OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS EN UNA REFINERIA DE PETROLEO
En las industrias de procesos químicos y físicos, así como en las de procesos biológicos y de alimentos, existen muchas semejanzas en cuanto a la forma en que los materiales de entrada o de alimentación se modifican o se procesan para obtener los materiales finales o productos químicos o biológicos. Es posible considerar estos procesos químicos, físicos o biológicos, aparentemente distintos, y clasificarlos en una serie de etapas individuales y diferentes llamadas operaciones unitarias. Estas operaciones unitarias son comunes a todos los tipos de industrias de proceso. Por ejemplo, la operación unitaria conocida como destilación se usa para purificar o separar alcohol en la industria de las bebidas y también para separar los hidrocarburos en la industria del petróleo. El secado de granos y otros alimentos es similar al secado de maderas. La operación unitaria absorción se presenta en la absorción de oxigeno del aire en los procesos de fermentación o en una planta de tratamiento de aguas, así como en la absorción de hidrógeno gaseoso en un proceso de hidrogenación líquida de aceites. La evaporación de salmueras en la industria química es similar a la evaporación de soluciones de azúcar en la industria alimenticia. La sedimentación de sólidos en suspensiones en las industrias de tratamiento de aguas y minería, es una operación similar. El flujo de hidrocarburos líquidos en refinerías de petróleo y el flujo de leche en una planta de productos lácteos se llevan a cabo de manera semejante. Las operaciones unitarias estudian principalmente la transferencia y los cambios de energía, la transferencia y los cambios de materiales que se llevan a cabo por medios físicos, pero también por medios fisicoquímicos. A continuación se describen las operaciones unitarias más importantes y que corresponden a aquellas que se pueden combinar en diversas secuencias en un proceso. PROCESO DE REFINO 1 PROCESO DE REFINO
Procesos de refino, en un sentido muy general, son aquellos que permiten transformar el petróleo crudo, o sus fracciones, en una serie de d e productos acabados que deben satisfacer en calidad y cantidad la demanda del mercado. 1.1 Procesos de Separación
Los principales procesos de separación son:
Destilación.
Absorción.
Extracción.
Cristalización.
Adsorción.
El procedimiento de separación por excelencia es la destilación del crudo, y en segundo lugar, si se considera una conversión más profunda, la extracción por disolventes (desasfaltado). El primer paso en el refino de petróleo es el fraccionamiento del crudo en columnas de destilación atmosférica. El crudo calentado se separa físicamente en distintas fracciones por destilación directa, diferenciadas por puntos de ebullición específicos y clasificados. Las fracciones obtenidas, por orden decreciente de volatilidad, son: gases, destilados ligeros, destilados medios y residuos. (Ver Figura 1). El residuo atmosférico se envía a la Unidad de Vacío, permitiendo extraer del mismo destilados pesados, que sufrirán transformaciones posteriores o servirán para su empleo como bases de aceites lubricantes. El residuo de vacío que contiene la mayor parte de las impurezas del crudo (metales, sales, sedimentos, azufre, nitrógeno, asfáltenos, carbón Conradson...) se utiliza para la fabricación de betunes, producción de fueles pesados o co mo carga a otros procesos de transformación. Las fracciones resultantes de la destilación atmosférica, GLPs, naftas, queroseno y gasóleo ligero, se envían a las Unidades de Hidrotratamiento. El gasóleo pesado junto con el gasóleo de vacío se lleva a hidrocraqueo; y el residuo de vacío, que se envía a la Unidad de Coquización.
F igura 1. F uncionamiento de una Torr e de Destilación.
Se consiguen las mayores eficacias y los costos más bajos con este tipo de separación. Por último se realiza un desasfaltado el cual es una operación de extracción líquido-líquido que permite recuperar del residuo de vacío los últimos hidrocarburos que aún son fácilmente transformables. Los disolventes utilizados son hidrocarburos parafínicos ligeros: propano, butano, pentano. El rendimiento en aceite desasfaltado aumenta con el peso molecular del disolvente, pero disminuye su calidad. El asfalto constituye el residuo de la operación de desasfaltado y en él se concentran la mayor parte de las impurezas (metales, sedimentos, sales y asfáltenos...). Su fluidez disminuye con el aumento del peso molecular del disolvente utilizado. El empleo de un disolvente pesado conduce a la producción de un asfalto duro, cuya última utilización es la combustión (centrales térmicas) o la oxidación parcial (producción de gas ciudad, hidrógeno, metanol...). En la Figura 2 se refleja la posición de la unidad de desasfaltado en el esquema de refino.
F igura 2. Destilación atmosférica y a vacío de crudo de petróleo. Desasfaltado del residuo de vacío.
1.2 Procesos de Transformación
Son los procesos más importantes del refino y de la petroquímica. Entre ellos se encuentran:
Proceso de Mejora de características: reformado catalítico, isomerización, alquilación, síntesis de éteres, oligomerización.
Procesos de Conversión: viscoreducción, coquización, craqueo catalítico,
reformado
con
vapor,
hidroconversión,
etc
a. Procesos de Mejora de Características.
Reformado Catalítico.
Proceso clave en el esquema de fabricación de gasolinas, el reformado catalítico tiene como objeto aumentar el número de octano de las fracciones ligeras del crudo con un gran contenido en parafinas y naftenos (C7-C8-C9) transformándolos en aromáticos.
Isomerización.
La isomerización es el proceso mediante el cual se modifica la estructura de las moléculas de los hidrocarburos para obtener productos con diferentes características. La función principal de esta Unidad es la transformación de las parafinas lineales de bajo índice de octano en isoparafinas de alto índice de octano. Las reacciones de isomerización únicamente cambian la disposición de los átomos en la molécula, manteniendo, por tanto, su peso molecular. La Figura 3 indica la posición de las unidades de reformado e isomerización en el esquema de refino.
Alquilación.
La alquilación es un proceso que permite producir productos de alto índice de octano a partir de olefinas ligeras por adición del isobutano. La reacción es muy exotérmica y es catalizada por ácidos fuertes: sulfúrico, fluorhídrico. La carga proviene normalmente del craqueo catalítico, a veces del craqueo con vapor. Figura 3. Posición de las unidades de reformado e isomerización en el esquema de refino.