Una refinería de petróleo es una planta industrial, de la materia prima de aceite mediante purificación y destilación bajo presión normal y bajo vacío en fracciones con un definido intervalo de ebullición transferido. El refinamiento adicional de los cortes de ebullición se realiza mediante métodos como la extracción o métodos de limpieza química. Para aumentar la calidad de los productos, como su índice de octano, se utilizan procesos de conversión como la isomerización o el reformado catalítico. Además, se añaden aditivos a los productos que mejoran o suprimen ciertas propiedades.
Se obtienen productos de mayor valor, como gasolina, diésel, gasóleo o queroseno. Para la industria química, se producen materias primas como el gas licuado de petróleo, la nafta y el destilado medio. Las refinerías de petróleo suelen ser grandes complejos industriales cuya imagen está formada por extensos parques de tanques, columnas de rectificación, sistemas de tuberías y sistemas de bengala. Las refinerías de petróleo son consideradas negocios intensivos en energía. El alto aporte energético necesario (hasta el 50% de los costos) para la producción se obtiene en parte de los propios portadores de energía primaria, y se suministra como energía eléctrica y energía térmica.
¿Cuál es la materias prima de una refinería?
La materia prima de las refenerías es el petróleo. El petróleo consiste en una mezcla de hidrocarburos. Los más frecuentemente representados son los alcanos lineales o ramificados (parafinas), los cicloalcanos (naftenos) y los aromáticos. Cada aceite tiene una composición química específica, dependiendo de la ubicación, que también determina las propiedades físicas como el color y la viscosidad.
El petróleo contiene, en menor medida, compuestos de carbono que contienen nitrógeno, oxígeno o azufre, tales como aminas, porfirinas, mercaptanos, tioéteres, alcoholes y quinonas. Además, hay compuestos de metales como hierro, cobre, vanadio y níquel., La proporción de hidrocarburos puros varía considerablemente. La proporción varía de 97% a solo 50% para aceites pesados y betún. El contenido de carbono está entre 83 y 87%, el contenido de hidrógeno entre 10 y 14%. Otros elementos del grupo principal son entre 0.1 y 1.5%, el contenido de compuestos metálicos es inferior a 1000 ppm.
Los aceites crudos típicos difieren según el depósito. El West Texas Intermediate (WTI) es un crudo ligero, de bajo contenido de azufre y ligero de alta calidad de Cushing (Oklahoma). Un representante europeo es Brent Blend, un petróleo crudo de los 15 campos petroleros Brentsystem existentes en el Mar del Norte. El Dubai y Omán en el Medio Oriente se promueve principalmente para el mercado de Asia y el Pacífico. El Tapis de Malasia es ligero, Minas de Indonesia es un crudo pesado del Lejano Oriente.
¿Qué productos se obtienen en una refinería?
Los productos terminados pueden ser gaseosos, líquidos o sólidos. Porcentaje, el rendimiento de una refinería moderna es aproximadamente el 3% de los gases licuados, como el propano y el butano. Alrededor del 9% son derivados del petróleo (nafta) y 24% de la gasolina ( gasolina ). Los combustibles de mayor punto de ebullición, como el combustible para aviones ( queroseno ), representan el 4%, el combustible diésel y el combustible liviano hasta el 21%, el combustible pesado un 11%.
Los componentes sólidos y de alta viscosidad, como el betún o el fueloil, son pesados al 3.5%, lubricantesal 1,5%. Alrededor del 2% se contabiliza por otros productos o pérdidas. Dependiendo del grado de procesamiento adicional, el consumo propio de la refinería está entre el 5 y el 10% del petróleo crudo utilizado. El MiRO, por ejemplo, tiene 16 millones de toneladas de capacidad de crudo, que se procesa en 14,9 millones de toneladas de productos finales, lo que significa que el autoconsumo es de alrededor del 7%.
Las cantidades de productos terminados dependen, por una parte, de los tipos de petróleo crudo utilizado y, por otra parte, de las plantas de procesamiento disponibles en la refinería. Por lo tanto, los aceites crudos "ligeros" contienen niveles relativamente altos de productos ligeros, es decir, de baja densidad, como GLP, queroseno, gasolina, diésel. Los crudos pesados contienen grandes cantidades de productos pesados, como el fueloil pesado y el betún.
En las refinerías modernas, algunos de estos componentes pesados se pueden convertir en otros más livianos, como el craqueo, para que una refinería de este tipo pueda procesar más crudo pesado.
¿Cómo funciona una refinería de petróleo?
El aceite extraído de los depósitos se trata en el lugar antes del transporte a la refinería, esencialmente por separación gruesa de componentes indeseables, como sedimentos y agua. Después de estos pasos iniciales de procesamiento, el petróleo crudo que se produce ahora se entrega a la refinería por barco o tubería. Aquí, la mezcla líquida se separa en pasos adicionales con un proceso de destilación especial en diferentes fracciones y se procesa en productos vendibles. La tecnología está tan avanzada hoy que ninguna sustancia del petróleo crudo permanece sin uso. Incluso se utiliza el gas de refinería producido como un subproducto indeseable. Se usa directamente en los hornos de proceso como portador de energía o se usa en el procesamiento químico como gas de síntesis.
Purificación / desalinización del petróleo
El petróleo / petróleo crudo ya se libera en el depósito de arena y agua. Para evitar la corrosión en el equipo, el aceite crudo se desala (hasta una salinidad <10 ppm), agregando agua, se produce una emulsión de aceite crudo y agua. La sal se disuelve en la fase acuosa de esta emulsión. Luego, la emulsión se vuelve a separar en un desalador electrostático, el agua salina se deposita en el fondo y se alimenta a las plantas de tratamiento apropiadas, y el aceite crudo desalado se bombea para la destilación.
La refracción de la emulsión se produce a temperaturas elevadas de aproximadamente 130 ° C para disminuir la viscosidad del crudo y voltajes de aproximadamente 20 kV. Trabajar a presión elevada evita que los volátiles se evaporen durante este paso del proceso. La emulsión de aceite y agua también se puede romper agregando productos químicos adecuados, llamados demulsificadores.
Procesamiento primario (destilación de petróleo crudo)
Después de desalado, el crudo se calienta en dos etapas. El precalentamiento se realiza en intercambiadores de calor mediante la recuperación de calor del producto vencido. El precalentamiento máximo se realiza mediante hornos hasta aproximadamente 400 ° C. El aceite calentado se purifica por rectificación en una columna de hasta 50 m de altura. Separados en sus componentes. El crudo ingresa a la columna en un flujo de dos fases (gaseoso / líquido).
El perfil de temperatura desciende hacia la parte superior. Dado que la temperatura en el sumidero, es decir, en la parte inferior de la columna, es más alta y los componentes ligeros no pueden condensarse, continúan aumentando en forma gaseosa.
En la parte superior de la columna, gas y gasolina ligera, llamada nafta, incluida, queroseno, intermedio para aviones propulsados por turbina (no debe confundirse con el llamado "combustible de avión ", el AVGAS para aviones ottmotorenen), combustible diésel y combustible liviano (Calefacción de gasóleo y diésel. -Stock) y en la parte inferior - la parte inferior de la columna - el residuo atmosférico (en inglés: Residuo largo). Esta primera rectificación tiene lugar a la presión atmosférica y, por lo tanto, se denomina rectificación atmosférica.
El residuo se redestila en otra columna de rectificación a baja presión (generalmente ~ 20 mbar) para descomponerlo en otros productos (ver destilación al vacío). Es necesaria una rectificación al vacío porque la longitud de la cadena de los hidrocarburos de alto punto de ebullición es mayor y, a altas temperaturas, por encima de los 400 ° C, tienden a romperse térmicamente en lugar de separarse por destilación. Los productos de la destilación al vacío son gasóleo al vacío y el llamado "residuo corto".
Método de conversión y mezcla
Después del procesamiento primario, se utiliza una variedad de procesos de acabado para eliminar los contaminantes (azufre, nitrógeno) y mejorar la calidad de los intermedios. Posteriormente, los productos finales, como la gasolina de motor, el Jet A-1, el combustible diésel o los combustibles de diversos compuestos intermedios / componentes mezclados entre sí (celosías), que se producen en los procesos de fabricación mencionados a continuación.
Hidrotratamiento
Los componentes de la destilación fraccionada (nafta, destilados medios, gasóleos al vacío) aún son ricos en compuestos de azufre. Estos podrían envenenar los catalizadores durante el procesamiento posterior (reforma catalítica, ver más abajo). La quema directa de productos no tratados (aceite de calefacción) produciría SO 2 ambientalmente perjudicial. En el hidrotratamiento, los componentes a desulfurar se mezclan con hidrógeno y se calientan a aproximadamente 350ºC. La mezcla caliente entra en un reactor lleno de catalizadores de níquel, molibdeno o cobalto sobre alúmina que reacciona hidrógeno con los compuestos de azufre, nitrógeno y oxígeno para producir sulfuro de hidrógeno, amoníaco y agua.
Reformado catalítico
El reformado catalítico tiene como objetivo aumentar el octanaje de la nafta (rango de ebullición ~ 70-180 °C) y producir hidrocarburos aromáticos. Además, el hidrógeno se obtiene como un producto que se utiliza en los procesos de hidrotratamiento e hidrocraqueo. El reformado se realiza a aproximadamente 500 ° C y, dependiendo del tipo de proceso, de 3,5 a 40 bar. Se utilizan catalizadores bifuncionales (platino-estaño o platino-renio, sobre óxido de aluminio clorado o zeolitas).
En los centros metálicos del catalizador, las reacciones de hidrogenación / deshidrogenación se llevan a cabo preferiblemente, mientras que los sitios ácidos catalizan las reacciones de isomerización y de cierre del anillo. Una reacción secundaria indeseable es la coquización del catalizador mediante reacciones de polimerización y deshidrogenación. El coque se elimina quemando el coque y luego oxiclorando el catalizador.
Isomerización
En la isomerización son n -alcanos en iso -alcanos convertidos con el objetivo de mejora de octano o cambiando el patrón de sustitución en el aromático. Por lo tanto, meta -xileno en o - y p isomeriza-xileno, ya que éstos para la preparación de anhídrido ftálico o tereftalato de dimetiloser utilizado Hay catalizadores similares a los de la reforma catalítica en uso. La reacción se lleva a cabo a temperaturas más bajas, alrededor de 250 ° C y, para prevenir la desactivación del catalizador por coquización, a una presión parcial moderada de hidrógeno de aproximadamente 15 bar. Debido a las condiciones moderadas en comparación con el proceso de reformado catalítico, las reacciones de craqueo y cierre del anillo se suprimen en gran medida.
Otros procesos de isomerización se refieren a la conversión de n- pentano en isopentano o de n- hexano a isohexano (mejora del número de octano, por ejemplo, proceso de Hysomer, proceso PENEX).
Alquilación
En la alquilación son iso-alcanos (isobutano) y alquenos ( n - y iso -) bajo catálisis ácida para formar de mayor peso molecular alto octanaje iso -alcanos (C 7 -C 12 ) implementados. Así es como reaccionan el isobuteno y el isobutano. a. a 2,2,4-trimetilpentano (isooctano). Los reactivos se hacen reaccionar en la fase líquida en un exceso de alcano con ácido sulfúrico concentrado o ácido fluorhídrico anhidro.
El tiempo de residencia típico es de unos 10 a 15 minutos. A partir de entonces, las fases líquidas se separan mediante la sedimentación de las fases. En la llamada iso-stripper, la iso-Alcano separado y devuelto al proceso (reciclado). El producto final terminado se conoce como alquilato. El proceso es adecuado si la refinería tiene vapor o catcracker y, por lo tanto, puede suministrar los materiales de partida para la alquilación.
Cracking
Hay tres grupos principales de craqueo: térmico, catalítico e hidrocraqueo.
Cuando el craqueo térmico no hay catalizadores. Como resultado, se pueden suministrar residuos de la destilación del petróleo, lo que dañaría el catalizador durante el craqueo catalítico debido a su contenido de metales pesados y azufre.
Cuando visbreaking z. B. es el craqueo de aceites residuales pesados en tiempos de residencia moderados y temperaturas alrededor de 500 ° C con el objetivo de producir gasoil. El rendimiento del gasóleo (y más ligero) es de alrededor del 30% para el rompehielos. La destilación posterior separa las fracciones volátiles.
En la coquización retardada, el coque de petróleo se recupera mediante craqueo térmico de los residuos de destilación al vacío. Para este propósito, el aceite residual se calienta a aproximadamente 500 ° C y se pulveriza en cámaras de coquización, donde se convierte en coque de petróleo, hidrocarburos líquidos y gaseosos. Después del coque, el coque se separa mecánicamente y, si es necesario, se libera de compuestos volátiles en hornos de calcinación a temperaturas de 1200 ° C.
Sin embargo, la nafta, el gasóleo o incluso los aceites de gas hidrogenados al vacío (Hydrowax, Hydrocracker BOttoms) también pueden ser craqueados térmicamente por el llamado craqueo a vapor de eteno, propeno y aromáticos. para producir
Durante el craqueo catalítico son silicatos ácidos como catalizadores, los materiales de partida son atmosférica pesada aceite de gas de petróleo o gas de vacío. Los productos son predominantemente olefinas de cadena corta y alcanos.
Cuando hidrocraqueo alcanos de cadena larga se convierten en la alimentación de hidrógeno en alcanos de cadena corta. A mayores presiones parciales de hidrógeno, incluso los aromáticos se hidrogenan y, por lo tanto, se generan cicloalcanos. El educt utilizado es predominantemente gasóleo al vacío. La mayoría de los compuestos de azufre y nitrógeno de la sustancia reaccionante a hidrogenar, por lo que los volúmenes sustanciales de H 2 S y NH 3 se incurren.
Método de claus
Los procedimientos de hidrotratamiento, hidrocraqueo y la necesaria producción de gas de síntesis a partir de aceite pesado de producir cantidades considerables de H 2 S, que no pueden ser simplemente "quemados". En el proceso de Claus, el sulfuro de hidrógeno resultante se quema de manera subestequiométrica con oxígeno atmosférico en un reactor. El SO 2 resultante se descompone con H 2 S residual en azufre elemental y agua.
La reacción inicialmente incompleta se conduce a través de varias etapas catalíticas a temperaturas más bajas para completar la conversión.
En otro proceso (proceso WSA, ácido sulfúrico húmedo), el ácido sulfúrico se produce directamente a partir del sulfuro de hidrógeno.
Protección del medio ambiente, seguridad laboral y seguridad de la planta
Los equipos de proceso, los tanques de tanques y los sistemas de tuberías están sujetos a amplias medidas de seguridad. El objetivo de la seguridad de la planta y la prevención de accidentes es prevenir las perturbaciones y limitar los efectos de las perturbaciones que aún ocurren en las personas y el medio ambiente.
Las instalaciones para la producción, almacenamiento y extracción de petróleo crudo y sus derivados requieren un permiso en Alemania de conformidad con la Ley Federal de Control de Inmisión. Esto requiere que las plantas se construyan y operen de acuerdo con el estado de la técnica. Además, deben seguirse las normas técnicas aplicables. Los requisitos para el manejo de sustancias contaminantes del agua surgen de la Ley de Recursos Hídricos.
Historia de las refinerías
Las primeras refinerías de petróleo ya se construyeron a principios de la era del aceite mineral, es decir, a mediados del siglo XIX. La primera refinería fue establecida en 1856 por Ignacy Łukasiewicz, el inventor de la lámpara de queroseno, en Ulaszowice (Polonia). Después de que fue destruido por un incendio, se construyó otra refinería más moderna en Chorkówka. Muy rápidamente, los aceites luminiscentes derivados del petróleo comenzaron a reemplazar los combustibles para lámparas que hasta ahora se habían obtenido de las grasas animales, en particular Waltran, para lo cual primero era necesario un tratamiento del petróleo crudo por destilación.
La destilación del petróleo recuperado se realizó de manera muy sencilla. Para este propósito, se llenó un hervidor de cobre con aproximadamente 750 litros de aceite y se hervió el contenido del hervidor. Los vapores resultantes se pasaron a través de un sistema de tubos de enfriamiento donde se condensaron. De esta manera, el petróleo, que se usaba para iluminación en las lámparas de queroseno, ganó. El residuo de alquitrán que quedaba en la caldera se eliminó como residuo.
La explotación de otros productos derivados del petróleo, y en particular la rápida propagación de los motores de combustión interna después de la Primera Guerra Mundial, no solo requirió la construcción de muchas refinerías nuevas, sino que también condujo a un rápido desarrollo del proceso de refinería.
Como en muchas otras industrias, los requisitos para una refinería, y en particular para los productos, han cambiado con los años. Básicamente, aquí está la adaptación de la especificación del producto a la llamada, que ha cambiado debido a las leyes (medio ambiente y salud). Por ejemplo, el contenido de azufre permitido en la mayoría de los combustibles y también del combustible para calefacción disminuyó.
