El craqueo por vapor es un proceso petroquímico en el que los hidrocarburos saturados se descomponen en hidrocarburos más pequeños, a menudo insaturados. Es el principal método industrial para producir los alquenos más ligeros (o comúnmente olefinas ), incluidos el eteno (o etileno ) y el propeno (o propileno ). Las unidades de craqueo a vapor son instalaciones en las que una materia prima como nafta, gas licuado de petróleo (GLP), etano , propano o butanose craquea térmicamente mediante el uso de vapor en hornos de craqueo a vapor para producir hidrocarburos más ligeros. El proceso de deshidrogenación del propano se puede lograr mediante diferentes tecnologías comerciales. Las principales diferencias entre cada uno de ellos se refieren al catalizador empleado, el diseño del reactor y las estrategias para lograr mayores tasas de conversión. [1]
Las olefinas son precursores útiles de innumerables productos. El craqueo al vapor es la tecnología central que soporta los procesos químicos a mayor escala, es decir, etileno y propileno. [2]
Descripción del proceso
General
En el craqueo al vapor, una alimentación de hidrocarburos gaseosos o líquidos como nafta , GLP o etano se diluye con vapor y se calienta brevemente en un horno en ausencia de oxígeno. [3] Normalmente, la temperatura de reacción es muy alta, alrededor de 850 ° C. La reacción se produce rápidamente: el tiempo de residencia es del orden de milisegundos. Los caudales se acercan a la velocidad del sonido . Una vez que se ha alcanzado la temperatura de craqueo, el gas se apaga rápidamente para detener la reacción en un intercambiador de calor de la línea de transferencia o dentro de un cabezal de enfriamiento usando aceite de enfriamiento. [2]
Los productos producidos en la reacción dependen de la composición de la alimentación, la relación de hidrocarburo a vapor y de la temperatura de craqueo y el tiempo de residencia en el horno. Las alimentaciones de hidrocarburos ligeros como etano , GLP o nafta ligera dan principalmente alquenos más ligeros, incluidos etileno, propileno y butadieno . Los piensos de hidrocarburos más pesados (gama completa y naftas pesadas, así como otros productos de refinería) dan algunos de estos mismos productos, pero también los ricos en hidrocarburos aromáticos e hidrocarburos adecuados para su inclusión en gasolina o fuel oil . [ cita requerida ]
Una temperatura de craqueo más alta (también conocida como severidad) favorece la producción de eteno y benceno , mientras que una severidad más baja produce cantidades más altas de propeno , hidrocarburos C4 y productos líquidos. El proceso también da como resultado la lenta deposición de coque , una forma de carbono , en las paredes del reactor. Esto degrada la eficiencia del reactor, por lo que las condiciones de reacción están diseñadas para minimizar esto. No obstante, un horno de craqueo a vapor normalmente solo puede funcionar durante unos meses seguidos entre cada descoquización. Los decoques requieren que el horno se aísle del proceso y luego se pasa un flujo de vapor o una mezcla de vapor / aire a través de las bobinas del horno. Esto convierte la capa de carbono sólido duro en monóxido de carbono y dióxido de carbono. Una vez que se completa esta reacción, el horno puede volver a ponerse en servicio. [ cita requerida ]
Detalles del proceso
Las áreas de una planta de etileno son:
- hornos de craqueo a vapor:
- recuperación de calor primaria y secundaria con enfriamiento;
- un sistema de reciclado de vapor de dilución entre los hornos y el sistema de enfriamiento;
- compresión primaria del gas craqueado (3 etapas de compresión);
- eliminación de sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono (eliminación de gas ácido);
- compresión secundaria (1 o 2 etapas);
- secado del gas craqueado;
- tratamiento criogénico;
- toda la corriente de gas fisurado en frío va a la torre desmetanizadora. La corriente superior de la torre desmetanizadora consta de todo el hidrógeno y el metano que estaba en la corriente de gas craqueado. El tratamiento criogénico (-250 ° F (-157 ° C)) de esta corriente de cabeza separa el hidrógeno del metano. La recuperación de metano es fundamental para el funcionamiento económico de una planta de etileno.
- la corriente inferior de la torre desmetanizadora va a la torre desetanizadora. La corriente superior de la torre desetanizadora consta de todos los C2 que estaban en la corriente de gas craqueado. La corriente de C2 contiene acetileno, que es explosivo por encima de 200 kPa (29 psi). Si se espera que la presión parcial de acetileno supere estos valores, la corriente de C2 se hidrogena parcialmente. Luego, los C2 pasan a un divisor C2. El etileno producto se toma de la parte superior de la torre y el etano proveniente del fondo del separador se recicla a los hornos para ser nuevamente craqueado;
- la corriente inferior de la torre desetanizadora va a la torre despropanizadora. La corriente superior de la torre despropanizadora consta de todos los C3 que estaban en la corriente de gas craqueado. Antes de alimentar los C3 al separador C3, la corriente se hidrogena para convertir la mezcla de metilacetileno y propadieno ( aleno ). Luego, esta secuencia se envía al divisor C3. La corriente superior del separador C3 es propileno producto y la corriente inferior es propano, que se envía de regreso a los hornos para su craqueo o se utiliza como combustible.
- La corriente inferior de la torre despropanizadora se alimenta a la torre desbutanizadora. La corriente superior del desbutanizador son todos los C4 que estaban en la corriente de gas craqueado. La corriente inferior del desbutanizador (gasolina de pirólisis ligera) consiste en todo lo que hay en la corriente de gas craqueado que es C5 o más pesado.
Dado que la producción de etileno consume mucha energía, se ha dedicado mucho esfuerzo a recuperar el calor del gas que sale de los hornos. La mayor parte de la energía recuperada del gas craqueado se utiliza para producir vapor a alta presión (1200 psig (8300 kPa)). Este vapor se utiliza a su vez para impulsar las turbinas de compresión de gas craqueado, el compresor de refrigeración de propileno y el compresor de refrigeración de etileno. Una planta de etileno, una vez en funcionamiento, no necesita importar vapor para impulsar sus turbinas de vapor. Una planta típica de etileno a escala mundial (alrededor de 1,5 mil millones de libras (680 KTA) de etileno por año) utiliza un compresor de gas craqueado de 45,000 caballos de fuerza (34,000 kW), un compresor de propileno de 30,000 hp (22,000 kW) y un compresor de 15,000 hp (11,000 kW) compresor de etileno.
Licenciantes de hornos de craqueo a vapor
Varios diseños patentados están disponibles bajo una licencia que debe ser comprada al desarrollador del diseño por cualquier compañía de refinación de petróleo que desee construir y operar una unidad de craqueo por vapor de un diseño determinado.
Estos son los principales diseñadores y licenciantes de hornos de craqueo a vapor:
- Tecnología Lummus [4]
- TechnipFMC (anteriormente Technip ) [5]
- Linde [6]
- KBR [7]
Ver también
Artículos relacionados
- Petróleo
- Procesos de refinación de petróleo
- Gas natural
- Agrietamiento
notas y referencias
- ↑ Giovanni Maggini (17 de abril de 2013). "Economía de la tecnología: propileno a través de la deshidrogenación de propano, parte 3" . Slideshare.net . Consultado el 12 de noviembre de 2013 .
- ^ a b Zimmermann, Heinz; Walzl, Roland (2009). Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002 / 14356007.a10_045.pub3 .
- ^ Amghizar, Ismaël; Vandewalle, Laurien A .; Van Geem, Kevin M .; Marín, Guy B. (2017). "Nuevas tendencias en la producción de olefinas" . Ingeniería . 3 (2): 171-178. doi : 10.1016 / J.ENG.2017.02.006 .
- ^ "Pirólisis / Craqueo por vapor | Tecnología Lummus" . www.lummustechnology.com . Consultado el 16 de julio de 2020 .
- ^ "Etileno - TechnipFMC plc" . www.technipfmc.com . Consultado el 13 de enero de 2020 .
- ^ "Tecnología de hornos de craqueo" . Linde Engineering . Consultado el 13 de enero de 2020 .
- ^ "Tecnologías petroquímicas | KBR" . www.kbr.com . Consultado el 27 de enero de 2020 .