Coquizador retardado

Un coquizador retardado es un tipo de coquizador cuyo proceso consiste en calentar una alimentación de aceite residual hasta su temperatura de craqueo térmico en un horno con múltiples pasadas paralelas. Esto craquea las moléculas de hidrocarburos pesados ​​y de cadena larga del aceite residual en gasóleo de coquización y coque de petróleo . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

La coquización retardada es uno de los procesos unitarios utilizados 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, algunas con hasta 8 tambores, cada uno de los cuales puede tener diámetros de hasta 10 metros y alturas totales de hasta 43 metros. ^{[ 4 ]}

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 esta y de las variables operativas. Muchas refinerías en todo el mundo producen entre 2000 y 3000 toneladas diarias de coque de petróleo, y algunas incluso más. ^{[ 5 ]}

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 alimentación. 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 procedentes de otras fuentes dentro de la refinería) se bombea a la parte inferior de la columna de destilación, denominada fraccionadora principal. Desde allí, se bombea, junto con vapor inyectado, al horno de combustión y se calienta hasta su temperatura de craqueo térmico, que oscila entre 480 y 505  °C. El craqueo térmico comienza en la tubería que conecta el horno con los tambores de coque y finaliza en el tambor de coque en funcionamiento. El vapor inyectado ayuda a minimizar la deposición de coque dentro de los tubos del horno (retrasando la coquización), al aumentar la velocidad de alimentación y reducir el tiempo de residencia dentro del horno.

Al bombear el aceite residual entrante a la parte inferior del fraccionador principal, en lugar de directamente al horno, se precalienta el aceite residual al ponerlo en contacto con los vapores calientes de la parte inferior del fraccionador. Al mismo tiempo, parte de los vapores calientes se condensan en un líquido de alto punto de ebullición que se recircula al horno junto con el aceite residual caliente.

Durante el craqueo en el tambor, el gasóleo y los componentes más ligeros se generan en fase gaseosa y se separan del líquido y los sólidos. El efluente del tambor es gaseoso, salvo la presencia de líquido o sólidos arrastrados, 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 dentro de una estructura porosa que permite el flujo a través de los poros. Dependiendo del ciclo general del tambor de coque utilizado, este puede llenarse en 12 a 24 horas. Se pueden utilizar tiempos de ciclo fijos y dinámicos.

Una vez que el primer tambor se llena con el coque solidificado, la mezcla caliente del horno se transfiere al segundo tambor. Mientras se llena el segundo tambor, el primero, también lleno, se somete a vapor para reducir el contenido de hidrocarburos del coque de petróleo y, posteriormente, se enfría con agua. El enfriamiento consiste en llenar el tambor, esperar varias horas y luego vaciar el agua. Se retiran las tapas superior e inferior del tambor lleno y el coque de petróleo sólido se corta con un chorro de agua a alta presión, cayendo en un foso, plataforma o canaleta para su posterior recuperación y almacenamiento.

Los sistemas de descarbonización utilizados para la eliminación del coque suelen constar de una bomba centrífuga de chorro de alta presión y alto caudal , sistemas de tuberías, válvulas de descarbonización, válvulas de aislamiento y purga, mangueras de alta presión, crucetas, juntas rotativas, cabrestantes, vástagos de perforación giratorios y herramientas de corte (combinadas o por separado). Generalmente se utilizan válvulas especializadas, denominadas «válvulas de descarbonización», para posibilitar el cambio entre perforación y corte.

La tabla que aparece a continuación ilustra la amplia gama de composiciones del coque de petróleo crudo (conocido como coque verde ^{[ 6 ]} ) producido en un coquizador retardado y las composiciones correspondientes después de que el coque verde se haya calcinado a 2375  °F (1302  °C):

El coque de petróleo se fabricó por primera vez en la década de 1860 en las primeras refinerías de petróleo de Pensilvania, donde se hervía el petróleo en pequeños alambiques de hierro para recuperar el queroseno , un aceite para lámparas muy necesario. Los alambiques se calentaban con fuego de leña o carbón encendido debajo de ellos, lo que sobrecalentaba y coquizaba el petróleo cerca del fondo. Una vez finalizada la destilación, se dejaba enfriar el alambique y los trabajadores podían entonces extraer el coque y el alquitrán. ^{[ 7 ]}

• En 1913, William Merriam Burton , químico de la refinería Standard Oil of Indiana en Whiting, Indiana , obtuvo una patente ^{[ 8 ]} para el proceso de craqueo térmico de Burton que había desarrollado. Posteriormente, llegó a ser presidente de Standard Oil of Indiana antes de jubilarse.
• En 1929, basándose en el proceso de craqueo térmico de Burton, Standard Oil de Indiana construyó la primera unidad de coquización retardada. Requería un descarbonización manual muy laborioso. ^{[ 7 ]}
• A finales de la década de 1930, Shell Oil desarrolló el descarbonización hidráulica mediante agua a alta presión en su refinería de Wood River, Illinois . Esto permitió, gracias a la disponibilidad de dos tambores de coque, que la descarbonización retardada se convirtiera en un proceso semicontinuo. ^{[ 7 ]}
• A partir de 1955, aumentó el uso del proceso de coquización retardada.
• En 2002, existían 130 refinerías de petróleo en todo el mundo que producían 172 000 toneladas diarias de coque de petróleo. ^{[ 9 ]} En esos datos mundiales, se incluían aproximadamente 59 unidades de coquización que operaban en Estados Unidos y producían 114 000 toneladas diarias de coque. ^{[ 9 ]}

El coque producido en un coquizador retardado tiene muchos usos y aplicaciones comerciales. ^{[ 7 ] [ 10 ] [ 11 ]} El uso más importante es como combustible.

Los usos de la Coca-Cola verde son:

• Como combustible para calentadores de espacio , grandes generadores de vapor industriales , combustión en lecho fluidizado , unidades de ciclo combinado de gasificación integrada (IGCC) y hornos de cemento.
• En fundiciones de carburo de silicio
• Para la producción de coque de alto horno

Los usos del coque calcinado son:

• Como ánodos en la producción de aluminio
• En la producción de dióxido de titanio
• Como agente reductor de carbono en la fabricación de hierro fundido y acero.
• Fabricación de electrodos de grafito y otros productos de grafito, como escobillas de grafito utilizadas en equipos eléctricos.
• En materiales estructurales de carbono

Existen otros procesos de refinación de petróleo para la producción de coque de petróleo, a saber, los procesos de coquización fluida y flexicoking, ^{[ 12 ] [ 13 ]} ambos desarrollados y licenciados 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 operando en todo el mundo, ^{[ 14 ]} de las cuales 6 estaban en los Estados Unidos.

Existen otros procesos de coquización similares, pero no producen coque de petróleo, como el Lurgi-VZK Flash Coker, que produce coque mediante la pirólisis de biomasa. ^{[ 15 ]}

• Glosario de coquizadores y temas relacionados. Archivado el 23/09/2019 en Wayback Machine.