Características fisico-químicas, de los fuel pesados

DESCRIPCIÓN Y PROPIEDADES

Se denomina fuel pesado a una mezcla de productos basados en los residuos procedentes de los procesos de destilación y craqueo del petróleo. Como su nombre indica, corresponde a las fracciones más pesadas de dichos procesos.

Son líquidos de una viscosidad muy alta y un olor característico que necesita calentamiento para su almacenamiento y su combustión. Se utilizan en plantas industriales de tamaño medio en adelante, aplicaciones marinas y centrales eléctricas, en equipos de combustión tales como hornos, motores diesel y calderas.

El término que se emplea generalmente es fuel pesado, pero se utilizan otros nombres como: fuel oil residual, bunker fuel, fuel oil nº 6, fuel oil industrial, fuel oil marino y fuel oil negro. La terminología de pesado, medio y ligero referido al fuel oil describe los diferentes grados de densidad y viscosidad que presentan estos productos.

Para poder manejar y almacenar este fuel es necesario reducir su viscosidad mediante adición de otros fuel más ligeros (Kolpack, R.L. et al, 1978; Orr, A.S. y Van Sant Jr., R.W., 1960; Guard, H.E. y Cobet, A., 1972.)

El fuel pesado son mezclas complejas de compuestos que presentan un peso molecular alto cuyo rango de temperaturas de ebullición se encuentra entre 350-650ºC. Los componentes de la mezcla son principalmente hidrocarburos aromáticos alifáticos y nafténicos, con un número de carbonos entre C20-C50, junto con asfaltenos y cantidades más pequeñas de compuestos heterocíclicos que contienen azufre, nitrógeno y oxígeno. Estas mezclas tienen características similares al asfalto y por tanto, pueden considerarse como soluciones estabilizadas de asfaltenos en un medio oleoso. Los asfaltenos son compuestos aromáticos de alta polaridad y de elevado peso molecular (entre 2.000-5.000) y en el mezclado de estos fuel pesados es necesario asegurarse que estos compuestos permanecen en suspensión bajo un rango normal de temperatura

También contienen compuestos organometálicos debido a la presencia de éstos en el crudo original. Por ejemplo, los crudos procedentes del área del Caribe y Méjico contienen niveles elevados de vanadio. Durante la combustión de este fuel en motores diesel y calderas, el vanadio puede formar cenizas de alto punto de fusión en presencia de sodio (normalmente procedente de la contaminación por agua de mar) y otros compuestos metálicos. Dichas cenizas producen un efecto corrosivo en las piezas mecánicas del motor afectando a

su funcionamiento.Otros elementos presentes en el fuel pesado son: níquel, hierro, potasio, sodio, aluminio y silicio. El aluminio y el silicio proceden principalmente de los elementos catalíticos de las refinerías.

En los espacios muertos de los tanques donde se almacena el fuel pesado, se acumulan concentraciones significativas de sulfuro de hidrógeno (H2S). Esto es debido a que el calentamiento del tanque provoca la descomposición de compuestos que contienen azufre con el consiguiente con desprendimiento de este gas. Además del sulfuro de hidrógeno, también se acumulan vapores de hidrocarburos ligeros.

En el fuel pesado también se encuentran compuestos policíclicos aromáticos (PAC) en concentraciones apreciables, que dependen de la naturaleza y cantidad de diluyentes de baja viscosidad empleados y de si el componente residual ha sido craqueado o no. Si los componentes residuales proceden de la destilación en columnas a presión atmosférica o de vacío, la concentración de hidrocarburos aromáticos de anillos de 3 a 7 unidades está alrededor del 6 al 8%; Si se emplean componentes procedentes del craqueo catalítico o del craqueo de vapor, el nivel puede aproximarse al 20% (CONCAWE, 1985).

COMPONENTES DE LA MEZCLA

El fuel pesado es una mezcla de diferentes componentes de refinería:

Residuo largo (long residue): es el residuo procedente de la destilación del petróleo a presión atmosférica

Residuo corto (Short residue): es el residuo procedente de la destilación del petróleo en la columna de vacío

Residuo del craqueo térmico (termal cracker or visbreaker residue): El residuo precedente de procesos de craqueo térmico diseñados para incrementar el rendimiento de los componentes destilados de residuos procedentes de procesos a presión atmosférica o destilación en columna de vacío

Fracción clarificada del craqueo catalítico (cat cracker slurry oil): fracción pesada procedente del craqueo catalítico, un proceso para la conversión de fracciones pesadas de hidrocarburos en componentes de gasolina de alta calidad

Gasóleo procedente del craqueo térmico (thermally cracker or visbreaker gas oil): fracción media procedente de la destilación realizada mediante craqueo térmico

Hidrocarburos cíclicos ( cat cracker cycle oil): fracción media procedente de la unidad de craqueo catalítico

Queroseno (kerosine): fracción media ligera procedente de la destilación a

presión atmosférica

Gasóleo (gas oil): fracción media pesada procedente de la destilación a presión atmosférica

Gasóleo de vacío: fracción pesada de gasóleo procedente de la destilación en columna de vacío

PROPIEDADES CARACTERÍSTICAS

Las especificaciones han sido establecidas por las autoridades para asegurar la buena utilización en las instalaciones industriales.Dichas especificaciones incluyen la norma ASTM D-396 (ASTM 1992), BS 2869 para fuel terrestre, (BSI 1998), ISO 8217 para fuel marino, (ISO 1996) y CIMAC para fuel destinado a motores diesel.

TABLA 1 Las propiedades típicas del fuel pesado varían ampliamente en los límites indicados en las especificaciones: normalmente se espera que estén en el rango indicado en la tabla 1.

Propiedad Unidad metodo de ensayo Rango

Viscosidad cinemática100°C (1)

mm2/s ISO 3104 6.0 to 55.0

Densidad a 15°C kg/m3ISO 3675 or ISO 12185

950 to 1010 (2)

Punto de inflamabilidad

°C ISO 2719 > 60

Temp. de fluidez °C ISO 3016 < 30

Residuo de carbón ISO 10370 < 22 (2)

Cenizas% (m/m)

ISO 6245 < 0.20

Agua % (v/v) ISO 3733 < 1.0

Azufre (3)% (m/m)

ISO 8754Inland < 3.5Marine < 5.0

Vanadio mg/kg ISO 14597 < 600

Aluminio más silicio mg/kg ISO 10478 < 801) En este informe las unidades de viscosidad cinemática se dan en mm2/s, aunque normalmente en la literatura, este parámetro se suele expresar en centistokes (cSt). (1 mm2/s = 1 cSt)(2) ISO los grados de fuel pesaso ISO-F-RML 45 y RML 55 tienen densidad no restringida y valores de carbon residual(3) Se propone reducir el componente en sulfuro de ciertos fuels líquidos incluyendo el fuel pesado. El objetivo es reducir las emisiones de SO2 durante el proceso de combustión. Para el año 2005, el contenido en sulfuro debe ser menor de 1%Fuente: Heavy fuel oils. CONCAWE, Bruxelas, 1998