CONTAMINANTES EN EL PETROLEO
CONTAMINANTES EN EL PETROLEO
Normalmente se define un contaminante de un crudo como un
componente que no es un hidrocarburo, como azufre y nitrgeno. En
este curso se expande la definicin para incluir los tipos de
hidrocarburo con propiedades adversas para el producto final. Un
ejemplo es la presencia de aromticos en kerosn que producen humo
cuando el kerosn se quema. Los niveles aceptables de contaminantes
en los productos finales son establecidos de acuerdo a las
necesidades del cliente y su equipo.
Para productos intermedios se establecen los niveles aceptables
de contaminantes para minimizar el envenenamiento de catalizadores
utilizados en el proceso y el ensuciamiento y corrosin del
equipo.
Debido a que existen enlaces qumicos entre los contaminantes y
los hidrocarburos fraccionados, las concentraciones de los
contaminantes en una fraccin dependen hasta cierto punto de su
rango de destilacin. Por ejemplo los niveles de azufre y metales de
un residuo son ms altos que en una nafta.
Se han desarrollado muchas y nuevas tecnologas para solucionar
los problemas causados por la presencia de contaminantes en el
petrleo crudo y sus productos.
Ejemplos:
a) Desaladores de crudo para minimizar el ensuciamiento de los
tubos de los hornos e intercambiadores y reducir la corrosin en las
instalaciones del tope de las torres de fraccionamiento como
resultado de la deposicin de las sales.
b) Hidrotratamiento para remover compuestos de azufre, nitrgeno
y metales de los productos intermedios y finales.
c) Merox o tratamientos similares para convertir mercaptanos a
compuestos de azufre menos dainos y/o extraccin de azufre.
Los incentivos para el desarrollo de nuevos procesos son:
a) La necesidad de refinar crudos pesados con altos niveles de
contaminantes de Venezuela, Mxico y del Medio Oriente.
b) Normas de contaminacin ambiental ms restrictivas en las reas
de consumo.
c) Diseo de maquinaria ms sofisticada con tolerancias reducidas
para contaminantes.
d) Incentivos para las refineras de usar crudos ms pesados y
contaminantes debido a la oferta cada da ms limitada de crudos
livianos y dulces.
Clasificacin de los contaminantes:
Como una generalizacin se puede considerar contaminantes los
compuestos que contienen tomos que no son ni carbn ni nitrgeno. Son
impurezas porque hacen difciles y costosos los procesos de
refinacin y tienen un efecto negativo sobre el producto final.
Tambin se pueden clasificar los contaminantes como oleofbicos y
oleoflicos que dependen si son solubles o no en el aceite,
ejemplos:
Impurezas Oleofbicas Rango tpico
Sales
10-1000 PTB Agua
0.1-2% Vol
Sedimento
1-500 PTB
PTB = Libras por 1000 barriles de aceite
Impurezas Oleoflicas Rango tpico
Azufre
0.1 - 5 % Peso como azufre
Compuestos organometlicos * 5 - 400 ppm como metal
Ni, V, Fe, As
Acidos Naftnicos 0.03 - 0.4% Vol
Compuestos de Nitrgeno 0.05 - 0.15% Vol
Compuestos de Oxgeno 0 - 2% Peso como oxgeno
* Concentrados en la porcin asfaltnica del residuoSe pueden
remover los contaminantes oleofbicos del crudo por medio de una
separacin fsica utilizando desaladores electrostticos que aceleran
la separacin entre las fases acuosas y aceitosas.
Los compuestos organometlicos son los ms difciles de remover
porque se encuentran en la porcin asfaltnica del residuo. Los
asfaltenos son muy estables y difciles de desintegrar por medio de
craqueo trmico o cataltico, o hidrocraqueo.
Tipos de contaminantes en varios crudos
Hay una diferencia muy significativa de niveles de contaminantes
entre los crudos de diferentes reas geogrficas del mundo. Estos
niveles de contaminantes tienen un efecto importante sobre los
precios de esos crudos y los procesos de refinacin requeridos. Los
crudos venezolanos en general:
Son ms pesados
Tienen ms metales Tienen ms azufre Son ms cidos Tienen niveles
promedio de Nitrgeno
Debido a esas caractersticas las refineras que procesan crudos
venezolanos requieren:
-. Procesos para convertir la parte pesada de los crudos en
productos ms livianos (craqueo, viscoreduccin, coquificacin).
-. Los procesos catalticos de mejoramiento de fondos son muy
costosos debido al envenenamiento de los catalizadores con
metales.
-. Procesos de desulfuracin.
-. Tratamiento con soda custica.
La refineras situadas en reas con normas restrictivas sobre
contaminacin ambiental tienen que instalar procesos de alta presin
(2000 PSI) para remover el nitrgeno. California tiene crudos con
altas concentraciones de nitrgeno y estrictas leyes.
Hasta cierto punto los costos de procesamiento dependern del
nivel y el tipo de contaminantes. En algunos casos no ser posible
procesar ciertos crudos en una refinera en particular. Por
ejemplo:
a) Coque para nodos para la produccin de aluminio normalmente
debe cumplir con especificaciones de 3% mximo de azufre y 500 ppm
mximo de metales. Para conseguir esas especificaciones es necesario
seleccionar con cuidado el crudo utilizado para la produccin del
coque.
b) En muchas refineras en el mundo se alimentan una mezcla de
gasleos de vaco y residuos atmosfricos a sus plantas de craqueo
cataltico. Para que esa operacin sea posible es necesario utilizar
residuos atmosfricos con baja concentracin de metales para
minimizar el envenenamiento del catalizador. Normalmente se usan
fondos con menos de 50 ppm de vanadio ms nquel. El nivel de metales
de un residual tpico venezolano excede a ese lmite y no puede ser
cargado a una unidad de craqueo cataltico.
c) En localidades con normas ambientales restrictivas no se
pueden cargar a una planta de craqueo cataltico una alimentacin con
un nivel de azufre que exceda 0.3%, a menos que la planta tenga una
instalacin para lavar los gases del regenerador.
Mtodos de eliminacin de los contaminantes
Hay procesos utilizados para minimizar cada uno de los
contaminantes.
1. AguaLa presencia de agua en el crudo cargado de las plantas
puede producir aumentos sbitos de presin y daos a las plantas de
destilacin y puede envenenar algunos catalizadores.
En los campos de produccin se separa el agua del crudo por
gravedad con la ayuda de productos demulsificantes cuando sea
necesario. Hay una limitacin de 1% de agua en el crudo recibido por
oleoducto. Cuando hay lotes de crudo con alto contenido de agua el
Departamento de Produccin avisa a la Refinera para que puedan tomar
las acciones necesarias.
Se debe dejar reposar los productos finales y drenar cualquier
agua antes de entregar los productos.
2. SedimentoEl sedimento se deposita en el equipo de
transferencia de calor reduciendo la eficiencia del equipo y
aumentando los costos de mantenimiento. Normalmente se reducen los
sedimentos conjuntamente con el agua por los procesos de
sedimentacin y desalinacin.
3. Sales
La presencia de sales causa ensuciamiento del equipo de
transferencia de calor, corrosin y envenenamiento de los
catalizadores. Mucha sal puede estar disuelta en el agua que
acompaa al crudo. Al reducir el contenido de agua tambin se reduce
el contenido de sal. Se puede reducir aun ms el contenido de sal
lavando el crudo con agua fresca.
La sal que queda en el crudo puede formar cido clorhdrico al
calentarse. En algunas instalaciones es necesario la inyeccin de
amonaco para evitar la corrosin en la parte superior de las torres
de destilacin.
4. Azufre
El proceso Merox es utilizado en la mayora de las refineras para
convertir los nocivos mercaptanos de las naftas a disulfuros que no
causan problemas. Se pueden tratar por este mtodo las naftas
vrgenes y craqueadas que no son alimentadas al proceso de
reformacin cataltica. Cuando se quiere reformar estas naftas es
necesario reducir los niveles de azufre y nitrgeno con el proceso
de hidrotratamiento a alta presin.
El proceso ms utilizado para remover H2S del gas de Refinera es
un lavado con dietanolamina (DEA). Normalmente la justificacin de
lavar gas combustible es una reduccin en la contaminacin ambiental.
Adems el reducir las concentraciones de xidos de azufre en los
gases de combustin se puede reducir la temperatura en las chimeneas
sin corrosin excesiva y as aumentar la eficiencia del proceso de
combustin.
5. MetalesLos metales envenenan los catalizadores, forman
depsitos en tubos de calderas y hornos y salen en forma de
partculas contaminantes de las chimeneas de esas instalaciones.
Los metales se encuentran principalmente en el residuo de vaco y
el gasleo pesado de vaco. Cuando se alimenta el residuo de vaco al
flexicoker, los metales salen con el coque.
Se utiliza para la produccin de asfaltos y combustible pesado de
alto azufre el fondo de vaco no alimentado al coquer. Hay clientes
que tienen especificaciones restrictivas de metales y siempre
existe la posibilidad de tener que aadir diluentes y regalar
calidad para poder cumplir con los requisitos.
6. Plomo
Los crudos normalmente no contienen cantidades significantes de
plomo, pero el plomo forma una parte de un aditivo utilizado en la
refinera para mejorar el octanaje de las gasolinas. Ese plomo causa
problemas en el ambiente y en la refinera. El plomo es un metal
nocivo para la salud cuando existe en concentraciones excesivas.
Esas concentraciones excesivas existen en grandes ciudades donde
hay una gran circulacin de automviles y una circulacin de aire
inadecuada.
En la refinera el plomo es un veneno para los catalizadores de
proceso de reformacin cataltica.
Para evitar contaminacin con plomo hay que mantener una
segregacin estricta entre los tanques, lneas con plomo y los sin
plomo. Tambin hay que evitar contaminar el crudo cargado a la
planta con gasolina con plomo.
7. cidos
Los crudos tienen cidos, particularmente cidos naftnicos, que
son corrosivos y adems son demulsificantes. Esos cidos pueden ser
convertidos a componentes inofensivos por el proceso de
hidrotratamiento o removido con un lavado de soda custica. En
algunas instalaciones se tratan los naftenatos de sodio con cidos
para conseguir cidos naftnicos para venta como producto qumico.
