Una unidad de destilación de crudo (CDU) consiste en una torre de pre-flasheo (PF) la cual es opcional, seguida de una unidad de destilación atmosférica (ADU) y una unidad de destilación al vacío (VDU). Los productos típicos de un sistema de destilación son el Gas Licuado de Petróleo (GLP), Nafta Ligera, Media y Pesada, Queroseno, Diesel, Gasóleo, Gasóleo Ligero de Vacío, Gasóleo Pesado de Vacío y Residuo de Vacío La operación de un sistema de destilación de crudo debe caracterizarse por tener una alta eficiencia y mantener un costo de operación relativamente bajo. Una solución popular al problema de la reducción de costos consiste en el empleo de dispositivos de pre-flasheo, un tambor o una torre, para ahorrar energía en las plantas de destilación. Los dispositivos de pre-flasheo se encargan de remover los componentes ligeros del petróleo crudo antes de que entren al horno. La corriente de vapor obtenida puede ser introducida a la corriente de salida del horno o directamente en la columna de destilación principal Unidades de Destilación Atmosféricas y al Vacío En las unidades de Topping, el objetivo es obtener combustibles terminados y cortes de hidrocarburos que serán procesados en otras unidades, para convertirlos en combustibles más valiosos. En las unidades de Vacío, solo se produce cortes intermedios que son carga de unidades de conversión, las cuales son transformadas en productos de mayor valor y de fácil comercialización. La diferencia fundamental entre las unidades de Tópping y Vacío es la presión de trabajo. El Topping opera con presiones típicas de 1 Kg/cm2 (manométrica), mientras que en el Vacío trabaja con presiones absolutas de 20 mm de mercurio. Esto permite destilar hidrocarburos de alto peso molecular que se descompondrían o craquearían térmicamente, si las condiciones operativas normales del Topping fuesen sobrepasadas. Descripcion del proceso Una vez el petróleo ha pasado a través del desalador y ha sido despojado de la mayor parte de agua, sales inorgánicas e impurezas que contiene; éste es conducido a la columna de pre-flash, para retirar los compuestos volátiles presentes antes de que la mezcla de crudo entre al horno. Los componentes volátiles retirados en la unidad de pre-flash son conducidos a la corriente de salida del horno o son introducidos directamente a la torre de destilación atmosférica La mezcla líquida que sale de la torre de pre-flash es conducida al horno donde se le proporciona calor, lo cual provoca una vaporización parcial del petróleo. En éstas condiciones, el petróleo es conducido a la primera columna de destilación la cual opera a presión atmosférica y es comúnmente llamada torre atmosférica Sin embargo, el calor suministrado en el horno no es suficiente para lograr una vaporización completa de la mayor parte de los compuestos del petróleo. Es por esto que usualmente las torres de destilación atmosférica cuentan con un rehervidor, aunque actualmente se está implementando el uso de vapor sobrecalentado el cual es alimentado por el fondo de la torre. Dentro de la torre atmosférica, el petróleo es separado en diferentes fracciones algunas de las cuales son comercializadas directamente y otras son sometidas a otros procesos dentro de la refinería. El producto de fondo de la torre atmosférica, el cual consiste básicamente en hidrocarburos de cadena larga, es conducido a la torre de destilación al vacío. En ésta torre se separan otras fracciones de petróleo, aprovechando el hecho de que al disminuir la presión disminuye también el punto de ebullición de los líquidos, que de otra forma no se pudieran haber separado debido a que si se le suministra demasiado calor para intentar vaporizarlas, éstas pueden descomponerse. Proceso de otra pagina La destilación o fraccionamiento, del crudo es una operación que permite separar cortes o combustibles de una mezcla compleja de hidrocarburos, como lo es el petróleo. El principio físico en el que se basa el proceso es la diferencia de volatilidad de los componentes, por tal motivo en las columnas fraccionadoras se adecuan las condiciones termodinámicas para obtener o "condensar" los combustibles perfectamente especificados. El fraccionamiento del crudo se completa en dos etapas, en primer lugar se procesa en unidades de destilación atmosférica o Topping, donde la presión de trabajo es típicamente 1 Kg/cm2. Los combustibles
obtenidos por este fraccionamiento son enviados a tanques de despacho o como carga de otras unidades que completan su refinado. Gran parte del crudo procesado en los Topping no se vaporiza, ya que para lograrlo seria necesario elevar la temperatura de trabajo por sobre el umbral de descomposición térmica. Por tal motivo este residuo atmosférico, denominado crudo reducido, se bombea a la unidad de Vacío, donde se baja la presión a 20 mm Hg (típico) lo que permite destilarlo a mayores temperaturas sin descomponer la estructura molecular.
Para que se produzca la "separación o fraccionamiento" de los cortes, se debe alcanzar el equilibrio entre las fases líquido-vapor, ya que de esta manera los componentes más livianos o de menor peso molecular se concentran en la fase vapor y por el contrario los de mayor peso molecular predominan en la fase liquida, en definitiva se aprovecha las diferencias de volatilidad de los hidrocarburos. El equilibrio liquido-vapor, depende principalmente de los parámetros termodinámicos, presión y temperatura del sistema. Las unidades se diseñan para que se produzcan estos equilibrios en forma controlada y durante el tiempo necesario para obtener los combustibles especificados. Básicamente el proceso consiste en vaporizar los hidrocarburos del crudo y luego condensarlos en cortes definidos. Modificando fundamentalmente la temperatura, a lo largo de la columna fraccionadora. La vaporización o fase vapor se produce en el horno y zona de carga de la columna fraccionadora. En el Horno se transfiere la energía temica necesaria para producir el cambio de fase y en la Zona de Carga se disminuye la presión del sistema, produciéndose el flash de la carga, obteniéndose la vaporización definitiva. La fase liquida se logra con reflujos o reciclo de hidrocarburos retornados a la torre. Estos reflujos son corrientes liquidas de hidrocarburos que se enfrían por intercambio con crudo o fluidos refrigerantes. La función u objetivo principal de estos , es eliminar o disipar en forma controlada la energía cedida a los hidrocarburos en el horno, de esta manera se enfría y condensa la carga vaporizada, en cortes o fracciones de hidrocarburos específicas, obteniéndose los combustibles correspondientes. La columna posee bandejas o platos donde se produce el equilibrio entre los vapores que ascienden y los líquidos descendentes. En puntos o alturas exactamente calculadas existen platos colectores desde lo que se extraen los combustibles destilados. Las variables de proceso más importante para esta operación son la presión y la temperatura; el control de la temperatura dentro de la torre es la referencia para realizar los cortes de los productos que se desean extraer. Algunos de los combustibles de las unidades de destilación atmosféricas se comercializan directamente ya que tienen la calidad - de combustibles para despacho, son el mayor contribuyente del pool de destilados medios, pero la ventaja económica mas importante, es que se obtienen cortes de hidrocarburos que son carga de unidades de conversión, que las transforman en productos valiosos y de fácil comercialización. En las unidades de Topping, se obtienen los siguientes productos finales y cargas de otros procesos. Nafta liviana, se envía como carga a isomerizacion donde se mejora el RON y MON Nafta pesada, se envía como carga a Hidrotratamiento de naftas-Platforming, donde se mejora el RON Kerosene, se envía a tanque de despacho. Gas Oíl liviano, se envía a tanque de despacho.
Gas Oíl pesado, se envía como carga a lsomax, convirtiéndolo en Gas Oíl y JP o a las unidades de Crakíng Catalítico Fluido. En las unidades de Vacío, solo se obtienen cargas para unidades de conversión. Gas oíl liviano de Vacío, se envía como carga a lsomax, donde se obtiene gas oíl, JP, naftas carga de Hidrotratamiento de naftas e isomerizacion y propano-butano. Gas oíl pesado de Vacío, se envía a las unidades de Crakíng Catalítico Fluido, donde se obtienen nafta de alto RON, propano carga petroquímica o despacho, butano carga a MTBE- alquilacion, gases combustibles, diesel oíl carga a Hidrotratamiento de Diesel que lo convierte en gas oíl. Asfalto, se envía a las unidades de crakeo térmico, donde se convierte en naftas carga de Hidrotratamiento de naftas, diesel oíl carga de Hidrotratamiento de Diesel, gas oíl pesado de coke que es carga de las unidades de Crakíng Catalítico Fluido, carbón propano-butano y gases combustibles. Destilación Atmosférica La destilación atmosférica o también llamada topping en el mundo del petróleo, es la que se realiza a una presión cercana a la atmosférica. Se utiliza para extraer los hidrocarburos presentes de forma natural en el crudo, sin afectar a la estructura molecular de los componentes. En las unidades de destilación atmosférica, el objetivo es obtener combustibles terminados y cortes de hidrocarburos que luego se procesarán en otras unidades. Se basa en la transferencia de masa entre las fases líquido-gas de una mezcla de hidrocarburos. Permite la separación de componentes en función de su punto de ebullición. Para que se produzca el fraccionamiento o separación, es necesario que exista un equilibrio entre las fases líquido y vapor, que es función de la temperatura y presión del sistema. Así los componentes de menor peso molecular se concentran en la fase vapor y los de peso mayor, en el líquido. Las columnas se diseñan para que el equilibrio líquidovapor se obtenga de forma controlada y durante el tiempo necesario para obtener los productos deseados. El crudo antes de ser fraccionado, debe ser acondicionado y preparado debidamente para lograr una operación eficiente. La primer etapa se lleva a cabo en los tanques de recepción. El petróleo desgasificado que se recibe en las Refinerías, contiene impurezas que son perjudiciales para los equipos, productos y procesos. Las impurezas son : Sales, óxidos de hierro, solidos, entre otros donde para disminuir el impacto de estas impurezas se debe aplicar cualquier tratamiento que la elimine ya sea decantación en tanques que consistirá en decantan en un tanque el agua libre que tenga el crudo por gravedad luego pasa a otro tanque de crudo decantado, donde puede pasar a una segunda etapa de desalación de crudo donde el petróleo crudo pasa por un desalador para eliminar las sales agregando una corriente de agua de lavado para disolver las sales. Y una tercera etapa de inyección de hidróxido de sodio donde esta minimiza el efecto por transformación de sales menos peligrosas ya que a través de la inyección de hidróxido de sodio los cloruros de magnesio y cloro se transformaran en cloruro de sodio. Luego de estar controlado y eliminado las impurezas el crudo continua hacia una torre de preflash la cual se encargan de remover los componentes ligeros del petróleo crudo antes de que entren al horno. La corriente de vapor obtenida puede ser introducida a la corriente de salida del horno o directamente en la columna de destilación principal, ya que esta torre presenta condiciones termodinámicas que permiten vaporizar parcialmente al crudo y asi disminuir la carga al horno disminuyendo asi el consumo de combustible, la carga enviada al horno donde aquí se transfiere la energía necesaria para lograr la vaporización requerida en la zona de alimentación de la torre fraccionadora donde en esta columna es donde se lleva a cabo el fraccionamiento de los hidrocarburos con condiciones de temperatura en función al punto de ebullición para aprovechar la volatilidad de los componentes mas ligeros y asi obtener fracciones dependiendo de esto, la columna posee bandejas o platos donde la carga vaporizada ascienden a través de ellos donde al alcanzar la temperatura de ebullición en los platos correspondientes condensan y se recolectan lateralmente. Primero se obtienen gases y nafta, donde el gas es enviado a unidades de gases y la nafta es fraccionada otra vez para obtener dos cortes nafta liviana y nafta pesada, luego se obtiene el kerosene, luego gas oil liviano y un tercer corte de gasoil pesado y
un producto de fondo que es el residuo que no se vaporizo en el horno, ya que seria necesario aumentar la temperatura de umbral de descomposición química lo cual es indeseable por lo que este residuo es enviado a la unidad de vacio. Destilacion al vacio Las unidades de Vacío, están diseñadas para operar en condiciones termodinámicas adecuadas para destilar las fracciones pesadas del crudo, sin que se produzca la descomposición térmica de los mismos. Para lograrlo se baja la presión de trabajo hasta alcanzar presiones absolutas de 20 mm Hg en la zona de carga de la columna de destilación. El Vacío es obtenido con eyectores de vapor. El residuo de crudo de la torre de destinalacion se bombea a la unidad de vacio se calenta en los hornos a una temperatura inferior a los 400°C y esta pasa a la columna de destilación donde esta columna trabaja a vacio con una presión absoluta de unos 20mm de hg dondese vuelve a producir una vaporización de productos por efecto de la disminución de la presión pudiendo asi extraer de este residuo productos ligeros sin descomporner su estructura molecular de donde se obtiene en un primer corte Gasoil ligero de vacio GOL y en un segundo corte gasoil pesado de vacio GOP dode ambos se utilizan para alimentación de la unidad de craqueo catalítico después desulforarse en la unidad de hidrodesulfuracion y un tercer corte o producto de fondo que es el Residuo de vacio el cual se utiliza para aimentar a unidades de craqueo térmico. En esta columna el principio de operación es la condensación de los vapores, donde la corre tiene características particulares, los dipositivos para producir el contacto liquido vapor son flexi ring los cuales permiten incrementar la superficie de interfase. Y el diámetro de la zona superior de la columna es diferente a la de condensación y el fondo de la columna tiene menor diámetro también. Coquificacion Retardada La Coquificación retardada es un proceso térmico en el cual el residuo de vacío es rápidamente calentado en un horno y luego llevado a una zona de reacción (Tambores de Coque) bajo condiciones especiales de presión y temperatura. La porción no vaporizada del efluente del horno es convertida en vapores y coque motivado a la reacción de polimerización. Los productos de la sección de coque de la unidad de coquificación retardada son vapores del tope, nafta inestable, gasóleo liviano, gasóleo pesado y coque. La Coquificación retardada es un proceso continuo que carga en forma de bacheo a los tambores. El flujo a través de los tubos del horno es continúo. La corriente de alimentación es luego enviada a dos tambores (uno de cada tren), completado el llenado de cada tambor, se cambia a modo de bacheo al tambor pareja. Un tambor de cada par esta en línea llenándose mientras que el otro tambor esta en cualquiera de estas etapas del ciclo, como: despojado con vapor, enfriado, descoquificado, herméticamente probado y calentado. El flujo de vapores del tope desde el tambor de coque que esta en línea, es dirigido al fraccionador de coque. Por lo tanto, el flujo al fraccionador de coque es continúo con tasas de flujo variantes dependiendo en que paso del ciclo de coquificación o descoquificación está el tren. Proceso En la coquización retardada, primero se carga el material en un fraccionador para separar los hidrocarburos más ligeros y después se combina con el petróleo pesado reciclado. El material pesado pasa al horno de coquización y se calienta hasta altas temperaturas a bajas presiones para evitar la coquización prematura en los tubos del calentador, produciendo así una vaporización parcial y un craqueo suave. La mezcla de líquido y vapor se bombea desde el calentador a uno o más tambores de coque, donde el material caliente permanece aproximadamente 24 horas (retardo) a bajas presiones hasta que se descompone en productos más ligeros. Cuando el coque alcanza un nivel predeterminado en un tambor, el flujo se desvía a otro tambor para mantener la continuidad de la operación. El vapor procedente de los tambores se devuelve al fraccionador para separar el gas, la nafta y los gasóleos, y reciclar los hidrocarburos más pesados a través del horno.
Hidrotratamiento de nafta El objetivo principal del hidrotratamiento de naftas es acondicionar la carga a la unidades de Reforming Catalítico e Isomerización. La remoción de metales, junto con la eliminación de azufre, oxigeno y nitrógeno es necesaria debido a que estos son venenos para los catalizadores. Son procesos donde se hace reaccionar hidrógeno con hidrocarburos insaturados (olefinas y aromáticos) transformandolos en saturados (parafinicos y nafténicos). Además el hidrógeno reacciona con compuestos de azufre, nitrógeno y oxigenados transformandolos en ácido sulfhidrico (SH2), amoniaco (NH3) y agua (H2O). La carga esta constituida por naftas pesadas de destilación primaria ( Topping ) y naftas pesadas de las Unidades de Coque. Luego de ser calentada, la carga pasa por un sistema de reacción donde el hidrocarburo toma contacto con el hidrógeno en presencia de un catalizador. La corriente de salida del sistema de reacción pasa por un separador de alta presión donde se separa el hidrógeno que no reaccionó junto con parte del sulfhídrico y amoníaco formado, luego la corriente pasa a una torre estabilizadora donde se elimina una pequeña cantidad de gases por la parte superior. Por el fondo sale nafta hidrotratada . En él se tratan estas fracciones del petróleo con hidrógeno gaseoso, usando catalizadores , alta temperatura y presión. Se producen distintos tipos de reacciones químicas: Las olefinas (alquenos en la nomenclatura química IUPAC recomendada) adicionan una molécula de hidrógeno en cada doble enlace carbono-carbono, convirtiéndose en parafinas (alcanos en la nomenclatura IUPAC recomendada). Esta reacción se denomina de saturación, significando con ello que la molécula de alqueno ha adquirido la máxima cantidad posible de átomos de hidrógeno. Los hidrocarburos aromáticos también adicionan moléculas de hidrógeno y se transforman en hidrocarburos nafténicos o en la nomenclatura IUPAC recomendada, cicloalcanos. Los hidrocarburos oxigenados reemplazan sus átomos de oxígeno por átomos de hidrógeno, y los átomos de oxígeno que salen se combinan con moléculas de hidrógeno formando agua.
Los hidrocarburos nitrogenados reemplazan sus átomos de nitrógeno por átomos de hidrógeno, y los átomos de nitrógeno que salen se combinan con moléculas de hidrógeno formando amoníaco. Finalmente los hidrocarburos que contienen azufre reemplazan sus átomos de azufre por átomos de hidrógeno, y los átomos de azufre que salen se combinan con moléculas de hidrógeno formando sulfuro de hidrógeno. Unidad de reformación de gas (psa libras absolutas, es decir presión absoluta de gas) Su función principal es producir el gas reformado o gas reductor que se utiliza en el proceso de reducción, a partir del gas natural y el vapor de agua, mediante el uso de catalizadores A través de esta unidad se quiere la obtención de hidrogeno para la obtención de otros derivados metanol y el amoniaco basado en la industria petroquímica Para el amoniaco Se parte del gas natural constituido por una mezcla de hidrocarburos siendo el 90% metano (CH4) para obtener el H2 necesario para la síntesis de NH3. Para el metanol Actualmente, todo el metanol producido mundialmente se sintetiza mediante un proceso catalítico a partir de monóxido de carbono e hidrógeno. Esta reacción emplea altas temperaturas y presiones, y necesita reactores industriales grandes y complicados. Recuperadoras de Azufre Los crudos pesados y extrapesados una de sus características es la de poseer alto contenido de azufre que va desde 3 a 8% lo cual por ser altamente toxico corrosivo y peligroso debe ser eliminado del crudo, para que el mismo posea las especificaciones requeridas y exigidas en cuanto a comercialización, ahora bien luego de ser removido este azufre la función de una planta recuperadora del mismo es la de recolectar o como muy bien su palabra lo dice recuperar ese azufre en cuestión de reobro para ser tratado y comercializado debido a que en en el área petroquímica el azufre tiene diversos usos como materia prima el cual es utlizado para elaborar fertilizantes, ceras, plásticos, insectisidas entre otro La recuperación del azufre contenido en los gases agrios de las corrientes de desecho incorpora valor económico a la producción obtenida en las refinerías. También contribuye a mejorar la calidad del aire, pues elimina la incineración del producto que actualmente se realiza a través de las antorchas de combustión de las refinerías. Los procesos de recuperación de azufre tienen como objetivo evitar las emisiones de compuestos de azufre generados en los procesos de hidrotratamiento de combustibles. En estos procesos todos los compuestos de azufre se convierten a azufre elemental mediante reacciones aceleradas por catalizadores de alúmina. El azufre producto se utiliza principalmente para la fabricación de fertilizantes. Unidad de recuperación de Aminas Las unidades de amina se utilizan para eliminar los contaminantes ácidos del gas agrio y corrientes de hidrocarburos. En las plantas de amina, las corrientes de hidrocarburos gas y líquido que contienen dióxido de carbono y/o sulfuro de hidrógeno se cargan a una torre de absorción de gas o contactor líquido donde los contaminantes ácidos son absorbidos por las soluciones de aminas que fluyen (ej. MEA, DEA, MDEA). El gas despojado o líquido se retira, y la amina se envía a un regenerador. En el regenerador, los componentes ácidos se eliminan por calor y la acción de recalentado y eliminados. La amina es reciclada. Las aminas son compuestos químicos orgánicos que se consideran como derivados del amoníaco y resultan de la sustitución de uno o varios de los hidrógenos de la molécula de amoniaco por otros sustituyentes o radicales. Según se sustituyan uno, dos o tres hidrógenos,las aminas son primarias, secundarias o terciarias, respectivamente. minas primarias: etilamina, anilina, ...
dimetilamina, dietilamina, etilmetilamina, ... trimetilamina, dimetilbencilamina Las aminas primarias y secundarias tienen puntos de ebullición menores que los de los alcoholes, pero mayores que los de los éteres de peso molecular semejante. Las aminas terciarias, sin puentes de hidrógeno, tienen puntos de ebullición más bajos que las aminas primarias y secundarias de pesos moleculares semejantes. Tratamiento de Agua Tratamiento de Aguas residuales Este tratamiento consiste en una primera etapa en la cual mediante un proceso aerobio, se permite que los microorganismos contenidos en el ambiente descompongan y oxiden el material orgánico con lo cual se logra un clarificado del agua y el asentamiento de los residuos contenidos en esta. La segunda parte del tratamiento de aguas residuales consiste en una oxigenación del agua y otro proceso de filtrado, con lo que se termina de eliminar los posibles contaminantes contenidos en el líquido . El agua descontaminada mediante este proceso, generalmente es utilizada para sistemas de riego y otras actividades en las cuales no se necesite de un nivel profundo de descontaminación. Existe un proceso más completo para la depuración del agua residual. Este método consiste en una primera etapa de asentamiento y descomposición aeróbica que facilitan el filtrado del agua, para pasar posteriormente a cámaras en las que por medio de agregados químicos se elimina el resto de los materiales contaminantes presentes en el agua. Los agregados químicos podrán variar entre cada planta de tratamiento. En este tipo de tratamiento de aguas residuales es posible agregar alguna cantidad de cloro al agua, antes de ser liberada a los afluentes, de manera que se eliminen la gran mayoría de los posibles contaminantes producto del líquido residual. El tratamiento que se proporcione al agua residual dependerá en gran medida de las propias disposiciones de la región en la que se encuentra la planta de tratamiento, aunque en todos los casos es posible lograr un nivel de depuración muy aceptable. La finalidad que se desee proporcionar al agua descontaminada también será un factor clave en los procesos que se apliquen en la planta de tratamiento.
