CAPÍTULO XII - REFINACIÓN

XII-I) Introducción Como ya se dijo en otros capítulos, el petróleo crudo es una combinación de innumerables componentes de distintos grados de volatilidad y constitución química, formados por átomos de carbono y de hidrógeno constituyendo moléculas que se combinan entre sí de distintas formas y complejidades. Esta mezcla así constituida no tiene prácticamente utilización industrial económica, por lo que es necesario “refinarla”, o sea, obtener por separado sus principales constituyentes. Para esto se transporta el crudo hasta una “destilería” o “refinería”, que es el lugar donde se concentran los equipos e instalaciones para aplicar técnicas de separación y de transformación que produzcan, a partir del petróleo crudo, una serie de productos comerciales que van desde los más livianos (gases) hasta los más pesados, (asfaltos y coke). En la figura XII-1 se observa una vista general de la Refinería La Plata, Bs.As. F Lcpt U·p·(·c

ig. N° XII-1

as diferentes operaciones de tratamiento exigen conocer muy bien las aracterísticas deseadas de los productos acabados, la composición de los etróleos crudos, las propiedades físico-químicas de los hidrocarburos y las écnicas de separación y transformación que se han de aplicar.

na refinería fabrica tres tipos de productos: sub-productos o intermedios: (ejemplo: materias primas para la etroquímica). semi-acabados: sirven de base para mezclas y/o procesos ulteriores ejemplo: cortes de lubricantes para fabricación de aceites terminados) acabados: suministrados directamente al mercado (ejemplo: ombustibles)

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Se debe garantizar, a partir de una materia prima única, la fabricación de una muy extensa gama de productos que deben cubrir la demanda del mercado y satisfacer al cliente cumpliendo numerosas especificaciones. Una clasificación de estos productos, en función del peso de los hidrocarburos que forman parte de ellos, puede presentarse como sigue: · Gases: (gases industriales y petroquímica) hidrógeno e hidrocarburos livianos. · Gases licuados: (LPG) propano y butano para uso doméstico e industrial. · Naftas combustibles para motores. · Disolventes para pinturas, industriales etc. · Carburante para reactores, aviones a reacción, turbinas de gas, etc. · Querosene para calefacción. · Gas oil para motores diesel · Fuel oil doméstico, para calefacción, hornos e instalaciones industriales de poca potencia. · Aceites livianos, base para los aceites de motores y mecánica ligera. · Aceites pesados, base para aceites de motores. · Parafinas y ceras, para aislamientos, protecciones etc. · Fuel-oil pesados, combustibles para calefacción de gran potencia, centrales eléctricas · Asfaltos, construcción de carreteras, aislación, etc. · Coke, combustible industrial, fabricación de electrodos, etc. El problema es a la vez técnico y económico para la selección del petróleo crudo a utilizar y de los procesos de fabricación más apropiados, según la situación geográfica de la refinería y de las demandas locales.

XII-II) Procesos En las técnicas de fabricación de los derivados del petróleo se pueden distinguir diferentes tipos de procesos: · Procesos físicos de separación por destilación: permiten el fraccionamiento, la separación, de una mezcla en sus diversos constituyentes, sin romper ni cambiar la estructura molecular, sino aprovechando sus diferentes puntos de ebullición o temperaturas a las que pasan al estado gaseoso. · Procesos de transformación: tienen por fin romper y modificar la estructura molecular, con aumento o disminución del número de moléculas.

XII-II-I) Proceso de destilación inicial atmosférica o “tooping” El petróleo crudo que ingresa a una destilería o refinería sufre, cualquiera sea su origen, una primer operación de fraccionamiento por destilación. La “unidad de destilación” que trabaja a presión atmosférica o “topping” tiene por objeto separar el petróleo en un cierto número de “cortes o fracciones” clasificadas en función de las temperaturas de ebullición de los hidrocarburos. Previo paso por unos hornos especiales para recibir un calentamiento a temperatura adecuada, el crudo se conduce hacia unas torres cilíndricas, llamadas “torres de fraccionamiento”, de entre 3 y 5 metros de diámetro y hasta de 50 metros de

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altura. En la figura XII-2 se observa una vista de una destilería y, en primer plano, un conjunto de torres de fraccionamiento. En estas torres o columnas, existen una bandejas o platos, colocados a intervalos regulares en su interior, que permiten un íntimo contacto entre los vapores y los líquidos de la mezcla. En cada uno de estos platos se logra separar un “corte” determinado de la mezcla, que puede ser conducido al exterior por unos colectores, de manera que los componentes se van separando de acuerdo al peso o densidad, clasificándose verticalmente en función de su volatilidad. Así lo más livianos (gases) saldrán por la parte superior, los intermedios (naftas, querosene, gas oil) por los colectores medios, y por el fondo saldrá un crudo reducido, pesado que debe ser sometido a otra técnica de refinación. (craqueo) no ya de separación sino de transformación. En una unidad de destilación a presión atmosférica se trabaja con temperaturas que van hasta 350°C. Un ejemplo de las muchas posibilidades de separación que se pueden dar, lo constituye el siguiente cuadro N° XII-1.

CUADRO XII-1: PRODUCTOS DE LA DESTILACIÓN INICIALDENOMINACIÓN DE LA FRACCIÓN INTERVALO DE EBULLICIÓN

Gasolina liviana 55-100 °CGasolina media 105-150 °CNaftas medias 150-175 °CNaftas pesadas 175-200 °CQuerosenes 200-255 °CGas-oil 255-350 °C Algunos de los productos que se originan en una destilación inicial pasarán a constituir productos finales para el mercado, después de estabilizarlos, quitarles contaminantes y mejorarles la calidad. Son los que constituirán fundamentalmente las naftas y combustibles. Pero no alcanzaría la producción mundial de petróleo crudo para abastecer las necesidades de combustibles del mercado actual si el crudo fuera solamente destilado, dado que este proceso permite, del total del volumen procesado, obtener solamente un 20% en naftas. Es por eso que se han desarrollado otros procesos especiales que les permiten a las refinerías convertir ciertas porciones o cortes de los productos ya obtenidos de la destilación primaria a fin de incrementar la producción de aquellos que más demandan tienen. En la figura XII-3 se observa un esquema de una destilación primaria y los productos obtenidos, así como la indicación de los puntos donde se obtienen productos intermedios para ser utilizados en otros procesos.

Fig. N° XII-2

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XII-II-II) Procesos destructivos de transformación A diferencia de los procesos de destilación, que sólo permiten “entresacar” lo que ya existe previamente constituido en el petróleo crudo, los procesos de transformación atacan la estructura de las moléculas a fin de obtener nuevos productos. Se aplican a la mayor parte de las fracciones obtenidas de la destilación inicial, con el objeto de: · modificar la estructura molecular para mejorar la calidad de productos ya obtenidos (aumentar la calidad de las naftas, reducir viscosidad de residuos pesados etc.) · transformar los productos en exceso, para equilibrar la producción a la demanda (uso del gas-oil para obtener naftas livianas) · preparación de materias primas para la petroquímica (producción de etano, etileno, caucho, etc.) La más importante de las tecnologías de transformación es el proceso de “craqueo” o ruptura de las cadenas moleculares. Un tipo de craqueo que se aplica es el craqueo térmico, en donde los petróleos más pesados que salen de la destilación, son sometidos a elevadas presiones y calentados a temperaturas mucho más altas que en la destilación (450 a 550°C). En esta situación las moléculas más complejas de la mezcla se rompen, se quiebran, (“craquean”)

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Fig. N° XII-4

dando por resultado cadenas moleculares menos complejas, o lo que es lo mismo, componentes más livianos líquidos y gaseosos. También estos procesos de craqueo se realizan en presencia de “catalizadores”, (sustancias que aceleran la reacción química), constituyendo los procesos conocidos como “cracking catalítico”, aplicados, por ejemplo, en el fraccionamiento de kerosene para la obtención de JP1 (combustible para aviación). En la figura XII-4 se observa una unidad de craqueo catalítico, de la Refinería de Luján de Cuyo. De los procesos de transformación se obtienen productos tales como nuevos cortes de naftas y querosene, productos para fertilizantes, aceites livianos, combustibles del tipo del fuel-oil, y subproductos que, con otros procesos de elaboración, forman parte de la petroquímica, aportando plásticos, colorantes, disolventes, etc. En nuestro país hay casi una docena de refinerías que procesan crudo nacional y/o importado y que obtienen distintos productos. La Refinería La Plata es una de ellas, entre las más importantes, así como la Refinería Campana, Luján de Cuyo y Dock Sud Shell. En el cuadro XII-2 se puede observar los valores correspondientes a marzo de 1997 para cada refinería y tipo de producto

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procesado y obtenido y en el gráfico XII-1 se observa una comparación entre las mismas. Si bien los productos y sub-productos obtenidos varían con la demanda y con el tipo de refinería, en el gráfico XII-2 podemos observar, del conjunto de las destilerías, la participación de distintos productos, correspondientes al mes de marzo de 1997.

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En resumen, los procesos de fabricación son un compromiso entre dos tendencias: por un lado el suministro a la petroquímica de materias primas variadas, lo que obliga a contar con procesos de separación y transformación cada vez más selectivos; y por otro lado, el mejoramiento continuo de los ciclos de la energía que conducen a la utilización de máquinas cada vez menos exigentes respecto a la calidad del combustible, tal lo son los motores de reacción y las turbinas. Por lo tanto el enorme desarrollo de la petroquímica equilibra eficazmente los riesgos de una menor necesidad en la sofisticación y calidad de los combustibles.

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