Para obtener productos de características precisas y utilizar de la
manera más rentable posible las diversas fracciones presentes en el petróleo,
es necesario efectuar una serie de operaciones de tratamiento y transformación
que, en conjunto, constituyen el proceso de refino o refinación de petróleos
crudos.
El petróleo llega a las refinerías en su estado natural para el
procesamiento. Una refinería es un enorme complejo donde ese petróleo crudo se
somete en primer lugar a un proceso de destilación o separación física y luego
a procesos químicos que permiten extraerle buena parte de la variedad de
componentes que contiene. El petróleo tiene una gran variedad de compuestos, al
punto de que de él se pueden obtener por encima de 2000 productos. En las
destilerías se destila fraccionadamente al petróleo. Como está compuesto por
más de 1000 hidrocarburos, no se intenta la separación individual de cada uno
de ellos. Es suficiente obtener fracciones, de composición y propiedades
aproximadamente constantes, destilando entre dos temperaturas prefijadas. La
operación requiere de varias etapas; la primera de ellas es la destilación primaria,
o topping.
Proceso De Topping o Destilación
Primaria:El crudo se calienta a 350°C y se envía a una torre de
fraccionamiento, metálica y de 50 metros de altura, en cuyo interior hay
numerosos "platos de burbujeo". Un plato de burbujeo es una chapa
perforada, montada horizontalmente, habiendo en cada orificio un pequeño tubo
con capuchón. De tal modo, los gases calientes que ascienden por dentro de la
torre atraviesan el líquido más frío retenido por los platos. Tan pronto dicho
líquido desborda un plato, cae al inmediato interior.
La temperatura dentro de la torre de fraccionamiento queda
progresivamente graduada desde 350°C en su base, hasta menos de 100°C en su
cabeza. Como funciona continuamente, se prosigue la entrada de crudo caliente
mientras que, de platos ubicados a convenientes alturas, se extraer diversas
fracciones. Estas fracciones reciben nombres genéricos y responden a
características bien definidas, pero su proporción relativa depende de la
calidad del crudo destilado, de las dimensiones de la torre de fraccionamiento
y de otros detalles técnicos.De la cabeza de las torres emergen gases. Este "gas de
destilería" recibe el mismo tratamiento que el de yacimiento y el gas seco
se une al gas natural mientras que el licuado se expende en garrafas. Las tres
fracciones líquidas más importantes son (de menor a mayor temperatura de
destilación):
- Naftas: Estas fracciones son muy livianas (0,75 g/ml) y de baja temperatura de destilación: menor a 175°C. Están compuestas por hidrocarburos de 5 a 12 átomos de carbono.
- Kerosenes: Los kerosenes se destilan entre 175°C y 275°C, siendo de densidad mediana (0,8 g/ml). Sus componentes son hidrocarburos de 12 a 18 átomos de carbono.
- Gas oil: El gas oil es un líquido denso (0,9 g/ml) y aceitoso, que destila entre 275°C y 325°C. Sus hidrocarburos poseen más de 18 átomos de carbono.
Queda un residuo que no destila: el fuel oil, que se extrae de la base
de la torre. Es un líquido negro y viscoso de excelente poder calorífico: 10000
cal/g. Una alternativa es utilizarlo como combustible en usinas
termoeléctricas, barcos, fábricas de cemento y de vidrio, etc. La otra, es
someterlo a una segunda destilación fraccionada: la destilación conservativa, o
destilación al vacío, que se practica a presión muy reducida, del orden de
pocos milímetros de mercurio. Con torres de fraccionamiento similares a las
descriptas se separan nuevas fracciones que, en este caso, resultan ser aceites
lubricantes, livianos, medios y pesados, según su densidad y temperaturas de
destilación. El residuo final es el asfalto, imposible de fraccionar.
Destilación Secundaria o
Cracking:Se entiende por cracking (romper en inglés) a los procedimientos
de calor y presión que transforman a los hidrocarburos de alto peso molecular y
punto de ebullición elevado, en hidrocarburos de menor peso molecular y punto
de ebullición.
Hidrocarburos de muchos átomos de carbono no constituyentes de naftas,
rompen su cadena y forman hidrocarburos de pocos átomos de carbono
constituyentes de las naftas. Con el desarrollo de los motores a explosión, se
hizo necesario aumentar la producción de las diferentes variedades de nafta. El
cracking halló respuesta a esa demanda. Hay muchos procedimientos de craqueo.
Craqueo térmico en dos etapas:Se
inicia la operación de carga con un petróleo reducido al 50%. La carga llega a
un horno tubular donde la temperatura alcanza a 480°C y de allí pasa a la
cámara de reacción, en la que se trabaja a 20 atmósferas y donde el craqueo se
produce en función del tiempo.
La cámara se descarga y los hidrocarburos líquidos y vaporizados son
llevados a una torre evaporadora en la que se separan en tres componentes: gas,
nafta de cracking y diesel-oil, que son fraccionados en una torre
fraccionadora.
El fuel-oil se extrae por la parte inferior de la torre evaporadora.
Del fondo del rectificador se extrae gas-oil que se envía a un horno tubular de
craqueo donde la temperatura es elevada a 525°C y de allí se junta con la del
horno tubular pasando a la torre de craqueo siguiendo el ciclo.
El proceso de craqueo térmico, o pirólisis a presión, se desarrolló en
un esfuerzo por aumentar el rendimiento de la destilación. No obstante, la
eficiencia del proceso era limitada porque, debido a las elevadas temperaturas
y presiones, se depositaba una gran cantidad de coque (combustible sólido y
poroso) en los reactores. Esto, a su vez, exigía emplear temperaturas y
presiones aún más altas para craquear el crudo.
Más tarde se inventó un proceso en el que se recirculaban los fluidos;
el proceso funcionaba durante un tiempo mucho mayor con una acumulación de
coque bastante menor. Muchos refinadores adoptaron este proceso de pirólisis a
presión.
Craqueo catalítico con
catalizador fluido:Este craqueo produce naftas de mejor calidad usando
menores presiones. El empleado es una arcilla sólida y pulverizada que en forma
de polvo fino se envía por una corriente de aire, comportándose como un fluido.
El proceso es el siguiente: la carga es un gas-oil que se vaporiza pasando
por un horno vaporizador. La brea se separa en una torre y los vapores pasan a
un horno recalentador donde se calientan a 500-510°C.
Los vapores se mezclan con el catalizador que viene de y la mezcla
llega a la cámara de reacción a reactor, donde se produce el cracking a presión
normal y a 480°C.
Los vapores ya transformados y la arcilla llegan a un separador donde
las arcillas caen por gravitación y pasan a un horno regenerador que las depura
quitándoles el carbón adherido para ser utilizadas nuevamente. Los vapores
siguen a una torre fraccionadora de cuya cabeza se extrae nafta de gran poder
octánico (70,80), de la parte media gas-oil que se lleva al cracking térmico y
por la inferior un producto que vuelve al sistema por un reciclo.
El cracking aumenta el porcentaje de petróleo que se convierte en
gasolina, como indica el siguiente cuadro:
Dentro de las otras operaciones que se llevan a cabo en refinerías, se
encuentran la recuperación de ligeros, "stripping" de agua ácida,
tratamiento de deshechos sólidos y de agua, tratamiento y enfriamiento de agua
de proceso, almacenamiento, manejo y transportación de productos, producción de
hidrógeno, tratamiento de ácidos y “colas”, y recuperación de azufre.
Las operaciones e instalaciones auxiliares incluyen la generación de
energía y vapor, sistemas de agua contra incendio y de proceso, sistemas de
relevo, hornos y calentadores, bombas y válvulas, suministro de vapor, aire,
nitrógeno y otros gases, alarmas y sensores, controles de ruido y
contaminación, muestreo, pruebas, inspección, laboratorio, cuarto de control,
mantenimiento, e instalaciones administrativas.
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