Petroquimica

TRABAJO PRÁCTICO

TEMA: Cracking Térmico a Fase Vapor (Steam Cracking).

Introducción

El cracking térmico es un proceso de transformación de HC que pone en juego la temperatura como agente de activación.

Es un proceso destructivo mediante el cual las grandes moléculas son descompuestas térmicamente en otras más pequeñas de menor punto de ebullición. El interés de este proceso reside en el hecho de que las moléculas de menor peso molecular que se obtienen son de alto valor económico y no se encuentran en el petróleo.

Es un proceso endotérmico, así que el aporte de temperatura es fundamental. Dicho aporte se realiza por medio de un horno, que resulta ser un órgano esencial.

El resto del equipo permite separar los productos y es tanto más complejo cuanto más severas sean las especificaciones de pureza que se desean cumplir.

Esencialmente, el cracking térmico consiste en la ruptura de las moléculas de HC, bajo la única influencia de la temperatura, seguida de otra serie de rupturas o recombinaciones parciales de los grupos formados inicialmente.

En el Cracking Térmico existen dos tipos de reacciones:

-Primarias: todas aquellas que son beneficiadas con el aporte de temperatura, son las de mayor interés. También se las conoce como reacciones de ruptura.

-Secundarias: no son necesarias. No es aconsejable que se produzcan. Algunas de ellas son polimerización, isomerización, alquilación, deshidrogenación, condensación, etc., dando productos no deseados.

El cracking térmico se encuentra regido por tres variables que son, la temperatura, tiempo de residencia y carga (Q), el manejo de cada una de ellas permite lograr una diversidad de productos, que van de aquellos de uso directo como combustibles a materias primas para la industria petroquímica como el etileno a partir de etano o productos intermedios que sirven como carga, por ejemplo, al Cracking Catalítico.

Es decir que partiendo de distintas materias primas podemos obtener distintos productos finales modificando las características y condiciones del cracking, por ejemplo craqueando un C.D. o un F.V. podemos obtener GOP, craqueando GOP podemos obtener GOL y Nf y craqueando GOL se obtienen gases y Nf.

En todos estos casos lo que hacemos es una revaloración de la carga o materia prima ingresada, es decir hemos obtenidos productos de mayor valor agregado y de potencial mayor rentabilidad comercial.

PRODUCCIÓN DE NO SATURADOS

1-Cracking a Vapor “Steam Cracking”

La inyección de vapor permite adicionar calor sin tocar los quemadores. La carga de vapor puede oscilar entre 0,5 y 0,7 Kg vapor/Kg carga. Además:

• El vapor, al ingresar a una determinada velocidad aumenta el número de Reynolds, obteniendo un flujo turbulento, posibilitando así mejorar la transferencia de calor en los tubos.

• Mejora la separación dentro del horno debido a que disminuye la tensión de vapor de los demás componentes. La inyección de vapor desplaza el equilibrio hacia la derecha.

• Arrastra el posible coque que pudiera llegar a depositarse en las paredes de los tubos.

Un esquema simplificado de las operaciones que se llevan a cabo es el siguiente:

La alimentación líquida o gaseosa atraviesa primeramente el horno de cracking y, a continuación, los productos líquidos pesados se extraen, mientras que los gaseosos se comprimen y luego se separan según los principales productos buscados: etileno, propileno, butadieno.

Una de las variables que más perturba en el proceso es el tiempo de reacción. Aún cuando este sea el mínimo posible, pueden sucederse igualmente reacciones secundarias. Si los productos salen muy calientes, deben enfriarse a la salida del reactor para cortar las reacciones secundarias. Los enfriamientos que se requieren para ello son muy bruscos.

Otra variable que influye en el proceso es la presión. No es una variable desde el punto de vista operativo porque se mantiene bastante constante. Las reacciones secundarias se ven favorecidas por presiones altas. Por ello se trabaja con presiones bajas, lo que desplaza el equilibrio hacia la derecha.

Una variable importante a considerar es la elección adecuada de la carga. En la siguiente tabla se detallan las proporciones de los distintos productos obtenidos de acuerdo a la carga seleccionada.

PRODUCTOS

OBTENIDOS CARGA

ETANO PROPANO BUTANO NAFTA GAS OIL

ETILENO 80 44 36 32 25

PROPILENO 2 17 17 14 14

FRACCIÓN C4 2 3 - 4 5

BUTADIENO 2 3 3 4 5

H2 5 2 2 2 5

CH4 8 20 27 20 15

GASES 1 11 15 24 11

Al analizar la tabla se observa que cuando más estrecha es la carga, el rendimiento en etileno es más alto.

Si los productos que se desean obtener son etileno–propileno, es preferible que la carga sea propano, porque a pesar de que ce el rendimiento en etileno, aumenta en propileno.

Cuanto más pesada es la carga, la temperatura de trabajo requerida es menor, porque los pesados son más fácilmente craqueables. Así, el tiempo de reacción también es bajo.

Suponiendo que se craquee petróleo el tiempo de reacción es corto, y la temperatura de trabajo es muy baja. Pero en contrapartida, esta carga da muchos subproductos y el rendimiento en los productos deseados es muy bajo.

Para poder trabajar de forma adecuada con las distintas variables surge el concepto de Severidad.

Severidad: Es una función que tiene que ver con la conversión de cracking. Alta severidad implica trabajar con altas temperaturas y bajos tiempos de reacción.

Se puede decir que:

Alta Severidad Máximo Etileno Alta temperatura, bajo Tiempo de Rº

Baja Severidad Máximo de Olefinas y BTX Baja temperatura, alto Tpo. de Rº

Los hornos de cracking son flexibles en cuanto al manejo de las variables tiempo de reacción y elección de la carga, dando una amplitud en su uso en cuanto a los distintos productos que se requiere obtener.

La función severidad es una función integral,

...