REGENERADOR
Ao longo do processo de craqueamento catalítico, o catalisador é desativado devido a deposição de coque em sua superfície. Tal fato cria a necessidade de um sistema de reativação destes catalisadores, possibilitando sua reutilização. Nesse contexto, o regenerador é utilizado para suprir essa necessidade, além de fornecer calor para as reações de craqueamento (por conta da combustão do coque) e depositar o catalisador fluidizado nas mangueiras de alimentação.
O catalisador que entra no sistema de regeneração normalmente contém entre 0,5 e 1,5 wt% de coque. A fim de separar esses componentes, geralmente é realizada a combustão do coque, cuja composição inclui hidrocarbonetos e compostos orgânicos de enxofre e nitrogênio. Para isso, também é necessário o abastecimento de ar (contendo oxigênio), realizado por um soprador e um sistema de distribuição com estrutura adequada. Normalmente, a pressão dentro desse sistema varia entre valores de 7 a 15 KPa. A energia resultante dessa combustão é uma fonte energética essencial para a ocorrência do processo de craqueamento.
Nos regeneradores de leito borbulhante tradicionais, há uma separação entre uma fase densa e outra fluída. As partículas de catalisadores, em sua maioria, permanecem na fase densa, a qual se localiza entre os distribuidores de ar (abaixo) e a fase diluída (acima). Já na fase diluída, há um acúmulo de gases de combustão e um resquício de catalisador, o qual, por sua vez, é recuperado nos ciclones do regenerador.
Combustão parcial vs completa
A combustão do coque impregnado na superfície das partículas de catalisadores pode ser realizada em variadas condições de temperatura, dentro de uma faixa aceitável. Assim, a combustão pode ocorrer de forma parcial ou completa, ambas formas com vantagens e desvantagens.
O processo pode ser realizado nos parâmetros de alta temperatura (730°C) e baixas temperaturas (640°C), sendo o primeiro mais utilizado por conta da possibilidade de realização da combustão completa. Em geral, a queima completa é mais atraente para as indústrias devido ao maior potencial energético gerado, a ausência de uma caldeira de CO, além das melhorias na regeneração do catalisador. Por outro lado, é necessário aumentar a capacidade do soprador e requer materiais mais caros para ser realizada.
A composição dos gases de combustão resultantes também é um fator determinante na escolha. Tipicamente, a ocorrência parcial resulta numa composição volumétrica de: 82% de N2, 12% de CO2 e 6% de CO, enquanto a total registra os seguintes valores: 82% de N2, 16% de CO2 e 2% de O2. Assim, depreende-se que a segunda opção pode mitigar os danos ambientais causados pelo CO.
Cano vertical de catalisador regenerado / válvula de gaveta
Durante a regeneração do catalisador, o nível de carvão coque cai para menos de 0,1%. Após sair do regenerador, o catalisador passa por um cano vertical (standpipe), a fim de prover pressão suficiente para a circulação do catalisador. Os canos são geralmente adequados para uma taxa de vazão de 750 a 1500 kg/s/m² de catalisador. Em canos menores, o catalisador se mantém fluido; porém, em canos maiores, são necessárias injeções de gás para que o catalisador se mantenha fluido (normalmente ar, vapor de água ou gás nitrogênio).
A vazão do catalisador é regulada por uma válvula de gaveta, geralmente. Tais válvulas são controladas pela temperatura do reator, e sua função é suprir catalisador suficiente para possibilitar a reação e alcançar, e depois manter, a temperatura do reator.
Partículas do catalisador saem juntas aos gases da combustão. A quantidade de partículas arrastadas depende da velocidade dos gases no regenerador. As partículas maiores, de tamanhos entre 50 e 90 μm, caem de volta; partículas menores de 50 μm ficam em suspensão na fase diluída e são levadas pelos ciclones.
A maioria das unidades de craqueamento catalítico tem de 2 a 20 pares de ciclones, os quais têm a função de retirar partículas maiores que 15 μm, que são posteriormente retornadas ao regenerador.
Calor dos gases de combustão e esquemas de restabelecimento de pressão
Os gases provenientes da combustão são conduzidos a uma câmara de admissão no topo do regenerador, contendo uma quantidade considerável de energia. Para recuperar esse calor, pode-se mandar esses gases a uma caldeira com monóxido de carbono, para que eles reajam e produzam vapor sob alta pressão, ou pode-se interagi-lo com água para gerar vapor por um trocador de calor.
Nas unidades com expansores turbo, a pressão dos gases é diminuída por uma válvula de gaveta com dois discos. Aproximadamente um terço dos gases passa pela válvula, enquanto o restante passa por uma câmara com um orifício, que é um recipiente com diversos discos furados, o que diminui a pressão desses gases.
A fim de evitar problemas de erosão das pás do expansor, os gases são mandados para um terceiro separador para perderem partículas finas do catalisador. Esses separadores são projetados para retirarem de 70 a 95% dos particulados restantes. Do expansor, os gases passam por um gerador a vapor, a fim de recuperar energia térmica.