Procesos Principales en la Refinación de Hidrocarburos (Parte I)

Debido a que el petróleo crudo no es directamente utilizable como se extrae de la naturaleza (salvo excepciones como combustible), éste se separa en mezclas más simples de hidrocarburos que tienen usos específicos. Para obtener todos estos diversos subproductos es necesario refinarlo, de donde resultan, por centenares, los productos acabados y las materias químicas más diversas.

El término refino, proviene del siglo XIX, cuando se refinaba el petróleo para lámparas. La idea original (1853) de refinar el petróleo para convertirlo en iluminante con fines comerciales fue el motivo que indujo a la creación formal de la primera empresa petrolera. Fue un paso fue muy positivo y trascendente, pues de los primitivos análisis iniciales de refinación, se pudo comprobar que aquella fuente para la manufactura de iluminantes respondía a las expectativas de los interesados.

El petróleo crudo es una mezcla de diversas sustancias, las cuales tienen diferentes puntos de ebullición. La destilación por rangos de alta temperatura rindió productos que se distinguían por sus características de color, fluidez, combustión y determinados porcentajes de rendimientos subsecuentes de la muestra original. Las últimas partes remanentes mostraron cualidades que eran aptas como lubricantes y grasas, y los residuos finales también prometieron oportunidad de tratamiento si se hubiese dispuesto del equipo apropiado, de una fuente de energía que generase muy elevadas temperaturas y de la tecnología requerida.
Hoy consiste en la separación del petróleo en fracciones y el subsiguiente tratamiento de estas fracciones. Es decir, aplica una compleja serie de procedimiento al crudo original para eventualmente convertirlo en productos de mayor valor agregado.

Cada proceso de refinación tiene sus características y equipos para producir determinado número de productos. La refinería puede contar con un seleccionado número de procesos para satisfacer la variedad de productos requeridos por la clientela. De cada planta salen productos terminados o semielaborados que para impartirles sus características y calidad finales son procesados en otras plantas.
  • Destilación
En la industria de transformación del petróleo, la destilación es un proceso fundamental, pues permite hacer una separación física de los hidrocarburos aprovechando sus diferentes puntos de ebullición.
  • Destilación atmosférica
Este es el primer proceso que se le practica al petróleo crudo en las refinerías. El petróleo que se recibe por ductos desde las instalaciones de producción, se almacena en tanques cilíndricos de gran tamaño, de donde se bombea a las instalaciones de destilación. El petróleo se calienta en equipos especiales y pasa a una columna de destilación que opera a presión atmosférica en la que, básicamente el proceso consiste en vaporizar los hidrocarburos del crudo y luego condensarlos en cortes definidos. Para lo cual se adecuan las condiciones termodinámicas modificando fundamentalmente la temperatura, a lo largo de la columna fraccionadora. Se logra entonces una separación en diversas fracciones que incluyen gas de refinería, gas licuado de petróleo (LPG), nafta, queroseno (kerosene), gasóleo, y un residuo que corresponde a los compuestos más pesados que no llegaron a evaporarse.

El petróleo que es bombeado desde las instalaciones de producción, se somete a tratamiento previo, para minimizar el daño de las impurezas que contiene. Primero parte del agua que contiene se decanta por gravedad en los mismos tanques de almacenaje o en los tanques de recepción. Luego se realizan procedimiento de desalinización, con el propósito de eliminar las sales e impurezas que tienen los petróleos crudos. Los sólidos en suspensión y las sales disueltas en muy pequeñas gotas de agua, dispersas en el seno del petróleo son extraídos en los desaladores ya que no resulta económico decantarlas y eliminarlas por gravedad en los tanques de almacenamiento.


Esquema de desalador. Tomado de http://gustato.com/petroleo/destilacion.html


La tercera etapa del acondicionamiento del crudo es la inyección de hidróxido de sodio, operación que a diferencia de las dos anteriores no elimina los contaminantes, sino que se minimiza el efecto por transformación de sales menos perniciosas.

Una vez eliminadas la impurezas del crudo, es precalentado y enviado a la torre preflash, donde las condiciones termodinámica son tales que el crudo vaporiza parcialmente. La fracción vaporizada se envía directamente a la columna fraccionadora o unidad de topping, lo que permite disminuir la carga a los hornos, disminuyendo el consumo de combustible (condiciones típicas 200 °C y 1,5 kg/cm2).

El remanente precalentado es enviado desde allí a la columna de destilación vertical, justo por encima del fondo, a presiones ligeramente superiores a la atmosférica y a temperaturas comprendidas entre 343°C y 371°C, para evitar el craqueo térmico que se produciría a temperaturas superiores. Las fracciones denominadas ligeras, es decir las de bajo punto de ebullición, se movilizan a la parte superior de la torre en forma de vapor, de donde son extraídas continuamente y enviadas a otras unidades para su ulterior proceso, tratamiento, mezcla y distribución.

Esquema de la unidad de destilación atmosfércia. Tomado de http://gustato.com/petroleo/destilacion.html

Las dos fases en una destilación son: la vaporización o transformación del líquido en vapor y la condensación o transformación del vapor en líquido, sin afectar su estructura molecular.



Perfil de temperatura dentro de la unidad de destilación a vacío. Tomado de http://gustato.com/petroleo/destilacion.html
La vaporización o fase vapor se produce en el horno y zona de carga de la columna fraccionadora. En el horno se transfiere la energía térmica necesaria para producir el cambio de fase y en la Zona de Carga se disminuye la presión del sistema, produciéndose el flash de la carga, obteniéndose la vaporización definitiva.

La fase liquida se logra con reflujos o reciclo de hidrocarburos retornados a la torre. Estos reflujos son corrientes liquidas de hidrocarburos que se enfrían por intercambio con crudo o fluidos refrigerantes. La función u objetivo principal de estos es eliminar o disipar en forma controlada la energía cedida a los hidrocarburos en el horno, de esta manera se enfría y condensa la carga vaporizada, en cortes o fracciones de hidrocarburos específicas, obteniéndose los combustibles correspondientes.

La columna posee bandejas o platos donde se produce el equilibrio entre los vapores que ascienden y los líquidos descendentes. En puntos o alturas exactamente calculadas existen platos colectores desde lo que se extraen los combustibles destilados.

Las fracciones con los puntos de ebullición más bajos (el gas combustible y la nafta ligera) se extraen en forma de vapores de la parte superior o cabeza de la torre por una tubería. La nafta, o gasolina de destilación directa, se toma de la sección superior de la torre como corriente de productos de evaporación. El gas es comprimido y enviado a unidades de concentración de gases. La Nafta es fraccionada nuevamente para obtener dos cortes. La nafta liviana que se envía a isomerización o a tanque como carga petroquímica y nafta pesada que es enviada a las unidades de hidrotratamiento donde se eliminan los contaminantes .

Las fracciones del rango de ebullición intermedio (gasóleo, nafta pesada y destilados) se extraen de la sección intermedia de la torre como corrientes laterales y se envían a las operaciones de acabado para su empleo como queroseno, gasóleo diesel, fuel, combustible para aviones de reacción, material de craqueo catalítico y productos para mezclas. Algunas de estas fracciones líquidas se separan de sus residuos ligeros, que se devuelven a la torre como corrientes de reflujo descendentes. El primer corte lateral es el kerosene, el cual se envía a tanque. Previamente intercambia calor con crudo y es enfriado a temperatura de almacenaje mediante enfriadores con agua o aire. El segundo corte lateral es el gas oíl liviano, el cual es tratado en forma semejante al kerosene. El tercer y último corte lateral es el gas oíl pesado de Topping, el cual es enviado como carga a las unidades de lsomax o craqueo catalítico fluido.
El producto de fondo son las fracciones pesadas, de alto punto de ebullición (denominadas residuos o crudos reducidos), que se condensan o permanecen en el fondo de la torre sin vaporizar. Se utilizan como fuel, para fabricar betún o como carga de craqueo, o bien se conducen a un calentador y a la torre de destilación al vacío para su ulterior fraccionamiento.
Referencias:

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