Desarrollo de la Industria de la Refinación.

Objetivo GeneralConocer el proceso de refinación del petróleo y las propiedades más importantes de los combustibles.

Introducción

El petróleo, Cuando se extrae de los pozos, no es un componente útil prácticamente. Para ello es fundamental sepáralo en diferente fracciones para aprovechar sus características. A dicho proceso se le llama refino del petróleo.

La industria del refino tiene como finalidad obtener del petróleo la mayor cantidad posible de productos de calidad bien determinada, que van desde los gases ligeros, como el propano y el butano, hasta las fracciones más pesadas, fuel óleo y asfaltos, pasando por otros productos intermedios como las gasolinas, el gasoil y los aceites lubricantes.

El petróleo bruto contiene todos estos productos en potencia porque está compuesto casi exclusivamente de hidrocarburos, cuyos dos elementos son el carbón y el hidrógeno. Ambos elementos al combinarse entre sí pueden formar infinita variedad de moléculas y cadenas de moléculas.Una refinería es una instalación industrial en la que se transforma el petróleo crudo en productos útiles para las personas. El conjunto de operaciones que se realizan en las refinerías para conseguir estos productos son denominados “procesos de refinamiento”.Los procesos de refino dentro de una refinería se pueden clasificar, por orden de realización y de forma general, en destilación, conversión y tratamiento.

Antes de comenzar este proceso se realiza un análisis de laboratorio del petróleo, puesto que no todos los petróleos son iguales, ni de todos se pueden extraer las mismas sustancias. A continuación se realizan una serie de refinados “piloto” donde se experimentan a pequeña escala todas las operaciones de refino. Una vez comprobados los pasos a realizar, se inicia el proceso.

Desarrollo

La primera refinería, inaugurada en 1861, producía queroseno mediante destilación atmosférica simple. Entre los subproductos había alquitrán y nafta. Pronto se descubrió que podían producirse aceites lubricantes de alta calidad destilando petróleo al vacío. Con

todo, durante los 30 años siguientes el queroseno fue el producto de mayor demanda. Los dos acontecimientos más significativos en el cambio de esta situación fueron:

La invención de la luz eléctrica, que redujo la demanda de queroseno,

La invención del motor de combustión interna, al que siguió una demanda de gasóleo diésel y gasolina (nafta).

 Con la llegada de la producción a gran escala y la primera Guerra Mundial, el número de vehículos propulsados por gasolina aumentó de manera espectacular, como lo hizo la demanda de gasolina. Con todo, los procesos de destilación atmosférica y al vacío sólo permitían obtener del petróleo crudo cierta cantidad de gasolina. El primer proceso de craqueo térmico se aplicó en 1913. El craqueo térmico sometía los combustibles pesados a presión y calor intenso, descomponiendo así físicamente sus grandes moléculas en otras más pequeñas, con lo que producía más gasolina y combustibles de destilación. A fines del decenio de 1930 se aplicó una forma más elaborada de craqueo térmico, la ruptura de la viscosidad, que permitía obtener productos más valiosos y apreciables.Al elaborarse motores de gasolina de compresión más elevada, se produjo una demanda de gasolina de mayor octanaje, con mejores cualidades antidetonantes.La introducción del craqueo catalítico y de los procesos de polimerización en la segunda mitad del decenio de 1930, satisfizo esta demanda al proporcionar gasolina de mayor rendimiento y octanajes más elevados. Al comienzo del decenio de 1940 se desarrolló la alquilación, otro proceso catalítico, para producir más gasolina destinada al campo de la aviación de alto octanaje y cargas petroquímicas para la fabricación de explosivos y caucho sintético.Le siguió la isomerización catalítica, cuyo objeto era convertir los hidrocarburos para producir mayores cantidades de materias primas para la alquilación.Después 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 requerían el empleo de catalizadores y/o de hidrógeno para cambiar las moléculas y eliminar el azufre.Durante el decenio de 1960 se introdujeron mejoras en los catalizadores y se elaboraron métodos de proceso, como el hidrocraqueo y la reforma, para aumentar los rendimientos de la gasolina y mejorar las cualidades antidetonantes. Tales procesos catalíticos produjeron también moléculas de doble enlace (alquenos), base de la moderna industria petroquímica.La refinación del petróleo empieza con la destilación o fraccionamiento del petróleo crudo en grupos de hidrocarburos separados. Los productos resultantes están directamente relacionados con las características del crudo procesado. La mayor

parte de los productos destilados se convierten posteriormente en otros productos más utilizables, cambiándoles el tamaño y estructura de las moléculas de sus hidrocarburos a través del rompimiento (“cracking”), reformado y otros procesos de conversión. Estos productos convertidos son sujetos a varios tratamientos y procesos de separación como la extracción, hidrotratamiento y endulzamiento para remover constituyentes indeseable y para mejorar la calidad del producto. Las refinerías integradas incorporan el proceso de fraccionamiento, tratamiento de conversión y operaciones de mezclado y pueden incluir también el procesamiento de los petroquímicos.Operaciones en la refinaciónLos procesos y operaciones de refinación de petróleo pueden separarse en cinco áreas básicas:FraccionamientoEl fraccionamiento (o destilación) es la separación del petróleo crudo usando torres atmosféricas y de vacío en grupos de compuestos hidrocarburos de distintos rangos de punto de ebullición llamados fracciones o cortes.ConversiónLos procesos de conversión cambian el tamaño o estructura de las moléculas de hidrocarburos. Estos procesos incluyen:

Descomposición (division) por “cracking” térmico y catalítico Unificación (combinación): alquilación y polimerización Alteración (rearreglo): isomerización y reformado catalítico

TratamientoLos procesos de tratamiento buscan preparar las corrientes de hidrocarburos para procesos adicionales y para preparar productos finales. El tratamiento puede incluir la remoción o separación de aromáticos y naftenos, así como impuresas y contaminantes indeseables. El tratamiento puede involucrar separaciones físicas o químicas tales como: disoluciones, absorciones o precipitaciones usando una variedad e incluso combinaciones de procesos, por ejemplo desalamiento, secado, hidrodesulfuración, refinación por solventes, endulzamiento, extracción con solventes y eliminación de ceras con solventes (“dewaxing”).Formulación y mezcladoLa formulación y mezclado es el proceso de combinar fracciones de hidrocarburos, aditivos y otros componentes para producir productos terminados con propiedades de específicas en cuanto a su desempeño .Otras operaciones en la refinaciónDentro de las otras operaciones que se llevan a cabo en refinerías, se encuentran la recuperación de ligeros, "stripping" de agua ácida, tratamiento de desechos sólidos y de agua, tratamiento y enfriamiento de agua de proceso, almacenamiento, manejo y transportación de productos, producción de hidrógeno, tratamiento de ácidos y “colas”, y recuperación de azufre.

Las operaciones e instalaciones auxiliares incluyen la generación de energía y vapor, sistemas de agua contra incendio y de proceso, sistemas de relevo, hornos y calentadores, bombas y válvulas, suministro de vapor, aire, nitrógeno y otros gases, alarmas y sensores, controles de ruido y contaminación, muestreo, pruebas, inspección, laboratorio, cuarto de control, mantenimiento, e instalaciones administrativas.

El número y tipo de los diferentes procesos utilizados en las modernas refinerías dependen principalmente de la naturaleza de los crudos empleados como materia prima y de los requisitos de los productos finales. También influyen en los procesos factores económicos: costes de los crudos, valores de los productos, disponibilidad de servicios básicos y transporte. La cronología de la introducción de los diversos procesos se recoge en el siguiente gráfico:

Composición del Petróleo y de sus Derivados.

Aproximadamente 600 tipos diferentes de hidrocarburos han sido identificados en el petróleo y es probable que existan cientos de compuestos. En un estudio realizado en el Instituto Americano del Petróleo (API) cerca de 300 hidrocarburos individuales fueron identificados en el petróleo Oklahoma en Ponca City. Alrededor de 200 compuestos de azufre fueron identificados en 20 años de estudios sistemáticos de 4 tipos de petróleo. Las moléculas de hidrocarburos son más complejas a medida que aumenta el punto de ebullición de las mismas. En un crudo están presentes, en mayor o menor proporción, hidrocarburos parafínicos, aromáticos y nafténicos. Como su formación ha tenido lugar en atmósfera reductora, anaeróbica, no se encuentran hidrocarburos olefínicos en su composición.

Composición del Petróleo por elementos y por grupo.

Derivados del Petróleo

Las fracciones obtenidas por la refinación del petróleo satisfacen una gran parte de los requerimientos de combustible de nuestra economía.La gasolina por supuesto se usa como combustible en todos los motores de nuestros automóviles y las fracciones más bajas se mezclan con ella.El queroseno se emplea como combustible de motores de tractores y aviones a reacción, mientras que el Gas-Oíl lo queman los motores diesel y la calefacción doméstica. A partir de ciertos tipos de petróleo, se puede obtener por enfriamiento cera de parafina y vaselina. Para eliminar los constituyentes indeseables de cada fracción se emplea la purificación química, así como la destilación y se usan también aditivos para mejorar las características específicas de lubricantes o combustibles. Los residuos asfálticos se usan en la construcción de carreteras y en la impermeabilización de techos.

Productos derivados del petróleo y gas natural:Propeno.

Butano. Etileno. Propileno. Butadieno. Isoperno. Benceno. Tolueno. Xilenos. Estireno. Naftenos. Acetona. Alcohol

metílico. Alcohol

etílico. Fenol. Alcohol

isopropílico.

Ácidos nafténicos.

Acetato de etilo.

Nylon, polietileno y otros plásticos.

Aspirina. Celofán. Cosméticos. Fungicidas. Anestésicos. Detergentes. Productos

farmacéuticos

Cauchos.

Fibras sintéticas.

Perfumes. Herbicidas. Insecticidas. Sacarina. Combustibles

. Lacas y

pinturas. Solventes y

resinas. Productos

para fotografía.

Explosivos. Anticongelan

tes. 

Productos básicos del petróleo crudo.Gas LP: mezcla de propano y butano comprimido y licuado. Proviene, ya sea de líquidos del gas natural y gasolina natural, o de los procesos de refinación de crudo. Sus usos pueden ser domésticos y a nivel industrial.Gasolvente: Solvente alifático incoloro, de olor a petróleo, que se obtiene de la destilación del petróleo crudo, de los cortes ligeros de la nafta; de acuerdo a sus especificaciones el 50% de su volumen debe destilar a 100° como máximo, el 90% a 120° C y la temperatura final de destilación no debe ser mayor a 140°C. Es insoluble en agua y se usa a nivel industrial.

Gasolina: En su forma comercial es una mezcla volátil de hidrocarburos líquidos, con pequeñas cantidades de aditivos, apropiada para usarse como combustible en motores de combustión interna (como los automóviles) con ignición por chispa eléctrica, con un rango de destilación de, aproximadamente, 27 a 225° C.

Gas Nafta: Solvente alifático con punto de ebullición relativamente elevado. en la prueba de destilación el destilado a 176° C debe ser como mínimo el 50% del volumen, a 190° C el 90% mínimo y la temperatura final de ebullición 210° C como máximo; debe tener un punto de inflamación relativamente alto (38° C como mínimo), libre de color y olor. Se utiliza a nivel industrial.

Turbosina: Combustible especialmente para aviones. Destilado del petróleo similar a la querosina. Liquido claro, con olor a aceite combustible, insoluble en agua. Conocido también con los nombres de jet fuel y combustible de reactor.

Kerosina: segundo corte o fracción de la destilación de petróleo crudo (el primero es la nafta o gasolina); su color, contenido de azufre y características de ignición varían según las propiedades del crudo que provienen. Su peso específico está dentro de un rango de 0.80 a 0.83 y su punto de ignición de 66° C a 80° C. Este es un combustible y su uso tiende a ser doméstico e industrial.

Diesel: Combustible derivado de la destilación atmosférica del petróleo crudo. Se obtiene de una mezcla compleja de hidrocarburos parafínicos, oleofínicos, nafténicos y aromáticos, mediante el procesamiento del petróleo. Es un líquido insoluble en agua, de olor a petróleo, tiene uso en la industria automotriz.

Emulsiones: mezcla amorfa de hidrocarburos, de color negro brillante, muy impermeable, generalmente con cal o arena, es un tipo de asfalto y se usa principalmente para la pavimentación y la impermeabilización.

Vaselina: se obtiene mediante tratamiento adecuado de determinadas fracciones del petróleo bruto. Por dicha razón, para poder utilizarse en humanos deben tener un grado de purificación llamado “grado farmacéutico” o “grado farmacopea”. Este excipiente se ha utiliza durante mucho tiempo en formulaciones cosméticas, generalmente este tipo de Vaselina se utiliza a nivel industrial. 

Aceites Lubricantes: Se utilizan como base para la elaboración de lubricantesTerminados. Por su composición química pueden ser nafténicos (caracterizados por un menor índice de viscosidad) o parafínicos (alto índice de viscosidad). Algunas de las especificaciones más importantes de los lubricantes básicos son su viscosidad, punto de inflamación, temperatura de escurrimiento y color.

Grasas: Lubricantes sólidos o semisólidos que se fabrican con un aceite lubricante y un agente que les da más densidad y consistencia. El aceite utilizado es refinado, generalmente de alto índice de viscosidad, y los agentes espesantes son jabones de aluminio, bario, litio, sodio y estroncio y sustancias como arcilla, sílice y glicerol. Se añaden además aditivos antioxidantes, inhibidores de corrosión, pigmentos orgánicos, etcétera. 

Parafinas: Son sólidos untuosos que se funden rápidamente y poseen cierto brillo, plasticidad y resbalosidad. Las parafinas derivadas del petróleo se obtienen como un coproducto en la fabricación de aceites lubricantes. Se separan del aceite para mejorar la fluidez de los lubricantes, y se pueden someter a diversos procedimientos para reducir el aceite que contienen y refinarlas para eliminar compuestos indeseables de azufre, nitrógeno y otros, dándoles mayor consistencia, mejor color y eliminarles cualquier olor. 

Combustóleo: Líquido oscuro, viscoso, con olor característico a chapopote, de composición compleja de hidrocarburos pesados, obtenido de la mezcla de las corrientes de residuo de vacío, aceite pesado y aceite ligero de la desintegración catalítica. Como todo este tipo de compuestos, es insoluble en agua.

Asfaltos: Es un material de cementación sólido o semisólido de color oscuro, formado principalmente por bitúmenes. Se encuentra a veces en grandes depósitos naturales como betunes y presente en la mayoría de los petróleos crudos de donde se separa por varios procedimientos y se puede tratar para dar lugar a numerosos tipos y grados de asfalto.

Además de la gasolina que es la fracción más importante, otras fracciones de uso generalizado son:

El éter de petróleo o ligroína: se emplea como disolvente y para el lavado en seco.

El queroseno: se usa como combustible para calentadores. El diesel: se emplea como combustible en motores diesel. Los aceites lubricantes y la vaselina: se usan como lubricantes. Las ceras de parafina: para elaborar velas, cerillos e

impermeabilizantes. El asfalto: para pavimentación y recubrimientos. El coque de petróleo: se elaboran electrodos de carbón.

ConclusionesCon este trabajo conocimos la evolución que se ha venido dando con la refinación del petróleo, los diferentes derivados que podemos obtener, su proceso, y los usos de los derivados más importantes del petróleo.

Bibliografía

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