ES2348448T3

ES2348448T3 - Horno de craqueo.

Info

Publication number: ES2348448T3
Application number: ES05704608T
Authority: ES
Inventors: Simon Barendregt; Matthew Bowers Pitcher; Jan Den Uijl
Original assignee: Technip France SAS
Current assignee: Technip Energies France SAS
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2010-12-07
Anticipated expiration: 2025-02-04
Also published as: WO2005075607A1; EP1561796A1; US7964091B2; HRP20100540T1; CA2555299A1; PL1718717T3; TW200530390A; BRPI0507391A; NO20063947L; AU2005210446A1; AU2005210446B2; TWI373519B; EP1718717A1; ZA200606835B; JP5020640B2; PT1718717E; CA2555299C; DE602005022164D1; MY145903A; EA200601427A1

Abstract

Método para el craqueo de una alimentación de hidrocarburo, que comprende hacer pasar la alimentación, que comprende un hidrocarburo y un gas diluyente, en particular vapor de agua, a través de un serpentín de craqueo en una cámara de combustión en condiciones de craqueo, en el que el serpentín comprende, como mínimo, una sección de salida y, como mínimo, una sección de entrada y en el que la sección de salida de dicho serpentín está mas apantallada térmicamente que la sección de entrada de dicho serpentín, en el que la cámara de combustión comprende, como mínimo, un carril de secciones de salida de los serpentines, como mínimo, dos carriles de secciones de entrada de los serpentines y, como mínimo, dos carriles de quemadores, en el que el, como mínimo, un carril de secciones de salida está situado entre los, como mínimo, dos carriles de secciones de entrada y los carriles de secciones de entrada están situados entre los, como mínimo, dos carriles de quemadores.

Description

La presente invención se refiere a un horno para el craqueo (térmico) de una alimentación de hidrocarburo en fase de vapor en presencia de vapor de agua. Además, la presente invención se refiere a un método para el craqueo (térmico) de una alimentación de hidrocarburo en fase de vapor en presencia de un gas diluyente, en particular de vapor de agua.

Los hornos de craqueo son el corazón de una planta de etileno. En estos hornos, alimentaciones que contienen uno o más tipos de hidrocarburos se convierten en un gas producto craqueado mediante el craqueo de los hidrocarburos. Ejemplos típicos de alimentaciones de hidrocarburos son etano, propano, butanos, naftas, querosenos y gasoil atmosférico y al vacío.

Los procesos para la conversión de hidrocarburos a temperatura elevada son conocidos desde hace varias décadas. El documento US 2.182.586, publicado en 1939, describe un proceso y un reactor para la conversión pirolítica de un aceite de hidrocarburo líquido. Se utiliza una tubería de reacción única dispuesta horizontalmente (la publicación se refiere a "tubos", pero éstos están conectados en una conexión de flujo en serie y, por lo tanto, en realidad forman un solo tubo), lo que da como resultado tiempos de residencia relativamente largos, que son comunes en el proceso de craqueo térmico de aceites de hidrocarburo líquido para mejorar la calidad de los carburantes para la automoción, tales como la reducción de viscosidad (“visbreaking”). No se menciona la utilización de la calefacción descrita para un proceso tal como de craqueo en fase de vapor o para el craqueo de una alimentación de vapor. Al contrario, se evitan el craqueo excesivo y la formación excesiva de gas.

El documento US 2.324.553, publicado en 1943, muestra otro calentador para la conversión pirolítica de hidrocarburos, en el que la tubería de reacción está formada por "tubos" conectados en serie, que se colocan horizontalmente en el calentador. En el proceso descrito, el aceite se hace pasar a través del tubo a una temperatura inferior a una temperatura activa de craqueo.

El documento US 6.488.839 B1 se refiere a un proceso de craqueo en fase de vapor para una materia prima que contiene, como mínimo, un 80% de hidrocarburos C2-C4 en un horno en el que las tuberías tienen unas dimensiones específicas. No hay ninguna

mención de apantallamiento de la sección de salida respecto a la sección de entrada de las tuberías.

El documento US 3.641.190 se refiere a un método para la eliminación del coque de los tubos en un horno de craqueo. El documento US 3.641.190 no dice nada sobre el apantallamiento de la sección de salida de estos tubos durante el craqueo de una alimentación que comprende un hidrocarburo y un gas diluyente.

El documento WO 97/28232 describe un horno de craqueo para el craqueo térmico de una alimentación de hidrocarburo líquida en una tubería espiral. Se dice que el horno tiene una sensibilidad reducida para la formación de coque y un tiempo de residencia de líquido aumentado. No se da a conocer la utilización de la instalación para el craqueo en fase de vapor.

El documento US 2.089.292 se refiere a un aparato de craqueo dual de dos etapas para aceites hidrocarbonados, que comprende tubos catalíticos.

El craqueo en fase de vapor es una forma específica de craqueo térmico de hidrocarburos en presencia de vapor de agua con cinética de proceso y otras características de proceso específicas. En la presente memoria descriptiva, la alimentación de hidrocarburo se craquea térmicamente en fase de vapor en presencia de vapor de agua. El craqueo se lleva a cabo con una intensidad mucho mayor que la aplicada en el craqueo moderado de aceites de hidrocarburos líquidos para mejorar la calidad del líquido. Los hornos de craqueo de vapor comprenden, como mínimo, una cámara de combustión (conocida también como una sección radiante), que comprende una serie de quemadores para calentar el interior. Una serie de tubos de reacción (conocidos como tubos de craqueo o serpentines de craqueo) a través de los que puede pasar la alimentación, están dispuestos a través de la cámara de combustión. El vapor que se alimenta a los tubos se calienta a una temperatura tan elevada que tiene lugar la rápida descomposición de las moléculas, lo que produce las olefinas ligeras deseadas, tales como etileno y propileno. Típicamente, la mezcla de alimentación de hidrocarburo y vapor de agua entra en los tubos de reacción como un vapor a 600°C. En los tubos, se calienta la mezcla habitualmente a unos 850°C por el calor liberado por combustible que arde en los quemadores. Los hidrocarburos reaccionan en los tubos de calefacción y se convierten en un producto gaseoso, rico en olefinas primarias tales como etileno y propileno.

En los hornos de craqueo, los tubos de reacción se pueden organizar verticalmente en una o más pasadas. En la técnica, también se utiliza el término serpentín de craqueo. Uno o más serpentines de craqueo, que pueden ser idénticos o no idénticos, pueden estar presentes para formar la sección de reactor radiante total de una cámara de combustión. Convencionalmente, los tubos de craqueo de etileno se disponen en la cámara de combustión en un carril, en el que el carril se calienta a ambos lados por quemadores.

Un carril de este tipo puede estar en una disposición denominada en línea, por la que todos los tubos del reactor se organizan, esencialmente, en el mismo plano vertical. Alternativamente, los tubos en un carril de este tipo pueden estar en una disposición denominada escalonada por la que los tubos están dispuestos en dos planos esencialmente verticales paralelos por lo que los tubos están colocados en un espaciado triangular entre sí. Un triángulo de este tipo puede tener lados iguales (es decir, espaciado triangular equilátero) o lados desiguales, lo que se denomina espaciado extendido.

Ejemplos de dicha configuración de espaciado extendido son espaciado triangular isósceles, espaciado triangular de ángulo recto y cualquier otro espaciado triangular no equilátero. Un ejemplo de un horno de este tipo con un espaciado extendido es GK6® (véase la figura 1) que muestra un espaciado triangular isósceles no equilátero en una disposición de serpentín de doble carril. En el horno GK6, el conjunto de dos carriles se calienta a ambos lados por quemadores -5-situados en la parte inferior y/o en las paredes laterales. Las secciones de entrada (que se extienden desde las entradas -4-) y salida (que se extienden desde las salidas -3-) se calientan esencialmente igual por los quemadores -5-.

Se ha descubierto que esto conduce a condiciones de craqueo menos óptimas. Se cree que esto es debido a una distribución de calor no muy ventajosa. El proceso de craqueo es un proceso endotérmico y requiere la introducción de calor en las alimentaciones. Para el rendimiento (selectividad) del proceso de craqueo es deseable aprovechar al máximo la introducción de calor a la sección de entrada del serpentín de craqueo (tubo). Por tanto, los presentes inventores han buscado una manera de alterar la introducción de calor en los tubos de craqueo.

Además, se ha descubierto que la utilización de un horno conocido para el craqueo (térmico) de un vapor de hidrocarburos en presencia de vapor de agua, para formar de este modo etileno, propileno y uno o más diferentes alquenos (también llamados olefinas), conduce a condiciones menos favorables para la estabilidad mecánica de la disposición de los serpentines de craqueo.

Los presentes inventores se han dado cuenta que, debido al hecho de que las secciones de entrada a un lado del carril escalonado tienen diferentes condiciones de temperatura y condiciones de distribución de calor que las secciones de salida al otro lado del carril escalonado, existe condiciones diferentes de estrés térmico y de fluencia térmica entre las secciones de entrada y las secciones de salida. La fluencia (“creep”) es la expansión irreversible que se produce cuando un metal se calienta. La fluencia es el resultado de tensiones térmicas dentro del metal debido al calentamiento. La tensión térmica (causada por la expansión térmica) es el fenómeno reversible cuando se calienta cualquier material. Ambos fenómenos deben ser tenidos en consideración en el diseño del serpentín y provocan las restricciones mencionadas anteriormente en el diseño mecánico del serpentín de craqueo.

Por lo tanto, una disposición escalonada de serpentines de este tipo se considera habitualmente menos adecuada en hornos de craqueo en fase de vapor para convertir gases de hidrocarburos ligeros, tales como etano. En el craqueo en fase de vapor de etano, debido a la naturaleza rígida de los depósitos de carbono en el interior del serpentín, un desequilibrio demasiado elevado en las tensiones térmicas y fluencia térmica puede causar el plegado de tubo o incluso la ruptura del serpentín. Sin embargo, incluso con una disposición en línea aplicada convencionalmente en la técnica de craqueo de etano, una disposición de este tipo requiere un sistema de soporte curvado complicado en la parte de entrada, salida y parte inferior, necesario para compensar el estrés térmico y la fluencia térmica. Esto es también el caso del craqueo en fase de vapor de hidrocarburos más pesados, en el que podría ser adecuada una disposición escalonada suficientemente extendida con un sistema de soporte curvado diseñado correctamente con parámetros de ajuste variables. Sin embargo, se requiere la atención continua del operador para ajustar la configuración del sistema de soporte

en caso de diferentes condiciones de funcionamiento y durante la vida operativa del horno, dado que las dimensiones del serpentín y la fuerza cambian como consecuencia de la fluencia a lo largo del tiempo.

Se ha descubierto que la introducción de calor, en un método para el craqueo (en fase de vapor) de un hidrocarburo puede modificarse mediante el diseño de las secciones de entrada y de salida de los serpentines de craqueo de una manera específica.

Además, se ha descubierto que se puede mejorar la estabilidad térmica de los serpentines mediante el diseño del horno craqueo, en particular de las secciones de entrada y de salida de los serpentines de craqueo de la cámara de combustión del horno de una manera específica.

Por consiguiente, la presente invención se refiere a un método para el craqueo de una alimentación de hidrocarburo, que comprende hacer pasar una alimentación que comprende un hidrocarburo y un gas diluyente, en particular vapor de agua, a través de, como mínimo, un serpentín de craqueo (en la solicitud de prioridad referido también como tubo de craqueo) en una cámara de combustión en condiciones de craqueo, en el que el serpentín comprende, como mínimo, una sección de salida y, como mínimo, una sección de entrada y en el que la sección de salida de cada serpentín está mas apantallada térmicamente que la sección de entrada de dicho serpentín, en el que la cámara de combustión comprende, como mínimo, un carril de secciones de salida de los serpentines, como mínimo, dos carriles de secciones de entrada de los serpentines y, como mínimo, dos carriles de quemadores, en el que el, como mínimo, un carril de secciones de salida está situado entre los, como mínimo, dos carriles de secciones de entrada y los carriles de secciones de entrada están situados entre los, como mínimo, dos carriles de quemadores.

En el método de craqueo en fase de vapor según la presente invención, la alimentación compuesta por vapor e hidrocarburos se alimenta habitualmente al serpentín como vapor o gas. Tal como se utiliza en la presente memoria descriptiva, a

menos: que se especifique lo contrario, el término "vapor" y

respectivamente: "vaporoso", incluye "gas" y
respectivamente

"gaseoso".

Además, la presente invención se refiere a un nuevo horno de craqueo, adecuado para el craqueo de hidrocarburos, en particular en un método según la presente invención.

En consecuencia, la presente invención se refiere además a un horno de craqueo en fase de vapor (para el craqueo en fase de vapor de una alimentación de hidrocarburo), que comprende, como mínimo, un cámara de combustión dotada de una pluralidad de serpentines de craqueo, comprendiendo dichos serpentines, como mínimo, una sección de entrada y, como mínimo, una sección de salida, comprendiendo dicha cámara de combustión, como mínimo, un carril de secciones de salida de serpentines de craqueo, como mínimo, dos carriles de secciones de entrada de serpentines de craqueo y, como mínimo, dos carriles de quemadores, en el que el, como mínimo, un carril de secciones de salida se encuentra entre los, como mínimo, dos carriles de secciones de entrada y los carriles de secciones de entrada se encuentran entre los, como mínimo, dos carriles de quemadores.

Habitualmente, los carriles de quemadores están esencialmente paralelos entre sí. Habitualmente, los quemadores están montados en la parte inferior y/o en las paredes laterales y/o en la parte superior de la cámara de combustión.

La figura 1 muestra esquemáticamente un horno convencional de craqueo (GK6®).

La figura 2A muestra un perfil de flujo de calor típico de un horno de GK6® y un perfil en circunstancias similares para un horno según la presente invención (simulado por SPYRO®).

La figura 2B muestra la temperatura del proceso a lo largo del serpentín de un horno de GK6® y un perfil bajo circunstancias similares para un horno según la presente invención (simulada por SPYRO®).

La figura 2C muestra la temperatura de la pared del serpentín a lo largo de la longitud del serpentín.

La figura 3A muestra una intersección de la vista superior de un horno de craqueo según la presente invención con una disposición de tipo espina de pez.

La figura 3B muestra una intersección de la vista frontal del horno de la figura 3A. La figura 4 muestra una disposición alternativa del mismo tipo de serpentín y disposición de los serpentines que en la figura 3, pero con un espaciado

triangular de ángulo recto entre las secciones de serpentín individuales.

La figura 5A muestra la vista superior de un horno según la presente invención, en el que los serpentines tienen un diseño de serpentín divido de dos pasadas.

La figura 5B muestra una vista 3-D de un serpentín único tal como el del horno de la figura 5A.

La figura 5C muestra una vista lateral del serpentín único de la figura 5B.

La figura 5D muestra una vista frontal del serpentín de la figura 5B.

La figura 6A muestra un horno con un serpentín de 4 pasadas.

La figura 6B muestra un serpentín tal como el del horno de la figura 6A.

La figura 7 muestra un horno según la presente invención, en el que las secciones de salida están en una configuración escalonada.

La figura 8A muestra un horno según la presente invención con un diseño de serpentín 4-1 altamente simétrico en tres carriles en la intersección de la vista superior.

La figura 8B muestra otro horno con un diseño de serpentín 4-1 simétrico (intersección de vista superior).

La figura 8C muestra una intersección de vista frontal de un horno según la figura 8A y 8B.

De forma general, son conocidos los serpentines de craqueo adecuados (también referidos como tubos de craqueo). Los serpentines pueden estar formados por uno o más conductos cilíndricos tubulares, preferentemente con un corte transversal circular u oval. Los conductos pueden estar conectados mediante la conexión de dispositivos tales como, sin que constituyan limitación, tubos de conexión y codos para proporcionar un número de pasadas, por ejemplo, tal como se muestra en la figura 3B y en figura 6B. Un serpentín de craqueo puede estar formado por una pluralidad de conductos tubulares unidos entre sí, por ejemplo, con "forma de m" o "forma de w", en los que los tramos exteriores representan secciones de entrada que se montan en una sección de salida única, representada por el tramo central de la w/m. Ejemplos particularmente adecuados, en los que los tubos se unen entre sí para formar un serpentín craqueo se muestran en la figura 5D y en

la figura 8 (en forma de w). En la técnica, dichos serpentines de craqueo son conocidos comúnmente como diseños de "serpentín dividido" (“split coil”).

Habitualmente, los serpentines tienen cada uno, como mínimo, una entrada y, como mínimo, una salida. La entrada del serpentín es un conducto a través del cual, durante su utilización, la alimentación entra en el serpentín de craqueo y con ello, habitualmente, en la cámara de combustión; la salida es el conducto a través del cual, durante su utilización, el producto deja el serpentín de craqueo y con ello, habitualmente, la cámara de combustión. La salida puede estar conectada con otros equipos de procesamiento tales como, sin que constituyan limitación, intercambiadores de calor y/o enfriadores de contacto directo.

La sección de entrada de un serpentín es la primera parte (en la dirección longitudinal) del serpentín que está dentro la cámara de combustión, que comienza en la entrada del serpentín en la cámara de combustión. Puede extenderse hasta el principio de la sección de salida. En particular, es la parte que está menos apantallada térmicamente que la sección de salida. En una realización preferente, la sección de entrada es la parte del serpentín que apantalla térmicamente a la sección de salida del serpentín, cuando el horno está en funcionamiento.

La sección de salida de un serpentín es la última parte (en la dirección longitudinal) del serpentín que está dentro la cámara de combustión, que termina en la salida del serpentín que sale de la cámara de combustión. En particular, es la parte que está más apantallada térmicamente que la sección de entrada. Puede extenderse hasta el final de la sección de entrada o hasta una sección intermedia que conecta la sección de entrada y la sección de salida (tal como codos de retorno, tal como se describirá a continuación).

Habitualmente, una pluralidad de tubos de craqueo está conectada entre sí para formar una trayectoria de flujo paralelo para la alimentación. De este modo, en contraste con un diseño en el que los "tubos" están conectados en serie y en el que la alimentación entra en un primer "tubo", se convierte parcialmente y después entra en un "tubo" posterior, el presente diseño permite que la composición de la corriente en la entrada de cada tubo sea esencialmente la misma para cada tubo. Esto permite un periodo de residencia corto y con ello una productividad elevada. Si se desea,

durante su utilización, se puede alimentar de este modo una pluralidad de tubos de craqueo desde un único contenedor o conducto que se divide en varias corrientes de alimentación, alimentando cada uno la entrada de un tubo de craqueo y/o la corriente de producto que abandona la pluralidad de tubos a través de la salida puede combinarse de nuevo en un conducto único o un contenedor.

En la presente memoria descriptiva, el término que una entidad (por ejemplo, una sección de serpentín) está "apantallada térmicamente" se define como el impedimento de que el calor se transfiera a la entidad. En particular, este término se utiliza en la presente memoria descriptiva para indicar la medida en la que se impide que el calor generado por los quemadores durante el funcionamiento del horno de craqueo se transfiera a la entidad apantallada. Con respecto a que las secciones de salida de los serpentines están más apantalladas térmicamente que las secciones de entrada de los serpentines, esto significa en particular que la transferencia de calor en los serpentines de craqueo en la sección de salida del serpentín se desplaza a favor de la transferencia de calor en los serpentines de craqueo en la sección de entrada del serpentín, durante el funcionamiento de los quemadores, en comparación con una configuración de serpentín en la que no se produce dicho apantallamiento o que se produce en menor cantidad.

En la presente memoria descriptiva, el término esencialmente de forma vertical se utiliza para indicar que una entidad (por ejemplo, un tubo de serpentín o parte del mismo, un carril, una pared, etc.), como mínimo, durante su utilización está en un ángulo de más de 45° con una superficie horizontal (típicamente la parte inferior de la cámara de combustión), en particular en un ángulo de más de 80°, preferentemente en un ángulo de aproximadamente 90°.

En la presente memoria descriptiva, el término esencialmente horizontal se utiliza para indicar que una entidad (por ejemplo, un tubo de serpentín o parte del mismo, un carril, una pared, etc.), como mínimo, durante su utilización, está en un ángulo de menos de 45° con una superficie horizontal (típicamente la parte inferior de la cámara de combustión), en particular en un

ángulo: de menos de 10°, preferentemente en un ángulo de

aproximadamente 0°.

En: la presente memoria descriptiva, el término

esencialmente paralelo (utilizado en sentido geométrico) se utiliza

para indicar que una entidad (por ejemplo, un tubo o parte del mismo, un carril, una pared, etc.), como mínimo, durante su utilización, está en un ángulo de menos de 45° con otra entidad a la que la entidad se dice que es esencialmente paralela, en particular en un ángulo de menos de 10°, preferentemente en un ángulo de aproximadamente 0°.

El término "aproximadamente" y similares, tal como se utilizan en la presente memoria descriptiva, están definidos para incluir una desviación de hasta un 10%, más particularmente de hasta un 5%.

Un proceso según la presente invención y, respectivamente, un horno según la presente invención pueden ofrecer varias ventajas.

En particular, la sección de salida de un serpentín está apantallada térmicamente de los quemadores por la sección de entrada, lo que es beneficioso, por las razones que se explican con detalle a continuación. Debido al aumento en la carga térmica de la sección de entrada, que se produce a expensas de la carga térmica de la sección de salida de un serpentín de craqueo, se necesita menos tiempo de residencia para llegar a una cierta conversión de la alimentación. Esto permitirá que el diseñador de horno aplique un diseño de residencia en el serpentín más corto cuando construya un horno en la aplicación de la presente invención. Debido al menor tiempo de residencia, la cinética de la reacción favorece la formación de los productos deseados, tales como etileno a expensas de la formación de subproductos no deseados. Por consiguiente, son necesarias menos cantidades de alimentación para producir una cantidad determinada del producto deseado, por ejemplo de etileno.

El apantallamiento puede contribuir a una reducción en la formación de coques en la sección de salida del serpentín, lo que es un factor limitante en el tiempo de paso de corriente en el horno.

Como consecuencia, el horno puede funcionar más tiempo antes de que sea necesario detener la operación de craqueo del horno para permitir la eliminación del coque del horno. De forma alternativa, en lugar de extender la operación del horno, se puede aumentar la capacidad del horno.

Los presentes inventores han descubierto que el apantallamiento de las secciones de salida por las secciones de entrada, opcionalmente en combinación con otros factores (tal como

se describe a continuación), contribuye a una mayor estabilidad mecánica de los serpentines, también a temperatura elevada, en particular cuando se utilizan en condiciones comunes para el craqueo en fase de vapor, tales como la calefacción de los serpentines a una temperatura, aproximadamente, de 850°C o más (es decir, la temperatura en la superficie externa de la pared del serpentín). La temperatura puede incluso aumentar hasta, aproximadamente, 1100°C o más, en particular cuando el horno se está acercando al final de las condiciones de funcionamiento y se hace necesaria una operación de eliminación del coque del horno. Habitualmente, una temperatura de los serpentines tan elevada está relativamente cerca del punto de fusión del material del que están hechos los serpentines (tales como material de níquel cromo de alta aleación). En particular, en estas condiciones de elevada temperatura la fluencia causada por el estrés térmico se convierte en un factor importante, complicando el diseño de una disposición de serpentines robusta en un horno de craqueo convencional. Los cambios de temperatura en el metal, tan pequeños como 10°C, son ya parámetros de diseño importantes a estas temperaturas tan elevadas.

Sin fundamentarse en ninguna teoría, se contempla que dado que las secciones de entrada están cerca de los quemadores, se aumenta la temperatura de la pared del serpentín en la sección de entrada. Con una temperatura más elevada de la sección de entrada, la fluencia así como la expansión térmica de la sección de entrada aumenta y estará más cerca de la fluencia y la expansión térmica de la sección de salida de los serpentines (en la que la temperatura de la pared es habitualmente superior que en la sección de entrada). Debido a la diferencia en la fluencia y/o la expansión térmica entre las secciones de entrada y las secciones de salida se reduce la deformación del serpentín radiante durante el funcionamiento.

Preferentemente, dichos carriles de secciones de entrada de los serpentines, secciones de salida de los serpentines y quemadores se posicionan en la cámara de combustión geométricamente esencialmente paralelos entre sí.

Preferentemente, las secciones de salida y las secciones de entrada de los tubos se colocan geométricamente esencialmente paralelas entre sí y se posicionan de forma esencialmente vertical, como mínimo durante su utilización.

Se entenderá que en particular las secciones intermedias, o parte de las mismas (tales como los codos de retorno -8-, véase la figura 8C) de los serpentines que conectan la sección

o secciones de entrada y salida pueden colocarse esencialmente de

forma no vertical.

Preferentemente,: los serpentines de craqueo están

dispuestos: en una configuración escalonada, en particular una

configuración escalonada no extendida o extendida.

Habitualmente, los carriles de quemadores están esencialmente paralelos entre sí. Los quemadores están montados habitualmente en la parte inferior, paredes laterales o parte superior de la cámara de combustión. De este modo, todos los quemadores pueden colocarse bien en la parte inferior, las paredes laterales o en la parte superior, o bien los quemadores pueden estar presentes en la parte inferior y paredes laterales, en la parte inferior y en la parte superior, paredes laterales y parte superior o bien los quemadores podrán estar presentes en las paredes laterales, en la parte inferior y en la parte superior.

En un horno preferente, como mínimo, varios quemadores están posicionados en la parte inferior y/o en la parte superior.

Los serpentines de craqueo pueden disponerse adecuadamente en una disposición escalonada o escalonada extendida de modo que se obtiene un elevado grado de simetría en el diseño del serpentín.

Además de mejorar el apantallamiento y/o mejorar la estabilidad térmica, es posible tener más capacidad de craqueo por volumen de cámara de combustión, debido a que está permitido reducir el espacio entre los tubos y la configuración de tres o más carriles. En particular, se prevé que puede obtenerse un aumento de capacidad del 10 al 20% en el mismo volumen de cámara de combustión en comparación con un horno de diseño convencional.

Además, se ha descubierto que un horno según la presente invención muestra una buena estabilidad mecánica también cuando está expuesto a variaciones de temperatura grandes. Como resultado, son necesarios soportes de tubo mucho más simples y menos sensibles al operador, para asegurar los tubos a una pared de la cámara de combustión.

En particular, un horno en el que las secciones de entrada están esencialmente de forma simétrica respecto a las correspondientes secciones de salida, podrá dotarse de serpentines

de craqueo que no necesitan ser soportados con guías en la parte inferior (cuando las entradas/salidas están en la parte superior de la cámara de combustión o cerca de la misma) y respectivamente en la parte superior (cuando las entradas/salidas están en la parte inferior de la cámara de combustión o cerca de la misma). De este

modo,: muy convenientemente los serpentines en la cámara de

combustión: pueden estar respectivamente con sust entación o

colocación libre (“free-hanging” o “free-standing”).

Para buena simetría mecánica (y con ello mayor estabilidad térmica), la cámara de combustión comprende preferentemente serpentines craqueo que son de los denominados serpentines divididos, es decir, serpentines de craqueo que comprenden varias secciones de entrada por sección de salida, en los que las secciones de entrada se posicionan (aproximadamente) simétricamente respecto a las secciones de salida.

Estos serpentines divididos se seleccionan preferentemente de serpentines que comprenden un número par de secciones por sección de salida, en la que una parte (preferentemente la mitad) de las secciones de salida forman el primer carril de secciones de salida y otra parte (preferentemente la otra mitad) de las secciones de salida forman el segundo carril de secciones de salida, estando los carriles en lados opuestos del carril de secciones de entrada.

Ejemplos preferentes de serpentines divididos son serpentines de craqueo que comprenden 2 secciones de entrada y 1 sección de salida (disposición de 2-1, (tal como el serpentín con forma más o menos de m o de w) y serpentines de craqueo que comprenden 4 secciones de entrada y 1 sección de salida (disposición de 4-1).

En el diseño de serpentín dividido que se aplica en la presente invención, se reduce la flexión de los serpentines, provocada por la diferencia en la expansión y la fluencia entre las secciones de entrada y las secciones de salida, en parte debido al efecto de apantallamiento tal como se ha descrito anteriormente, en parte debido a la rigidez del diseño mecánico que es causada por el serpentín, en el que para cada serpentín individual los extremos de entrada se encuentran en los dos carriles exteriores y la sección de salida de este serpentín está localizada en el carril interior lo que da como resultado un diseño de serpentín altamente simétrico. Por lo tanto, un sistema de este tipo puede funcionar

muy bien sin un sistema de guías para los serpentines de craqueo, que típicamente se utiliza en la técnica para guiar el serpentín de craqueo hacia la parte inferior (en el caso de que la entrada/salida están en la parte superior o cerca de la misma) o la parte superior (en el caso de que la entrada/salida están en la parte inferior o cerca de la misma).

El serpentín dividido está diseñado preferentemente de modo que, como mínimo, se le dota de dos secciones de entrada de forma esencialmente uniforme en lados opuestos de cada sección de la salida, con lo que se lleva a cabo un diseño de serpentín esencialmente simétrico (tal como se muestra en cualquiera de las figuras 8A y 8B, que se describirán a continuación en detalle)

La presente invención es muy adecuada para su utilización en el craqueo de una alimentación de hidrocarburo en presencia de vapor de agua, es decir, craqueo en fase de vapor.

Se puede llevar a cabo muy adecuadamente un método según la presente invención, mediante la mezcla de la alimentación de hidrocarburos con vapor de agua y la conducción de éstos a través de los tubos en el horno mencionado anteriormente.

Se ha descubierto que según la presente invención, se pueden craquear alimentaciones de hidrocarburos muy bien, si se desea a una densidad de calor mayor, que en un horno conocido. En particular, la presente invención se utiliza muy ventajosamente en la producción de etileno, propileno, butadieno y/o sustancias aromáticas como posibles coproductos.

La alimentación de hidrocarburos que va a ser craqueada puede ser cualquier alimentación de hidrocarburos gaseosos, vaporosos o líquidos, o una combinación de los mismos. Entre los ejemplos de alimentaciones adecuadas se incluyen etano, propano, butanos, naftas, querosenos, gasoils atmosféricos, gasoils al vacío, destilados pesados, gasoils hidrogenados, condensados de gas y las mezclas de cualquiera de los mismos. La presente invención es especialmente adecuada para craquear un gas seleccionado de etano, propano y mezclas de hidrocarburos gaseosos. La presente invención es muy adecuada además para craquear alimentaciones más pesadas vaporizadas, tales como LPG, nafta y gasoil.

Además, se ha descubierto que un horno puede funcionar según la presente invención a una densidad de calor mucho mayor en relación a un horno de craqueo en fase de vapor conocido en la técnica. Esto es particularmente ventajoso para los costes de

capital utilizados, dado que para la misma capacidad, pueden reducirse las dimensiones de la cámara de combustión o como alternativa para las mismas dimensiones, puede ser obtenida una producción de etileno mucho mayor (u otro producto), reduciendo de este modo el número de hornos necesario para alimentar una planta de vapor de craqueo en fase de vapor de escala mundial. Por ejemplo, se prevé que en una planta de craqueo en fase de vapor de escala mundial basada en materia prima de nafta, con una capacidad anual de etileno de 1,4 millones de toneladas, el número de hornos utilizando la técnica convencional (tales como GK6) sería, como mínimo, 9 (8 en funcionamiento, 1 en reposo). Se prevé que 7 hornos según la presente invención sean suficientes para la misma capacidad anual de etileno (6 en funcionamiento, 1 en reposo). Se ha descubierto que un horno según la presente invención puede funcionar con una diferencia de temperatura relativamente baja a lo largo de la sección de salida y, por lo tanto, tiene un grado de isotermicidad relativamente elevado. En un proceso convencional en un horno convencional, típicamente, el aumento de temperatura del gas a lo largo del último tubo de la sección de salida del serpentín en un proceso de craqueo es de 60-90°C, aproximadamente, mientras que en un proceso similar llevado a cabo en un horno según la presente invención el aumento de la temperatura es habitualmente menor, típicamente 50-80°C, aproximadamente. De este modo, la presente invención permite una reducción de 10°C, aproximadamente, en el aumento de la temperatura, lo que es energéticamente ventajoso.

De este modo, la temperatura de proceso promedio puede ser relativamente elevada, permitiendo un tiempo de residencia relativamente corto, para producir una conversión de la alimentación específica, en comparación con un horno comparable sin sección de salida apantallada. Por ejemplo, el tiempo de residencia para un horno de GK6® es típicamente 0,20-0,25 s, mientras que en un proceso comparable utilizado en un horno según la presente invención el tiempo de residencia podrá reducirse a 0,17-0,22 s, aproximadamente. De este modo, la presente invención permite una reducción en el tiempo de residencia para lograr una conversión determinada del 15%, aproximadamente, en comparación con un horno de GK6®.

Se ha descubierto además que en un horno según la presente invención, respectivamente con un método según la presente

invención, es factible una selectividad de reacción muy buena, mostrando una tendencia relativamente baja a formar subproductos indeseados.

Se muestra en la figura 2A un perfil de flujo de calor típico de un horno de GK6® y un perfil en circunstancias similares para un horno según la presente invención (simulados por PYRO®, una herramienta de simulación que se utiliza mucho en la industria de etileno para simular hornos de craqueo). Según la presente invención, se ha calculado que el aumento de capacidad del serpentín en este ejemplo (comparado con GK6®) es aproximadamente del 10-15% en productividad, 40% en periodo de funcionamiento y 1-3% en la selectividad de olefinas cuando se craquea nafta de amplia gama a la misma intensidad o conversión de craqueo.

Además, se ha descubierto que un horno según la presente invención puede funcionar con una baja tendencia de formación de coque dentro del serpentín de craqueo, en comparación con algunos hornos conocidos, especialmente en el extremo de salida del serpentín de craqueo. Por lo tanto, la presente invención permite una elevada disponibilidad del horno, dado que pueden aumentarse los intervalos entre las sucesivas sesiones de mantenimiento para eliminar el coque.

En un horno según la presente invención, las secciones de salida de los serpentines se posicionan ventajosamente en la cámara de combustión en, como mínimo, un carril, y este, como mínimo, un carril está entre un primer carril de quemadores y un segundo carril de quemadores. Por razones prácticas, preferentemente los carriles son esencialmente paralelos.

Tal como se ha indicado anteriormente, es muy adecuado un horno en el que las secciones de entrada de los serpentines actúan como apantallamiento térmico o estabilizador mecánico para las secciones de salida, tal como en un horno de craqueo en el que las secciones de entrada se posicionan entre las secciones de salida y los quemadores. Se ha descubierto que esta configuración es muy eficiente, con respecto a la distribución de calor, la simetría y/o en la consecución de un perfil térmico deseable a lo largo de la longitud de los serpentines.

Por consiguiente, la presente invención se refiere a un horno de craqueo que comprende una cámara de combustión, en la que están presentes, como mínimo, un carril de secciones de salida de los serpentines, como mínimo, dos carriles de secciones de entrada

de serpentines y, como mínimo, dos carriles de quemadores, cámara de combustión en la que el, como mínimo, un carril de secciones de salida (S) se encuentra entre los, como mínimo, dos carriles de secciones de entrada (E) y los carriles de secciones de entrada se encuentran (secciones de entrada que actúan como un apantallamiento térmico durante el craqueo) entre el carril de, como mínimo, una sección de salida y los, como mínimo, dos carriles de quemadores (Q). De este modo, viéndose desde la parte superior o inferior de la cámara de combustión, esta configuración puede representarse como una configuración de Q-E-S-E-Q.

En las figuras 3, 4, 5, 6, 7 y 8 se muestran ejemplos de realizaciones muy adecuadas. Todos estos ejemplos muestran una configuración con la entrada y salida de los serpentines en la parte superior del horno o cerca de la misma y los quemadores dispuestos de forma opuesta a los extremos de entrada/salida de los tubos, en la parte inferior y las paredes laterales. Cabe señalar que también es posible hacer funcionar un horno que está rotado en relación a la configuración que se muestra, en particular un horno en el que los extremos de entrada/salida de los tubos están en la parte inferior del horno o cerca de la misma. En este caso, los quemadores de la parte inferior se sustituyen preferentemente por quemadores situados en la parte superior o cerca de la misma.

De forma ventajosa, la disposición de las secciones de salida y secciones de entrada puede configurarse en una disposición similar a espina de pez. Con una realización de este tipo, se ha descubierto que es posible un apantallamiento y simetría mecánica muy eficaces.

La figura 3 muestra un horno craqueo con una configuración de tipo espina de pez. En esta figura, cada serpentín de craqueo comprende una entrada (-4-, figura 3A) y una salida (-3-, figura 3A). Los serpentines de craqueo se configuran esencialmente de forma vertical en un conjunto de tres carriles. Las secciones de entrada/salida individuales están dispuestas en un espaciado triangular isósceles mutuamente cara a cara. Alternativamente, las secciones entrada/salida individuales pueden estar dispuestas en un espaciado triangular equilátero, o alternativamente en un espaciado triangular de ángulo recto (figura 4) o de forma alternativa, en cualquier forma de espaciado triangular escaleno o no escaleno. En la figura 3, se muestran los quemadores -5-en la parte inferior (quemadores de la parte

inferior -5a-) y las paredes laterales (quemadores de pared lateral -5b-), aunque los quemadores podrán colocarse sólo en la parte inferior -12-o sólo en las paredes laterales -9-. En general, si los quemadores laterales están presentes en un horno de la presente invención, estos se colocan preferentemente en la mitad superior de las paredes laterales en el caso de que la entrada y salida están en la parte superior o cerca de la misma y en posiciones en la mitad inferior de las paredes laterales en el caso de que la entrada y la salida se encuentran en la parte inferior o cerca de la misma.

En la figura 3 (en la que la figura 3A muestra una intersección de la vista superior y la figura 3B una intersección de la vista frontal), el serpentín de craqueo -2-tiene su entrada -4-y salida -3-en la parte superior -11-de la cámara de combustión -1-o cerca de la misma. Las secciones de entrada del serpentín (-6-, figura 3B) empiezan típicamente en la entrada y se extienden, en la presente realización, hasta la parte del serpentín en la que la sección de entrada está conectada a un codo de retorno (-8-, figura 3B) fuera del plano formado por las secciones de entrada, lejos de los quemadores hacia la línea de centro del horno. Las secciones de salida (-7-, figura 3B) empiezan típicamente al final del codo de retorno (-8-, figura 3B). En principio, la sección de salida se puede extender hasta la posición en la que termina la sección de entrada. Más particularmente, se considera sección de salida a la parte del serpentín entre la salida y la parte del serpentín en el que el serpentín se dobla fuera del plano formado por el extremo de la salida del serpentín.

Se obtiene una mejor estabilidad mecánica debido al hecho de que en una disposición de carriles paralelos (geométricamente) de tres o más carriles formada por las secciones del serpentín de craqueo, las secciones de entrada y salida son más isotérmicas que con una disposición de uno o dos carriles.

La figura 4 muestra una configuración alternativa del mismo tipo de serpentín y ensamblaje de serpentín que en la figura 3, pero con un espaciado triangular de ángulo recto entre las secciones individuales del serpentín. La principal diferencia con la figura 3 es la disposición de los serpentines, estando ahora cada serpentín esencialmente perpendicular a las líneas con los quemadores.

La figura 5 muestra otro diseño muy ventajoso, siendo la principal diferencia en comparación con las figuras 3 y 4 el diseño de los serpentines, que ahora es un serpentín dividido de dos pasadas. Los serpentines tienen dos entradas -4-(flujo dividido) y una salida -3-. La figura 5A muestra una vista superior de este horno. Figura 5B muestra una vista 3D de un serpentín único en un horno de este tipo. Las figuras 5C y 5D muestran respectivamente una vista lateral y una vista frontal de un serpentín único. En la vista frontal (figura 5D), la apariencia del tubo (serpentín) es más o menos de tipo m o w. En el caso de una forma de tipo m, los quemadores se colocan preferentemente en los lados (en la mitad inferior de éstos) y/o en la parte superior, en lugar de en la parte inferior.

La figura 6 muestra un horno con un serpentín de 4 pasadas. En éste, se obtiene la mejor estabilidad térmica por un mayor nivel de isotermicidad y el apantallamiento se lleva a cabo particularmente por la parte del serpentín de –a-a –d-y la sección apantallada comprende particularmente la parte del serpentín de –d-a –g-. Se ha descubierto que un horno con un serpentín de 4 pasadas, por ejemplo, tal como el que se muestra en la figura 6, es especialmente adecuado para el craqueo de una materia prima que requiera un tiempo de residencia relativamente largo para conseguir una conversión determinada, por ejemplo, para el craqueo de etano.

Se muestran en la figura 8 dos ejemplos de un diseño de serpentín 4-1 altamente simétrico en una disposición de tres carriles aplicando la presente invención (en la que las figuras 8A y 8B muestran una intersección de la vista superior de dos realizaciones y figura 8C muestra una intersección de la vista frontal, que es aplicable a ambas realizaciones de la figura 8A y la figura 8B). En la figura 8A, las secciones individuales de los serpentines se colocan en un triángulo isósceles mutuamente cara a cara mediante la cual las secciones de entrada están posicionadas no sólo simétricas respecto a la sección de salida sino también respecto a la línea central (a lo largo del carril de las secciones de salida). La figura 8B da la misma disposición de serpentín de 4-1, pero con un espaciado triangular escaleno entre los tubos individuales.

En la figura 8, los serpentines de craqueo -2-tienen cuatro entradas -4-y una salida -3-(en la parte superior -11-de

la cámara de combustión -1-o cerca de la misma). Las secciones de entrada de cada serpentín empiezan típicamente en la entrada y se extienden, en esta realización, hasta la parte del serpentín en el que el serpentín está conectado a un codo de retorno que se plega fuera del plano formado por los tubos de entrada, lejos de los quemadores hacia la línea central del horno.

Las secciones de salida (-7-, véase la figura 8C) empiezan típicamente al final del codo de retorno -8-.

En principio, la sección de salida se puede extender hasta la posición en la que termina la sección de entrada. Más particularmente, se considera que la sección de salida es la parte del serpentín entre la salida del serpentín y el final del codo de retorno.

Entonces, el tramo entre la sección de salida y la sección de entrada se conoce como el codo de retorno -8-.

En la figura 8C la sección de entrada -6-se sitúa entre los quemadores -5-y las secciones de entrada -7-, para apantallar térmicamente de forma parcial las secciones de salida -7-.

Se ha descubierto que una distribución (principalmente) simétrica de las secciones de entrada en lados opuestos de las secciones de salida es beneficiosa con respecto a la resistencia contra la deformación perjudicial de los tubos, como resultado del estrés térmico y puede extender el tiempo de vida de los serpentines.

Como resultado, los serpentines de craqueo pueden estar presentes en la cámara de combustión sin estar soportados (guiados) hacia la parte inferior (en el caso de que la entrada y la salida no están dispuestas en la parte inferior, sino que dejan la cámara de combustión a través de la parte superior o cerca de la parte superior), o respectivamente hacia la parte superior (en el caso de que la entrada y la salida están presentes en la parte inferior o cerca de la parte inferior). De este modo, los serpentines pueden colgar libremente o respectivamente situarse libremente en la cámara de combustión, sin estar sujetos a una guía inferior o respectivamente a una guía superior.

El técnico en la materia sabrá cómo construir un aparato con dimensiones adecuadas, en base a las enseñanzas de la presente memoria descriptiva y a los conocimientos generales comunes.

En principio, el diseño de un aparato de la presente invención puede basarse en criterios utilizados comúnmente para diseñar un horno de craqueo, los ejemplos de estos criterios son distancias entre serpentines, entre quemadores y entre quemadores y serpentines, serpentines de entradas/salida, salidas para gases de combustión, diseño de la cámara de combustión, quemadores y otras partes.

Los quemadores que queman combustible gaseoso son especialmente adecuados.

Los quemadores pueden colocarse en cualquier lugar dentro de la cámara de combustión, a lo largo de la parte inferior y/o de las paredes laterales.

Se han logrado muy buenos resultados con un horno de craqueo en el que los quemadores se colocan en la parte inferior de la cámara de combustión y la sección o secciones de salida del serpentín se extienden a lo largo de la parte superior de la cámara de combustión o, como mínimo, a través de una pared lateral, cerca de la parte superior. Opcionalmente, están presentes quemadores adicionales en las paredes laterales, preferentemente, como mínimo, en la mitad superior.

Además, se han descubierto que es ventajoso que los quemadores estén presentes (radialmente) frente a cada lado de los dos carriles exteriores que contienen las secciones de la salida de los serpentines presentes en la cámara de combustión.

Esto conduce a una distribución de temperatura más isotérmica a lo largo de la longitud de cada serpentín.

Para un patrón simétrico de combustión en la anchura de la cámara de combustión, en un horno según la presente invención, es aún más preferente que cada carril opuesto de quemadores durante el craqueo genere aproximadamente la misma cantidad de calor. Análogamente, en un método según la presente invención es preferente que durante el craqueo, cada carril opuesto o conjunto de carriles opuestos de quemadores tengan características de diseño mecánicas y de proceso iguales o similares.

Como serpentines de craqueo (tubos de craqueo), pueden utilizarse los conocidos en la técnica. Por ejemplo, un diámetro interior adecuado se elige dentro del intervalo de 25-120 mm, dependiendo de la calidad de la materia prima y el número de pasadas por serpentín. Los serpentines de craqueo se disponen preferentemente de forma esencialmente vertical en la cámara de

combustión (es decir, los serpentines se disponen preferentemente de modo que un plano a lo largo de los tubos es esencialmente perpendicular a la parte inferior de la cámara de combustión). Se pueden proporcionar serpentines con características tales como, sin que constituyan limitación, superficie interna extendida, que mejora el coeficiente de transferencia de calor interna. Ejemplos de estas características son conocidos en la técnica y están disponibles comercialmente.

Las entradas para la alimentación en los serpentines comprenden preferentemente un cabezal de distribución y/o un dispositivo venturi de flujo crítico. Ejemplos adecuados de los mismos y formas adecuadas para utilizarlos son conocidos en la técnica.

Las secciones de salida se pueden organizar adecuadamente en una configuración en línea (véase, por ejemplo, las figuras 3, 4, 5 y 6), en la que las salidas están a lo largo de una sola línea a lo largo de la cámara (típicamente en la línea central de la cámara o paralelas a las misma) o en una configuración escalonada (por ejemplo, la figura 7). La configuración escalonada puede ser una configuración completamente escalonada (es decir, en la que se disponen las tres secciones de salida consecutivas en un patrón triangular con lados iguales (longitud de a, b y c idéntica; véase, por ejemplo, la figura 7), conocida también como espaciado triangular equilátero o en una configuración escalonada extendida (es decir, en la que se disponen las secciones de salida en un espaciado triangular isósceles formado por los lados a, b y c (tal como se indica en la figura 7) en la que el lado c es diferente a los lados a y b y en la que los lados a y b son iguales, o en un patrón triangular escaleno formado por lados a, b, c (tal como indica en la figura 7) en el que cada uno de los lados a, b, c (tal como los indicados en la figura 7) del triángulo extendido difieren en la longitud de los otros lados.

Se ha descubierto que una configuración en línea es muy adecuada para un apantallamiento muy eficaz de las secciones de salida.

En un horno de craqueo según la presente invención, se selecciona preferentemente la proporción espaciado/diámetro exterior en el intervalo de 1,5 a 10, más preferentemente en el intervalo de 2 a 6. En este contexto, el espaciado es la distancia

entre las líneas centrales de dos tubos adyacentes en el mismo plano ("c" en la figura 7).

Habitualmente, un proceso de craqueo según la presente invención se lleva a cabo en la ausencia de catalizadores. En consecuencia, los tubos de craqueo en un horno según la presente invención están en general libres de material catalítico (tal como un lecho catalítico).

En general, la presión de funcionamiento en el serpentín de craqueo es relativamente baja, en particular menos de 10 bar, preferentemente menos de 3 bar. La presión a la salida está preferentemente en el intervalo de 1,1-3 bar, más preferentemente en el intervalo de 1,5-2,5 bar. La presión en la entrada es superior a la de la salida y está determinada por la diferencia de presión. La diferencia de presión entre la entrada y la salida del

o de los tubos de craqueo es de 0,1 a 5 bar, preferentemente de 0,5 a 1,5 bar.

Habitualmente, la alimentación de hidrocarburo se mezcla con vapor de agua. La proporción en peso de alimentación de hidrocarburo a peso de vapor de agua podrá elegirse dentro de límites amplios, dependiendo de la alimentación utilizada. En la práctica, la proporción es habitualmente como mínimo de 0,2, aproximadamente, en particular entre aproximadamente 0,2 y aproximadamente 1,5. Para el craqueo de etano es preferente un valor menor de, aproximadamente, 0,5 (en particular de, aproximadamente, 0,4). Para alimentaciones de hidrocarburos más pesados, se utiliza típicamente una proporción más elevada. Son en particular preferentes: una proporción de aproximadamente, 0,6 para naftas, una proporción de, aproximadamente, 0,8 para AGO (gasoil atmosférico) y para HVGO (gasoil al vacío con hidrógeno) y una proporción de, aproximadamente, 1 para VGO (gasoil al vacío).

La alimentación de hidrocarburo, típicamente mezclado con vapor de agua de dilución, se alimenta preferentemente al o a los serpentines, después de ser calentada a una temperatura mayor de 500°C, más preferentemente a una temperatura de 580-700°C, aún más preferentemente una temperatura en el intervalo de 590-680°C. En el caso de que se utilice un suministro líquido (o al menos

parcialmente),: este precalentamiento habitualmente produce la

vaporización de la fase líquida.

En: el serpentín o los serpentines de craqueo, la

alimentación se calienta preferentemente de modo que la temperatura

en la salida es de hasta 950°C, más preferentemente a una temperatura de salida en el intervalo de 800-900°C. En los tubos de craqueo los hidrocarburos se craquean para producir un gas que se enriquece en compuestos insaturados, tales como etileno, propileno, otros compuestos parafínicos y/o compuestos aromáticos. El producto craqueado deja la cámara de combustión a través de las salidas y, a continuación, se dirige hacia el o los intercambiadores de calor, en los que se enfría, por ejemplo, a una temperatura de menos de 600°C, típicamente en el intervalo de 450-550°C. Como un subproducto de la refrigeración puede generarse vapor de agua en circulación natural con un depósito de vapor. Ejemplos

Un proceso de craqueo fue simulado para un horno según la presente invención y un horno de GK6 utilizando SPYRO® (véase la tabla 1 para las condiciones). Las figuras 2A-2C muestran los perfiles de flujo de calor, la temperatura del proceso a lo largo del serpentín y de la pared del tubo a lo largo del serpentín.

La aplicación de la presente invención en la que las dimensiones del serpentín del horno según la presente invención son las mismas que las del horno GK6 y, de este modo, todos los parámetros de proceso, tales como el caudal, intensidad de craqueo, etc. se mantienen igual, el periodo de operación (máximo tiempo de operación sin necesidad de apagar la instalación para mantenimiento) se amplía de 60 a 80 días. Los resultados se tabulan en la columna "Igualdad". Al mantener las mismas dimensiones de serpentín y aplicar la presente invención por la que todos parámetros de proceso se mantienen igual excepto capacidad, y por la cual se aumenta la capacidad para mantener el mismo periodo de operación que con el GK6, da como resultado un aumento de la capacidad de 40·103 a 45·103 Kg (de 40 a 45 toneladas métricas), de este modo una producción del 12,5% más de etileno que con GK6. Los resultados se tabulan en la columna "Capacidad". La aplicación de la presente invención a un horno que contiene serpentines que están diseñados para procesar la misma cantidad de alimentación, operando a la misma intensidad y diseñándose para tener el mismo periodo de operación en esta operación, todos en comparación con el GK6, da como resultado un aumento de rendimiento de etileno del 27,7 al 28,1% en peso sobre la alimentación de hidrocarburo, ahorrando de este modo un 1,4% de materia prima para la misma cantidad de los principales productos etileno y propileno.

Tabla 1

Invención

GK-6: Igualdad Capacidad Selectividad

Caudal total: t/h 40 40 45 40

Tª de pared final de operación: °C 1100 1100 1100 1100

Final de operación: días 60 80 60 60

Rendimiento de CH4: % en peso seco 15,7 15,7 15,7 15,6

Rendimiento de C2H4: % en peso seco 27,7 27,7 27,7 28,1

Rendimiento de C3H6: % en peso seco 14,1 14,1 14,1 14,3

Periodo de operación relativo: % 100% +13% 100% 100%

Capacidad relativa: % 100% 100% +13% 100%

Selectividad relativa: % 100% 100% 100% +1,40%

Claims

REIVINDICACIONES

1.

Método para el craqueo de una alimentación de hidrocarburo, que comprende hacer pasar la alimentación, que comprende un hidrocarburo y un gas diluyente, en particular vapor de agua, a través de un serpentín de craqueo en una cámara de combustión en condiciones de craqueo, en el que el serpentín comprende, como mínimo, una sección de salida y, como mínimo, una sección de entrada y en el que la sección de salida de dicho serpentín está mas apantallada térmicamente que la sección de entrada de dicho serpentín, en el que la cámara de combustión comprende, como mínimo, un carril de secciones de salida de los serpentines, como mínimo, dos carriles de secciones de entrada de los serpentines y, como mínimo, dos carriles de quemadores, en el que el, como mínimo, un carril de secciones de salida está situado entre los, como mínimo, dos carriles de secciones de entrada y los carriles de secciones de entrada están situados entre los, como mínimo, dos carriles de quemadores.
2.

Método, según la reivindicación 1, en el que los serpentines se disponen verticales y paralelos entre sí.
3.

Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la alimentación se hace pasar a través de los serpentines en un flujo paralelo a, como mínimo, una parte de los serpentines.
4.

Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la alimentación de hidrocarburo, que incluye el gas diluyente (vapor de agua) se calienta a una temperatura por encima de la temperatura de vaporización antes de entrar en el serpentín de craqueo o en el serpentín de craqueo.
5.

Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la alimentación comprende un hidrocarburo seleccionado del grupo que comprende etano, propano, butanos, naftas, querosenos, gasoils atmosféricos, gasoils al vacío, destilados pesados, gasoils hidrogenados, condensados de gas y mezclas de los mismos.
6.

Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se forma, como mínimo, un producto que se selecciona del grupo que comprende etileno, propileno y butadieno.
7.

Horno de craqueo para el craqueo en fase de vapor de una alimentación de hidrocarburo, que comprende una cámara de combustión provista con una pluralidad de serpentines de craqueo,

comprendiendo dicha cámara de combustión un carril de secciones de salida de serpentines, como mínimo, dos carriles de secciones de entrada de serpentines y, como mínimo, dos carriles de quemadores, en el que el, como mínimo, un carril de secciones de salida se encuentra entre los, como mínimo, dos carriles de secciones de entrada y los carriles de secciones de entrada se encuentran entre los, como mínimo, dos carriles de quemadores.
8.

Horno de craqueo, según la reivindicación 7, en el que los carriles son paralelos entre sí.
9.

Horno de craqueo, según la reivindicación 7 u 8, en el que las secciones de salida y las secciones de entrada se colocan verticalmente, como mínimo, durante su utilización.
10.

Horno de craqueo, según cualquiera de las reivindicaciones 7-9, en el que las secciones de entrada y respectivamente las secciones de salida en un carril están dispuestas en una configuración en línea o escalonada cara a cara entre sí y en una configuración escalonada con respecto a las secciones de salida y respectivamente a las secciones de entrada presentes en el carril o carriles paralelos adyacentes de secciones de salida y respectivamente de secciones de entrada.
11.

Horno de craqueo, según la reivindicación 10, en el que la disposición de las secciones es un espaciado triangular equilátero, un espaciado triangular isósceles, un espaciado triangular de ángulo recto o un espaciado triangular escaleno.
12.

Horno de craqueo según la reivindicación 11, en el que los tubos no están guiados hacia la parte inferior.
13.

Horno de craqueo, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, en el que el, como mínimo, varios de los quemadores están ubicados en la parte inferior y/o la parte superior de la cámara de combustión y/o en las paredes laterales de la cámara de combustión y en el que las salidas de los serpentines se extienden a lo largo de la parte superior de la cámara de combustión.
14.

Horno de craqueo, según cualquiera de las reivindicaciones 7-13 en el que, como mínimo, parte de los serpentines de craqueo están dispuestos en una configuración que permite el flujo paralelo de la alimentación a través de cada uno de los serpentines, durante su utilización.
15.

Horno de craqueo, según cualquiera de las reivindicaciones 7-14, en el que los serpentines se seleccionan de

-serpentines que comprenden dos secciones de entrada dispuestas para permitir el flujo paralelo durante su utilización y una sección de salida en una comunicación fluida con las secciones de entrada; y -serpentines que comprenden cuatro secciones de entrada dispuestas para permitir el flujo paralelo durante su utilización y una sección de salida en una comunicación fluida con las secciones de entrada.
16.

Horno de craqueo, según cualquiera de las reivindicaciones 7-15, en el que las secciones de salida están dispuestas en una configuración en línea o en una configuración escalonada, y en el que el espaciado/diámetro exterior se selecciona en el intervalo de 1,5 a 10, preferentemente en el intervalo de 2 a 6.
17.

Utilización de un horno de craqueo, según cualquiera de las reivindicaciones 7-16, para el craqueo de un hidrocarburo.