HORNO DE CRAQUEO.

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

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...

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.