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Presentación - Módulo Refinación 2

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REFINACIÓN DE PETRÓLEO
Aspectos técnicos más relevantes
Instructor: Reinaldo Monque, PhD
Curso Introductorio sobre Petróleo y Gas
ReservoirTechnology LA™
CURIOSIDAD: ¿Por qué el bbl?
La palabra barril se abrevia "bbl” ¿Por qué?
Cuando comenzó la producción de petróleo, alrededor de 1860,
no había un recipiente estándar para el petróleo.
El petróleo y sus productos se almacenaban en recipientes de
diferentes tamaños, formas y colores.
En 1870, se adoptó un barril de 42 galones (159 litros) como
estándar para la comercialización del petróleo.
Hasta entonces los barriles utilizados por otras industrias eran de
40 galones.
Standard Oil comenzó a fabricar barriles de 42 galones de color
azul para transportar petróleo. Los llamaron “blue barrel (bbl)”
para garantizar que era un barril de 42 galones.
Los barriles de productos eran de color rojo.
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Cadena de valor del negocio
Mercadeo
Refinación
Recursos
Exploración
Reservas
Explotación
Logística y
Comercialización
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El petróleo en nuestras vidas …
GAS
GASOLINA
KEROSÉN
JET FUEL
DIESEL
ACEITES
LUBRICANTES
PETRÓLEO
RESIDUAL
FUEL OIL
ASFALTO
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La demanda de petróleo se deriva de la demanda de
sus productos LA™
Consumo mundial de petróleo
Consumption by region
Million barrels daily
Fuente: BP Statistical Review of World Energy, 2009
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¿Qué es el Petróleo?
(químicamente)
El petróleo es una mezcla de hidrocarburos
(moléculas compuestas por átomos de Carbono e
Hidrógeno) que pueden contener entre 1 y 60
átomos de carbono.
Sus propiedades dependen del número y arreglo
de los átomos de Carbono e Hidrógeno en dichas
moléculas.
Los hidrocarburos que contienen:
1 a 4 Carbonos son gases
5 a 19 Carbonos son líquidos
20 ó más Carbonos son sólidos
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Hidrocarburos en el petróleo
PARAFINAS
Cadenas de hidrocarburos saturados, que pueden ser lineales ó
ramificadas.
METANO (CH4)
BUTANO (C4H10)
ISOBUTANO (C4H10)
H
_
H
H
_
_
H C H
H
_
H C
H
H
__
C
H
H
__
C
H
H
__
_
C H
H
_
H C H
H
H
_
H C
H
__
C
H
__
_
C H
H
Los CRUDOS (petróleo SIN procesar) que predominantemente
están compuestos por este tipo de hidrocarburos se denominan
CRUDOS PARAFÍNICOS.
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Hidrocarburos en el petróleo
NAFTÉNICOS
Cadenas de hidrocarburos saturados arreglados en forma de
anillos.
CICLOHEXANO (C6H12)
H
H C
METIL CICLOPENTANO (C6H12)
H
H
H
__
C C H
H H
__
C
C
H
H
H H C
H
_
C H
H
H
C
H
H
C H
H C
H C
H
C H
H
Los crudos que predominantemente están compuestos por este tipo
de hidrocarburos se denominan CRUDOS NAFTÉNICOS.
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Hidrocarburos en el petróleo
AROMÁTICOS
Hidrocarburos cíclicos bastante reactivos porque sus átomos de
carbono son deficientes en hidrógeno (insaturados).
BENCENO (C6H6)
NAFTALENO (C10H8)
H
_
C
_
_
H
H
C
C
_
H C
C H
H C
C
C H
_
C H
_
H C
_
C
C H
H C
_
C
C
C
H
H
H
Los crudos que predominantemente están compuestos por este
tipo de hidrocarburos se denominan CRUDOS AROMÁTICOS.
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Hidrocarburos en el
refinado del petróleo
OLEFINAS
Hidrocarburos sumamente reactivos porque sus átomos de
carbono son deficientes en hidrógeno (insaturados) y están
arreglados en cadenas lineales ó ramificadas.
NO EXISTEN LOS CRUDOS OLEFÍNICOS (moléculas muy
inestables), pero estos hidrocarburos se producen y “rearreglan”
(combinan entre sí) durante la operación de refinado del
petróleo.
ETENO (C2H4)
ó Etileno
H
H
C=C
H
H
PROPENO (C3H6)
ó Propileno
H
C=C
H
H
C
H
H
H
ETINO (C2H2)
ó Acetileno
H- C =C -H
NO se produce industrialmente por
refinado del petróleo, sino por
hidratación del CaC2
CursoMAS
Introductorio
sobre Petróleo y Gas
(PROCESO
RENTABLE)
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Otros compuestos en el petróleo
El petróleo también puede contener otros compuestos
además de H y C; se llaman HETEROÁTOMOS:
Compuestos de Azufre – [S]: Tioles, mercaptanos
Compuestos de Nitrógeno – [N]: Aminas, amidas
Compuestos de Oxígeno – [O]: Fenoles, ácidos
Trazas de Metales – [Ni], [V]: Sales
Sales (básicas y ácidas) – [Ca], [Na], [Ba]
En general, éstos se consideran como contaminantes o
venenos de las cargas de pétroleo a ser refinadas.
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Propiedades del petróleo
Gravedad API
Es una escala universalmente aceptada adoptada por el American
Petroleum Institute (API) para expresar la densidad del petróleo y de
sus productos. Cuanto más alta la gravedad API, más liviano es el
crudo.
ºAPI =
141,5
gravedad específica
gravedad específica =
- 131,5
densidad @ 60 ºF
densidad agua @ 60 ºF
densidad = masa ÷ volumen
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Clasificación de los crudos
Los crudos se pueden clasificar:
Por gravedad API
Por tipo de hidrocarburos
Por contenido de azufre
Por acidez (Ácidos / dulces)
Otros
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Clasificación según SPE y WPC
Criterio
Gas Natural y
Condensados
Petróleo Crudo
Bitumen Natural
Fase Gas @ condiciones del
yacimiento
Viscosidad Dinámica < 10.000
miliPascales.seg @ Temp. del
yacimiento y presión
atmosférica
Viscosidad Dinámica > 10.000
miliPascales.seg @ Temp. del
yacimiento y presión
atmosférica
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Ejemplo:
Algunos crudos venezolanos
OCCIDENTE
ORIENTE
Crudo
Gravedad
API
Crudo
Gravedad
API
Lagotreco
Medio
32°
Anaco Wax
42
Tía Juana
Liviano
31°
Mesa
30° - 28°
Bachaquero
13°
Leona
24° - 22°
Tía Juana
Pesado
12°
Merey
16°
Boscan
10°
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OCCIDENTE
Crudo
Gravedad
API
ORIENTE
Crudo
Gravedad
API
Catatumbo
Ejemplo:
… y colombianos
South
Blend
29,3°
(Campo Cerro
Gordo- Norte de
Santander)
63°
Cusiana
43°
Caño
Limón
29,5°
Vasconia
23° - 26°
Castilla
Blend
18°
Rubiales
12,5°
26,7° - Valor promedio
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Clasificación de los crudos
Por tipo de hidrocarburos se clasifican en:
Parafínicos
Diesel (Ceras)
Lubricantes
Nafténicos
Lubricantes
Gasolina
Aromáticos
Gasolina
Petroquímicos
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Clasificación del Petróleo
Por contenido de azufre se clasifican en:
Crudo
% Azufre
Dulces
< 0,5
Medios
0,5 - 3
Agrios
>2
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Contenido
La refinación del petróleo
Procesos, química y productos
Esquemas de refinación vs. composición
del crudo y la demanda de productos
El margen de refinación
Aspectos de confiabilidad de instalaciones
El Circuito Colombiano de Refinación
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¿Qué es la refinación del petróleo?
REFINACIÓN
BENEFICIOS
PROCESAMIENTO
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Relación entre insumo y productos
Variables:
Temperatura
Presión
Carga
y tiempo
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¿Qué es la Refinación del petróleo?
Agregado de recursos:
- Humanos (conocimiento, experiencia)
-Financieros (Gastos e inversión)
-Tecnológicos
AGREGADO DE VALOR
PETRÓLEO
Combustibles
Lubricantes
Asfaltos
Ceras
Solventes
Petroquímicos
sudar ~.
1. fr. coloq. Col. Tener grandes dificultades, especialmente las económicas.
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Los procesos de refinado del petróleo
Físicos:
Se basan en las propiedades físicas (densidad, pto.
de ebullición, solubilidad, etc…) de los componentes
del petróleo y los productos derivados mantienen
esas características propias iniciales.
NO HAY TRANSFORMACIÓN MOLECULAR.
Ej: Procesos de separación (filtración, lixiviación,
desasfaltado, destilación, etc…)
Químicos:
Se basan en las propiedades químicas (reactividad,
acidez, afinidad química, etc…) de los componentes
del petróleo y los productos derivados, en general,
cambian su estructura molecular y por lo tanto, sus
propiedades químicas y físicas.
HAY TRANSFORMACIÓN MOLECULAR.
Ej: Procesos de conversión (desintegración,
hidrotratamiento, alquilación, etc…)
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¿Rendimientos típicos?
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No todos los crudos son iguales !
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Impacto del tipo de crudo
en la refinación
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Impacto del crudo en la refinación
En resumen...
A partir de los crudos de mejor calidad (más
livianos
y
con
menor
cantidad
de
contaminantes)
se
obtienen
mayores
rendimientos de productos de alta calidad.
Los crudos más pesados resultan en mayores
rendimientos de productos de inferior calidad y
requieren mayor procesamiento.
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Procesos físicos en refinación
PRESENTES EN LAS OPERACIONES DE:




Filtración
Centrifugación
Lixiviación
Deshidratación
 Extracción por solvente:
- Desasfaltado
- Desparafinado
 Destilación:
- Atmosférica (-C3, -C4, -C5)
- Bajo vacío
 Mezcla de corrientes, cortes y productos
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El proceso de desalación
Proceso físico
Disposiciones de
almacenado y transporte
Áreas de producción
Separador
electrostático
Agua + Sales
Permite la separación física del agua de producción (DESHIDRATACIÓN) y
las sales disueltas en ella (DESALACIÓN) del petróleo, evitando así la
corrosión de los equipos AGUAS ABAJO.
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El proceso de destilación
Proceso físico
CRUDO
DESALADO
< 90 °F
Butano y otros
gases livianos
Gas de refinería
(Gas de proceso)
90 - 220 °F
Gasolina
liviana virgen
A procesamiento de gasolina
220 - 315 °F
Gasolina
Gasolina
pesada
pesada virgen
virgen
A procesamiento de gasolina
Gasolina pesada para Jet Fuel
(Combustible aviacíon – A1)
Querosén
A procesamiento de Jet Fuel,
Diesel y Fueloils
Gasoil liviano
A procesamiento de gasolina,
Diesel y Fueloils
Gasoil pesado
A procesamiento de gasolina,
Diesel y Fueloils
TORRE
DE
DESTILACIÓN 315 - 450 °F
450 - 650 °F
HORNO
650 - 800 °F
UNIDAD
DE VACÍO
> 800 °F
Fueloil residual
Asfalto
Intervalos de Tebullición
A procesamiento de gasolina,
Diesel, Fueloils y Bases lubricantes
Permite la separación física (por cortes)
Curso Introductorio
sobre Petróleo
y Gas
de los componentes
del petróleo
basado
LA™
en las distintas TReservoirTechnology
ebullición que éstos tienen
Procesos químicos
en la refinación de petróleo
Los procesos químicos que ocurren
en una refinería son de tres tipos:
- Conversión: Cambian el tamaño y la
forma de las moléculas de HC para
mejorar su calidad y rendimiento hacia
determinados productos.
- Tratamiento:
venenos)
Remueven
impurezas
(o
- Mejoramiento: Ajustan propiedades a las
especificaciones que requieren tener los
productos derivados.
Estos procesos pueden ser o no CATALÍTICOS
Proceso catalítico es aquél en el que interviene
uno ó más catalizadores para acelerar la(s)
reacción(es) química(s) de los componentes
presentes en el petróleo hacia la obtención
selectiva de
productos
Curso
Introductoriodeseados.
sobre Petróleo y Gas
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Catálisis y catalizadores
Definiciones
La Catálisis: ciencia “fascinante” que
estudia el fenómeno catalítico.
Reacciones químicas que podrían tardar
hasta siglos, son realizadas en horas,
minutos o segundos en presencia de un
catalizador
La mayoría de los combustibles líquidos y
aproximadamente 80 % de los productos
químicos de hoy en día son obtenidos a
través de procesos catalíticos.
Día a día se producen grandes
innovaciones
que
conllevan
a
catalizadores más activos y selectivos
para los procesos de interés
¿Qué es un catalizador?
Es una sustancia o material que
“permaneciendo inerte” interviene
en una reacción química para
acelerarla (o retardarla) y/o
orientarla selectivamente hacia la
obtención de los productos que se
desean.
Dicha intervención es a nivel
molecular
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Principales procesos químicos
en la refinación de petróleo
Mejoramiento térmico
Procesos de conversión
NO catalíticos
Viscoreducción
Coquificación retardada
Procesos catalíticos
Procesos de conversión
Desintegración en lecho fluidizado
Hidrocraqueo
Procesos de tratamiento
Hidrotratamiento
Procesos de mejoramiento
Alquilación
Isomerización
Reformación
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La viscorreducción
(VBU - Visbreaking)
Definición
La viscorreducción es un
proceso de desintegración
térmica SIN asistencia de
catalizadores a través del cual
se logra una baja conversión de
residuos atmosféricos y de
vacío
en
gasolina,
gas,
destilados medios y LCO (light
cycle oil – aceite liviano de
reciclo) – 10 a 50%, dejando
principalmente un residual de
viscosidad reducida.
Finalidad
Reducir la viscosidad del crudo (hacerlo
más fácilmente procesable) y aumentar
su rendimiento hacia productos más
valorizables.
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La coquificación retardada
(DC - Delayed Coking)
Definición
La coquificación retardada es un proceso de
desintegración térmica SIN asistencia de
catalizadores, a través del cual se logra la
conversión de residuos de vacío y de otros
procesos (como el HCK) hacia productos como
kerosén, jet fuel, nafta y gasoil (destilados
medios) y coque de alta calidad.
Finalidad
Obtener mayores rendimientos de crudos y
residuales, subproductos de otros procesos de
refinación.
Haga click en la foto
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Para tratar residuales
(o “Fondo del Barril”)
El residuo de vacío o “fondo del barril” es muy pesado, es decir,
tiene una alta relación de C/H. Para convertirlo en productos más
livianos de pueden adoptar dos vías:
Rechazo de Carbón
• Más económico
• Mucha experiencia
comercial
• Produce coque
• Menores rendimientos
líquidos
Delayed coking
Adición de Hidrógeno
• Más costoso
• Poca experiencia
comercial
• Productos de alta
calidad
• Mayores rendimientos
líquidos
Hydrovisbreaking
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La desintegración en lecho fluidizado
(o CRAQUEO CATALÍTICO EN LECHO FLUIDIZADO)
FCC - Fluid Catalytic Cracking
Descripción
El craqueo catalítico en lecho
fluidizado es un proceso de
desintegración
molecular
CON
asistencia de catalizadores (zeolitas
dispersas en una sílice alúmina) que
permite
principalmente
la
transformación
de
gasóleos
en
gasolina.
Finalidad
Conversión de moléculas de mayor tamaño y punto de ebullición (Gasóleos)
en moléculas del intervalo de las gasolinas, a fin de maximizar esta fracción.
Es llamado el proceso MONEY-MAKER de toda refinería, ya que aumenta el
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% de gasolina de alto octanaje.
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La desintegración en lecho fluidizado
(o CRAQUEO CATALÍTICO EN LECHO FLUIDIZADO)
FCC - Fluid Catalytic Cracking
Cargas
• Gasóleo atmósferico
• Gasóleo de vacío
• Fondo de vacío

Sin tratar

Hidrotratado

Desasfaltado
• Gasóleo de coquificación
• Extractos de lubricantes
Productos
•
•
•
•
Gas fuel (C2 y HC ligeros)
Gas licuado de petróleo (C3 y C4)
H2 S
Gasolina
• Aceite de ciclo ligero (LCO)
• Producto del fondo fraccionador
(Slurry oil)
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• Coque
(Gas para regeneración)
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La desintegración en lecho fluidizado
(o CRAQUEO CATALÍTICO EN LECHO FLUIDIZADO)
Catalizadores de FCC

Catalizador acidez controlada
(zeolita desaluminada)

Función ácida
 Reacciones Ion Carbonio
 Reacciones de transferencia de H2
Actividad y estabilidad
mejoradas
Muy sensible a venenos
S, N: función ácida
Metales: Ni y V
Diseñados a la medida
“Tailored made”
Introductorio sobre Petróleo y Gas
Aditivos para mejorar desempeño, estabilidad yCurso
resistencia
a venenos.
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El hidrocraqueo
(HCK - Hydrocracking)
Definición
Es un proceso de transformación molecular que
ocurre en 2 etapas (craqueo e hidrogenación) CON
asistencia de catalizadores (Sulfuros metálicos y
metales nobles dispersos en matriz de soporte) E H2 y
que permite principalmente la obtención de variados
productos de mayor valor como LPG, kerosén, nafta,
diesel y bases para lubricantes, dependiendo del tipo
de carga alimentada (corrientes residuales pesadas y
gasóleos de vacío contaminados con S, N y O).
Finalidad
Obtener productos de mejor calidad (diesel bajo azufre y/o bases para
lubricantes) empleando subproductos de otros procesos de refinación.
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El hidrotratamiento
(HDT - Hydrotreatment)
Definición
El hidrotratamiento es un proceso catalítico CON
PRESENCIA DE H2 en el que los gasóleos atmosférico y
de vacío (y otras corrientes efluentes de refinería, como
los
residuos
craqueados)
son
despojados
de
contaminantes que inhiben su posterior tratamiento y
transformación en productos de mayor valor.
Finalidad
Reducir el nivel de contaminantes como
el S, N, O, los metales y los aromáticos
presentes en las cargas potenciales a ser
procesadas en otras unidades de
refinación (FCC, HCK, Reformación,
Isomerización de naftas, etc…) para
prevenir el envenenamiento de los
catalizadores propios de esos procesos,
para aumentar la calidad de los
productos a ser formados y para evitar la
contaminación ambiental.
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Porqué desulfurar los combustibles líquidos?
Lluvia ácida
Combustión
N, S + Aire
NOx y SOx
Mayor valorización de los
productos en el mercado internacional
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La alquilación
(ALK - Alkylation)
Definición
La alquilación es un proceso catalítico en fase homogénea
en el que se combinan olefinas de bajo PM (principalmente
una mezcla de propileno y butileno) con isobuteno en
presencia de ácido sulfúrico o fluorhídrico (catalizador) para
producir un ALQUILATO; compuesto de alto octanaje
constituído por una mezcla de parafinas ramificadas o
isoparafinas. El alquilato es un producto premium por sus
propiedades antidetonantes y combustión limpia. El octanaje
final del alquilato dependerá fundamentalmente del tipo de
olefinas utilizadas y de las condiciones de operación del
proceso.
Finalidad
Producir componentes de alto octanaje (Alquilatos) para incorporados en la
mezcla de producción de combustibles (gasolina, jet fuel).
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La isomerización
(Isomerization)
Definición
La isomerización es un proceso
catalítico en el que se transforman
parafinas lineales livianas (C5 y C6)
en isoparafinas que contribuyen a
elevar el octanaje de la gasolina.
En efecto, la mezcla de isoparafinas
producidas
en
este
proceso
constituyen también un excelente
componente de mezcla para la
formulación de combustibles de alto
octanaje. Otra aplicación del
proceso es la producción de
isobutano
como carga para el
proceso de alquilación.
Finalidad
Producir
componentes
de
alto
octanaje
(Isomerizado)
para
incorporados en la mezcla de
producción de combustibles (gasolina,
jet fuel).
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La reformación catalítica
(Reforming)
Finalidad
Descripción
La reformación es un proceso
catalítico en varias etapas en el que la
carga principalmente conformada por
cortes de gasolina pesada (straight-run
naphtha, nafta hidrocraqueada) es
transformada en fracciones de mayor
octanaje. Dicho producto constituye la
base para la producción de gasolinas
reformuladas de alto octanaje SIN
ADICIÓN DE PLOMO.
Como subproducto del proceso se
libera H2 que es reciclado al proceso.
En función a la SEVERIDAD del
proceso
se
pueden
derivar
preferentemente cortes de productos
aromáticos (BTX)
Obtención de gasolinas de alto
octanaje
a
partir
de
la
reformulación de cortes de bajo
número de octanos (Reformado).
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Otros procesos importantes en refinación
Merox
K
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¿Qué es la Refinería?
La Refinación de Petróleo son una serie de
procesos físicos y químicos que permiten
transformar el petróleo en productos útiles.
Las Refinerías son los espacios físicos donde
se ubican los procesos de refinación y su
diseño, tipo y número de procesos, depende
de la calidad de los productos que se desea
obtener y de la dieta de crudos disponible.
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La refinería de conversión sencilla
Crudo Liviano
Gases
Destilación
Atmosférica
Isomerización
Naftas
Reformación
Naftas
Hidrotratamiento
Destilados
Residual
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La refinería de conversión media
Crudo Mediano
Gases
Destilación
Atmosférica
Reformación
Naftas
Hidrotratamiento
Destilados
Residual
Residual
FCC
Destilación
al Vacío
Hidrotrat.
Visbreaker
Alquilación
Gasolinas
Destilados
Residual
Asfalto
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La refinería de conversión profunda
Crudo Pesado
Gases
Destilación
Atmosférica
Reformación
Naftas
Hidrotratamiento
Destilados
Residual
Residual
FCC
Destilación
al Vacío
Alquilación
Hidrotrat.
Visbreaker
Coquificación
Retardada
Hidrotratamiento
Alta severidad
Gasolinas
Destilados
Residual
Asfalto
Gasolinas
Destilados
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ReservoirTechnology
LA™
Coque
Relación Crudo/Complejidad Refinería
Complejidad
$
LIVIANO
Crudo
Gases
Destilación
Atmosférica
Reformación
Naftas
Hidrotratamiento
Destilados
Residual
MEDIANO
Residual
FCC
Destilación
al Vacío
Alquilación
Hidrotrat.
Visbreaker
PESADO
Calidad de
Crudo
Coquificación
Retardada
Conversión
Sencilla
Hidrotratamiento
Alta severidad
Gasolinas
Conversión
Media
Destilados
Residual
Asfalto
Gasolinas
Destilados
Conversión
Profunda
$
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Coque
ReservoirTechnology
LA™
Octanaje
(Definición)
El Octanaje es una medida de la resistencia del motor
a “pistonear”. Existen diferentes tipos de Números de
Octano.
MON: Motor Octane Number, provee una guía
del comportamiento del motor en carretera y
bajo carga.
RON: Research Octane Number, provee una
guía del comportamiento del motor en una
ciudad.
PON: Posted Octane Number, es el que se indica
en las estaciones de servicio (RON+MON)/2.
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Octanaje
(Definición)
El Octanaje se determina como el porcentaje en
volúmen de iso-octano en una mezcla de iso-octano y
n-heptano que pistonea con la misma intensidad que el
combustible al que se le está determinando el
octanaje.
MON: La prueba se realiza en un motor de
prueba bajo condiciones estandarizadas a 900
rpm.
RON: La prueba se realiza en un motor bajo
condiciones estandarizadas a 600 rpm
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Cetanaje
(Definición)
El Número de Cetano se determina como el
porcentaje en volúmen de cetano puro en una
mezcla de cetano y alfa-metil-naftaleno con la
misma calidad de ignición que el combustible
bajo prueba.
El Índice de Cetano es un número que se calcula
a partir el punto de ebullición promedio y la
gravedad del combustible bajo prueba.
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Pasos en la Cadena Petroquímica
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