Refinación del petróleo: fraccionamiento, craqueo y refino

Química Orgánica 3: Procesos de Refinación del Petróleo

La refinación del petróleo es un conjunto de procesos complejos que transforman el crudo en productos útiles. A continuación, se detallan las etapas fundamentales de este proceso industrial.

Fraccionamiento del Petróleo

El fraccionamiento es la primera etapa crucial en la refinación del petróleo. El crudo se calienta y se introduce en una columna de destilación a presión atmosférica. Las partes más volátiles salen por la cabeza de la columna; de sendas corrientes laterales se obtienen las fracciones de queroseno y gasóleo, y el residuo o cola restante se pasa a un sistema análogo, pero que trabaja al vacío. De esta manera, se evita que las fracciones más pesadas (T_b > 320ºC) se descompongan por sobrecalentamiento; así se obtienen nuevas cantidades de gasóleo, unas fracciones centrales dedicadas a obtener lubricantes o aceites pesados y un residuo que se emplea como combustible o para revestimiento de carreteras (asfalto).

La distribución típica de productos por peso es:

• Partes ligeras: 22%
• Partes medias: 65%
• Partes pesadas: 13%

Craqueo de Hidrocarburos

Normalmente, la proporción de gasolina que puede sacarse de un crudo no es tan elevada como fuera de desear, pues el principal cliente de la refinería es el motor de gasolina. Por otra parte, las proporciones de productos más pesados son mayores de lo que normalmente pide el mercado. La solución para este desequilibrio está en el craqueo de las fracciones más pesadas para convertirlas en productos con la volatilidad de las gasolinas. Esta conversión se obtiene por una doble vía:

• Por fractura directa de las moléculas largas: Dan otras del tamaño de la gasolina, por ejemplo: C₁₂H₂₆ + calor → C₆H₁₄ (parafina) + C₆H₁₂ (olefina).
• Polimerizando los gases olefínicos: Que en el craqueo se producen como subproducto, hasta el tamaño molecular deseado, habitualmente mediante el uso de catalizadores. Por ejemplo: 3 CH₂=CH₂ → C₆H₁₂.

Si se aplica el craqueo catalítico a fracciones pesadas, aparecen dos inconvenientes: el envenenamiento de la mayor parte de los catalizadores por el azufre contenido en la fracción y la rapidez con que se recubren de carbonilla, por la elevada proporción C/H de los aceites pesados, con lo que pierden su actividad por bloqueo físico de su superficie. Para obviar estas dificultades, se aplica este tipo de craqueo preferentemente a productos desulfurados y volátiles, es decir, a gasolinas parafínicas, para así corregir su constitución lineal, que es la causa del mal rendimiento de los motores de explosión. El craqueo se llama en este caso "reformado".

Refino del Petróleo

El refino es el proceso de purificación de las fracciones obtenidas para eliminar impurezas y mejorar sus propiedades.

Refino Químico

• Los gases se refinan lavándolos con disoluciones (K₂CO₃, etanolaminas, etc.) para quitarles el SH₂; el absorbente se puede regenerar y el SH₂ liberado se utiliza para obtener S o H₂SO₄.
• Las gasolinas, naftas, querosenos, etc., suelen requerir un tratamiento a fondo para eliminar el azufre que les acompaña; por otra parte, conviene eliminar de las gasolinas los compuestos olefínicos para evitar la formación de compuestos gomosos por polimerización; puede hacerse lavando con H₂SO₄ al 80%.
• Las fracciones pesadas también requieren la eliminación de sustancias insaturadas.

Refino Físico

Este tipo de refino se aplica, por lo general, a las fracciones pesadas:

• Desparafinado: Consiste en eliminar las parafinas céreas, fácilmente congelables, para mejorar la fluidez de las fracciones pesadas.
• Desasfaltado: Consiste en separar las materias asfálticas para evitar la aparición de productos sólidos en los aceites lubricantes.
• Extracción con disolventes: Para eliminar los hidrocarburos, como los aromáticos, que no son aptos para la lubricación.

Hidrorrefino

El hidrorrefino consiste en hidrogenar a presión, con catalizadores, para saturar los compuestos olefínicos y desulfurar las fracciones al convertir el azufre en SH₂. Es de naturaleza química, pero también puede sustituir al refino físico.