ES2306701T3 - Horno de craqueo multizonas. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para craquear independientemente al menos dos materias primas de hidrocarburos diferentes cada una en una bobina de procedimiento diferente para obtener olefinas en el que dicho procedimiento se lleva a cabo en un horno para craquear carga de hidrocarburos, comprendiendo dicho horno: (a) al menos una cámara radiante de calentamiento, en la que dicha cámara radiante está dividida en al menos dos zonas radiantes independientes separadas por medios de división de cámara radiante de calentamiento; (b) al menos un quemador radiante en cada una de dichas zonas radiantes independientes separadas de dicha cámara radiante de calentamiento; (c) una cámara de convección en comunicación directa con dicha(s) cámara(s) radiante(s) de calentamiento; (d) al menos una bobina de procedimiento para cada una de dichas zonas radiantes independientes separadas, en la que cada una de dichas bobinas de procedimiento se extiende a través de al menos una parte de dicha cámara de convección y se extiende hacia el interior de una de dichas zonas radiantes independientes separadas antes de salir de dicho horno; (e) una chimenea para descargar gas de chimenea situada en la parte superior de dicha cámara de convección de dicho horno; y (f) medios para controlar independientemente los quemadores radiantes en cada una de dichas zonas radiantes independientes separadas. en el que las al menos dos materias primas se craquean en la misma cámara radiante en condiciones separadas e independientes cada una en una zona radiante independiente separada sometiendo las bobinas de procedimiento a diferentes temperaturas de craqueo controladas por los medios para controlar independientemente los quemadores radiantes en cada una de las zonas radiantes independientes y separadas.

Description

Horno de craqueo multizonas.
Campo de la invención
La presente invención se refiere en general a un procedimiento para craquear térmicamente una materia prima de hidrocarburos. Más particularmente la presente invención se refiere a un aparato para proporcionar una flexibilidad de funcionamiento mejorada del horno.
Antecedentes de la presente invención
La industria petroquímica ha usado desde hace mucho materias primas de hidrocarburos para la producción de materiales olefínicos valiosos, tales como etileno y propileno. De manera ideal, se han llevado a cabo operaciones comerciales usando hidrocarburos normalmente gaseosos tales como etano y propano como materia prima. Debido a que se han consumido los hidrocarburos más ligeros y la disponibilidad de los hidrocarburos más ligeros ha disminuido, más recientemente se ha requerido que la industria craquee hidrocarburos más pesados, tales como naftas y gasóleos.
Un procedimiento típico para la producción de olefinas a partir de materias primas de hidrocarburos es el procedimiento de craqueo térmico. En este procedimiento, se someten hidrocarburos a craqueo a temperaturas elevadas para producir hidrocarburos que contienen desde 1 hasta 4 átomos de carbono, especialmente las olefinas correspondientes. Normalmente, el hidrocarburo que va a craquearse se envía a un horno compuesto tanto por una zona de calentamiento por convección como por una radiante. El hidrocarburo se precalienta inicialmente en la zona de convección hasta una temperatura inferior a la de inicio de la reacción significativa; y posteriormente se envía a la zona radiante en la que se somete a calor intenso de quemadores radiantes. Ejemplos de hornos y procedimientos convencionales se muestran en la patente estadounidense número 3.487.121 (Hallee), y la patente estadounidense número 5.147.511 (Woebcke).
De manera ilustrativa, en la técnica anterior, se usan calentadores de calentamiento de procedimiento para proporcionar el calor requerido para la reacción. La materia prima fluye a través de una pluralidad de bobinas dentro del calentador de calentamiento, estando dispuestas las bobinas de una manera que potencia la transferencia térmica hacia el hidrocarburo que fluye a través de las bobinas. Entonces se templa preferiblemente el efluente craqueado o bien directa o bien indirectamente para terminar la reacción. En la pirólisis con bobinas convencional, también se emplea vapor de dilución para ayudar a reducir la formación de coque en la bobina de craqueo.
En los últimos tiempos, la industria está requiriendo la construcción de plantas más grandes que tienen una capacidad aumentada pero que requieren un menor número de reactores. Por tanto, se ha desarrollado una necesidad en la técnica de proporcionar hornos más grandes que también son lo bastante flexibles para manejar una variedad de materias primas diferentes para producir una variedad de productos de olefinas diferentes. Dado que cada materia prima diferente y lista de productos deseados conlleva el uso de condiciones de reacción diferentes, principalmente, temperatura de reacción y tiempo de residencia de reacción, ninguna de las tecnologías de horno actualmente disponibles son adecuadas. Los intentos anteriores en la técnica anterior para cumplir estos requisitos de aumento de capacidad y flexibilidad en un único horno han resultado ser insuficientes.
Por tanto, representaría un avance notable en el estado de la técnica si se desarrollase un horno que resolviera los problemas de los hornos de la técnica anterior tal como se describió anteriormente.
El documento US 2.323.498 da a conocer el uso de un colector con una única entrada conectado a conductos paralelos y conformados en U permitiendo así que un único fluido o gas pase a través del horno en cualquier momento dado. De manera similar, el documento US 2.745.388 da a conocer un horno de diseño compacto y múltiples zonas de reactor en el que una única corriente de carga continua entra y sale de cada zona de calentamiento en el reactor. El documento US 4.329.150 da a conocer un horno de pirólisis de múltiples pasos para la conversión de una materia prima de hidrocarburos controlando individualmente las condiciones en cada paso.
Los intentos anteriores en la técnica anterior de cumplir estos requisitos de aumento de capacidad y flexibilidad en un único horno han resultado ser insuficientes.
Por tanto, representaría un avance notable en el estado de la técnica si se desarrollase un horno que resolviera los problemas de los hornos de la técnica anterior tal como se describió anteriormente.
Sumario de la presente invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar un procedimiento mejorado que tiene una flexibilidad mejorada para el craqueo mediante pirólisis de hidrocarburos para obtener olefinas.
En consecuencia, la presente invención proporciona un procedimiento para craquear carga de hidrocarburos que comprende al menos dos materias primas diferentes para producir olefinas tal como se define en la reivindicación 1 independiente.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 representa de manera esquemática una realización de la presente invención.
La figura 2 ilustra una vista en sección transversal desde arriba de una realización de la presente invención.
Descripción detallada de la presente invención
El procedimiento de la presente invención se describirá con relación al horno de la figura 1 que tiene cuatro zonas de craqueo separadas e independientes. Sin embargo, debe entenderse que la presente solicitud no se limita de ninguna manera a esta descripción detallada, y todas las modificaciones obvias que sugiere esta descripción detallada a los expertos en la técnica también se encuentran contempladas por la presente solicitud y las reivindicaciones adjuntas.
Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, se muestra un horno 2 de pirólisis multizonas. El horno 2 está dotado de una sección 4 de convección, una primera cámara 6 radiante de calentamiento y una segunda cámara 8 radiante de calentamiento. La primera cámara 6 radiante de calentamiento está dotada de una pared 10 de división para dividir la primera cámara 6 radiante en una primera zona 12 radiante independiente separada y una segunda zona 14 radiante independiente separada. La segunda cámara 8 radiante de calentamiento está dotada de una pared 16 de división para dividir la segunda cámara 8 radiante en una tercera zona 18 radiante independiente separada y una cuarta zona 20 radiante independiente separada.
En la realización de las figuras 1 y 2 las paredes 10 y 16 de división dividen sus respectivas cámaras radiantes en zonas radiantes independientes separadas de área sustancialmente igual. Sin embargo, los expertos en la técnica apreciarán que la pared de división puede estar situada en la cámara para proporcionar zonas radiantes independientes separadas de área desigual. Adicionalmente, puede emplearse más de una pared de división, o cualquier combinación de número de paredes de división, en las cámaras radiantes del horno. Por ejemplo, en la primera cámara radiante, pueden emplearse dos paredes de división para dividir la primera cámara radiante en tres zonas radiantes independientes de igual área, y en la segunda cámara radiante, pueden emplearse tres paredes de división para dividir la segunda cámara radiante en cuatro zonas radiantes independientes desiguales.
La pared de división sólo puede fabricarse con un material que puede soportar las temperaturas en la zona radiante del reactor, que pueden superar temperaturas de 2200ºF. En consecuencia, la pared de división puede estar compuesta por ladrillo refractario convencional. La pared de división también puede estar compuesta por un material de tipo tejido conocido como Nextel o puede ser una cortina realizada con este material, solo o en combinación con un material de fibra cerámica. En este tipo de realización, se cuelga la cortina de soportes de varilla. Pueden usarse otros materiales que proporcionen propiedades térmicas similares.
Nextel es un nombre comercial de la empresa 3M para una familia de productos textiles de fibra cerámica. Las fibras Nextel se fabrican a partir de un precursor sintético, no óxidos refractarios fundidos tal como es normalmente el caso con las cerámicas. La fibra sintética se forma en una longitud continua hasta un diámetro controlado y después se piroliza para convertir los materiales sintéticos en una cerámica. Las fibras de cerámica filamentosa continua se hilan para dar hilos y hebras que después pueden usarse para tejer, trenzar, tricotar o entrecruzar una variedad de formas de productos textiles, incluyendo un tejido para las cortinas de la presente invención. Para su uso en la presente invención se prefiere Nextel 312 que está compuesto por alúmina/sílice/óxido bórico. También se contempla en el presente documento el uso de Nextel 440.
Para la práctica de la presente invención es importante que la pared de división se construya de manera que las condiciones en una de las zonas radiantes independientes separadas no afecten sustancialmente a las condiciones en una zona radiante independiente separada adyacente. De esta manera, las condiciones en cada zona radiante adyacente pueden controlarse de manera independiente y separada mediante el ajuste de los quemadores radiantes a lo largo de la pared y/o suelo de la zona tal como se describe a continuación en el presente documento.
Volviendo a la figura 1, puede observarse que el horno 2 está compuesto por paredes 22 exteriores, paredes 24 dispuestas de manera central, un techo 26, suelos 28 y un suelo 30 de separación de cámaras. Hay quemadores 32 de pared convencionales dispuestos en una serie a lo largo de las 22 paredes exteriores y paredes 24 dispuestas de manera central. Hay quemadores 34 de suelo convencionales adicionales dispuestos en una serie a lo largo de los suelos 28. Los quemadores 32 y 34 pueden estar suministrados de una manera convencional con gas natural u otro gas combustible o combustibles finamente dispersados a través de cabeceras, colectores o conductos individuales que conducen a cada quemador que no se muestran. No es necesario describir en el presente documento el tipo particular de quemador de calor radiante y los detalles asociados con el mismo ya que se conocen bien y son convencionales en la técnica. Puede usarse cualquier tipo de quemador de calor radiante que proporcione sustancialmente todo el calor mediante radiación. Es importante para la presente invención que cada quemador o serie de quemadores en cada zona radiante independiente se controle de manera separada e independiente, tal como regulando la cantidad de combustible suministrado a los quemadores radiantes. De esta manera, la temperatura de craqueo en cada zona radiante separada e independiente puede controlarse de manera separada e independiente.
El horno también está dotado de una chimenea 36 para eliminar gases de chimenea de los quemadores en una tubería 38.
El horno 2 de la figura 1 también está dotado de cuatro bobinas de procedimiento. La primera bobina 40 de procedimiento se precalienta en un intercambiador 42 en la cámara 4 de convección y después continúa a través hacia la primera zona 12 radiante independiente separada. La segunda bobina 44 de procedimiento se precalienta en un intercambiador 46 en la cámara 4 de convección y después continúa a través de la segunda zona 14 radiante independiente. La tercera bobina 48 de procedimiento se precalienta en un intercambiador 50 y después continúa a través de la tercera zona 18 radiante independiente. La cuarta bobina 52 de procedimiento se precalienta en un intercambiador 52 y después continúa a través de la cuarta zona 20 radiante independiente. En la figura 2, por ejemplo, cada radiante de las cuatro zonas 10, 14, 18 y 20 radiantes está dotada de dos bobinas 40A, 40B, 44A, 44B, 48A, 48B, 52A y 52B de procedimiento, respectivamente.
Cada una de las bobinas de procedimiento puede ser independientemente de longitudes y/o configuraciones separadas. Generalmente, los tubos están dispuestos verticalmente en las zonas radiantes independientes, y a menudo tienen configuraciones de serpentín. También se contemplan en el presente documento otras configuraciones de bobina de procedimiento conocidas por los expertos en la técnica para su uso. Las bobinas pueden ser de cualquier longitud deseada y generalmente tienen una parte que continúa hacia abajo hacia el interior de la zona radiante independiente, una zona de conexión de giro en U y una parte que continúa hacia arriba hacia el exterior de la zona radiante independiente. Dependiendo de la cantidad de producto deseada, una zona radiante independiente particular puede tener una configuración de bobina diseñada para contener tantas bobinas como sea necesario para obtener la capacidad deseada. Por ejemplo, una zona radiante independiente puede estar dotada de desde 1 hasta aproximadamente 20 o más conjuntos de bobinas.
Cada una de las bobinas de las zonas de calentamiento radiantes independientes sale entonces del horno 2. Preferiblemente, las bobinas de procedimiento están dotadas de un aparato de temple para el rápido temple de los gases de producto efluentes. Puede emplearse cualquiera de los aparatos de temple conocidos por los expertos en la técnica en la práctica de la presente invención. Véase, por ejemplo, Woebcke et al., patente estadounidense número 5.427.655. Adicionalmente, se contempla en la presente invención que cada bobina puede estar dotada de su propio aparato de temple o los efluentes de las bobinas de procedimiento pueden combinarse en cualquier configuración y después templarse.
En un procedimiento a modo de ejemplo que emplea la presente invención, se alimenta una primera corriente de alimentación de etano a una temperatura de aproximadamente 70ºF hasta aproximadamente 80ºF en la bobina 40 que se precalienta en el intercambiador 42 en la sección 4 de convección, en la que se calienta hasta una temperatura en el intervalo de desde aproximadamente 1100ºF hasta aproximadamente 1200ºF.
Durante la etapa de precalentamiento, dependiendo del intervalo de ebullición de la materia prima la carga puede vaporizarse parcial o completamente. Además, en procedimientos en los que se usa vapor, se añade vapor a la carga antes de introducir la carga en la zona radiante. Por ejemplo, puede añadirse el vapor en puntos en la sección de precalentamiento, preferiblemente donde la carga se vaporiza en al menos el 70%. Cuando se añade de esta manera, el vapor actúa para vaporizar completamente la carga reduciendo la presión parcial de hidrocarburo. El vapor también funciona para mantener la presión parcial de hidrocarburo baja en la zona radiante para una mejora de la eficacia de craqueo y reducción de coque.
De nuevo, en cada una de las bobinas de procedimiento, pueden añadirse diferentes cantidades de vapor a cada una de las bobinas dependiendo del craqueo que se desee realizar en las bobinas de procedimiento, es decir, el tipo de materia prima y la lista de productos deseada.
Entonces la bobina 40 continúa hacia el interior de la primera zona 12 radiante independiente y separada en la que se calienta mediante calor radiante suministrado a partir de los quemadores 32 y 34 radiantes a lo largo de las paredes y el suelo de la primera zona 12 radiante independiente y separada. Normalmente, una materia prima de etano se craqueará a una temperatura que oscila desde aproximadamente 780ºC hasta aproximadamente 1000ºC durante un tiempo de residencia de desde aproximadamente 0,01 segundos hasta aproximadamente 0,08 segundos.
De manera independiente, pero simultánea, se proporciona a la bobina 44 de procedimiento una materia prima de propano a una temperatura de desde aproximadamente 70ºF hasta aproximadamente 80ºF y se precalienta en la zona 4 de convección en un intercambiador 50 hasta una temperatura en el intervalo de desde aproximadamente 1100ºF hasta aproximadamente 1200ºF. Entonces la bobina 44 de procedimiento continúa hacia el interior de la segunda zona radiante independiente y separada en la que se calienta mediante calor radiante suministrado desde los quemadores 32 y 34 radiantes a lo largo de las paredes y el suelo de la segunda zona 14 radiante independiente y separada. Normalmente, una materia prima de propano se craqueará a una temperatura que oscila desde aproximadamente 780ºC hasta aproximadamente 1000ºC durante un tiempo de residencia de desde aproximadamente 0,01 segundos hasta aproximadamente 0,08 segundos.
Aunque tanto la primera como la segunda zona 12 y 14 de calentamiento radiante están situadas en la misma cámara 6 radiante, la temperatura en cada zona puede controlarse por separado debido a la provisión de la pared 10 de división y el control de la cantidad de combustible quemada en los quemadores radiantes de la zona de calentamiento radiante. Por tanto, pueden craquearse dos materias primas diferentes en la misma cámara radiante en condiciones separadas e independientes, permitiendo así una mejora de la flexibilidad de la operación de craqueo.
\newpage
Se alimenta una tercera corriente de alimentación de nafta a una temperatura de aproximadamente 70ºF hasta aproximadamente 80ºF en el interior de la bobina 48 que se precalienta en un intercambiador 50 en la sección 4 de convección, en la que se calienta hasta una temperatura en el intervalo de desde aproximadamente 1100ºF hasta aproximadamente 1200ºF. Entonces la bobina 48 continúa hacia el interior de la tercera zona 18 radiante independiente y separada en la que se calienta mediante calor radiante suministrado a partir de los quemadores 32 y 34 radiantes a lo largo de las paredes y el suelo de la tercera zona 18 radiante independiente y separada. Normalmente, una materia prima de nafta se craqueará a una temperatura que oscila desde aproximadamente 780ºC hasta aproximadamente 1000ºC durante un tiempo de residencia de desde aproximadamente 0,01 segundos hasta aproximadamente 0,08 segundos.
De manera independiente, pero simultánea, se proporciona a la bobina 52 de procedimiento una materia prima de gasóleo de vacío (VGO) a una temperatura de desde aproximadamente 70ºF hasta aproximadamente 80ºF y se precalienta en la zona 4 de convección en un intercambiador 54 hasta una temperatura en el intervalo de desde aproximadamente 1100ºF hasta aproximadamente 1200ºF. Entonces la bobina 52 de procedimiento continúa hacia el interior de la cuarta zona 20 radiante independiente y separada en la que se calienta mediante calor radiante suministrado desde los quemadores 32 y 34 radiantes a lo largo de las paredes y suelo de la segunda zona 20 radiante independiente y separada. Normalmente, una materia prima de VGO se craqueará a una temperatura que oscila desde aproximadamente 780ºC hasta aproximadamente 1000ºC durante un tiempo de residencia de desde aproximadamente 0,01 segundos hasta aproximadamente 0,08 segundos.
Aunque tanto la tercera como la cuarta zona 18 y 20 de calentamiento radiante están situadas en la misma cámara 8 radiante, la temperatura en cada zona puede controlarse por separado debido a la provisión de la pared 16 de división y el control de la cantidad de combustible quemado en los quemadores radiantes de la zona de calentamiento radiante. Por tanto, pueden craquearse dos materias primas diferentes en la misma cámara radiante en condiciones separadas e independientes, permitiendo así una mejora de la flexibilidad de la operación de craqueo.
Alternativamente, cuando no se requiere la capacidad completa del horno 2, puede dejarse una o más de las zonas radiantes independientes y separadas inactivas mediante el uso de vapor en la bobina sin afectar a los procedimientos de craqueo que continúan en las zonas radiantes en uso. Esto proporciona adicionalmente flexibilidad al aparato de craqueo de la presente invención.
Muchas variaciones de la presente invención se presentarán por sí mismas a los expertos en la técnica en vista de la descripción detallada anterior. Por ejemplo, aunque el procedimiento de la presente invención se ha mostrado a modo de ejemplo con materias primas de etano, propano, nafta y VGO, también pueden emplearse en la práctica de la presente invención otras materias primas que se sabe que se usan como materias primas en el craqueo mediante pirólisis en horno radiante.

Claims (4)

1. Procedimiento para craquear independientemente al menos dos materias primas de hidrocarburos diferentes cada una en una bobina de procedimiento diferente para obtener olefinas en el que dicho procedimiento se lleva a cabo en un horno para craquear carga de hidrocarburos, comprendiendo dicho horno:
(a)
al menos una cámara radiante de calentamiento, en la que dicha cámara radiante está dividida en al menos dos zonas radiantes independientes separadas por medios de división de cámara radiante de calentamiento;
(b)
al menos un quemador radiante en cada una de dichas zonas radiantes independientes separadas de dicha cámara radiante de calentamiento;
(c)
una cámara de convección en comunicación directa con dicha(s) cámara(s) radiante(s) de calentamiento;
(d)
al menos una bobina de procedimiento para cada una de dichas zonas radiantes independientes separadas, en la que cada una de dichas bobinas de procedimiento se extiende a través de al menos una parte de dicha cámara de convección y se extiende hacia el interior de una de dichas zonas radiantes independientes separadas antes de salir de dicho horno;
(e)
una chimenea para descargar gas de chimenea situada en la parte superior de dicha cámara de convección de dicho horno; y
(f)
medios para controlar independientemente los quemadores radiantes en cada una de dichas zonas radiantes independientes separadas.
en el que las al menos dos materias primas se craquean en la misma cámara radiante en condiciones separadas e independientes cada una en una zona radiante independiente separada sometiendo las bobinas de procedimiento a diferentes temperaturas de craqueo controladas por los medios para controlar independientemente los quemadores radiantes en cada una de las zonas radiantes independientes y separadas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, para craquear carga de hidrocarburos que comprende al menos cuatro materias primas diferentes para craquear independientemente al menos cuatro materias primas cada una en una bobina de procedimiento diferente para obtener olefinas.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dichos medios de división de cámara radiante de calentamiento son una combinación de una cortina de material Nextel y pared de fibra cerámica.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la temperatura de cada una de dichas zonas radiantes independientes separadas se controla independientemente por medios para controlar de manera separada e independiente cada quemador o serie de quemadores en cada zona radiante independiente separada.
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