La eficiencia y la seguridad son primordiales en el funcionamiento de los hornos de craqueo de etileno. Estos procesos críticos producen etileno a través del craqueo térmico de materias primas de hidrocarburos, como el etano y el propano. Sin embargo, la gestión de los perfiles de flujo de calor en estos hornos es crucial para evitar problemas como la coquización, el sobrecalentamiento de los tubos y los daños en los equipos. En esta publicación de blog, exploraremos la importancia de las correlaciones de flujo de calor y cómo se pueden aplicar a varias configuraciones de hornos de etileno.
Configuraciones de hornos de etileno
Los hornos de etileno vienen en tres configuraciones principales:
- Solo en el suelo
- Solo en la pared Más
- en la pared
Estas configuraciones varían en cuanto a la ubicación del quemador y los mecanismos de liberación de calor. Para optimizar su rendimiento, los ingenieros deben comprender cómo se correlaciona el flujo de calor con las condiciones de funcionamiento y los parámetros de diseño.
Perfil de flujo de calor
El perfil de flujo de calor, que representa la distribución del calor radiante incidente en un tubo a diferentes elevaciones, desempeña un papel crucial en el funcionamiento de las unidades de craqueo de etileno. Es un factor crítico para gestionar el proceso de craqueo térmico de forma eficiente y segura.
El proceso de craqueo térmico es altamente endotérmico y requiere calor intenso. Este calor es suministrado por quemadores especializados que operan a temperaturas extremadamente altas. Sin embargo, si el calor se aplica de manera no uniforme, las reacciones secundarias pueden conducir a la deposición de polímeros carbonosos en las paredes del tubo, conocidos como coque. Esto puede provocar un sobrecalentamiento local y, si no se trata, la ruptura del tubo.
Para lograr el equilibrio óptimo entre la eficiencia de conversión, la duración del funcionamiento y la vida útil del equipo, es esencial establecer un perfil de flujo de calor adecuado. Este perfil es una función de varios parámetros, incluida la elevación a la que se produce el flujo de calor máximo (zmax) y el flujo de calor en el piso (y0).
Ecuaciones de correlación
Para predecir y controlar el flujo de calor, se han desarrollado ecuaciones y correlaciones para todas las principales configuraciones de hornos de craqueo de etileno. Profundicemos en algunos aspectos clave: Hornos de piso:
- El flujo de calor de los quemadores de piso, ya que varía con la elevación, se describe mediante una ecuación diferencial. La analogía de la teoría del chorro ayuda a establecer esta ecuación, que simplifica la correlación entre el flujo de calor y la elevación.
- Hornos de pared: Los hornos de pared se utilizan predominantemente con quemadores premezclados, lo que hace que los cálculos del flujo de calor sean relativamente sencillos. Estos cálculos se basan en el modelo de fuente puntual y la relación de aspecto inversa del horno.
- Hornos de pared Floor Plus: En este caso, el suelo sirve como elevación de referencia para la liberación de calor. La ecuación de correlación se ajusta en consecuencia.
Predicción del flujo
de calor Es crucial saber cómo predecir el flujo de calor en función de los factores operativos, del quemador y del horno. Esta capacidad predictiva permite a los ingenieros influir en los perfiles de flujo de calor en las primeras etapas del proceso de diseño y tomar decisiones informadas sobre las configuraciones de los quemadores y las condiciones de funcionamiento.
Hemos correlacionado parámetros clave como el flujo de calor en el suelo (y0) y la elevación del flujo het máximo (zmax) con factores operativos, del horno y del quemador, dando como resultado modelos semi-empíricos que predicen su influencia. Esto significa que si conoce la elevación del flujo de calor máximo (zmax) y el flujo de calor inicial (flujo de calor en el suelo, y0) puede determinar toda la curva. Estos modelos se han incorporado a nuestro programa patentado que calcula no solo el flujo de calor, sino también las emisiones como NOx y CO, entre otras salidas críticas de diseño y rendimiento.
Conclusión
En resumen, comprender y predecir las correlaciones del flujo de calor en los hornos de craqueo de etileno es esencial para optimizar su rendimiento. Se han desarrollado ecuaciones y correlaciones para diferentes configuraciones de hornos, y estos modelos predictivos ofrecen una herramienta valiosa para el diseño, la operación y la seguridad de los hornos. Al trabajar con ingenieros de diseño de quemadores y utilizar estos modelos, los productores de etileno pueden garantizar operaciones eficientes y confiables mientras mantienen los más altos estándares de seguridad.
