Refinacin

Refinacin

Concepto de una refinera y procesos generales

1. CONCEPTO DE UNA REFINERIA Y PROCESOS GENERALES

2. ABSTRACT

La industria del petrleo es la ms grande y la que ms se puede extender de las industrias qumicas de proceso. El impacto que tiene en la economa y en la vida, no solamente nacional sino mundial, es tremendo. Adems, de que es la ms compleja, fsica y qumicamente hablando, de todas las industrias qumicas de proceso.

La operacin de una refinera de petrleo es muy compleja tambin y para reducir esta complejidad al entendimiento de un grupo de procesos se requiere del conocimiento fundamental de los mismos. Por lo tanto, se describe en trminos generales una refinera tpica de petrleo, discutimos tambin en forma genrica las unidades de procesamiento que la conforman y a su vez describimos la relacin funcional que tienen dichas unidades de procesamiento o procesos con equipos clave, por otro lado, realizamos un anlisis de los fundamentos termodinmicos en que se basa el funcionamiento de los equipos mencionados y sobre los fundamentos que rigen la transferencia ya sea de momentum, de calor o de masa que se llevan a cabo en cada equipo.

Una refinera es una planta industrial destinada refinacin de petrleo la cual, mediante un proceso adecuado, obtienen diversos combustibles fsiles capaces de ser utilizados en motores de combustin: gasolina, gasleo. Adicionalmente, y como parte natural del proceso, obtiene diversos productos tales como aceites minerales y asfaltos.

El proceso ms importante de una refinera para la operacin de refinacin es la destilacin que es un proceso mediante el cual se vaporiza parcialmente una mezcla lquida y se condensa para separar los componentes originales de la mezcla y luego los productos se separan dependiendo de su densidad; Es decir los productos ms livianos salen por la parte superior de la columna de fraccionamiento y los ms pesados permanecen en la parte inferior de la misma.

3. RECURSOS Anlisis termodinmico de procesos de refinacinLos principios bsicos de los procesos de refinacin se pueden expresar en forma sencilla; sin embargo, su aplicacin a situaciones prcticas es en ocasiones bastante difcil. Aqu se desarrolla y aplica los balances de masa, energa y entropa. Tambin hacemos observaciones acerca de dnde y cmo puede haber aprovechamiento y recuperacin de energa en la refinacin del petrleo.

Sistemas con reaccin qumica

Varias fracciones de la destilacin fraccionada del crudo necesitan de una modificacin qumica para obtener productos tiles. Cuatro son los procesos de una refinera bsica y que principalmente contribuyen con productos tiles para la elaboracin de combustibles: el cracking cataltico, la reformacin cataltica, el hidrocraqueo, la isomerizacin y la alquilacin.

En trminos generales, la situacin en una reaccin qumica es que no se obtienen 100% de productos a partir de los reactantes, ya sea porque las reacciones son incompletas o porque hay otras reacciones que compiten con la que se quiere. Sin embargo, el balance de materia debe tomar en cuenta toda la masa de entrada y toda la de la salida y no solamente las cantidades que reaccionan, as como tambin los reactantes que entran en exceso y aquellas sustancias que no reaccionan, los que son considerados inertes y las que pueden llegar a estar presentes.

As para realizar un balance de materia en presencia de reacciones qumicas, los sistemas, que intervienen en estos procesos, adems de obedecer la ley de conservacin de masa debe seguir las leyes de las proporciones definidas, de las proporciones mltiples y de las proporciones recprocas.

La ley de las proporciones definidas dice as: un compuesto qumico en particular siempre contiene los mismos elementos y en las mismas proporciones en peso.

La ley de las proporciones mltiples dice as: si dos o ms elementos se combinan para formar ms de un compuesto, ellos se combinarn en pesos mltiples que estn en la relacin de pequeos nmeros enteros.

La ley de las proporciones recprocas dice as: los pesos de dos o ms substancias que reaccionan en forma separada con pesos idnticos de un tercero son mltiplos simples de los pesos que reaccionan entre cada uno.

Estas leyes fueron establecidas en el ao de 1800 y llevaron al investigador

Dalton a establecer su hiptesis de que los elementos se conservan en una reaccin qumica. As, se pueden hacer balances de masa elemental as como total.

Balance de Energa y Entropa

Una ecuacin matemtica que expresa la conservacin de energa es un caso especial de la que se le ha llamado la primera ley de la termodinmica para la conservacin de masa y por comparacin, el balance de energa incorpora tambin los trminos de:

a) Adicin de energa al sistema

b) Remocin de energa del sistema

c) Acumulacin de energa del sistema

TrabajoEn el anlisis termodinmico, el tipo de trabajo importante es aquel que se deriva de un cambio de volumen de un fluido (compresin o expansin) y est dado por la expresin:

Balance de entropa

El balance de energa es insuficiente para analizar muchos sistemas y muchos procesos termodinmicos ya que la naturaleza ha impuesto ciertas restricciones sobre la transferencia y conversin de energa. El tratamiento cuantitativo de estas restricciones se ha facilitado con la introduccin del concepto de entropa. De esta manera cualquier proceso real deber cumplir con los principios de conservacin de masa, conservacin de energa y balance de entropa.

Un sistema puede sufrir un cambio en entropa como resultado de un proceso en donde su energa, masa o volumen pueden cambiar. El balance de entropa se puede escribir como:

El propsito de esta seccin es mostrar cmo estn relacionados el balance de materia y el balance de energa y la ingeniera de reactores en uno de los procesos de la refinacin del petrleo que es la desintegracin cataltica. Esta relacin tan estrecha sirve para que a travs de modelos matemticos que describen el proceso se pueda pensar en un aprovechamiento y en una recuperacin de la energa que se maneja en el proceso.

4. RESOLUCION

La refinera convierte el petrleo crudo y produce una variedad de derivados a travs de una serie compleja de reacciones qumicas y de cambios fsicos que se pueden englobar bsicamente en las seis siguientes operaciones principales:

Fraccionar: porque separa una mezcla de hidrocarburos lquidos en diversos grupos especficos que incluyen a la gasolina, el diesel, los combustibles y otras sustancias ms ligeras.Desintegrar: porque rompe los hidrocarburos grandes, conviertindolos en compuestos ms pequeos y de mayor utilidad. La desintegracin puede llevarse a cabo trmica o catalticamente.Rearreglar: porque con altas temperaturas y con catalizadores rearregla la estructura qumica de los hidrocarburos del petrleo. Algunos hidrocarburos de cadena lineal son transformados en hidrocarburos cclicos o de cadena circular; del mismo modo los hidrocarburos cclicos son transformados.Combinar: porque hace reaccionar dos o ms hidrocarburos o no hidrocarburos, tales como el azufre o el hidrgeno, para obtener otros productos que son considerados como mejorados.Tratar: porque convierte materiales contaminantes a una forma tal que pueden ser desechados al medio ambiente sin causar problemas ecolgicos.

Mezclar: porque combina diferentes lquidos para producir los materiales finales con ciertas propiedades deseadas.As, una refinera recibe petrleo crudo, fracciona, desintegra, reforma, combina y mezcla materiales para producir: gasolina con o sin mejorador del octanaje o tambin llamado antidetonante que es un compuesto oxigenado que se le adiciona a la gasolina, gas licuado de petrleo o gas LP, combustleos, asfaltos, coque y azufre como subproducto, agrega otros compuestos aditivos.

Subdivisin de una refinera

Una refinera tpica podra ser subdividida en doce procesos o unidades, aunque en ocasiones podr contar con ms, dependiendo de si se integran los procesos que elaboran compuestos oxigenados. En este libro solamente mencionaremos brevemente la relacin operacional que tienen estos procesos, as como la funcin principal que cumplen, los flujos que manejan y los productos elaborados en cada uno de ellos. Destilacin primaria de crudo: este proceso inicia la refinacin del petrleo y su funcin es separar los diferentes componentes del crudo en una torre de destilacin. Los productos del proceso son gas combustible, gasolina de destilacin directa, naftas ligera y pesada, combustleos y crudo reducido

Destilacin al vaco: en este proceso se alimenta el crudo reducido de la destilacin primaria y su funcin es la de separar an ms esta fraccin realizando una destilacin al vaco. Los productos obtenidos son los siguientes: gasleos ligero y pesado, aceites lubricantes, asfalto o combustleo pesado y la alimentacin del coquizador.Hidrodesulfuracin: en esta unidad se purifica la corriente alimentada eliminndole bsicamente los compuestos de azufre; tambin se eliminan nitrgeno, oxgeno y metales pesados. Todo esto es con objeto de proteger los catalizadores empleados en otros procesos de la refinera. Los flujos de entrada que se manejan en este proceso son hidrocarburos seleccionados de la destilacin primaria con hidrgeno convirtiendo los compuestos de azufre en sulfuro de hidrgeno el cual se elimina en forma gaseosa. Los productos del proceso son: gasolina desulfurizada, naftas ligera y pesada

desulfurizada, o combustleos desulfurizados o combustleos catalticos desulfurizados.

Reformacin: la nafta desulfurizada se bombea a este proceso, el cual cumple la funcin de rearreglar los hidrocarburos por medio de desintegracin en catalizadores de platino-aluminio y bimetlico para producir gasolina de alto octano. Los productos de la unidad son: gasolina reformada de alto octano, hidrgeno, gas combustible y residuos ligeros como los propanos C3s y butanos C4s.

Isomerizacin: en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilacin primaria y desulfurizada por la hidrodesulfurizacin.

En este proceso tambin son rearreglados o reacomodados los hidrocarburos de la gasolina, en presencia de un catalizador de platino o de cloruro de aluminio. El producto es la gasolina de alto octano y gas combustible

.

Desintegracin cataltica: el gasleo ligero producido en la destilacin al vaco sirve esencialmente de carga en este proceso, el cual cumple la funcin de romper los hidrocarburos del gasleo con ayuda de un catalizador que normalmente es de compuestos de slice-aluminio. Durante el proceso se forma coque (depsitos de carbn), que se deposita en el catalizador reduciendo con esto su actividad cataltica. El catalizador se regenera quemando el coque con aire. Los productos en este proceso son gasolina cataltica, destilados ligeros y gasolina que se emplean como combustleos destilados

Alquilacin: los compuestos de cuatro tomos de carbono, butilenos y butanos y algunas veces los de tres tomos de carbono, propilenos, que provienen de otros procesos en la refinera, se hacen reaccionar en esta unidad de alquilacin para formar el alquilado ligero. En esta unidad se utiliza como catalizador el cido fluorhdrico o cido sulfrico. Los productos del proceso son: alquilado ligero de alto octano y gas licuado del petrleo o GLP.

Polimerizacin: en este proceso son aprovechados los polipropilenos que se producen en la desintegracin cataltica hacindolos reaccionar entre s y en presencia de un catalizador con base en el cido fosfrico o de slice. En este proceso se producen la gasolina de polimerizacin de alto octano y gas licuado del petrleo o GLP.

Coquizacin: los residuos de la destilacin al vaco son desintegrados trmicamente para convertirlos en combustibles ligeros y en coque. Los productos en este proceso son: gas combustible, nafta, gasleos ligeros y pesados y coque.

Recuperacin de azufre: en varios procesos de una refinera se produce cido sulfhdrico (H2S); en la mayora de las hidrodesulfuradoras ste es recolectado en forma gaseosa o disuelto en soluciones de amina y es convertido en materiales ms comerciales que son el azufre y el cido sulfrico.

El producto de la unidad es azufre.

Mezclado de gasolina: en esta unidad se reciben todos los componentes para el mezclado de gasolinas, estas provienen de diferentes unidades.

Una vez formada una mezcla se le agregan aditivos que son compuestos oxigenados, ter metil ter-butlico (MTBE) o ter metil ter-amlico (TAME) que sirven como antidetonantes y que dan los grados de octanaje necesarios en las gasolinas con antidetonante de alto y bajo octano. Cuando no se les agrega ningn compuesto oxigenado se obtienen las gasolinas de alto y bajo octano y gasolina de aviacin.

Unidad de servicios auxiliares: en esta unidad se da un soporte tcnico a los otros once procesos suministrndoles vapor de agua de alta, media y baja presin, electricidad, aire comprimido y agua de enfriamiento. En algunas refineras se utiliza parte del vapor para producir electricidad y en otras la electricidad se compra y se utiliza totalmente el vapor generado en una caldera para los procesos. El calor necesario para la produccin del vapor proviene del quemado de combustibles y derivados del petrleo de bajo valor comercial provenientes de los diferentes procesos.

Equipo principal en los procesos de una refineraA pesar de las diferencias en funcin, y en los flujos y productos que maneja cada uno de los doce procesos esenciales de una refinera el equipo de proceso con que cuenta cada unidad es muy similar. De ah que se pueda hacer un listado del equipo principal que se tiene en cada proceso y se pueden resumir operaciones modulares que sirvan para cualquiera de ellos.

Destilacin primaria: bombas, cambiadores de calor, desaladora, calentador, y torre de fraccionamiento.

Destilacin del vaco: calentador, torre de destilacin al vaco, eyector.

Hidrodesulfuracin: tanque de carga, bomba, cambiador de calor, calentador, reactor, tanque de vaporizacin instantnea (flasheo), compresor, separador, rehervidor, condensador y acumulador

Reformacin: bombas, cambiadores de calor, calentador, reactor, enfriador, tanque de flasheo, compresor, estabilizador, rehervidor, condesador y acumulador

Isomerizacin: calentador, reactor, cambiador de calor, enfriador por aire, tanque de flasheo, compresor y estabilizador

Desintegracin cataltica: reactor, sedimentador, regenerador, separador, rehervidor y torre de destilacin depropanizadora

Alquilacin: reactor-sentador, separador de ismeros, torre de destilacin (depropanizadora), sedimentador, acumulador y regenerador de cido

Polimerizacin: bomba, cambiador de calor, domo de vapor, reactor, torre de destilacin depropanizadora, condensador, receptor y rehervidor

Coquizador: tanques de coque, calentador, torre de fraccionamiento, enfriadores por aire, acumulador, bombas, cambiadores de calor, separador.

Recuperacin de azufre: soplador, reactores, condensadores, quemador, fosa y bomba.

Mezclado de gasolina: tanques de almacenamiento y bombas.

Servicios auxiliares: calderas, bombas, compresor, generador elctrico y sistemas de tratamiento de agua

En esta manera se pueden resumir, en forma modular; las operaciones en donde cada mdulo tiene cierta funcin que vara de proceso en proceso. La diferencia entre aplicar un cierto mdulo de operacin de un proceso a otro, sern los flujos de entrada y salida y sus caractersticas de composicin.

Los mdulos comunes son: bomba, cambiador de calor, compresor, expansor, torre de destilacin, turbina, eyector, tanque, recipiente, reactor y flash. Los reactores pueden ser de diferente tipo segn su geometra, su contenido y sus alimentaciones.

5. NOMENCLATURA

MTBE: ter metil ter-butlico

TAME: ter metil ter-amlico

GLP: gas licuado de petrleo

H2S: cido sulfhdricoCraqueo: es un proceso qumico por el cual se quiebran molculas de un compuesto produciendo as compuestos ms simples.

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Para la extraccin de varios subproductos, es necesario eliminar las impurezas que se presentan en el petrleo al momento de refinarlo y destilarlo.

En una Refinera la aplicacin de las bombas es fundamental ya que el propsito de la bomba es aplicar presin a un lquido y transferir a otro recipiente. Por lo cual debemos tener cuidado, y revisar que este equipo no este daado.

Deben tener en mantenimiento los equipos de refinera, para evitar que se presente algn problema en el momento de realizar la refinacin. Estos equipos hay que tener mucho cuidado, por lo que son muy costosos.

La industria de refinacin de petrleo encierra una serie de procesos fsicos y qumicos a los que se somete el petrleo crudo para obtener de l por destilacin y transformacin qumica, los diversos hidrocarburos o las familias de hidrocarburos

La funcin de una refinera es transformar el petrleo en productos derivados que satisfagan las necesidades de la sociedad.7. BIBLIOGRAFIA Vladimir Mera. (2008). DESCRIPCIN ESQUEMTICA DE LA PRODUCCIN DE PRODUCTOS LIMPIOS EN REFINERA. Tesis de Grado previo la obtencin del ttulo de Tecnlogo en Petrleos. UNIVERSIDAD TECNOLGICA EQUINOCCIAL. Quito. EcuadorRafael Torres Robles. Javier Castro Arellano. (2002). ANLISIS Y SIMULACIN DE PROCESOS DE REFINACIN DEL PETRLEO. DF. Mexico. Instituto Politecnico Nacional

7-5-2015

Giovanny Vsconez Pgina 8