ES2351522T3 - Intercambiador de calor para el enfriamiento de gas de craqueo. - Google Patents

Intercambiador de calor para el enfriamiento de gas de craqueo. Download PDF

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Abstract

Intercambiador de calor para el enfriamiento de gas de craqueo en una planta de etileno, en el que tubos intercambiadores de calor (1) por los que circula gas de craqueo son insertados, cada uno, en una placa de tubos (2, 3) y envueltos en una camisa (4), en cuyos ambos extremos frontales está dispuesta, en cada caso, una cámara terminal (5, 6) delimitada parcialmente por una de las placas de tubos (2, 3), para la alimentación y evacuación del gas de craqueo, estando la cámara interior del intercambiador de calor encerrada por la camisa (4) por la que circula agua como agente refrigerante y dividida en dos zonas consecutivas en el sentido de circulación del gas de craqueo, estando provista la zona dispuesta del lado de entrada de gas de craqueo, y que sirve para la evaporación del agua, de tubuladuras de alimentación (10) y tubuladuras de evacuación (11) y conectada mediante tuberías de alimentación (13) y tuberías de evacuación (15) con un tambor de agua/vapor (12) y en el que la zona situada del lado de salida del gas de craqueo, y usada para el precalentamiento del agua, está provista de una tubuladura de alimentación propia a través de la que circula agua de alimentación, caracterizado porque la cámara interior del intercambiador de calor encerrada por la camisa (4) es separada en dos cámaras parciales (8, 9) consecutivas en el sentido de circulación del gas de craqueo por medio de una pared divisoria (7) extendida perpendicular a los tubos intercambiadores de calor (1) y atravesada por los tubos intercambiadores de calor (1), porque la pared divisoria (7) es permeable para el paso del agente refrigerante que circula en el interior del intercambiador de calor, porque cada cámara parcial (8, 9) tiene asignada una de las zonas y porque la cámara parcial (9) situada del lado de salida de gas de craqueo está provista, adicionalmente, de una tubuladura de 5 evacuación (19) propia y conectada con el tambor de agua/vapor (12) por medio de una tubería de evacuación (21).

Description

La invención se refiere a un intercambiador de calor para el enfriamiento de gas de craqueo con las características del preámbulo de la reivindicación 1. En una planta de etileno, los hornos de craqueo pirolíticos o de etileno forman los componentes claves para la fabricación de los materiales básicos etileno, propileno, butadieno y otros para la industria del plástico. Como materiales de partida se usan hidrocarburos saturados, principalmente etano, propano, butano, gas natural, nafta o gasóleo. La conversión de los hidrocarburos saturados en los hidrocarburos insaturados se produce en los tubos de craqueo del horno de craqueo, concretamente a temperaturas de entrada de 500 – 680 ºC y temperaturas de salida de 775 – 875 ºC en un rango de presión de 1,5 – 5 bar. En enfriadores de gas de craqueo subsecuentes a la salida del horno de craqueo, los hidrocarburos insaturados, los llamados gases de craqueo, son enfriados de 775 - 875 ºC a 350 – 450 ºC, aproximadamente, acompañados de una formación de vapor de alta o baja presión. Según ello, el "agua refrigerante" tiene la temperatura de ebullición a una presión apropiada. El enfriamiento se produce en base a la transición de fase de líquida a gaseosa. El vapor es utilizado en la planta de etileno, por ejemplo para turbinas de vapor.
El enfriamiento del gas de craqueo acompañado de la formación de vapor se produce bien en sistemas de una etapa,
teniendo lugar el enfriamiento completo a 350 – 450 ºC,
aproximadamente, en sólo un enfriador de gas de craqueo, o bien en sistemas de dos etapas en los que se produce un enfriamiento por etapas en dos enfriadores de gas de craqueo dispuestos uno detrás del otro; por ejemplo en la primera etapa de 875 ºC a 550 ºC y en la segunda etapa de 550 ºC a 350 ºC. Los enfriadores de gas de craqueo tienen la denominación correspondiente de enfriador primario y enfriador secundario.
Además, un enfriamiento adicional del gas de craqueo se produce en precalentadores de alimentación de agua de caldera, tanto en sistemas de una etapa como en sistemas de dos etapas. Con ello, ya no se produce vapor, sino que para los enfriadores primarios y secundarios el "agua de enfriamiento", el agua de alimentación de caldera, es precalentada a temperaturas lo más próximas posible a la temperatura de ebullición. El suministro del agua de alimentación de caldera precalentada a los enfriadores primario y secundario de gas de craqueo se produce, indirectamente, por medio de un tambor colector de vapor, en el que el agua de alimentación de caldera es calentada a temperatura de ebullición.
Por el documento EP 0 272 378 B1 se conoce un enfriador de gas de craqueo, en el que el gas de craqueo es enfriado en una primera etapa de enfriamiento, representada por un evaporador, por medio de agua en ebullición, y es enfriado en una segunda etapa de enfriamiento, representada por un sobrecalentador, por medio de vapor. Como es habitual, en el enfriador de gas de craqueo debe disponerse un enfriador adicional, en el que el gas de craqueo es enfriado en aún mayor grado por medio del agua de alimentación. En una va
riante del enfriador de gas de craqueo conocido por el docu
mento EP 0 272 378 B1, el evaporador y el sobrecalentador están dispuestos en una camisa común y separados uno del otro por medio de una pared divisoria, que impide un derrame del agente refrigerante de una etapa de enfriamiento a la otra.
Del documento BE-A3-1 012 128 se conoce un intercambiador de calor para el enfriamiento de gas de humo que presenta, dentro de una camisa común, una zona de precalentamiento y una zona de evaporación. El agua de alimentación que sirve de agua de enfriamiento fluye, después de atravesar la zona de precalentamiento, directamente a la zona de evaporación de la que se suministra a un tambor colector de vapor una mezcla agua/vapor. El agua recirculante del tambor colector de vapor es adicionado al agua de alimentación precalentado, antes de la entrada a la zona de evaporación.
La invención tiene el objetivo de configurar el intercambiador de calor de clase genérica para enfriar el gas de craqueo, que comprende dos cámaras parciales dentro de una camisa común, de modo que posibilite el enfriamiento más efectivo del gas de craqueo, la estructura más reducida del equipo y una compensación de presión entre las cámaras parciales.
En un intercambiador de calor de clase genérica se consigue el objetivo de la invención por medio de las características significativas de la reivindicación 1. Configuraciones ventajosas de la invención son objeto de las reivindicaciones secundarias.
La cámara parcial del intercambiador de calor situada del lado de entrada del gas de craqueo se usa como evapora
dor y enfría el gas de craqueo hasta cerca de la temperatura
de ebullición del agua hirviente. A continuación, el gas de craqueo llega a la cámara parcial, dispuesta del lado de salida del gas de craqueo y usada como precalentador, donde el gas de craqueo continúa siendo enfriado por medio del agua de enfriamiento más frío hasta llegar a una temperatura ostensiblemente por debajo de la temperatura de ebullición del agua. De este modo, el enfriamiento del gas de craqueo es, en su totalidad, más efectivo. El agua de alimentación que se calienta durante este proceso es suministrado bien al tambor colector de vapor, donde es calentada a la temperatura de ebullición, o bien fluye, directamente, al sector de evaporación, a través de la pared divisoria que actúa como un fondo de tubos "con fugas". La pared divisoria conformada, intencionalmente, como permeable asegura una compensación de presión entre las cámaras parciales.
Además, mediante la conjunción de evaporador y precalentador en un conjunto común se reduce la estructura del equipo de enfriamiento del gas de craqueo, puesto que el precalentador de agua de alimentación hasta ahora separado es integrado al evaporador, por lo cual se suprime un enfriador completo dentro de la secuencia de enfriamiento, así como la tubería del gas de craqueo entre el evaporador y el precalentador de agua de alimentación, y es posible acortar las tuberías al tambor colector de vapor.
Mediante la supresión de la conexión del evaporador al precalentador se eliminan las pérdidas de presión del lado de los gases que, de otro modo, hubiesen sido causadas por medio de pérdidas en la salida de la tubería del evaporador y pérdidas en la entrada de la tubería del precalentador,
así como por medio de las corrientes dentro de la cámara de
salida de gases y de la cámara de entrada de gases. De este modo se reduce toda la pérdida de presión del gas de craqueo en el enfriador, lo que en los gases de craqueo aumenta la producción de etileno, propileno, butadieno y otros y alarga la vida útil del enfriador.
Un modelo de fabricación de la invención es mostrado en el dibujo y, a continuación, explicado en detalle.
La figura 1 muestra, esquemáticamente, una sección longitudinal a través de un intercambiador de calor para el enfriamiento del gas de craqueo y
la figura 2, una sección II – II según la figura 1.
El intercambiador mostrado es usado para enfriar el gas de craqueo en una planta de etileno. El intercambiador de calor se compone de un haz de tubos intercambiadores de calor rectos 1, que son sujetados, cada uno, en una placa de tubos 2, 3 a ambos extremos del haz de tubos. Para mayor claridad, en el dibujo se muestran sólo algunos de los tubos intercambiadores de calor 1. Cada placa de tubos está perforada por agujeros en los que se insertan, en cada caso, uno de los tubos intercambiadores de calor 1, soldado mediante un cordón de soldadura a la placa de tubos 2, 3. El haz de tubos está cerrado por medio de una camisa exterior 4 que, junto con las placas de tubos 2, 3 correspondientes, delimita un espacio interior a través del que circula un agente refrigerante.
Respectivamente, en el lado de entrada de gases y en el lado de salida de gases se conecta a las placas de tubos 2, 3 una cámara terminal, la cámara de entrada 5 y la cámara de salida 6. La cámara de entrada 5 y la cámara de salida 6 es
tán provistas, respectivamente, de una tubuladura para la
alimentación o evacuación del gas de craqueo. Todas las piezas del intercambiador de calor están fabricadas de un acero resistente al calor.
El gas de craqueo caliente suministrado a través de la cámara de entrada 5 choca contra la placa de tubos 6 y fluye a los tubos intercambiadores de calor 1 a través de los agujeros de la placa de tubos 2 y, en el otro extremo, abandona la zona enfriada del intercambiador de calor a través de la placa de tubos 3. A través de la cámara de salida 6 se descarga el gas de craqueo enfriado. Las flechas mostradas indican el sentido de la circulación.
El espacio interior del intercambiador de calor está separado por medio de una pared divisoria 7 en dos cámaras parciales 8, 9, de modo que dentro del intercambiador de calor se produjeron dos zonas de enfriamiento que, en cada caso, son alimentados de un agente refrigerante propio y sirven como zona de evaporación o bien como zona de precalentamiento.
La cámara parcial 8 del intercambiador de calor horizontal situada del lado de entrada del gas de craqueo está provista en la cara inferior de múltiples tubuladuras de alimentación 10 y en la cara superior de múltiples tubuladuras de evacuación 11 para un agente refrigerante. Como agente refrigerante sirve agua en ebullición a alta presión, extraída de un tambor de agua/vapor 12 usado para la separación de agua y vapor. Con este propósito, en la tubuladura de alimentación 10 está conectada una tubería de alimentación 13 que parte del depósito de agua 14 del tambor de agua/vapor 12. La tubuladura de evacuación 11 está conectada
a tuberías de evacuación 15 que desembocan en otro sitio en
el depósito de agua 14 del tambor de agua/vapor 12 y que evacuan el vapor saturado generado en el intercambio de calor con el gas de craqueo. El vapor separado en el tambor agua/vapor 12 es evacuado por medio de una tubería de vapor 17 que parte de la cámara de vapor 16 del tambor de agua/vapor 12.
La cámara parcial 9 del intercambiador de calor horizontal situada en el lado de salida de gas está provista en la cara inferior de una o más tubuladuras de alimentación 18 en proximidad al fondo de tubos 3 y en la cara superior de una
o más tubuladuras de evacuación 19 en proximidad de la pared divisoria 7. Por medio de la tubuladura de alimentación 18 se suministra agua de alimentación a la cámara parcial 9. En la cámara parcial 9 están dispuestos deflectores 20 distanciados uno del otro y paralelos y abajo y arriba desplazados uno respecto del otro, que actúan como desviadores y conducen el agua de alimentación en contracorriente al gas de craqueo, a través de la cámara parcial 9. En el intercambio de calor con el gas de craqueo, el agua de alimentación es precalentado y conducido al depósito de agua 14 del tambor agua/vapor 12 a través de una tubería de evacuación 21 conectada a la tubuladura de evacuación 19.
La conjunción de la zona de evaporación y la zona de precalentamiento en un conjunto de intercambiador de calor común acorta las tuberías de alimentación y de evacuación entre el intercambiador de calor y el tambor de agua/vapor
12. Dicha disposición permite que el tambor de agua/vapor 12 pueda montarse, directamente, sobre la camisa 4 del intercambiador de calor. De este modo, se produce una unidad constructiva compacta mediante la que pueden ahorrarse las tuberías y los tiempos necesarios para su montaje.
La pared divisoria 7 entre ambas cámaras parciales 8, 9 es un componente no portante que sólo tiene el objetivo de mantener separadas las corrientes en las cámaras parciales 8, 9. La pared divisoria 7 está dotada de agujeros 22, cuyo diámetro es ligeramente mayor que el diámetro exterior de los tubos intercambiadores de calor 1, de modo que los tubos intercambiadores de calor 1 atraviesan con huelgo 23 la pared divisoria 7. El diámetro exterior de la pared divisoria 7 es menor que el diámetro interior de la camisa 4, de modo que, en estado montado, existe una rendija 24 entre la pared divisoria 7 y la camisa 4. La pared divisoria 7 puede introducirse en la camisa 4 junto con el haz de tubos compuesto de los tubos intercambiadores de calor 1. En un intercambiador de calor de tamaño normal, la rendija 24 entre la pared divisoria 7 y la camisa 4 es de pocos milímetros, por ejemplo 2 mm, y el huelgo 23 entre los tubos intercambiadores de calor 1 y los agujeros 22 en la pared divisoria 7 es menor que 1 mm, por ejemplo 0,6 mm. En la figura 2, la rendija 24 y el huelgo 23 están representados en tamaño sobreproporcional.
La rendija 24 entre la pared divisoria 7 y la camisa 4, así como el huelgo 23 entre el perímetro de los tubos intercambiadores de calor 1 y los agujeros 22 en la pared divisoria 7 consiguen que la pared divisoria 7 sea permeable para el paso del agente refrigerante respectivo de una cámara parcial 8, 9 a la otra. Consecuentemente, la pared divisoria 7 actúa como un fondo de tubos "con fugas". El agua de ali
mentación es suministrado por medio de bombas a la cámara
parcial 9 situada del lado de salida de gas y se encuentra bajo una presión que, concretamente, es ligeramente variable
o siempre mayor que la presión de la cámara parcial 8 situada del lado de entrada de gas. Es decir, por regla general 5 siempre existe una diferencia de presión. Dicha diferencia de presión es compensada porque pasa agua desde la cámara parcial 9 situada del lado de salida de gas a la cámara parcial 8 situada del lado de entrada de gas, a través de la pared divisoria 7 mantenida, intencionadamente, inestanca.
10  El agua de fuga emergente de la cámara parcial 9 situada del lado de salida de gas se evapora en la cámara parcial 8 situada del lado de entrada de gas y también pasa al tambor de agua/vapor 12.
15 

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Intercambiador de calor para el enfriamiento de gas de craqueo en una planta de etileno, en el que tubos intercambiadores de calor (1) por los que circula gas de craqueo son insertados, cada uno, en una placa de tubos (2, 3) y envueltos en una camisa (4), en cuyos ambos extremos frontales está dispuesta, en cada caso, una cámara terminal (5, 6) delimitada parcialmente por una de las placas de tubos (2, 3), para la alimentación y evacuación del gas de craqueo, estando la cámara interior del intercambiador de calor encerrada por la camisa (4) por la que circula agua como agente refrigerante y dividida en dos zonas consecutivas en el sentido de circulación del gas de craqueo, estando provista la zona dispuesta del lado de entrada de gas de craqueo, y que sirve para la evaporación del agua, de tubuladuras de alimentación
    (10) y tubuladuras de evacuación (11) y conectada mediante tuberías de alimentación (13) y tuberías de evacuación (15) con un tambor de agua/vapor (12) y en el que la zona situada del lado de salida del gas de craqueo, y usada para el precalentamiento del agua, está provista de una tubuladura de alimentación propia a través de la que circula agua de alimentación, caracterizado porque la cámara interior del intercambiador de calor encerrada por la camisa (4) es separada en dos cámaras parciales (8, 9) consecutivas en el sentido de circulación del gas de craqueo por medio de una pared divisoria (7) extendida perpendicular a los tubos intercambiadores de calor (1) y atravesada por los tubos intercambiadores de calor (1), porque la pared divisoria (7) es permeable para el paso del agente refrigerante que circula en
    el interior del intercambiador de calor, porque cada cámara parcial (8, 9) tiene asignada una de las zonas y porque la cámara parcial (9) situada del lado de salida de gas de craqueo está provista, adicionalmente, de una tubuladura de 5 evacuación (19) propia y conectada con el tambor de agua/vapor (12) por medio de una tubería de evacuación (21).
  2. 2. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque a presión del agua de alimentación en la cámara parcial (9) situada en el lado de salida del gas
    10  de craqueo es mayor que la presión del agua hirviente en la cámara parcial (8) situada en el lado de entrada del gas de craqueo.
  3. 3. Intercambiador de calor según la reivindicación 1 ó
    2, caracterizado porque la pared divisoria (7) está diseñada 15 como un componente no portante.
  4. 4. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque entre el perímetro exterior de la pared divisoria (7) y el diámetro interior de la camisa (4) existe una rendija (24).
    20  5. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los tubos intercambiadores de calor (1) a través de los que circula gas de craqueo atraviesan con huelgo (23) agujeros (22) en la pared divisoria (7).
    25 
ES07033540T 2006-11-24 2007-11-02 Intercambiador de calor para el enfriamiento de gas de craqueo. Active ES2351522T3 (es)

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