Refinación del petróleo

La industria de refinación del petróleo tiene como objetivo transformar el petróleo crudo (como sale del yacimiento) en un conjunto de productos técnica y económicamente útiles para los distintos usos.

Dependiendo de su origen, el petróleo presenta diferentes moléculas de hidrocarburos e impurezas. Las distintas moléculas que componen al crudo tienen propiedades físico-químicas diferentes y su separación física y/o transformación química va a permitir la obtención de productos finales específicos y de gran utilidad técnica. Es por esto que las refinerías cuentan con una amplia variedad de procesos que van a depender de las materias primas utilizadas, los productos finales que se desea obtener y las especificaciones de esos productos. Los distintos procesos se pueden dividir en tres tipos de operaciones básicas:

•  Procesos de separación o cambios físicos: permiten el fraccionamiento de una mezcla en distintos componentes sin modificar su estructura molecular.
•  Procesos de conversión, transformación o cambio químico: su finalidad es la modificación de la estructura molecular de las distintas fracciones, modificando por consiguiente las características físico-químicas de esos hidrocarburos. Puede ser rompiendo moléculas grandes (muchos átomos de carbono) en otras más pequeñas o reformando ciertas moléculas para obtener otras con estructuras más convenientes.
•  Procesos para la eliminación de impurezas: azufre, metales, etc.

Algunas procesos importantes…

Una vez extraído el petróleo se procede a la separación de los gases que lo acompañan: metano, etano, propano y butano. Estos gases se transportan en gasoductos o se comprimen. Así se obtienen los dos primeros derivados:

• gas natural: constituido fundamentalmente por metano con algo de butano y otros hidrocarburos volátiles. Se envía hasta los centros de consumo domiciliarios por medio de gasoductos.
• gas líquido: formado por una mezcla de propano y butano. Se licua, se almacena en garrafas y se expende para su uso.

 A continuación el crudo se destila a presión atmosférica, en un proceso conocido como destilación primaria o topping.El crudo se calienta en hornos (a presión normal y temperaturas entre 260 y 350 ºC). Los vapores pasan a una columna de fraccionamiento, separándose distintos cortes o fracciones, en función de sus puntos de ebullición:

• gas natural y gas líquido: Gases que hubieran quedado disueltos en el crudo, se juntan con los obtenidos previamente.
• nafta: corresponden a la mezcla de hidrocarburos que contienen entre 5 y 11 átomos de carbono. Su rango de temperatura destilación fluctúa entre 70 y 175 ºC. (Ver Haciendo un paréntesis: NAFTAS!)
• kerosene: comprende la mezcla de hidrocarburos que contienen entre 12 y 15 átomos de carbono. Su rango de temperaturas de destilación está entre 175 y 275ºC.
• gasoil: corresponde a la mezcla formada por hidrocarburos que posen entre 16 y 25 átomos de carbono. Es más denso que los anteriores y su aspecto es oleoso. Destila entre 275 y 325ºC.
• petróleo reducido: es el residuo que no destila, quedando en la base de la columna de destilación. Consiste en mezclas de fueloil y asfalto (hidrocarburos de más de 25 átomos de carbono). El fueloil se utiliza para obtener aceites lubricantes.
  

Cuando el petróleo tiene un bajo contenido en nafta, (por ejemplo en nuestro país) es necesario recurrir al craqueo catalítico o cracking. Este proceso consiste en la transformación catalítica de ciertas fracciones (de la destilación primaria) con alto contenido de hidrocarburos de alto peso molecular (ej. fueloil) en hidrocarburos de menor número de átomos de carbono, con el propósito de aumentar el rendimiento en naftas. 

Catalizador: Los catalizadores son compuestos que permiten acelerar el proceso, disminuir la temperatura de reacción y lograr una mayor especificidad en las moléculas obtenidas. Luego de un tiempo se requiere su regeneración.

Una vez finalizado el cracking la mezcla de hidrocarburos obtenida se dirige a una torre de destilación, separándose en distintas fracciones. Dentro de las más importantes se encuentran:

-          Gases (propano y propeno; 15% y butano y buteno; 21%)

-          Naftas (con número de octanos entre 90 y 94; 41%)

-          Diesel oil (10%)

¿Cómo se puede aumentar el índice de octanos de una nafta?

•  Incorporando aditivos. En un primer momento se usó como aditivo antidetonante el tetraetilplomo, sin embargo este tipo de compuesto producía derivados de plomo volátiles sumamente tóxicos. Es por esto que su utilización está prohibida en casi todos los países, aunque en algunos países en desarrollo todavía siguen utilizando naftas con plomo. Algunos aditivos utilizados en la actualidad son el etanol, el MTBE (metil terbutiléter) y el MMT (tricarbonilo metilciclopentadienilo de manganeso)
• Transformando compuestos en aromáticos o alquenos. Esto se realiza mediante un proceso denominado reformado catalítico o reaforming  que consiste en la transformación de hidrocarburos lineales en isómeros ramificados (isoparafinas) y en compuestos cíclicos (naftenos) y la posterior formación de compuestos aromáticos a partir de los naftenos, mediante una reacción química de deshidrogenación en la que se libera hidrógeno. Se utilizan catalizadores de platino (Pt) y rodio (Rh). El inconveniente con este tipo de naftas es que si la combustión es incompleta pueden formarse productos de oxidación intermedia muy nocivos. En algunas ocasiones el benceno y sus derivados se extraen de la nafta, permitiendo obtener una de las moléculas fundamentales de la petroquímica. Algunas reacciones que ocurren durante este proceso son:

 

•  Transformando moléculas lineales en ramificadas, mediante la alquilación. Este tipo de unidad de procesamiento del petróleo nació de las necesidades medioambientales que exigían una nafta de alto número de octano sin utilizar aditivos de plomo y bajando el contenido de compuestos aromáticos. El isobutano se hace reaccionar con propeno o buteno, en presencia de un catalizador, para obtener una isoparafina denominada alquilato (isooctanos).