Coquización retardada
Un coquizador retardado es un tipo de coquizador cuyo proceso consiste en calentar una carga de aceite residual a su temperatura de craqueo térmico en un horno con múltiples pasadas paralelas. Esto craquea las moléculas de hidrocarburos de cadena larga y pesada del aceite residual en gasóleo de coquización y coque de petróleo.
La coquización retardada es uno de los procesos unitarios que se utilizan en muchas refinerías de petróleo. La fotografía adjunta muestra una unidad de coquización retardada con 4 tambores. Sin embargo, las unidades más grandes tienen pares de tambores en tándem, algunos con hasta 8 tambores, cada uno de los cuales puede tener diámetros de hasta 10 metros y alturas totales de hasta 43 metros.
El rendimiento de coque del proceso de coquización retardada oscila entre el 18 y el 30 por ciento en peso del petróleo residual de la materia prima, dependiendo de la composición de la materia prima y de las variables operativas. Muchas refinerías en todo el mundo producen hasta 2.000 a 3.000 toneladas por día de coque de petróleo y algunas producen incluso más.
diagrama de flujo y descripción
El diagrama de flujo y la descripción de esta sección se basan en una unidad de coquización retardada con un solo par de tambores de coque y un horno de materia prima. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, las unidades más grandes pueden tener hasta 4 pares de tambores (8 tambores en total) así como un horno para cada par de tambores de coque.
El aceite residual de la unidad de destilación al vacío (que a veces incluye aceites de alto punto de ebullición de otras fuentes dentro de la refinería) se bombea hacia la parte inferior de la columna de destilación llamada fraccionador principal. Desde allí, se bombea, junto con algo de vapor inyectado, hacia el horno alimentado con combustible y se calienta hasta su temperatura de craqueo térmico de aproximadamente 480 °C. El craqueo térmico comienza en la tubería entre el horno y los primeros tambores de coque, y termina en el tambor de coque que está en funcionamiento. El vapor inyectado ayuda a minimizar la deposición de coque dentro de los tubos del horno.
Al bombear el aceite residual entrante hacia el fondo del fraccionador principal, en lugar de hacerlo directamente al horno, se precalienta el aceite residual al ponerlo en contacto con los vapores calientes del fondo del fraccionador. Al mismo tiempo, algunos de los vapores calientes se condensan en un líquido de alto punto de ebullición que se recicla nuevamente en el horno junto con el aceite residual caliente.
Mientras se produce el craqueo en el tambor, el gasóleo y los componentes más livianos se generan en fase de vapor y se separan del líquido y los sólidos. El efluente del tambor es vapor, salvo por cualquier arrastre de líquido o sólidos, y se dirige al fraccionador principal, donde se separa en las fracciones con el punto de ebullición deseado.
El coque sólido se deposita y permanece en el tambor de coque en una estructura porosa que permite el flujo a través de los poros. Dependiendo del ciclo general del tambor de coque que se utilice, un tambor de coque puede llenarse en 16 a 24 horas.
Una vez que el primer tambor está lleno de coque solidificado, la mezcla caliente del horno se transfiere al segundo tambor. Mientras se llena el segundo tambor, el primer tambor lleno se expulsa con vapor para reducir el contenido de hidrocarburos del coque de petróleo y luego se enfría con agua para enfriarlo. Se quitan las tapas superior e inferior del tambor de coque lleno y luego se corta el coque de petróleo sólido del tambor de coque con una boquilla de agua a alta presión, donde cae en un pozo, plataforma o canal para su recuperación y almacenamiento.
Composición de la coca
La siguiente tabla ilustra la amplia gama de composiciones del coque de petróleo crudo (denominado coque verde) producido en un coquizador retardado y las composiciones correspondientes después de que el coque verde se haya calcinado a 2375 °F (1302 °C):
| Componente | Coca verde como producto | Cocaína calcinada a 2375 °F |
|---|---|---|
| carbono fijo, wt % | 80 - 95 | 98.0 - 99.5 |
| Hidrogen, wt % | 3.0 − 4.5 | 0.1 |
| Nitrógeno, wt % | 0.1 - 0,5 | |
| Sulfuro, wt % | 0,2 a 6,0 | |
| materia volátil, wt % | 5 a 15 | 0,2 a 0,8 |
| Moisture, wt % | 0,5 a 10 | 0.1 |
| Ash, wt % | 0.1 - 1.0 | 0,02 – 0,7 |
| Densidad, g/cm3 | 1.2 - 1.6 | 1.9 - 2.1 |
| Metales, peso de ppm: | ||
| Aluminio | 15 - 100 | 15 - 100 |
| Boron | 0.1 - 15 | 0.1 - 15 |
| Calcio | 25 - 500 | 25 - 500 |
| Cromo | 5 a 50 | 5 a 50 |
| Cobalto | 10 a 60 | 10 a 60 |
| Iron | 50 - 5.000 | 50 - 5.000 |
| Manganese | 2 - 100 | 2 - 100 |
| Magnesio | 10 a 250 | 10 a 250 |
| Molybdenum | 10 a 20 | 10 a 20 |
| Nickel | 10 a 500 | 10 a 500 |
| Potasio | 20 - 50 | 20 - 50 |
| Silicon | 50 - 600 | 50 - 600 |
| Sodium | 40 a 70 | 40 a 70 |
| Titanio | 2 a 60 | 2 a 60 |
| Vanadium | 5 a 500 | 5 a 500 |
Historia
El coque de petróleo se fabricó por primera vez en la década de 1860 en las primeras refinerías de petróleo de Pensilvania, que hervían el petróleo en pequeños alambiques de destilación de hierro para recuperar el queroseno, un aceite para lámparas muy necesario. Los alambiques se calentaban con fuegos de madera o carbón que se construían debajo de ellos, que sobrecalentaban y coquizaban el petróleo cerca del fondo. Una vez finalizada la destilación, se dejaba enfriar el alambique y los trabajadores podían extraer el coque y el alquitrán.
- En 1913, William Merriam Burton, trabajando como químico de la refinería Standard Oil of Indiana en Whiting, Indiana, recibió una patente para el proceso de grieta térmica de Burton que había desarrollado. Más tarde se convirtió en el presidente de Standard Oil de Indiana antes de retirarse.
- En 1929, basado en el proceso de grieta térmica de Burton, Standard Oil of Indiana construyó el primer coker retardado. Requirió decoking manual muy arduo.
- A finales de la década de 1930, el aceite de Shell desarrolló decoking hidráulico utilizando agua de alta presión en su refinería en Wood River, Illinois. Eso hizo posible, al tener dos tambores de coca, el retraso en el decoking para convertirse en un proceso semi-continua.
- A partir de 1955, el crecimiento en el uso de la cocción retardada aumentó.
- En 2002 había 130 refinerías de petróleo en todo el mundo produciendo 172.000 toneladas por día de coca de petróleo. Incluido en esos datos mundiales, alrededor de 59 unidades de cocción estaban operando en los Estados Unidos y produciendo 114.000 toneladas por día de coca.
Usos de la coca de petróleo
El coque resultante de un proceso de coquización retardada tiene muchos usos y aplicaciones comerciales. El uso más importante es como combustible.
Los usos de la Coca-Cola verde son:
- Como combustible para calentadores espaciales, grandes generadores de vapor industriales, combustión de cama fluidificada, unidades de ciclo combinado de gasificación integrada (IGCC) y hornos de cemento
- En fundiciones de carburo de silicio
- Para producir coca de horno de explosión
Los usos del coque calcinado son:
- Como ánodos en la producción de aluminio
- En la producción de dióxido de titanio
- As a carbon raiser in cast iron and steel making
- Producir electrodos de grafito y otros productos de grafito como cepillos de grafito utilizados en equipos eléctricos
- En materiales estructurales de carbono
Otros procesos para producir coca de petróleo
Existen otros procesos de refinación de petróleo para producir coque de petróleo, a saber, los procesos de coquización fluida y flexicoquización, ambos desarrollados y autorizados por ExxonMobil Research and Engineering. La primera unidad comercial entró en funcionamiento en 1955. Cuarenta y tres años después, en 1998, había 18 de estas unidades en funcionamiento en todo el mundo, de las cuales 6 estaban en los Estados Unidos.
Existen otros procesos de coquización similares, pero que no producen coque de petróleo. Por ejemplo, el coquizador flash Lurgi-VZK, que produce coque mediante la pirólisis de biomasa.
Referencias
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Enlaces externos
- Glosario para cokers y temas relacionados