Zona de convección de un horno de craqueo.
Procedimiento para obtener hidrocarburos por medio de craqueo térmico de una carga hidrocarbonada en un horno de craqueo,
- en el que el horno de craqueo presenta una zona de radiación y una zona de convección,
- en el que el craqueo térmico de la carga hidrocarbonada se efectúa en la zona de radiación y
- el gas de humo de la zona de radiación se utiliza en la zona de convección como portador de calor para el precalentamiento de materiales de carga diferentes,
- la carga hidrocarbonada se precaliente y/o evapora por medio de intercambiadores de calor (3) dispuestos en la zona de convección, y
- se precalienta y/o evapora agua de abastecimiento de caldera por medio de al menos un intercambiador de calor (4, 5) dispuesto en la zona de convección,
caracterizado por que
- con independencia del estado de agregación de la carga hidrocarbonada, la temperatura del gas de humo a la salida de la zona de convección se varía dentro de un rango de 30ºC y es inferior a 150ºC, y la conducción de las corrientes del procedimiento en los intercambiadores de calor de la zona de convección se regula de tal manera que
- en presencia de una carga hidrocarbonada gaseosa, casi el 100% de toda la superficie de intercambio de calor de todos los intercambiadores de calor de la zona de convección participa en el intercambio de calor con el gas de humo,
- mientras que, en presencia de una carga hidrocarbonada líquida, solamente participa en el intercambio de calor con el gas de humo una fracción del 100% de la superficie de intercambio de calor de los intercambiadores de calor de la zona de convección que no sirven para el precalentamiento y/o la evaporación de la carga hidrocarbonada, y en donde, en presencia de una carga hidrocarbonada líquida, al menos un intercambiador de calor (4) para el calentamiento y/o la evaporación de agua de abastecimiento de caldera no es recorrido por dicha agua de abastecimiento de caldera, siendo especialmente puenteado o contorneado por medio de una regulación de derivación, y dicho al menos un intercambiador de calor, en presencia de una carga hidrocarbonada gaseosa, es recorrido por agua de abastecimiento de caldera, y en donde el al menos un intercambiador de calor (4) puede unirse reotécnicamente en serie con al menos un intercambiador de calor adicional (5) dispuesto en la zona de convección, en donde, en presencia de una carga hidrocarbonada líquida, se conduce agua de abastecimiento de caldera por delante del al menos un transmisor de calor (4) y esta agua de abastecimiento de caldera circula únicamente por el al menos un transmisor de calor adicional (5) para el calentamiento y/o la evaporación de agua de abastecimiento de caldera, y en donde, en presencia de una carga hidrocarbonada gaseosa, son recorridos por agua de abastecimiento de caldera primeramente el al menos un transmisor de calor (4) y seguidamente el al menos un transmisor de canal adicional (5) para el calentamiento y/o la evaporación de agua de abastecimiento de caldera,
- y en donde el intercambiador de calor (3) para el precalentamiento y/o la evaporación de la carga hidrocarbonda está dispuesto en el extremo más frío de la zona de convección, y en donde los intercambiadores de calor (4, 5) para el calentamiento y/o la evaporación de agua de abastecimiento de caldera están dispuestos en una zona de temperatura más alta del gas de humo.
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E13001729.
Solicitante: LINDE AKTIENGESELLSCHAFT.
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: KLOSTERHOFSTRASSE 1 80331 MUNCHEN ALEMANIA.
Inventor/es: SCHMIDT, GUNTHER, GLOMB,STEFAN, STEGEMANN,ROBERT.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B29C43/36 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B29 TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO EN GENERAL. › B29C CONFORMACIÓN O UNIÓN DE MATERIAS PLÁSTICAS; CONFORMACIÓN DE MATERIALES EN ESTADO PLÁSTICO, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR; POSTRATAMIENTO DE PRODUCTOS CONFORMADOS, p. ej. REPARACIÓN (fabricación de preformas B29B 11/00; fabricación de productos estratificados combinando capas previamente no unidas para convertirse en un producto cuyas capas permanecerán unidas B32B 37/00 - B32B 41/00). › B29C 43/00 Moldeo por compresión, es decir, aplicando una presión externa para hacer que fluya el material de moldeo; Aparatos a este efecto. › Moldes para fabricar objetos de longitud definida, es decir, de objetos separados.
- B29C51/00 B29C […] › Conformación por termoformación, p. ej. conformación de hojas en los moldes en dos partes o por embutido profundo; Aparatos a este efecto.
- B29C51/08 B29C […] › B29C 51/00 Conformación por termoformación, p. ej. conformación de hojas en los moldes en dos partes o por embutido profundo; Aparatos a este efecto. › Embutido profundo o conformación en moldes de dos partes, es decir, utilizando únicamente medios mecánicos.
- B29C70/46 B29C […] › B29C 70/00 Conformación de materiales compuestos, es decir, materiales plásticos con refuerzos, cargas o partes preformadas, p. ej. inserciones. › con moldes enfrentados, p. ej. para deformar compuestos de moldeo en láminas [SMC] o preimpregnados [prepegs].
- C10G9/20 QUIMICA; METALURGIA. › C10 INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS QUE CONTIENE MONOXIDO DE CARBONO; COMBUSTIBLES; LUBRICANTES; TURBA. › C10G CRACKING DE LOS ACEITES DE HIDROCARBUROS; PRODUCCION DE MEZCLAS DE HIDROCARBUROS LIQUIDOS, p. ej. POR HIDROGENACION DESTRUCTIVA, POR OLIGOMERIZACION, POR POLIMERIZACION (cracking para la producción de hidrógeno o de gas de síntesis C01B; cracking que produce hidrocarburos gaseosos que producen a su vez, hidrocarburos individuales o sus mezclas de composición definida o especificada C07C; cracking que produce coque C10B ); RECUPERACION DE ACEITES DE HIDROCARBUROS A PARTIR DE ESQUISTOS, DE ARENA PETROLIFERA O GASES; REFINO DE MEZCLAS COMPUESTAS PRINCIPALMENTE DE HIDROCARBUROS; REFORMADO DE NAFTA; CERAS MINERALES. › C10G 9/00 Cracking térmico no catalítico, en ausencia de hidrógeno, de aceites de hidrocarburos. › Hornos de tubos.
- C10G9/36 C10G 9/00 […] › con gases o vapores calientes.
- C10G9/38 C10G 9/00 […] › producidos por la combustión parcial del material que se va a craquear o por la combustión de otro hidrocarburo.
- F28D21/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F28 INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL. › F28D INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA OTRA SUBCLASE, EN LOS QUE LOS MEDIOS QUE INTERCAMBIAN CALOR NO ENTRAN EN CONTACTO DIRECTO (materiales de transferencia de calor, de intercambio de calor o de almacenamiento de calor C09K 5/00; calentadores de fluidos que tienen medios para producir y transferir calor F24H; hornos F27; partes constitutivas de los aparatos intercambiadores de calor de aplicación general F28F ); APARATOS O PLANTAS DE ACUMULACION DE CALOR EN GENERAL. › Aparatos cambiadores de calor no cubiertos por ninguno de los grupos F28D 1/00 - F28D 20/00.
PDF original: ES-2528898_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Zona de convección de un horno de craqueo.
La invención concierne a un procedimiento para obtener hidrocarburos por medio de craqueo térmico de una carga hidrocarbonada en un horno de craqueo, -en el que el horno de craqueo presenta una zona de radiación y una zona de convección, -en el que el craqueo térmico de la carga hidrocarbonada se efectúa en la zona de radiación y -el gas de humo de la zona de radiación es utilizado en la zona de convección como portador de calor para precalentar diferentes materiales de carga, -la carga hidrocarbonada se precalienta y/o evapora por medio de intercambiadores de calor dispuestos en la zona de convección, y -se precalienta y/o evapora agua de abastecimiento de caldera por medio de un intercambiador de calor dispuesto en la zona de convección, así como a una instalación para obtener hidrocarburos.
Para la obtención de hidrocarburos por medio de craqueo térmico (pirólisis) se craquean térmicamente los hidrocarburos de cadena más larga del material de carga hidrocarbonado en productos hidrocarbonados de cadena más corta. A este fin, se precalienta y/o evapora la carga hidrocarbonada en la zona de convección y se la conduce, para su craqueo, a los tubos de craqueo de la zona de radiación de un horno de craqueo.
La zona de radiación del horno de craqueo presenta un hogar integrado por quemadores que calientan adicionalmente la mezcla precalentada en la zona de convección, constituida por la carga hidrocarbonada y vapor de dilución, en los tubos de craqueo para llevarla a la temperatura de reacción. La transmisión de calor se efectúa principalmente por radiación, obteniéndose por craqueo térmico a temperaturas del proceso de 500-900º C un llamado gas de craqueo. El gas de craqueo es sustancialmente una mezcla de, entre otros, n-parafinas, i-parafinas, olefinas, diolefinas, acetileno, naftenos, aromáticos, metano, hidrógeno, etc.
En el hogar de los tubos de la zona de radiación integrado por los quemadores se produce un gas de humo caliente. Éste es descargado del horno de craqueo a la atmósfera a través de la zona de convección. El gas de humo caliente se utiliza aquí como portador de calor en la zona de convección. Por tanto, la zona de convección de una instalación de esta clase presenta al menos un intercambiador de calor para precalentar y/o evaporar la carga hidrocarbonada y la mayoría de las veces al menos un intercambiador de calor para recalentar vapor de dilución, así como al menos un intercambiador de calor para precalentar y/o evaporar agua de abastecimiento de caldera. En caso de un buen aprovechamiento de la energía térmica del gas de humo, este gas de humo abandona la zona de convección con una temperatura de menos de 150º C.
La carga hidrocarbonada, que se craquea térmicamente en el horno de craqueo en hidrocarburos de cadena más corta, está disponible aquí sustancialmente en dos estados de agregación y, por tanto, en dos composiciones típicamente concomitantes. Éstas pueden ser, por ejemplo, cargas gaseosas, tal como principalmente etano o propano, o bien cargas líquidas, tal como principalmente nafta, queroseno o diésel.
Para el craqueo, es decir, antes de la entrada en los tubos de craqueo de la zona de radiación, se tiene que mezclar la respectiva carga hidrocarbonada con vapor de dilución y se tiene que presentar la mezcla en la fase gaseosa. Por tanto, resultan requisitos diferentes impuestos a la zona de convección para los diferentes estados de agregación de la carga hidrocarbonada. En presencia de una carga hidrocarbonada gaseosa ésta tiene que precalentarse únicamente en la zona de convección. Para procesar una carga hidrocarbonada líquida tiene que estar disponible en la zona de convección una superficie de intercambio de calor suficiente para no sólo precalentar la carga hidrocarbonada, sino también para transferirla al estado de agregación gaseoso.
Por tanto, según el estado de la técnica, el diseño de la zona de convección de un horno de craqueo, especialmente los intercambiadores de calor a instalar y la superficie de intercambio de calor acompañante de estos, así como la disposición de los haces que deben ser recorridos por fluido en la zona de convección, se adaptan a la respectiva carga hidrocarbonada y a su estado de agregación. La temperatura de salida del gas de humo y, por tanto, el rendimiento térmico total del horno de craqueo, así como la temperatura de entrada de la mezcla de carga hidrocarbonada y vapor de dilución en la zona de radiación se optimizan aquí individualmente.
Dado que, en presencia de una carga hidrocarbonada gaseosa, ésta sólo tiene que ser precalentada, está disponible en este caso de aplicación una cantidad sensiblemente mayor de calor del gas de humo para otras tareas. Por tanto, en la zona de convección de un horno de craqueo, tal como éste está diseñado para una carga hidrocarbonada gaseosa, están dispuestos adicionalmente un gran número de intercambiadores de calor o una mayor superficie de intercambio de calor, que sirven para el calentamiento y/o la evaporación de agua de abastecimiento de caldera y/o la generación de vapor recalentado a alta presión.
En presencia de una carga hidrocarbonada líquida se necesita más energía térmica para calentar y evaporar la carga. Por tanto, la zona de convección de un horno de craqueo, tal como éste está diseñado para una carga hidrocarbonada líquida, presenta claramente menos intercambiadores de calor o una menor superficie de intercambio de calor para calentar y/o evaporar agua de abastecimiento de caldera y/o generar vapor recalentado a alta presión.
Estas respectivas diferencias de diseño en los hornos de craqueo para diferentes clases y estados de agregación de la carga hidrocarbonada conducen durante el funcionamiento de un horno de craqueo, con idéntico desarrollo del proceso en la zona de convección para cargas hidrocarbonadas diferentes, a compromisos respecto de la eficiencia energética y las condiciones de funcionamiento deseadas en materia de procedimiento, con lo que no se optimiza de manera rentable el funcionamiento del horno de craqueo para cada carga hidrocarbonada.
Un horno de craqueo, que esté diseñado primordialmente para una carga hidrocarbonada gaseosa, no estaría optimizada en materia de procedimiento para desarrollar un funcionamiento con una carga hidrocarbonada líquida, ya que ésta no pude ser calentada y/o evaporada suficientemente en la zona de convección debido a que la superficie de intercambio de calor está concebida aquí típicamente como demasiado pequeña.
Por el contrario, si se hace funcionar un horno de craqueo, que se haya diseñado para una carga hidrocarbonada líquida, con una carga hidrocarbonada gaseosa no está optimizado este funcionamiento en materia de procedimiento y es menos rentable, ya que no se puede recuperar energéticamente de una manera aproximada la totalidad de la energía térmica del gas de humo caliente. En este caso, el gas de humo abandona la zona de convección del horno de craqueo con una temperatura netamente más alta que en el caso de funcionamiento con una carga hidrocarbonada líquida, con lo que las temperaturas resultantes del gas de humo son entonces típicamente superiores a 200º C.
Los documentos US4361478, EP0499897, EP1683850 y EP0245839 muestran respectivos intercambiadores de calor para calentar agua de abastecimiento de caldera.
La presente invención se basa en el problema de configurar un procedimiento y un dispositivo de la clase mencionada al principio de tal manea que puedan reaccionar flexiblemente a cargas hidrocarbonadas cambiantes, especialmente a estados de agregación diferentes (gaseoso, líquido) .
El objetivo es un procedimiento para craquear una carga hidrocarbonada con un procedimiento optimizado de funcionamiento del horno de craqueo y condiciones correspondientes (como, por ejemplo, temperatura de entrada de la mezcla de carga hidrocarbonada y vapor de dilución en la zona de radiación) y altos rendimientos térmicos totales para cargas hidrocarbonadas cambiantes.
La presente invención se resuelve en cuanto al procedimiento por la combinación de características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas se indican otras ejecuciones ventajosas de la invención.
Según la idea básica de la invención, la conducción de las corrientes del procedimiento en los intercambiadores de calor de la zona de convección se regula de tal manera que -independientemente del estado de agregación de la carga hidrocarbonada, la temperatura del gas de humo a la salida de la zona de convección se varíe en un rango de 30º C y sea inferior a 150º C, y la conducción de las corrientes del procedimiento en los intercambiadores... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Procedimiento para obtener hidrocarburos por medio de craqueo térmico de una carga hidrocarbonada en un horno de craqueo, -en el que el horno de craqueo presenta una zona de radiación y una zona de convección.
5. en el que el craqueo térmico de la carga hidrocarbonada se efectúa en la zona de radiación y -el gas de humo de la zona de radiación se utiliza en la zona de convección como portador de calor para el precalentamiento de materiales de carga diferentes, -la carga hidrocarbonada se precaliente y/o evapora por medio de intercambiadores de calor (3) dispuestos en la zona de convección, .
10. se precalienta y/o evapora agua de abastecimiento de caldera por medio de al menos un intercambiador de calor (4, 5) dispuesto en la zona de convección, caracterizado por que -con independencia del estado de agregación de la carga hidrocarbonada, la temperatura del gas de humo a la salida de la zona de convección se varía dentro de un rango de 30º C y es inferior a 150º C, y la conducción de 15 las corrientes del procedimiento en los intercambiadores de calor de la zona de convección se regula de tal manera que -en presencia de una carga hidrocarbonada gaseosa, casi el 100% de toda la superficie de intercambio de calor de todos los intercambiadores de calor de la zona de convección participa en el intercambio de calor con el gas de humo, -mientras que, en presencia de una carga hidrocarbonada líquida, solamente participa en el intercambio de calor con el gas de humo una fracción del 100% de la superficie de intercambio de calor de los intercambiadores de calor de la zona de convección que no sirven para el precalentamiento y/o la evaporación de la carga hidrocarbonada, y en donde, en presencia de una carga hidrocarbonada líquida, al menos un intercambiador de calor (4) para el calentamiento y/o la evaporación de agua de abastecimiento de caldera no es recorrido por dicha agua de abastecimiento de caldera, siendo especialmente puenteado o contorneado por medio de una regulación de derivación, y dicho al menos un intercambiador de calor, en presencia de una carga hidrocarbonada gaseosa, es recorrido por agua de abastecimiento de caldera, y en donde el al menos un intercambiador de calor (4) puede unirse reotécnicamente en serie con al menos un intercambiador de calor adicional (5) dispuesto en la zona de convección, en donde, en presencia de una carga hidrocarbonada líquida, se conduce agua de abastecimiento de caldera por delante del al menos un transmisor de calor (4) y esta agua de abastecimiento de caldera circula únicamente por el al menos un transmisor de calor adicional (5) para el calentamiento y/o la evaporación de agua de abastecimiento de caldera, y en donde, en presencia de una carga hidrocarbonada gaseosa, son recorridos por agua de abastecimiento de caldera primeramente el al menos un transmisor de calor (4) y seguidamente el al menos un transmisor de canal adicional (5) para el calentamiento y/o la evaporación de agua de abastecimiento de caldera, -y en donde el intercambiador de calor (3) para el precalentamiento y/o la evaporación de la carga hidrocarbonda está dispuesto en el extremo más frío de la zona de convección, y en donde los intercambiadores de calor (4, 5) para el calentamiento y/o la evaporación de agua de abastecimiento de caldera están dispuestos en una zona de temperatura más alta del gas de humo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el gas de humo, a la salida de la zona de convección, presenta una temperatura comprendida entre 80º C y 150º C y de manera especialmente preferida una temperatura comprendida entre 80º C y 130º C.
3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se recalienta vapor de dilución para el craqueo por medio de al menos un intercambiador dispuesto en la zona de convección, en cuyo 45 caso, dependiendo del estado de agregación de la carga hidrocarbonada, este intercambiador de calor no se implica en el intercambio de calor con el gas de humo por medio de una regulación de derivación o bien se implica en dicho intercambio con un menor rendimiento.
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se precalientan y/o evaporan uniformemente la carga hidrocarbonada y/o el agua de abastecimiento de caldera.
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