Marco Teorico

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MARCO TEORICO II

2.1. IDENTIFICACION DE LA COMPOSICION DE LA MATERIA PRIMA

2.1.1. ELECCIN DE LA ALIMENTACIN PARA LOS HORNOS DE PIROLISIS CON VAPOR

En principio esta operacin admite alimentaciones que van desde etano a gas- ol pesado, e incluso el propio crudo. Dentro de las, la nafta es la mayor utilizacin aunque la tendencia actual es utilizar fracciones mas pesadas, como queroseno o gas-ol, como posibles alternativas a aquella. No obstante, la eleccin de una determinada fraccin como alimentacin a las plantas de pirolisis, viene condicionada en primer lugar, por la cantidad y calidad de las materias primas disponibles, que dependern a su vez de las condiciones de mercado, tanto tcnicas como econmicas, en cada periodo determinado.

Como, por otro lado, la demanda de los principales productos obtenido en la pirolisis de cualquier hidrocarburo, tambin se ve afectada por las anteriores condiciones de mercado, se concluye que se hace cada vez mas necesario disear otras plantas con suficiente flexibilidad. En una situacin general en la que se disponga de todas las alimentaciones y se pueda elegir la adecuada pensando solo en el proceso en si, son tres los factores que condicionan la eleccin de la materia prima a pirolizar: la disponibilidad y preparacin de la carga, las condiciones en que se producir la pirolisis de dicha carga y los rendimientos de los principales productos.

2.1.2. PREPARACIN DE LA ALIMENTACIN

Para cualquier proceso, la eleccin de la alimentacin esta determinada en primer lugar por la disponibilidad de la misma en cantidad suficiente y que requiera una preparacin suficientemente sencilla, que la haga susceptible de su utilizacin industrial.

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2.1.3. CONDICIONES DE OPERACIN

Para cada tipo de alimentacin existirn unas condiciones de operacin ptimas, que sern diferentes para cada una de las posibles cargas y funcin de la distribucin de productos que se desee obtener. Por otro lado, resulta difcil estudiar aisladamente el efecto de cada una de las variables de operacin, debido a que sus efectos estn estrechamente relacionados, como ocurre con temperatura y tiempo de residencia o con la presin y la relacin de dilucin.

La temperatura es la variable que ejerce mayor influencia sobre los resultados de la pirolisis, sea cual fuese la alimentacin utilizada, y su intervalo de variacin es funcin tanto de la carga a tratar como de los resultados deseados.

En condiciones de mximo rendimiento en etileno se representa en la fig. 4 La temperatura de salida del reactor de pirolisis, siempre superior a 800 C, frente al numero de tomos de carbono de la alimentacin. En ella se observa como la temperatura disminuye al aumentar el peso molecular de los hidrocarburos gaseosos, mientras para las fracciones liquidas ms pesadas, la temperatura de tratamiento aumenta con el peso molecular. El motivo de esta variacin puede encontrarse en el hecho de que el etileno es producto de reaccin primario para las cargas ms ligeras, pero no para las pesadas.

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FIGURA 4. VARIACIN DE LA TEMPERATURA DE SALIDA DEL REACTOR DE PIROLISIS CON EL NMERO DE CARBONOS DE LA ALIMENTACIN, EN CONDICIONES DE MXIMO RENDIMIENTO EN ETILENO.

Fuente: Lopez

El valor de la presin de trabajo en los procesos industriales sufre pocas fluctuaciones, ya que viene fijado por el funcionamiento general de la planta, y suele estar para cualquier alimentacin prximo a 1 atm en la salida del reactor.

El tiempo de residencia, tampoco influye apreciablemente en al eleccin de la alimentacin. Para cargas ligeras, como etano, propano o butano, se ha comprobado que una variacin de 0.2 a 1.2 segundos no influye en los resultados. En cambio, para cargas mas pesadas se trabaja con tiempos de reaccin de 0.3 a 0.5 segundos dependiendo de que se quiera aumentar el rendimiento en uno u otro producto, teniendo en cuenta que los tiempos menores aumentan la selectividad en los productos primarios de reaccin.

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Por ultimo, la relacin de dilucin utilizada, aumenta notablemente con el peso molecular de la alimentacin. Como se observa en la figura (5), en la que varia desde 0.3-0.4 para etano hasta 0.8-1.0 para petrleo crudo.

FIGURA 5. VARIACIN DE LA RELACIN DE DILUCIN CON EL NMERO DE CARBONOS DE LA ALIMENTACIN

Fuente: Lopez

2.1.4. RENDIMIENTO DE LOS PRODUCTOS

Generalmente, el factor clave determinante de la eleccin de la alimentacin, es la distribucin de los rendimientos de los productos contenidos en el efluente, condicionada a su vez por las necesidades y precios del mercado en cada momento. Segn esto, si interesa dirigir el proceso hacia la produccin de etileno, es claramente el etano el que proporciona los mayores rendimientos. Si adems interesa obtener propileno y butadiene, convendr pirolizar un destilado medio (nafta o queroseno), y, por ultimo, si tambin se quieren obtener buenos rendimientos en aromticos, es la nafta la alimentacin que proporciona los mejores resultados.

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De forma grafica se representan en las figuras (6,7,8,9) los rendimientos esperados de etileno, propileno, butadieno y aromticos respectivamente, frente al nmero de carbones de la alimentacin. En ellas puede observarse, en concordancia con lo

anteriormente comentado, como el rendimiento en etileno obtenido al pirolizar etano es mucho mayor que para las otras alimentaciones, disminuyendo adems al aumentar el peso molecular de aquella. La figura 7, muestra como disminuye de forma lineal el rendimiento en propileno al pasar de pirolizar propano a otras alimentaciones mas pesadas. Al contrario ocurre con el rendimiento en butadieno (figura 8) que aumenta con el nmero de carbonos de la alimentacin desde etano a gas ol, y en la figura 9 puede observarse claramente un mximo en el rendimiento en aromticos cuando es nafta la alimentacin pirolizada (Lopez, 1985).

FIGURA 6. VARIACIN DEL RENDIMIENTO EN ETILENO CON EL NMERO DE CARBONOS DE LA ALIMENTACIN

Fuente: Lopez

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FIGURA 7. VARIACIN DEL RENDIMIENTO EN PROPILENO CON EL NMERO DE CARBONOS DE LA ALIMENTACIN

Fuente: Lopez

FIGURA 8. VARIACIN DEL RENDIMIENTO EN BUTADIENO CON EL NMERO DE CARBONOS DE LA ALIMENTACIN

Fuente: Lopez

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FIGURA 9. VARIACIN DEL RENDIMIENTO EN ETILENO CON EL NMERO DE CARBONOS DE LA ALIMENTACIN

Fuente: Lopez

2.1.5. GAS NATURAL

El gas natural que esta constituido en un 90% de metano como promedio, tiene como segundo componente al etano, que se encuentra en proporciones variables. La cantidad de etano depende principalmente de que el gas natural este o no asociado con petrleo. En el caso de gas asociado con petrleo, el porcentaje de condensables (etano, propano, butano y otros) es mucho mayor que para gases extrados de depsitos netamente gasfero.

2.1.6. PROCESO DE SEPARACIN DEL ETANO Y SUPERIORES DEL GAS NATURAL

Existen dos procesos bsicos para separar del gas natural el etano, propano, butano y nafta natural (hidrocarburos superiores a C5):

Absorcin por refrigeracin

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Destilacin a baja temperatura criognica.

La figura 10 muestra el esquema de una planta de absorcin por refrigeracin. Estas plantas operan entre -35 y -45 C debido a lo cual se requiere una continua refrigeracin con propano.

La extraccin de etano del gas natural se logra un proceso de turbo-expansin. Consiste en comprimir el gas natural y producir su expansin en una turbina donde, al disminuir la presin, se produce un gran enfriamiento hasta -95 C. el gas enfriado se encuentra mezclado con los componentes condensables que estn en estado liquido. Para separar las fracciones C2, C3, C4 y C5+, se somete la mezcla a un

fraccionamiento en torres de destilacin, que permite separar en forma alternada primero etano, luego propano y butano y por ultimo la fraccin correspondiente a nafta natural. Tambin se recupera el CO2 separado con el etano, ya que este, para ser procesado, debe estar libre de anhdrido carbnico.

El gas natural residual, metano mas algo de etano, se reinyecta al sistema de gasoductos para abastecer las necesidades de los consumidores. No es posible separar el etano en su totalidad del gas natural, por dos razones: una tcnica, el proceso de turbo-expansin solo permite extraer hasta un 80% de etano; y la otra es la necesidad de mantener el poder calorfico del gas dentro de especificaciones, que se reducira por una extraccin total del etano, ya que este tiene mayor poder calorfico por unidad de volumen que el metano (Gonzales, 1994).

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FIGURA 10.

ESQUEMA PARA EL FRACCIONAMIENTO DE GAS NATURAL.

PROCESO DE ABSORCIN POR REFRIGERACIN.

Fuente: Gonzalez

Existen dos tipos de procesos de extraccin:

Procesos de extraccin de lquidos de gas natural

Estos procesos efectan la extraccin de los licuables del gas natural por efecto de la refrigeracin absorcin y condensacin de los mismos.

Procesos de fraccionamiento de gas natural

Estos procesos realizan la divisin o particin de una mezcla de hidrocarburos por destilacin, de tal modo que las partes separadas tengan las propiedades especficas que exige el mercado.

Algunas tecnologas efectan este trabajo y combinan los dos anteriores proceso y son:

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Ciclos cortos de adsorcin Refrigeracin mecnica Absorcin con aceite pobre Turbo expansin

Segn el GPSA la seleccin de uno de estos procesos para una aplicacin especfica depende de: Composicin del gas Caudal de flujo de gas Economa de la extraccin de GLP Economa de la recuperacin de etano 2.1.6.1. Proceso de turbo-expander

El proceso turbo-expander fue desarrollado en los aos sesentas. Su aplicacin principal es recuperar etano del gas natural, puesto que el etano es una materia prima muy importante para la industr

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