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craqueo
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CRAQUEO TERMICODueas Porras Kevin
Que es el craqueo trmico?
En las primeras instalaciones de destilacin cuando se
forzaba el calentamiento en las calderas,
comprobndose una serie de efectos:
Formacin de coque, que se depositaba en las paredes de los tubos de las calderas
Aumento de las fracciones ligeras, con aparicin de compuestos olefnicos, a costa de los ms pesados
Produccin de gases, detectndose etileno, propileno, adems de aumentar la cantidad de
hidrocarburos saturados de bajo peso molecular
La explicacin pareca evidente desde un punto de vista
exclusivamente estequiomtrico; se produca una rotura
de las molculas de gran tamao en otras menores, as
como reacciones de deshidrogenacin.
1941: Standard Jersey developed the worlds first steam cracker at Baton Rouge.
In 1891 The thermal cracking method was
invented.
modified in 1908
In 1934 factory of Shukhov cracking process established
at Baku, USSR.
William Burton
Vladmir Shukov
Generalidades
En el Cracking Trmico existen dos tipos de reacciones:
Primarias: todas aquellas que son beneficiadas con el aporte de temperatura, son las de mayor inters. Tambin se las conoce como reacciones de ruptura.
Secundarias: no son necesarias. No es aconsejable que se produzcan. Algunas de ellas son polimerizacin, isomerizacin, alquilacin, deshidrogenacin, condensacin, etc., dando productos no deseados.
El cracking trmico se encuentra regido por tres variables:
temperatura
tiempo de residencia
carga (Q),
Diferencia entre craqueo trmico y
cataltico
Las grandes diferencias en la naturaleza y composicin de los productos del craqueo cataltico respecto al craqueo trmico ponen de manifiesto
diferencias en el mecanismo de reaccin. El craqueo trmico, da como
productos mayoritarios gases de la fraccin C2 as como metano, y la
gasolina producida es rica en olefinas con pocos productos ramificados.
Por el contrario, el craqueo cataltico produce un mayor rendimiento a
gasolinas con un mayor contenido en compuestos ramificados, as como
aromticos
Los aceites pesados tienen poca salida comercial.
Aumento en produccin de gasolina a partir del crudo.
Ennoblecimiento de la gasolina por aumento de su resistencia a la detonacin.
Isomerizacin de hidrocarburos de cadena lineal, as como su deshidrogenacin, por lo que estos se convierten en olefinas.
No solo se someten los hidrocarburos superiores sino tambin las gasolinas de bajo numero de octano (Reformado).
Cracking
Less
valuable
products
More useful &
valuable
products
most of the gasoline/petrol is
produced by cracking!
Operaciones que se llevan a cabo
Operaciones que se llevan a cabo
La alimentacin lquida o gaseosa atraviesa primeramente el horno de cracking y, a continuacin, los productos lquidos pesados se extraen, mientras que los gaseosos se comprimen y luego se separan segn los principales productos buscados: etileno, propileno, butadieno.
Una de las variables que ms perturba en el proceso es el tiempo de reaccin. Aun cuando este sea el mnimo 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 presin. No es una variable desde el punto de vista operativo porque se mantiene bastante constante(entre 2 atm y 8 atm). Las reacciones secundarias se ven favorecidas por presiones altas. Por ello se trabaja con presiones bajas, lo que desplaza el equilibrio hacia la derecha.
Si los productos que se desean obtener son etilenopropileno, es preferible que la carga sea propano, porque a pesar de que el rendimiento en etileno, aumenta en propileno.
Cuanto ms pesada es la carga, la temperatura de trabajo requerida es menor, porque los pesados son ms fcilmente craqueables. As, el tiempo de reaccin tambin es bajo.
Para poder trabajar de forma adecuada con las distintas variables surge el concepto de Severidad.
Severidad: Es una funcin que tiene que ver con la conversin de cracking. Alta severidad implica trabajar con altas temperaturas y bajos tiempos de reaccin.
La funcin severidad es una funcin integral, que si se conoce permite determinar el rendimiento en los distintos productos.
Alta Severidad Mximo Etileno Alta temperatura, bajo Tiempo de RBaja SeveridadMximo de Olefinas y BTXBaja temperatura, alto Tpo. de R
Productos que se obtiene de acuerdo
a la carga
Una variable importante a considerar es la eleccin 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
FRACCIN 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
1. Se llevan a la temperatura de Crackingel aceite pesado y el Aceite Ligero, cadauno en un calentador (1,2)
2. El cracking finaliza en una cmara dereaccin (3).
3. Los productos de Cracking seconducen a travs de la vlvula (4), alevaporador (5).
4. Los Componentes voltiles pasaninmediatamente a la columna (7).
5. Los componentes difcilmente voltilespasan al stripper (6).
6. En el deflegmador (6a), se separan laspartes gaseosas de las liquidas.
7. El liquido condensado en (6a) retornaen parte como reflujo a (6), y en parte seadiciona al aceite nuevo con el que sealimenta la columna de separacin (7).
8. De la Columna de Separacin (7)
se desprende una gasolina rica engases de Cracking.
9. En los Deflagmadores (8 y 9)tienelugar una activa separacin.
10. El Condensado de (8) retorna a lacolumna y el condensado de (9)pasa al intercambiador de calor (10).
11. Del intercambiador de calor (10),pasa al estabilizador (11).
12. La Gasolina estable que saleatraviesa el intercambiador de calor(10).
13. A esta gasolina se le aade en(12) la que procede de (7).
14. De la parte media de (7), seretira una gasoil, que en parte sehace volver al calentador (2).
15. En la columna de absorcin (13)se libera la gasolina delcomponente gaseoso.
MECANISMO DE REACCION DE
CRAQUEO TERMICO
En la actualidad se admite, para el mecanismo de craqueo trmico, el modelo propuesto por Rice en 1934 y posteriormente desarrollado y ampliado por Benson. Este consiste en un proceso en cadena, en el que coexisten tres tipos de reacciones, que en el caso de las parafinas se pueden concretar en:
ETAPA DE INICIACION DE LA CADENA
ETAPA DE PROPAGACION DE LA CADENA
- Reacciones de activacion o de abstraccion de hidrogeno
- Reacciones de b-escision
- Reacciones de isomerizacion
ETAPA DE TERMINACION DE LA CADENA
- Reacciones de combinacion
- Reacciones de desproporcion
CRAQUEO DE NAFTA VIRGEN
QUE ES NAFTA VIRGEN?
La Nafta Virgen que es la gasolina obtenida de la destilacin primaria
del petrleo est constituida principalmente por alcanos lineales 31%,
alcanos ramificados 31%, alquenos 0,49%, naftenos 18% y compuestos
aromticos 16%
La mayor proporcin son las parafinas lineales, que tienen un nmero
bajo de octanaje.
Process of steam cracking of
naphtha
Pyrolysis section
Fractionation and
Compression Section
Product recovery and
Separation Section
Naphtha
Energy analysis in steam cracking
sections
Section Energy
required
Energy loss
pyrolysis 65% 75%
fractionation
and
compression
15% 25%
recovery
section
20% 15%
Pyrolysis section
Pyrolysis furnace
Transfer line
exchange
(producing steam)
Cracked gas
Naphtha
750-900
~300
Chemistry of steam cracking
Propagation
Initiation
Termination
3 3 30 + 3
0
30 + 3 3 4 + 3
023
02 2 = C2 + 0
0 + 3 3 2 + 3 02
3 02 etc.
0 + 0 23
02 + 30 2 = 2 + 4
etc.
Separatio
n section
Ethylene (24%)
Propylene(20%)
Butadiene(3%)
BTX(1%)
Petroleum
ether(25%)
Products from separation
section
Use of products of steam
cracking of naphtha
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