentes de los alimentos fósiles. La Figura 2 muestra los resultados de las pruebas de la planta piloto a escala de banco, que indicaron que el rendimiento de C₃= en este caso aumentó aproximada- mente un 0,3% en peso de alimento fresco (FF) al mezclar un 9% en peso de aceite de palma con VGO. Considerando el concepto de rendimiento incremental,⁸ se estima que el aceite de palma produce entre un 6% en peso y un 7% en peso de FF C₃=, casi el doble del rendimiento del VGO de origen fósil en este caso. Si bien la Figura 2 ilustra el aumento potencial de C₃= mediante el coprocesa-

SR-SCT MAT resultado de la prueba de la planta piloto SR-SCT MAT

91% VGO + 9% aceite de palma

100% VGO

2.6 3.0 3.8 3.4 4.2 4.6 5.0

3.8

3.6

9% aceite de palma

3.4

100% VGO

3.2

2.2

1.5

2.5

3.5

4.5

Catalizador a aceite

3.0

Figura 2 Resultados SR-SCT MAT de C₃= rendimiento para VGO 100 % de base fósil y una mezcla con 9% en peso de aceite de palma