Refinacin del petrleoEl petrleo crudo no es directamente utilizable. Para obtener sus diversos subproductos es necesario refinarlo, de donde resultan, por centenares, los productos acabados y las materias qumicas ms diversas. El petrleo crudo es una mezcla de diversas sustancias, las cuales tienen diferentes puntos de ebullicin. Su separacin se logra mediante el proceso llamado "destilacin fraccionada". Esta funcin est destinada a las "refineras", factoras de transformacin y sector clave por definicin de la industria petrolfera, bisagra que articula la actividad primaria y extractiva con la actividad terciaria.

El trmino de refino, nos fue heredado en el siglo XIX, cuando se contentaban con refinar el petrleo para lmparas, se reviste hoy de tres operaciones:

La separacin de los productos petrolferos unos de otros, y sobre la destilacin del crudo (topping)

La depuracin de los productos petrolferos unos de otros, sobretodo su desulfuracin.

La sntesis de hidrocarburos nobles mediante combinaciones nuevas de tomos de carbono y de hidrgeno, su deshidrogenacin, su isomerizacin o su ciclado, obtenidos bajo el efecto conjugado de la temperatura, la presin y catalizadores apropiados.

En un inicio, el refino se practicaba directamente en los lugares de produccin del petrleo, pero pronto se advirti que era ms econmico transportar masivamente el crudo hasta las zonas de gran consumo y construir refineras en los pases industrializados, adaptando su concepcin y su programa a las necesidades de cada pas.

El petrleo crudo es depositado en los tanques de almacenamiento, en donde permanece por varios das para sedimentar y drenar el agua que normalmente contiene. Posteriormente es mezclado con otros crudos sin agua y es bombeado hacia la planta para su refinacin.

Una refinera comprende una central termoelctrica, un parque de reservas para almacenamiento, bombas para expedicin por tubera, un apeadero para vagones-cisterna, una estacin para vehculos de carretera para la carga de camiones cisterna. Es, pues, una fbrica compleja que funciona 24 horas diarias con equipos de tcnicos que controlan por turno todos los datos.

Mientras que antes las antiguas refineras ocupaban a centenares y a veces a millares de obreros en tareas manuales, sucias e insalubres, las ms modernas estn dotadas en la actualidad de automatismos generalizados para el control y la conduccin de los procesos y no exigen ms que un efectivo reducido de algunas personas.

En la industria de transformacin del petrleo, la destilacin es un proceso fundamental, pues permite hacer una separacin de los hidrocarburos aprovechando sus diferentes puntos de ebullicin, que es la temperatura a la cual hierve una sustancia.

La refinacin del petrleo es un proceso que incluye el fraccionamiento y transformaciones qumicas del petrleo para producir derivados comercializables.El petrleo crudo no tiene uso; es por eso que se somete a un proceso de conversin de energa primaria a secundaria denominado refinacin.Se conoce como refinacin al conjunto de procesos que se aplican al petrleo crudo con la finalidad de separar sus componentes tiles y, adems adecuar sus caractersticas a las necesidades de la sociedad, en cuanto a productos terminados.

La funcin de una refinera es transformar el petrleo en productos derivados que satisfagan las necesidades de la sociedad.

Una refinera es un centro de trabajo donde el petrleo crudo se transforma en sus derivados. Esta transformacin se logra mediante los procesos de: destilacin atmosfrica, destilacin al vaco, hidrodesulfuracin, desintegracin trmica, desintegracin cataltica, alquilacin y reformacin cataltica entre otros.

La industria de refinacin de petrleo encierra una serie de procesos fsicos y qumicos a los que se somete el petrleo crudo para obtener de l por destilacin y transformacin qumica, los diversos hidrocarburos o las familias de hidrocarburos.

PRINCIPALES REACCIONES QUIMICAS EN LA INDUSTRIA DE LA REFINACION DEL PETROLEO La refinacin del petrleo se inicia con la separacin del petrleo crudo en diferentes fracciones de la destilacin.

De acuerdo a lo anterior los procesos de refinacin del petrleo para tratar y poder transformar los diferentes derivados del petrleo son los siguientes:*Destilacin Atmosfrica:

Consiste en la separacin de la mezcla de hidrocarburos lquidos en componentes ms especficos, mediante la aplicacin de calor hasta lograr vaporizar cada componente, aprovechando que cada uno de ellos posee diferente punto de ebullicin.

La primera etapa del refino es la destilacin atmosfrica. Se realiza en una torre como la descrita anteriormente, donde la cabeza tiene una presin ligeramente superior a la atmosfrica. De ella se sacan 4 extracciones, cuyo "corte" viene determinado por un rango de temperaturas, y una salida de gases por cabeza. Por lo general, suelen ser: - 4 Extraccin: Gasleos muy pesados - 3 Extraccin: Gasleos comunes. - 2 Extraccin: Kerosenos. - 1 Extraccin: Naftas pesadas + Naftas ligeras. - Gases de cabeza: Butano, propano y otros gases ms ligeros.

En el fondo de la torre queda un residuo del crudo que no destila, al que comnmente se le llama "residuo atmosfrico" o "crudo reducido". La cantidad de este residuo depende mucho del tipo de crudo con el que se alimenta a la torre, aunque suele estar alrededor de un 45%. Con este dato, podemos determinar que si el proceso de refino se quedase en este punto, el rendimiento de la refinera seria muy bajo, ya que este residuo slo se puede aprovechar para hacer asfaltos y algunos lubricantes (productos de bajo coste/tonelada). Por tanto, la mayor parte las refineras procesan este residuo mediante otras etapas posteriores y tratamientos.

La temperatura dentro de la torre de fraccionamiento queda progresivamente graduada desde 350C, segn el ejemplo, en el punto de entrada de la carga, hasta menos de 100C en su cabeza. La entrada continua de crudo caliente genera una gama de platos con distinta temperatura y desde donde se extraen diversas fracciones a distintas alturas. Estas fracciones reciben nombres genricos y responden a caractersticas bien definidas, pero su proporcin relativa depende de la calidad del crudo destilado, de las dimensiones de la torre de fraccionamiento y de las presiones, caudales y temperaturas de operacin.

*Destilacin al Vacio:Proceso intermedio para extraer, del residuo atmosfrico, el gas leo usado como carga a las plantas de desintegracin cataltica FCC, as como las fracciones para elaboracin de aceites lubricantes.*Desintegracin Cataltica:

Proceso que consiste en descomponer las molculas de hidrocarburos ms grandes, pesadas o complejas, en molculas ms ligeras y simples. Se lleva acabo mediante la aplicacin de calor y presin y, mediante el uso de catalizadores (trmica). La utilizacin de este proceso permite incrementar el rendimiento de gasolina y de otros productos importantes que tienen aplicaciones diversas en la industria del petrleo.

Este es un proceso de conversin de hidrocarburos pesados presentes en los gasleos de vaco, que permite producir gasolina, y en consecuencia aumentar el rendimiento de este combustible en las refineras, disminuyendo la produccin de residuales.

El proceso FCC se basa en la descomposicin o rompimiento de molculas de alto peso molecular; esta reaccin se promueve por un catalizador slido con base en zeolitas en presentacin pulverizada, que se incorpora a los hidrocarburos de carga en un reactor de tipo tubular con flujo ascendente. A la salida del reactor, el catalizador se separa de los productos de reaccin a travs de ciclones, y el coque que se genera y adhiere al mismo por las altas temperaturas de reaccin, se quema en un equipo especial antes de recircularse al reactor; la energa liberada en el quemado sirve para dar parte del calentamiento de la corriente de carga.

En el proceso se producen, adems de gasolina, productos ms ligeros como gas seco (metano y etano) y fracciones de 3 a 5 tomos de carbono, de carcter olefnico, que se utilizan como materia prima en la produccin de teres y gasolina alquilada en procesos subsecuentes de la refinera. Tambin se genera un producto pesado rico en aromticos, conocido como aceite cclico ligero, que se procesa en las hidrotratadoras de la fraccin diesel, y otro denominado aceite decantado que se incorpora al combustleo.*Hidrotratamiento:Proceso cuyo objetivo es estabilizar catalticamente los petrolferos, adems de eliminar los componentes contaminantes que contienen, hacindolos reaccionar con hidrgeno a temperaturas comprendidas entre 315 y 430C a presiones que varan de 7 a 210kg/cm2, en presencia de catalizadores diversos.En forma generalizada, en los combustibles de hoy da se reducen los compuestos de azufre, para evitar daos ambientales por lluvia cida. Al proceso que se utiliza para este propsito y al cual se someten las diferentes fracciones que se obtienen en la destilacin atmosfrica y al vaco se le denomina hidrotratamiento o hidrodesulfuracin, por estar basado en el uso de hidrgeno que reacciona con los compuestos de azufre presentes en los hidrocarburos para formar cido sulfhdrico; en un procesamiento posterior, este compuesto se convierte en azufre elemental slido que tiene una importante aplicacin industrial. En el proceso ocurren reacciones adicionales que permiten complementar el tratamiento al eliminar tambin compuestos nitrogenados, convertir las olefinas en compuestos saturados y reducir el contenido de aromticos. El hidrotratamiento requiere de altas presiones y temperaturas, y la conversin se realiza en un reactor qumico con catalizador slido constituido por gg-almina impregnada con molibdeno, nquel y cobalto.*Reduccin de Viscosidad:Proceso empleado en la refinacin de petrleo para obtener hidrocarburos debajo peso molecular tales como gases, gasolina, gasleos y residuo de baja viscosidad, a partir de residuos de vacio de alta viscosidad.

*Coquizacin:

Equipo instalado en una lnea de conduccin de gas para incrementar la presin y garantizar el flujo de fluido a travs de la tuber* Craqueo (Agrietamiento): En el refino de petrleo los procesos de craqueo descomponen las molculas de hidrocarburos ms pesados (alto punto de ebullicin) en productos ms ligeros como la gasolina y el gasleo.

El trminocraqueo catalticoocracking catalticoes un proceso de larefinacin del petrleoque consiste en la descomposicin termal de los componentes del petrleo en presencia de un catalizador, con el propsito decraquearhidrocarburospesados cuyo punto de ebullicin es igual o superior a los 315C, y convertirlos en hidrocarburos livianos de cadena corta cuyopunto de ebullicinse encuentra por debajo de los 221C. Dichos catalizadores se presentan en forma granular o micro esfrica. Los catalizadores usualmente se componen porxido de silicio(SiO2) y almina(Al2O3).1El mineral ms comnmente usado para este fin es lafaujasita.2Su finalidad no es otra que la de obtener la mayor cantidad de hidrocarburos livianos de gran aprecio para laindustria; la mayora de las cargas a las unidades de ruptura cataltica la constituyen gasleos, aceites pesados como el DMOH y el DMO (aceite demetalizado hidrogenado y aceite demetalizado, respectivamente). El craqueo cataltico producenaftasehidrocarburos aromticos de altooctanaje, como elbencenopor medio de la conversin deciclo alcanosyparafinas.3El craqueo y elreformado catalticohacen que larefinerapueda responder a los cambios que se producen en la demanda. Las personas a cargo de la programacin de la produccin se encargan de definir el ruteo de las distintas corrientes obtenidas en la destilacin a travs de los diversos procesos de conversin, para adecuar la cantidad y calidad de los productos finales, segn la demanda.

* Alquilacin: Olefinas (molculas y compuestos qumicos) tales como el propileno y el butileno son producidos por el craqueo cataltico y trmico. Alquilacin se refiere a la unin qumica de estas molculas de luz con isobutano para formar molculas ms grandes en una cadena ramificada (isoparafinas) que se forma para producir una gasolina de alto octanaje.

Los procesos de alquilacin comprenden la combinacin de una olefina con un hidrocarburo parannfico o aromtico, en presencia de un catalizador. El proceso involucra la unin de propileno o butilenos con isobutano, en presencia de cido fluorhdrico o sulfrico como catalizador, para formar una isoparafina denominada alquilado ligero.El proceso de alquilacin es una sntesis qumica por medio de la cual se unen olefinas ligeras (propileno y/o butenos producidos en el proceso FCC antes descrito) con isobutano (proveniente de la fraccin de gas LP recuperada en la destilacin atmosfrica del petrleo y complementada con corrientes equivalentes del procesamiento del gas natural). Al resultado de la sntesis se le denomina alquilado o gasolina alquilada, producto constituido por componentes isoparafnicos cuyos puntos de ebullicin se ubican dentro del intervalo de la gasolina.

En sus inicios el proceso tuvo como objetivo obtener un combustible aplicable a aviones de turbohlice, y aumentar el rendimiento de gasolina a partir de las diversas corrientes ligeras producidas en la refinera, pero actualmente su objetivo es producir una fraccin cuyas caractersticas tanto tcnicas (alto octano) como ambientales (bajas presin de vapor y reactividad fotoqumica) la hacen hoy en da, uno de los componentes ms importantes de la gasolina reformulada. La alquilacin es un proceso cataltico que requiere de un catalizador de naturaleza cida fuerte, y se utilizan para este propsito ya sea cido fluorhdrico o cido sulfrico.* Isomerizacin: La Isomerizacin se refiere a la reorganizacin qumica de los hidrocarburos de cadena lineal (parafinas), por lo que contienen ramificaciones unidas a la cadena principal (isoparafinas).

Proceso mediante el cual se altera el arreglo fundamental de los tomos de una La prctica es separar por destilacin la corriente de nafta en dos cortes, ligero y pesado; el ligero que corresponde a molculas de cinco y seis tomos de carbono se alimenta al proceso de isomerizacin, mientras que el pesado, con molculas de siete a once tomos de carbono, es la carga al proceso de reformacin antes descrito. Las reacciones de isomerizacin son promovidas por catalizador de platino soportado en gg-almina.

* Polimerizacin: Bajo la presin y la temperatura, ms un catalizador cido, las molculas de luz de hidrocarburos insaturados reaccionan y se combinan entre s para formar molculas ms grandes de hidrocarburos. Este proceso con los suministros de petrleo se puede utilizar para reaccionar butenos con iso-butano para obtener una gasolina de alto octanaje.

*TAME y MTB:Oxigenantes que se utilizan como aditivo para incrementar el octanaje en la gasolina, y su utilizacin depende de la legislacin (ambiental) con relacin a la composicin y calidad de las gasolinas.*Produccin de teres:Con el propsito de reducir las emisiones de monxido de carbono e hidrocarburos no quemados de los vehculos con motor a gasolina, se agregan a este combustible componentes que contienen oxgeno en su molcula, como es el caso de los teres.

Estos componentes se dosifican en la gasolina para obtener un contenido de oxgeno de 1 a 2% en peso y, en virtud de su alto nmero de octano, contribuyen al buen desempeo de este combustible en los motores. Los componentes oxigenados utilizados en la formulacin de gasolinas en Mxico son el MTBE (metil tert-butil ter) y en menor grado el TAME (tert-amil metil ter).

Estos teres se obtienen en las refineras a partir de alcohol metlico, producido en los complejos petroqumicos, y de las olefinas ligeras producidas en los procesos de desintegracin cataltica FCC, con el beneficio adicional de reducir el contenido de estas olefinas ligeras (importantes contribuyentes a la formacin de ozono en la atmsfera) en la gasolina

*Produccin de Lubricantes:Dentro de la industria en general, los lubricantes juegan un papel fundamental, pues evitan que el contacto continuo entre partes mviles de una mquina provoque esfuerzos por friccin que puedan llevarla a un mal funcionamiento e inclusive a su destruccin.Durante la refinacin del petrleo es posible, si se desea, producir bases de lubricantes, las cuales deben cumplir en forma muy estricta con el rango de viscosidad que las caracteriza. La materia prima para obtener las bases de lubricantes es el residuo de la destilacin atmosfrica del petrleo, el cual se redestila a condiciones de vaco para generar cortes especficos que se denominan: especialidades, neutro ligero y neutro, generndose adems en otro proceso de desasfaltizacin del residuo de vaco por extraccin con solventes, cortes adicionales que se denominan: neutro pesado, pesado y cilindros.

En su conjunto, los cortes lubricantes requieren de un procesamiento posterior que involucra plantas de desaromatizacin y de desparafinacin, indispensables para ajustar los ndices de viscosidad, o sea la variacin de la viscosidad del lubricante con la temperatura, que es la propiedad fundamental que define su calidad. Simultneamente se produce parafina suave y parafina dura.

* Endulzamiento y Recuperacin de Azufre:

La eliminacin del cido sulfhdrico (H2S) que acompaa al gas que se separa en la destilacin atmosfrica, y que est sobre todo presente en el gas resultante de los procesos de hidrotratamiento, es indispensable para evitar emisiones de azufre durante el quemado de dicho producto como combustible de la propia refinera.

La separacin del H2S de los gases se realiza en un proceso que se denomina de endulzamiento, basado en la absorcin en soluciones acuosas de aminas; la solucin rica en sulfhdrico se regenera por agotamiento con vapor para recircularse a la absorcin, y el H2S separado se procesa en unidades donde primeramente se realiza una combustin parcial del mismo para generar una proporcin adecuada de H2S y SO2, que enseguida se hacen reaccionar catalticamente para generar azufre elemental.

*Procesamiento del Gas Natural:El gas natural est constituido principalmente por metano con proporciones variables de otros hidrocarburos (etano, propano, butanos, pentanos y gasolina natural) y de contaminantes diversos. El objetivo del procesamiento del gas natural es eliminar los contaminantes, incluyendo los componentes corrosivos (agua y cido sulfhdrico, este ltimo tambin por su carcter contaminante), los que reducen el poder calorfico (dixido de carbono y nitrgeno) y los que forman depsitos slidos a bajas temperaturas (nuevamente agua y dixido de carbono), para despus separar los hidrocarburos ms pesados que el metano, que constituyen materias primas bsicas para la industria petroqumica.

Las etapas normales en el procesamiento del gas natural son la deshidratacin (eliminacin de agua, usualmente con adsorbentes slidos, como almina o mallas moleculares), el endulzamiento (eliminacin de cido sulfhdrico y dixido de carbono con soluciones absorbentes en un esquema similar al descrito para los procesos de endulzamiento de gas de refinera), y la recuperacin criognica de etano e hidrocarburos ms pesados (condensacin de estos componentes a bajas temperaturas, del orden de 100oC, y destilacin fraccionada de los lquidos condensados). Otras etapas complementarias son el fraccionamiento de los hidrocarburos recuperados y la conversin del cido sulfhdrico a azufre.

*Procesos Petroqumicos:

Adems de los combustibles, del petrleo se obtienen derivados que permiten la produccin de compuestos qumicos que son la base de diversas cadenas productivas que terminan en una amplia gama de productos conocidos genricamente como productos petroqumicos, que se utilizan en las industrias de fertilizantes, plsticos, alimenticia, farmacutica, qumica y textil, entre otras.

Las principales cadenas petroqumicas son las del gas natural, las olefinas ligeras (etileno, propileno y butenos) y la de los aromticos. La cadena del gas natural se inicia con el proceso de reformacin con vapor por medio del cual el metano reacciona catalticamente con agua para producir el llamado gas de sntesis, que consiste en una mezcla de hidrgeno y xidos de carbono. El descubrimiento de este proceso permiti la produccin a gran escala de hidrgeno, haciendo factible la produccin posterior de amonaco por su reaccin con nitrgeno, separado del aire. El amonaco es la base en la produccin de fertilizantes.

Tambin a partir de los componentes del gas de sntesis se produce metanol, materia prima en la produccin de metil-terbutil-ter y teramil-metil-ter, componentes de la gasolina; otra aplicacin es su uso como solvente en la industria de pinturas.

La cadena del etileno se inicia a partir del etano recuperado del gas natural en las plantas criognicas, el cual se somete a un proceso de descomposicin trmica para producir etileno principalmente, aunque tambin se forma hidrgeno, propano, propileno, butano, butilenos, butadieno y gasolina piroltica. Del etileno se producen un gran nmero de derivados, como las diferentes clases de polietilenos cuyas caractersticas dependen del proceso de polimerizacin; su aplicacin se encuentra en la produccin de plsticos, recubrimientos, moldes, etc.

Por otro lado, el etileno puede reaccionar con cloro para producir dicloroetano y posteriormente monmero de cloruro de vinilo, un componente fundamental en la industria del plstico, y otros componentes clorados de uso industrial. La oxidacin del etileno produce oxido de etileno y glicoles, componentes bsicos para la produccin de polister, as como de otros componentes de gran importancia para la industria qumica, incluyendo las resinas PET (poli etiln tereftalato), actualmente usadas en la fabricacin de botellas para refresco, medicinas, etc. El monmero de estireno, componente fundamental de la industria del plstico y el hule sinttico, se produce tambin a partir del etileno, cuando ste se somete, primero a su reaccin con benceno para producir etilbenceno y despus a la deshidrogenacin de este compuesto. El acetaldehdo, componente bsico en la produccin de cido actico y otros productos qumicos, tambin se produce a partir del etileno.

otra olefina ligera, el propileno, que se produce ya sea por deshidrogenacin del propano contenido en el gas LP, como subproducto en las plantas de etileno o en las plantas de descomposicin cataltica fluida FCC de refineras, es la base para la produccin de polipropileno a travs de plantas de polimerizacin. Otro producto derivado del propileno y del amonaco es el acrilonitrilo, de importancia fundamental en la industria de las fibras sintticas. Del propileno se puede producir alcohol isoproplico de gran aplicacin en la industria de solventes y pinturas, as como el xido de propileno; otros derivados del propileno son el cido acrlico, la acrolena, compuestos importantes en la industria del plstico.

Como derivado de la deshidrogenacin de los butenos o bien como subproducto del proceso de fabricacin del etileno, se obtiene el 1,3 butadieno, que es una materia prima fundamental en la industria de los elastmeros, llantas para toda clase de vehculos, juntas, sellos, etc.

Una cadena fundamental en la industria petroqumica se basa en los aromticos (benceno, tolueno y xilenos). La nafta virgen obtenida del petrleo crudo contiene parafinas, naftnicos y aromticos en el intervalo de 6 a 9 tomos de carbono. Esta fraccin del petrleo, despus de un hidrotratamiento para eliminar compuestos de azufre, se somete al proceso de Reformacin BTX, el cual promueve fundamentalmente las reacciones de ciclizacin de parafinas y de deshidrogenacin de naftnicos, con lo cual se obtiene una mezcla de hidrocarburos rica en aromticos. Estos componentes se separan, primero del resto de los hidrocarburos a travs de un proceso de extraccin con solvente, y despus entre ellos, por medio de diversos esquemas de separacin. En procesos ulteriores se ajusta la proporcin relativa de los aromticos a la demanda del mercado, por ejemplo, convirtiendo tolueno en benceno por hidrodealquilacin, o bien en la isomerizacin de xilenos, para aumentar la produccin de orto-xileno.

Otro proceso fundamental es la desproporcionalizacin de los aromticos pesados para incrementar la produccin de benceno, tolueno y xilenos. Una vez separados los aromticos, se inicia la cadena petroqumica de cada uno de ellos. El benceno es la base de produccin de ciclohexano y de la industria del nylon, as como del cumeno para la produccin industrial de acetona y fenol; el tolueno participa de una forma importante en la industria de los solventes, explosivos y en la elaboracin de poliuretanos. Los xilenos son el inicio de diversas cadenas petroqumicas, principalmente la de las fibras sintticas.

ProcesoAgenteEjemplos de aplicaciones

DestilacinAdicin/remocin de calorSeparacin del petrleo crudo en sus destilados.

AbsorcinSolventeEliminacin de CO2 y H2S hidrocarburos lquidos y gaseosos.

AdsorcinAbsorbenteSeparacin de parafinas normales e isoparafinas.

CristalizacinRemocin de calorEliminacin de parafinas en el proceso de produccin de lubricantes.

FiltracinMaterial filtranteRemocin de slidos en corrientes de carga y en productos refinados.

AgotamientoGas de arrastreRecuperacin de hidrocarburos de catalizador recirculado en plantas FCC.

PermeacinMembranasRecuperacin de hidrgeno de corrientes gaseosas.

CiclonesFuerza inercialRemocin de finos de catalizador en el proceso FCC.

CONCLUSIONES: Las refineras de petrleo funcionan veinticuatro horas al da para convertir crudo en derivados tiles. El petrleo se separa en varias fracciones empleadas para diferentes fines. Algunas fracciones tienen que someterse a tratamientos trmicos y qumicos para convertirlas en productos finales como gasolina o grasas.