Destilación Primaria.

Destilación Primaria.
León Regalado Gustavo, Martínez Vázquez Carlos, Monroy Cruz Julio C.,
Ramírez Uribe Karla I.
Ingeniería Química Petrolera, Grupo: 2PM41
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
Resumen
La destilación del petróleo crudo es una operación muy complicada, porque al destilarlo, este viene con; agua,
sales y sólidos suspendidos.
La destilación es el método usado para separar los diferentes componentes de una mezcla, esencialmente
mediante evaporación. Hay varios tipos de procesos de destilación, dependiendo de lo que se desea destilar de
la mezcla original.
Los métodos más usados para la destilación son; destilación-química y por separación electrostática.
La separación química o destilación química consta en tratar al crudo que contiene agua a altas temperaturas
comprendidas entre (343 y 371 ° C) para después ser enviado a un tanque de sedimentación donde el agua y el
petróleo se separan.
La destilación electrostática sustituye a los químicos al hacer pasar una fuerte carga eléctrica al crudo de
manera que separa al crudo del agua.
La nafta o gasolina de destilación directa, se toma de una sección superior de la torre como corrientes laterales
y se envían a las corrientes de acabado, residuos o crudo reducido que son condensados o permanecen en el
fondo de la torre.
1. Introducción
Los historiadores e investigadores consideran que la destilación se remonta a miles de años atrás, pero la
primera prueba real de su uso viene de los alquimistas griegos que producían potentes bebidas que hoy en día
conocemos como alcohol. Si bien la tecnología moderna ha mejorado los métodos de destilación, el proceso
actual no ha cambiado mucho a través de los años.
Para obtener productos de características precisas y utilizar de la manera más rentable posible las diversas
fracciones presentes en el petróleo, es necesario efectuar una serie de operaciones de tratamiento y
transformación que, en conjunto, constituyen el proceso de refino o refinación de petróleos crudos.
El petróleo llega a las refinerías en su estado natural para el procesamiento. Una refinería es un enorme
complejo donde ese petróleo crudo se somete en primer lugar a un proceso de destilación o separación física y
luego a procesos químicos que permiten extraerle buena parte de la variedad de componentes que contiene. El
petróleo tiene una gran variedad de compuestos, al punto de que de él se pueden obtener por encima de 2000
productos. En las destilerías se destila fraccionadamente al petróleo. Como está compuesto por más de 1000
hidrocarburos, no se intenta la separación individual de cada uno de ellos. Es suficiente obtener fracciones, de
composición y propiedades aproximadamente constantes, destilando entre dos temperaturas prefijadas. La
operación requiere de varias etapas; la primera de ellas es la destilación primaria, o topping.
2. Destilación Primaria
2.1. ¿En qué consiste?
Consiste en la separación de la mezcla de hidrocarburos líquidos en componentes más específicos, mediante la
aplicación de calor hasta lograr vaporizar cada componente, aprovechando que cada uno de ellos posee
diferente punto de ebullición.
2.2. Procesamiento antes de la Destilación
Antes de que el crudo sea destilado de acuerdo a sus diferentes fracciones adecuadas a la utilización que se le
asignara, no puede ser destilado sin pasar primero por una operación de desalado (lavado con agua + sosa),
que permite extraer las sales (ClNa, ClK, Cl2Mg) del crudo con el fin de reducir la corrosión acida y minimizar
el ensuciamiento de los depósitos.
2.3. ¿Cómo funciona?
El crudo se calienta a 350°C y se envía a una torre de fraccionamiento, metálica y de 50 metros de altura, en
cuyo interior hay numerosos "platos de burbujeo". Un plato de burbujeo es una chapa perforada, montada
horizontalmente, habiendo en cada orificio un pequeño tubo con capuchón. De tal modo, los gases calientes
que ascienden por dentro de la torre atraviesan el líquido más frío retenido por los platos. Tan pronto dicho
líquido desborda un plato, cae al inmediato interior.
La temperatura dentro de la torre de fraccionamiento queda progresivamente graduada desde 350°C en su
base, hasta menos de 100°C en su cabeza. Como funciona continuamente, se prosigue la entrada de crudo
caliente mientras que, de platos ubicados a convenientes alturas, se extraer diversas fracciones. Estas
fracciones reciben nombres genéricos y responden a características bien definidas, pero su proporción relativa
depende de la calidad del crudo destilado, de las dimensiones de la torre de fraccionamiento y de otros detalles
técnicos.
2.4. ¿Qué productos nos resultan?
De la cabeza de las torres emergen gases. Este "gas de destilería" recibe el mismo tratamiento que el de
yacimiento y el gas seco se une al gas natural mientras que el licuado se expende en garrafas. Las tres
fracciones líquidas más importantes son (de menor a mayor temperatura de destilación):
2.4.1.
Gasolinas:
De éstas se conoce un punto de obtención cercano a los 30°C de destilado. La gasolina es una mezcla de
cientos de hidrocarbonos individuales desde C4 (butanos y butenos) hasta C11.
2.4.2.
Naftas:
Estas fracciones son muy livianas (0,75 g/ml) y de baja temperatura de destilación: menor a 175°C. Están
compuestas por hidrocarburos de 5 a 12 átomos de carbono.
2.4.3.
Kerosenos:
Los kerosenes se destilan entre 175°C y 275°C, siendo de densidad mediana (0,8 g/ml). Sus componentes son
hidrocarburos de 12 a 18 átomos de carbono.
Para un mejor desglose de cortes a las temperaturas ver Figura 1.
Queda un residuo que no destila y se extrae de la base de la torre. Es un líquido negro y viscoso de excelente
poder calorífico: 10000 cal/g. Una alternativa es utilizarlo como combustible en usinas termoeléctricas, barcos,
fábricas de cemento y de vidrio, etc. La otra, es someterlo a una segunda destilación fraccionada: la destilación
conservativa, o destilación al vacío, que se practica a presión muy reducida, del orden de pocos milímetros de
mercurio. Con torres de fraccionamiento similares a las descriptas se separan nuevas fracciones que, en este
caso, resultan ser aceites lubricantes, livianos, medios y pesados, según su densidad y temperaturas de
destilación.
Temperaturas
<32.2 °C
Butanos
y más
ligeros
32.2104.4 °C
104.4157.2 °C
157.2232.2 °C
232.2343.3 °C
343.3426.7 °C
Gasolina
Naftas
Keroseno
Gasóleos
ligeros
Gasóleos
pesados
>426.7 °C
Residuo
Fig. 1
La destilación de crudos no es normal en el sentido de que no se usan hervidores, todo el calor empleado se le
proporciona a la carga.
Fig. 2 Fracciones del Petróleo a sus correspondientes temperaturas.
Fig. 3
Fig. 3 División de los derivados del Petróleo.
3. Discusión
La refinación del petróleo es un proceso que incluye el fraccionamiento y transformaciones químicas del
petróleo para producir derivados comercializables. La estructura de cada refinería debe tener en cuenta todas
las diferentes características del crudo. Además, una refinería debe estar concebida para tratar una gama
bastante amplia de crudos. Sin embargo existen refinerías concebidas para tratar solamente un único tipo de
crudo, pero se trata de casos particulares en los que las reservas estimadas de dicho crudo son consecuentes.
Existen refinerías simples y complejas. Las simples están constituidas solamente por algunas unidades de
tratamiento, mientras que las refinerías complejas cuentan con un mayor número de estas unidades.
En efecto, en función del objetivo fijado y el lugar en el que se encuentra la refinería, además de la naturaleza
de los crudos tratados, la estructura de la refinería puede ser diferente. De la misma manera, en función de las
necesidades locales, la refinería puede ser muy simple o muy compleja.
El principio básico en la refinación del crudo radica en los procesos de destilación y de conversión, donde se
calienta el petróleo en hornos de proceso y se hace pasar por torres de separación o fraccionamiento y plantas
de conversión.
En las distintas unidades se separan los productos de acuerdo a las exigencias del mercado.
La primera etapa en el refinado del petróleo crudo consiste en separarlo en partes, o fracciones, según la masa
molecular.
El crudo se calienta en una caldera y se hace pasar a la columna de fraccionamiento, donde la temperatura
disminuye con la altura.
Las fracciones con mayor masa molecular (empleadas para producir por ejemplo aceites lubricantes y ceras)
sólo pueden existir como vapor en la parte inferior de la columna, donde se extraen.
Las fracciones más ligeras (que darán lugar por ejemplo a combustible para aviones y gasolina) suben más
arriba y son extraídas allí.
4. Conclusiones
El petróleo crudo empieza a vaporizarse a una temperatura algo menor que la necesaria para hervir el agua.
Los hidrocarburos con menor masa molecular son los que se vaporizan a temperaturas más bajas, y a medida
que aumenta la temperatura se van evaporando las moléculas más grandes. El primer material destilado a partir
del crudo es la fracción de gasolina, seguida por la nafta y finalmente el queroseno. En las antiguas destilerías,
el residuo que quedaba en la caldera se trataba con ácido sulfúrico y a continuación se destilaba con vapor de
agua. Las zonas superiores del aparato de destilación proporcionaban lubricantes y aceites pesados, mientras
que las zonas inferiores suministraban ceras y asfalto.
5.
Referencias
1.
J. P. Wauquier, 2El refino del petróleo crudo, productos petrolíferos, esquemas de fabricación”, Paris
Francia 199, Edición Technip, ISBN: 84-7978-623-X, Pág. 363
2.
C.S. Hsu, P.R Robinson eds, Practiacl Advences in petroleum Processing Vol. 1, Springer. New
York. 2006 Speight, J.G Handbook of petroleum Analysis. Wiley Interscience. U.S.A. 2001. ISBN 0471-36167-4
3.
R.J Hengstebeck, Destilación Principios y Métodos de diseño, Compañía Editorial Continental, SA,
México, DF, 1964. Pags. 50-52. Primera Edición.