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República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Defensa Universidad Nacional Experimental Politécnica De la Fuerza Armada Nacional.

CONCEPTOS BASICOS DE REFINACIÓN Bachilleres: Aguiar Ruben- 19438252 Cabrera Rossana-20546922 Prof: Ing.Rafael Tinedo

Garban Edna-19362007

Asignatura: Procesamiento de hidrocarburos Sección: 7S-N03 U.N.E.F.A

Mejías Jesús-19940778 Rodríguez Eudis-19159120 Sifontes Anays-18352393

San Tomé; 30 de Marzo del 2012.

ÍNDICE

Contenido

Pág.

Introducción……………………………………………………………………………..3 

CONCEPTOS BASICOS DE REFINACION

Teoría del proceso………………………………………………………………………...7 Clasificación………………………………………………………………………………8 Procesos que involucran la transformación física y química de un hidrocarburo...10 

QUÍMICA DEL PETRÓLEO.

Impurezas del petróleo…………………………………………………………………14 Reacciones más importante de los hidrocarburos………………………………….15 Tipos de crudos según su naturaleza……………………………………………..…16 Conclusión……………………………………………………………………………..18 Anexo…………………………………………………………………………………….19 Bibliografía……………………………………………...……………………………….21

INTRODUCCIÓN Para que el petróleo crudo pueda ser utilizado debe ser limpiado y descompuesto en sus diferentes formas útiles, mediante un proceso llamado refinación, este comprende métodos de separación, transformación y purificación, mediante los cuales el petróleo crudo es convertido en productos útiles con innumerables usos, La refinación inicia con el fraccionamiento del petróleo crudo en grupos de hidrocarburos

separados.

Los

productos

resultantes

están

directamente

relacionados con las características del crudo procesado. La mayor parte de los productos destilados se convierten posteriormente en otros productos más utilizables, cambiándoles el tamaño y estructura de las moléculas de sus hidrocarburos a través del rompimiento, reformado y otros procesos de conversión. Estos productos convertidos son sujetos a varios tratamientos y procesos de separación como la extracción, hidrotratamiento y endulzamiento para remover constituyentes indeseables y para mejorar la calidad del producto. Las refinerías integradas incorporan el proceso de fraccionamiento, tratamiento de conversión y operaciones de mezclado y pueden incluir también el procesamiento de los petroquímicos. El petróleo, tal como se extrae no es utilizable para poder aprovecharlo como fuente de energía o materia prima es necesario separarlo en fracciones adecuadas para preparar, a partir de ellas, los productos para las diferentes aplicaciones que requiere el mercado. El proceso de refinación produce gasolinas, naftas, destilados, combustibles residuales, asfalto, lubricantes y ceras.

3

CONCEPTOS BÁSICOS DE REFINACIÓN.

PETRÓLEO CRUDO. Es una mezcla de hidrocarburos de diferente peso molecular, con contenidos variables de impurezas. Su color predominante es el negro, pero no es exclusivo. El petróleo crudo tal como se presenta en la naturaleza, tiene aspecto aceitoso y espeso y es de un color que se aproxima al negro. Se pueden considerar dos tipos. Petróleos livianos que son muy fluidos y menos pesados que el agua, incoloros o de colores claros y muy fáciles de evaporar; y petróleos pesados que son viscosos, espesos y fáciles de solidificar y que dejan como residuos, el asfalto y materias similares. El petróleo crudo tiene poca utilidad; debe someterse a un proceso de refinado con el fin de separar sus componentes y darle aplicación industrial. A estos componentes se les llaman derivados del petróleo. DERIVADOS DEL PETROLEO. Es un producto procesado en refinerías usando como materia prima el petróleo. Según la composición del crudo y la demanda, las refinerías pueden producir distintos productos derivados del petróleo. Los siguientes son los diferentes productos derivados del petróleo y su utilización: 

Gasolina motor corriente y extra - Para consumo en los vehículos automotores de combustión interna, entre otros usos.



Turbocombustible o turbosina - Gasolina para aviones jet, también conocida como Jet-A.



Gasolina de aviación - Para uso en aviones con motores de combustión interna.



ACPM o Diesel - De uso común en camiones y buses. 4



Queroseno - Se utiliza en estufas domésticas y en equipos industriales. Es el que comúnmente se llama "petróleo".



Cocinol - Especie de gasolina para consumos domésticos. Su producción es mínima.



Gas propano o GLP - Se utiliza como combustible doméstico e industrial.



Bencina industrial - Se usa como materia prima para la fabricación de disolventes alifáticos o como combustible doméstico.



Combustóleo o Fuel Oil - Es un combustible pesado para hornos y calderas industriales.



Disolventes alifáticos - Sirven para la extracción de aceites, pinturas, pegantes y adhesivos; para la producción de thinner, gas para quemadores industriales, elaboración de tintas, formulación y fabricación de productos agrícolas, de caucho, ceras y betunes, y para limpieza en general.



Asfaltos - Se utilizan para la producción de asfalto y como material sellante en la industria de la construcción.



Bases lubricantes - Es la materia prima para la producción de los aceites lubricantes.



Ceras parafínicas - Es la materia prima para la producción de velas y similares, ceras para pisos, fósforos, papel parafinado, vaselinas, etc.



Polietileno - Materia prima para la industria del plástico en general.



Alquitrán aromático (Arotar) - Materia prima para la elaboración de negro de humo que, a su vez, se usa en la industria de llantas. También es un diluyente.



Ácidonafténicos - Sirve para preparar sales metálicas tales como naftenatos de calcio, cobre, zinc, plomo, cobalto, etc., que se aplican en la industria de pinturas, resinas, poliéster, detergentes, tensoactivos y fungicidas.



Benceno - Sirve para fabricar ciclohexano. 5



Ciclohexano - Es la materia prima para producir caprolactama y ácido adípico con destino al nylon.



Tolueno - Se usa como disolvente en la fabricación de pinturas, resinas, adhesivos, pegantes, thinner y tintas, y como materia prima del benceno.



Xilenos mezclados - Se utilizan en la industria de pinturas, de insecticidas y de thinner.



Ortoxileno - Es la materia prima para la producción de anhídrico ftálico.



Alquilbenceno - Se usa en la industria de todo tipo de detergentes, para elaborar plaguicidas, ácidos sulfónicos y en la industria de curtientes.

El azufre que sale de las refinerías sirve para la vulcanización del caucho, fabricación de algunos tipos de acero y preparación de ácido sulfúrico, entre otros usos. El gas natural sirve como combustible para usos doméstico, industriales y para la generación de energía termoeléctrica. En el área industrial es la materia prima para el sector de la petroquímica. A partir del gas natural se obtiene, por ejemplo, el polietileno, que es la materia prima de los plásticos. Del gas natural también se puede sacar gas propano. Esto es posible cuando el gas natural es rico en componentes como propanos y butanos, corrientes líquidas que se le separan. REFINACION Es el conjunto de procesos físicos y químicos que permiten transformar un crudo en productos útiles.

La refinación del petróleo se inicia con la separación del petróleo crudo en diferentes fracciones de la destilación. Las fracciones se tratan más a fondo para convertirlas en mezclas de productos con los derivados del petróleo netamente comerciables y más útiles por diversos y diferentes métodos, tales como craqueo, reformado, alquilación, polimerización e isomerización. 6 TEORIA DEL PROCESO

El crudo extraído del pozo no tiene aplicación industrial y es necesario someterlo a un proceso químico de destilación fragmentada continua, llamado «refino». Este método consiste en un calentamiento del petróleo crudo alrededor de los 360 ºC, donde se produce la primera destilación (topping), y a continuación, el petróleo pasa a la torre de fragmentación. El primer paso de la refinación del petróleo crudo se cumple en las torres de "destilación primaria" o "destilación atmosférica". En su interior, estas torres operan a una presión cercana a la atmosférica y están divididas en numerosos compartimientos a los que se denominan "bandejas" o "platos". Cada bandeja tiene una temperatura diferente y cumple la función de fraccionar los componentes del petróleo. El crudo llega a estas torres después de pasar por un horno, donde se "cocina" a temperaturas de hasta 400 grados centígrados que lo convierten en vapor. Esos vapores entran por la parte inferior de la torre de destilación y ascienden por entre las bandejas. A medida que suben pierden calor y se enfrían. Cuando cada componente vaporizado encuentra su propia temperatura, se condensa y se deposita en su respectiva bandeja, a la cual están conectados conductos por los que se recogen las distintas corrientes que se separaron en esta etapa. Al fondo de la torre cae el "crudo reducido", es decir, aquel que no alcanzó a evaporarse en esta primera etapa. Se cumple así el primer paso de la refinación. De abajo hacia arriba se han obtenido, en su orden: gasóleos, acpm, queroseno, turbosina, nafta y gases ricos en butano y propano. Las demás corrientes se envían a otras torres y unidades para someterlas a nuevos procesos, al final de los cuales se obtendrán los demás derivados del petróleo. 7 Así, por ejemplo, la torre de "destilación al vacío" recibe el crudo reducido de la primera etapa y saca gasóleos pesados, bases parafínicas y residuos. La Unidad

de Craqueo Catalítico o Cracking recibe gasóleos y crudos reducidos para producir fundamentalmente gasolina y gas propano. Las unidades de Recuperación de Vapores reciben los gases ricos de las demás plantas y sacan gas combustible, gas propano, Propileno y butanos. La planta de mezclas es en últimas la que recibe las distintas corrientes de naftas para obtener la gasolina motor, extra y corriente. La unidad de aromáticos produce a partir de la nafta: tolueno, xilenos, benceno, ciclohexano y otros petroquímicos. La de Parafinas recibe destilados parafínicos y nafténicos para sacar parafinas y bases lubricantes. De todo este proceso también se obtienen azufre y combustóleo. El combustóleo es lo último que sale del petróleo. CLASIFICACIÓN. Los procesos de refinación del petróleo pueden clasificarse en dos grandes grupos: 

Separación

Consiste en separar el crudo en diferentes fracciones de petróleo, de acuerdo con su temperatura de ebullición. Para ello emplea procesos físicos como: destilación atmosférica y destilación al vacío. 

Conversión

Consiste en transformar unos componentes del petróleo en otros mediante reacciones químicas, por acción del calor y en general, con el uso de catalizadores. Son procesos de conversión, entre otros, la reformación y la desintegración o craqueo; ambos procesos cambian la estructuramolecular de los hidrocarburos, originalmente presentes en el petróleo. 8 De acuerdo a lo anterior los procesos de refinación del petróleo para tratar y poder transformar los diferentes derivados del petróleo son los siguientes:



Destilación (Fraccionamiento): Dado que el petróleo crudo es una mezcla de hidrocarburos con diferentes temperaturas de ebullición, que pueden ser separados por destilación en grupos de hidrocarburos que hierven entre dos puntos determinados de ebullición.



Reforma: La reforma es un proceso que utiliza calor, presión y un catalizador (por lo general contiene platino) para provocar reacciones químicas con naftas actualizar el alto octanaje de la gasolina y como materia prima petroquímica.



Craqueo (Agrietamiento): En el refino de petróleo los procesos de craqueo descomponen las moléculas de hidrocarburos más pesados (alto punto de ebullición) en productos más ligeros como la gasolina y el gasóleo.



Alquilación: Olefinas (moléculas y compuestos químicos) tales como el Propileno y el butileno son producidos por el craqueo catalítico y térmico. Alquilación se refiere a la unión química de estas moléculas de luz con isobutano para formar moléculas más grandes en una cadena ramificada (isoparafinas) que se forma para producir una gasolina de alto octanaje.



Isomerización: La Isomerización se refiere a la reorganización química de los hidrocarburos de cadena lineal (parafinas), por lo que contienen ramificaciones unidas a la cadena principal (isoparafinas).



Polimerización: Bajo la presión y la temperatura, más un catalizador ácido, las moléculas de luz de hidrocarburos insaturados reaccionan y se combinan entre sí para formar moléculas más grandes de hidrocarburos. Este proceso con los suministros de petróleo se puede utilizar para reaccionar butenos con iso-butano para obtener una gasolina de alto octanaje.

9 PROCESOS QUE INVOLUCRAN LA TRANSFORMACION FISICA Y QUIMICA DE UN HIDROCARBURO.

La refinería convierte el petróleo crudo y produce una variedad de derivados a través de una serie compleja de reacciones químicas y de cambios físicos que se pueden englobar básicamente en las seis siguientes operaciones principales: 

Fraccionar: aquí se separa una mezcla de hidrocarburos líquidos en diversos grupos específicos que incluyen a la gasolina, el diesel, los combustibles y otras sustancias más ligeras.



Desintegrar: porque rompe los hidrocarburos grandes, convirtiéndolos en compuestos más pequeños y de mayor utilidad. La desintegración puede llevarse a cabo térmica o catalíticamente.



Rearreglar: ya que con altas temperaturas y con catalizadores rearregla la estructura química de los hidrocarburos del petróleo. Algunos hidrocarburos de cadena lineal son transformados en hidrocarburos cíclicos o de cadena circular; del mismo modo los hidrocarburos cíclicos son transformados.



Combinar: porque hace reaccionar dos o más hidrocarburos o no hidrocarburos, tales como el azufre o el hidrógeno, para obtener otros productos que son considerados como mejorados.



Tratar: porque convierte materiales contaminantes a una forma tal que pueden ser desechados al medio ambiente sin causar problemas ecológicos.



Mezclar: porque combina diferentes líquidos para producir los materiales finales con ciertas propiedades deseadas.

De esta manera el crudo es transformado en gasolina con o sin mejorador del octanaje o también llamado antidetonante que es un compuesto oxigenado que se le adiciona a la gasolina, gas licuado de petróleo o gas LP, combustóleos, asfaltos, coque y azufre como subproducto, agrega otros compuestos aditivos. 10 Además usa (genera y/o compra) una variedad de servicios y materiales tales como la electricidad, aire, agua, nitrógeno, hidrógeno y catalizadores y finalmente

retorna materiales de desecho al medio ambiente, después de que se les ha dado un tratamiento adecuado para evitar la contaminación.

QUÍMICA DEL PETRÓLEO.

En las operaciones de refinación lo fundamental es la química del petróleo o de los hidrocarburos. La química del petróleo es sencilla pero también es complicada. Sencilla porque los miles de productos derivados son compuestos de dos elementos básicos, hidrógeno y carbono (hidrocarburos). Complicada porque cada hidrocarburo tiene características y propiedades físicas y químicas únicas y diferentes, y porque, además, la presencia de otros elementos exige tratamientos y procesos especiales para lograr finalmente productos de calidad garantizada. Puede considerarse que un 95% del petróleo está constituido por hidrocarburos, o sea sustancias formadas por carbono e hidrogeno. Como es conocido los hidrocarburos han sido clasificados en series denominadas homologas. Las tres series de la química orgánica: saturados o parafínicos, no saturados o alifáticos y los aromáticos o bencenicos, se encuentran presentes en el petróleo. Los saturados o parafínicos, denominados así por su poca reactividad, conforman la mayor parte de los hidrocarburos del petróleo. Dentro de un rango de variación dado por las distintas procedencias, puede decirse que un 50-70% está constituido por esta serie, correspondiendo la mayor parte a los nafténicos o cicloparafinicas. Es de destacar que a partir del butano se presenta la posibilidad de isómeros, hidrocarburos de igual número de átomos de carbono pero distinta configuración. 11 A medida que aumenta el peso molecular aumenta rápidamente el número de isómeros posibles, así para el octano se tiene dieciocho hidrocarburos diferentes.

Los primeros cuatro hidrocarburos parafínicos son gaseosos en condiciones ambientes de presion y temperatura, los intermedios son líquidos y los más pesados sólidos. Las isoparafinas de igual número de átomos de carbono, en general, tienen punto de ebullición más bajo que las normales. Los naftenos o cicloparafinas son hidrocarburos saturados, en los cuales los átomos de carbono estan unidos formando anillos. Entre los primeros términos se encuentran el ciclopentano y el ciclohexano con sus derivados isomericos. Las fracciones de petróleo de más alto punto de ebullición contienen un elevado porcentaje de hidrocarburos nafténicos. Los hidrocarburos no saturados, por su reactividad, no suele encontrarse en los petróleos naturales en cantidades apreciables, pero adquieren gran importancia durante el procesamiento por ser formados en los procesos de refinación. La rotura molecular de una parafina por alta temperatura (pirolisis), puede producir una molécula no saturada y una saturada. Los no saturados de una doble ligadura se llaman olefinas, de dos diolefinas. Es de destacar que la reactividad del doble enlace hace poco probable la existencia de poliolefinas superiores en el petróleo y fracciones producto de su refinación. Las posibilidades de isómeros entre las olefinas aumentan por la existencia de la isomería geométrica. La triple ligadura, hidrocarburos acetilénicos, hace aún más improbable la presencia de estos en petróleos y fracciones, por su gran reactividad química. La tercera serie de hidrocarburos del petróleo la forman los aromáticos, llamados también bencenicos por ser derivados del benceno. Constituyen una familia muy numerosa por la formación de sistemas de anillos condensados, estando presentes en las fracciones pesadas del petróleo. 12

El área llamada residuo asfaltico corresponde a hidrocarburos de muy alto peso molecular, grandes moléculas, cuya estructura no puede encasillarse en una sola serie, formados mayoritariamente por aromáticos altamente condensados.

Composición de un petroleó típico por serie de hidrocarburos, de acuerdo a los cortes clásicos de la industria.

13

IMPUREZAS DEL PETRÓLEO. Como impureza se define a todo aquel material contenido en el petróleo que no esté constituido solo por carbono e hidrogeno.

Impurezas oleofobicas:Son insolubles en el cuerpo del petróleoconstituido por hidrocarburos, forman una fase separada y deben ser llevadas límites tolerables antes de proceder al procesamiento del petróleo. 

Agua



Sales Inorgánicas



Sedimentos

Las impurezas oleofobicas en el proceso tienen que ver con la corrosión de los equipos y el ensuciamiento de los mismos, no afectando mayormente la calidad de los productos obtenidos, salvo los no destilados. Impurezas oleofilicas:estan tan disueltasen los hidrocarburos y generalmente afectan a los procesos de elaboración, tanto como a los productos obtenidos. 

Compuestos de Azufre.



Compuestos órgano-metálicos



Compuestos Nafténicos



Compuestos de nitrógeno

A diferencia de las oleofobicas, que son tratadas antes del procesamiento, las impurezas oleofilicas deben tratarse durante el mismo, constituyendo un problema tecnológico que puede resultar de alto costo.

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REACCIONES MÁS IMPORTANTE DE LOS HIDROCARBUROS. Los hidrocarburos pueden dar lugar a tres tipos básicos de reacciones: Reacciones de sustitución. Consisten en sustituir un hidrógeno por un radical diferente. Las familias que presentan este tipo de reacción son: alcanos, cicloalcanos y derivados bencénicos.

EJEMPLO DE REACCIONES DE SUSTITUCIÓN: CH 4 + Cl 2⇒ CH 3 - Cl + HCI

Reacciones de Adición: Como su nombre lo indica, a la molécula de una sustancia se le añade un determinado reactivo. Las familias que presentan este tipo de reacción son los alquenos y alquinos.

EJEMPLO DE REACCIONES DE ADICIÓN: CH 2 = CH 2 + HBr⇒CH 3 - CH 2 - Br

Reacciones de eliminación: Como lo dice su nombre, de la estructura molecular, se elimina una parte por medio de un reactivo. Un grupo funcional es cambiado por otro sin alterar la cadena principal de la molécula.

EJEMPLO DE REACCIONES POR ELIMINACIÓN: CI-CH 2 - CH 2 - Cl + 2Na ⇒CH 2 = CH 2+ 2NaCI

15

TIPOS DE CRUDOS SEGÚN SU NATURALEZA. Generalmente, en el lenguaje petrolero corriente, los petróleos crudos se clasifican como: livianos, medianos, pesados o extrapesados.



Crudo liviano o ligero: tiene gravedades API mayores a 31,1 °API



Crudo medio o mediano: tiene gravedades API entre 22,3 y 31,1 °API.



Crudo pesado: tiene gravedades API entre 10 y 22,3 °API.



Crudo extrapesado: gravedades API menores a 10 °API.

Dicha clasificación está estrechamente vinculada a la gravedad específica o índice de grados API de cada crudo.

La clasificación da idea de la viscosidad o fluidez de cada crudo. Más allá de esto, no aporta conocimientos específicos sobre las características y composición de los crudos. Sin embargo, la gravedad °API se utiliza universalmente para la catalogación y establecimiento de diferenciales de precios, tomando también en consideración otros factores como el contenido de azufre y/o metales, sal, corrosividad o rendimiento específico de determinado producto dado por un crudo en particular.

Otra modalidad que utiliza el refinador de petróleos para tipificar los crudos es la“base” de la composición de cada crudo. Sin embargo, aunque esta clasificación no es muy adecuada, tiene aceptación de uso general.

Por tanto, el crudo puede ser catalogado como de base aromática, nafténica o parafínica, según los resultados del análisis químico por rangos de temperatura de destilación y los correspondientes porcentajes de cada base.

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La base está atada al punto de ebullición de determinadas fracciones y a otras propiedades físicas que infieren en el rendimiento de gasolina o fracciones de bajo punto de ebullición (250-275 °C a presión atmosférica) -parafínicas- o las de alta ebullición -lubricantes- (390-415 °C a presión atmosférica) que se catalogan nafténicas. Cuando algún crudo contiene una cantidad apreciable de hidrocarburos aromáticos (benceno, tolueno, xileno) se clasifican como de base aromática. Crudos de este tipo son muy escasos. Como los crudos y los productos tienen muchas características distintivas, físicas y químicas, la tipificación no es sencilla.

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CONCLUSIÓN Son muchos los productos derivados del petróleo que usamos en nuestra vida cotidiana de una u otra manera. La industria eléctrica y la química son dos que por igual se abastecen de suministros que llegan de las refinerías a través de los oleoductos y también por carretera desde los depósitos. Hay muchos derivados del petróleo pero el noventa por ciento de ellos se destina a cubrir las necesidades energéticas en todo el mundo, éstos son los llamados combustibles. Las necesidades del mercado hacen que el petróleo seautilizado mediante sus productos o derivados y no como tal, los cuales incluyen, combustibles para fuentes fijas y móviles,

lubricantes parausos diversos,

asfaltos para la

construcción de carreteras, y petroquímicos para los más variados artículos de la vidacotidiana. Las fracciones obtenidas por la refinación del petróleo satisfacen una gran parte de los requerimientos de combustible de nuestra economía. Las refinerías han llegado a ser tan complejas que requieren un gran terreno y adecuaciones ecológicas, además de vastos recursos humanos y enorme capital. El 40% de las reservas de los crudos venezolanos son pesados y extra pesados, con alto contenido de azufre y metales que otros crudos en el mundo. Este tipo de crudo requiere de más procesamiento en refinerías especialmente adaptadas, lo cual implica altas inversiones para poder obtener productos refinados de calidad internacional. Las refinerías son muy distintas unas de otras, según las tecnologías y los esquemas de proceso que se utilicen, así como su capacidad. Las hay para procesar petróleos suaves, petróleos pesados o mezclas de ambos, Por consiguiente, La refinación del petróleo no es más que todos los procesos y operaciones necesarias para lograr, en forma económica y con una tecnología que permita una calidad aceptable, los productos para la vida moderna que de él se puedan obtener. 18

ANEXOS.

Entradas y salidas de una refinería.

Torres de "destilación primaria" o "destilación atmosférica".

19

Estructura física de una refinería.

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BIBLIOGRAFÍA.

"El Pozo Ilustrado",Cuarta edición, libro, Ediciones FONCIED, 1998 Caracas, Venezuela.

Referencias Bibliográficas:

 

http://www.pdvsa.com/PESP/Pages_pesp/aspectostecnicos/refinacion/prod uctos_petro.html http://www.petroleoamerica.com/2011/08/introduccion-la-refinacion-de petroleo.html

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