2. Introducción.
1. Fundamentos básicos del
proceso de destilación de
crudo.
Petróleo.
Punto de ebullición.
Condensación.
Vaporización.
Refinería.
Operaciones unitarias.
Destilación.
Columna de destilación.
Esquema de refinación.
2. Tipos de destilación.
Destilación primaria.
Descripción, esquema y
equipos.
Destilación secundaria.
Descripción, esquema y
equipo.
Desintegración térmica.
Descripción, esquema y
variaciones.
3. Productos obtenidos.
4. Curvas de destilación.
Método “TBP”.
Método ASTM.
ASTM D86.
ASTM D1160.
ASTM D5307
EFV.
Métodos.
Conclusiones.
Referencias Consultadas.
3. En la refinería, el petróleo ha sido
utilizado como materia prima para la
producción de combustibles de motor,
lubricantes, fuel oil y otros. Debido a la compleja
composición del crudo, la industria química ha
desarrollado gran cantidad de procesos, donde
la principal operación es la separación física
según la diferencia de volatilidad de los distintos
componentes de dicha mezcla, es decir, según
sus puntos de ebullición.
Sin embargo, la determinación exacta de
la composición de un petróleo crudo no es
posible debido a la gran cantidad de
componentes que integran la mezcla, pero lo
que sí es posible, es estimarlos por
procedimientos estandarizados como las curvas
de destilación TBP, ASTM D86, D1160, etc., y
EFV; luego se emplean correlaciones existentes
para determinar las propiedades físicas del
petróleo a partir de las temperaturas que
conforman dicha curva de destilación.
4. • Es un recurso natural
energético compuesto
por una mezcla de
hidrocarburos y otros
pocos elementos que
se encuentra en el
subsuelo.
Petróleo
(ó crudo).
• Temperatura en la
cual la presión en las
burbujas del vapor es
igual a la presión
externa, produciendo
un cambio de estado
de la materia.
Punto de
ebullición.
• Es el cambio de estado que
se produce en una sustancia
al pasar del estado gaseoso
al estado líquido. Ocurre
cuando la energía cinética
de las partículas ya no
puede superar las fuerzas
intermoleculares.
Condensación.
• Cuando un líquido se
calienta, algunas de sus
moléculas adquieren
suficiente energía cinética y
se escapan de la superficie
del líquido para convertirse
en gas o vapor.
Vaporización.
5. Refinería.
Una refinería es una planta
industrial destinada a la refinación
del petróleo. Esto se logra mediante
una serie de operaciones con las
que se obtienen los diversos
combustibles que se usan día a día.
Operación unitaria.
Se refiere a cualquier proceso de
transformación donde hay un
intercambio de energía del tipo
físico – químico de una materia
prima en otro producto de
características diferentes,
modificando así las condiciones de
dicha materia en forma más útil.
6. El proceso de “destilación” se basa
en la transferencia de masa entre
las fases líquido-vapor de una
mezcla.
Permite la separación de
componentes en función de sus
puntos de ebullición. Se logra
calentando un líquido hasta que sus
componentes más volátiles pasen a
la fase de vapor y a continuación se
enfría el vapor para recuperar
dichos componentes en forma de
líquido por medio de la
condensación.
La columna o torre de
destilación es la base de una
refinería.
Consiste en una estructura
cerrada en la cual se realiza la
separación física de un fluido
en dos o más fracciones.
Cuenta con diferentes tipos de
estructuras mecánicas en su
interior para llevar a cabo su
objetivo en la refinería.
7. La
destilación es la
operación base
de la refinería,
sin embargo, es
solo una dentro
de un gran
circuito.
A continuación
un esquema de
las
transformaciones
llevadas a cabo
en la planta:
8. Destilación primaria
(Topping o
destilación
atmosférica).
Destilación
Secundaria
(Unidad de
Vacío).
Destilación seca
(Craquing
térmico).
El objetivo de la destilación es extraer los hidrocarburos presentes
naturalmente en el crudo sin afectar la estructura molecular de los componentes.
Para lograrlo eficientemente debe dividirse en las siguientes etapas:
Cada etapa es complementaria de la otra, por lo que los residuos de una son
mayormente la materia prima de la otra . Las principales son las de topping y vacío
pero con el craquing térmico igualmente se extraen productos livianos de residuos
pesados.
9. La destilación
atmosférica es la primera
unidad de
fraccionamiento del
crudo, que tiene lugar en
una columna o torre y
permite la separación de
los componentes de una
mezcla de hidrocarburos
en diversas fracciones, en
función de sus
temperaturas de
ebullición, sin que se
produzca la
descomposición térmica
de las mismas.
10. Desalinización
• Previo a dicho proceso, el crudo debe ser tratado para despojarlo de
sales y sólidos presentes.
Vaporización
• En el horno se transfiere la energía térmica necesaria para producir el cambio de fase.
• En la zona de carga, se disminuye la presión del sistema, produciéndose el flash de la
misma y dando como resultado la vaporización definitiva.
Bandejas o platos.
• La columna posee internos con forma de bandejas o platos, donde se produce el
contacto entre fases, generándose así el equilibrio entre los vapores ascendentes y
líquidos descendentes.
Presión y temperatura.
• La presión de operación es atmosférica.
• La temperatura desciende a partir de los 370ºC aproximadamente hasta los 100ºC.
Reflujo
• La fase líquida se obtiene mediante reflujos, que son reciclos de hidrocarburos
que retornan a la columna después de enfriarse, intercambiando así calor con
fluidos refrigerantes o con carga más fría.
13. Gas de refinería (Fuel Gas)
Gas licuado de petroleo (GLP)
Nafta liviana.
Nafta pesada.
Kerosene.
Gas oil liviano.
Gas oil pesado.
Residuo atmosférico (Fondo de topping).
En la columna de topping
se obtienen los siguientes
productos , empezando
por la parte superior o
cabeza de la columna.
14. La destilación
secundaria o al vacío, es
la operación
complementaria de la
primera destilación.
Interpreta la definición
de punto de ebullición,
modificando la presión
para fraccionar lo que no
puede ser destilado en la
etapa atmosférica sin
producir su
descomposición térmica,
como ocurriría si solo se
elevara la temperatura.
15. El principio de la columna es
igual que la anterior, sin embargo,
las condiciones termodinámicas
(el vacío), es obtenido con
eyectores de vapor.
Trabaja con presiones
absolutas hasta de 20 mmHg en
la zona de carga de la columna.
Los dispositivos o elementos mecánicos
para producir el contacto liquido vapor,
son rellenos especiales ubicados en lechos
ordenados que permiten incrementar la
superficie de interfase, favoreciendo la
transferencia de masa.
Por destilación al vacío se separan
3 fracciones: Gas oil liviano (GOL) y
pesado de vacío (GOP), gas oil
parafinoso, y residuo: lubricantes y
asfalto.
16. Los elementos mecánicos para
producir el contacto líquido vapor
son rellenos especiales llamados
flexirings.
El diámetro de la columna es
diferente en la zona de
condensación, con respecto a
la zona superior, y se conforma
por lechos ordenados.
Las temperaturas se ordenan
de 170 a 390 ºC, del tope al
fondo respectivamente.
17. El craqueo de
hidrocarburos
consiste en la rotura
de moléculas pesadas
para transformarse
en otras de menor
peso molecular por
calentamiento a
temperaturas
elevadas (680ºC
aproximadamente).
18. La carga consiste en
crudo reducido,
alquitranes
desintegrados, aceites
pesados de ciclo
catalíticos y asfaltos.
La alimentación se
calienta a 485º y se carga
a la cámara de reacción
(tambor de
coquificación). Se
utilizan dos o más
tambores en paralelo.
Dicha cámara se
mantiene a temperaturas
elevadas y cuando se
llena, se retira de la línea
y se le introduce vapor
para extraer materiales
volátiles del coque y
luego se evacua con agua.
Las reacciones que se
llevan a cabo incluyen la
ruptura de enlaces
carbono-carbono,
deshidrogenación,
polimerización y
ciclización.
19. Desintegración catalítica: Puede ser
de lecho fijo o de lecho móvil; con
catalizadores naturales y sintéticos. El
proceso consiste en 4 etapas: 1.
Craqueo catalítico de la alimentación
con la rápida desactivación del
catalizador. 2. Separación de los
productos formados y el catalizador –
limpieza del catalizador y envío al
regenerador. 3. Regenerador: Quema
del coque depositado sobre el
catalizador con aire (con o sin
producción de CO2) . 4. Reenvío del
catalizador regenerado al reactor.
Coquificación fluida. La
carga se alimenta por la
parte superior de un lecho
de coque fluidizado que se
mantiene a 540ºC, y se
descompone en productos
ligeros y coque,
depositándose sobre las
partículas del lecho. Una
parte del coque se extrae de
forma continua y se envía
los quemadores.
Desintegración
térmica tubos y
tanques: Se expone el
flujo utilizando tubos
de acero y luego se
introducía en una
cámara grande a
presión baja para
separar gases, líquidos
y vapores.
Existen muchas
variaciones y actualizaciones de
este proceso. Las variaciones son
las siguientes:
• Aunque todavía se usa, ha sido
suplantado en su mayoría por
la desintegración catalítica.
20. 3. Productos
obtenidos.
El número de
fracciones o cortes
obtenidos depende de la
base del crudo y de las
condiciones de
operación.
Los sistema de
destilación pueden ser
de una, dos o tres etapas.
Las fracciones de la
destilación del petróleo
son las siguientes:
21. Curva de
destilación TBP
(“ True Boiling
Point” )
ASTM D86
Curva de
destilación para
fracciones
ligeras.
ASTM D1160
Curva de
destilación para
fracciones
pesadas.
ASTM D5307
Curva de
destilación
simulada a
partir de
cromatografía
de gases .
Curva EFV.
Las curvas de destilación normalizadas permiten juzgar la calidad del
fraccionamiento realizado en los cortes de petróleo. Dichas curvas son determinadas en un
laboratorio, a partir de pruebas recogidas en periodos regulares.
22. Proveer data de calidades y yields para los productos
primarios de la destilación del crudo. Además es muy útil en
evaluaciones económicas.
Proveer data para planeamiento y diseño de procesos;
Indicar las dificultades potenciales al refinar o transportar el
petróleo crudo y sus productos;
Evaluar la calidad global de un crudo;
La data del Crude Assay de la destilación TBP se emplea
para:
Cada tipo de crudo tiene una curva TBP que los caracteriza.
La información sobre cada corte que se obtiene de la
destilación TBP se denomina ASSAY del Crudo.
La destilación TBP (True Boiling Poínt) permite dar una
imagen casi exacta de la composición de un crudo por la
medida de la temperatura de «ebullición» de los
constituyentes que lo componen.
23. Este método es
utilizado para
determinar la volatilidad
de un producto y
determinar la tendencia
de un hidrocarburo de
producir vapores
altamente explosivos.
La destilación D-
86 permite conocer el
porcentaje de
contaminación de un
corte con su consecutiva
fracción.
Es una técnica que se
le aplica a fracciones
livianas del petróleo
como las gasolinas
naturales, de motores de
avión, turbo
combustibles de avión,
naftas y otras fracciones
proveniente de la
destilación atmosférica.
Ejemplo del
método y la
curva resultante.
24. La destilación al vacío ASTM D1160 se
realiza con el objetivo de estudiar los residuos
de destilación atmosférica y gas oil pesado.
Se pesa un balón de destilación y 100ml de
residuo aproximadamente, se conecta el balón al
equipo de destilación que ya está ensamblado en el
laboratorio y se coloca un termómetro para medir la
temperatura del fondo, luego de ajustada la presión
menor a 50mmHg se suministra calor mediante una
manta de calentamiento.
Se leen los datos de temperatura de tope y
fondo cada 2ml de recolectado y con ellos dibuja la
curva de Temperatura de ebullición vs. %Volumen
destilado, llevando las temperaturas de destilación al
vacío a una TBP a presión atmosférica según las
normas API.
25. El método de ensayo consiste en la norma ASTM D5307-07, la cual
establece el uso de columnas cromatográficas empacadas.
Los resultados con el empleo de la norma ASTM D 5307-07 determinan el
rango de distribución de ebullición del petróleo crudo por cromatografía de gases.
26. El tercer tipo de destilación
corresponde a la vaporización
continua de equilibrio, destilación
instantánea o Flash.
Las curvas Flash son de gran importancia
puesto que permiten conocer las
condiciones del equilibrio de fases vapor-
líquido de las fracciones del petróleo es
esencial para el diseño de la mayoría de los
equipos empleados en la industria de la
refinación del petróleo.
El procedimiento es laborioso y
costoso. Por estos motivos,
generalmente se emplean
correlaciones empíricas para estimar
la curva EFV a partir de curvas ASTM
o TBP, que son más fáciles de obtener
experimentalmente.
La curva Flash expresa el % de
vaporizado de un petróleo o
derivado en función de la
temperatura de equilibrio.
27. Método de Maxwell.
El método de Maxwell
utiliza una línea recta
auxiliar que corta la curva
TBP en 10% y 70% del
porcentaje de volumen
destilado; esta línea se llama
DRL (distillation reference
line). Luego, se define la
línea FRL (flash reference
line) en función de la línea
anterior y de datos extraídos
de diagramas desarrollados
para tal fin. Finalmente, la
curva EFV se obtiene a
partir de la FRL y datos
provenientes de diagramas
adicionales.
La intensa utilización de
diagramas hace que este
método sea complejo e
inexacto.
Método de Edmister.
El método de Edmister
localiza un punto clave (la
temperatura
correspondiente al 50% de
volumen destilado). Luego,
estima los incrementos de la
curva EFV en función de los
aumentos de la TBP
utilizando datos extraídos
de diagramas (Edmister y
Okamoto, 1959).
Finalmente, la curva EFV se
obtiene procesando todos
los incrementos. Una vez
más, el intenso uso de
diagramas es la mayor
debilidad del método.
Simuladores.
Se puede emplear por
ejemplo: el Simulador
Chemcad para establecer un
sistema como el de la figura
del EFV y obtener la data
directamente del simulador.
28. Para la comercialización del petróleo es importante el conocimiento de sus propiedades,
ya que las mismas determinan el desempeño de este como materia prima así como de sus
derivados.
El propósito de una refinería es transformar petróleo crudo de relativamente bajo valor
en productos refinados de alto valor de la manera más eficiente, rentable y
ambientalmente amigable que sea posible.
El punto de ebullición de un hidrocarburo es función del número de átomos de carbono
que este posee, por lo tanto en la destilación de un crudo se presentan diferentes puntos
de ebullición en función del tipo de hidrocarburo que este destilando.
Para el aprovechamiento máximo del crudo, se destila en varias etapas, alterando las
condiciones del entorno, tales como temperatura y presión, para evitar la
descomposición térmica de las especies con alto número de carbonos presentes en el
crudo.
29. Fundación YPF. “Refinación del Petróleo. Parte 1, Tomo 3” Disponible en:
https://fundacionypf.org/publicaciones/Educacion/EDUCACION_FET_Actualizacion_Tecnologica_3.pdf
“Procesos de Destilación Atmosférica de Crudos y al Vacío”. Archivo disponible en línea en:
http://materias.fi.uba.ar/7605/Archivos/Refineria.pdf
James H. Gary, Glenn E. Handwerk. “Refino de petróleo. Tecnología y economía”. Editorial Revertè, S.A. España, (2003).
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Lugwig Mayer. “Métodos de la industria química. Orgánica, Volumen 2”. Editorial Revertè, S.A. España, (1987). Pg 18-21.
Oricini y col. “Caracterización de Productos Petroleros mediante las normas ASTM” Documento disponible en línea en:”
http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/marquezronald/wp-content/uploads/CrudosIyII.pdf
AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos – CSPQ. “Determinación De La Curva Efv” Documento disponible
en línea en: http://www.aaiq.org.ar/SCongresos/docs/06_029/papers/03a/03a_1656_928.pdf
David Mora-Atiés, Rolando Marbot-Ramada. “Determinación de las fracciones del petróleo crudo con el empleo de la
destilación simulada por cromatografía gaseosa como método alternativo”. Revista CENIC. Ciencias
Químicas 2010, 41(2).
Ruck Gisella y col. “Columnas de Destilación”. Universidad Nacional del Callao. (2007)
“Análisis Petróleo Crudo” .Artículo disponible en línea en: http://www.ssecoconsulting.com/propiedades-del-
petroacuteleo-crudo.html
