Impacto del Níquel de la carga en la unidad de craqueo catalítico

La necesidad de mejores márgenes de ganancia en las refinerías ha llevado a la búsqueda por petróleos más rentables, sin embargo, en la mayoría de los casos estos petróleos pueden poseer mayores contaminaciones por diferentes metales. Otra estrategia para mejorar la rentabilidad de la refinería es el aumento del procesamiento de cargas más pesadas (HVGO, KGO, DMO) y el aumento del porcentaje de residuo atmosférico (RAT) en las unidades de craqueo catalítico.

Las cargas utilizadas en las unidades de craqueo catalítico fluidizado pueden contener la presencia de algunos metales contaminantes, tales como Vanadio, Níquel, Calcio, Hierro entre otros. El aumento del procesamiento de petróleos más pesados y de cargas residuales en la unidad de FCC intensifica el tenor de esos metales contaminantes indeseados.

Conocer los efectos del Níquel de la carga en el inventario de catalizador de la UFCC es fundamental para determinar la mejor estrategia de operación y garantizar la maximización de la rentabilidad de la unidad.

Durante la operación de craqueo catalítico, el Níquel contaminante presente en moléculas orgánicas complejas y parafinas de la carga, se deposita en el catalizador envenenando continuamente el inventario, al contrario de las moléculas de hidrocarburos que son quebradas en productos de alto valor agregado en contacto con el catalizador.

Diferente de la actuación del Vanadio que provoca la desaluminización de la estructura de la zeolita Y, destruyendo la cristalinidad, colapsando la estructura, el Níquel no posee acción sobre la actividad de la zeolita. El Níquel apenas tiende a reducir al estado metálico en el riser alterando la selectividad de las reacciones.

El Níquel actúa como agente de deshidrogenación aumentando los rendimientos de subproductos indeseados, hidrógeno y coque. Además de la actuación del Níquel, los demás metales, de forma menos acentuada, también poseen acción de deshidrogenación, por eso es fundamental el seguimiento del Níquel equivalente.

    La mejor forma de controlar el efecto del Níquel es utilizando la relación H2/CH4 del gas seco. Valores de hasta 0,30 %v/%v de H2/CH4 indican una baja acción deshidrogenante, a su vez valores arriba de 0,50 %v/%v pueden significar una contaminación del inventario. Otro punto importante que debemos tener en cuenta es que la performance de los boquillas inyectoras de carga también puede afectar la relación H2/CH4 del gas seco.

La presencia de Níquel provoca pérdidas de conversión considerables en la unidad de craqueo catalítico, conforme se observa en la tabla 1. La reducción de la conversión es atribuida principalmente debido a la alteración en el balance de coque, donde ocurre el aumento del rendimiento de coque por metales y la reducción del coque catalítico:

De forma general y para un cálculo rápido se pueden considerar los siguientes efectos de la acción del Níquel en la unidad de craqueo catalítico:

Después del equilibrio térmico, la CTO disminuyó debido al aumento del coque reduciendo la conversión de la unidad.

Además de la pérdida de conversión, el aumento del contenido de H₂ en el gas seco puede perjudicar el compresor de gas húmedo (WGC), una vez que el H₂ aumenta demasiadamente el volumen de gas seco, elevando así el flujo volumétrico y, consecuentemente, la velocidad en la entrada del WGC. Cuando la velocidad aumenta mucho, puede ocurrir la vibración del equipo, siendo capaz de accionar el sistema de protección y parando de emergencia la unidad de craqueo catalítico.

Podemos observar en los gráficos abajo el efecto del Níquel en la conversión y en los resultados de rentabilidad de la unidad de craqueo catalítico.
 

Acciones para minimizar los efectos del Níquel en el inventario de catalizador

• Utilización de aditivo para trampa: Pueden ser utilizados aditivos con base de antimonio. Sin embargo estos aditivos normalmente son altamente tóxicos, siendo necesario cuidados específicos para su utilización, siendo en algunos países incluso prohibida su utilización. Además de los factores de toxicidad, el antimonio también puede aumentar las emisiones de NOx, en algunos casos, cuando combinado con el uso de promotores de combustión puede elevar las emisiones de NOx para valores de magnitud hasta 4 veces mayores. 
• Aumento de reposición: Es fundamental ajustar la reposición conforme el flujo y el tenor de Níquel de la carga. El ajuste de la reposición es fundamental para minimizar el impacto de pérdida de rentabilidad de la unidad.  
• Tecnología de Catalizadores: El catalizador puede utilizar en su formulación alúminas especiales para capturar el Níquel, como son los casos de las tecnologías utilizadas por Fábrica Carioca de Catalisadores S.A. Las alúminas especiales desarrolladas por la Fábrica Carioca de Catalisadores minimizan los efectos de la deshidrogenación de Níquel, actuando como trampa para los iones Ni2+ presentes en la alimentación en la forma de complejos del tipo porfirina. Estos compuestos impedidos de entrar en los poros de la zeolita Y, se descomponen en la superficie de la alúmina. Las altas temperaturas a que el catalizador es sometido en las diferentes etapas del proceso FCC promueven la reacción del Ni2+ con la alúmina, llevando a la formación de la solución sólida NixAl2O3+x.
   

Conclusión:

Para evitar pérdidas en los resultados económicos de la refinería y garantizar la máxima rentabilidad de la UFCC es fundamental: realizar el control y el seguimiento de la contaminación de Níquel en el Ecat; tomar medidas mitigadoras para reducir los efectos de la contaminación, garantizando así la óptima rentabilidad de la unidad.  

FCC S.A dispone de un portafolio de tecnologías adecuadas para el procesamiento de cargas con elevados tenores de contaminantes metálicos y para sus clientes deja a disposición el servicio de optimización en el simulador termodinámico KBC FCC-SIM™  V.7.2, que integra nuestro core services. En el caso de que Usted tenga interés sólo tiene que entrar en contacto con uno de nuestros ingenieros de Servicios Técnicos.