Refinación del Petróleo

Pozo petrolero- explotación - refinación-almacenamiento-distribución- transporte

• Se conoce como refinación al conjunto de procesos que se aplican al petróleo crudo con la finalidad de separar sus componentes útiles y, además adecuar sus características a las necesidades de la sociedad, en cuanto a productos terminados.

• La función de una refinería es transformar el petróleo en productos derivados que satisfagan las necesidades de la sociedad.

• La industria de refinación de petróleo encierra una serie de procesos físicos y químicos a los que se somete el petróleo crudo para obtener de él por destilación y transformación química, los diversos hidrocarburos o las familias de hidrocarburos.

Historia

• 1882 : • La empresa venezolana Petrolia del Táchira construyó en La Alquitrana, cerca de Rubio, estado Táchira, un alambique de 15 barriles/día (b/d) de capacidad para destilar petróleo producido de sus pozos

• 1949: • La Royal Dutch Shell inició en el estadoFalcón las operaciones de la Refinería Cardón con capacidad para procesar 30.000 b/d

• 1950: • La Venezuelan Gulf Refining Co. arrancó su refinería con capacidad inicial de 30.000 b/d ubicada en Puerto La Cruz, estado Anzoátegui. Subsecuentes ampliaciones aumentaron su capacidad. 1974: 159.000 b/d.

• Creole Petroleum Corporation inauguró en el estado Falcón, la Refinería de Amuay, con una capacidad inicial de procesamiento de 60.000 b/d

• 1960: • La Mobil Oil Company construyó su refinería en El Palito, estado Carabobo, con una capacidad inicial de 55.000 b/d, que luego amplió a 80.000 b/d y más tarde a 106.000 b/d.

• 1977: • PDVSA formuló programas para el cambio de patrón de refinación de sus operadoras

Refinerias Venezolanas

940 mil barriles diarios (MBD) es la capacidad instalada de refinación del Complejo de Refinación “Paraguaná”

200 mil barriles diarios (MBD) es la capacidad instalada de refinación de la Refinería “Puerto La Cruz”

1 millón 228 mil barriles diarios (MBD) refinados en el circuito Venezuela/Isla, es el promedio anualizado 2005 de PDVSA

3,3 millones de barriles diarios (MBD) es la capacidad mundial de refinación de Venezuela 1,3 millones de barriles diarios es la capacidad nacional de refinación . 24 es el número de refinerías de PDVSA, 18 de ellas en el exterior y 6 en el país

Esquema General de Refinación

El petróleo desgasificado que se recibe en las Refinerías, contiene impurezas que son perjudiciales para los equipos, productos y procesos. Las impurezas son:

Sales, fundamentalmente cloruros de sodio, calcio y magnesio, presente en el agua de formación que tiene el crudo, estas sales en las condiciones del proceso se hidrolizan formando ácido clorhídrico, que es altamente corrosivo y por ende sumamente perjudicial para los equipos.

Óxidos de hierro, productos de la corrosión de los equipos y medios de transporte del crudo desde yacimiento, que afectan los coeficientes de ensuciamiento de equipos, calidades de productos y catalizadores.

Arcilla, arena, sólidos en general, provenientes de la formación productora y lodos de perforación, estos perjudican fundamentalmente los coeficientes de ensuciamiento de los equipos y afectan la calidad de los productos residuales por alto contenido de cenizas.

Compuestos organometalicos, que afectan los catalizadores de unidades de conversión, desactivándolos.

Cristales de sal u óxidos en suspensión, afectando tanto los productos como los procesos catalíticos, el caso de los compuestos de sodio es específicamente perjudicial para los tubos de los hornos, ya que catalizan la formación de carbón, reduciendo la vida útil del horno por disminución del coeficiente de transferencia de calor

Decantación en tanques:

• El tratamiento en tanque, consiste en decantar el agua libre que tenga el crudo por gravedad. Por tal motivo la temperatura del tanque es muy importante en esta etapa, ya que la propiedad física que la gobierna es la viscosidad.

• Para evitar perdida de hidrocarburos volátiles, los tanques poseen techos flotantes que evitan este tipo de fugas. La temperatura se controla con calefactores o serpentinas, ubicados en la parte inferior del tanque. Se usa vapor exhausto como elemento calefactor. El agua purgada, arrastra adicionalmente sólidos en suspensión.

Desalado de Crudo:

El propósito de este proceso, es eliminar las sales e impurezas que tienen los petróleos crudos

Dosificación Hidróxido de sodio

Al crudo efluente de los desaladores no se les elimina la totalidad de las sales ya que estos equipos tienen una eficiencia de desalado media del 95 %

El gas cloruro de hidrogeno condensa en la zonas frías (parte superior) de la torre y en contacto con agua se forma ácido clorhídrico, el cual es altamente corrosivo, por tal motivo es fundamental que se minimice la presencia o efectos del mismo

Área de Fraccionamiento

Destilación

El objetivo es extraer los hidrocarburos presentes naturalmente en el crudo por destilación, sin afectar la estructura molecular de los componentes

En las unidades de Topping, el objetivo es obtener combustibles terminados y cortes de hidrocarburos que serán procesados en otras unidades, para convertirlos en combustibles más valiosos.

En las unidades de Vacío, solo se produce cortes intermedios que son carga de unidades de conversión, las cuales son transformadas en productos de mayor valor y de fácil comercialización

La destilación del crudo, se basa en la transferencia de masa entre las fases liquido - vapor de una mezcla de hidrocarburos. La destilación permite la separación de los componentes de una mezcla de hidrocarburos, como lo es el petróleo, en función de sus temperaturas de ebullición.

Para que se produzca la "separación o fraccionamiento" de los cortes, se debe alcanzar el equilibrio entre las fases líquido-vapor, ya que de esta manera los componentes más livianos o de menor peso molecular se concentran en la fase vapor y por el contrario los de mayor peso molecular predominan en la fase liquida, en definitiva se aprovecha las diferencias de volatilidad de los hidrocarburos

El equilibrio liquido-vapor, depende principalmente de los parámetros termodinámicos, presión y temperatura del sistema. Las unidades se diseñan para que se produzcan estos equilibrios en forma controlada y durante el tiempo necesario para obtener los combustibles especificados.

La diferencia fundamental entre las unidades de Tópping y Vacío es la presión de trabajo. El Topping opera con presiones típicas de 1 Kg/cm2 (manométrica), mientras que en el Vacío trabaja con presiones absolutas de 20 mm de mercurio

Variables del Proceso;

• Temperatura de Transferencia

• Presión de trabajo

• Temperatura de cabeza

• Temperatura del corte

• Inyección de vapor

Craqueo: proceso que rompe o craquea las fracciones de petróleo más pesadas, de mayor punto de ebullición en productos de mayor valor agregado como gasolina, fuel oil y gas oil.

Craqueo Térmico: Los destilados de mayor punto de ebullición, son calentados bajo presión hasta convertirlas en moléculas más pequeñas con mejores características antidentonantes. - Viscoreducción - Coquificación

Craqueo Catalítico

A. Craqueo Térmico

Reacciones primarias: Se producen rupturas de largas moléculas obteniendo parafinas, olefinas, ciclo olefinas y aromáticos.

Reacciones secundarias: Son fundamentalmente reacciones de polimerización y condensación, que finalmente producen coque.

Visbreacking o viscoreduccion: Las alimentaciones (residuos) sufren procesos de craqueo térmico en el intervalo de 440 a 495 ºC, a presiones entre 5 y 20 bares, con lo que se consigue una reducción en la viscosidad del residuo, así como la producción de ciertas cantidades de productos ligeros (gases, nafta y gasóleo).

Coquificacion: las alimentaciones (residuos) sufren procesos de craqueo térmico en el intervalo de 475 a 510 ºC, a presiones reducidas (hasta 7 barg), con lo que se consigue la conversión del residuo en productos más ligeros (gases, nafta y gasóleo), así como en coque sólido, que se recoge en las cámaras de coquización.

B. Craqueo Catalítico

• Rompe moléculas complejas de hidrocarburos en moléculas más simples, de manera de aumentar la cantidad y la calidad de productos ligeros más deseables.

• Disminuye la cantidad de residuos.• Rearregla la estructura molecular de los hidrocarburos, para convertir alimentaciones

pesadas en fracciones como, gasolina, kerosen, LPG. • El craqueo catalítico es similar al craqueo térmico excepto que el catalizador facilita la

conversión de moléculas más pesadas en productos ligeros a menores

La carga de la unidad de FCC esta fundamentalmente compuesta por: • GO pesado de Vacío • GO pesado de Coque • GO pesado de Topping

Área de eliminacion impurezas

Hidrotratamiento: El objetivo principal del hidrotratamiento de naftas es acondicionar la carga a la unidades de Reforming Catalítico e Isomerización. La remoción de metales, junto con la eliminación de azufre, oxigeno y nitrógeno es necesaria debido a que estos son venenos para los catalizadores. Son procesos donde se hace reaccionar hidrógeno con hidrocarburos insaturados (olefinas y aromáticos) transformandolos en saturados (parafinicos y nafténicos). Además el hidrógeno reacciona con compuestos de azufre, nitrógeno y oxigenados transformandolos en ácido sulfhidrico (SH2), amoniaco (NH3) y agua (H2O

Hidrodesulfuración:

Hidrocraqueo: La unidad de Hidrocraqueo procesa gas oil liviano de vacío y gas oil pesado de topping produciendo gas residual, propano comercial, butano comercial, nafta, aercombustible JP1 y gas oil comercial. Es un proceso fundamental en la Refinería dado que la alta calidad del gas oil que produce, mejora sustancialmente el pool de productos. La carga es calentada y pasa al sistema de reacción que consta de dos reactores en paralelo. En ellos la carga se pone en contacto junto con el hidrogeno con un catalizador especifico.

En los reactores se obtiene una completa remoción de compuestos de azufre, nitrógeno, oxigenados, olefinas y aromáticos policlicos, a la vez se produce la ruptura de cadenas de alto peso molecular a hidrocarburos de bajo rango de destilación ( naftas, jet fuel y gas oil ).

El producto obtenido es enviado a un separador gas-liquido donde se libera el hidrógeno que no reacciono. Los productos de reacción son enviados a una torre fraccionadora donde son separados.

Área de mejoramiento

Alquilación: Es un proceso catalítico en el cual se combina una isoparafina (isobutano) y una olefina (butileno) para producir un compuesto de mayor peso molecular, llamado alkylato, que se encuentra dentro del rango de destilación de las naftas.

La Unidad de Alkylación está compuesta por dos secciones :

HYDRISOM (Hidroisomerización de butenos):Tiene como objetivo la eliminación de compuestos contaminantes del catalizador HF y la isomerización del 1-buteno a 2-buteno para obtener una olefina alquilable a un compuesto de mayor valor octánico.

HF-ALKYLACIÓN (Reacción de alkylación):Tiene como objetivo la alkylación catalítica de las isoparafinas y olefinas.

Isomerización: Incrementa el valor agregado a la corrientes de naftas livianas de Topping obteniendo una nafta isomerada de mayor valor octánico .

Reformación: El objetivo de la unidad de Platforming es transformar naftas pesadas de las Unidades de Topping y Coque en un producto de alto valor octánico.