ES2245033T3 - Instalacion de coquizador retardado para la reduccion del tiempo de ciclo de coquizacion retrardada. - Google Patents
Instalacion de coquizador retardado para la reduccion del tiempo de ciclo de coquizacion retrardada.Info
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Abstract
La duración del ciclo en una unidad de coquizado diferida se reduce mediante calentamiento externo del tambor de coque (10, 12) junto a la unión de la carcasa del tambor y el faldón de soporte de éste antes de comenzar la etapa de llenado de alimentación para el coquizado en caliente. Esto reduce las tensiones térmicas del área alrededor de las soldaduras de la camisa del tambor.
Description
Instalación de coquizador retardado para la
reducción del tiempo de ciclo de coquización retardada.
Este invento se refiere a la coquización
retardada, y más particularmente a un método de aumentar la
capacidad de una unidad de coquizador retardado mediante la
reducción del tiempo del ciclo de la unidad.
En una unidad típica de coquizador retardado, un
par de tambores de coque se llenan y vacían alternativamente, con la
alimentación del coquizador bombeándose en uno de los tambores
mientras que el otro tambor se está vaciando de coque y preparándose
para el siguiente ciclo de llenado. La capacidad de un coquizador
retardado viene determinada por varios factores que incluyen el
tamaño de los tambores de coque, la capacidad del horno, la
capacidad de bombeo, y el tiempo del ciclo. Como el tamaño de los
tambores, la capacidad del horno y la capacidad de bombeo no se
varían fácilmente, a veces la única manera factible de aumentar la
capacidad del coquizador es reducir el tiempo del ciclo, permitiendo
de ese modo más llenados de tambores en un período de tiempo
determinado.
La patente de EE.UU. Nº 2.769.563 describe un
recipiente aislado que se somete a oscilaciones cíclicas de
temperatura durante su funcionamiento. El recipiente aislado se
puede soportar sobre miembros metálicos de soporte y conectarse a
los mismos mediante uniones soldadas por fusión.
La patente de EE.UU. Nº 4.040.946 describe un
procedimiento para producir coque de petróleo a partir de un
material de petróleo con bajo contenido de azufre que incluye una
etapa de pretratamiento para extraer las sustancias no cristalinas y
una etapa de coquización en la que un petróleo denso procedente de
la etapa de pretratamiento se coquiza en un cristalizador de
coquización de tal manera que el petróleo de alquitrán denso circule
hacia abajo y se acumule progresivamente y se coquize en el mismo,
mientras que los hidrocarburos gaseosos ligeros se descargan en la
parte superior del cristalizador.
Una operación de coquización convencional
incluye, en el proceso de vaciar el tambor lleno, las etapas de
tratar con vapor el tambor lleno para eliminar del tambor el
material residual volátil, enfriar súbitamente con agua el lecho de
coque tratado con vapor, drenar del tambor el agua de enfriamiento
súbito, abrir las partes superior e inferior del tambor de coque
(descabezar el tambor), taladrar un orificio piloto en el lecho de
coque desde la parte superior, perforar y separar el coque remanente
con una broca de chorro dirigida radialmente, extraer el coque
perforado y separado del fondo del tambor, cerrar las aberturas de
las partes superior e inferior del tambor de coque, y precalentar el
tambor de coque vacío haciendo pasar vapores calientes procedentes
del otro tambor que se está llenando con la alimentación caliente
del coquizador. La etapa de precalentamiento es necesaria para
elevar la temperatura del tambor de coque vacío antes de conmutar la
alimentación caliente del coquizador al tambor recientemente
vaciado, ya que de lo contrario las tensiones térmicas debidas a la
introducción de alimentación caliente en un tambor relativamente
frío ocasionarían daños graves.
Cuando la capacidad no constituye un problema, la
etapa de precalentamiento puede tener lugar durante un período
considerable de tiempo, y las tensiones térmicas son soportables.
Cuando la capacidad es importante, una manera de aumentarla es
mediante la reducción del tiempo del ciclo, que permite producir más
tambores de coque en un período de tiempo determinado.
La etapa de precalentamiento descrita
anteriormente es una parte significativa del tiempo del ciclo, y es
el área que contiene el potencial más elevado para la reducción del
tiempo del ciclo, puesto que muchas de las otras etapas del ciclo
son más o menos fijas, o en cualquier caso no se reducen fácilmente
sin significativos requisitos de costes.
Un tambor típico de coque está soportado por una
falda que se suelda al tambor cerca de la unión de la envuelta del
tambor y del cono inferior del tambor. Las máximas tensiones
térmicas se producen en el instante en que la alimentación de
petróleo caliente, aproximadamente a 482ºC (alrededor de 900ºF), se
conmuta al tambor precalentado. Estas tensiones térmicas se deben en
parte al hecho de que la superficie interior del tambor
precalentado está más caliente que el exterior del tambor,
incluyendo el área donde la falda de soporte está soldada a la
envuelta del tambor. La velocidad de dilatación del interior de la
envuelta, tras ser contactado con la alimentación de petróleo
caliente, es inicialmente mayor que la velocidad de dilatación de la
parte exterior más fría. Si se dispone de tiempo suficiente, la
etapa de precalentamiento se puede llevar a cabo durante un período
de tiempo suficiente para calentar el exterior del tambor hasta una
temperatura próxima a la del interior del tambor. Sin embargo, se
plantea un problema si hay que minimizar el tiempo de
precalentamiento con el fin de reducir el tiempo total del ciclo. Ha
existido una necesidad continua de un método de reducir el tiempo
del ciclo sin exacerbar las tensiones térmicas en el tambor,
particularmente en el área próxima a la unión del tambor y su falda
de soporte.
El presente invento se refiere a un proceso de
coquización retardada de acuerdo con la reivindicación 1. En una
realización adicional, el invento se refiere a una instalación de
coquizador retardado de acuerdo con la reivindicación 5. En una
realización adicional, el invento se refiere a un método para
aumentar la capacidad de una unidad de coquizador de acuerdo con la
reivindicación 7.
De acuerdo con el presente invento, la capacidad
de una unidad de coquizador se aumenta mediante la reducción del
tiempo del ciclo para el llenado y vaciado alternados de un par de
tambores de coque. La reducción del tiempo del ciclo se realiza,
durante y/o justo antes de dirigir los vapores de precalentamiento
al interior del tambor, calentando externamente el tambor de coque
en el área donde la falda del tambor se une a éste. Este
calentamiento externo eleva la temperatura externa del tambor hasta
un nivel más próximo a la temperatura del interior del tambor
precalentado, y reduce las tensiones térmicas creadas cuando se
introduce en el tambor alimentación de petróleo caliente. Con el uso
de calor externo, la temperatura del tambor desde el interior al
exterior es más uniforme, y el tiempo requerido para precalentar el
tambor se reduce sustancialmente, puesto que se puede iniciar antes
la alimentación de petróleo caliente. Correspondientemente, el
tiempo total del ciclo se reduce.
La Figura 1 es una vista esquemática de una
unidad de coquizador retardado que muestra un par de tambores de
coque y su equipo asociado.
La Figura 2 es una tabla que muestra el programa
de tambores de coque para un ciclo de coquización.
La Figura 3 es un alzado lateral, parcialmente
en corte transversal, que muestra detalles de un tambor de coque y
su estructura de soporte.
La Figura 4 es un alzado lateral, parcialmente
recortado, que muestra detalles de la unión de un tambor de coque y
su estructura de soporte.
La Figura 5 es un corte transversal que muestra
un tambor de coque soportado por una falda soldada a la sección de
rótula del tambor.
La Figura 6 es un corte transversal que muestra
un tambor de coque soportado por una falda soldada a la envuelta del
tambor.
El principal objeto del presente invento es
aumentar la capacidad de una instalación de coquización sin tener
que aumentar el tamaño del equipo de proceso. Este se puede cumplir,
hasta un punto, mediante el aumento de la velocidad de llenado del
tambor de coque en el que se está formando coque. Sin embargo, el
tiempo del ciclo, o tiempo durante el que está entrando al tambor la
alimentación, no se puede reducir a un valor inferior al tiempo
requerido para extraer el coque del otro tambor. El proceso de
extracción de coque incluye un tiempo para tratamiento con vapor,
enfriamiento súbito, drenaje del agua de enfriamiento súbito,
taladrado de un orificio piloto, taladrado y separación del coque
del tambor, y calentamiento inicial del tambor en preparación para
el siguiente ciclo de llenado. Algunas de estas etapas emplean
mínimas cantidades de tiempo por debajo de las cuales no resulta
práctico trabajar. Una vez que se alcanzan estos tiempos mínimos, el
tiempo del ciclo y la capacidad del coquizador son más o menos
fijos.
El objetivo de este invento es la etapa de
precalentamiento. Esta etapa absorbe una parte considerable del
ciclo. En la etapa de precalentamiento, el tambor de coque se ha
vaciado, y las cabezas superior e inferior del tambor se han vuelto
a fijar. El tambor se purga con vapor y se prueba para detectar
posibles fugas. Luego, se desvía vapor caliente procedente del
tambor que se está llenando al tambor vacío frío para precalentar el
tambor vacío antes de conmutar los tambores y de dirigir
alimentación caliente al tambor vacío.
La Figura 1 muestra una unidad típica de
coquizador que comprende un par de tambores de coque 10 y 12. La
alimentación del coquizador procedente de la tubería 14 de
alimentación entra al fraccionador 16 del coquizador y se bombea al
horno 54 y luego a uno de los tambores de coque. Los vapores
situados cerca del techo del tambor que se está llenando vuelven al
fraccionador 16, donde se separan en corrientes de producto final.
La etapa de precalentamiento para el tambor que no se está llenando
con alimentación de coquizador se realiza mediante la desviación
(por medio de válvulas no mostradas) de una parte de los vapores del
techo desde el tambor que está en línea de vuelta a la parte
superior del tambor que no esté en línea. De acuerdo con este
invento, se aplica calor externo al área de la unión del tambor a la
falda durante y/o antes de hacer pasar vapores calientes de
precalentamiento a través del tambor que no está en línea, y antes
de introducir alimentación de petróleo caliente en el tambor.
Por la aplicación de calor externo al tambor en
el área de la unión del tambor y la falda durante y/o antes de hacer
pasar vapor de precalentamiento a través del tambor, la temperatura
en el área crítica de las soldaduras tambor-falda es
más uniforme en el instante en que se introduce en el tambor
alimentación de petróleo caliente, y de acuerdo con ello el tiempo
de precalentamiento se reduce sin crear una posibilidad de
producción de tensiones térmicas perjudiciales en el momento de la
introducción de la alimentación caliente.
En la Figura 3 se muestran mejor los medios para
aplicar precalentamiento externo al tambor. Una camisa 48 de vapor
rodea al tambor 10 alrededor del área de la unión de la falda al
tambor. Se han provisto una entrada 50 y una salida 52 de fluido de
calentamiento para hacer pasar fluido de precalentamiento,
preferiblemente vapor o gas caliente de proceso tal como un gas de
combustión, a través de la camisa 48 de vapor. Alternativamente, se
podría proveer el precalentamiento externo mediante una banda de
calentamiento eléctrico.
Con referencia a la Figura 2, se muestra en ella
un programa típico de un ciclo. El ejemplo ilustrado es para un
ciclo de dieciocho horas, pero son comunes ciclos más largos y más
cortos. En el ciclo ilustrado se dejan 5,5 horas para calentamiento
inicial y pruebas. La parte de calentamiento inicial o
precalentamiento se puede reducir mediante el procedimiento del
invento sin el aumento de tensiones térmicas que se produciría en
ausencia del precalentamiento externo del invento.
Como se ve en la Figura 3, un tambor 10 de coque
incluye una sección cónica 34 de fondo y una placa inferior
retirable 36. Entre la envuelta del tambor y la sección cónica 34 de
fondo hay una sección de transición o de rótula 44. Como se muestra
en las Figuras 3 y 6, cerca de la unión de la envuelta del tambor y
de la sección de rótula 44, una falda 38 de soporte está soldada al
tambor, en lo que a veces se define como una unión de línea
tangente.
Como se muestra en la Figura 5, una sección de
rótula 44 está soldada entre la envuelta del tambor y la sección
cónica inferior 34. Una falda 38 de soporte está soldada a la
sección de rótula 44 en la soldadura 22, en lo que a veces se hace
referencia como una unión de rótula.
En una variación popular como se muestra en la
Figura 4, la falda incluye una serie de dedos 40 formados por
ranuras que se extienden desde la parte más alta de la falda, y cada
dedo tiene una parte más alta curva 46 para presentar una forma de
visera, y las partes curvas más altas de los dedos están soldadas a
la envuelta del tambor. Es común incluir extremos inferiores
redondeados en las ranuras de la falda para impedir que se formen
puntos de aumento de tensiones en los extremos de las ranuras. En
los casos en que la camisa de vapor 48 se extiende sobre una parte
de las ranuras extendida desde la parte más alta de la falda como se
muestra en la Figura 4, es posible que sea conveniente aplicar un
material de empaquetadura en las ranuras para impedir fugas del
fluido de calentamiento.
Cualquiera que sea el tipo de sistema de
falda-tambor que se use, la unión entre la envuelta
del tambor y la falda está más bien fría cuando se inicia la etapa
de precalentamiento de tambor. El precalentamiento del tambor se
proporciona normalmente mediante la desviación de parte de los
vapores de techo del tambor que se está llenando a la parte más alta
del tambor recientemente vaciado. Estos vapores están muy calientes,
y calientan rápidamente la superficie interior del tambor. La
superficie exterior del tambor, y especialmente la unión soldada de
la envuelta del tambor y de la falda de soporte, no se calienta al
mismo ritmo que el interior del tambor. Entonces, se generan una
tensiones térmicas elevadas debidas al choque térmico que se produce
cuando se introduce la alimentación de petróleo caliente en el fondo
del tambor. Este choque térmico puede dañar potencialmente a la
unión falda-tambor.
Con el fin de ilustrar el procedimiento del
invento, a continuación se describe el ciclo de coquización, que
incluye el uso de precalentamiento externo de tambor con referencia
a las Figuras 1 y 3.
La alimentación caliente del coquizador
procedente del horno 54 se introduce en el fondo del tambor 10 de
coque. En el momento en que se inicia la alimentación al tambor 10,
el tambor 12 de coque, que está lleno de coque, se trata con vapor a
baja presión para arrastrar los hidrocarburos volátiles residuales
del lecho de coque contenido en el tambor. El vapor extrae también
algo de calor del coque. Después de la etapa de tratamiento con
vapor, el coque se enfría súbitamente mediante el llenado del tambor
con agua de enfriamiento súbito. Una vez que el lecho de coque se ha
cubierto con agua, se abre el drenaje del tambor y se drena hasta
vaciarlo. Luego se retiran las tapas de las cabezas superior e
inferior del tambor. Se taladra un orificio piloto a través del
lecho de coque desde la parte superior, y después una broca
rotatoria de inyección a alta presión que atraviesa hacia abajo el
orificio piloto dirige una corriente de corte horizontalmente contra
el lecho de coque. El coque perforado cae hacia abajo fuera del
tambor. Una vez que se ha completado el corte del coque y se ha
extraído el coque del tambor, se vuelven a instalar las tapas de
cabeza, se purga el tambor y se hacen pruebas de fugas. Parte del
vapor caliente de la parte más alta del tambor que está en línea se
desvía al interior del tambor limpio para calentarlo a una
temperatura predeterminada. Luego se conmuta la alimentación
caliente procedente del horno 54 al tambor limpio.
La esencia del invento está en aplicar
externamente calor a la unión del tambor de coque y su falda de
soporte durante y/o antes de hacer pasar los vapores calientes de
precalentamiento a través del tambor, y antes de introducir en el
tambor alimentación de petróleo caliente. Preferiblemente, la
aplicación de calor externo comienza después de que la broca de
perforación esté por debajo del nivel de la unión
tambor-falda. La aplicación de calor externo permite
que el área de la unión tambor-falda se aproxime más
a la temperatura del interior del tambor durante la etapa de
precalentamiento, y permite la introducción más temprana de la
alimentación de petróleo caliente sin las tensiones térmicas
perjudiciales que se producirían si el exterior del tambor,
particularmente alrededor de las soldaduras
tambor-falda, estuviera a una temperatura mucho más
baja que el interior del tambor precalentado. Como resultado de la
aplicación de calor externo, se puede reducir el tiempo de
calentamiento inicial, lo que da lugar a un menor tiempo total del
ciclo, y en consecuencia a un aumento en el ritmo de producción para
la unidad de coquización.
La descripción anterior de las realizaciones
preferidas del invento está destinada a ser ilustrativa del alcance
del invento, que se define mediante las reivindicaciones que se
adjuntan como apéndice.
Claims (7)
1. Un procedimiento de coquización retardada en
el que un par de tambores (10, 12) de coque, cada uno de ellos
soportado por una sección de falda (38) soldada a dicho tambor se
llenan y vacían alternadamente, y en el que la parte de vaciado del
ciclo comprende las etapas de:
a) tratar con vapor el tambor (10, 12) lleno de
coque para extraer la materia residual volátil del tambor;
b) enfriar súbitamente con agua el lecho caliente
de coque;
c) drenar del tambor (10, 12) de coque el agua de
enfriamiento súbito;
d) abrir la parte superior del tambor (10, 12) de
coque y taladrar un orificio piloto a través del lecho de coque
contenido en el mismo;
e) taladrar el coque del lecho de coque entre el
orificio piloto y la pared del tambor de coque mediante agua de
taladro dirigida radialmente y extraer el coque a través de una
abertura practicada en el fondo del tambor de coque;
f) cerrar las aberturas superior e inferior del
tambor (10, 12) de coque; y
g) antes de introducir alimentación en el tambor
vaciado (10, 12), precalentar el tambor vacío (10, 12) haciendo
pasar vapores calientes de tambor de coque a través del tambor (10,
12);
en el que las tensiones térmicas en la unión del
tambor (10, 12) de coque y la falda (38) se reducen mediante la
aplicación de calor a la parte exterior de dicho tambor (10, 12) de
coque adyacente a la unión de la envuelta del tambor y la falda (38)
de dicho tambor (10, 12) antes de introducir petróleo caliente de
alimentación en dicho tambor (10, 12), impidiendo de ese modo la
producción de tensiones térmicas excesivas.
2. Un procedimiento como el reivindicado en la
reivindicación 1, en el que se aplica calor al exterior de dicho
tambor mediante la utilización de una camisa (48) de vapor que rodea
a dicho tambor cerca de la unión de la envuelta y de la falda de
soporte del mismo.
3. Un procedimiento como el reivindicado en la
reivindicación 1, en el que se aplica calor al exterior de dicho
tambor mediante la utilización de una banda de calentamiento
eléctrico que rodea a dicho tambor cerca de la unión de la envuelta
y de la falda de soporte del mismo.
4. Un procedimiento como el reivindicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho
calentamiento aplicado al exterior de dicho tambor (10, 12) se
inicia después de que el agua del taladro choca contra la pared
interior del tambor por debajo de la unión de la envuelta del tambor
y de su falda (38) de soporte.
5. Una instalación de coquizador retardado que
comprende un fraccionador de coquizador, un horno (54) de coquizador
y un par de tambores (10, 12) de coque cada uno soportado por una
falda fijada (38) de soporte, en la que cada uno de los tambores
(10, 12) de coque incluye medios fijados al mismo para aplicar
externamente calor a la unión de dicho tambor (10, 12) de coque y de
su falda (38) de soporte.
6. Una instalación de coquizador retardado como
la reivindicada en la reivindicación 5, en la que dichos medios para
aplicar externamente calor comprenden una camisa (48) de vapor que
rodea la unión de dicho tambor (10, 12) de coque y de su falda (38)
de soporte.
7. Un método para aumentar la capacidad de una
unidad de coquizador mediante la reducción del tiempo de ciclo para
el llenado y vaciado alternados de un par de tambores (10, 12) de
coque, en el que la reducción del tiempo del ciclo se realiza
calentando externamente el tambor (10, 12) de coque en el área donde
el tambor (10, 12) de coque se fija a una sección de falda (38) de
soporte durante, o justo antes de, o antes de y durante, la
introducción de vapores precalentados de coquización al interior del
tambor (10, 12) de coque, cuyo método comprende reducir las
tensiones térmicas entre el tambor (10, 12) de coque y la sección de
falda fijada (38) de soporte mediante la provisión de una
temperatura más uniforme entre dicho tambor (10, 12) de coque y
dicha falda (38) de soporte usando dicho calentamiento externo, y de
ese modo reducir el tiempo de precalentamiento del tambor (10, 12)
de coque y por tanto reducir el tiempo total del ciclo de
coquización retardada.
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