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Industria petroquímica - Free Prezi Template

Cadena de Olefinas y Producción de Aromáticos
by

Susana Chan

on 14 October 2014

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Transcript of Industria petroquímica - Free Prezi Template

¿Qué sigue?...
GAS NATURAL
NAFTA & GASÓLEOS
LOS 7 BLOQUES PRODUCTIVOS DE LA PETROQUÍMICA
Industria de Hidrocarburos
COMBUSTIBLES
93%
7%
HIDROCARBUROS
FRACCIÓN PESADA
COMPLEJO DE
AROMÁTICOS

Sección fría
El proceso productivo consiste en 3 etapas principales
Compresión del gas
Sección caliente
Materia Prima
CADENA DE
OLEFINAS
METANO
ETANO
PROPANO
BUTANO
C
1
C
2
C
3
C
4
ETILENO

PROPILENO
BUTADIENO
NAFTAS
C
5
C
10
hasta
GASÓLEOS
C
10
C
30
hasta
Las estructuras incluyen todo tipo de hidrocarburos desde parafinas simples hasta aromáticos complejos con cadenas laterales
Parafinas
Aromáticos
Butadieno
Gasóleo
Nafta
Butano
Propano
Etano
4%
Propileno
14%
Etileno
18%
Butadieno
4%
Propileno
13%
Etileno
23%
Butadieno
3%
Propileno
20%
Etileno
36%
Butadieno
1%
Propileno
18%
Etileno
40%
Butadieno
1%
Propileno
3%

Etileno
80%
Planta de Olefinas
La extensión y el costo de la planta de manufactura de olefinas que utiliza nafta o gasóleo como materia prima, es superior en comparación con la planta de craqueo de etano.
Mayor cantidad de hornos, el diseño de los tubos del horno es distinto.
Rendimiento de una planta de olefinas para diferentes materias primas
PIRÓLISIS &
ENFRIAMIENTO SÚBITO
OBJETIVO
APLICACIÓN
Es el corazón de la planta, también conocido como craqueo térmico, en esta unidad ocurre la transformación química de la materia prima a los productos primarios de la industria petroquímica. El objetivo del proceso es conseguir una alta selectividad hacia el etileno, y al mismo tiempo minimizar la generación de productos indeseados.
La mayoría de los productores buscan la flexibilidad en su proceso, por lo que cuentan con hornos diseñados para diferentes materias primas, sin embargo otros prefieren los altos rendimientos de un producto determinado.
La reacción de craqueo o pirólisis es altamente endotérmica, esto quiere decir que el requerimiento energético es bastante alto.
Etano
Etileno
Reacción de craqueo de etano
PROCESO
DESCRIPCIÓN
Horno de pirólisis
Intercambiador de calor lineal (TLE)
Torre "Quench"
Alimentación
Agua
Vapor
Combustible
Funciona como reactor y generador de vapor de alta presión.
Dos secciones básicas
-
Sección de pirólisis:
en el fondo, conformada por dos áreas de radiación, ambas independientes y controladas

-
Sección de convección:
compartida por las dos áreas radiantes. Precalienta la mezcla de hidrocarburos y vapor (600 °C)
En esta unidad inicia el enfriamiento súbito, para evitar la descomposición de olefinas.
Tiene dos funciones:
-Recuperar energía de la corriente craqueada
- Producir vapor a alta presión.
Gas del horno
820 °C a 855 °C
Gas craqueado
350 °C a 450 °C
Gas craqueado
Vapor
820 °C a 885 °C
(1500 °F a 1600 °F)
Sólo el 60% de la alimentación se convierte, el 40% restante se recicla.
En esta unidad se lleva a cabo la 2° etapa de enfriamiento, se consigue disminuir la T hasta los 180 °C a 200 °C.
Se utiliza agua o aceite como fluido de intercambio, usualmente para alimentaciones gaseosas se utiliza agua y para las más pesadas se emplea aceite.
Gas del TLE
Gasolina de pirólisis
Gas craqueado (a compresión)
Diagrama de la unidad
Torre "Quench"
TLE
Horno de pirólisis
PROCESO
VARIABLES
Presión: el equilibrio se ve favorecido a bajas presiones (175 kPa a 240 kPa).
Presión parcial de hidrógeno: baja PP de Hidrógeno, para reducir reacciones de hidrogenación.
Tiempo de residencia: bajos, para reducir reacciones de condensación (0.08 s a 0.25 s)
Temperatura: la pirólisis ocurre entre los 750 °C y los 900 °C.
Razón de dilución vapor/alimentación: 0.3 para etano y 0.6 para nafta o gasóleo.
CONTROL
UNIDAD
Temperatura de salida de los gases (COT)
Sistema de calentamiento
- Exceso de oxígeno en la chimenea
- Flujo de combustible
Relación de dilución vapor / hidrocarburo
Flujo de alimentación
Eficiencia de craqueo (
severity
)
COMPRESIÓN &
TRATAMIENTO DEL GAS
OBJETIVO
APLICACIÓN
PROCESO
DESCRIPCIÓN
DIAGRAMA
PROCESO
PROCESO
VARIABLES
CONTROL
UNIDAD
El objetivo del Compresor de Gas Craqueado (CGC) es transportar los gases provenientes del horno de pirólisis hacia la sección de recuperación, los cuales deben estar licuados para facilitar el traslado y la separación.
Después de la etapa de compresión, los gases deben ser tratados para eliminar las trazas de compuestos de azufre y otras moléculas orgánicas contaminantes para las etapas posteriores. Esto se consigue mediante absorción.
Compresión del gas
Una turbina de vapor se encarga de accionar el sistema de compresión.
Consiste en tres fases principales: baja, media y alta presión.
La unidad de compresión consiste en un compresor centrífugo.
Se requieren al menos cinco etapas de compresión con enfriamiento intermedio.
Entre la 3° y 4° etapa es muy común contar con un sistema de tratamiento del gas comprimido.
Tratamiento del gas de craqueo
El tratamiento se efectúa mediante la absorción de los gases ácidos con sosa cáustica.
La columna vertical de lavado opera presurizada, entre los 30 °C y 50 °C.
El vapor entrante debe precalentarse por encima de los 5°C, para reducir la condensación de compuestos orgánicos y minimizar la polimerización.
Cuenta con tres o cuatro zonas: lavado con agua, sección de alta concentración, sección de intermedia a baja concentración.
ZONA DE LAVADO CON AGUA
Se alimenta agua de lavado en el domo para remover la solución cáustica absorbida del gas purificado y evitar el arrastre de sosa al compresor. El agua de circulación de lavado también enfría el gas de craqueo, reduciendo la potencia requerida para la compresión.
ZONA DE BAJA CONCENTRACIÓN
En esta sección la mayoría de la sosa ha sido consumida, y la solución de sosa pobre (baja concentración) está cargada de sulfuros, carbonatos e hidrocarburos. Una parte de la solución pobre se recircula y la otra se descarga como sosa gastada.
ZONA DE ALTA CONCENTRACIÓN
En el lazo de circulación de la sosa de alta concentración se inyecta continuamente solución fresca (al 50%). El exceso de solución atraviesa la torre hasta la parte superior de la zona de baja concentración. Una cantidad en exceso de sosa fresca se alimenta para asegurar una operación confiable, esta inyección se hace a control de flujo.

Flujo volumétrico en la 1° etapa de succión.
Presión de succión 1°etapa y presión de descarga en última etapa
Concentración de gases ácidos en la alimentación de cada etapa.
Temperatura de descarga entre cada etapa (ensuciamiento)
Compresor
Torre de lavado cáustico
Temperatura: debe operar a la temperatura más baja posible. Típicamente se inicializa a los 49 °C (120 °F).
Presión: Ámbito típico de 200 psig a 300 psig.
Concentración de la solución de sosa cáustica: para el flujo de circulación de sosa un valor óptimo se encuentra entre el 8% al 11% másico.
Flujo
Capacidad del compresor
Gases ácidos
Metalurgia
Temperatura de descarga
Ensuciamiento
Temperatura de operación
Para alimentación con etano o mezcla etano/propano
Para alimentación líquida con alta concentración de dienos.
Sobrecarga del compresor
La sobrecarga ocurre cuando la unidad ya no es capaz de mantener un flujo positivo de gases a través de sus elementos internos.
Sistema de protección anti- sobrecarga
El sistema acciona la válvula abriéndola rápidamente y crea un enlace externo entre la presión y succión de la etapa.
Por último en la Cadena de Olefinas...
RECUPERACIÓN &
SEPARACIÓN DE PRODUCTOS
Secado y Enfriamiento
Presenta dos fases principales
Fraccionamiento y Conversión
Unidad de secado en servicio
Unidad de secado en regeneración
Tren de intercambiadores

Desetanizador
Desmetanizador
Convertidor de acetileno
Separador C2

Despropanizador
Convertidor MA&PD
Separador C3
Desbutanizador

OBJETIVO
PROCESO
DIAGRAMA
El gas de craqueo se satura con agua al pasar por el tren de compresión y la torre de lavado. La unidad de secado se encarga de retirar la humedad antes de la etapa de fraccionamiento para prevenir la formación de hidratos y de hielo.
La etapa de enfriamiento en la serie de intercambiadores (Chilling Train), lleva la corriente a estado líquido, lista para ser fraccionada.
El secado está regido por el fenómeno de la adsorción (transferencia de masa de un líquido o gas hacia un sólido).
Los intercambiadores se encuentran en cascada, divididos en una sección de pre-enfriamiento y una sección criogénica.
El fluido empleado para enfriamiento es el propileno, etileno y otras corrientes gaseosas frías.
PROCESO
OBJETIVO
DIAGRAMA
OBJETIVO
PROCESO
DIAGRAMA
Separar la corriente de gas licuado en diferentes productos y fracciones con calidades específicas. Esto se consigue a través de una serie de columnas de destilación y reactores de hidrogenación.
MA: Metilacetileno
PD: Propadieno
REACTOR DE HIDROGENACIÓN
Toma uno o dos caminos...
Echemos un vistazo a los productos
ETILENO
Almacenamiento
Usos
Propiedades
La mayoría del etileno se moviliza por tuberías a una alta presión.
Las tuberías y bombas se tienen que diseñar para mantener el etileno como un fluido supercrítico.
Para volúmenes pequeños
Para mayor tonelaje
Polietileno
Etilbenceno (precursor del estireno)
Dicloruro de etileno (precursor del PVC)
Acetato de vinilo
FRACCIÓN LIVIANA
Punto de ebullición: -103,7 °C ó -154,7 °F
Densidad a 0°C: 0,95 °C
Temperatura crítica: 9,2 °C ó 48,6 °F
Presión: 48 atm ó 706 psi
La elección de la materia prima depende de:
Cantidad de subproductos que se genera.
Rendimiento de la reacción de pirólisis.
Disponibilidad en la región donde se ubica la planta de olefinas.

PROPILENO
Propiedades
Almacenamiento
Usos
Es un gas incoloro a temperatura y presión normal.
Se puede utilizar como suplemento o sustituto del GLP, sin embargo su costo es mayor.
La temperatura de ebullición es -47,7°C ó -53,9 °F.
Se comercializa en tres grados: refinería, químico y grado polimérico.
El grado polimérico es el de más alta pureza. Cerca de la mitad del propileno va para la producción de PP.
También como óxido de propileno, alcohol isopropílico, cumeno, oxo alcoholes, y en diversas aplicaciones de la industria de polímeros.
Su transporte es similar al del GLP, en camiones, cisternas y tuberías.
Se debe almacenar bajo una presión cercana a los 200 psi.
El almacenamiento se puede realizar en cilindros de acero (2000 lb), esferas (20000 lb) o en bancos subterráneos (>20 millones de lb)
BUTADIENO
Propiedades
Logística
Usos
Es un gas incoloro a temperatura y presión normal.
Es más común encontrarlo como líquido por la aplicación de altas presiones o por refrigeración.
Temperatura de ebullición: -4,42 °C ó 24 °F.
El butadieno suele venir en conjunto con una gran cantidad de productos de la familia C4.
Para su obtención se separa mediante destilación extractiva.
Este proceso emplea un solvente que selectivamente disuelve al butadieno.

Cerca del 75% se emplea para la producción de cauchos.
Se utiliza como co-monómero para hacer caucho estireno- butadieno (SBR), caucho de policloropreno (neopreno), y caucho nitrilo.
También se emplea como precursor del Nylon 66 utilizado en la industria textil.


FRACCIÓN PESADA
COMPLEJO DE
AROMÁTICOS
Un complejo simple de aromáticos consiste en 4 etapas principales
Materia Prima
Separación
OBJETIVO &
APLICACIÓN
Remover los compuestos de azufre y el nitrógeno presentes en la nafta, venenosos para el catalizador que se emplea en la unidad de reformado catalítico.
PROCESO
DESCRIPCIÓN
Se precalienta en el CFE
Se aumenta la T en el horno
Se lleva a cabo la conversión
Se emplea un sistema catalítico de cobalto- molibdeno
NAFTA CON AZUFRE, NITRÓGENO, HALUROS, COMPUESTOS OXIGENADOS
Separación en tres fases
Gas rico en hidrógeno se recircula al reactor
La Nafta HD se envía a una columna de arrastre para eliminar el sulfuro de hidrógeno
NAFTA HIDROTRATADA
Las unidades implicadas son:

Intercambiador de calor combinado (CFE)
Calentador
Reactor

Compresor
Separador
3° Reactor
Deshidrociclización
Pérdida de hidrógenos para formar ciclos aromáticos.
Parafina
Aromático
Hidrocraqueo (no deseado)
Conversión a hidrocarburos livianos, C1, C2, C3, C4
2° Reactor
Isomerización
Formación de isómeros.
Parafina
Isoparafina
También ocurre la deshidroisomerización.
1° Reactor
Deshidrogenación
Pérdida de hidrógenos para formar aromáticos y olefinas.
Se pasan de enlaces simples a dobles
Nafteno
Aromático
Parafina
Olefina
OBJETIVO &
APLICACIÓN
El propósito original del reformado catalítico es convertir la nafta de bajo octanaje a compuestos de mezclado para la gasolina de alto octanaje llamado reformado.
Estos compuestos son principalmente aromáticos. Por esta causa se emplea en la industria petroquímica.
REACCIONES
IMPLICADAS
PROCESOS
COMERCIALES
Proceso de lecho fijo semiregenerativo
Proceso regenerativo continuo
En la actualidad se utiliza una modificación de este proceso que comprende un cuarto reactor, en el cual se lleva a cabo la regeneración del catalizador. Esto evita el detenimiento total de todo el proceso.
El catalizador fluye continuamente a través de los reactores y hacia el regenerador, por lo que constantemente el catalizador se regenera.
Se emplea la extracción con solventes (extracción líquido- líquido)
¿Qué es extracción líquido líquido?
Los requerimientos de importancia para un solvente son:
Alta selectividad para aromáticos vs no aromáticos.
Alta capacidad (solubilidad de aromáticos)
La capacidad de formar dos fases a temperaturas razonables.
Capacidad de una rápida separación de fases.
Buena estabilidad térmica.
No corrosivo, ni reactivo.
PROCESOS
COMERCIALES
La mayoría de los procesos utilizados en las refinerías emplean como solventes poliglicoles o el sulfolano.
Los que emplean poliglicoles son el proceso Udex y el Tetra.
El proceso Sulfolane originalmente fue desarrollado por el grupo Royal Dutch/Shell y licensiado mundialmente por UOP.

LOS 7 BLOQUES PRODUCTIVOS DE LA PETROQUÍMICA
CADENA DE
OLEFINAS
FRACCIÓN LIVIANA
FRACCIÓN PESADA
COMPLEJO DE
AROMÁTICOS
HIDROCARBUROS
http://www.petrochemistry.eu/flowchart/index.html
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