La Ind Indus ustr tria ia del del Petr Petról óle eo y la Re Refi finació nación n
rocesos e e n ac n . . ⎯⎯ ⎯ ⎯⎯
.
Pro rocesos cesos de Refi finació nación. n. . es e e n c o, a n us u s r a e e n ac n a cam a o continuamente. Por lo tanto, se requiere una rápida rev s n e os pr pr nc pa es os en en e esarro o e a industria. Inicialmente, una refinería consistía de una simple es ac n p o r o es ac on e eran vapor za os os sucesivamente los hidrocarburos con más altos puntos de e u c n, con ensa os, y segrega os e acuer o a sus rangos de ebullición como: Nafta, Kerosén, Gasóleos, Fuel . as a que se a op r p amen e a es ac n continua.. continua
El
descubrimiento
del Craqueo Cra raqu que eo
Térmico, Térmico Tér mi mico co,
una
descomposición (dependiente del tiempo y la temperatura) valiosas, mediante el uso de calor, hizo posible a los refinadores cumplir con la creciente demanda de gasolinas
La adición de alquilatos de plomo proporcionó una forma barata de me orar las
asolinas El Tetraetilo de Plomo
[TEL] Incrementa [TEL] Incrementa el Octanaje de las gasolinas)
Era Er E ra a catalítica catalítica: catalític catalíti c a: La P Polimerización olimeriz ol imeriza aci ción ón Catalítica Cata talí líti tica ca prop propor orci cion onó ó un una a fo form rma a de usar las olefinas livianas producidas por craqueo térmico (Principalmente propilenos y butilenos) para obtener naftas . mejorada (sobre el craqueo térmico) de producir mayores volúmenes de olefinas, gasolinas y destilados a partir del gasóleo (en especial durante la se la segun segunda segund gunda da a guerra mundial mundial). mund iall ). mundia
La A Al Alquilación l q u i l ac acii ó n Catalítica Catal Cat alít ítii c a se de desa sarr rrol ollo lo pa para ra co comb mbin inar ar so u ano nos s con o e nas v ana nas s para pr pro o uc r gas aso o na nas s e alto octanaje. Inicialmente, este alquilato fue segregado para usos en aviación. El Reformado El Reformado Reformado Catalítico Catalítico siguió siguió como medio para mejorar e oc ana e
e as racc ones
e rango
e a ga gaso na,
conv nviirtie ien ndo pr prin inc cip ipa alm lme ente na nafften eno os a aromá máttico cos s. El Refo Re form rmad ado, o, co comb mbin inad ado o co con n la ex extr trac acci ción ón po porr so solv lven ente tes s ro or orci cion onó ó un una a fu fuen ente te de be benc ncen eno o to tolu luen eno o
xile xi leno nos. s. La
isomerización catalítica permitió la conversión de parafinas ,
y
u
v
.
tipos de derivados: deriva deriv ado dos s: 1. P Productos roductos terminados: termina te rminados dos : se envían directamente al consumidor (Ej: Solventes, (Ej: Solventes, diesel) diesel) 2. P Productos roduct rod uctos os se semi mi elaborados: ela labora borados dos : bas base para mezclas, re uieren aditivos ara su consumo E : Naftas Gasolina base, Bases lubricantes) lubricantes) 3. Sub Sub pr prod produc pro oduc ductos ucto tos s o productos prod pr oduc ucto tos s intermedios intermedios: interme inte rmedios dios : (Materia .
Conform onforme e a su composi c omposición ción quí química mica y su uso u so, so, los hidroca hidrocarburo rburos s se clasific clasifican an como como si ue: 1. Gas: Mezcla 1. Gas: Gas: Mezcla de hidrógeno y gases livianos C1 + C2 . b. Pe Petr troq oquím uímic ica. a. 2. Gas li 2. licu licua lic cua uado ado de etr tról tróleo: tró óle leo: eo: LPG Li uefied Petrol Petroleum eum Gases a. Propan Propano o + Butano para uso domés doméstico tico o industria industriall b. Pe Petr troq oquím uímic ica. a. . om o m us ust u s t es pa para p ara r a mo moto m o tore t o res: r es: s: a. Gasol Gasolinas inas para automo automotores tores . 4. Solventes 4. Solv olve entes especiales: especia speciale les: s: a. Sol Solven ventes tes de intu inturas ras.. b. Solvent Solventes es industr industriales iales (Extra (Extracción cción de aceites vegeta vegetales, les, perfumes) . om us e e av ac n .
6. Kerosene: 6. Kerose Ke rosene ne:: .
,
7. Diesel: 7. Die iese sel: l: .
.
b. Combus Combustible tible para automo automotores tores de transp transporte. orte. . a. Cal Calefac efacció ción n dom domésti éstica. ca. .
.
9. A 9. Ac Aceite Ace c ei eit ites t es s llivianos: i v i an ano os: .
.
b. Bases para aceite aceites s lubricante lubricantes s de motor motores es de combu combustión. stión. . ce c e es es p pesa es a os: os: a. Base viscos viscosa a para para aceites aceites lubric lubricantes antes de motores motores de com us
n.
11. A 11. Ac Ace Ac c ei eit eit ite te es sp para ara ar a máq m máquina máquin áqu u i n as as d de e vap v vapor vapor. apo o r.. . a. Pro Protecc tección ión de alim alimento entos s . . 13. Fuel Oil 13. Oil pesado: a. Com Combus bustibl tible e ind industr ustrial. ial. b. Gen Genera eració ción n elé eléctr ctrica ica.. c. Cal Calefa efacc cció ión. n. 14.Asfalto: 14. As A s f al altt o : a. Car Carret retera eras s asf asfalta altadas das.. b. Emb Embalaj alaje e y aisl aislami amiento ento.. c. Recubri Recubrimientos mientos imperm impermeabiliza eabilizantes. ntes. 15.Coque: 15. Coque: a. Com Combus bustibl tible e ind industr ustrial. ial. . a r cac n e e ec ro os. c. Coge Cogener neraci ación ón elé eléctr ctrica ica
Las refinerías han crecido desde una simple
unidad
complejos
de
destilación
industriales
que
hasta pueden
contener tantas como: 10 a 15 diferentes un a es e proceso.
Unid ade ades s de d e Proc Proce eso de Refin Refinación ación Proceso Procesos P r o ce ces o s de d e Tip Tiipo po General po Gene Gen erral al Ejempl jemplos j em em pl pl os os de d e Unid Unid n i da dades d es es o procesos pro p r o cesos ces o s ce Destilación de Crudo Absorción Separación Adsorción
Reducci Re ducci ón de peso mol ecular pr omedio
Mejo Me jora ra de Calidad
Au A u m ent ento o de d e pes p eso o mo m o l ec ecu u l ar y c al alii d ad
rocesos aux are ares, s, mez mezc c a o y ra am en o
Visco reducción (Visbreak (Visbreaking) ing) Coquización retardada (Delayed Coking) oqu za o u o u ex co ng ng Craqueo Catalítico Fluido (FCC) Craqueo de Crudos Pesados Hidrocraqueo (Hydrocracking) Hidrotratamiento (Hydrotreating) Reformado Catalítico Isomerización Alquilación Generación de Hidrógeno Recuperación de Azufre ra am en o: ag agua ua se serv rv a e n us r a . Generación de Vapor y Energía Electrica Disposición de desechos.
Los esquemas de refinación según el destino de los productos se dirigen principalmente a: de Ga Gasolinas aso soli linas nas y Combustibles Combustibles. Combust Comb ustibl ible es . Producción de G para Pro Procesos rocesos cesos Petroquímicos. Petroquímicos . Producción de cargas para P
El cr El crudo udo en en lla a Refinería Ref i n er ía Re , químicos y calor para eliminar el agua, los sedimentos sólidos y se separa el gas natural. A continuación se a macena e
pe r eo en
anques
es e
on e se
transporta a una refinería en camiones, por tren, en barco o a través de un oleoducto oleoducto.. Todos los campos oleoducto pe ro eros oleoductos.
mpor an es es n conec a os a gran es
L a Unidad La Unidad Uni dad de Crudo. Crudo Cru do . El desala desalado do . La primera etapa de la Unida Unidad d de Destila stilación ción de Crudo, se del desalado, se aprovecha el calor de algunas corrientes salientes ,
.
el crudo con agua (Hasta un 7% en volumen), para disolver los .
El de El d desalado es al ad o . Se adiciona uno o varios qu micos para facilitar la . calienta a una temperatura más baja que el punto de ebullición de la mezcla para evitar la gasificación (generalmente bajo los 325 ºF), en el desalador la mezcla
electrostático
10,000 a 35,000 voltios de AC
favorecer aún más la separación de la fase acuosa.
ara
Según la cantidad de sal, el tipo de crudo y la dificultad de separac n, se requer r
e una o var as e apas
e
esa a o
para reducir la cantidad de sal a valores tolerables por la metalurgia de los equipos aguas abajo. Obteniéndose valores de remoción de sal de hasta 97% (típico 85%). El pH del agua efluente del desalado, se debe mantener entre 6.5 – 7.5.
L a Unidad La Unidad Uni dad de D De est stil stilación sti ila lación aci ción ón A At Atmo Atmosférica tmos sférica f ér érii c a (Dest (De stil ila aci ción ón de d e Crudo Crudo,, Prim Primaria, aria, Top oppi ping ng): ): El Crudo se calienta aún más por medio de otras corrientes salientes [3] (diseñado para la máxima recuperación de calor “Tecnología “ Tecnología Pinch Pinch”) ”) y pasa deseada para ingresar a la Columna de Destilación Atmosférica [5].
En la columna de Destilación Atmosférica, el petróleo crudo es separa o en as
eren es racc ones seg n su pun o e
ebullición, ebullició n, ya que la temperatura disminuye disminuye con la altura. Las fracciones con mayor masa molecular (empleadas para como líquido a la parte inferior de la columna, donde se extraen. Las fracciones más ligeras (que darán lugar por arriba
y
so n
extraídas
lateralmente
después
de
ser
despojadas mediante vapor de mediana presión (150 psig) , , ,
.
Todas las fracciones se someten a complejos tratamientos posteriores para convertirlas en los productos finales , regulaciones de cada producto final. El residuo atmosférico o “ o ““ Crud rudo o Reducido” Reducido” del fondo de la Vacío.. Vacío
L as cor Las corriente corrientes rientes s de la U Uni nidad ni dad de C Crud rudo o se destinan destin dest ina an a lo l o siguiente: siguiente:
Corriente
Gas flash.
Destino A tratamiento Refinería
de
Gas,
Gas
combustible
Propano y Butano.
A tra tratam tamient iento o Mer Merox, ox, tra tratami tamiento ento con ami aminas nas y a esferas de almacenamiento, C3s, C4s o LPG.
Nafta liviana.
Trat ratamie amiento nto par para a mezc mezcla la de Gas Gasolin olinas as o a una unidad de isomerización.
Nafta pesada.
Hidrotratamiento y Reformación catalítica o para Jet Fuel.
Kerosén.
Tratamiento para ventas o como Jet Fuel.
ese .
ra am en en o y ven as.
Gasóleo Gasóle o Atmosfé Atmosférico. rico. Posible hidrotr hidrotratamie atamiento nto y carga a FCC. Crudo Re Red ducido.
Carga a destil ila ación al Vacío ío..
. Este Es te ro roce ceso so,, rec recib ibe e com como o ali alime ment ntac ació ión n el el ““Crudo Cru rudo do Reducido” proveniente del fondo de la torre de Destilación A At Atmosférica t m o s f ér érii c a de la Unidad de Crudo o . destilados de vacío que son adecuados como carga a la unidad de FCC FCC,, Hidrocraqueadora o para la producción de aceites lubricantes.
La carga, es precalentada mediante un tren de intercambio “diseñado para la máxima recuperación de calor” y después alimentada a un horno, donde se controla la temperatura para producir los destilados de vacío y residuo de la calidad requerida. requerida. Para finalmente ingresar a . vacío formado en muchos casos por trenes en cascada de eyectores de va or or..
su función y el producto que se obtiene: . líquido y vapores. . v x gasóleo. Zo na de Gasóle Zona sóleo o liviano. liviano livia no . Sep Separ arac ació ión n de dell ga gasó sóle leo o liviano de gases no condensables. Zon Zona ona a de Gasóle sóleo sól eo pesado. pesa pe sado do . Re Remoción de calor por recir irc culac aciión un 75 75% % de asó sólleo. Zona de residuo residuo.. Extracción rápida del residuo para .
L as corr Las corriente corrientes ientes s de la U Uni nidad ni dad d de e Vacío Vacío se destinan destin dest ina an a lo l o si uie uiente nte: nte:
Co r r i en t e Corriente
Destino Des t i n o
Gasóleos de vacío
Posible hidrotratamiento y Carga a FCC, producción de lubricantes.
Residuo de vacío
Asfaltos, o mezcla para Fuel oil, o a la Unidad
Unidad de Visbreaking. Visbr Vis bre eaki king ng . El V El Vis Visbreaking isbr bre eaki king ng (o V Viscorreductora), Viscorreductora iscorreductor isc orreductora a), es una forma barata y pesados.. Se usó inicialmente para reducir la viscosidad y el pesados . obtener carga adicional para el Craqueo catalítico y reducir la pro ucc n e ue menos va oso. Es un proceso de craqueo térmico suave, existiendo dos versiones:
Proceso al horno: horno : Versión más aplicada ( aplicada (F (Figura Fig igur ura a 7), consiste de un craqueo térmico tienen lugar en el horno. El efluente del horno, es la fraccionadora y enfriadas, para detener las reacciones de craqueo .
Proceso Soaker Soak So aker er:: En esta modalidad (Figura modalidad (Figura (Figura 8), 8), ), existe existe un recipiente intermedio interme dio [2] entre el horno [1] y la fraccio fraccionadora nadora [3], la mayoría de las reacciones tienen lugar en el soaker [2], manteniéndose por un periodo de tiempo adicional. Esta opción permite operar a menor temperatura tiempo de reacción.
Todos los productos de viscorreducción, requieren de algún procesamiento o tra trata tratamiento tamie miento nto adicional adicional, adici diciona onall , para cumplir las
Gas
A tratamiento de Gas, Gas combustible .
Nafta
Tratamiento para mezcla de Gasolinas. Hidrocraqueo. ,
.
Uni Unidad nidad dad d de e Craqueo Craque Craqu eo Catalítico Fluidizado. Fluidizado . “
”
papel muy importante en una moderna refinería de petróleo por su r su re rentabilidad ent nta abi bili lida dad d y competitividad competitividad.. Convierte el
asóleo
moléculas
randes de hidrocarburos a
moléculas pequeñas y de tamaño mediano) en: productos ,
,
octanaje y aceites combustibles. Actualmente hay ha y unas 450 unidades unidad es de FCC en el mundo, mundo , procesando sobre los 12 millones de BPD. Casi el 45 45% % de la producción total de gasolina a nivel .
En añ años os re reci cien ente tes, s, se pr proc oces esan an ha hast sta a lo los s re resi sidu duos os (Unidades . Figura 10 10), ), los ), los que promueven selectivamente las reacciones de .
Esta Es ta un unid idad ad sa sati tisf sfac ace e mú múlt ltip iple les s
exig ex igen enci cias as op oper erac acio iona nale les s
conforme a su flexibi flexibilidad lidad y a la amplia gama de catalizado catalizadores res disponibles en el mercado: ro u uc cc
n
e
Maximización
Maxim xima a Maxima
.
de oc octano tano en en la a asolina soli so lina na
producción produc pro ducció ción n de Gasolina. Gaso Ga soli lina na.
Produc roducción ción Producción Craqueo
de de D Dies iesel el [Aceites [A [Aceite ceites s Cíclicos]. Cícl Cí clic icos os]] .
de residuos. residuos resid uos .
La carga líquida fresca, es introducida “ Reactor” , do donde se mezcla con el catalizador re enerado 2 a alta temperatura (700°C) proveniente desde el Regenerador y se mezcla con vapor de mediana presión, esta mezcla es impulsada en fo forrma flu luiida hacia , donde se producen las reacciones de cra ueo. Al salir del “riser reactor”, se separan rápidamente el catalizador agotado de los vapores de hidrocarburos producto de las reacciones de craqueo catalítico .
Los va Los vap por ore es de hi hid droc ocar arbu burros pr prod odu uct cto o de las rea eacc cciion ones es de cra cr a ue ueo o catal catalít ític ico, o, se se enví envían an a la la frac fracci cion onad ador ora a de FCC FCC ar ara a su separación en distintos cortes, se fraccionan en gases, gasolina, aceites cíclicos y residuo (aceite clarificado), y los gases de cima se envían al sistema de recuperación de gases, para su separación. F separación. Figu Figura igur ig ura ra a 18 18. 18.
ca a za or gas a o, reactor
se
envía
e al
re enerador enerador donde con la introducción
de
aire,
se
prod pr oduc uce e la co comb mbus usti tión ón de dell coqu que e depos osit ita ado para la reac re acti tiva vaci ción ón y re reut utililiz izac ació ión n .
L as corrientes Las corr ientes corriente s de la U Uni nidad ni dad d de e FCC FCC se destinan desti nan a lo l o siguiente: siguiente:
Gas
A tratamiento petroquímica.
de
Gas,
Gas
combustible
C3s y C4s , LPG
A tratamiento, Petroquímica.
almacenamiento
Gasolina
Tratam ratamiento iento almace almacenamien namiento to des acho.
Nafta
Tratamie ratamiento nto para mezcla de Gasolina Gasolinas. s.
Aceites Cíclicos y Fondos
Mezcla para Fuel oil.
en
Esferas,
Refinería, despacho.
. El Reformado Catalítico convierte naftas vírgenes y craqueadas de bajo octanaje (55 RON) en stocks para mezcla de gasolinas de alto octanaje. Aunque son numerosas las reacciones que tienen lugar , Dehi De hidr drog ogen enac ació ión n de na naft ften enos os pa para ra fo form rmar ar ar arom omát átic icos os.. Al Algu guno nos s refinadores aíslan los aromáticos para uso petroquímico. Pero la mayor may or a se usa par para a mez mezc c a e gas gaso o nas nas..
. La nafta pesada obtenida en la Unidad de Crudo, es de bajo octanaje (unos 53 octanos), lo que la hace inadecuada para su uso como combustible de automotores; por esta razón en esta unidad a la carga, libre de compuestos de azufre (< 10 ppm) F ppm) Figu Figura igura ra 21 Mediante un tren de reactores, con ca a za za ores e a n o y en en o y con altas presiones y temperaturas, se modifica la estructura molecular de los componentes de la nafta para octanaje. El catalizador debe regenerarse periódicamente.
Uni Unidad nidad dad R Re efo form rma ado dora ra C Ca atalí talíti talítica tica ca Con Co onti n ttinu i nu nua a (CCR) (CCR) (C CCR, por la Regeneración Continua del Catalizador. Tiene tres secciones F secciones Figu Fig igur igura ura ra a 22 22: 22: Uni Unidad nida dad d P1 P1: 1: Hid Hidrotr tra ata tad dora de Naf afta ta pesada da.. Se Se obtiene nafta azufre, agua, halógenos, olefinas, arsénico y metales, para que no . Consta de un reactor con catalizador bimetálico en lecho fijo.
Unidad P2 Unidad P2 2:: Reformadora catalítica. catalítica. El propósito de esta unidad es produ duc cir un refo forrmado de alt lto o oc octtan ana aje “955-10 100 0 octa tan nos os”” rico en aromáticos para el pool de mezcla de gasolina. Tiene varios reactores con un lecho movible de catalizador bimetálico en atmósfera de hidrógeno. Unidad P3 P3 3:: Lazo de regeneración. regeneración. Su propósito es la regeneración con nua e ca a za za or uran e a operac n norma e a re orma ora catalítica.
Hidr Hidrodesulfuradora idrodesulfu odesulfura rador dora a de Diesel (HDS) (HD HDS) S) En esta unidad unidad F Fii ura 23 23 , el diesel obtenido en las unidades de Crudo, sometido al proceso de hidrotratamiento, produce diesel con ba o contenido de azufre
menor a 0.05% Peso
libre de
compuestos nitrogenados. Esta unidades constan de un reactor de lecho fi o con dos clases de catalizadores: Hidrogenación
selectiva. selectiva.
Hidrodesulfuración Hidro idrodesulfuración desulfuración
d del el diesel. diesel .
Mediante este proceso, el diesel, satisface
especific ica aciones internacionales.
medioambie ien ntales
e
Procesos Merox Merox.. , para mejorar la calidad de la gasolina y el LPG. Su funci función ón es tran transfo sform rmar ar los los
rodu ro ducto ctos s nocivo nocivos s
de azu zufr fre e y su dis ismi minu nuci ció ón en lo los s pro rod duct cto os terminados. El nombre de estos procesos se deriva de su función:
MERcapthan MER capthan OX OX OXidation. OX idation.
Tratami ratamie ent nto o de d e Jet Fuel Fuel . . contener este combustible, además, elimina gomas y otros compuestos ácidos, .
Trata ratami mie ent nto o de d e Gas Combus Comb usti tibl ble e. Los gases contenidos en el petróleo y los que se generan en las unidades de proceso de refinación, se utilizan como combustible en las refinerías. Estos gases requieren la eliminación de compuestos de azufre y nitrógeno, que qu e de no ha hac cer erlo lo,, co con nta tami min nar arán án el am amb bie ient nte e al ser qu quem emad ado os en lo los s hornos y calderos, produciendo SOx produciendo SOx SOx y SOx y NOx NOx NOx causantes NOx causantes de las lluvias ácidas.
Tratamiento de aguas amargas. amargas . Las La s a ua uas s in indu dust stri rial ales es ue se en ener eran an en la las s di dife ferren ente tes s un unid idad ades es de proceso, se envían a esta unidad para su eliminación de com uestos de de az azufre nitró eno, osteriormente se se re reutilizan o son vertidas libres de contaminantes.
Uni Unidad nidad dad de re recu recupe recup cupe pera eraci ración ració ción ón n de d e azufre. azuf az ufre re. gases de refinería, del tratamiento de aguas amargas y del proceso erox , me an e e proceso e reacc n Claus,, permite producir Azufre de alta pureza. Claus
Plant Planta lanta a Oxi xidador x id ida dadora ado dorr a de asfaltos. asfa asf alt ltos os . El residuo de Vacío y el residuo de las Viscorreductoras, mediante el proceso de oxidación, produce asfalto, el mismo que puede utilizarse como recubrimiento impermeabilizante y en la fabricación de pilas y baterías eléctricas.
Todos los procesos Todos procesos de tratamiento, tratamiento, reducen sobr so sobre bre e el me m medio edi dio o ambiente. ambiente.
Serv Servicios rvic icio ios sa aux uxil ux iliare iares s y A Al All m Almace macenamiento acen ac enam namiento amii en entt o : En las refinerías refinerías,, las plantas plantas de procesamiento procesamiento de gas g as y en los complejos petroquímicos se cu cuen enta ta co con n in inst stal alac acio ione nes s de dest stin inad adas as al al alma mace cena nami mien ento to,, formadas por tanques tanques y esferas para los productos. productos. Para generar los servicios auxiliares, se tiene además sistemas de: Captación
de agua cruda, ,
Sistema
de agua de enfriamiento
Sistema
de contra incendio,
Calderas
de generación de vapor de alta, mediana y baja presión.
Turbogeneradores de vapor o de gas. ste st emas e ge gen nerac ón y
Torres
strr uc ón e éct st ctrr ca ca..
de enfriamiento enfr iamiento ,
Sistemas
.
de tratamiento de aguas y desechos industriales.
En lo po posi sib ble se mant ntiien ene e ci cie erta in inte tegr gra aci ció ón de pro roce ceso sos s de genera raci ció ón de servicios, de manera que la eficiencia global sea la más adecuada, pero manteniendo siempre la confiabilidad y flexibilidad requerida por el sistema.
