A model for the prediction of olefin production thermal cracking of light hydrocarbons

Abstract

Abstract. Thermal cracking of light hydrocarbons is the main route for the production of ethylene and propylene. Associated with cracking there is undesirable coke deposition on the walls of the reactor up to a point in which pressure drop and reduction on heat transfer efficiency are so high that furnace maintenance stops are mandatory. Predictions of diameter reduction because of coke deposition for two different raw materials (ethane and 50% ethane/propane mixture) were conducted with a pyrolysis reactor model developed to this aim. The cracking reactor was modeled as a tubular, one-dimensional reactor. After a careful evaluation of the kinetic mechanisms available in the literature for hydrocarbon pyrolysis, the mechanism that yielded results that were closer to those expected for ethane conversion in an industrial furnace was selected. A mechanism for coke formation, that has as input the species concentrations predicted by the gas phase mechanism, was proposed. The solid phase mechanism considers the most important precursors (benzene and acetylene) for the formation of carbonaceous materials (such as soot and coke) that the state of the art reports and was calibrated based on industrial data and with the predicted concentration profile of benzene. According to the model for the cracking reactor evaluated in this research, the reduction in the diameter is 30% higher when the raw material of the reactor changes from ethane to a mixture of 50%ethane/50%propane

Resumen: El craqueo térmico de hidrocarburos livianos es la principal ruta para la producción de etileno y propileno. Asociado con las reacciones de pirolisis, hay una deposición de coque en las paredes del serpentín indeseada, la cual incrementa con el tiempo hasta llegar a un punto en que la caída de presión a lo largo del serpentín y la reducción en la eficiencia de la transferencia de calor son tan altas que se hace necesario hacer una parada de mantenimiento en el proceso. Se predijo la reducción en el diámetro del reactor para dos materias primas (etano y una mezcla 50% etano/propano) mediante un modelo que se desarrolló con ese fin. El reactor se simuló como un tubular y en una dimensión. Luego de una revisión cuidadosa de los mecanismos disponibles en la literatura para la pirólisis de hidrocarburos, se seleccionó aquel que entregó predicciones más cercanas a las de un horno industrial. Se propuso un mecanismo para la formación de coque que toma como datos de entrada la concentración en de precursores de acuerdo con el mecanismo de fase gaseosa. El mecanismo para la fase sólida considera los principales precursores (benceno y acetileno) para la formación de materiales carbonosos (como hollín y coque) que el estado del arte reporta y se calibró con IIbase en datos industriales y con el perfil de concentración de benceno. Según el modelo, para el reactor de craqueo térmico que se estudia en esta investigación, la reducción de diámetro es 30% más alta cuando la materia prima del reactor cambia de etano a una mezcla 50% etano/propano.