Las plantas de etileno están al principio de la cadena de valor petroquímica. Producen el material de base para un gran número de importantes productos derivados. El craqueo térmico al vapor convierte hidrocarburos líquidos y gaseosos como la nafta, el etano y otras mezclas a base de aceite mineral en etileno (C2H4), propileno (C3H6) y diversas olefinas y aromáticos.
El proceso de producción se desarrolla en tres etapas:
- Craqueo y enfriamiento térmico, es decir, craqueo y enfriamiento rápido de los hidrocarburos
- Compresión multietapa, lavado de gases y secado
- Separación y almacenamiento
Para conseguir un alto rendimiento constante con una calidad constante, los operarios deben mantener con precisión varios parámetros críticos del proceso -presión, temperatura, caudal, nivel- en las respectivas secciones de sus plantas.
Para estas tareas, WIKA ofrece una amplia gama de productos para las variables de medición mencionadas. Los instrumentos y sistemas individuales se adaptan a los requisitos específicos del cliente. También se dispone del equipo de calibración necesario para las aplicaciones. Los operarios de la planta también pueden hacer uso del servicio de calibración independiente del fabricante. Los instrumentos pueden probarse en los laboratorios de calibración acreditados de WIKA o directamente en las instalaciones del cliente.
Otras prestaciones
WIKA también presta otros servicios a sus clientes. Los técnicos de servicio de todo el mundo se encargarán de que los instrumentos de medición, en caso de averías y reparaciones, vuelvan a ser totalmente funcionales en un breve espacio de tiempo. Instalamos sus unidades de medición y prestamos asistencia para la puesta en servicio de la instrumentación.
Horno de craqueo
En el horno de craqueo o pirólisis del craqueador a vapor, los hidrocarburos de cadena larga se craquean térmicamente. En la mayoría de las plantas, esto se hace mediante la adición de vapor caliente.
En el interior del cracker, numerosas bobinas discurren paralelas entre sí. Tras una fase de precalentamiento, el CxHx-H2O se envía, en menos de un segundo, desde la entrada del horno a través de los serpentines, que se encienden desde el exterior con quemadores. La distribución homogénea del flujo de medios es crucial para una calidad constante del producto. Este proceso se apoya en boquillas Venturi especialmente fabricadas con una superficie de alta calidad y un perfil redondeado diseñado con precisión para evitar la coquización desigual.
Otra variable crítica es la temperatura del hidrocarburo craqueado a la salida del horno, la Coil Outlet Temperature (COT). Oscila entre 750 y 900 °C, dependiendo de la materia prima. Los instrumentos de medición de la temperatura que allí se utilizan deben soportar un flujo de medios muy abrasivo. Por ello, los puntos de medición invasivos requieren termopozos/tubos de protección Stellit ®, ya sean de material en barra o en versión revestida. Como alternativa, se pueden considerar sensores de temperatura de superficie con tiempos de respuesta rápidos.
Además del método de craqueo a vapor, la industria también utiliza el método por catalizador. Esto permite un mayor rendimiento de propileno, por ejemplo. El control de la temperatura en el craqueo catalítico se basa principalmente en termómetros multipunto.
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Enfriamiento por gas de craqueo, enfriamiento en aceite y agua
El gas al final del proceso de craqueo es químicamente inestable y altamente reactivo. Por ello, debe enfriarse varios cientos de grados inmediatamente después de salir del horno de craqueo. Esto se hace en el enfriador de gas de craqueo/intercambiador de línea de transferencia. La energía térmica liberada se utiliza en el proceso de intercambio de calor para producir vapor a alta presión para la planta.
El enfriamiento continúa en las siguientes fases del proceso: enfriamiento con aceite y enfriamiento con agua. En estos dos procesos, los aceites pirolíticos, el benceno pirolítico y las partículas sólidas se eliminan simultáneamente del flujo de medios.
El enfriamiento del aceite como fraccionador primario es de importancia primordial. La presión diferencial entre los distintos niveles de la columna es el indicador clave para su funcionamiento óptimo. Un valor creciente implica la posible presencia de depósitos que pueden reducir el rendimiento. Los transmisores de presión diferencial equilibrados con precisión, en combinación con dos separadores de membrana enrasadas, cuyas membranas están fabricadas con material específico para el medio, garantizan una supervisión precisa de este parámetro.
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Compresores y depuración de gases ácidos
Los compresores comprimen la mezcla de gas preparada en cuatro a seis etapas sucesivas. La depuración de gases ácidos es un paso intermedio para eliminar el sulfuro de hidrógeno (H2S) y dióxido de carbono.
En el curso de la compresión, el fluido pasa por la etapa de interenfriamiento y el condensado resultante se separa en separadores. Su nivel debe controlarse continuamente para evitar cualquier posible desbordamiento. De este modo, los compresores y las zonas posteriores de la planta quedan protegidos de un contenido excesivo de humedad.
Para esta tarea se recomiendan los instrumentos modulares de medición de nivel tipo Bypass, ya que transmiten el nivel con precisión y, mediante una función de conmutación opcional, activan una advertencia a tiempo. En puntos especialmente críticos, las versiones con doble cámara permiten una medición redundante. Además del indicador de nivel tipo Bypass, pueden integrarse otros sistemas de medición, por ejemplo, sensores magnetostrictivos con cadena Reed, radar y horquilla vibratoria.
Para que los compresores funcionen sin problemas, debe controlarse la temperatura de sus cojinetes, sometidos a grandes esfuerzos. Los sensores de temperatura altamente resistentes a las vibraciones garantizan la precisión necesaria.
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Columnas de fraccionamiento y separadores
Tras la compresión y posterior enfriamiento en una planta de refrigeración, la mezcla de gases procesada se separa en los productos finales. Este proceso tiene lugar en varias columnas de destilación, conectadas en serie (desmetanizador, desetanizador, despropanizador, desbutanizador), y separadores, principalmente para los compuestos C2, C3 y C4.
Debido a las diferentes temperaturas en las columnas de destilación, los componentes con un punto de ebullición más bajo ascienden a la parte superior y son desespumados allí, mientras que las sustancias con un punto de ebullición más alto descienden hasta el fondo y de allí pasan a la siguiente columna. Gradualmente, se obtienen de este modo los siguientes medios: etileno, propileno, buteno y otras fracciones de hidrocarburos. El etileno es la fracción más importante en términos de volumen.
Para una separación constante y limpia de los medios difíciles, la presión y la temperatura del proceso deben estar en perfecto equilibrio en todo momento. Esto requiere tanto su alta disponibilidad como la correspondiente exactitud de los instrumentos de medición instalados.
La calidad de la medición no es el único factor crítico en la instrumentación para controlar la presión y la temperatura, sino que también se aplica al nivel y al caudal: los instrumentos deben ser resistentes a las condiciones del proceso para cumplir su función según lo requerido y, al mismo tiempo, no poner en peligro la calidad del producto. Por ello, todos los instrumentos de medición se fabrican con materiales específicos para cada aplicación, y los cordones de soldadura también se someten a ensayos no destructivos.
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Acetileno e hidrogenación MA/PD
El acetileno y el metilacetileno/propadieno (MA/PD) producidos durante el proceso de destilación/craqueo se convierten en etileno y propileno, respectivamente, mediante hidrogenación con hidrógeno. (C2H2 + H2 => C2H4; C3H4 + H2 => C3H6). De este modo, aumenta el rendimiento total de estos dos productos finales de alta calidad.
El proceso de hidrogenación selectiva tiene lugar en reactores de lecho fijo llenos de los catalizadores pertinentes. El control del proceso depende fundamentalmente de que el flujo de acetileno y MA/PD esté sometido a una temperatura homogénea. Los múltiples puntos de medición de la temperatura distribuidos de forma óptima en el lecho catalizador permiten la detección inmediata de puntos calientes y fríos. La función de control crea así el requisito previo para que la reacción se desarrolle de manera uniforme. Al mismo tiempo, permite extraer conclusiones sobre el envejecimiento del catalizador.
Para la medición pueden utilizarse dos versiones de termómetros multipunto. La versión sin termopozo/tubo de protección permite fijar los puntos de medición directamente en el lecho del catalizador. Esta solución ofrece el tiempo de respuesta más rápido. Una alternativa a esto son los termómetros multipunto con un termopozo/tubo de protección. En este caso, los sensores de los puntos de medición se colocan individualmente en el termopozo/tubo de protección mediante una varilla guía y se presionan contra su pared para lograr un tiempo de respuesta comparativamente corto. La ventaja: en caso necesario, los sensores de temperatura pueden extraerse individualmente del termopozo/tubo de protección durante el funcionamiento -es decir, permaneciendo cerrado el proceso- y puede comprobarse su rendimiento de medición.
Además de la temperatura, también debe controlarse la presión en el reactor. Con la medición, es importante evitar que el aumento de la temperatura del hidrógeno provoque desviaciones. En este caso, los separadores de membrana con membranas recubiertas de oro garantizan una transmisión de presión fiable y permanente al instrumento de medición correspondiente.
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Tanques de almacenamiento y sistemas de antorcha
Todos los productos se almacenan temporalmente en estado gaseoso o líquido en grandes depósitos hasta su posterior utilización. El etileno, por ejemplo, debe enfriarse a -103 C para poder almacenar una gran cantidad en un espacio relativamente pequeño. El proceso de llenado requiere controlar las condiciones de temperatura en el depósito. Para ello, se introducen termómetros multipunto en el tanque desde arriba.
Dada la gran diferencia entre la temperatura del medio y la temperatura ambiente, se han instalado sensores adicionales en la carcasa de acero del depósito. Durante el llenado inicial, sirven para advertir, a tiempo, de que el revestimiento del depósito se está enfriando demasiado rápido, evitando así posibles grietas.
Los sensores de temperatura situados en la base de hormigón del depósito y en los fardos situados bajo las tuberías externas cumplen una función similar: si detectan un enfriamiento repentino en el punto de medición, es señal de que hay una fuga en el recipiente del depósito.
Todas las plantas de etileno tienen al menos un sistema de antorcha. Está en funcionamiento las 24 horas del día para quemar, si es necesario, cualquier gas no deseado o sobrante de todas las partes de la producción de forma controlada.
Por tanto, el sistema de antorchas también es una parte fundamental de la seguridad de la planta. Su instrumentación de medición incluye termopares. Controlan los quemadores piloto y también proporcionan información en cuanto una cantidad suficiente de gas produce una llama.
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