PROCESO DE REFINACIÓN.

El petróleo crudo no tiene uso; es por eso que se somete a un proceso de conversión de energía primaria a secundaria denominado refinación. Se conoce como refinación al conjunto de procesos que se aplican al petróleo crudo con la finalidad de separar sus componentes útiles y, además adecuar sus características a las necesidades de la sociedad, en cuanto a productos terminados.

La función de una refinería es transformar el petróleo en productos derivados que satisfagan las necesidades de la sociedad.

Una refinería es un centro de trabajo donde el petróleo crudo se transforma en sus derivados. Esta transformación se logra mediante los procesos de: destilación atmosférica, destilación al vacío, hidrodesulfuración, desintegración térmica, desintegración catalítica, alquilación y reformación catalítica entre otros.

La industria de refinación de petróleo encierra una serie de procesos físicos y químicos a los que se somete el petróleo crudo para obtener de él por destilación y transformación química, los diversos hidrocarburos o las familias de hidrocarburos.

Los productos petrolíferos se obtienen a partir de una serie de procesos. La destilación primaria es la fase inicial en la refinación del petróleo crudo.

Las fracciones obtenidas se dirigen a procesos adicionales como los de hidrodesulfuración, reformación de naftas, desintegración catalítica y térmica y reducción de viscosidad que dan origen a los productos petrolíferos que se comercializan en el mercado: gasolina automotriz, diesel, combustóleo, turbosina y coque de petróleo.

Los procesos de refinación son muy variados y se diferencian unos de otros por los conceptos científicos y tecnológicos que los fundamentan para conformar una cadena de sucesos que facilitan:

• La destilación de crudos y separación de productos.

• La destilación, la modificación y la reconstitución molecular de los hidrocarburos.

• La estabilidad, la purificación y mejor calidad de los derivados obtenidos.

Todo esto se logra mediante la utilización de plantas y equipos auxiliares, que satisfacen diseños y especificaciones de funcionamiento confiables, y por la introducción de substancias apropiadas y/o catalizadores que sustentan reacciones químicas y/o físicas deseadas durante cada paso del proceso.

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PROCESOS PRIMARIOS:

Separación aceite-gas.

En un diseño de separación de aceite-gas es importante conocer las condiciones del proceso, las cuales nos van a permitir poder separar la mezcla bisáfica y proponer bases de diseño.

El separador vertical bifásico tiene la misma descripción que el separador horizontal pero este se utiliza cuando en la producción de hidrocarburos líquidos hay una cantidad mayor de gas que de aceite.

El dimensionamiento de estos separadores se basa principalmente en el tiempo de retención en donde las tres fases se separan eficientemente, normalmente este varía de 3 segundos a 30 minutos dependiendo de la composición del fluido y del trabajo de laboratorio, pero si no se cuenta con esta información, el tiempo de retención del aceite y el agua sugerido para diseño es de 10 minutos. La fracción del agua obtenida por el asentamiento de gravedad se le llama agua libre.

Desulfuración del gas.

La desulfuración es el proceso de eliminación del azufre de algo para evitar la contaminación. También conocido como la hidrodesulfuración o HDS, este proceso químico reduce las emisiones de dióxido de azufre y los convierte en ácidosulfúrico. El ácido sulfúrico se utiliza en las baterías de coche y los fertilizantes. El proceso de desulfuración más comúnmente requerida es del gas natural. Desulfurante adicional es necesaria para los gases de combustión, el carbón y el petróleo. Existen dos posibilidades de desulfuración, sobre el crudo o gas, a la entrada en la refinería, up-stream, o sobre los productos de la destilación, down-stream.

La desulfuración de gas natural es normalmente realizada por adsorción. Una cama de carbón activado se utiliza como filtro para las tuberías de gas natural. Como el gas natural pasa por la tubería, se ejecuta a través del carbón activado en un intervalo establecido. El azufre se quede atrás y adsorbidos en el carbón activado. Las pruebas se realizan con regularidad para garantizar los niveles de azufre para permanecer en el nivel aceptable. Los gases de combustión es el subproducto de las centrales y se refiere a los gases de escape de la quema de combustibles fósiles. Desulfuración de gases de combustión se requiere para reducir la cantidad de dióxido de azufre de entrar en el aire. Es un factor importante en la formación de lluvia ácida.

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Un dispositivo llamado un depurador se utiliza para eliminar el azufre de los gases de combustión. Funciona mediante la combinación de azufre con cal o piedra caliza para crear un compuesto o mezcla. La lechada se elimina mediante la absorción de los purines y convertirlo en yeso, que se utiliza para fabricar paneles de yeso o cemento. La desulfuración de petróleo trabaja de dos maneras principales. La primera es similar a la desulfuración de gas natural debido a los filtros de carbón activado también se utiliza. Este método es normalmente sólo se utiliza si el aceite es relativamente bajo, a menos de 50 ppm, el nivel de azufre para empezar. El otro método, la desulfuración microbiana, utiliza el organismo Rhodococcus para eliminar compuestos de azufre, lo que reduce la contaminación del aire durante el proceso de refinación.

Destilación.

Los procesos de destilación atmosférica y destilación al vacío son clásicos en la refinación. La diferencia entre el proceso atmosférico y el de al vacío es que este último permite obtener más altas temperaturas a muy bajas presiones y lograr la refinación de fracciones más pesadas. La carga que entra a la torre de destilación atmosférica se somete previamente a temperatura de unos 350 °C en un horno especial.

El calentamiento del crudo permite que, por orden del punto de ebullición de cada fracción o producto, se desprendan de las cargas, y a medida que se condensan en la torre salen de ésta por tuberías laterales apropiadamente dispuestas desde el tope hasta el fondo.

La torre lleva en su interior bandejas circulares que tienen bonetes que facilitan la condensación y recolección de las fracciones. Además, al salir los productos de la torre pasan por otras torres o recipientes auxiliares para continuar los procesos. Cuando la temperatura de ebullición de ciertos hidrocarburos es superior a 375 °C se recurre a la destilación al vacío o a una combinación de vacío y vapor. La carga con que se alimenta el proceso al vacío proviene del fondo de la torre de destilación atmosférica.

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Procesos secundarios:

Desintegración Térmica.

El proceso de rompimiento de moléculas grandes de aceite en otras más pequeñas. Cuando este proceso se alcanza por la aplicación de calor únicamente, se conoce como desintegración térmica. Si se utiliza un catalizador se conoce como desintegración catalítica; si se realiza en una atmósfera de hidrógeno se conoce como un proceso de hidrodesintegración.

En los primeros años el proceso consistía en exponer un flujo de corriente de gasóleo a la acción de temperaturas altas y presiones moderadas utilizando tubos de acero.

Después se introducía en una cámara grande a presiones más bajas, donde se separaban los gases, los vapores y los líquidos. Entonces, los vapores condensados y los líquidos se separaban por fraccionamiento en la forma usual. También se procedía vaporizando primero el petróleo y después sometiéndolo a la desintegración. A lo largo de los años se desarrollaron varios procesos que tuvieron bastante éxito, el más común fue el llamado proceso de tubos y tanque. La desintegración térmica todavía se usa, en especial en las refinerías pequeñas. En la mayor parte de la refinería grande, así como en algunas pequeñas, la desintegración térmica ha sido reemplazada por la desintegración catalítica, que es en realidad una desintegración térmica en presencia de un catalizador.

La desintegración térmica del petróleo se inicia a temperaturas ligeramente inferiores a 370 °C, pero la velocidad de descomposición es muy baja para los procesos industriales. En las instalaciones de producción se utilizan temperaturas en el intervalo de 450-570 °C para la manufactura de gasolina. Las reacciones que se verifican durante la desintegración térmica incluyen la ruptura de enlaces C-C, deshidrogenación, polimerización y ciclización. Las más importantes son la ruptura y polimerización y las demás se verifican de manera bastante limitada.

Desintegración Catalítica

Proceso que consiste en descomponer las moléculas de hidrocarburos más grandes, pesadas o complejas, en moléculas más ligeras y simples. Se lleva a cabo mediante la aplicación de calor y presión y, mediante el uso de catalizadores (térmica). La utilización de este proceso permite incrementar el rendimiento de gasolina y de otros productos importantes que tienen aplicaciones diversas en la industria del petróleo.

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El proceso “Flexicracking” (Desintegración Catalítica) es adaptable a las necesidades tecnológicas en lo referente al tipo de carga, al factor de caracterización de la carga, requerimientos del reactor y del regenerador en cuanto a diseño y a los aspectos mecánicos y de seguridad de funcionamiento como también a los sistemas de control de emisiones y recuperación de energía derivada de los gases producidos.

La unidad de desintegración catalítica instalada en Amuay convierte los destilados livianos en naftas, y su capacidad es de 74.300 b/d. El requerimiento típico de servicios para este tipo de unidad, por barril de carga, es como sigue:

Electricidad (para soplador de aire), kwh 4-7Vapor requerido, kilos 7-27

Vapor producido, kilos 23-80Agua para enfriamiento

(aumento de 17 °C), litros 151-227Catalizador, gramos 45-68.

Cuando se toma en cuenta la capacidad diaria de cada planta y los insumos (servicios) requeridos para mantener funcionando los procesos se aprecia que los gastos de la refinería son bastantes.

Reformación Catalítica.

Proceso que mejora la calidad antidetonante de fracciones de la gasolina modificando la estructura molecular. Cuando se lleva a efecto mediante calor, se le conoce como reformación térmica y como reformación catalítica, cuando se le asiste mediante un catalizador.

El proceso de reformación catalítica representa un gran avance en el diseño, utilización y regeneración de los catalizadores y del proceso en general. Los catalizadores de platino han permitido que mayores volúmenes de carga sean procesados por kilogramos de catalizador utilizado. Además, se ha logrado mayor tiempo de utilización de los catalizadores.

Esta innovación ha permitido que su aplicación sea muy extensa para tratar gasolinas y producir aromáticos.

La reformación catalítica cubre una variedad de aplicaciones patentadas que son importantes en la manufactura de gasolina (“Ultraforming”, “Houdriforming”, “Rexforming” y otros). La carga puede provenir del procesamiento de crudos nafténicos y parafínicos que rinden fracciones ricas en sustancias aromáticas.

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Por la reformación catalítica se logra la deshidrogenación y deshidroisomerización de naftenos, y la isomerización, el hidrocraqueo y la ciclodeshidrogenación de las parafinas, como también la hidrogenación de olefinas y la hidrosulfuración. El resultado es un hidrocarburo muy rico en aromáticos y por lo tanto de alto octanaje.

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