ESQUEMA GENERAL DE REFINACIN DEL PETRLEO

Fig 1.Principales trayectorias de flujo de materiales en una refinera integrada productora de combustibles.

INDUSTRIALIZACIN DEL PETROLEO

1. GENERALIDADES Aunque no existen dos refineras exactamente iguales, en la fig. 1 se muestra esquemticamente una refinera integrada tpica que realiza procesos de refinacin representativos. Por simplicidad, el diagrama se limita a operaciones relacionadas con la produccin de combustibles. Se omiten las operaciones de manufactura en las que intervienen aceites lubricantes, ceras, solventes, aceites para caminos, asfalto, sustancias petroqumicas y otros productos no combustibles. El diagrama se basa en la refinacin que se practica en Estados Unidos. Fuera de ese pas, los procesos de fabricacin de gasolina como desintegracin cataltica, alquilacin o hidrlisis cataltica son menos comunes. Entre las unidades de procesamiento bsicas para la manufactura de productos combustibles en la industria de la refinacin se incluyen: 1) destilacin de crudo, 2) reforma cataltica, 3) desintegracin cataltica, 4) hidrlisis cataltica, 5) alquilacin, 6) pirlisis, 7) hidrotratamiento y 8) concentracin de gas. En las refineras de petrleo se usan adems otros procesos auxiliares, como son unidades tratadoras para purificar tanto los lquidos como los gases producidos, unidades para recuperar el sulfuro de hidrgeno del gas producido y convertirlo en azufre elemental o cido sulfrico, estaciones de energa elctrica, instalaciones generadoras de vapor y lugares para almacenamiento del petrleo crudo y los productos. 1.1. DESTILACION DE CRUDO A fin de minimizar la corrosin del equipo de refinado, la unidad de destilacin de petrleo crudo generalmente es precedida por una de desalado, que reduce el contenido de sal inorgnica de los crudos. Las concentraciones de sal varan ampliamente (de casi cero a varios cientos de libras, expresadas como NaCl por 1 000 barriles). La unidad destiladora simplemente separa fsicamente el petrleo crudo por destilacin fraccionada en componentes de cierto intervalo de ebullicin, de modo que pueden ser procesados adecuadamente en pasos posteriores para formar productos especficos. Aunque los intervalos de ebullicin de estos componentes (o fracciones) varan segn las refineras, una unidad destiladora de crudo (o simplemente unidad de crudo) separa ste (como se indica en la fig. 1) en las siguientes fracciones: A. Por destilacin a la presin atmosfrica: 1. Fraccin ligera de destilacin directa, que consiste principalmente en hidrocarburos C5 y C6 y pero que tambin contiene algo de C4, e hidrocarburos gaseosos ms ligeros disueltos en el crudo.

2. Fraccin de nafta, intervalo nominal de ebullicin de 200-400 F (93-204 C). 3. Destilado ligero, con intervalo de ebullicin de 400-500 F (204-343 C). B. Por evaporacin al vaco (flasheo). 1. Gasleo pesado con intervalo de ebullicin de 650-1 050 F (343-566 C). 2. Una brea residual no destilable. En la parte de destilacin a presin atmosfrica de la unidad, el petrleo crudo se calienta a una temperatura a la cual es vaporizado parcialmente y despus se introduce a una columna de destilacin, a corta distancia del fondo. El recipiente cilndrico est equipado con numerosos platos entre los cuales los vapores de hidrocarburos pueden ascender. Cada plato contiene una capa de lquido a travs de la cual pueden burbujear los vapores, y el lquido puede fluir continuamente por gravedad hacia abajo al plato que est abajo de l. Conforme ascienden por los platos los vapores se hacen ms ligeros (de menor peso molecular y ms voltiles) y el liquido que fluye hacia abajo se hace progresivamente ms pesado (de mayor peso molecular y menos voltil). Esta accin a contracorriente tiene por resultado una destilacin fraccionada o separacin de hidrocarburos segn su punto de ebullicin. Puede tomarse el lquido de cualquier plato preseleccionado como un producto neto: los lquidos ms ligeros (por ejemplo nafta) de los platos cercanos al extremo superior de la columna, y los lquidos ms pesados (por ejemplo aceite Diesel) de los platos cercanos a la parte inferior. El intervalo de ebullicin del lquido producido neto depende del plato del que se le tome. Los vapores que contienen los hidrocarburos C6 y ms ligeros se toman de la parte superior de la columna como producto neto, pero un lquido que hierve a ms de 650 F (343 C) se toma del fondo de la columna de destilacin de crudo. Este producto lquido, llamado residuo atmosfrico, se calienta an ms y se introduce en una columna de vaco operada a una presin absoluta cercana a 50 mm Hg para obtener el gasleo pesado y los productos no destilados de brea previamente descritos. Aunque la columna de vaco contiene cierta estructura interna para minimizar la entrada de brea en los vapores que ascienden y para ayudar a la transferencia de calor entre vapor y lquido, es ms bien una cmara en la cual se separan vapor y lquido por evaporacin del vaco (flasheo) de un solo paso que una columna de destilacin fraccionada. El petrleo crudo y el residuo atmosfrico se calientan a las temperaturas deseadas en calentadores tubulares. El petrleo se bombea por el interior de los tubos contenidos en una cmara de combustin refractaria alimentada con petrleo o gas-combustible, de modo que el calor se transfiere por la pared del tubo en parte por conveccin desde los gases de combustin calientes y en parte por radiacin desde las superficies refractarias incandescentes. Gasolina ligera de destilacin directa. Esta fraccin generalmente contiene todos los hidrocarburos del crudo ms ligeros que el C,, y consiste principalmente en las familias nativas C5 y C6. Esta fraccin ligera se estabiliza (este paso no se muestra en la fig. 1) para eliminar los C4 e hidrocarburos ms ligeros, que se envan a una unidad central de

concentracin de gases para mayor separacin. La mezcla estabilizada C5/C6 usualmente contiene mercaptanos, olorosos, que son tratados para mejorar su olor antes del envo al depsito de gasolina de la refinera. Entre los componentes de los modernos depsitos de gasolina, la fraccin ligera de destilacin directa tiene el menor ndice de octano (grado antidetonante). Su ndice de octano sin plomo, en un caso tpico, estar exactamente abajo de 70, mientras que dicho ndice para todo el depsito de gasolina de la refinera (considerando un promedio en Estados Unidos) ser de aproximadamente 89. La fraccin ligera de destilacin directa da una buena respuesta en cuanto a ndice de octano a las adiciones de alquilos de plomo. Tambin se emplea isomerizacin para mejorar su ndice de octano. 1.2. PROCESOS DE TRANSFORMACIN QUIMICA Reforma cataltica. La composicin qumica de la fraccin de nafta, y por consiguiente su ndice de octano, varan con la fuente del crudo, pero dicho ndice en promedio estar en el intervalo de 40 a 50 octanos. A fin de hacer a la nafta un componente adecuado para mezclarlo con volmenes acabados de gasolina, su ndice de octano debe elevarse cambiando su composicin qumica. En casi todas las refineras del mundo se realiza este cambio por medio de reforma cataltica. Prcticamente toda la nafta que entra a las unidades de reforma cataltica es hidrotratada antes, con objeto de prolongar la vida til del catalizador del proceso. Un importante subproducto de la reforma cataltica es el hidrgeno, que se utiliza para hidrotratar y para cualquier hidrlisis que se efecte en la refinera. En algunos casos se produce hidrgeno adicional mediante reforma a vapor de fracciones de gas natural o nafta liger Desintegracin cataltica. El principal objetivo de la desintegracin cataltica es convertir en gasolina aquellas fracciones que tienen intervalos de ebullicin mayores que el de la gasolina. Un importante objetivo secundario es crear olefinas ligeras, como propileno y butilenos, que se utilizan como materia prima para alquilacin de combustible para vehculos y produccin petroqumica. El isobutano, un reactivo necesario para el proceso de alquilacin, tambin es un producto importante para la desintegracin cataltica. Aunque la principal materia prima es el gasleo separado del crudo por destilacin al vaco, frecuentemente se complementa con porciones de destilados ligeros y con fracciones destiladas producidas por operaciones de coquificacin trmica. Estas operaciones no se muestran en la fig. 1. Por razones prcticas, la conversin de materias primas destiladas a sustancias ms ligeras no se efecta totalmente. Los destilados restantes no desintegrados (aceites de ciclo) se emplean como componentes de combustibles para calefaccin domstica (por lo general despus de hidrotratamiento) y se mezclan con fracciones residuales para reducir su viscosidad y formar un combustleo pesado de calidad aceptable, como se muestra en la fig. 1. En algunas refineras, los aceites de ciclo son hidrolizados para completar su conversin en gasolina.

Los ndices de octano sin plomo de las gasolinas desintegradas catalticamente estn en el intervalo de 89 a 93. Despus de tratamiento para mejorar el olor, se les enva directamente a la mezcla del depsito de gasolina de la refinera. Hidrlisis. En cierto sentido, la hidrlisis es complementaria y suplementaria de la desintegracin cataltica, pues por hidrlisis se procesan con un catalizador en un ambiente de hidrgeno destilados pesados y, en algunos casos, aceites de ciclo, cuya conversin total es imprctica en unidades de desintegracin cataltica. Los principales productos son gasolina o combustibles para aviones a reaccin y otros destilados ligeros. Un importante subproducto es el isobutano. Generalmente la fraccin C5/C6 se aade directamente a la mezcla en el depsito de gasolina. En algunos casos tambin se aade la porcin ms pesada de la gasolina, y en otros la porcin puede ser reformada antes para mejorar su ndice de octano. En el diagrama de flujo de la fig. 1 se muestra solamente gasleo pesado como materia prim