Refinación del petróleo

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La refinación del petróleo es un proceso que incluye el fraccionamiento y transformaciones químicas del petróleo para producir derivados comercializables.

Introducción[editar]

Esquema de destilación del petróleo.

La estructura de cada refinería debe tener en cuenta todas las diferentes características del crudo. Además, una refinería debe estar concebida para tratar una gama bastante amplia de crudos. Sin embargo existen refinerías concebidas para tratar solamente un único tipo de crudo, pero se trata de casos particulares en los que las reservas estimadas de dicho crudo son consecuentes.

Existen refinerías simples y complejas. Las simples están constituidas solamente por algunas unidades de tratamiento, mientras que las refinerías complejas cuentan con un mayor número de estas unidades.

En efecto, en función del objetivo fijado y el lugar en el que se encuentra la refinería, además de la naturaleza de los crudos tratados, la estructura de la refinería puede ser diferente. De la misma manera, en función de las necesidades locales, la refinería puede ser muy simple o muy compleja. A menudo, en Europa, en Estados Unidos y generalmente en las regiones en las que las necesidades de carburantes son elevadas, la estructura de las refinerías es compleja. En cambio, en países menos desarrollados como algunos de África dicha estructura es bastante simple.

En los países que disponen de ellas, las refinerías se instalan preferentemente en las costas, para ahorrar gastos de transporte y construcción de oleoductos. En España hay sólo una refinería de interior, la de Puertollano, que se construyó para reconvertir la anterior industria de pizarras bituminosas en refinería de petróleo después de la Guerra Civil. En Extremadura se ha originado una polémica de ámbito regional por el proyecto de construir una segunda refinería de interior en la comarca de Tierra de Barros de la provincia de Badajoz.

Estructura de una refinería[editar]

Tipos de crudo[editar]

El petróleo crudo comprado en cualquiera de los mercados mundiales debe responder más o menos a las necesidades de la refinería. Este crudo, como ha sido dicho anteriormente, es una mezcla de cientos de productos diferentes, que van desde el gas metano hasta el residuo bituminoso, con unas características físico-químicas diferentes. El petróleo tal cual no puede utilizarse prácticamente en ninguna aplicación. Las unidades de tratamiento no siempre están adaptadas para tratar todos los tipos de crudo.

Existen diferentes tipos de crudos en función de sus componentes principales y de su contenido en azufre:

  • parafinicos
  • nafténicos,
  • aromáticos,
  • de muy bajo contenido en azufre,
  • de bajo contenido en azufre,
  • de contenido medio en azufre,
  • de alto contenido en azufre,
  • de muy alto contenido en azufre.

Proceso[editar]

El petróleo, una vez en la refinería, es almacenado en depósitos de gran tamaño, separando generalmente los crudos en función de su contenido en azufre, al igual que en los procesos de tratamiento. En función de la demanda del mercado en un momento dado se trata primero el crudo de bajo contenido en azufre, antes de pasar a tratar el crudo de alto contenido en azufre para evitar la contaminación de los productos salidos de cada tipo de crudo. En el caso inverso, los productos provenientes del tratamiento del crudo de bajo contenido en azufre son dirigidos en caso necesario hacia depósitos de almacenamiento de productos de alto contenido en azufre durante algunas horas, para ser tratados de nuevo más tarde.

Destilación[editar]

La primera etapa del refino es la destilación atmosférica o topping. Se realiza en una torre como la descrita anteriormente, donde la cabeza tiene una presión ligeramente superior a la atmosférica. De ella se sacan 4 extracciones, cuyo "corte" viene determinado por un rango de temperaturas, y una salida de gases por cabeza. Por lo general, suelen ser: - 4ª Extracción: Gasóleos muy pesados - 3ª Extracción: Gasóleos comunes. - 2ª Extracción: Keroxenos. - 1ª Extracción: Naftas pesadas + Naftas ligeras. - Gases de cabeza: Butano, propano y otros gases más ligeros.

En el fondo de la torre queda un resíduo del crudo que no destila, al que comúnmente se le llama "resíduo atmosférico" o "crudo reducido". La cantidad de este residuo depende mucho del tipo de crudo con el que se alimenta a la torre, aunque suele estar alrededor de un 45%. Con este dato, podemos determinar que si el proceso de refino se quedase en este punto, el rendimiento de la refinería seria muy bajo, ya que este resíduo sólo se puede aprovechar para hacer asfaltos y algunos lubricantes (productos de bajo coste/tonelada). Por tanto, la mayor parte las refinerías procesan este residuo mediante otras etapas posteriores y tratamientos.

La destilación, comúnmente llamada columna de destilación, donde debido a la diferencias de volatilidades comprendidas entre los diversos compuestos hidrocarbonados va separándose a medida que se desplaza a través de la torre hacia la parte superior o inferior. El grado de separación de los componentes del petróleo esta estrechamente ligado al punto de ebullición de cada compuesto.

El lugar al que ingresa el petróleo en la torre o columna se denomina "Zona Flash" y es aquí el primer lugar de la columna en el que empiezan a separarse los componentes del petróleo.

Copa de burbujeo de una torre de destilación. Se ven los flujos de los gases que suben y de los líquidos que bajan.

Los compuestos más volátiles, es decir los que tienen menor punto de ebullición, ascienden por la torre a través de platos instalados en forma tangencial al flujo de vapores. En estos platos se instalan varios dispositivos llamados "copas de Burbujeo", de forma similar a una campana o taza, las cuales son instaladas sobre el plato de forma invertida. Estas copas tienen perforaciones o espacios laterales. El fin de las copas de burbujeo, o simplemente copas, es la de hacer condensar cierto porcentaje de hidrocarburos, los más pesados, y por consiguiente llenando el espacio comprendido entre las copas el plato que lo sostiene, empezando de esta manera a "inundar" el plato. La parte incondensable, el hidrocarburo volátil, escapará de esa copa por los espacios libres o perforaciones con dirección hacia el plato inmediato superior, en el que volverá a atravesarlo para entrar nuevamente en las copas instaladas en dicho plato, de manera que el proceso se repita cada vez que los vapores incondensables atraviesen un plato. Al final, en el último plato superior, se obtendrá un hidrocarburo "relativamente" más ligero que los demás que fueron retenidos en las etapas anteriores, y que regularmente han sido extraídos mediante corrientes laterales.

La temperatura dentro de la torre de fraccionamiento queda progresivamente graduada desde 350°C, según el ejemplo, en el punto de entrada de la carga, hasta menos de 100°C en su cabeza. La entrada continua de crudo caliente genera una gama de platos con distinta temperatura y desde donde se extraen diversas fracciones a distintas alturas. 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 las presiones, caudales y temperaturas de operación.

En la parte alta de la torre están los livianos (naftas) y hacia abajo van saliendo los pesados (gas oil-fuel oil). De la cabeza de las torres emergen gases que sirven de carga a las petroquímicas para obtener nuevos productos o pueden ser usados como combustible.

Las fracciones líquidas son, de el tope hacia el fondo, es decir, de menor a mayor temperatura de destilación:

  1. Gas licuado. Esta fracción tiene baja temperatura de destilación: menor de 40°C. Está compuesta por hidrocarburos de 1 a 5 átomos de carbono.
  2. Naftas. Estas fracciones son muy livianas (densidad= 0,75 g/ml) y de temperatura de destilación de 40°C a 175°C. Están compuestas por hidrocarburos de 6 a 10 átomos de carbono.
  3. Kerosenes (incluyen al JP1, el combustible para aviación)destilan entre 175°C y 230°C, siendo de densidad mediana (0,8 g/ml). Sus componentes son hidrocarburos de 11 y 12 átomos de carbono.
  4. Gas oil liviano. El gas oil es un líquido de densidad 0,85 g/ml y aceitoso, que destila entre 180ºC y 230ºC. Sus componentes son hidrocarburos de 13 y 17 átomos de carbono.
  5. Gas oil pesado. Es un líquido denso (0,9 g/ml) que destila entre 305°C y 405°C. Sus hidrocarburos poseen de 18 a 25 átomos de carbono.
  6. Crudo reducido. Es el producto de fondo de la torre, viscoso, que destila a más de 405°C y tiene más 25 átomos de carbono.

Estos productos obtenidos se tratan para conseguir productos comerciales en la forma siguiente:

  • Los gases ligeros (metano y etano) se endulzan para eliminar el ácido sulfhídrico y se aprovechan como combustible en la propia refinería.
  • El GLP se separa en propano y butano que son envasados a presión o usados como materia prima para producir etileno y propileno y combustible para automóviles.
  • Las naftas se tratan en las unidades de reformado catalítico para mejorar sus cualidades y se mezclan para obtener gasolinas comerciales. La fracción ligera de la nafta también se procesa en unidades de isomerización para mejorar su índice de octano; asimismo puede ser usada para producir etileno y propileno.
  • El keroseno es tratado para cumplir las especificaciones de combustible para aviación o para usarse en la formulación del diésel de automoción.
  • El gasóleo se lleva a las unidades de hidrodesulfuración, donde se reduce su contenido en azufre, tras lo cual se usa para formular diésel de automoción o gasóleo de calefacción.
  • El gasoil de vacío no es un producto final. Se lleva a las unidades de FCC (cracking catalítico fluidizado) donde a elevada temperatura y con presencia de un catalizador en polvo sus largas moléculas se rompen y se transforman en componentes más ligeros como GLP, naftas o gasóleos. El gasoil de vacío también puede convertirse en las unidades de hidrocraqueo, donde a unos 400-440 °C y alta presión, en presencia de catalizadores apropiados, se transforma también en GLP, naftas o gasóleos libres de azufre. Estas unidades producen un gasóleo de mejor calidad (con mejor índice de octano) que las unidades de FCC.
  • El residuo de vacío se puede utilizar como asfalto o bien someterlo a altísimas temperaturas en las unidades de coque en las que se producen componentes más ligeros y carbón de coque que puede calcinarse para formar carbón verde. Este residuo de vacío también puede ser usado para fabricar fuelóleo, bien directamente o previa su conversión térmica en unidades de viscorreducción.
  • En todas las refinerías se produce también azufre sólido, como subproducto, debido a las limitaciones impuestas a la emisión del dióxido de azufre a la atmósfera.

Cracking[editar]

Las fracciones pesadas de baja calidad obtenidas en la destilación primaria puede ser convertido a gas oil y nafta. El procedimiento que se utiliza es llamado FCC Fluid Catalytic Cracking.

La carga se calienta a 500 °C, a presiones del orden de 500 atm, en presencia de catalizadores, que intervienen en el proceso. Su nombre deriva de crack (del inglés romper) y catalítico para diferenciarlo del craqueo térmico. En esas condiciones la molécula de los hidrocarburos con muchos átomos de carbono se rompe formando hidrocarburos mas livianos, esto es, de menor número de átomos de carbono en su molécula.

La siguiente ecuación ilustra el hecho acaecido:

C18H38 = C8H16 + C8H18 + CH4 + C

La ruptura de la molécula de 18 átomos de carbono origina nuevos hidrocarburos, dos de ellos de 8 átomos de carbono cada uno, iguales a los que componen las naftas. Otro hidrocarburo formado es el Metano: CH4, quedando un residuo carbonoso: el Coque de Petróleo.

Las fracciones obtenidas mediante el Cracking se envían a torres de fraccionamiento para separar:

  1. Gases.
  2. Naftas y eventualmente kerosene.
  3. Residuos incorporables a nuevas porciones de gas oil y de fuel oil.

Gracias al Cracking se eleva el rendimiento en naftas hasta el 40-50%.


Véase también[editar]

Enlaces externos[editar]

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