REFINADO
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:
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Destilación simple |
Craqueo y posterior hidrogenación |
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Gasolina |
23% |
44% |
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Fuel-oil |
44% |
36% |
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Coque |
3% |
8% |
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Kerosene |
14% |
6% |
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Aceites lubricantes |
13% |
3% |
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Desperdicio |
3% |
3% |