Craqueo con vapor (steam Cracking) Criterios para escoger el Proceso
A nivel mundial el camino más usado para la producción de olefinas ligeras es el Steam Cracking cuyo proceso permite obtener etileno y propileno con una sola planta, requiriendo como alimentación la nafta petroquímica o los líquidos del Gas Natural (etano, propano, butano). La tabla presenta otros procesos de petroquímica diferentes al Steam Cracking para producir olefinas.
MATERIA PRIMA DISPONIBILIDAD
STEAM CRACKING Etano, propano, butano y Nafta.
Líquidos del gas natural. Camisea.
DESHIDROGENACIÓN CATALÍTICA
Propano e isobutano Sólo propano de Camisea CRACKING CATALÍTICO Nafta Camisea ofrece poca
nafta. DESHIDRATACIÓN DE
ALCOHOLES
Etanol No
Materias primas
Las cargas a las unidades de este proceso varían ampliamente. Las fuentes más típicas provienen de:
Los líquidos del gas natural: o El etano
o El propano o El butano
Las fracciones petrolíferas de la destilación atmosférica: o Nafta ligera
o LPG o Gas Oil
Hornos de pirolisis
En general se utilizan los siguientes tipos de reactores de pirolisis:
Hornos con tubos calentados por medio de quemadores múltiples. Reactores con suministro de calor por medio de gases calientes.
Reactores con suministro de calor mediante sólidos inertes sobrecalentados. Hornos refractarios regenerativos.
Los hornos tubulares son los más utilizados en la pirolisis de hidrocarburos, y deben cumplir con las siguientes funciones:
Vaporizar la alimentación si es líquida.
Precalentar la alimentación y el vapor diluyente a la temperatura de reacción. Mantener los gases bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo y
flujo de calor para obtener resultados óptimos.
Una vez que los productos gaseosos salen del horno, se enfrían bruscamente para prevenir las pérdidas de productos por reacciones secundarias y la formación de aceites de alto punto de ebullición.
DESCRIPCION GENERAL DEL PROCESO
La pirolisis de hidrocarburos se lleva a cabo en hornos que son normalmente de tipo tubular en los cuales los hidrocarburos se calientan externamente por fuego directo proveniente de la combustión de hidrocarburos gaseosos.
Contiene dos secciones principales: Área caliente; donde la carga es craqueada y el efluente de pirolisis acondicionado. Área fría; donde los productos formados son separados y purificados.
El sistema craqueado consiste de las siguientes áreas principales:
Los hornos de craqueo, que están compuestos de una zona de convección, para el precalentamiento de la alimentación y del vapor, y una zona de radiación, que corresponde a la zona de reacción.
Un sistema de detención de la reacción (enfriamiento súbito) acoplada lo más cerca posible al horno para enfriar rápidamente los productos, detener la reacción y recuperar el máximo calor.
El hidrocarburo y el vapor se precalientan en la sección de convección del horno y luego se mezclan (1).
El hidrocarburo y el vapor pasan a la sección de radiación del horno donde se incrementa la temperatura rápidamente y ocurren las reacciones de pirolisis (2). La salida del horno se enfría súbitamente en 2 pasos para evitar reacciones secundarias.
Enfriamiento indirecto con agua y se produce vapor (3).
Enfriamiento directo con subproductos pesados de pirolisis (4, 5).
El efluente (6) se envía a una columna de fraccionamiento primario (8) donde se separan los residuos pesados por el fondo (7), corrientes laterales de agua de proceso y gasolina de pirolisis y productos gaseosos livianos por el tope a la sección de compresión (9).
Adición de vapor de agua
El papel del vapor de agua es principalmente el de disminuir la presión parcial de los hidrocarburos.
Entre sus efectos más benéficos tenemos:
Es un inerte que reduce la presión parcial de los hidrocarburos, disminuyendo la tendencia a la formación de coque.
Gracias a su alta conductividad térmica favorece la transmisión de calor hacia las moléculas de hidrocarburos.
Tiene un efecto oxidante sobre las paredes de los tubos, suficiente para disminuir el efecto catalítico del hierro y el níquel, que de no ser así promoverían la formación de coque.
Entre los inconvenientes tenemos:
Hace falta calentarlo, lo que aumenta los costos operativos.
Posteriormente hay que separarlo de los productos del cracking, lo que implica superficie de condensación y necesidad de refrigeración.
Las relaciones vapor/hidrocarburo varían según la alimentación. Los valores típicos en relación de peso son los siguientes:
Etano 0.25 – 0.40 Propano 0.30 – 0.50 Nafta petroquímica 0.50 – 0.80
Gas-oil 0.80 – 1.00
Zonas del horno
Los hornos de cracking, como cualquier horno, tienen dos zonas perfectamente diferenciadas;
Zona de radiación y Zona de convección.
La diferencia fundamental con respecto al resto de hornos es que los serpentines de la zona de radiación son en realidad reactores.
El vapor de dilución y la nafta ingresan a la zona de convección a una presión de 6kg/cm2 y se precalienta hasta alcanzar los 600°C.
En estas condiciones ingresa a la sección de radiación, las reacciones de cracking se inician a una temperatura comprendida entre los 600 a 700°C.
El cracking se lleva a cabo en esta sección bajo un control adecuado de las condiciones de temperatura que no deben sobrepasar los 850°C a la salida del horno.
Los tiempos de residencia en esta zona del horno son cortos y están en el rango de 0.5 a 1.2 segundos para maximizar la producción de olefinas y minimizar BTX y líquidos pesados.
Capacidad Limitada
Como la capacidad del horno es limitada, deben disponerse varios en paralelo; uno de ellos diferente para pirolizar el etano y el propano separados en las unidades de fraccionamiento de colas, que se reciclan. La diferencia consiste en que los
hidrocarburos ligeros requieren menor tiempo de residencia, menores temperaturas y menor relación vapor de agua/HC que las naftas.
Enfriamiento del gas de Cracking
Los productos de reacción que abandonan la zona de radiación del horno, deben enfriarse tan rápido como sea posible.
El objetivo es evitar que sigan avanzando las reacciones secundarias tendientes a la formación de coque o de polimerización.
El sistema de enfriamiento de los efluentes de los hornos se efectúa en un intercambiador de transferencia en línea (TLX)
En este equipo los gases se enfrían hasta una temperatura de 370°C, transfiriendo su calor al agua, para convertirlo en vapor de alta presión.
LAVADO CÁUSTICO
Las torres de lavado cáustico están diseñadas para eliminar el CO2 producido en la pirolisis y el H2S presente en la alimentación, a fin de evitar la corrosión de los equipos, el envenenamiento de los catalizadores y la contaminación de los productos. El CO2 y el H2S se eliminan por contacto con soda cáustica en tres etapas (concentración de mayor a menor de tope a fondo) entrando el gas por la etapa del fondo. Al salir el gas endulzado de sección de tope de las columnas, pasa por una etapa de lavado con agua para eliminar el posible arrastre de soda. El sistema ha sido diseñado para que la torre opere con el 67% de flujo y la en paralelo con el remanente.
El gas de proceso a 41°C y 15.5 Kg/cm2 sale del tope de las torres donde se unen y se enfrían con propileno refrigerante hasta 19°C, antes de pasar a los secadores a través del tambor de alimentación de estos.
