1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
NUCLEO EL SABINO
UNIDAD CURRICULAR ELECTIVA
REFINACIÓN DEL PETRÓLEO
APRENDIZAJE DIDÁCTICO INTERACTIVO
PERÍODO FEBRERO MAYO 2012
PROFESORA. M. Sc Milena Villalobos Ing.
TEMA 5.- DESTILACIÓN DEL CRUDO.
El Refino del petróleo consiste en utilizar sustancias químicas,
catalizadores, calor y presión para separar y combinar los tipos básicos de
moléculas de hidrocarburos que se hallan de forma natural en el petróleo
crudo, transformándolos en grupos de moléculas similares. Es decir, se
reorganizan las estructuras de las moléculas básicas y se convierten en
compuestos de mayor valor comercial.
Como la mayoría de los procesos de refino son continuos y las
corrientes de procesos están confinadas en recipientes y tuberías cerradas, el
potencial de exposición es limitado. Ahora bien aunque las operaciones de la
refinería son procesos cerrados, el riesgo de incendio existe, pues si se
produce una fuga o emanación del líquido, gas o vapor de hidrocarburos, hay
fuentes de ignición como las calentadores, los hornos y los intercambiadores
de calor de las distintas unidades de proceso.
TRATAMIENTO PREVIO DEL CRUDO DE PETRÓLEO:
DESALINIZACIÓN:
El petróleo crudo suele contener, agua, sales inorgánicas sólidos en
suspensión y trazas metálicas solubles en agua. El primer paso del proceso de
refino consiste en eliminar estos contaminantes mediante desalinización
(deshidratación), a fin de reducir la corrosión, el taponamiento y la formación de
incrustaciones en el equipo, y evitar el envenenamiento de los catalizadores en
las unidades de proceso. Tres métodos usados para la desalinización son: la
2. desalinización química, la separación electrostática y el filtrado. En la
desalinización química se añaden al crudo agua y surfactantes químicos, se
calienta para que las sales y otras impurezas se disuelvan o se unan a ella, y
después se dejan reposar en un tanque, donde se decanta.
En la desalinización eléctrica se aplican cargas electrostáticas de alto potencial
para concentrar los glóbulos de agua suspendidos en la parte del fondo del
tanque de decantación.
En estos dos tipos de desalinización el crudo utilizado como carga se calienta a
una temperatura entre 66 y 177 °C, para reducir la viscosidad y la tensión
superficial con el objeto de facilitar la mezcla y la separación del agua. La
temperatura esta limitada por la presión de vapor del crudo que sirve de
materia prima. Se puede añadir un cáustico o un ácido para regular el pH del
baño de agua, y amoniaco para reducir la corrosión. El agua residual junto a los
contaminantes se descarga por el fondo del tanque de decantación a las
instalaciones de tratamiento de aguas residuales. El petróleo crudo
desalinizado se extrae continuamente de la parte superior de los tanques de
decantación y se envía a la torre de destilación atmosférica.
Una desalinización inadecuada origina incrustaciones en los tubos de los
calentadores y en los intercambiadores de calor de las unidades de proceso de
la refinería, lo que restringe el flujo de producto y la transferencia térmica y
origina averías a causa del incremento de presiones y temperaturas. La
corrosión se produce debido a la presencia de ácido sulfhídrico, cloruro de
hidrógeno, ácidos nafténicos en el crudo.
PROCESO DE SEPARACIÓN DEL CRUDO:
El primer paso del refino del petróleo es el fraccionamiento del crudo en
torres de destilación atmosférica y al vacío. El petróleo crudo calentado se
separa físicamente en distintas fracciones de destilación directa, diferenciadas
por sus puntos de ebullición específicos y clasificados por orden decreciente de
volatilidad, en gases, destilados ligeros, destilados intermedios, gasóleos y
residuos. El fraccionamiento funciona porque la gradación de la temperatura
desde el fondo al extremo superior de la torre de destilación hace que los
componentes con punto de ebullición más altos condensen primero, en tanto
que las fracciones con punto de ebullición más bajos alcancen mayor altura en
3. la torre antes de condensarse. En el interior de la torre, los vapores
ascendentes y los líquidos descendentes (reflujo) se mezclan a niveles en los
que sus composiciones respectivas están en equilibrio entre sí. En dichos
niveles o fases, están dispuestos unos platos especiales que extraen una
fracción del líquido que se condensa en cada nivel. En una unidad ordinaria de
destilación de crudo en dos fases, la torre atmosférica, que produce fracciones
y destilados ligeros, va seguida de una torre de destilación al vacío que
procesa los residuos de la torre de destilación atmosférica.
Las columnas de destilación de crudos son las unidades de mayor tamaño de
una refinería y se utilizan para separarlo en fracciones de acuerdo a su punto
de ebullición.
Las mayores eficiencias y menores costos se logran sin la destilación se lleva a
cabo en dos etapas. Fraccionando la totalidad del crudo esencialmente a la
presión atmosférica y luego alimentando el producto de fondo (residuo) de
punto de ebullición más alto de esta columna a un segundo fraccionador
operando a alto vacío.
Las columnas de vació son utilizadas para separar la porción más pesada del
crudo de petróleo, ya que las altas temperaturas necesarias para vaporizarlo a
presión atmosféricas darían lugar a craqueo térmico produciendo pérdidas de
gas seco, decoloración del producto y ensuciamiento por formación de coque.
Antes de introducir el crudo en la columna es necesario desalarlo si el
contenido de sal, expresado como NaCl >4.5 gr/ barril, para minimizar el
ensuciamiento y la corrosión.
ASPECTOS IMPORTANTES EN LA COLUMNA DE DESTILACIÓN:
DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA:
- Después del desalado o desalinización, el crudo se bombea a través de una
serie de intercambiadores de calor para elevar su temperatura hasta 290°C por
intercambio de calor con las corrientes de productos y de reflujo.
Posteriormente se calienta hasta 400°C en un horno y se alimenta en la zona
de vaporización de las columnas atmosféricas.
4. - La temperatura de descarga del horno es lo suficientemente elevada (340-
400°C), para vaporizar todos los productos extraídos por encima de la zona de
alimentación más del 20% del producto de fondo.
- El reflujo se obtiene condensando los vapores del tope de la columna y
retornando del líquido condensado a la columna (esto es el reflujo de la
columna), y también extrayendo y retornando corrientes en las zonas más
bajas de la columna. Esto último se utiliza para reponer el flujo del líquido que
disminuye, ya cada vez que hay una extracción lateral, ya que se genera reflujo
por debajo de los puntos de extracción debido a la condensación del vapor que
asciende en esa sección.
- Aunque en las columnas atmosféricas normalmente no se utilizan
rehervidotes, generalmente se incorporan varios platos por debajo de la zona
de alimentación y el vapor se alimenta debajo del plato de fondo, para separar
cualquier gasóleo residual del líquido en la zona de alimentación y dar lugar a
residuos con alto punto de inflamación.
- El vapor también reduce la presión parcial de los hidrocarburos, reduciendo
así la temperatura para la vaporización.
- Para extraer los livianos presentes en las corrientes laterales se utilizan
columnas de destilación laterales alimentadas también con vapor de agua.
- Normalmente las columnas atmosféricas contienen de 30 a 50 platos. La
separación de mezclas complejas en el crudo de petróleo es relativamente fácil
y generalmente se necesita de 5 a 8 platos por cada producto lateral más el
mismo número de platos por encima y por debajo del plato de alimentación.
- De esta forma una columna de fraccionamiento atmosférico con cuatro
extracciones laterales requiere de 25 a 40 platos.
- Las columnas laterales pueden contener de 4 a 10 platos.
- En el tope se pueden utilizar condensadores totales o parciales de los cuales
se puede recircular parte del condensado a la columna. El condensado
producto representa la nafta o gasolina directa, la cual hay que estabilizarla
para eliminar los C 4 y más livianos. El producto de fondo (residuo atmosférico
se envía a la columna de vacío).
5. DESTILACIÓN AL VACÍO:
Esta se utiliza para disminuir las temperaturas de ebullición de las
fracciones más pesadas del crudo, las presiones absolutas en la zona de
alimentación varia de 3.33 a 5.33 Kpas (25-40 mmHg). La presión parcial de los
hidrocarburos disminuye aun más por la adición de vapor de agua en la entrada
del horno y en el fondo de la torre de vacío.
- Es la presión parcial la que tiene que ver con el equilibrio y no la presión total.
- La adición del vapor de agua a la entrada del horno, disminuye el tiempo de
residencia y minimiza la formación de coque en el horno. La cantidad de vapor
utilizado, al igual que la temperatura de salida del horno son funciones del
intervalo de ebullición de la alimentación y de la fracción vaporizada. .
- La cantidad de vapor varia de 4.5-23 Kg/ barril (10-50 Lb/ barril) de
alimentación, las temperaturas de salida del horno varían de ( 390-450°C).
- Las presiones de operación más bajas comparada con la atmosférica da lugar
a incrementos significativos en el volumen del vapor m3
/ barril alimentado; y
por consiguiente las columnas de destilación a vacío tienen un diámetro mayor
que las columnas a presión atmosférica. Este diámetro puede ser de hasta 12.2
mt.
- La fracción vaporizada de la alimentación a una temperatura de salida del
horno esta determinada, por la presión efectiva o la presión parcial del
hidrocarburo.
- La presión de operación deseada se mantiene mediante la utilización de
eyectores de vapor y de condensadores barométricos o de superficie; el
tamaño y el número de eyectores y condensadores utilizados esta determinado
por las necesidades de vacío y la cantidad de vapor manipulada. Si se requiere
una presión de 3,3 Kpa en la zona de alimentación se requiere normalmente 3
etapas de eyección.
- El vacío producido esta limitado por la presión de vapor del agua, utilizada en
los condensadores, si se suministra agua fría a los condensadores se puede
obtener una presión absoluta menor en la columna de vacío.
6. SEPARACIÓN EN LA DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA
En las torres de destilación atmosférica, el crudo desalinizado se
precalienta utilizando calor recuperado del proceso, Después pasa aun
calentador de carga de crudo de caldeo directo, y desde allí a la columna de
destilación vertical, justo por encima del fondo, a presiones ligeramente
superiores a la atmosférica y a temperaturas comprendidas entre 343 – 371°C,
para evitar el craqueo térmico que se produciría a temperaturas superiores. Las
fracciones ligeras se difunden en la parte superior de la torre, en donde son
extraídas continuamente y enviadas a otras unidades para su posterior
proceso, tratamiento, mezcla y distribución. Las fracciones con punto de
ebullición más bajo (el gas combustible y la nafta ligera) se extraen de la parte
superior de la torre por una tubería en forma de vapores. La nafta, o gasolina
de destilación directa, se toma de la sección superior de la torre como corriente
de producto de evaporización. Tales productos se utilizan como carga
petroquímica. Y de reforma, material para mezcla de gasolina, disolvente y
GLP.
La fracción de rango de ebullición intermedio (gasóleos, nafta pesada y
destilados) se extrae de la sección intermedia de la torre como corriente lateral
y se envían a las operaciones de acabado para su empleo como querosen,
gasóleo diesel, fuel, combustible para aviones de reacción, material de craqueo
catalítico y productos para mezclas.
Las fracciones pesadas, de alto punto de ebullición denominada residuos o
crudo de residuo, de alto punto de ebullición, que se condensan o permanecen
en el fondo de la torre, se utilizan como fuel, para fabricar betún o como carga
de craqueo, o bien se conducen a un calentador y a la torre de destilación al
vacío.
DESTILACIÓN AL VACÍO
Las torres de destilación al vacío proporcionan la presión reducida
necesaria para evitar el craqueo térmico al destilar el residuo, o crudo reducido,
que llega de la torre de destilación atmosférica. Los diseños internos de
algunas torres de vacío se diferencian de los de las torres atmosféricas en que
en lugar de platos se utilizan relleno al azar y pastillas separadoras de
partículas aéreas. A veces se emplean también torres de mayor diámetro para
reducir las velocidades. Una torre de vació ordinaria de primera fase produce
7. gasóleos, material base para aceite lubricante y residuos pesados para
desafaltación con propano. Una torre de segunda fase, que trabaja con un nivel
menor de vacío, destila el excedente de residuo de la torre atmosférica que no
se usa en el procesado de lubricantes y el residuo sobrante de la primera torre
de vacío no utilizado para la desafaltación.
COLUMNA DE DESTILACIÓN:
En las refinerías hay muchas otras torres de destilación más pequeñas,
denominadas columnas, diseñadas para separar productos específicos y
exclusivos, todas las cuales trabajan según los mismos principios que las torres
atmosféricas, por ejemplo un despropanizador es una columna pequeña para
separar el propano del isobutano y otros componentes más pesados. La
condiciones de temperatura, presión y reflujo deben mantenerse controladas
para evitar que se produzca craqueo térmico dentro de la torre de destilación.
El intercambiador de precalentamiento, el horno de precalentamiento, el
intercambiados de calor de residuos, la torre atmosférica, el horno de vacío, la
torre de vacío y la sección superior de evaporización sufren corrosión por
efecto del ácido clorhídrico, el ácido sulfhídrico, el agua , los compuestos de
azufre y los ácidos orgánicos. Cuando se procesan crudos sulfurosos es
posible que la corrosión sea intensa tanto en las torres atmosféricas como de
vacío, si las temperaturas de las partes metálicas exceden los 232°C, y en los
tubos de los hornos. El H2S también produce grietas en el acero. Al procesar
crudos con altos contenidos de nitrógenos, se forman en los gases de
combustión de los hornos, óxidos de nitrógeno, que son corrosivos para el
acero cuando se enfría a bajas temperaturas en presencia de agua.
Se utilizan compuestos químicos para controlar la corrosión por ácido
clorhídrico producido en las unidades de destilación. Puede inyectarse
amoniaco en las corrientes de la sección superior antes de la condensación
inicial, y/o inyectarse con mucho cuidado una solución alcalina en la
alimentación de petróleo crudo caliente.
La destilación atmosférica y al vacío son procesos cerrados, por lo que las
exposiciones son mínimas. Cuando se procesa crudos agrios (alto contenido
de azufre) se producen exposiciones al ácido sulfhídrico en el intercambiador y
el horno de precalentamiento, la zona de destilación instantánea, y el sistema
8. de evaporización superior de la torre, el horno y la torre de vacío y el
intercambiador de calor de residuos.
Equipos auxiliares:
Columna de estabilización de la corriente de nafta directa para eliminar
propanos y butanos de los cuales el n butano se utiliza en la obtención de la
gasolina.
En muchos casos se utiliza un tambor de vaporización entre los
precalentadores de la alimentación y el horno de la columna atmosférica. El
vapor producido se alimenta directamente a la zona de vaporización de la
columna de vacío.
Productos de las unidades de destilación de crudo:
1.- Gas combustible (gas seco): metano y etano.
2.- Gas húmedo: propano y butanos así como también metano y etano.
3.- Gasolina directa liviana: Se puede utilizar en la mezcla de gasolina, luego
de ser desulfurada o se puede isomerizar para mejorar su octanaje antes de
mezclarse en la gasolina.
4.- Nafta o gasolina directa pesada: Se utiliza como alimentación al reformador
catalítico para producir un reformado de alto octanaje y aromáticos.
5.- Gasóleo: Los gasóleos livianos atmosféricos y de vacío se pueden procesar
por hidrocraqueo o craqueo catalítico para producir gasolina y combustible
Diesel y de aviones a reacción, los gasóleos más pesados de vacío se utilizan
como materia prima para la producción de lubricantes.
6.- Residuos. Estos se pueden procesar en un reductor de viscosidad o un
coquizador o en una unidad de desasfaltado para producir fuel óleo pesado o
9. materia primas para el craqueo y/o bases lubricantes. En crudos asfálticos el
residuo de vacío se puede procesar para producir asfaltos.
- En la refinería de Amuay se tiene 5 unidades de destilación atmosférica y 5
unidades de vacío.
- Los productos que se obtienen de la destilación gases no condensables,
propano: para la refinería de Cardon, con los butanos producir LPG y para la
planta de lubricanes para el desasfaltado.
- El N butano e isobutano. Isomerización y alquilación.
- Las naftas livianas y pesadas. En mezclas de gasolina.
- Nafta extrapesada, componente del turbo kerosén o se hidrotrata
para la producción de solvente.
- Kerosén se hidrotrata para componente del turbo kerosén y el resto
se emplea como kerosén (iluminación) componente en mezclas de
diesel o diluyente del residuo del alto azufre.
- Gasóleos atmosféricos, se hidrotratan y se utilizan una fracción en la
mezcla de diesel y aceite de calefacción.
- Residuos atmosférico, se envían a las unidades de vació se utilizan
en la elaboración de lubricantes y el resto se envía a las plantas de
craqueo catalítico o se hidratan para elaborar residual de bajo azufre
y/o alimentación desulfurada para craqueo catalítico.
- Residuo de vacío, se utiliza como alimentación a la unidad de
coquización, como asfalto o componente de residual de alto y/o bajo
azufre.
Presión efectiva = presión de destilado – Presión de vapor del agua.
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA.
- La industria venezolana de los hidrocarburos. CIED, Editorial Ex Libris,
1989.
- Procesos de Refino del petróleo, petróleo y gas natural. Richard S.
Graus.
- Enciclopedia de seguridad en el trabajo. Industrias Químicas.
