Universidad Nacional “Pedro Ruiz Gallo”
Facultad de Ingeniería Química e Industrias Alimentarias Escuela Profesional de Ingeniería Química
F I Tecnología del Petróleo TEMA: EQUIPOS PARA LA REFINACIÓN DEL PETRÓLEO
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ALUMNA: Ada Marisol Hernández Quiroz
PROFESOR: Ing. Hernández Oré, Enrique.
CICLO: 2011-II
I A
EQUIPOS PARA REFINACION DE PETROLEO
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1. REFINADO DEL PETRÓLEO
El petróleo finalmente llega a las refinerías en su estado natural para su procesamiento. Aquí prácticamente lo que se hace es cocinarlo. Por tal razón es que al petróleo también se le denomina "crudo". 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 gran variedad de componentes que contiene. El petróleo tiene una gran variedad de compuestos, al punto que de él se pueden obtener por encima de los 2.000 productos. El petróleo se puede igualmente clasificar en cuatro categorías: parafínico, nafténico, asfáltico o mixto y aromático. Los productos que se sacan del proceso de refinación se llaman derivados y los hay de dos tipos: los combustibles, como la gasolina, ACPM, etc.; y los petroquímicos, tales como polietileno, benceno, etc.
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Las refinerías son muy distintas unas de otras, según las tecnologías y los esquemas de proceso que se utilicen, así como su capacidad. Las hay para procesar petróleos suaves, petróleos pesados o mezclas de ambos. Por consiguiente, los productos que se obtienen varían de una a otra. La refinación se cumple en varias etapas. Es por esto que una refinería tiene numerosas torres, unidades, equipos y tuberías. Es algo así como una ciudad de plantas de proceso. En términos sencillos, el funcionamiento de una refinería de este tipo se cumple de la siguiente manera: El primer paso de la refinación del petróleo crudo se cumple en las torres de "destilación primaria" o "destilación atmosférica". En su interior, estas torres operan a una presión cercana a la atmosférica y están divididas en numerosos compartimientos a los que se denominan "bandejas" o "platos". Cada bandeja tiene una temperatura diferente y cumple la función de fraccionar los componentes del petróleo.
El crudo llega a estas torres después de pasar por un horno, donde se "cocina" a temperaturas de hasta 400 grados centígrados que lo convierten en vapor. Esos vapores entran por la parte inferior de la torre de destilación y ascienden por entre las bandejas. A medida que suben pierden calor y se enfrían. Cuando cada componente vaporizado encuentra su propia temperatura, se condensa y se deposita en su respectiva bandeja, a la cual están conectados conductos por los que se recogen las distintas corrientes que se separaron en esta etapa. 4
Al fondo de la torre cae el "crudo reducido", es decir, aquel que no alcanzó a evaporarse en esta primera etapa. Se cumple así el primer paso de la refinación. De abajo hacia arriba se han obtenido, en su orden: gasóleos, ACPM, queroseno, turbosina, nafta y gases ricos en butano y propano. Algunos de estos, como la turbosina, queroseno y ACPM, son productos ya finales. Las demás corrientes se envían a otras torres y unidades para someterlas a nuevos procesos, al final de los cuales se obtendrán los demás derivados del petróleo. Así, por ejemplo, la torre de "destilación al vacío" recibe el crudo reducido de la primera etapa y saca gasóleos pesados, bases parafínicas y residuos. La Unidad de Craqueo Catalítico o Cracking recibe gasóleos y crudos reducidos para producir fundamentalmente gasolina y gas propano. Las unidades de Recuperación de Vapores reciben los gases ricos de las demás plantas y sacan gas combustible, gas propano, propileno y butanos. La planta de mezclas es en últimas la que recibe las distintas corrientes de naftas para obtener la gasolina motor, extra y corriente. La unidad de aromáticos produce a partir de la nafta: tolueno, xilenos, benceno, ciclohexano y otros petroquímicos. La de Parafinas recibe destilados parafínicos y nafténicos para sacar parafinas y bases lubricantes. De todo este proceso también se obtienen azufre y combustóleo. El combustóleo es lo último que sale del petróleo. Es algo así como el fondo del barril. En resumen, el principal producto que sale de la refinación del petróleo es la gasolina motor. El volumen de gasolina que cada refinería obtiene es el resultado del esquema que utilice. En promedio, por cada barril de petróleo que entra a una refinería se obtiene 40 y 50 por ciento de gasolina.
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El gas natural rico en gases petroquímicos también se puede procesar en las refinerías para obtener diversos productos de uso en la industria petroquímica.
2. ESTRUCTURA DE UNA REFINERÍA Tras analizar el petróleo en laboratorio -ya que todos los crudos no son iguales, ni se pueden extraer de ellos las mismas sustancias- se pasa al principal proceso de refinado llamado DESTILACIÓN. El crudo se calienta a 360ºC y se introduce en torres de destilación de hasta 50 metros de altura. En ellas se separan las diferentes
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fracciones y los residuos que componen el petróleo según su temperatura de ebullición. 1.
Torre de destilación o
Partes ligeras 22% Gases (2%) Gasolinas y nafta (20%)
o
Partes medias 65% Keroseno y disolventes (25%) Gasoleo (40%)
o
Partes pesadas 13%Lubricantes (3%) Residuos (10%)
2.
Horno para el calentamiento del petróleo crudo a 360ºC
3.
Proceso de desalación mediante al cual se extrae la sal del crudo
4.
Depósito donde se almacena el petróleo
3. PROCESO DE DESTILACIÓN La torre dispone de dispositivos de salida para cada una de las fracciones separadas, las cuales pasan
por
un
enfriamiento. estas
fracciones
proceso
de
Posteriormente pasarán
por
procesos adicionales de mejora para así conseguir los diferentes productos comerciales.
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GAS 60º No requieren de ningún tratamiento especial y son almacenados en tanques. El metano y etano se utilizan en la propia refinería como combustible y el butano y propano se distribuyen al consumidor final como combustible doméstico e industrial.
NAFTAS 60º-120º De ellas se obtiene el principal y más valioso producto de la refinación: la GASOLINA. Ésta pasa por un proceso químico que aumenta su octanaje y se le añaden los aditivos necesarios para obtener gasolinas comerciales.
KEROSENO 150º-250º Se utiliza principalmente como 8
combustible para la industria aeronáutica.
GASÓLEO 170º-370º Los gasóleos de calefacción y de automoción
son
idénticos químicamente. Se utiliza
en
todo
tipo de motores diesel: autobuses, camiones, trenes, barcos. Mediante un proceso adicional llamado "Craqueo Catalítico" o "Cracking", se pueden obtener productos ligeros más valiosos como la GASOLINA a partir de gasóleos y fracciones más pesadas.
RESIDUOS 370º Productos residuales de menor valor como
el
fuelóleo son utilizados como combustible industrial y en algunas centrales térmicas tradicionales para producir electricidad. Hoy en día se está sustituyendo su uso por otros combustibles mucho menos contaminantes como por ejemplo el gas natural. De los residuos pesados también se obtienen: Ceras 9
Lubricantes Asfalto
4. FRACCIONAMIENTO DE CRUDO El primer proceso que se le practica al petróleo crudo en las Refinerías, es la destilación conservativa del mismo, esta operación consiste en la extracción de todos aquellos hidrocarburos que pueden ser obtenidos por destilación, sin afectar su estructura molecular. La destilación o fraccionamiento, del crudo es una operación que permite separar cortes o combustibles de una mezcla compleja de hidrocarburos, como lo es el petróleo. El principio físico en el que se basa el proceso es la diferencia de volatilidad de los componentes, por tal motivo en las columnas fraccionadoras se adecuan las condiciones termodinámicas para obtener o "condensar" los combustibles perfectamente especificados. El fraccionamiento del crudo se completa en dos etapas, en primer lugar se procesa en unidades de destilación atmosférica o Topping, donde la presión de trabajo es típicamente 1 Kg/cm 2. Los combustibles obtenidos por este fraccionamiento son enviados a tanques de despacho o como carga de otras unidades que completan su refinado. Gran parte del crudo procesado en los Topping no se vaporiza, ya que para lograrlo sería necesario elevar la temperatura de trabajo por sobre el umbral de descomposición térmica. Por tal motivo este residuo atmosférico, denominado crudo reducido, se bombea a la unidad de Vacío, donde se baja la presión a 20 mm Hg (típico lo que permite destilarlo a mayores temperaturas sin descomponer la estructura molecular.
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4.1. Unidad de destilación atmosférica o topping El crudo antes de ser fraccionado, debe ser acondicionado y preparado debidamente para lograr una operación eficiente. La primera etapa se lleva a cabo en los tanques de
recepción. El petróleo desgasificado que se recibe en las Refinerías, contiene impurezas que son perjudiciales para los equipos, productos y procesos. Las impurezas son:
Sales , fundamentalmente cloruros de sodio, calcio y magnesio, presente en el agua de formación que tiene el crudo, estas sales en las condiciones del proceso se hidrolizan formando ácido clorhídrico, que es altamente corrosivo y por ende sumamente perjudicial para los equipos.
Óxidos de hierro , productos de la corrosión de los equipos y medios de transporte del crudo desde yacimiento, que afectan los coeficientes de ensuciamiento de equipos, calidades de productos y catalizadores.
Arcilla, arena, sólidos en general, provenientes de la formación productora y lodos de perforación, estos perjudican fundamentalmente los coeficientes de ensuciamiento de los equipos y afectan la calidad de los productos residuales por alto contenido de cenizas.
Compuestos organometalicos, que afectan los catalizadores de unidades de conversión, desactivándolos.
Cristales de sal u óxidos en suspensión, afectando tanto los productos como los procesos catalíticos, el caso de los compuestos de sodio es específicamente perjudicial para los tubos de los hornos, ya que catalizan la formación de carbón, reduciendo la vida útil del horno por disminución del coeficiente de transferencia de calor. 11
Para evitar o minimizar los efectos perniciosos de estas impurezas
se
realizan
fundamentalmente
tres
tratamientos:
Decantación en Tanques
Desalado
Inyección de Hidróxido de Sodio
4.1.1. Tanques de Almacenaje El tratamiento en tanque, consiste en decantar el agua libre que tenga el crudo por gravedad. Por tal motivo la temperatura del tanque es muy importante en esta etapa, ya que la propiedad física que la gobierna es la viscosidad. Evidentemente a mayor temperatura menor viscosidad, y por lo tanto se mejora la velocidad de migración o decantación del agua, pero se debe tener mucha precaución de no superar aquella temperatura que provoque corrientes convectivas, que perjudican directamente la decantación. Para evitar perdida de hidrocarburos volátiles, los tanques poseen techos flotantes que evitan este tipo de fugas. La temperatura se controla con calefactores o serpentinas, ubicados en la parte inferior del tanque. Se usa vapor exhausto como elemento calefactor. El agua purgada,
arrastra
adicionalmente
sólidos
en
suspensión. Esta etapa se lleva a cabo básicamente con tres tanques en simultáneo, uno recibe el crudo de yacimiento, otro está en decantación y el tercero que contiene crudo decantado es del que aspira la unidad.
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El crudo "decantado" en tanques es enviado a la unidad de Topping, donde se lo precalienta con corrientes de mayor temperatura, productos terminados y reflujos circulantes, permitiendo recuperar energía calórica, en el circuito de intercambio. El circuito de intercambio tiene como función, la recuperación de energía, generándose un gradiente térmico a lo largo del circuito, que permite minimizar el consumo
de
calentamiento.
combustible Previo
al
en horno
los se
hornos
de
realizan
dos
operaciones de fundamental importancia, el desalado y deshidratado del petróleo, para lo cual se necesitan condiciones termodinámica especificas.
4.1.2. Desalado de Crudo El propósito de este proceso, es eliminar las sales e impurezas que tienen los petróleos crudos, carga de las 13
unidades de Topping. 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 es antieconómico decantarlas y eliminarlas por gravedad en los tanques de almacenamiento Básicamente
el
proceso
de
desalación
consiste
en
precalentar el crudo para disminuir la viscosidad, inyectar agua de lavado o exenta de sales, producir una mezcla intima entre ambos, contactarla con el agua residual del crudo y posteriormente separar el agua contendiendo la mayor proporción de impurezas. En definitiva se lleva a cabo la disolución de las sales presentes en el crudo, generándose pequeños electrolitos (gotas), sensibles a las variaciones de un campo eléctrico.
La tercera etapa de acondicionamiento del -crudo es la inyección de hidróxido de sodio, esta operación a diferencia de las dos 14
anteriores no elimina los contaminantes, sino que se minimiza el efecto por transformación de sales menos perniciosas.
4.2. Unidad de destilación al vacío Las unidades de Vacío, están diseñadas para operar en condiciones termodinámicas adecuadas para destilar las fracciones pesadas del crudo, sin que se produzca la descomposición térmica de los mismos. Para lograrlo se baja la presión de trabajo hasta alcanzar presiones absolutas de 20 mm Hg en la zona de carga de la columna de destilación.
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En esta unidad, la energía necesaria para vaporizar el crudo reducido es suministrada totalmente en hornos, diseñados para minimizar la perdida de carga (perdidas de presión) de modo de operar con la menor presión posible en los puntos donde se inicia la vaporización. La carga parcialmente vaporizada es enviada a la zona flash de la columna de destilación, donde se produce una corriente ascendente de vapores y otra descendente de líquidos. En estas columnas el principio de operación es la condensación de los vapores. La torre tiene características particulares, que la diferencian de las fraccionadoras atmosféricas. Los dispositivos o elementos mecánicos para producir el contacto liquido vapor, son rellenos especiales (flexi rings, ubicados en lechos ordenados) que permiten incrementar la superficie de interface, favoreciendo la transferencia de masa (ver figura N' 16
5). El diámetro de la columna es diferente en zona de condensación, respecto de la zona superior o inferior de la misma.
4.3. Torres Fraccionadoras Estos equipos permiten separar los diferentes cortes de hidrocarburos presentes en la carga previamente vaporizada, produciéndose condensaciones controladas, estableciéndose transferencias de energía y masa adecuados para obtener los combustibles específicos. Las etapas de equilibrio se logran con dispositivos que permiten un intimo contacto entre la fase vapor (ascendente) y la fase liquida (descendente). Los más comunes son campanas de burbujeo, platos de válvulas, platos perforados, rellenos, etc. 17
Ver videos: 1. Planta de refinería 2. Torre de destilación
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5. REFINERÍA DE TALARA (Perú)
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6. BIBLIOGRAFIA 1.
gustato.com/petroleo/destilacion.html
2.
http://www.maremundi.com/hidrocarburos.asp?id=6
3.
http://tecnosan.wikispaces.com/La+utilizaci%C3%B3n+de+c ombustibles+f%C3%B3siles
4.
http://www.ingenieroambiental.com/informes/petroleo(ingeni eroambiental.com).htm
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