78 PROCESO DE REFINO DE PETRÓLEO

PETROLEO Y GAS NATURAL

INDUSTRIAS QUIMICAS

Director del captulo Richard S. Kraus

78SUMARIO

SumarioProceso de refino del petrleo Richard S. Kraus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78.2

ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO

78.1

SUMARIO

78.1

78. PETROLEO Y GAS NATURAL

INDUSTRIAS QUIMICAS

PROCESO DE REFINO DEL PETROLEOPerfil general

PROCESO DE REFINO DEL PETROLEO

fue el producto de mayor demanda. Los dos acontecimientos ms significativos en el cambio de esta situacin fueron: la invencin de la luz elctrica, que redujo la demanda de queroseno, la invencin del motor de combustin interna, al que sigui una demanda de gasleo diesel y gasolina (nafta). Con la llegada de la produccin a gran escala y la primera Guerra Mundial, el nmero de vehculos propulsados por gasolina aument de manera espectacular, como lo hizo la demanda de gasolina. Con todo, los procesos de destilacin atmosfrica y al vaco slo permitan obtener del petrleo crudo cierta cantidad de gasolina. El primer proceso de craqueo trmico se aplic en 1913. El craqueo trmico someta los combustibles pesados a presin y calor intenso, descomponiendo as fsicamente sus grandes molculas en otras ms pequeas, con lo que produca ms gasolina y combustibles de destilacin. A fines del decenio de 1930 se aplic una forma ms elaborada de craqueo trmico, la ruptura de la viscosidad, que permita obtener productos ms valiosos y apreciables. Al elaborarse motores de gasolina de compresin ms elevada, se produjo una demanda de gasolina de mayor octanaje, con mejores cualidades antidetonantes. La introduccin del craqueo cataltico y de los procesos de polimerizacin en la segunda mitad del decenio de 1930, satisfizo esta demanda al proporcionar gasolina de mayor rendimiento y octanajes ms

Richard S. Kraus

El refino del petrleo comienza con la destilacin, o fraccionamiento, de los crudos en grupos de hidrocarburos separados. Los productos resultantes estn directamente relacionados con las caractersticas del petrleo crudo que se procesa. La mayora de estos productos de la destilacin se convierten a su vez en productos ms tiles cambiando sus estructuras fsicas y moleculares mediante craqueo, reforma y otros procesos de conversin. A continuacin, estos productos se someten a diversos procesos de tratamiento y separacin (extraccin, hidrotratamiento y desmercaptanizacin), para obtener productos terminados. Mientras que las refineras ms sencillas se limitan generalmente a la destilacin atmosfrica y al vaco, en las refineras integradas se hace fraccionamiento, conversin, tratamiento y mezcla con lubricante, combustibles pesados y fabricacin de asfalto, y, en ocasiones, procesado petroqumico. La primera refinera, inaugurada en 1861, produca queroseno mediante destilacin atmosfrica simple. Entre los subproductos haba alquitrn y nafta. Pronto se descubri que podan producirse aceites lubricantes de alta calidad destilando petrleo al vaco. Con todo, durante los 30 aos siguientes el queroseno Tabla 78.1 Cronologa resumida del proceso de refino. Ao 1862 1870 1913 1916 1930 1932 1932 1933 1935 1935 1937 1939 1940 1940 1942 1950 1952 1954 1956 1957 1960 1974 1975 Nombre del proceso Destilacin atmosfrica Destilacin al vaco Craqueo trmico Desmercaptanizacin Reforma trmica Hidrogenacin Coquizacin Extraccin de disolventes Desparafinado de disolventes Polimerizacin cataltica Craqueo cataltico Ruptura de la viscosidad Alquilacin Isomerizacin Craqueo cataltico de lquidos Desasfaltado Reforma cataltica Hidrodesulfuracin Desmercaptanizacin con inhibidores Isomerizacin cataltica Hidrocraqueo Desparafinado cataltico Hidrocraqueo de residuos

Finalidad del proceso Producir queroseno Lubricantes (originales) Cargas de craqueo (decenio 1930) Aumentar gasolina Reducir azufre y olor Mejorar ndice de octano Eliminar azufre Producir materiales base para gasolina Mejorar ndice viscosidad del lubricante Mejorar punto de goteo Mejorar rendimiento gasolina e ndice de octano Gasolina de mayor octanaje Reducir la viscosidad Aumentar octanaje y rendimiento de la gasolina Producir carga de alquilacin Aumentar rendimiento y octanaje de la gasolina Aumentar la carga de craqueo Convertir nafta de baja calidad Eliminar azufre Eliminar mercaptano Convertir en molculas de alto ndice de octano Mejorar calidad y reducir azufre Mejorar punto de goteo Aumentar rendimiento en gasolina de los residuos

Subproductos del proceso Nafta, alquitrn, etc. Asfalto, residuo Cargas de coquificador Residuo, combustible para barcos Azufre Residuo Azufre Coque Aromticos Ceras Cargas petroqumicas Cargas petroqumicas Ms destilado, alquitrn Gasolina de aviacin de alto octanaje Nafta Cargas petroqumicas Asfalto Aromticos Azufre Disulfuros Cargas de alquilacin Cargas de alquilacin Cera Residuos pesados

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INDUSTRIAS QUIMICAS

Figura 78.1 Organigrama del proceso de una refinera.

elevados. Al comienzo del decenio de 1940 se desarroll la alquilacin, otro proceso cataltico, para producir ms gasolina destinada al campo de la aviacin de alto octanaje y cargas petroqumicas para la fabricacin de explosivos y caucho sinttico. Le sigui la isomerizacin cataltica, cuyo objeto era convertir los hidrocarburos para producir mayores cantidades de materias primas para la alquilacin. Despus de la segunda Guerra Mundial se introdujeron diversos procesos de reforma que mejoraron la calidad y el rendimiento de la gasolina, y proporcionaron productos de mayor calidad. Algunos de ellos requeran el empleo de catalizadores y/o de hidrgeno para cambiar las molculas y eliminar el azufre. Durante el decenio de 1960 se introdujeron mejoras en los catalizadores y se elaboraron mtodos de proceso, como el hidrocraqueo y la reforma, para aumentar los rendimientos de la gasolina y mejorar las cualidades antidetonantes. Tales procesos catalticos produjeron tambin molculas de doble enlace (alquenos), base de la moderna industria petroqumica. El nmero y tipo de los diferentes procesos utilizados en las modernas refineras dependen principalmente de la naturaleza de los crudos empleados como materia prima y de los requisitos de los productos finales. Tambin influyen en los procesos factores econmicos: costes de los crudos, valores de los

productos, disponibilidad de servicios bsicos y transporte. La cronologa de la introduccin de los diversos procesos se recoge en la Tabla 78.1.

Procesos y operaciones bsicos de refino

Los procesos y operaciones de refino de petrleo se clasifican bsicamente en: separacin, conversin, tratamiento, formulacin y mezcla, operaciones auxiliares y operaciones fuera de proceso (vase el organigrama simplificado de la Figura 78.1). Separacin. El petrleo crudo se separa fsicamente, mediante fraccionamiento en torres de destilacin atmosfricas y de vaco, en grupos de molculas de hidrocarburos con diferentes intervalos de temperaturas de ebullicin, denominados fracciones. Conversin. Los procesos de conversin ms utilizados para modificar el tamao y/o la estructura de las molculas de hidrocarburos, son los siguientes: descomposicin (divisin) mediante hidrocraqueo, craqueo trmico y cataltico, coquizacin y ruptura de la viscosidad; unificacin (combinacin) mediante alquilacin y polimerizacin; alteracin (rectificacin) con isomerizacin y reforma cataltica, tratamiento.


78.3


78.3


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Tabla 78.2 Principales productos del refino de petrleo crudo. Hidrocarburos gaseososGases licuados

UsosGas de cocina e industrial Gas combustible para motores Gas de alumbrado Amonaco Fertilizantes sintticos Alcoholes Disolventes y acetona Plastificantes Resinas y fibras para plsticos y textiles Pinturas y barnices Productos de goma Tintas de imprenta Industria del caucho Olefinas Disolventes y diluyentes Disolventes de extraccin Materias primas para la industria qumica Gasolina para aviones y motores Disolventes de limpieza en seco Combustible para aviones de reaccin militares Combustible para aviones de reaccin y queroseno Combustible para tractores Carga de craqueo Gasleo de calefaccin y gasleo diesel Combustible metalrgico Aceite absorbente, recuperacin de benceno y gasolina Aceites textiles Aceites medicinales y cosmticos Aceite blanco: industria alimentaria Aceites para transformadores y husillos Lubricantes para motores Lubricantes para mquinas y compresores Aceites hidrulicos y para turbinas Lubricantes para transmisiones Aceites para maquinaria y aislamiento de cables Lubricantes para ejes, engranajes y mquinas de vapor Aceites de mecanizado, corte y rectificado de metales Aceites de temple e inhibidores de la corrosin Aceites de transferencia trmica Grasas y compuestos lubricantes Aceites para tintas de imprenta Industria del caucho Productos farmacuticos y cosmticos Industrias alimentaria y papelera Velas y cerillas Vaselina Cosmticos Inhibidores de la corrosin y lubricantes Compuestos para revestimiento de cables Fuel de calderas y procesos del n. 6 Asfalto para pavimentos Materiales para cubiertas y tejados Lubricantes asflticos Aislantes y para proteccin de cimientos Productos para impermeabilizacin del papel Electrodos y combustible Emulsores Fertilizantes sintticos Productos qumicos Reforma de hidrocarburos

Materia prima para la industria qumica Negro de humo

Destilados ligerosNaftas ligeras

Naftas intermedias Naftas pesadas Gasleo

Destilados pesadosLubricantes tcnicos Aceites lubricantes

Desde los comienzos del refino se han utilizado diversos mtodos de tratamiento para eliminar no hidrocarburos, impurezas y otros constituyentes que afectan negativamente a las propiedades de rendimiento de los productos acabados o reducen la eficacia de los procesos de conversin. El tratamiento implica reacciones qumicas y separacin fsica, como disolucin, absorcin o precipitacin, mediante varios procesos y combinaciones de procesos. Entre los mtodos de tratamiento se cuentan la eliminacin o separacin de componentes aromticos y naftenos, y la eliminacin de impurezas y contaminantes indeseables. Se utilizan compuestos desmercaptanizantes y cidos para desulfurar el petrleo crudo antes del procesado, y para tratar los productos durante y despus de ste. Otros mtodos de tratamiento son la desalinizacin del crudo, la extraccin qumica de mercaptanos, el tratamiento con cidos, el contacto con arcilla, la hidrodesulfuracin, el refino de disolventes, el lavado custico, el hidrotratamiento, el secado, y la extraccin y el desparafinado de disolventes. La formulacin y mezcla es el proceso consistente en mezclar y combinar fracciones de hidrocarburos, aditivos y otros componentes para obtener productos acabados con unas propiedades especficas de rendimiento idneo. Operaciones auxiliares de refino. Otras operaciones de las refineras necesarias para dar soporte al procesado de los hidrocarburos son la recuperacin de residuos ligeros; la eliminacin del agua amarga; el tratamiento y refrigeracin de residuos slidos, aguas residuales y agua de proceso; la produccin de hidrgeno; la recuperacin de azufre, y el tratamiento de gases cidos y gas residual. Otras funciones del proceso son la provisin de catalizadores, reactivos, vapor, aire, nitrgeno, oxgeno, hidrgeno y gases combustibles. Instalaciones de las refineras que no forman parte del proceso. Todas las refineras tienen multitud de instalaciones, funciones, equipos y sistemas que dan soporte a las operaciones de procesado de los hidrocarburos. Las operaciones de soporte habituales son la generacin de calor y energa; el movimiento de productos; el almacenamiento en depsitos; la expedicin y manipulacin; las llamas y sistemas de descarga de presin; los hornos y calentadores; las alarmas y sensores, y el muestreo, la verificacin y la inspeccin. Entre las instalaciones y sistemas que no forman parte del proceso estn los sistemas de lucha contra incendios, de abastecimiento de agua y de proteccin, controles de ruido y contaminacin, laboratorios, salas de control, almacenes, e instalaciones de mantenimiento y administrativas.

Cera de parafina

Principales productos del refino de petrleo crudo

ResiduosPetrolato

Fuel residual Asfaltos

Subproductos de refinerasCoque Sulfonatos Acido sulfrico Azufre Hidrgeno

El refino de petrleo ha evolucionado continuamente en respuesta a la demanda de productos mejores y diferentes por parte de los consumidores. El requisito original del proceso era producir queroseno como fuente de combustible para el alumbrado ms barata y mejor que el aceite de ballena. La elaboracin del motor de combustin interna condujo a la produccin de benceno, gasolina y gasleos diesel. La evolucin del aeroplano hizo necesarios la gasolina de aviacin de alto octanaje y el combustible para aviones de reaccin, que es una forma ms elaborada del producto original de las refineras, el queroseno. Las refineras actuales producen varios productos, muchos de los cuales se utilizan como materia prima para procesos de craqueo y fabricacin de lubricantes, y para la industria petroqumica. Se clasifican en trminos generales como combustibles, cargas petroqumicas, disolventes, aceites de proceso, lubricantes y productos especiales, como cera, asfalto y coque (vase la Tabla 78.2). En el procesado de hidrocarburos se utilizan, o se forman como resultado del mismo, varios productos qumicos. A

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continuacin figura una breve descripcin de aqullos que son especficos y caractersticos del refino:

Dixido de azufre

El gas procedente de la combustin de combustibles de alto contenido en azufre suele tener niveles altos de dixido de azufre, que se elimina por lo comn mediante lavado con agua.

Custicos

Se aaden custicos al agua de desalinizacin para neutralizar cidos y reducir la corrosin. Se aaden tambin al crudo desalinizado con el fin de reducir la cantidad de cloruros corrosivos de los productos de las zonas superiores de la torre. Se utilizan en procesos de tratamiento de las refineras para eliminar contaminantes de las corrientes de hidrocarburos.

el azufre estn impregnados de cobalto, nquel o molibdeno. En las unidades de craqueo se emplean catalizadores de funcin cida: arcilla natural, almina-silce y zeolitas. En la isomerizacin y la reforma se emplean catalizadores de funcin cida impregnados de platino u otros metales nobles. Los catalizadores agotados requieren medidas especiales de manipulacin y proteccin frente a las exposiciones, dado que a veces contienen metales, aceites aromticos, compuestos aromticos policclicos cancergenos u otros materiales peligrosos, y tambin pueden ser pirofricos. Los principales productos combustibles son el gas de petrleo licuado, la gasolina, el queroseno, el combustible para motores de reaccin, el gasleo diesel, el gasleo para calefaccin y el fuel residual. El gas de petrleo licuado (GLP), constituido por mezclas de hidrocarburos parafnicos y olefnicos, como el propano y el butano, se produce para utilizarlo como combustible, y se almacena y manipula en fase lquida a presin. El GPL tiene puntos de ebullicin que van desde aproximadamente 74 C hasta + 38 C, es incoloro y sus vapores son ms pesados que el aire y extremadamente inflamables. Las cualidades importantes del GPL desde la perspectiva de la salud y seguridad en el trabajo, son la presin de vapor y el control de los contaminantes. Gasolina. El producto ms importante de las refineras es la gasolina para motores, una mezcla de fracciones de hidrocarburos con puntos de ebullicin relativamente bajos, incluida la gasolina reformada, de alquilato, nafta aliftica (nafta ligera de destilacin directa), nafta aromtica (nafta de craqueo trmico y cataltico) y aditivos. Las mezclas de gasolina tienen puntos de ebullicin que van desde temperaturas ambiente hasta unos 204 C, y un punto de inflamacin inferior a 40 C. Las cualidades crticas de la gasolina son el ndice de octano (cualidad antidetonante), la volatilidad (arranque y tapn de vapor) y la presin de vapor (control ambiental). Los aditivos se utilizan para mejorar el rendimiento de la gasolina y proporcionar proteccin frente a la oxidacin y la corrosin. La gasolina empleada en aviacin es un producto de alto ndice de octano, una mezcla especialmente estudiada para ofrecer buen rendimiento a grandes altitudes. El plomo tetraetlico (PTE) y el plomo tetrametlico (PTM) son aditivos de la gasolina que mejoran los ndices de octano y las cualidades antidetonantes. En un esfuerzo por reducir la presencia de plomo en las emisiones de escape de los automviles, estos aditivos ya no se utilizan de modo habitual, excepto en la gasolina empleada en aviacin. Para mejorar las cualidades antidetonantes de la gasolina sin plomo y reducir las emisiones de monxido de carbono, en lugar de PTE y PTM se utilizan etilbutilter terciario (EBET), metilbutilter terciario (MBET), amilmetilter terciario (AMET) y otros compuestos oxigenados. Combustible para motores de reaccin y queroseno. El queroseno es una mezcla de parafinas y naftenos, generalmente con menos de un 20 % de componentes aromticos. Tiene un punto de inflamacin superior a 38 C y un intervalo de temperaturas de ebullicin de 160 C a 288 C, y se utiliza para alumbrado, calefaccin, disolventes y para mezclarlo con gasleo diesel. El combustible para motores de reaccin es un destilado intermedio de queroseno cuyas cualidades crticas son el punto de congelacin, el punto de inflamacin y el punto de humo. El combustible comercial para motores de reaccin tiene un rango de ebullicin de aproximadamente 191C a 274 C, y el combustible para motores de reaccin de uso militar, un rango de 55 C a 288 C.78.5

Combustibles

Oxidos de nitrgeno y monxido de carbono

Acido sulfhdrico

El cido sulfhdrico se encuentra de modo natural en la mayora de los crudos de petrleo y se forma tambin durante el procesado debido a la descomposicin de compuestos de azufre inestables. El cido sulfhdrico es un gas extremadamente txico, incoloro e inflamable, ms pesado que el aire y soluble en agua. Tiene un olor a huevos podridos que se percibe a concentraciones muy por debajo de su lmite de exposicin, que es muy bajo. Aun as, no ha de confiarse en ese olor como seal de alerta, pues los sentidos se desensibilizan casi de forma inmediata al producirse la exposicin. Se necesitan detectores especiales para alertar a los trabajadores de la presencia de cido sulfhdrico, y en presencia del gas debe utilizarse proteccin respiratoria adecuada. La exposicin a niveles bajos de cido sulfhdrico causa irritacin, mareos y cefaleas, mientras que la exposicin a niveles por encima de los lmites prescritos causa depresin del sistema nervioso e incluso la muerte.

Agua amarga

El agua amarga es agua de proceso que contiene cido sulfhdrico, amonaco, fenoles, hidrocarburos y compuestos de azufre de bajo peso molecular. Se produce al absorber el vapor fracciones de hidrocarburos durante la destilacin, en la regeneracin de catalizador o al absorber el vapor cido sulfhdrico durante el hidrotratamiento y el hidroacabado. Tambin se genera por la adicin de agua a procesos para absorber cido sulfhdrico y amonaco.

Acido sulfrico y cido fluorhdrico

Ambos se utilizan como catalizadores en los procesos de alquilacin. El cido sulfrico se emplea tambin en algunos de los procesos de tratamiento.

Catalizadores slidos

En los procesos de refino se utilizan varios catalizadores slidos diferentes, de numerosas formas distintas, desde pastillas hasta cuentas granulares o polvos, constituidos por diversos materiales y con diversas composiciones. En unidades de lecho mvil y fijo se emplean catalizadores de pastillas extruidas, mientras que en procesos de lecho fluido se usan catalizadores de partculas esfricas finas. Los catalizadores utilizados en procesos que eliminan



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El gas de chimenea contiene hasta 200 ppm de xido ntrico, que reacciona lentamente con el oxgeno y forma dixido de nitrgeno. El xido ntrico no se elimina mediante el lavado con agua, por lo que el dixido de nitrgeno puede disolverse en el agua y formar cido nitroso y ntrico. Por lo comn, el gas de chimenea slo contiene una pequea cantidad de monxido de carbono, a menos que la combustin sea anmala.

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Combustibles de destilacin. Los gasleos diesel y los de calefaccin domstica son mezclas de color claro de parafinas, naftenos y componentes aromticos, que a veces contienen cantidades moderadas de olefinas. Los combustibles de destilacin tienen puntos de inflamacin superiores a 60 C y rangos de ebullicin de 163 C a 371 C aproximadamente, y con frecuencia se someten a hidrodesulfuracin para mejorar la estabilidad. Al ser combustibles, cuando se tratan emiten vapores que forman mezclas inflamables con el aire. Entre las cualidades idneas de los combustibles de destilacin estn los puntos de inflamacin y de goteo controlados, la combustin limpia, la ausencia de formacin de depsitos en los tanques de almacenamiento y un ndice de cetano de los gasleos diesel adecuado para un buen arranque y una combustin satisfactoria. Combustibles residuales. Muchos barcos e instalaciones comerciales e industriales utilizan combustibles residuales o combinaciones de combustibles residuales y de destilacin, para generacin de energa y calor y para procesado. Los combustibles residuales son mezclas lquidas de color oscuro y alta viscosidad de molculas grandes de hidrocarburos, con puntos de inflamacin superiores a 121 C y altos puntos de ebullicin. Las especificaciones crticas de los combustibles residuales son la viscosidad y el bajo contenido de azufre (para el control ambiental).Salud y seguridad

El riesgo ms importante del GPL y la gasolina para la seguridad, es el fuego. La alta volatilidad e inflamabilidad de los productos de bajo punto de ebullicin permite que los vapores se difundan fcilmente en el aire y formen mezclas inflamables que entran en ignicin con facilidad. Se trata de un riesgo reconocido, que hace que aqullos requieran almacenamiento especfico, confinamiento y precauciones de manipulacin, as como medidas de seguridad para garantizar que las emanaciones de vapores y las fuentes de ignicin estn controlados a fin de que no puedan producirse incendios. Los combustibles menos voltiles (queroseno y gasleo diesel) deben manipularse con cuidado para evitar derrames y su posible ignicin, ya que sus vapores tambin son combustibles cuando se mezclan con aire en el rango de inflamabilidad. Cuando se trabaja en atmsferas que contienen vapores de combustible, las concentraciones en el aire de vapores de productos inflamables muy voltiles, suelen estar restringidas a no ms del 10 % de los lmites inferiores de inflamabilidad (LII), y las concentraciones de los vapores de productos combustibles menos voltiles, a no ms del 20 % de los LII, en funcin de la normativa que aplique la empresa y el gobierno en cuestin, a fin de reducir el riesgo de ignicin. Aunque los niveles de vapores de gasolina en las mezclas con aire se mantienen normalmente por debajo del 10 % de los LII por motivos de seguridad, esta concentracin es bastante superior a los lmites de exposicin que deben observarse por razones de salud. La inhalacin de pequeas cantidades de vapor de gasolina en el aire, muy por debajo del lmite inferior de inflamabilidad, causa irritacin, cefaleas y mareos, mientras que la inhalacin de mayores concentraciones puede provocar prdida del conocimiento e incluso la muerte. Es posible que se produzcan tambin efectos de larga duracin para la salud. La gasolina contiene, por ejemplo, benceno, un conocido cancergeno con lmites de exposicin permisibles de slo algunas partes por milln. As pues, incluso trabajar en atmsferas con vapores de gasolina a niveles inferiores al 10 % de los LII exige la adopcin de precauciones apropiadas de higiene industrial: proteccin respiratoria o ventilacin aspirante local. Antes, muchas gasolinas contenan los aditivos antidetonantes a base de plomo alqudico tetraetlico o tetrametlico, que son txicos y presentan graves riesgos de absorcin de plomo por78.6

contacto con la piel o por inhalacin. Los depsitos o recipientes que han contenido gasolina con plomo en algn momento durante su utilizacin, deben ventilarse, limpiarse a fondo, comprobarse con un dispositivo de ensayo especial de plomo en aire y certificar que carecen de plomo para garantizar que los trabajadores puedan entrar en ellos sin utilizar respiradores autnomos ni equipos con admisin de aire puro, aunque los niveles de oxgeno sean normales y los depsitos contengan ahora gasolina sin plomo u otros productos. Las fracciones de petrleo gaseosas y los productos combustibles, ms voltiles, tienen un ligero efecto anestsico, por lo general inversamente proporcional al peso molecular. La inhalacin de combustibles de bajo punto de ebullicin, como la gasolina y el queroseno, causa una grave neumona qumica, y debe evitarse su aspiracin por efecto sifn con la boca as como su ingestin accidental. Es posible que las concentraciones de gases y vapores sean lo bastante elevadas para desplazar el oxgeno (del aire) hasta reducirlo por debajo de los niveles normales para la respiracin. Por lo comn, se consigue mantener las concentraciones de vapor por debajo de los lmites de exposicin y los niveles de oxgeno dentro de los rangos respiratorios normales, mediante purga o ventilacin. Los destilados de craqueo contienen pequeas cantidades de hidrocarburos aromticos policclicos (HAP) cancergenos; as pues, deber limitarse la exposicin. En ocasiones originan tambin dermatitis por exposicin a gasolina, queroseno y combustibles de destilacin, ya que tienen tendencia a desgrasar la piel, cuya prevencin se consigue utilizando equipos de proteccin personal y cremas barrera; reduciendo el contacto y observando buenas prcticas higinicas, como lavarse con agua tibia y jabn en lugar de limpiarse las manos con gasolina, queroseno o disolventes. Algunas personas tienen sensibilidad cutnea a los tintes utilizados para colorear la gasolina y otros productos de la destilacin. Los fueles residuales contienen trazas de metales y a veces retienen cido sulfhdrico, que es extremadamente txico. Los combustibles residuales, cuyos componentes de craqueo tienen puntos de ebullicin superiores a 370 C contienen hidrocarburos aromticos policclicos (HAP) cancergenos. Debe evitarse la exposicin repetida a combustibles residuales sin la debida proteccin personal, sobre todo al abrir depsitos y recipientes, ya que puede desprenderse cido sulfhdrico gaseoso.

Cargas petroqumicas

Muchos productos derivados del refino de crudos de petrleo, como el etileno, propileno y butadieno, son hidrocarburos olefnicos derivados de procesos de craqueo de refineras, y estn destinados a su utilizacin en la industria petroqumica como materias primas para la produccin de plsticos, amonaco, caucho sinttico, glicol, etc.

Disolventes derivados del petrleo

Varios compuestos puros, entre ellos el benceno, el tolueno, el xileno, el hexano y el heptano, cuyos puntos de ebullicin y composicin en cuanto a hidrocarburos estn estrictamente controlados, se obtienen para utilizarlos como disolventes. Los disolventes se clasifican en aromticos y no aromticos, segn su composicin. Su empleo como diluyentes de pintura, lquidos de limpieza en seco, desengrasantes, disolventes industriales y de plaguicidas, etc., suele estar determinado por su punto de inflamacin, que vara desde bastante menos de 18 C hasta ms de 60 C. Los riesgos asociados con los disolventes son semejantes a los de los combustibles, ya que los disolventes con un punto de inflamacin ms bajo son inflamables, y sus vapores, cuando se mezclan con aire que est dentro del rango de inflamabilidad,



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pueden entrar en ignicin. Por lo comn, los disolventes aromticos tienen mayor toxicidad que los no aromticos. Los aceites de proceso comprenden el rango de alto punto de ebullicin, los productos de destilacin directa atmosfrica o al vaco, y los que se obtienen por craqueo trmico o cataltico. Se trata de mezclas complejas que contienen grandes molculas de hidrocarburos parafnicos, naftnicos y aromticos con ms de 15 tomos de carbono; se utilizan como cargas para craqueo o fabricacin de lubricantes. Los aceites de proceso tienen viscosidades bastante altas, puntos de ebullicin comprendidos entre 260 C y 538 C y puntos de inflamacin superiores a 121 C. Los aceites de proceso son irritantes para la piel y contienen altas concentraciones de HAP, as como compuestos de azufre, nitrgeno y oxgeno. Debe evitarse la inhalacin de vapores y nieblas, y la exposicin cutnea debe controlarse con medios de proteccin personal y buenas prcticas higinicas. Los aceites lubricantes bsicos se obtienen mediante procesos de refino especiales de acuerdo con requisitos especficos de los clientes. Son mezclas de color claro a intermedio, baja volatilidad, y viscosidad entre intermedia y alta, de aceites parafnicos, naftnicos y aromticos, con rangos de ebullicin entre 371 C y 538 C. Con los aceites lubricantes base se mezclan aditivos (desemulsificantes, antioxidantes y elementos que mejoran de la viscosidad) a fin de proporcionarles las caractersticas exigidas a los aceites de motor, aceites hidrulicos y para turbinas, grasas industriales, lubricantes, aceites para engranajes y aceites de corte. La cualidad ms crtica de un aceite lubricante base es un alto ndice de viscosidad, lo que, a temperaturas variables, proporciona menores cambios en viscosidad. Tal caracterstica la tiene el petrleo crudo utilizado como carga o se consigue por medio de aditivos que mejoren el ndice de viscosidad. Se aaden detergentes para mantener en suspensin cualquier lodo formado durante el uso del aceite. Las grasas son mezclas de aceites lubricantes y jabones metlicos, a los que se aaden materiales de funcin especfica, como amianto, grafito, molibdeno, siliconas y talco para proporcionar aislamiento o lubricidad. Los aceites de corte y los aceites de transformacin de metales son aceites lubricantes con aditivos especiales, como cloro, azufre y cidos grasos, que reaccionan bajo la accin del calor, proporcionando as lubricacin y proteccin a las herramientas de corte. A los aceites de corte solubles en agua se les aaden emulsificantes y agentes antibacterianos. Aunque los aceites lubricantes no son irritantes por s mismos y tienen baja toxicidad, los aditivos presenta ciertos riesgos. Los usuarios deben consultar los datos de seguridad de los materiales que figuran en la informacin facilitada por el proveedor, para determinar los riesgos de ciertos aditivos, lubricantes, aceites de corte y grasas especficos. El principal riesgo de los lubricantes es la dermatitis, que normalmente se controla con equipos de proteccin personal y unas prcticas higinicas adecuadas. De forma aislada, en algunos trabajadores aparece sensibilidad a los aceites de corte o lubricantes, lo que har necesario asignarles a un puesto de trabajo en que no pueda producirse el contacto. Existe cierta preocupacin por la exposicin cancergena a vapores de aceites de corte y aceites ligeros para husillos, de base naftnica, que se controla mediante sustitucin, medidas de control tcnico o proteccin personal. Los riesgos de exposicin a la grasa son similares a los del aceite lubricante, con los riesgos aadidos que presentan los materiales o aditivos de las grasas. La mayora de estos riesgos se tratan en otra seccin de esta Enciclopedia.

Aceites de proceso

Lubricantes y grasas

Procesos de refino del petrleo

El refino de hidrocarburos consiste en el empleo de sustancias qumicas, catalizadores, calor y presin para separar y combinar los tipos bsicos de molculas de hidrocarburos que se hallan de forma natural en el petrleo crudo, transformndolos en grupos de molculas similares. Es decir: se reorganizan las estructuras y los modelos de enlaces de las molculas bsicas y se convierten en molculas y compuestos de hidrocarburos con ms valor. El factor ms significativo del proceso de refino no son los compuestos qumicos que intervienen, sino el tipo de hidrocarburo (parafnico, naftnico o aromtico). Es necesario utilizar en toda la refinera procedimientos operativos, mtodos de trabajo seguros y prendas y equipos de proteccin personal, entre ellos: proteccin respiratoria homologada, contra la exposicin al fuego, las sustancias qumicas, las partculas, el calor y el ruido, as como durante las operaciones de proceso y las actividades de toma de muestras, inspeccin, revisin general y mantenimiento. Como la mayora de los procesos de la refinera son continuos y las corrientes de proceso estn confinadas en recipientes y tuberas cerrados, el potencial de exposicin es limitado. Ahora bien, aunque las operaciones de la refinera son procesos cerrados, el riesgo de incendio existe, pues si se produce una fuga o emanacin de lquido, vapor o gas de hidrocarburos, hay fuentes de ignicin como los calentadores, los hornos y los intercambiadores de calor de las distintas unidades de proceso.

Tratamiento previo del petrleo crudoDesalinizacin

El petrleo crudo suele contener agua, sales inorgnicas, slidos en suspensin y trazas metlicas solubles en agua. El primer paso del proceso de refino consiste en eliminar estos contaminantes mediante desalinizacin (deshidratacin), a fin de reducir la corrosin, el taponamiento y la formacin de incrustaciones en el equipo, y evitar el envenenamiento de los catalizadores en las unidades de proceso. Tres mtodos usuales de desalinizacin del78.7



78.7


La cera se utiliza para proteger productos alimenticios, en revestimientos, como ingrediente de otros productos (cosmticos y cremas limpiadoras de calzado) y para velas. El azufre se produce como resultado del refino del petrleo. Se almacena unas veces en fase lquida, calentado y fundido, en depsitos cerrados, y otras en fase slida, en recipientes o a la intemperie. El coque es carbono casi puro y tiene diversos usos, desde electrodos hasta pastillas combustibles para barbacoas, dependiendo de sus caractersticas fsicas, que son resultado del proceso de coquizacin. El asfalto, que se utiliza principalmente para pavimentar carreteras y fabricar materiales para cubiertas y tejados, debe ser inerte a la mayora de las sustancias qumicas y condiciones meteorolgicas. Las ceras y asfaltos son slidos a temperatura ambiente, si bien para su almacenamiento, manipulacin y transporte se requieren temperaturas ms elevadas, con el consiguiente riesgo de que se produzcan quemaduras. La cera de petrleo est tan refinada que, por lo comn, no presenta ningn riesgo. El contacto de la piel con la cera puede causar taponamiento de los poros, que se controla con las prcticas higinicas adecuadas. Para evitar la exposicin al cido sulfhdrico al abrir depsitos de asfalto y de azufre fundido basta con utilizar medidas adecuadas de control tcnico o proteccin respiratoria. El azufre es tambin fcilmente inflamable a temperaturas elevadas. El asfalto se trata en otra parte de esta Enciclopedia.

Productos especiales

INDUSTRIAS QUIMICAS

petrleo crudo son la desalinizacin qumica, la separacin electrosttica y el filtrado. En la desalinizacin qumica se aaden al crudo agua y surfactantes qumicos (desemulsificantes), se calientan para que las sales y otras impurezas se disuelvan en el agua o se unan a ella, y despus se dejan reposar en un tanque, donde se decantan. En la desalinizacin elctrica se aplican cargas electrostticas de alto potencial para concentrar los glbulos de agua suspendidos en la parte del fondo del tanque de decantacin. Los surfactantes se aaden slo cuando el crudo contiene gran cantidad de slidos en suspensin. Un tercer proceso, menos comn, consiste en filtrar el petrleo crudo calentado utilizando tierra de diatomeas como medio filtrante. En la desalinizacin qumica y electrosttica, el crudo utilizado como carga se calienta a una temperatura entre 66 C y 177 C, para reducir la viscosidad y la tensin superficial con objeto de facilitar la mezcla y la separacin del agua. La temperatura est limitada por la presin de vapor del crudo que sirve de materia prima. Ambos mtodos de desalinizacin son continuos. Puede aadirse un custico o un cido para ajustar el pH del bao de agua, y amonaco para reducir la corrosin. El agua residual, junto con los contaminantes, se descarga por el fondo del tanque de decantacin a la instalacin de tratamiento de agua residual. El petrleo crudo desalinizado se extrae continuamente de la parte superior de los tanques de decantacin y se enva a una torre de destilacin atmosfrica (fraccionamiento) de crudo (vase la Figura 78.2) . Una desalinizacin inadecuada origina incrustaciones en los tubos de los calentadores y de los intercambiadores de calor de todas las unidades de proceso de la refinera, lo que restringe el flujo de producto y la transferencia trmica, y origina averas debido al aumento de presiones y temperaturas. La presurizacin excesiva de la unidad de desalinizacin provocar averas. Tambin causa averas la corrosin, que se produce debido a la presencia de cido sulfhdrico, cloruro de hidrgeno, cidos naftnicos (orgnicos) y otros contaminantes del petrleo crudo. La corrosin tiene lugar cuando las sales neutralizadas (cloruros y sulfuros de amonio) se mojan por el agua condensada. Al ser la desalinizacin un proceso cerrado, existe poco riesgo potencial de exposicin al petrleo crudo o las sustancias qumicas de proceso, a menos que se produzca una fuga o emanacin. Es posible que se origine un incendio a causa de una fuga en los calentadores, lo que permitira la liberacin de componentes del crudo con bajo punto de ebullicin. Durante la desalinizacin hay posibilidad de exposicin a amonaco, desemulsificantes qumicos secos, sustancias custicas y/o cidos. Cuando se utilizan temperaturas elevadas en las operaciones de desalinizacin de crudos de petrleo agrios

(sulfurosos), hay cido sulfhdrico. Dependiendo del crudo utilizado como carga y de los productos qumicos de tratamiento empleados, el agua residual contendr cantidades variables de cloruros, sulfuros, bicarbonatos, amonaco, hidrocarburos, fenol y slidos en suspensin. Si se utiliza tierra de diatomeas en la filtracin, debern minimizarse o controlarse las exposiciones, ya que la tierra de diatomeas puede contener slice con partculas de granulometra muy fina, por lo que presenta un riesgo respiratorio potencial.

Procesos de separacin del petrleo crudo

El primer paso en el refino de petrleo es el fraccionamiento del crudo en torres de destilacin atmosfrica y al vaco. El petrleo crudo calentado se separa fsicamente en distintas fracciones de destilacin directa, diferenciadas por puntos de ebullicin especficos y clasificadas, por orden decreciente de volatilidad, en gases, destilados ligeros, destilados intermedios, gasleos y residuo. El fraccionamiento funciona porque la gradacin de temperatura desde el fondo al extremo superior de la torre de destilacin hace que los componentes con punto de ebullicin ms alto se condensen primero, en tanto que las fracciones con punto de ebullicin ms bajo alcanzan mayor altura en la torre antes de condensarse. En el interior de la torre, los vapores ascendentes y los lquidos descendentes (reflujo) se mezclan a niveles en los que sus composiciones respectivas estn equilibradas entre s. En dichos niveles (o fases) estn dispuestos unos platos especiales que extraen una fraccin del lquido que se condensa en cada nivel. En una unidad ordinaria de destilacin de crudo en dos fases, la torre atmosfrica, que produce fracciones y destilado ligeros, va seguida inmediatamente de una torre de destilacin al vaco que procesa los productos residuales atmosfricos. Despus de la destilacin, slo unos pocos hidrocarburos son adecuados para utilizarlos como productos acabados sin necesidad de un proceso ulterior. En las torres de destilacin atmosfrica, el crudo desalinizado se precalienta utilizando calor recuperado del proceso. Despus pasa a un calentador de carga de crudo de caldeo directo, y desde all a la columna de destilacin vertical, justo por encima del fondo, a presiones ligeramente superiores a la atmosfrica y a temperaturas comprendidas entre 343 C y 371 C, para evitar el craqueo trmico que se producira a temperaturas superiores. Las fracciones ligeras (de bajo punto de ebullicin) se difunden en la parte superior de la torre, de donde son extradas continuamente y enviadas a otras unidades para su ulterior proceso, tratamiento, mezcla y distribucin.Destilacin atmosfrica

Figura 78.2 Proceso de desalinizacin (tratamiento previo).

78.8



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Figura 78.3 Proceso de destilacin atmosfrica.

Las fracciones con los puntos de ebullicin ms bajos (el gas combustible y la nafta ligera) se extraen de la parte superior de la torre por una tubera en forma de vapores. La nafta, o gasolina de destilacin directa, se toma de la seccin superior de la torre como corriente de productos de evaporacin. Tales productos se utilizan como cargas petroqumicas y de reforma, material para mezclas de gasolina, disolventes y GPL. Las fracciones del rango de ebullicin intermedio (gasleo, nafta pesada y destilados) se extraen de la seccin intermedia de la torre como corrientes laterales y se envan a las operaciones de acabado para su empleo como queroseno, gasleo diesel, fuel, combustible para aviones de reaccin, material de craqueo cataltico y productos para mezclas. Algunas de estas fracciones lquidas se separan de sus residuos ligeros, que se devuelven a la torre como corrientes de reflujo descendentes. Las fracciones pesadas, de alto punto de ebullicin (denominadas residuos o crudo reducido), que se condensan o permanecen en el fondo de la torre, se utilizan como fuel, para fabricar betn o como carga de craqueo, o bien se conducen a un calentador y a la torre de destilacin al vaco para su ulterior fraccionamiento (vanse las Figuras 78.3 y 78.4). Figura 78.4 Esquema del proceso de destilacin atmosfrica.

Destilacin al vaco

Las torres de destilacin al vaco proporcionan la presin reducida necesaria para evitar el craqueo trmico al destilar el residuo, o crudo reducido, que llega de la torre atmosfrica a mayores temperaturas. Los diseos internos de algunas torres de vaco se diferencian de los de las torres atmosfricas en que en lugar de platos se utiliza relleno al azar y pastillas separadoras de partculas areas. A veces se emplean tambin torres de mayor dimetro para reducir las velocidades. Una torre de vaco ordinaria de primera fase produce gasleos, material base para aceites lubricantes y residuos pesados para desasfaltacin de propano. Una torre de segunda fase, que trabaja con un nivel menor de vaco, destila el excedente de residuo de la torre atmosfrica que no se utiliza para procesado de lubricantes, y el residuo sobrante de la primera torre de vaco no utilizado para la desasfaltacin. Por lo comn, las torres de vaco se usan para separar productos de craqueo cataltico del residuo sobrante. Asimismo, los residuos de las torres de vaco pueden enviarse a un coquificador, utilizarse como material para lubricantes o asfalto, o desulfurarse y mezclarse para obtener fuel bajo en azufre (vanse las Figuras 78.5 y 78.6). Columnas de destilacin En las refineras hay muchas otras torres de destilacin ms pequeas, denominadas columnas, diseadas para separar productos especficos y exclusivos, todas las cuales trabajan segn los mismos principios que las torres atmosfricas. Por ejemplo, un despropanizador es una columna pequea diseada para separar el propano del isobutano y otros componentes ms pesados. Para separar el etilbenceno y el xileno se utiliza otra columna ms grande. Una torres pequeas de burbujeo, llamadas torres rectificadoras, utilizan vapor para eliminar vestigios de productos ligeros (gasolina) de corrientes de productos ms pesados. Las temperaturas, presiones y reflujo de control deben mantenerse dentro de los parmetros operacionales para evitar que se produzca craqueo trmico dentro de las torres de destilacin. Se utilizan sistemas de descarga dado que pueden producirse desviaciones de presin, temperatura o niveles de lquidos si fallan los dispositivos de control automtico. Se vigilan las operaciones para evitar la entrada de crudo en la carga de la unidad de reforma. Los crudos utilizados como materia prima contienen a veces cantidades apreciables de agua en suspensin que se separa al principio del proceso y que, junto con el agua procedente de la purga de vapor que queda en la torre, se deposita en el fondo de sta. Es posible que esta agua se caliente hasta alcanzar el punto de ebullicin, originando una explosin por vaporizacin instantnea al entrar en contacto con el aceite de la unidad.78.9



78.9


INDUSTRIAS QUIMICAS

Figura 78.5 Proceso de destilacin al vaco.

El intercambiador de precalentamiento, el horno de precalentamiento, el intercambiador de calor de residuos, la torre atmosfrica, el horno de vaco, la torre de vaco y la seccin superior de evaporacin sufren corrosin por efecto del cido clorhdrico (HCl), el cido sulfhdrico (H2 S), el agua, los compuestos de azufre y los cidos orgnicos. Cuando se procesan crudos sulfurosos es posible que la corrosin sea intensa tanto en las torres atmosfricas como en las de vaco si la temperatura de las partes metlicas excede de 232 C, y en los tubos de los hornos. El H2 S hmedo tambin produce grietas en el acero. Al procesar crudos con alto contenido de nitrgeno se forman, en los gases de combustin de los hornos, xidos de nitrgeno, que son corrosivos para el acero cuando se enfran a bajas temperaturas en presencia de agua. Se utilizan productos qumicos para controlar la corrosin por cido clorhdrico producida en las unidades de destilacin. Puede inyectarse amonaco en la corriente de la seccin superior antes de la condensacin inicial, y/o inyectarse con mucho Figura 78.6 Esquema del proceso de destilacin al vaco.

cuidado una solucin alcalina en la alimentacin de petrleo crudo caliente. Si no se inyecta suficiente agua de lavado, se forman depsitos de cloruro de amonio y se produce una intensa corrosin. La destilacin atmosfrica y al vaco son procesos cerrados, por lo que las exposiciones son mnimas. Cuando se procesan crudos agrios (con alto contenido de azufre) se produce exposicin al cido sulfhdrico en el intercambiador y el horno de precalentamiento, la zona de destilacin instantnea y el sistema de evaporacin superior de la torre, el horno y la torre de vaco, y el intercambiador de calor de residuos. Todos los crudos de petrleo y los productos de destilacin contienen compuestos aromticos de alto punto de ebullicin, como los HAP cancergenos. La exposicin de corta duracin a altas concentraciones de vapor de nafta causa cefaleas, nuseas y mareos, y la de larga duracin, prdida del conocimiento. Las naftas aromticas contienen benceno, por lo que debe limitarse la exposicin a las mismas. Es posible que los productos de evaporacin del deshexanizador contengan grandes cantidades de hexano normal que afecten al sistema nervioso. En el intercambiador de precalentamiento, en zonas superiores de la torre y en productos de evaporacin a veces hay cloruro de hidrgeno. El agua residual contiene a veces sulfuros hidrosolubles en altas concentraciones y otros compuestos hidrosolubles, como amonaco, cloruros, fenol y mercaptano, dependiendo del crudo de partida y de los productos qumicos de tratamiento. Los procesos de conversin, como el craqueo, la combinacin y la rectificacin, modifican el tamao y la estructura de las molculas de hidrocarburos para convertir las fracciones en productos de ms valor (vase la Tabla 78.3) . Como resultado de la conversin se crean varias molculas de hidrocarburos que no suelen encontrarse en el petrleo crudo, aunque son importantes para el proceso de refino. Las olefinas (alquenos, olefinas dicclicas y alquinos) son molculas de hidrocarburos de cadena o anillo insaturados con un enlace doble como mnimo. Por lo comn, se forman por craqueo trmico y cataltico, y rara vez se encuentran de modo natural en el petrleo crudo sin procesar. Los alquenos son molculas de cadena recta y frmula CnHn , que contienen al menos un enlace doble (insaturado) en la cadena. La molcula de alqueno ms sencilla es el etileno de olefina monocclica, con dos tomos de carbono unidos por un doble enlace, y cuatro tomos de hidrgeno. Las olefinas dicclicas (que contienen dos dobles enlaces), como el 1,2-butadieno y el 1,3-butadieno, y los alquinos (con un triple enlace), como el acetileno, se encuentran en el C5 y las fracciones ms ligeras procedentes del craqueo. Las olefinas son ms reactivas que las

Procesos de conversin del petrleo crudo

78.10



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Tabla 78.3 Resumen de los procesos de refino del petrleo. Nombre del proceso Procesos de fraccionamiento Destilacin atmosfrica Destilacin al vaco Separacin Separacin Trmico Trmico Separar fracciones Separar sin craqueo Petrleo crudo desalinizado Residuo de torre atmosfrica Gas, gasleo, destilado, residuo Gasleo, materia prima para lubricantes, residuo Gasolina, materia prima petroqumica Nafta, gasleo, coque productos ms ligeros, de mayor calidad Hidrgeno, CO, CO2 Nafta de craqueo, coque, residuos Destilado, alquitrn Isooctano (alquilato) Grasa lubricante Nafta de alto ndice de octano, materias primas petroqumicas Reformado/aromtico de alto ndice de octano Isobutano/pentano/ hexano Gases sin cidos e hidrocarburos lquidos Petrleo crudo desalinizado hidrocarburos desmercaptanizados y secos Gasleo diesel y lubricante de alta calidad Carga de craqueo, destilado, lubricante Aceites lubricantes de alta calidad Aceite lubricante pesado, asfalto Material bsico para lubricantes desparafinados Gasolina de alto ndice de octano Destilado/gasolina de alta calidad78. PETROLEO Y GAS NATURAL 78.11

Accin

Mtodo

Finalidad

Materia prima

Productos

Procesos de conversin Descomposicin Craqueo cataltico Coquizacin Hidrocraqueo Reforma de hidrgeno al vapor Craqueo al vapor Ruptura de la viscosidad Alquilacin Composicin de grasas Polimerizacin Alteracin Polimerizacin Hidrgenoacin Descomposicin Descomposicin Descomposicin Combinacin Combinacin Polimerizacin Cataltico Trmico Cataltico Trmico/cataltico Trmico Trmico Cataltico Trmico Cataltico Mejorar gasolina Convertir residuos de vaco Convertir en hidrocarburos ms ligeros Producir hidrgeno Craqueo de molculas grandes Reducir la viscosidad Unir olefinas e isoparafinas Combinar jabones y aceites Unir dos o ms olefinas Gasleo, destilado de coque Residuo, aceite pesado, alquitrn Gasleo, aceite de craqueo, residuos Gas desulfurado, O2, vapor Combustible pesado/destilado de torre atmosfrica Residuo de torre atmosfrica Isobutano de torre/olefina de craqueo Aceite lubricante, cido graso, metal alcalino Olefinas de craqueo

Procesosde conversinUnificacin

Procesos de conversinAlteracin/rectificacin Reforma cataltica Isomerizacin Procesos de tratamiento Tratamiento de aminas Desalinizacin (pretratamiento) Secado y desmercaptanizacin Extraccin de furfural Hidrodesulfuracin Hidrotratamiento Extraccin de fenol Tratamiento Deshidratacin Tratamiento Extraccin de disolvente Tratamiento Hidrogenacin Extraccin de disolvente Absorcin Absorcin Absorcin/trmico Absorcin Cataltico Cataltico Absorcin/trmico Absorcin Refrigeracin/ filtracin Absorcin/ precipitacin Cataltico Eliminar contaminantes acdicos Gas cido, hidrocarburos con CO2 y H2S Eliminar contaminantes Eliminar H2O y compuestos de azufre Mejorar destilado intermedio y lubricantes Eliminar azufre, contaminantes Eliminar impurezas/saturar hidrocarburos Petrleo crudo Hidrocarburo lquido, GPL, materia prima alquilada Aceites reciclados y materia prima para lubricantes Residuos, hidrocarburos de craqueo Alteracin/ deshidrogenacin Rectificacin Cataltico Cataltico Mejorar nafta de bajo ndice de octano Convertir cadena recta en ramificada Nafta de coquificador/hidrocraqueo Butano, pentano, hexano

Residuo/gasleo alto en azufre Olefinas desulfuradas

Mejorar ndice de viscosidad del Materiales bsicos para aceites lubricante, color lubricantes Eliminar asfalto Eliminar cera de las cargas de lubricante Separar aromticos insaturados Eliminar H2S, convertir mercaptano Residuo de torre de vaco, propano Aceites lubricantes de torre de vaco Gasleo, reformado, destilado Destilado/gasolina sin tratar

Desasfaltado de disolventes Tratamiento Desparafinado de disolventes Extraccin de disolvente Desmercaptanizacin Tratamiento Extraccin de disolvente Tratamiento


78.11


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Figura 78.7 Proceso de ruptura de la viscosidad.

parafinas o los naftenos, y se combinan fcilmente con otros elementos, como el hidrgeno, el cloro y el bromo.

Procesos de craqueo

Despus de la destilacin se utilizan otros procesos de refino para alterar las estructuras moleculares de las fracciones con el fin de crear ms productos de valor. Uno de estos procesos, el conocido como craqueo, descompone (rompe) fracciones de petrleo pesadas, de alto punto de ebullicin, y los convierte en productos ms valiosos: hidrocarburos gaseosos, materiales para mezclas de gasolina, gasleo y fuel. Durante el proceso, algunas de las molculas se combinan (polimerizan) para formar molculas mayores. Los tipos bsicos de craqueo son el craqueo trmico, el craqueo cataltico y el hidrocraqueo.

exceso de craqueo y se destila por expansin instantnea en una torre de destilacin. El alquitrn residual del craqueo trmico, que se acumula en el fondo de la torre de fraccionamiento, se somete a expansin instantnea al vaco en una torre rectificadora, y el destilado se recicla (vase la Figura 78.7).Craqueo en fase de vapor

El craqueo en fase de vapor produce olefinas mediante craqueo trmico de materiales con molculas de hidrocarburos grandes, a presiones ligeramente superiores a la atmosfrica y a muy altas temperaturas. El residuo del craqueo se mezcla para obtener combustibles pesados. Normalmente, la nafta producida por este mtodo contiene benceno, que se extrae antes del hidrotratamiento.Coquizacin

Procesos de craqueo trmico

Los procesos de craqueo trmico, desarrollados en 1913, se basan en la destilacin por calor de combustibles y aceites pesados, bajo presin, en grandes tambores, hasta que se rompen (dividen) en molculas ms pequeas con mejores cualidades antidetonantes. El primer mtodo, que produca grandes cantidades de coque slido, sin valor, ha evolucionado hasta los modernos procesos de craqueo trmico, entre los que se cuentan la ruptura de la viscosidad, el craqueo en fase de vapor y la coquizacin.Ruptura de la viscosidad

La ruptura de la viscosidad es una forma suave de craqueo trmico que rebaja el punto de goteo de los residuos parafnicos y reduce bastante la viscosidad de la carga sin afectar a su lmite de ebullicin. El residuo de la torre de destilacin atmosfrica se descompone suavemente en un calentador a la presin atmosfrica. Despus se enfra con gasleo refrigerante para controlar el

La coquizacin es una forma enrgica de craqueo trmico utilizada para obtener gasolina de destilacin directa (nafta de coquificador) y diversas fracciones de destilacin intermedia, que se utilizan como materiales para craqueo cataltico. Por este proceso, el hidrgeno de la molcula de hidrocarburo se reduce de forma tan completa, que el residuo es una forma de carbono casi puro, denominado coque. Los dos procesos de coquizacin ms comunes son la retardada y la continua (por contacto o lquida), que, dependiendo del mecanismo de reaccin, el tiempo, la temperatura y el crudo de partida, producen tres tipos de coque: esponjoso, alveolar y cristalizado en agujas (vase la Figura 78.8). Coquizacin retardada. En la coquizacin retardada, primero se carga el material en un fraccionador para separar los hidrocarburos ms ligeros y despus se combina con el petrleo pesado reciclado. El material pesado pasa al horno de coquizacin y se

Figura 78.8 Proceso de coquizacin.

78.12



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Figura 78.9 Proceso de craqueo cataltico.

calienta hasta altas temperaturas a bajas presiones para evitar la coquizacin prematura en los tubos del calentador, produciendo as una vaporizacin parcial y un craqueo suave. La mezcla de lquido y vapor se bombea desde el calentador a uno o ms tambores de coque, donde el material caliente permanece aproximadamente 24 horas (retardo) a bajas presiones hasta que se descompone en productos ms ligeros. Cuando el coque alcanza un nivel predeterminado en un tambor, el flujo se desva a otro tambor para mantener la continuidad de la operacin. El vapor procedente de los tambores se devuelve al fraccionador para separar el gas, la nafta y los gasleos, y reciclar los hidrocarburos ms pesados a travs del horno. El tambor lleno se trata con vapor para eliminar los hidrocarburos no craqueados, se enfra mediante inyeccin de agua y se decoquiza mecnicamente por medio de un tornillo sin fin que asciende desde el fondo del tambor, o hidrulicamente, rompiendo el lecho de coque con agua a alta presin proyectada desde un cortador rotativo. Coquizacin continua. La coquizacin continua (por contacto o lquida) es un proceso de lecho mvil que opera a presiones menores y temperaturas ms altas que la coquizacin retardada. En la coquizacin continua se efecta un craqueo trmico utilizando calor transferido de las partculas de coque calientes recicladas a la carga situada en un mezclador radial, llamado reactor. Se toman los gases y vapores del reactor, se enfran para impedir que contine la reaccin y se fraccionan. El coque de la reaccin entra en un tambor de compensacin y se eleva hasta un alimentador y clasificador donde se separan las partculas de coque ms grandes. El coque restante cae en el precalentador del reactor para ser reciclado con la carga. El proceso es automtico, dado que hay un flujo continuo de coque y carga, y la coquizacin tiene lugar tanto en el reactor como en el tambor de compensacin.Salud y seguridad

La parte inferior de la torre, los intercambiadores de alta temperatura, el horno y los tambores de reaccin estn sujetos a corrosin. Los continuos cambios trmicos hacen que las carcasas de los tambores de coque se hinchen y agrieten. Para evitar la acumulacin de coque en los tubos de los hornos de coquizacin retardada, se inyecta agua o vapor. Debe drenarse completamente el agua del coquificador para no provocar una explosin al recargarlo con coque caliente. En caso de urgencia, se requieren medios alternativos de escape de la plataforma de trabajo situada en la parte superior de los tambores de coque. Pueden producirse quemaduras al manipular coque caliente, por vapor en caso de fuga de una tubera de vapor, o por expulsin violenta de agua, coque o lodo calientes al abrir los coquificadores. Existe riesgo potencial de exposicin a naftas aromticas que contienen benceno, cido sulfhdrico y monxido de carbono, y a trazas de HAP cancergenos asociados a las operaciones de coquizacin. El agua amarga residual puede ser altamente alcalina y contener petrleo, sulfuros, amonaco y fenol. Cuando se mueve coque en forma de lodo en espacios confinados, como los silos de almacenamiento, cabe la posibilidad de que se agote el oxgeno, puesto que es absorbido por el carbono hmedo.

Procesos de craqueo cataltico

En la coquizacin, la temperatura debe mantenerse controlada dentro de un estrecho margen, ya que las temperaturas altas producen un coque demasiado duro para cortarlo y extraerlo del tambor y las temperaturas demasiado bajas provocan la formacin de lodos de alto contenido asfltico. Si se descontrolasen las temperaturas de coquizacin, podra producirse una reaccin exotrmica. En el craqueo trmico, cuando se procesan crudos sulfurosos, se produce corrosin a temperaturas del metal comprendidas entre 232 C y 482 C. Al parecer, por encima de 482 C el coque forma una capa protectora sobre el metal. En cambio, cuando las temperaturas no estn debidamente controladas por encima de los 482 C se produce corrosin por cido sulfhdrico.

El craqueo cataltico descompone los hidrocarburos complejos en molculas ms simples para aumentar la calidad y cantidad de otros productos ms ligeros y valiosos para este fin y reducir la cantidad de residuos. Los hidrocarburos pesados se exponen, a alta temperatura y baja presin, a catalizadores que favorecen las reacciones qumicas. Este proceso reorganiza la estructura molecular, convirtiendo las cargas de hidrocarburos pesados en fracciones ms ligeras, como queroseno, gasolina, GPL, gasleo para calefaccin y cargas petroqumicas (vanse las Figuras 78.9 y 78.10). La seleccin de un catalizador depende de una combinacin de la mayor reactividad posible con la mxima resistencia al desgaste. Los catalizadores utilizados en las unidades de craqueo de las refineras son normalmente materiales slidos (zeolita, hidrosilicato de aluminio, arcilla bentontica tratada, tierra de batn, bauxita y almina-slice) en forma de polvos, cuentas, grnulos o materiales perfilados denominados pastillas extruidas. En todo proceso de craqueo cataltico hay tres funciones bsicas: Reaccin: la carga reacciona con el catalizador y se descompone en diferentes hidrocarburos. Regeneracin: el catalizador se reactiva quemando el coque. Fraccionamiento: la corriente de hidrocarburos craqueados se separa en diversos productos.78.13



78.13


INDUSTRIAS QUIMICAS

Figura 78.10 Esquema del proceso de craqueo cataltico.

Craqueo cataltico termofor

En el craqueo cataltico termofor, la carga precalentada circula por gravedad por el lecho del reactor cataltico. Los vapores se separan del catalizador y se envan a una torre de fraccionamiento. El catalizador agotado se regenera, enfra y recicla, y el gas de chimenea de la regeneracin se enva a una caldera de monxido de carbono para recuperar calor. Deben realizarse tomas de muestras y verificaciones peridicas de la carga y de las corrientes de producto y de reciclaje para asegurarse de que el proceso de craqueo funciona como estaba previsto y de que no han entrado contaminantes en la corriente de proceso. Si hay sustancias corrosivas o depsitos en la carga, pueden ensuciar los compresores de gas. Cuando se procesa crudo sulfuroso, es de prever que se produzca corrosin a temperaturas inferiores a 482 C. La corrosin se produce donde hay fases lquidas y de vapor, y en las zonas sometidas a refrigeracin local, como por ejemplo, toberas y soportes de plataformas. Cuando se procesan cargas con alto contenido de nitrgeno, la exposicin a amonaco y cianuro somete el equipo de acero al carbono del sistema superior de CCL a corrosin, agrietamiento o vesiculacin por hidrgeno, efectos que se reducen al mnimo mediante lavado con agua o el empleo de inhibidores de la corrosin. Se utiliza lavado con agua para proteger los condensadores superiores de la columna principal sujetos a contaminacin por bisulfuro amnico. Deber inspeccionarse el equipo crtico: bombas, compresores, hornos e intercambiadores de calor. Entre las inspecciones deber incluirse la comprobacin de fugas por erosin u otras anomalas de funcionamiento: acumulacin de catalizador en los expansores, coquizacin de las tuberas de alimentacin superiores por residuos de la carga y otras condiciones de funcionamiento inusuales. La presencia de hidrocarburos lquidos en el catalizador o su entrada en la corriente de aire de combustin calentado provocan reacciones exotrmicas. En algunos procesos deben adoptarse precauciones para asegurarse de que no hay concentraciones explosivas de catalizador en polvo durante la recarga o eliminacin. Al descargar catalizador coquizado, existe riesgo de incendio por sulfuro de hierro. El sulfuro de hierro se inflama espontneamente al ser expuesto al aire, por lo que es necesario humedecerlo con agua para evitar que se convierta en una fuente de ignicin de vapores. El catalizador coquizado se enfra hasta una temperatura inferior a 49 C antes de descargarlo del reactor, o bien se vaca en recipientes purgados con nitrgeno inerte y despus se enfra antes de someterlo a ulterior manipulacin. Al tomar muestras durante el proceso, as como en caso de fugas o emanaciones, existe riesgo de exposicin a lquidos o vapores de hidrocarburos extremadamente calientes. Igualmente, durante un escape de producto o vapor hay exposicin a HPA cancergenos, nafta aromtica que contenga benceno, gas cido (gas combustible derivado de procesos como craqueo cataltico e hidrotratamiento, que contiene cido sulfhdrico y dixido de carbono), cido sulfhdrico y/o monxido de carbono. Es posible tambin que en procesos de craqueo en los que se utilizan catalizadores de nquel, se produzca, de forma inadvertida, nquel carbonilo, compuesto altamente txico, con el consiguiente riesgo de exposiciones peligrosas. La regeneracin del catalizador implica absorcin por vapor y descoquizacin, con el consiguiente riesgo de exposicin a corrientes de residuos lquidos con cantidades variables de agua amarga, hidrocarburo, fenol, amonaco, cido sulfhdrico, mercaptano y otros materiales, dependiendo de las cargas, crudos y procesos. Al manipular catalizador agotado o recargarSalud y seguridad

Los procesos de craqueo cataltico son muy flexibles, por lo que los parmetros de operacin se ajustan segn la demanda de productos. Los tres tipos bsicos de procesos de craqueo cataltico son los siguientes: craqueo cataltico de lquidos (CCL); craqueo cataltico de lecho mvil, craqueo cataltico termofor (CCT).Craqueo cataltico de lquidos

Las unidades de craqueo cataltico de lecho fluido tienen una seccin de catlisis (elevador, reactor y regenerador) y una seccin de fraccionamiento, las cuales trabajan conjuntamente como una unidad de proceso integrada. El CCL utiliza un catalizador finamente pulverizado, suspendido en vapor o gas de petrleo, que acta como un lquido. El craqueo tiene lugar en la tubera de alimentacin (elevador), por la que la mezcla de catalizador e hidrocarburos fluye a travs del reactor. El proceso de CCL mezcla una carga de hidrocarburos precalentada con catalizador regenerado caliente al entrar aqulla en el elevador que conduce al reactor. La carga se combina con aceite reciclado dentro del elevador, se vaporiza y es calentada por el catalizador caliente hasta alcanzar la temperatura del reactor. Mientras la mezcla asciende por el reactor, la carga se craquea a baja presin. El craqueo contina hasta que los vapores de petrleo se separan del catalizador en los ciclones del reactor. La corriente de producto resultante entra en una columna donde se separa en fracciones, volviendo parte del aceite pesado al elevador como aceite reciclado. El catalizador agotado se regenera para separar el coque que se acumula en el catalizador durante el proceso. Para ello circula por la torre rectificadora de catalizador hacia el regenerador, donde se mezcla con el aire precalentado y quema la mayor parte de los depsitos de coque. Se aade catalizador fresco y se extrae catalizador agotado para optimizar el proceso de craqueo.Craqueo cataltico de lecho mvil

Es similar al craqueo cataltico de lquidos, pero el catalizador est en forma de pastillas en lugar de polvo fino. Las pastillas se transfieren continuamente mediante una cinta transportadora o tubos elevadores neumticos a una tolva de almacenamiento situada en la parte superior de la unidad, y despus desciende por gravedad a travs del reactor hasta un regenerador. El regenerador y la tolva estn aislados del reactor por sellos de vapor. El producto craqueado se separa en gas reciclado, aceite, aceite clarificado, destilado, nafta y gas hmedo.78.14



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Figura 78.11 Proceso de hidrocraqueo.

catalizador, y en caso de fugas o emanaciones, es preciso adoptar prcticas de trabajo seguras y utilizar equipos de proteccin personal adecuados.

Proceso de hidocraqueo

El hidrocraqueo es un proceso en dos fases que combina el craqueo cataltico y la hidrogenacin, y por medio del cual las fracciones de destilado se descomponen en presencia de hidrgeno y catalizadores especiales dando lugar a productos de ms valor. En comparacin con el craqueo cataltico, el hidrocraqueo tiene la ventaja de que se procesan cargas con alto contenido de azufre sin desulfuracin previa. En el proceso, la carga de productos aromticos pesados se convierte en productos ms ligeros, a muy altas presiones y temperaturas bastante elevadas. Cuando la carga tiene un alto contenido parafnico, el hidrgeno impide la formacin de HAP, reduce la formacin de alquitrn y previene la acumulacin de coque en el catalizador. El hidrocraqueo produce cantidades relativamente grandes de isobutano para cargas de alquilacin, as como isomerizacin para control del punto de goteo y del punto de humo, dos caractersticas importantes en el combustible de alta calidad para aviones de reaccin. En la primera fase, la carga se mezcla con hidrgeno reciclado, se calienta y se enva al reactor primario, donde gran parte de ella se convierte en destilados intermedios. Los compuestos de azufre y nitrgeno se convierten en cido sulfhdrico y amonaco en el reactor de la fase primaria por medio de un catalizador. El residuo se calienta y se enva a un separador de alta presin, donde se extraen y reciclan los gases ricos en hidrgeno. Los restantes hidrocarburos se rectifican o purifican para extraer el cido sulfhdrico, el amonaco y los gases ligeros, que se recogen en un acumulador, donde la gasolina se separa del gas cido. Figura 78.12 Proceso de polimerizacin.

Salud y seguridad

La inspeccin y verificacin de los dispositivos de seguridad son importantes debido a las muy altas presiones que se producen en este proceso. Es necesario un control adecuado del mismo como proteccin contra el taponamiento de los lechos del reactor. Debido a las temperaturas de la operacin y a la presencia de hidrgeno, hay que reducir estrictamente al mnimo el contenido de cido sulfhdrico de la carga para reducir el riesgo de que se produzca una corrosin intensa. Tambin deber tenerse en cuenta la posibilidad de corrosin por dixido de carbono hmedo en las zonas de condensacin. Cuando se procesan cargas con alto contenido de nitrgeno, el amonaco y el cido sulfhdrico forman bisulfuro amnico, que provoca fuerte corrosin a temperaturas inferiores al punto de roco del agua. El bisulfuro amnico tambin se encuentra en la eliminacin del agua amarga. Como la unidad de hidrocraqueo trabaja a presiones y temperaturas muy elevadas, es importante el control de fugas de hidrocarburos y de emanaciones de hidrgeno para evitar incendios. Al tratarse de un proceso cerrado, en condiciones de trabajo normales las exposiciones son mnimas. Existe riesgo de exposicin a nafta aliftica que contenga benceno, HAP cancergenos,


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Los hidrocarburos lquidos rectificados procedentes del reactor primario se mezclan con hidrgeno y se envan al reactor de la segunda fase, donde se descomponen en gasolina de alta calidad, combustible para aviones de reaccin y materiales de destilacin para mezclas. Tales productos pasan por una serie de separadores de alta y baja presin para extraer de ellos los gases, los cuales se reciclan. Los hidrocarburos lquidos se estabilizan, dividen y rectifican, y las naftas ligeras producidas en la unidad de hidrocraqueo se utilizan para mezclas de gasolina mientras que las naftas pesadas se reciclan o se envan a una unidad de reforma cataltica (vase la Figura 78.11).

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emisiones de gases y vapores de hidrocarburos, gas rico en hidrgeno y cido sulfhdrico, como consecuencia de fugas a alta presin. Durante la regeneracin y el cambio de catalizador se desprenden grandes cantidades de monxido de carbono. La absorcin y regeneracin de catalizador con vapor crea corrientes de residuos que contienen agua amarga y amonaco. Al manipular catalizador agotado deben utilizarse mtodos de trabajo seguros y equipos de proteccin personal adecuados. En algunos procesos, se requiere actuar con precaucin para que no se formen concentraciones explosivas de polvo cataltico durante la recarga. La descarga de catalizador coquizado requiere precauciones especiales para evitar incendios inducidos por sulfuro de hierro. El catalizador coquizado debe enfriarse hasta una temperatura inferior a 49 C antes de su descarga, o colocarse en recipientes inertizados con nitrgeno hasta que se le enfre.

Existe riesgo de exposicin a solucin de lavado custico (hidrxido sdico), al cido fosfrico utilizado en el proceso o eliminado mediante lavado durante las revisiones generales, y al catalizador en polvo. Es posible que se produzca asimismo una reaccin exotrmica incontrolada en caso de prdida de agua refrigerante. La alquilacin combina las molculas de las olefinas producidas en el craqueo cataltico con las de isoparafinas para aumentar el volumen y octanaje de las mezclas de gasolina. Las olefinas reaccionan con las isoparafinas en presencia de un catalizador muy activo, por lo general cido sulfrico o cido fluorhdrico (o cloruro de aluminio) para crear una molcula parafnica de cadena ramificada larga, denominada alquilato (isooctano), con excepcionales cualidades antidetonantes. A continuacin, el alquilato se separa y se fracciona. Las temperaturas de reaccin, relativamente bajas, de 10 C a 16 C para el cido sulfrico, 27 C a 0 C para el cido fluorhdrico y 0 C para el cloruro de aluminio, se controlan y mantienen mediante refrigeracin (vase la Figura 78.13). Alquilacin del cido sulfrico. En las unidades de alquilacin de cido sulfrico en cascada, , penetran en el reactor cargas de propileno, butileno, amileno e isobutano fresco, entre otras, y all entran en contacto con el catalizador de cido sulfrico. El reactor est dividido en zonas; las olefinas se introducen en cada zona mediante distribuidores, y el cido sulfrico y los isobutanos circulan sobre deflectores de una zona a otra. El calor de la reaccin se elimina por evaporacin del isobutano. El isobutano gaseoso se extrae de la parte superior del reactor, se enfra y se recicla, envindose una parte del mismo a la torre despropanizadora. El residuo del reactor se decanta y el cido sulfrico se extrae del fondo del recipiente y se recicla. Se utilizan lavadores custicos o de agua para eliminar pequeas cantidades de cido de la corriente de proceso, que a continuacin pasa a una torre desisobutanizadora. El isobutano obtenido en la seccin superior del desbutanizador se recicla, y los restantes hidrocarburos se separan en una torre de redestilacin y/o se envan a la operacin de mezcla. Alquilacin del cido fluorhdrico. Hay dos tipos de procesos de alquilacin del cido fluorhdrico: Phillips y UOP. En el proceso Phillips, la carga de olefina e isobutano se seca y pasa a una unidad combinada de reaccin y decantacin. El hidrocarburo procedente de la zona de decantacin se carga en el fraccionador principal. El producto de evaporacin de la seccin superior del fraccionador principal pasa a un despropanizador. El propano, que contiene trazas de cido fluorhdrico (HF), pasa a una torre rectificadora de HF, y despus se desfluora catalticamente, se trata y se almacena. El isobutano se extrae delAlquilacin

Procesos de combinacin

Se utilizan dos procesos de combinacin, la polimerizacin y la alquilacin, para unir entre s pequeas molculas deficitarias en hidrgeno, denominadas olefinas, recuperadas del craqueo trmico y cataltico, con el fin crear materiales de mezcla de gasolinas de ms valor.Polimerizacin

La polimerizacin es el proceso que consiste en combinar dos o ms molculas orgnicas insaturadas (olefinas) para formar un sola, ms pesada, con los mismos elementos y en la misma proporcin que en la molcula original. Convierte las olefinas gaseosas, como el etileno, el propileno y el butileno convertidos por unidades de craqueo trmico y de lquidos, en molculas ms pesadas y complejas, de mayor ndice de octano, como la nafta y las cargas petroqumicas. La carga de olefinas se trata previamente para eliminar los compuestos de azufre y otros constituyentes sin valor, y despus se hace pasar sobre un catalizador fosforoso, generalmente un catalizador slido o cido fosfrico lquido, donde tiene lugar una reaccin polimrica exotrmica. Para ello se requiere el empleo de agua refrigerante y la inyeccin de una carga fra en el reactor con el fin de controlar las temperaturas a distintas presiones. Se elimina el cido de los lquidos mediante un lavado custico, se fraccionan los lquidos y se recicla el catalizador cido. El vapor se fracciona para extraer los butanos y se neutraliza para eliminar trazas de cido (vase la Figura 78.12). Si entra agua en contacto con el cido fosfrico, por ejemplo durante el lavado con agua en las paradas, se producir una intensa corrosin que acarrear la avera del equipo. La corrosin alcanza tambin a las tubuladuras, rehervidores, intercambiadores de calor y otros puntos donde pueda depositarse cido. Figura 78.13 Proceso de alquilacin.

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fraccionador principal y se recicla en el reactor/decantador, y el alquilato del fondo del fraccionador principal se enva a un divisor. El proceso UOP utiliza dos reactores con divisores separados. La mitad del material seco se carga en el primer reactor, junto con isobutano reciclado y de relleno, y despus en su decantador, donde se recicla el cido y se carga el hidrocarburo en el segundo reactor. La otra mitad del material va al segundo reactor; el cido del decantador se recicla y los hidrocarburos se cargan en el fraccionador principal. El proceso subsiguiente es similar al Phillips en que el producto de la seccin superior del fraccionador principal pasa a un despropanizador, se recicla el isobutano y se enva el alquilato a un divisor.Salud y seguridad

respiratorio cuando haya riesgo de exposicin a cidos fluorhdrico y sulfrico durante las operaciones normales, como lectura de manmetros, inspeccin y toma de muestras de proceso, as como durante las actividades de respuesta a emergencias, mantenimiento y revisin general. Debern existir procedimientos que aseguren que el equipo y las prendas de proteccin utilizados en actividades en que intervengan el cido sulfrico o el cido fluorhdrico (trajes de proteccin qumica, fundas para la cabeza y el calzado, guantes, proteccin facial y ocular, y equipo de proteccin respiratoria) se limpien y descontaminen perfectamente antes de su reutilizacin.

Procesos de rectificacin

El cido sulfrico y el cido fluorhdrico son productos qumicos peligrosos, por lo que es esencial proceder con precaucin durante la entrega y descarga del cido. Para trabajar con del cido sulfrico de forma satisfactoria y evitar la corrosin, es necesario mantener su concentracin entre el 85 y el 95 %; para evitar la corrosin por cido fluorhdrico la concentracin de ste en la unidad de proceso debe mantenerse por encima del 65 %, y la humedad por debajo del 4 %. En las unidades de cido sulfrico se origina corrosin e incrustaciones debido a la descomposicin de los steres del cido sulfrico, o cuando se aade un custico con fines de neutralizacin. Los steres se eliminan mediante tratamiento con cido fresco y lavado con agua caliente. En el caso de que haya prdida del agua refrigerante, necesaria para mantener las temperaturas, a veces se producen descompensaciones. Para evitar la contaminacin por agua, la presin se mantiene en el lado del agua refrigerante y del vapor de los intercambiadores de calor por debajo de la presin mnima del lado de servicio del cido. Para neutralizar el fluoruro de hidrgeno gaseoso o los vapores de cido fluorhdrico antes de su descarga, se conectan los tubos de ventilacin a lavadores de ceniza de sosa. Se proporcionarn bordillos, drenajes y aislamiento para la contencin de la unidad de proceso a fin de que pueda neutralizarse el efluente antes de verterlo al alcantarillado. Las unidades de cido fluorhdrico deben drenarse y limpiarse a fondo qumicamente antes de las revisiones generales y de la entrada en dichas unidades, para eliminar cualquier resto de fluoruro de hierro y cido fluorhdrico. Despus de la parada, si se ha utilizado agua se deber secar por completo la unidad antes de introducir en ella cido fluorhdrico. Las fugas, las emisiones o los derrames contaminados con cido fluorhdrico, as como los hidrocarburos que contienen dicho cido, son extremadamente peligrosos. Es necesario adoptar precauciones para asegurarse de que el equipo y los materiales que han estado en contacto con cido se manipulen con cuidado y se limpien perfectamente antes de que abandonen el rea de proceso o la refinera. Con frecuencia se prevn tanques de lavado por inmersin para neutralizar el equipo que ha estado en contacto con cido fluorhdrico. Existe riesgo de exposiciones txicas y gravemente peligrosas en caso de fugas, derrames o emanaciones. El contacto directo con cido sulfrico o cido fluorhdrico provoca graves lesiones cutneas y oculares, y la inhalacin de vahos cidos o de vapores de hidrocarburos que contienen cido causa fuerte irritacin y graves daos en el sistema respiratorio. Debern utilizarse medidas especiales de precaucin para situaciones de emergencia, y proveerse una proteccin acorde con el potencial de riesgo y las zonas que pueden resultar afectadas. Ser necesario utilizar mtodos de trabajo seguros y equipos de proteccin personal apropiados para proteger la piel y el aparato

Los procesos de reforma cataltica convierten las naftas pesadas de bajo octanaje en hidrocarburos aromticos para cargas petroqumicas y componentes de gasolina de alto ndice de octano, que reciben el nombre de reformados, mediante reorganizacin molecular o deshidrogenacin. Dependiendo de la carga y de los catalizadores, se producen reformados con concentraciones muy altas de tolueno, benceno, xileno y otros aromticos tiles para la mezcla de gasolinas y el procesado petroqumico. El hidrgeno, un subproducto importante, se separa del reformado para reciclarlo y utilizarlo en otros procesos. El producto resultante depende de la temperatura y presin del reactor, el catalizador utilizado y la velocidad de reciclaje del hidrgeno. Algunas unidades de reforma cataltica trabajan a baja presin y otras a alta presin. Algunos sistemas de reforma cataltica regeneran continuamente el catalizador; algunas instalaciones regeneran todos los reactores durante las revisiones generales, y otras sacan los reactores de la corriente por turno, de uno en uno, para la regeneracin del catalizador. En la reforma cataltica, la carga de nafta se trata previamente con hidrgeno para eliminar contaminantes tales como los compuestos de cloro, azufre y nitrgeno, que podran envenenar el catalizador. El producto se somete a vaporizacin instantnea y se fracciona en unas torres, donde se eliminan el resto de gases y contaminantes. La carga de nafta desulfurada se enva a la unidad de reforma cataltica, donde se calienta hasta la evaporacin y se hace pasar por un reactor con un lecho estacionario de catalizador bimetlico o metlico que contiene una pequea cantidad de platino, molibdeno, renio u otros metales nobles. Las dos reacciones primarias que tienen lugar son la produccin de aromticos de alto ndice de octano mediante extraccin del hidrgeno de las molculas de la carga de partida, y la conversin de las parafinas normales en parafinas de cadena ramificada o en isoparafinas. En la platformacin, otro proceso de reforma cataltica, la carga que no ha sido hidrodesulfurada se combina con gas reciclado y se hace pasar primero sobre un catalizador de bajo coste. Cualquier impureza remanente se convierte en cido sulfhdrico y amonaco, y se elimina antes de que la corriente pase sobre el catalizador de platino. El vapor rico en hidrgeno se recicla para inhibir reacciones que podran envenenar el catalizador. El producto de salida del reactor se separa en reformado lquido,

Reforma cataltica


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La reforma cataltica y la isomerizacin son procesos que reorganizan las molculas de hidrocarburos para obtener productos con diferentes caractersticas. Despus del craqueo algunas corrientes de gasolina, aunque tienen el tamao molecular correcto, requieren un proceso ulterior para mejorar su rendimiento, por ser deficitarias en algunas cualidades, como el ndice de octano o el contenido de azufre. La reforma de hidrgeno (al vapor) produce hidrgeno adicional para utilizarlo en el proceso de hidrogenacin.

INDUSTRIAS QUIMICAS

Figura 78.14 Proceso de reforma cataltica.

que se enva a una torre rectificadora, y gas, que se comprime y recicla (vase la Figura 78.14). Se necesitan procedimientos operativos para controlar los puntos calientes durante el arranque. Hay que actuar con cuidado para no romper o aplastar el catalizador al cargar las cuentas, ya que el polvo menudo obturar las rejillas de la unidad de reforma. Es preciso adoptar precauciones contra el polvo al regenerar o sustituir el catalizador. Es posible que durante la regeneracin del catalizador se originen pequeas emisiones de monxido de carbono y cido sulfhdrico. Si se ha ensuciado el estabilizador en las unidades de reforma debido a la formacin de cloruro amnico y sales de hierro deber considerarse la conveniencia de un lavado con agua. En ocasiones se forma cloruro amnico en los intercambiadores de calor de la unidad de tratamiento previo y origina corrosin e incrustaciones. El cloruro de hidrgeno formado por hidrogenacin de compuestos de cloro puede formar cidos o sales de cloruro amnico. En caso de fugas o emanaciones existe riesgo de exposicin a naftas alifticas y aromticas, gas de proceso rico en hidrgeno, cido sulfhdrico y benceno. Figura 78.15 Isomerizacin de C4.

La isomerizacin convierte el n-butano, n-pentano y n-hexano en sus respectivas isoparafinas. Algunos de los componentes parafnicos normales de cadena recta de la nafta ligera de destilacin directa tienen un bajo ndice de octano. Tales componentes se convierten en ismeros de cadena ramificada y alto octanaje reorganizando los enlaces entre tomos, sin cambiar el nmero o la clase de tomos. La isomerizacin se asemeja a la reforma cataltica en que reorganiza las molculas de hidrocarburo, pero slo convierte parafinas normales en isoparafinas. La isomerizacin utiliza un catalizador distinto al de la reforma cataltica. Los dos procesos de isomerizacin claramente diferenciados son el de butano (C4) y el de pentano/hexano. (C5/C6). La isomerizacin de butano (C4) produce materia prima para la alquilacin. Un proceso de baja temperatura utiliza un catalizador muy activo de cloruro de aluminio o cloruro de hidrgeno sin calentadores caldeados para isomerizar n-butano. La carga tratada y precalentada se aade a la corriente de reciclaje, se mezcla con HCl y se hace pasar por el reactor (vase la Figura 78.15).

Isomerizacin

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Figura 78.16 Proceso de isomerizacin.

La isomerizacin de pentano/hexano se utiliza para elevar el ndice de octano convirtiendo n-pentano y n-hexano. En un proceso normal de isomerizacin de pentano/hexano, la carga desecada y desulfurada se mezcla con una pequea cantidad de cloruro orgnico e hidrgeno reciclado, y se calienta a la temperatura del reactor. A continuacin se hace pasar sobre un catalizador metlico soportado (de contacto) en el primer reactor, donde se hidrogenan el benceno y las olefinas. Seguidamente, el material pasa al reactor de isomerizacin, donde las parafinas se isomerizan catalticamente en isoparafinas, se enfran y pasan a un separador. El gas y el hidrgeno del separador, con hidrgeno de reposicin, se reciclan. El lquido se neutraliza con materiales alcalinos y se enva a una columna rectificadora, donde el cloruro de hidrgeno se recupera y recicla (vase la Figura 78.16).

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78 PROCESO DE REFINO DE PETRÓLEO