INTRODUCCIÓN
Una importante planta de etileno en América Latina enfrentó, tras su puesta en marcha, un grave problema de fouling en la Quench Oil Tower. Los ingenieros de la planta, después de consultar con el licenciante, solicitaron a DORF KETAL iniciar un tratamiento antifoulant. El objetivo era asegurar la operación de una columna con fouling durante el resto de la campaña —equivalente a 2 años más— sin necesidad de paradas de mantenimiento.
Tras alcanzar el primer objetivo, DORF KETAL fue asignada por el cliente para mejorar la duración operativa de la Quench Oil Tower (QOT) en más del 100%, garantizando el control de la polimerización en la sección de rectificación sin ninguna limitación de capacidad.
COMPRENDIENDO LOS MECANISMOS DETRÁS DEL DESAFÍO
Según la literatura, la gasolina de pirólisis contiene una cantidad significativa de componentes como estireno, indeno y divinilbenceno, que son propensos a reaccionar formando polímeros. Estos compuestos, si se exponen a altas temperaturas o a iones metálicos, pueden polimerizarse y crecer rápidamente, acumulándose en las bandejas e internos. Esta formación de fouling puede aumentar el Delta P a través de la columna, afectando el fraccionamiento de la gasolina, el perfil de temperatura de la columna y el control de viscosidad del aceite de quench. Si no se aborda adecuadamente, la formación de fouling en la sección de rectificación puede llevar a una reducción de la capacidad de la planta y a mantenimientos anticipados o no planificados.
El principal mecanismo de polimerización observado en la sección de rectificación de la QOT es el Mecanismo de Radicales Libres. Consta de tres etapas: Iniciación, Propagación y Terminación.
La etapa de iniciación se caracteriza por la generación de moléculas de radicales libres a través de la fisión homolítica. Esta formación de radicales libres es iniciada por la presencia de altas temperaturas y puede ser catalizada por la presencia de iones metálicos. Los radicales formados, llamados iniciadores, pueden reaccionar de dos maneras diferentes, dependiendo de la existencia o no de oxígeno.
La segunda etapa de la polimerización —propagación— se caracteriza por la formación de una estructura polimérica con una baja proporción de entrecruzamiento que aísla el radical libre, permitiendo su crecimiento sin ser terminado. Este proceso puede ocurrir de dos maneras diferentes: si hay oxígeno en el sistema, los radicales reaccionarán rápidamente, formando radicales peróxidos que, a altas temperaturas, permitirán la propagación de los radicales libres y la formación de cadenas más largas. En ausencia de oxígeno en el sistema, el iniciador reaccionará con un monómero, creando un radical más largo.
Este proceso continuará ocurriendo a una tasa constante de Kp.
La etapa final del proceso de polimerización es la terminación, en la cual ocurre la destrucción del centro reactivo. Dos agentes distintos pueden causar esta destrucción: puede ser causada por un inhibidor — que reacciona con el iniciador o el peróxido, transformándolos en especies no radicales — o por la propia cadena de propagación polimérica.
El indeno es uno de los productos altamente reactivos presentes en la sección de rectificación de la Torre de Aceite de Quench. Puede formar, a través de la polimerización por radicales libres, polímeros policíclicos, un tipo prevalente de fouling en esta sección.
Debido a la presencia de muchos dienos, se puede observar un mecanismo secundario de polimerización en la sección de rectificación de una Quench Oil Tower. Se llama Condensación de Diels-Alder y comprende la adición 1,4 de un alqueno a un dieno conjugado, formando un compuesto cíclico. En esta sección, este mecanismo puede ser responsable de la generación de 2-vinilnaftaleno, que luego puede polimerizarse a través de un mecanismo de polimerización por radicales libres.
CONTEXTUALIZANDO EL SISTEMA
Este cracker de líquidos posee una Quench Oil Tower con veinticuatro (24) bandejas, en las cuales las bandejas #1 a #10 corresponden a la sección de rectificación. La mayor concentración de polímeros se encontraba generalmente en las bandejas #7 y #8, la misma región donde se realiza la retirada de LFO (aceite combustible ligero).
En los dos primeros años, no hubo tratamiento antifoulant en esta columna, pero la tendencia a fouling ya era muy alta, como se puede ver en la Figura 1. Además de la tendencia natural a la polimerización, una vez que la calidad de la gasolina comienza a verse afectada por un fraccionamiento deficiente, la concentración de monómeros tiende a aumentar debido al reflujo de la gasolina, así como por la reducción de la retirada de LFO, generalmente realizada para ayudar en el control de la viscosidad del fondo.
El perfil de temperatura se ve fuertemente afectado por la formación de fouling, aumentando la necesidad de aceite de quench/intermedio y reflujo de gasolina, dificultando la especificación de la columna dentro de las condiciones de diseño.
TRATAMIENTO PROPUESTO
Como se ha demostrado anteriormente, resolver el problema de fouling es una tarea altamente exigente, que requiere no solo un excelente agente químico, sino también el monitoreo y ajuste de variables críticas. Para el tratamiento químico, DORF KETAL seleccionó su antifoulant ACtifix DA 2326, una mezcla de inhibidores de radicales libres y antioxidantes. El punto de inyección del producto fue el reflujo de gasolina de pirólisis, lo que garantiza que el producto químico alcance la zona más crítica en la sección de rectificación. El ACtifix DA 2326 se aplica mundialmente para controlar la polimerización en las Quench Oil Towers, siendo reconocido como un producto químico excepcional, incluso para unidades que ya presentan síntomas de formación de fouling.
unto con la aplicación del ACtifix DA 2326, DORF KETAL también presentó una estrategia de monitoreo muy robusta de las variables críticas del sistema. Entre ellas, se destaca el Factor de Incrustación de la Torre, que correlaciona el perfil de presión de la torre con los pasajes de líquido y gas a través de las bandejas. Si este indicador presenta una tendencia ascendente, indica el crecimiento de fouling en el sistema. Las otras dos variables monitoreadas fueron la razón de reflujo en la sección de rectificación —en la cual la cantidad de diseño es el objetivo— y el porcentaje de retirada de LFO en comparación con la alimentación, para que la cantidad de monómero permanezca controlada. El naftaleno, un compuesto natural existente monitoreado en la retirada de LFO, cuando se acumula en las bandejas, genera espuma, aumentando la ocurrencia del fenómeno de carry-over. Además de estas variables, DORF KETAL también monitoreó el perfil de temperatura de la torre —para controlar la eliminación de compuestos más ligeros— y los reflujos internos, que especifican la viscosidad del aceite de quench.
Para complementar las variables de proceso monitoreadas, DORF KETAL, con su infraestructura de laboratorio, también caracterizó algunas propiedades tanto de la gasolina de pirólisis como del aceite combustible ligero. En la primera, se analizó la concentración de naftaleno, junto con su punto de ebullición. Es importante destacar que, si el tratamiento fuera exitoso, esto se evidenciaría por la mejora en el punto de ebullición de la gasolina de pirólisis, lo que indica la mejora en el fraccionamiento. En cuanto al aceite combustible ligero, se monitorearon la concentración de naftaleno y polímeros.
RESULTADOS Y BENEFICIOS DEL TRATAMIENTO
Como resultado del tratamiento de polimerización de DORF KETAL, la planta logró operar hasta el primer mantenimiento planificado con éxito. Más aún, cuando se abrió el equipo, mostró casi ningún signo de incrustación, lo que corrobora la calidad del producto y del servicio. Al alcanzar el objetivo del tratamiento, la planta pudo operar sin limitación de capacidad, garantizando los ingresos de la empresa durante los dos años adicionales.
Después de esta primera campaña con el tratamiento de DORF KETAL, la planta estaba segura de que se podría lograr un tiempo de operación aún mejor, asignando el programa antifoulant ACtifix DA 2326 para los próximos nuevos desafíos.
Desde entonces, DORF KETAL ha estado realizando el tratamiento químico de la Torre de Aceite de Quench, ayudando a la planta a alcanzar sus récords de tiempo de operación, de 6 y 6,5 años en la segunda y tercera campañas, respectivamente, sin ninguna limitación de capacidad.
Las Figuras 2 y 3 presentan la inspección realizada en la sección de rectificación durante las paradas programadas, mostrando el resultado excepcional del tratamiento con el ACtifix DA 2326.
La condición de las bandejas estaba tan limpia que el mantenimiento se realizó sin la remoción de todas las placas, ahorrando una cantidad significativa de tiempo y dinero en un equipo considerado crítico para el cronograma de la parada.
