Tecnología Industrial: Petróleo, Refino, Procesos y Sistemas Energéticos

Introducción a la Tecnología Industrial del Petróleo y Procesos Asociados

Transporte y Propiedades Fundamentales del Crudo

Las especificaciones para el transporte de crudo petrolífero buscan garantizar la ausencia de riesgos y la seguridad en su manejo.

Los crudos petrolíferos son mezclas complejas de hidrocarburos, principalmente:

• Naftenos
• Aromáticos
• Parafínicos

El diseño de las refinerías de crudo suele responder a un tipo de crudo específico, por lo que la alimentación debe aproximarse a este para un rendimiento óptimo.

El grado API mide la densidad relativa del crudo y es un factor principal en la determinación de su precio.

Las curvas TBP (True Boiling Point) son ensayos que determinan las necesidades térmicas y la distribución de fracciones en la destilación del crudo.

Especificaciones de Productos Petrolíferos: Gasolinas y Octanaje

Las especificaciones de los productos petrolíferos son función de la demanda del mercado y definen las características de los productos finales.

El número de octano (NO) es una medida de la resistencia de un combustible a la detonación o autoignición en un motor de combustión interna. A mayor NO, menor facilidad de detonación.

El número de octano se obtiene comparando el comportamiento del combustible con una mezcla de iso-octano (100 NO) y n-heptano (0 NO) en un motor patrón. Para gasolinas de automoción, se aplican dos ensayos diferentes: el RON (Research Octane Number) y el MON (Motor Octane Number).

El número de octano (NO) no es independiente de la composición química del combustible; de hecho, el NO de los componentes del combustible depende directamente de la familia de hidrocarburos y del número de átomos de carbono de la molécula.

La tensión de vapor Reid (RVP) de las gasolinas se especifica rigurosamente y varía según la climatología de la región y la estación del año, siendo un parámetro clave para controlar las emisiones evaporativas.

Las gasolinas son mezclas complejas de hidrocarburos que deben cumplir con estrictas especificaciones, incluyendo límites en el contenido de benceno y el total de aromáticos por razones de salud y medioambientales.

La tensión de vapor Reid (RVP) sí se especifica en las gasolinas, siendo un parámetro crítico para la volatilidad y las emisiones. El punto de inflamación (Flash Point) es más relevante para la seguridad en el manejo de combustibles menos volátiles como el diésel o el queroseno, no para la gasolina.

Procesos de Refino: Destilación Atmosférica

En la destilación atmosférica de crudo, la temperatura se ajusta a un máximo para evitar el craqueo térmico de los productos ligeros.

La destilación atmosférica del crudo es un proceso de separación física que no implica transformación química de las corrientes, solo su división en diferentes cortes o fracciones.

La destilación atmosférica del crudo produce típicamente cuatro cortes principales: tres destilados (nafta, queroseno, gasóleo) y un cuarto corte, que es el residuo atmosférico, que puede representar aproximadamente el 50% del total del crudo introducido.

El contenido de productos ligeros en los destilados se ajusta mediante arrastre con vapor (stripping) para mejorar la separación y la calidad de los cortes.

El condensador de los vapores de cabeza de la columna de destilación atmosférica suele estar refrigerado por aire o agua y es el encargado de condensar principalmente los vapores más ligeros.

Los cortes destilados obtenidos deben ser sometidos a diferentes procesos posteriores de ajuste de cantidad y calidad para cumplir con las especificaciones del mercado.

Procesos Industriales Clave: Steam Reforming y Absorción

El Steam Reforming es un proceso industrial dedicado a la producción de gas de síntesis (mezcla de H2 y CO) a partir de hidrocarburos ligeros (como gas natural) y vapor de agua.

El Steam Reforming es un proceso catalítico que opera a altas presiones y altas temperaturas.

El Steam Reforming es un proceso catalítico que requiere una alimentación con nula o muy baja tolerancia al contenido de azufre, ya que este envenena los catalizadores.

La absorción química de un gas en un líquido, en la mayoría de las aplicaciones industriales, se considera un proceso isotermo o casi isotermo.

La absorción de un gas en un líquido se favorece por altas presiones y bajas temperaturas, lo que aumenta la solubilidad del gas.

La absorción, de forma general, se realiza en contracorriente para maximizar la fuerza impulsora y mantener una diferencia de concentraciones favorable entre el líquido y el gas a lo largo de la columna.

El ratio vapor/carbono (o líquido/gas, si se refiere a la relación estequiométrica) en el Steam Reforming se establece típicamente por encima del mínimo estequiométrico, por ejemplo, aproximadamente 1.25 veces el valor teórico, para asegurar la conversión y evitar la formación de coque.

Sistemas de Generación de Vapor: Calderas y Tratamiento de Agua

Las calderas pirotubulares son aptas para producir vapor a bajas y medias presiones, y aunque pueden generar volúmenes considerables, las calderas acuotubulares son las preferidas para grandes volúmenes y muy altas presiones.

Las calderas acuotubulares son especialmente aptas para operar a elevadas presiones y producir grandes volúmenes de vapor.

Las especificaciones de calidad del agua de alimentación para calderas son críticas y dependen directamente de la presión de operación de la caldera, siendo más estrictas a mayor presión.

El ablandamiento del agua es un proceso que busca la reducción de la dureza total del agua, incluyendo tanto la dureza temporal como la permanente, para prevenir incrustaciones.

Tras una desmineralización del agua de alimentación de caldera, es esencial desairear el agua antes de su introducción en la caldera. Esto se logra reduciendo la presión y/o calentando el agua en un desaireador para eliminar gases disueltos como oxígeno y dióxido de carbono, que son corrosivos.

La dureza permanente del agua es causada principalmente por sales de calcio (Ca) y magnesio (Mg) como sulfatos y cloruros, que son responsables de la formación de incrustaciones duras en los equipos.

El hogar de una caldera debe tener un tamaño suficiente para permitir la combustión completa del combustible y la transferencia de calor eficiente, asegurando un agotamiento adecuado de los gases de combustión.

Consideraciones Ambientales y Otros Procesos Industriales

Las especificaciones de los Gases Licuados del Petróleo (GLP) están determinadas por aspectos como su composición, presión de vapor, poder calorífico y la garantía de una recuperación energética eficiente, adaptándose a los usos finales.

Las emisiones de los contaminantes mayoritarios (como SOx, NOx, CO, partículas) se miden habitualmente en partes por millón (ppm) o miligramos por normal metro cúbico (mg/Nm³), generalmente en base seca.

Las partículas de elevada resistividad sí pueden generar el fenómeno de corona inversa en los precipitadores electrostáticos, lo que reduce su eficiencia.

Los rellenos son habitualmente utilizados en las columnas de absorción para aumentar la superficie de contacto entre fases, pero incrementan la pérdida de carga de los gases, no la reducen.

La solubilidad de los gases en los líquidos se favorece por alta presión y baja temperatura del gas.

La resistividad de las partículas en los precipitadores electrostáticos depende, en primera aproximación, de la temperatura de operación, así como de la composición química de las partículas y de los gases.

El uso de precipitadores electrostáticos en atmósferas explosivas es delicado; en estos casos, solo se pueden procesar gases explosivos de forma segura en sistemas de precipitadores húmedos, que minimizan el riesgo de ignición.