ES2230322T3 - Aparato y proceso para la vaporizacion de una materia prima de hidrocarburo pesado con vapor de agua. - Google Patents

Abstract

Aparato para la vaporización de una materia prima de hidrocarburo pesado con vapor, dicho aparato consta de: (a) un primer elemento tubular que está abierto en ambos extremos; (b) un segundo elemento tubular que está abierto en un extremo y que rodea al primer elemento tubular para formar un espacio anular, teniendo dichos primer y segundo elementos tubulares ejes longitudinales que coinciden sustancialmente, y teniendo extremos abiertos en sus extremos de aguas abajo dispuestos en un plano perpendicular a dichos ejes longitudinales; (c) medios de entrada de alimentación para la introducción de una materia prima de hidrocarburo pesado en el primer elemento tubular. (d) medios de entrada de vapor de agua para la introducción de vapor de agua recalentado en el espacio anular; y (e) elemento con forma tronco-cónica, que está conectado en un extremo con el extremo libre del segundo elemento tubular y diverge en una dirección que se aleja del segundo elemento tubular, y que tiene un eje que coincide sustancialmente con los ejes longitudinales de los elementos tubulares, caracterizado porque los medios de entrada de la alimentación están conectados a un aparato capaz de forzar un efecto de vórtice en la parte líquida de la materia prima de hidrocarburo pesado cuando entra en dicho aparato, presionando así la mencionada parte líquida contra la pared interior de los medios de entrada de la alimentación de forma que se establece un régimen de flujo anular dentro del primer elemento tubular.

Description

Aparato y proceso para la vaporización de una materia prima de hidrocarburo pesado con vapor de agua.

El presente invento se refiere a un aparato y a un proceso para la vaporización de una materia prima de hidrocarburo pesado con vapor de agua.

Un proceso bien conocido para la mejora de materias primas de hidrocarburos para, a partir de ellos, obtener productos gaseosos valiosos (principalmente olefinas) y productos líquidos, es el proceso denominado de craqueo térmico. Con la finalidad de reducir la presión parcial del hidrocarburo durante el proceso de craqueo, la materia prima de hidrocarburo se diluye normalmente con vapor de agua recalentado para fomentar la vaporización de la materia prima de hidrocarburo, antes de introducir el hidrocarburo vaporizado en la sección de craqueo de un horno (la sección radiante). Un proceso de este tipo también se denomina craqueo con vapor de agua. Si se procesan materias primas de hidrocarburos pesados, por ejemplo materiales con un intervalo de ebullición superior a 230ºC, la vaporización del material líquido se lleva a cabo normalmente en una pluralidad de etapas. La materia prima de hidrocarburos se precalienta en primer lugar, tras lo cual se le mezcla vapor de agua recalentado para formar a una mezcla de dos fases gas/líquido, y para calentar simultáneamente el líquido. La mezcla de vapor de agua y líquido, así formada, se calienta externamente con los gases residuales de la sección radiante para vaporizar el líquido, tras lo cual, el líquido remanente se evapora totalmente introduciendo una cantidad adicional de vapor de agua recalentado al flujo de vapor de agua y de líquido parcialmente evaporado. Esta cantidad adicional de vapor de agua se añade a la materia prima de hidrocarburo, por ejemplo, a través de una boquilla en la que el vapor de agua es añadido por un anillo que rodea a un núcleo de la materia prima de hidrocarburo. Es importante que la alimentación a la sección radiante de un horno de craqueo - donde tiene lugar la reacción real de craqueo - esté totalmente vaporizada, ya que la presencia de gotas de líquido puede dar lugar a formación de una cantidad importante de coque, y a la incrustación de los serpentines de la parte restante de alta temperatura del banco de convección, así como en los serpentines de radiación.

En las boquillas de mezcla que se conocen se puede formar coque en la línea de flujo, especialmente en la zona en que se introduce vapor de agua para la etapa de vaporización final. Esto puede dar lugar, finalmente, a un paso reducido del líquido y del vapor de agua en la boquilla de mezcla, lo que conlleva un aumento de la pérdida de presión a través de la boquilla de mezcla. Este problema se trató también en el documento EP-A-95197, y en dicho documento se dio una explicación posible para la formación de coque. La solución a este problema, como se pone de manifiesto en el documento EP-A-95197, incluía un aparato específico que estaba formado por un primer elemento (interior) tubular, y por un segundo elemento (exterior) tubular que rodeaba al primer elemento tubular para formar un espacio anular, en el que están previstos primeros medios de entrada para la introducir una materia prima de hidrocarburo pesado en el elemento tubular interior, y están previstos segundos medios de entrada para introducir vapor de agua recalentado en el espacio anular. El elemento tubular interior y el elemento tubular exterior están provistos, cada uno de ellos, con un extremo abierto para el suministro del vapor de agua recalentado en forma de un anillo alrededor de un núcleo de la materia prima de hidrocarburo pesado, terminando el extremo abierto en unas aberturas dispuestas en un plano, que es esencialmente perpendicular a los ejes longitudinales. El aparato también incluye un elemento con forma tronco-cónica en un extremo conectado al extremo abierto del segundo elemento tubular, provisto de un eje longitudinal que coincide sustancialmente con los ejes longitudinales de los elementos tubulares, y que diverge en una dirección que se separa del elemento tubular exterior. La disposición de un elemento con forma tronco-cónica, ligeramente divergente detrás de la posición donde el vapor de agua recalentado se encuentra con la materia prima de hidrocarburo pesado, evita el contacto de las gotas de líquido con la pared del elemento, con lo que se evita el riesgo de la formación de coque en el aparato.

El presente invento proporciona una mejora a la boquilla de mezcla dada a conocer en el documento EP-A-95197, mejora que es particularmente útil para las boquillas de mezcla de altas cargas, como se explicará con más detalle a continuación.

Después de la primera introducción del vapor de agua recalentado, con lo cual se forma una mezcla de vapor de agua y de materia prima líquida, se prefiere que se desarrolle un régimen de flujo anular en la tubería hacia la boquilla de mezcla, para así mojar totalmente su superficie interior y, en consecuencia, maximizar la eficiencia de la convección del calor. El régimen de flujo anular deberá haberse desarrollado cuando la materia prima entra en la boquilla de mezcla. El núcleo del flujo anular se forma por los vapores que contienen una mezcla de hidrocarburos y vapor de agua. El flujo anular de la materia prima entra en la boquilla de mezcla dada a conocer en el documento EP-A-95197 en el elemento tubular interior de la misma. En esta boquilla de mezcla, se añade una segunda cantidad de vapor de agua recalentado al anillo anular que rodea a dicho elemento tubular interior. La gran diferencia de velocidades entre el vapor de agua en este espacio confinado con forma de anillo anular entre los tubos interior y exterior por un lado, y el flujo anular líquido en el tubo interior por otro lado, crea fuerzas de cizalla y una evaporación súbita importante del hidrocarburo en el punto en que se encuentran ambos flujos, produciendo la distribución de gotas finas necesaria para la transferencia de materia y energía. La distribución de gotas finas asegura, en consecuencia, una vaporización efectiva. La disposición de un elemento con forma tronco-cónica, ligeramente divergente por detrás del punto donde el vapor de agua recalentado entra en contacto con la materia prima de hidrocarburo líquido pesado, evita el contacto de las gotas de líquido con la pared de este elemento, evitando de esta manera el riesgo de la formación de coque en la propia boquilla de mezcla. Por lo tanto, es importante que la mezcla de vapor de agua/líquido que entra en la tubería interior de la boquilla de mezcla tenga un régimen de flujo anular.

En la práctica, la boquilla de mezcla se coloca físicamente en una disposición vertical, adyacente a la sección de convección y por encima del techo de la sección radiante. Para conseguir dicha configuración de una forma espacialmente económica, la tubería que se extiende desde la salida de la sección de convección - que normalmente se coloca en la parte inferior de la misma - debería, después de una primera parte horizontal corta, subir verticalmente de forma sustancial y, a continuación, debería girarse 180 grados para bajar verticalmente de forma que pueda entrar a la boquilla de mezcla, con una disposición vertical, en la parte de arriba. Típicamente, la tubería que se extiende desde la sección de convección formará tres ángulos de unos 90º para poder alojar a dicha configuración. Sin embargo, dichos ángulos podrían destruir el régimen de flujo anular y cambiarlo a un régimen de flujo de estancamiento, lo cual es indeseable desde un punto de vista de la convección de calor y de vaporización. El tramo recto después del tercer codo de 90º (visto desde la sección de convección) debería ser adecuadamente de al menos 5 veces la anchura anular (es decir, el diámetro) para restablecer el régimen de flujo anular totalmente desarrollado antes de entrar en la boquilla, porque de otra forma la distribución de las gotas finas se deterioraría, lo cual traería como consecuencia el mal funcionamiento de la boquilla. Normalmente, la relación longitud/diámetro (L/D) no excederá el valor de 30. Dadas las dimensiones de la propia boquilla y la relación L/D requerida de al menos 5 para la tubería recta después del codo de 90º para asegurar un régimen de flujo anular, la desincrustación de un horno para asegurar un mayor caudal de producción debería requerir una tubería recta de mayor diámetro, y por lo tanto, una longitud de tubería recta mucho mayor después del tercer codo de 90º. En consecuencia, la longitud de la tubería que se extiende verticalmente desde la sección de convección después del primer codo de 90º debería aumentar de igual forma. Esto sería muy poco rentable, debido a la gran cantidad de material necesario para construir las tuberías rectas y el soporte adicional para estas tuberías. Además, toda la construcción requeriría un espacio de implantación caro.

El aparato mejorado del presente invento tiene la finalidad de proporcionar una solución a estos problemas asociados con la desincrustación de los hornos, al mismo tiempo que también asegure que la mezcla de vapor de agua/líquido que entra en el tubo interior de la boquilla de mezcla tenga un régimen de flujo anular.

Este efecto se consigue por medio del empleo de un dispositivo capaz de inducir un leve efecto de vórtice a una corriente que contiene líquido, dispositivo que está conectado a la tubería de entrada de alimentación de la boquilla de mezcla. Este dispositivo para la inducción del efecto vórtice propicia un giro de 90º en la dirección de flujo de la materia prima de hidrocarburo, mientras que al mismo tiempo induce el efecto vórtice en la parte líquida del mismo, forzando con ello el líquido contra la pared de la tubería de entrada de la alimentación, que se extiende hacia abajo hacia la boquilla de mezcla con una componente de velocidad perpendicular al eje longitudinal del tubo, de modo que el régimen de flujo anular se restablece.

Por consiguiente, el presente invento se refiere a un aparato para la vaporización de una materia prima de hidrocarburo pesado con vapor de agua, comprendiendo dicho aparato: a) un primer elemento tubular abierto en ambos extremos; b) un segundo elemento tubular abierto en un extremo y que rodea el primer elemento tubular formando un espacio anular, teniendo dichos primer y segundo elementos tubulares ejes longitudinales que coinciden sustancialmente, y teniendo abiertos extremos en sus extremos aguas abajo, situados en un plano perpendicular a los ejes longitudinales coincidentes mencionados; c) medios de entrada de la alimentación para introducir una materia prima de hidrocarburo pesado en el primer elemento tubular; d) medios de entrada de vapor de agua para la introducción de vapor de agua recalentado en el espacio anular; y e) un elemento de forma tronco-cónica, que está conectado en un extremo al extremo abierto del segundo elemento tubular y que diverge en una dirección que lo separa del segundo elemento tubular, y que tiene un eje que coincide sustancialmente con los ejes longitudinales de los elementos tubulares, caracterizado porque los medios de entrada de alimentación están conectados a un aparato capaz de forzar un efecto vórtice en la parte líquida de la materia prima de hidrocarburo pesado cuando entra en dicho aparato, presionando con ello dicha parte líquida contra la pared interior de los medios de entrada de la alimentación de una forma tal se establece que un régimen de flujo anular dentro del primer elemento tubular.

La materia prima de hidrocarburo pesado a evaporarse en el aparato de acuerdo con el presente invento tiene típicamente un punto de ebullición inicial por encima de 200ºC, más concretamente de 230ºC o superior, mientras que el punto de ebullición final no excederá normalmente de 650ºC, más concretamente 600ºC. Ejemplos de materias primas apropiadas son los destilados de evaporación instantánea tratados con hidrógeno o los destilados de evaporación instantánea de hidrocraqueo.

En lo que se refiere a la boquilla de mezcla y sus componentes, se hace referencia al documento EP-A-95197. En esta memoria de patente se describe la boquilla de mezcla en detalle, y su contenido se incorpora por referencia en el presente documento.

De acuerdo a esto, en una realización preferida, ambos elementos, el primer elemento tubular y el segundo elemento tubular del aparato del presente invento, terminan en extremos abiertos que se sitúan en un plano perpendicular al eje longitudinal de los elementos tubulares. Estos extremos abiertos suministran el vapor de agua recalentado en forma de un anillo sin el efecto vórtice alrededor de un núcleo de la alimentación de hidrocarburo. El elemento con forma tronco-cónica debería tener un ángulo de vértice de como máximo 20º y, preferiblemente, de al menos 6º, con el extremo pequeño de dicho elemento con forma tronco-cónica acoplado al extremo abierto del segundo elemento tubular, coincidiendo el eje de dicho elemento tronco-cónica sustancialmente con los primer y segundo elemento mencionados. El extremo grande del elemento con forma tronco-cónica está conectado de forma apropiada a un extremo de un tercer elemento tubular que tiene un eje longitudinal que coincide sustancialmente con los ejes longitudinales de los elementos tubulares primero y segundo. El otro extremo del tercer elemento tubular está conecta de forma apropiada a un elemento de conexión con forma tronco-cónica que converge en una dirección que se aleja del tercer elemento tubular. El aparato también tiene, de manera adecuada, una pluralidad de entradas para introducir el vapor de agua recalentado al espacio anular entre el primer elemento tubular y el segundo elemento tubular, entradas que se distribuyen sustancialmente de manera uniforme en la circunferencia del segundo elemento tubular. Preferiblemente, se dispone una pluralidad de aletas guiadoras en el espacio anular, aguas abajo de la entrada o entradas del vapor de agua recalentado, estando dichas aletas guiadoras distribuidas sustancialmente de forma uniforme a lo largo de la sección transversal del espacio anular.

El aparato inductor del vórtice conectado a la entrada de alimentación de la boquilla de mezcla debe ser capaz de forzar un efecto vórtice a la parte de líquido de la materia prima de hidrocarburo pesado cuando entra en este aparato, presionando con ello la parte de líquido contra la pared interior de los medios de entrada de alimentación, de forma que se establezca un régimen de flujo anular dentro del primer elemento tubular. Simultáneamente, el dispositivo inductor del vórtice asegura también que la dirección del flujo de la alimentación de hidrocarburo se gire hacia la boquilla de mezcla. A menudo, esto implicará que la dirección del flujo se altere con un ángulo de 60 a 100º, normalmente de unos 90º.

Los medios de entrada de alimentación de la boquilla de mezcla constan adecuadamente de un colector recto conectado a un extremo abierto del primer elemento tubular que tiene un eje longitudinal que coincide sustancialmente con el eje longitudinal del primer elemento tubular. La relación L/D de estos medios de entrada debería ser de al menos 5, y normalmente no excede de 30.

En general, puede emplearse cualquier aparato conocido en la técnica que sea capaz de forzar un efecto de vórtice a la parte de líquido de la materia prima de hidrocarburo pesado cuando entra en este aparato, de forma que se establece un régimen de flujo anular dentro del primer elemento tubular. Dicho aparato podría tener cualquier forma apropiada y puede, o no puede, contener componentes internos para la inducción del efecto vórtice apropiado a la parte de líquido de la alimentación que entra. Un aparato para la inducción de vórtice muy apropiado es el denominado dispositivo de entrada tangencial. Dicho dispositivo de entrada tangencial preferiblemente consta de (i) un elemento en forma tronco-cónica o tronco-hemisférica que diverge en una dirección que se aleja de los medios de entrada de alimentación de la boquilla de mezcla y (ii) medios para la introducción de la mezcla de gas/líquido de hidrocarburos pesados y vapor de agua en dicho elemento con forma tronco-cónica o tronco-hemiesférica, tangencialmente a la pared interior del mismo. Dichos medios se componen típicamente de una tubería que está conectada a la pared lateral del elemento con forma tronco-cónica o tronco-hemiesférica, y coincide con una tangente de la sección transversal de dicho elemento mencionado con forma tronco-cónica o tronco-hemiesférica. Se prefiere el uso de un elemento con forma tronco-cónica.

En una realización adicional preferida, el extremo mayor del elemento con forma tronco-cónica o tronco-hemiesférica del aparato de entrada tangencial está conectado a un extremo de otro elemento tubular adicional (o, cuarto) que tiene un eje longitudinal que coincide sustancialmente con los ejes longitudinales del primer elemento tubular, estando el otro extremo del elemento tubular cerrado. Este elemento tubular adicional consta de una abertura en su pared lateral, a través de la cual se puede introducir tangencialmente una materia prima de hidrocarburo pesado en la pared interior de la mencionada pared lateral.

El aparato se ilustra también en las Figuras 1 y 2. La Figura 1 muestra una vista lateral del aparato del presente invento. La Figura 2 es una vista en planta de un dispositivo de entrada tangencial apropiado.

La Figura 1 muestra una vista lateral de una boquilla de mezcla 1 para suministrar vapor de agua recalentado a una materia prima de hidrocarburo pesado parcialmente vaporizado para la vaporización total del mismo. La boquilla 1 consta de un interior o primer elemento tubular 2 y un exterior o segundo elemento tubular 3, que tienen ejes longitudinales coincidentes. El elemento tubular interior 2 está abierto en un extremo para formar una salida 5 para la materia prima de hidrocarburo pesado parcialmente vaporizado, mientras que el extremo de entrada 4 está conectado con una tubería recta de entrada de alimentación 20, que tiene el mismo diámetro que el elemento tubular interior 2. El elemento tubular exterior 3, abierto en un extremo, está cerrado en el otro extremo por medio de una brida 6 soldada al elemento tubular interior 2. Las boquillas de entrada 7, distribuidas de forma sustancialmente uniforme a lo largo de la circunferencia del elemento tubular exterior 3, están previstas para el suministro de vapor de agua recalentado al espacio anular 8 entre el elemento tubular interior 2 y el elemento tubular exterior 3. Con la finalidad de evitar la formación de torbellinos en el espacio anular 8, existe una pluralidad de aletas guiadoras 14 situados de forma sustancialmente uniforme a lo largo de la sección transversal del espacio anular 8. El extremo abierto del elemento tubular exterior 3 y la salida 5 del elemento tubular 2 están situados en un plano perpendicular a los ejes longitudinales coincidentes de los elementos tubulares 2 y 3, formando con ello un paso anular 9 para la descarga del vapor de agua recalentado desde el espacio anular 8. En su extremo abierto, el elemento tubular exterior 3 está conectado a un elemento con forma tronco-cónica 10, provisto de un eje longitudinal que coincide sustancialmente con los ejes longitudinales de los elementos tubulares. El elemento con forma tronco-cónica 10 diverge en una dirección que se separa del elemento tubular exterior 3. El elemento con forma tronco-cónica 10 tiene un ángulo de vértice de como máximo 20 grados. La base del elemento con forma tronco-cónica 10 está conectada a un elemento tubular 11, que a su vez está conectado a un segundo elemento con forma tronco-cónica 12, que converge en una dirección que se separa del elemento tubular 11. El elemento con forma tronco-cónica 12 posee en su extremo libre una brida 13 para conectar la boquilla 1 a la línea de alimentación (que no se muestra) de una unidad de craqueo térmico.

La tubería recta de entrada de alimentación 20 está conectada al aparato de entrada tangencial 15, que consiste en un elemento con forma tronco-cónica 16 que diverge en una dirección que se separa de la tubería de entrada 20, y un elemento tubular 17, cerrado en un extremo y conectado a ella. El elemento con forma tronco-cónica 16 puede tener un ángulo de vértice de 10 a 150 grados, determinándose el vértice exacto con parámetros de proceso, tales como el intervalo de velocidades de la corriente de alimentación que penetra. La selección del vértice apropiado bajo las condiciones aplicadas está dentro de los conocimientos normales de una persona experta.

El elemento tubular 17 tiene una abertura 18 en su pared lateral, a la cual está conectada una tubería de entrada de alimentación 19, de forma que se introduzca la alimentación parcialmente evaporada de hidrocarburo tangencialmente a dicho elemento tubular 17.

En la Figura 2, que muestra una vista superior del aparato de entrada tangencial 15, la tubería de entrada de alimentación 19 está conectada a la pared lateral del elemento tubular en la abertura 18 de la pared lateral del mismo. Al entrar al aparato de entrada tangencial 15 en la dirección de la flecha, se introduce un vórtice en la alimentación de hidrocarburo parcialmente vaporizado, y por medio del elemento con forma tronco-cónica 16, la alimentación con vórtices entra en la tubería de entrada de la alimentación 20, creando o restableciendo de esta forma un régimen de flujo anular en esta tubería de entrada de la alimentación 20.

En un aspecto adicional, el presente invento se refiere a un proceso para la vaporización de una materia prima de hidrocarburo pesado con vapor de agua, en el que se emplea un aparato como se describe con anterioridad en este documento. El proceso para la vaporización de una materia prima de hidrocarburo pesado con vapor de agua consiste en mezclar la materia prima de hidrocarburo con una primera cantidad de vapor de agua recalentado; incorporar la mezcla en un elemento tubular interior; e introducir una segunda cantidad de vapor de agua recalentado en un anillo anular que rodea el elemento tubular interior. La mezcla de la materia prima de hidrocarburo pesado y vapor de agua tiene un régimen de flujo anular cuando entra en el elemento tubular interior.

El presente invento también se refiere a un proceso para la preparación de olefinas ligeras a partir de una materia prima de hidrocarburo pesado, proceso que consta de las etapas de: (a) precalentar la materia prima de hidrocarburo; (b) mezclar la materia prima, todavía en fase líquida, con vapor de agua recalentado para formar una mezcla de dos fases de vapor de agua y gotas de la materia prima líquida; (c) calentar esta mezcla de dos fases para vaporizar parcialmente la materia prima líquida; (d) vaporizar por completo la materia prima líquida restante por introducción de una cantidad adicional de vapor de agua recalentado, usando un aparato como el aquí descrito con anterioridad; (e) sobrecalentar opcionalmente la alimentación de hidrocarburo, opcionalmente vaporizada; y (f) someter a la materia prima de hidrocarburo vaporizada y recalentada a un tratamiento de craqueo.

El aparato, tal como se describe con anterioridad en el presente documento, está dispuesto en un sistema para la vaporización de materia prima de hidrocarburo pesado antes de pasar la materia prima a una unidad de craqueo. Primero se hace pasar la materia prima de hidrocarburo pesado líquida a través de un precalentador para el calentamiento del líquido, a continuación el líquido calentado se mezcla con vapor de agua recalentado y se hace pasar a través de un horno para vaporizar parcialmente los hidrocarburos líquidos, por ejemplo a un 70% de la fase vapor.

El líquido parcialmente vaporizado se mezcla a continuación con una cantidad adicional de vapor de agua recalentado para evaporar el líquido residual en la materia prima. El vapor de agua que se emplea en la última etapa de vaporización debería estar recalentado a una temperatura tal que el calor sensible del vapor de agua sea suficiente para evaporar el líquido restante y para dar un margen extra de sobrecalentamiento que evite el riesgo de una condensación después del mezclado. La condensación del vapor de agua debe evitarse con miras al riesgo de erosión del sistema.

Al menos, la segunda etapa de mezcla podría llevarse a cabo en un aparato como el que se describe con referencia a las Figuras 1 y 2. En la parte que forma la boquilla de dicho aparato se introduce el vapor de agua recalentado en el espacio anular 8 a través de las boquillas de entrada de vapor de agua 7, mientras que el líquido parcialmente vaporizado se introduce en el elemento tubular interior 2 a través de la entrada 4 del mismo, después de que se haya asegurado el régimen de flujo anular de la alimentación de hidrocarburo parcialmente evaporado que entra en la mencionada entrada 4, por medio del dispositivo de entrada tangencial 15 situado aguas arriba de la mencionada boquilla 1.

El vapor de agua que abandona el espacio anular 8 a través del paso de salida anular 9, forma un anillo alrededor del núcleo de la materia prima de hidrocarburo que abandona el elemento tubular interior 2 a través de la salida 5.

El calor del vapor de agua produce la evaporación del líquido restante en el líquido parcialmente vaporizado que abandona el elemento tubular interior 2. Para evitar el paso de gotas de líquido desde el núcleo de la materia prima de hidrocarburo a la pared de la boquilla con el riesgo mencionado anteriormente de la formación de coque, el anillo de vapor de agua y el núcleo de la materia prima de hidrocarburo se hacen pasar a través del elemento con forma tronco-cónica 10, situado aguas abajo del elemento tubular exterior 3.

El vértice del cono que pertenece al elemento con forma tronco-cónica 10 debe ser de al menos 20 grados para evitar la formación de turbulencias indeseables en el vapor de agua al entrar en el elemento tronco-cónico 10. Debido a dichas turbulencias, es posible que todavía haya gotas de líquido no vaporizadas que puedan pasar a través del anillo de vapor de agua y adherirse a la pared del elemento con forma tronco-cónica, dando lugar a la formación de coque. Se ha encontrado que con un ángulo de vértice de unos 6 grados es suficiente para obtener el régimen de flujo deseado en el elemento con forma tronco-cónica 10. Un ángulo de vértice apropiado es, por ejemplo, 16 grados.

Con la disposición del elemento con forma tronco-cónica 10, el transporte radial de las gotas de líquido impide que dichas gotas alcancen la pared del elemento 10.

La vaporización del líquido se completa en el elemento tubular 11 aguas abajo del elemento con forma tronco-cónica 10. La longitud total del elemento con forma tronco-cónica 10 y del elemento tubular 11 debe elegirse de forma que todo el líquido se haya vaporizado antes de abandonar dicho elemento tubular. La mezcla de vapor de agua y producto vaporizado se introduce a continuación, por medio del elemento de conexión con forma tronco-cónica 12, en un horno de craqueo, en donde tiene lugar el tratamiento de craqueo. En el horno, el producto vaporizado primero se recalienta, para a continuación ser finalmente calentado en una sección radiante adicional a una temperatura tal que el hidrocarburo se craquea y se convierte en fracciones más ligeras, que se recuperan aguas abajo del horno por medio de las etapas de compresión y condensación apropiadas.

Debe destacarse que el área de la sección transversal del segundo elemento tubular se elige de forma que, para una cantidad de vapor de agua dada, requerida para una cantidad dada de materia prima de hidrocarburo, se obtenga una velocidad elevada del vapor de agua en el espacio anular 8, por ejemplo de unos 75-80 m/s.

En lo que se refiere a las condiciones del proceso, puede afirmarse que las condiciones son las que normalmente se aplican y son aplicables en este tipo de procesos de craqueo con vapor de agua. Los entendidos en la técnica apreciarán que las condiciones exactas de presión y temperatura vienen determinadas por la naturaleza de la alimentación.

Claims (8)

1. Aparato para la vaporización de una materia prima de hidrocarburo pesado con vapor, dicho aparato consta de:

(a)

un primer elemento tubular que está abierto en ambos extremos;

(b)

un segundo elemento tubular que está abierto en un extremo y que rodea al primer elemento tubular para formar un espacio anular, teniendo dichos primer y segundo elementos tubulares ejes longitudinales que coinciden sustancialmente, y teniendo extremos abiertos en sus extremos de aguas abajo dispuestos en un plano perpendicular a dichos ejes longitudinales;

(c)

medios de entrada de alimentación para la introducción de una materia prima de hidrocarburo pesado en el primer elemento tubular.

(d)

medios de entrada de vapor de agua para la introducción de vapor de agua recalentado en el espacio anular; y

(e)

elemento con forma tronco-cónica, que está conectado en un extremo con el extremo libre del segundo elemento tubular y diverge en una dirección que se aleja del segundo elemento tubular, y que tiene un eje que coincide sustancialmente con los ejes longitudinales de los elementos tubulares, caracterizado porque los medios de entrada de la alimentación están conectados a un aparato capaz de forzar un efecto de vórtice en la parte líquida de la materia prima de hidrocarburo pesado cuando entra en dicho aparato, presionando así la mencionada parte líquida contra la pared interior de los medios de entrada de la alimentación de forma que se establece un régimen de flujo anular dentro del primer elemento tubular.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que los medios de entrada de la alimentación consta de una tubería recta conectada a un extremo abierto del primer elemento tubular, y que tienen un eje longitudinal que coincide sustancialmente con el eje longitudinal del primer elemento tubular.

3. Aparato según la reivindicación 1 ó 2, en el que el dispositivo para forzar un efecto vórtice en la parte líquida de la materia prima de hidrocarburo pesado es un aparato de entrada tangencial.

4. Aparato según la reivindicación 3, en el que el aparato de entrada tangencial consta de un elemento con forma tronco-cónica o tronco-hemiesférica que diverge en una dirección que se aleja de dichos medios de entrada de la alimentación, y medios para introducir una materia prima de hidrocarburo pesado en dicho elemento con forma tronco-cónica o tronco-hemiesférica tangencialmente a la pared interior del mismo.

5. Aparato según la reivindicación 4, en el que el extremo grande del elemento con forma tronco-cónica o tronco-hemiesférica del aparato de entrada tangencial está conectado a un elemento tubular adicional que tiene un eje longitudinal que coincide sustancialmente con los ejes longitudinales del primer elemento tubular, estando el otro extremo del elemento tubular cerrado.

6. Aparato según la reivindicación 5, en el que el elemento tubular adicional consta de una abertura en su pared lateral a través de la cual una materia prima de hidrocarburo pesado puede introducirse tangencialmente a la pared interior de dicha pared lateral.

7. Proceso para la vaporización de una materia prima de hidrocarburo pesado con vapor de agua, proceso que comprende mezclar de la materia prima de hidrocarburo con una primera cantidad de vapor de agua recalentado, incorporar la mezcla en un elemento tubular interior; e introducir una segunda cantidad de vapor de agua recalentado en un anillo anular que rodea el elemento tubular interior, caracterizado porque la mezcla de la materia prima de hidrocarburo pesado y vapor de agua tiene un régimen de flujo anular al entrar en el elemento tubular interior, y en que se emplea un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1-6.

8. Proceso para la preparación de olefinas ligeras a partir de una materia prima de hidrocarburo pesado, proceso que comprende de las etapas de:

(a) precalentar la materia prima de hidrocarburo;

(b) mezclar la materia prima, todavía en fase líquida, con vapor de agua recalentado para formar una mezcla de dos fases de vapor de agua y gotas de líquido de la materia prima líquida;

(c) calentar esta mezcla de dos fases para vaporizar parcialmente la materia prima líquida;

(d) vaporizar por completo de la materia prima restante en fase líquida por introducción de una cantidad adicional de vapor de agua recalentado con ayuda del proceso de acuerdo con la reivindicación 7,

(e) sobrecalentar opcionalmente la alimentación de hidrocarburo vaporizada; y

(f) someter la materia prima de hidrocarburo vaporizada de un tratamiento de craqueo.