Procesos de refinación de petróleo

Los procesos de refinación de petróleo son los procesos de ingeniería química y otras instalaciones utilizadas en las refinerías de petróleo (también conocidas como refinerías de aceite) para transformar el petróleo crudo en productos útiles como gas licuado de petróleo (GLP), gasolina , queroseno , combustible para aviones , gasóleo y fuelóleos . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

Las refinerías y las industrias petroleras son complejos industriales de gran envergadura que incluyen numerosas unidades de procesamiento e instalaciones auxiliares, como unidades de servicios y tanques de almacenamiento. Cada refinería posee una configuración y combinación únicas de procesos de refinación, determinadas en gran medida por su ubicación, los productos deseados y consideraciones económicas.

Algunas refinerías de petróleo modernas procesan entre 800.000 y 900.000 barriles (127.000 a 143.000 metros cúbicos) de petróleo crudo al día.

Antes del siglo XIX, el petróleo era conocido y utilizado de diversas maneras en Babilonia , Egipto , China , Filipinas , Roma y a lo largo del mar Caspio. Se dice que la historia moderna de la industria petrolera comenzó en 1846 cuando Abraham Gessner, de Nueva Escocia , Canadá, ideó un proceso para producir queroseno a partir del carbón. Poco después, en 1854, Ignacy Lukasiewicz comenzó a producir queroseno a partir de pozos petrolíferos excavados a mano cerca de la ciudad de Krosno , Polonia . La primera gran refinería de petróleo se construyó en Ploesti , Rumania , en 1856, utilizando el abundante petróleo disponible en Rumania. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

En Norteamérica, el primer pozo petrolífero fue perforado en 1858 por James Miller Williams en Ontario, Canadá. En Estados Unidos, la industria petrolera comenzó en 1859 cuando Edwin Drake encontró petróleo cerca de Titusville, Pensilvania. ^{[ 6 ]} La industria creció lentamente en el siglo XIX, produciendo principalmente queroseno para lámparas de aceite. A principios del siglo XX, la introducción del motor de combustión interna y su uso en automóviles creó un mercado para la gasolina que impulsó un crecimiento bastante rápido de la industria petrolera. Los primeros hallazgos de petróleo, como los de Ontario y Pensilvania, pronto fueron superados por los grandes auges petroleros en Oklahoma , Texas y California . ^{[ 7 ]}

Antes de la Segunda Guerra Mundial, a principios de la década de 1940, la mayoría de las refinerías de petróleo en Estados Unidos consistían simplemente en unidades de destilación de crudo (a menudo denominadas unidades de destilación atmosférica). Algunas refinerías también contaban con unidades de destilación al vacío y unidades de craqueo térmico , como los viscorreductores (unidades para reducir la viscosidad del petróleo). Todos los demás procesos de refinación que se describen a continuación se desarrollaron durante la guerra o pocos años después. Estuvieron disponibles comercialmente entre 5 y 10 años después del fin de la guerra, y la industria petrolera mundial experimentó un crecimiento muy rápido. El principal motor de este crecimiento tecnológico, así como del número y tamaño de las refinerías en todo el mundo, fue la creciente demanda de gasolina para automóviles y combustible para aeronaves.

En Estados Unidos, debido a diversas y complejas razones económicas y políticas, la construcción de nuevas refinerías prácticamente se detuvo alrededor de la década de 1980. Sin embargo, muchas de las refinerías existentes en Estados Unidos han modernizado muchas de sus unidades o han construido unidades adicionales para: aumentar su capacidad de procesamiento de petróleo crudo, aumentar el índice de octano de su gasolina, reducir el contenido de azufre de su diésel y combustibles para calefacción doméstica para cumplir con las regulaciones ambientales y cumplir con los requisitos ambientales en materia de contaminación del aire y del agua.

• Unidad de destilación de petróleo crudo : Destila el petróleo crudo entrante en diversas fracciones para su posterior procesamiento en otras unidades.
• Unidad de destilación al vacío : Destila aún más el aceite residual del fondo de la unidad de destilación de crudo. La destilación al vacío se realiza a una presión muy inferior a la atmosférica.
• Unidad de hidrotratamiento de nafta : Utiliza hidrógeno para desulfurar la fracción de nafta procedente de la destilación del petróleo crudo u otras unidades dentro de la refinería.
• Unidad de reformado catalítico : Convierte las moléculas de nafta desulfurada en moléculas de mayor octanaje para producir reformado , que es un componente del producto final: la gasolina.
• Unidad de alquilación : Convierte el isobutano y los butilenos en alquilato , que es un componente de muy alto octanaje del producto final, la gasolina.
• Unidad de isomerización : Convierte moléculas lineales como el pentano normal en moléculas ramificadas de mayor octanaje para su mezcla con la gasolina final. También se utiliza para convertir butano normal lineal en isobutano para su uso en la unidad de alquilación.
• Unidad de hidrotratamiento de destilados : Utiliza hidrógeno para desulfurar algunas de las otras fracciones destiladas de la unidad de destilación de petróleo crudo (como el gasóleo).
• Unidades Merox (oxidante de mercaptanos) o similares: Desulfurizan el GLP, el queroseno o el combustible para aviones oxidando los mercaptanos no deseados a disulfuros orgánicos .
• El tratamiento de gas con aminas , la unidad Claus y el tratamiento de gases residuales se utilizan para convertir el sulfuro de hidrógeno procedente de los hidrotratadores en azufre elemental como producto final. La gran mayoría de las 64 000 000 de toneladas métricas de azufre producidas en todo el mundo en 2005 fueron subproductos de las refinerías de petróleo y las plantas de procesamiento de gas natural . ^{[ 8 ] [ 9 ]}
• Unidad de craqueo catalítico fluidizado (FCC): Mejora las fracciones más pesadas y de mayor punto de ebullición procedentes de la destilación del petróleo crudo, convirtiéndolas en productos más ligeros, de menor punto de ebullición y de mayor valor.
• Unidad de hidrocraqueo : Utiliza hidrógeno para transformar las fracciones más pesadas procedentes de la destilación del petróleo crudo y de las unidades de destilación al vacío en productos más ligeros y valiosos.
• La unidad Visbreaker mejora los aceites residuales pesados ​​procedentes de la unidad de destilación al vacío mediante su craqueo térmico, transformándolos en productos de viscosidad reducida, más ligeros y valiosos.
• Unidades de coquización retardada y fluida : Convierten aceites residuales muy pesados ​​en coque de petróleo como producto final, así como en nafta y subproductos de gasóleo.

• Unidad de reformado con vapor : Convierte el gas natural en hidrógeno para las unidades de hidrotratamiento y/o la unidad de hidrocraqueo.
• Unidad de destilación de aguas ácidas : Utiliza vapor para eliminar el gas sulfuro de hidrógeno de diversas corrientes de aguas residuales para su posterior conversión en azufre como producto final en la unidad Claus . ^{[ 10 ]}
• Unidades de servicios como torres de refrigeración para el suministro de agua de refrigeración circulante, generadores de vapor , sistemas de aire para instrumentación para válvulas de control de accionamiento neumático y una subestación eléctrica .
• Sistemas de recolección y tratamiento de aguas residuales que constan de separadores API , unidades de flotación por aire disuelto (DAF) y algún tipo de tratamiento adicional (como un biotratador de lodos activados ) para hacer que las aguas residuales sean aptas para su reutilización o eliminación. ^{[ 10 ]}
• Depósitos de almacenamiento de gas licuado (GLP) para propano y combustibles gaseosos similares, que mantienen la presión suficiente para conservarlos en estado líquido. Suelen ser depósitos esféricos o cilíndricos (depósitos horizontales con extremos redondeados).
• Tanques de almacenamiento para petróleo crudo y productos terminados, generalmente recipientes cilíndricos verticales con algún tipo de control de emisión de vapores y rodeados por un terraplén de tierra para contener los derrames de líquidos.

La unidad de destilación de crudo (UDC) es la primera unidad de procesamiento en prácticamente todas las refinerías de petróleo. La UDC destila el crudo entrante en diversas fracciones con diferentes rangos de ebullición, cada una de las cuales se procesa posteriormente en las demás unidades de procesamiento de la refinería. A la UDC se la suele denominar unidad de destilación atmosférica porque opera a una presión ligeramente superior a la atmosférica. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 11 ]}

A continuación se muestra un diagrama de flujo esquemático de una unidad típica de destilación de petróleo crudo. El petróleo crudo entrante se precalienta mediante intercambio de calor con algunas de las fracciones calientes destiladas y otras corrientes. Posteriormente, se desaliniza para eliminar las sales inorgánicas (principalmente cloruro de sodio).

Tras el proceso de desalación, el petróleo crudo se calienta aún más mediante intercambio de calor con algunas de las fracciones calientes destiladas y otras corrientes. A continuación, se calienta en un horno de combustión (calentador) a una temperatura de aproximadamente 398  °C y se dirige a la parte inferior de la unidad de destilación.

El enfriamiento y la condensación de la parte superior de la torre de destilación se logran parcialmente mediante el intercambio de calor con el petróleo crudo entrante y parcialmente mediante un condensador enfriado por aire o por agua. El calor adicional se extrae de la columna de destilación mediante un sistema de recirculación, como se muestra en el diagrama a continuación.

Como se muestra en el diagrama de flujo, la fracción de destilado superior de la columna de destilación es nafta. Las fracciones que se extraen de los laterales de la columna en distintos puntos entre la parte superior e inferior se denominan destilados laterales . Cada uno de estos destilados laterales (es decir, el queroseno, el gasóleo ligero y el gasóleo pesado) se enfría mediante intercambio de calor con el crudo de entrada. Todas las fracciones (la nafta superior, los destilados laterales y el residuo inferior) se envían a tanques de almacenamiento intermedios antes de su posterior procesamiento.

La imagen que aparece a continuación es un diagrama de flujo esquemático de una refinería de petróleo típica que muestra los diversos procesos de refinación y el flujo de productos intermedios que se produce entre la materia prima de petróleo crudo de entrada y los productos finales.

El diagrama representa solo una de las cientos de configuraciones diferentes de refinerías de petróleo. El diagrama tampoco incluye ninguna de las instalaciones habituales de la refinería que proporcionan servicios como vapor, agua de refrigeración y energía eléctrica, así como tanques de almacenamiento para la materia prima de petróleo crudo y para productos intermedios y productos finales. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 12 ]}

Los principales productos finales obtenidos en el refinado de petróleo se pueden agrupar en cuatro categorías: destilados ligeros, destilados medios, destilados pesados ​​y otros.

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