kraus, r. s. - proceso de refino del petroleo

ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO 78.1 SUMARIO 78.1

78.P

ETRO

LEO

YG

AS

NA

TURA

L

PETROLEO Y GAS NATURAL INDUSTRIAS QUIMICAS

Director del captuloRichard S. Kraus 78

SumarioSUMARIO

Proceso de refino del petrleoRichard S. Kraus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78.2

PROCESO DE REFINO DEL PETROLEOPROCESO DE REFINO DEL PETROLEO

Richard S. Kraus

Perfil generalEl refino del petrleo comienza con la destilacin, o fracciona-miento, de los crudos en grupos de hidrocarburos separados. Losproductos resultantes estn directamente relacionados con lascaractersticas del petrleo crudo que se procesa. La mayora deestos productos de la destilacin se convierten a su vez enproductos ms tiles cambiando sus estructuras fsicas y molecu-lares mediante craqueo, reforma y otros procesos de conversin.A continuacin, estos productos se someten a diversos procesosde tratamiento y separacin (extraccin, hidrotratamiento ydesmercaptanizacin), para obtener productos terminados. Mien-tras que las refineras ms sencillas se limitan generalmente a ladestilacin atmosfrica y al vaco, en las refineras integradas sehace fraccionamiento, conversin, tratamiento y mezcla conlubricante, combustibles pesados y fabricacin de asfalto, y, enocasiones, procesado petroqumico.

La primera refinera, inaugurada en 1861, produca quero-seno mediante destilacin atmosfrica simple. Entre los subpro-ductos haba alquitrn y nafta. Pronto se descubri que podanproducirse aceites lubricantes de alta calidad destilando petrleoal vaco. Con todo, durante los 30 aos siguientes el queroseno

fue el producto de mayor demanda. Los dos acontecimientosms significativos en el cambio de esta situacin fueron:

la invencin de la luz elctrica, que redujo la demanda dequeroseno,

la invencin del motor de combustin interna, al que siguiuna demanda de gasleo diesel y gasolina (nafta).

Con la llegada de la produccin a gran escala y la primeraGuerra Mundial, el nmero de vehculos propulsados por gaso-lina aument de manera espectacular, como lo hizo la demandade gasolina. Con todo, los procesos de destilacin atmosfrica yal vaco slo permitan obtener del petrleo crudo ciertacantidad de gasolina. El primer proceso de craqueo trmico seaplic en 1913. El craqueo trmico someta los combustiblespesados a presin y calor intenso, descomponiendo as fsica-mente sus grandes molculas en otras ms pequeas, con lo queproduca ms gasolina y combustibles de destilacin. A fines deldecenio de 1930 se aplic una forma ms elaborada de craqueotrmico, la ruptura de la viscosidad, que permita obtenerproductos ms valiosos y apreciables.

Al elaborarse motores de gasolina de compresin mselevada, se produjo una demanda de gasolina de mayor octa-naje, con mejores cualidades antidetonantes. La introduccindel craqueo cataltico y de los procesos de polimerizacin en lasegunda mitad del decenio de 1930, satisfizo esta demanda alproporcionar gasolina de mayor rendimiento y octanajes ms

78.2 PROCESO DE REFINO DEL PETROLEO ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO

INDUSTRIAS QUIMICAS

Ao Nombre del proceso Finalidad del proceso Subproductos del proceso

1862 Destilacin atmosfrica Producir queroseno Nafta, alquitrn, etc.

1870 Destilacin al vaco Lubricantes (originales)Cargas de craqueo (decenio 1930)

Asfalto, residuoCargas de coquificador

1913 Craqueo trmico Aumentar gasolina Residuo, combustible para barcos

1916 Desmercaptanizacin Reducir azufre y olor Azufre

1930 Reforma trmica Mejorar ndice de octano Residuo

1932 Hidrogenacin Eliminar azufre Azufre

1932 Coquizacin Producir materiales base para gasolina Coque

1933 Extraccin de disolventes Mejorar ndice viscosidad del lubricante Aromticos

1935 Desparafinado de disolventes Mejorar punto de goteo Ceras

1935 Polimerizacin cataltica Mejorar rendimiento gasolina e ndice de octano Cargas petroqumicas

1937 Craqueo cataltico Gasolina de mayor octanaje Cargas petroqumicas

1939 Ruptura de la viscosidad Reducir la viscosidad Ms destilado, alquitrn

1940 Alquilacin Aumentar octanaje y rendimiento de la gasolina Gasolina de aviacin de alto octanaje

1940 Isomerizacin Producir carga de alquilacin Nafta

1942 Craqueo cataltico de lquidos Aumentar rendimiento y octanaje de la gasolina Cargas petroqumicas

1950 Desasfaltado Aumentar la carga de craqueo Asfalto

1952 Reforma cataltica Convertir nafta de baja calidad Aromticos

1954 Hidrodesulfuracin Eliminar azufre Azufre

1956 Desmercaptanizacin con inhibidores Eliminar mercaptano Disulfuros

1957 Isomerizacin cataltica Convertir en molculas de alto ndice de octano Cargas de alquilacin

1960 Hidrocraqueo Mejorar calidad y reducir azufre Cargas de alquilacin

1974 Desparafinado cataltico Mejorar punto de goteo Cera

1975 Hidrocraqueo de residuos Aumentar rendimiento en gasolina de los residuos Residuos pesados

Tabla 78.1 Cronologa resumida del proceso de refino.

elevados. Al comienzo del decenio de 1940 se desarroll la alqui-lacin, otro proceso cataltico, para producir ms gasolina desti-nada al campo de la aviacin de alto octanaje y cargaspetroqumicas para la fabricacin de explosivos y caucho sint-tico. Le sigui la isomerizacin cataltica, cuyo objeto eraconvertir los hidrocarburos para producir mayores cantidades dematerias primas para la alquilacin.

Despus de la segunda Guerra Mundial se introdujerondiversos procesos de reforma que mejoraron la calidad y elrendimiento de la gasolina, y proporcionaron productosde mayor calidad. Algunos de ellos requeran el empleo de catali-zadores y/o de hidrgeno para cambiar las molculas y eliminarel azufre. Durante el decenio de 1960 se introdujeron mejoras enlos catalizadores y se elaboraron mtodos de proceso, como elhidrocraqueo y la reforma, para aumentar los rendimientos de lagasolina y mejorar las cualidades antidetonantes. Tales procesoscatalticos produjeron tambin molculas de doble enlace(alquenos), base de la moderna industria petroqumica.

El nmero y tipo de los diferentes procesos utilizados en lasmodernas refineras dependen principalmente de la natura-leza de los crudos empleados como materia prima y de los requi-sitos de los productos finales. Tambin influyen en losprocesos factores econmicos: costes de los crudos, valores de los

productos, disponibilidad de servicios bsicos y transporte. Lacronologa de la introduccin de los diversos procesos se recogeen la Tabla 78.1.

Procesos y operaciones bsicos de refinoLos procesos y operaciones de refino de petrleo se clasificanbsicamente en: separacin, conversin, tratamiento, formula-cin y mezcla, operaciones auxiliares y operaciones fuera deproceso (vase el organigrama simplificado de la Figura 78.1).

Separacin. El petrleo crudo se separa fsicamente, mediantefraccionamiento en torres de destilacin atmosfricas y de vaco,en grupos de molculas de hidrocarburos con diferentes inter-valos de temperaturas de ebullicin, denominados fracciones.

Conversin. Los procesos de conversin ms utilizados paramodificar el tamao y/o la estructura de las molculas de hidro-carburos, son los siguientes:

descomposicin (divisin) mediante hidrocraqueo, craqueotrmico y cataltico, coquizacin y ruptura de la viscosidad;

unificacin (combinacin) mediante alquilacin y polimeriza-cin;

alteracin (rectificacin) con isomerizacin y reforma cataltica, tratamiento.

ENCICLOPEDIA DE SALUD Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO 78.3 PROCESO DE REFINO DEL PETROLEO 78.3

INDUSTRIAS QUIMICAS

78.P

ETRO

LEO

YG

AS

NA

TURA

L

Figura 78.1 Organigrama del proceso de una refinera.

Desde los comienzos del refino se han utilizado diversosmtodos de tratamiento para eliminar no hidrocarburos, impu-rezas y otros constituyentes que afectan negativamente a laspropiedades de rendimiento de los productos acabados oreducen la eficacia de los procesos de conversin. El tratamientoimplica reacciones qumicas y separacin fsica, como disolu-cin, absorcin o precipitacin, mediante varios procesos ycombinaciones de procesos. Entre los mtodos de tratamiento secuentan la eliminacin o separacin de componentes aromticosy naftenos, y la eliminacin de impurezas y contaminantes inde-seables. Se utilizan compuestos desmercaptanizantes y cidospara desulfurar el petrleo crudo antes del procesado, y paratratar los productos durante y despus de ste. Otros mtodos detratamiento son la desalinizacin del crudo, la extraccinqumica de mercaptanos, el tratamiento con cidos, el contactocon arcilla, la hidrodesulfuracin, el refino de disolventes, ellavado custico, el hidrotratamiento, el secado, y la extracciny el desparafinado de disolventes.

La formulacin y mezcla es el proceso consistente en mezclary combinar fracciones de hidrocarburos, aditivos y otros compo-nentes para obtener productos acabados con unas propiedadesespecficas de rendimiento idneo.

Operaciones auxiliares de refino. Otras operaciones de las refine-ras necesarias para dar soporte al procesado de los hidrocar-buros son la recuperacin de residuos ligeros; la eliminacin delagua amarga; el tratamiento y refrigeracin de residuos slidos,aguas residuales y agua de proceso; la produccin de hidrgeno;la recuperacin de azufre, y el tratamiento de gases cidos y gasresidual. Otras funciones del proceso son la provisin de catali-zadores, reactivos, vapor, aire, nitrgeno, oxgeno, hidrgeno ygases combustibles.

Instalaciones de las refineras que no forman parte del proceso. Todaslas refineras tienen multitud de instalaciones, funciones, equiposy sistemas que dan soporte a las operaciones de procesado de loshidrocarburos. Las operaciones de soporte habituales son lageneracin de calor y energa; el movimiento de productos;el almacenamiento en depsitos; la expedicin y manipulacin;las llamas y sistemas de descarga de presin; los hornos y calen-tadores; las alarmas y sensores, y el muestreo, la verificacin y lainspeccin. Entre las instalaciones y sistemas que no formanparte del proceso estn los sistemas de lucha contra incendios,de abastecimiento de agua y de proteccin, controles de ruido ycontaminacin, laboratorios, salas de control, almacenes, e insta-laciones de mantenimiento y administrativas.

Principales productos del refino depetrleo crudoEl refino de petrleo ha evolucionado continuamente enrespuesta a la demanda de productos mejores y diferentes porparte de los consumidores. El requisito original del proceso eraproducir queroseno como fuente de combustible para el alum-brado ms barata y mejor que el aceite de ballena. La elabora-cin del motor de combustin interna condujo a la produccinde benceno, gasolina y gasleos diesel. La evolucin del aero-plano hizo necesarios la gasolina de aviacin de alto octanaje yel combustible para aviones de reaccin, que es una forma mselaborada del producto original de las refineras, el quero-seno. Las refineras actuales producen varios productos, muchosde los cuales se utilizan como materia prima para procesosde craqueo y fabricacin de lubricantes, y para la industria petro-qumica. Se clasifican en trminos generales como combustibles,cargas petroqumicas, disolventes, aceites de proceso, lubri-cantes y productos especiales, como cera, asfalto y coque (vase laTabla 78.2).

En el procesado de hidrocarburos se utilizan, o se formancomo resultado del mismo, varios productos qumicos. A


INDUSTRIAS QUIMICAS

Hidrocarburos gaseosos UsosGases licuados Gas de cocina e industrial

Gas combustible para motoresGas de alumbradoAmonacoFertilizantes sintticosAlcoholesDisolventes y acetonaPlastificantesResinas y fibras para plsticos y textilesPinturas y barnices

Materia prima para laindustria qumica

Productos de goma

Negro de humo Tintas de imprentaIndustria del caucho

Destilados ligerosNaftas ligeras Olefinas

Disolventes y diluyentesDisolventes de extraccinMaterias primas para la industria qumica

Naftas intermedias Gasolina para aviones y motoresDisolventes de limpieza en seco

Naftas pesadas Combustible para aviones de reaccin militaresCombustible para aviones de reaccin y querosenoCombustible para tractores

Gasleo Carga de craqueoGasleo de calefaccin y gasleo dieselCombustible metalrgicoAceite absorbente, recuperacin de benceno y gasolina

Destilados pesadosLubricantes tcnicos Aceites textiles

Aceites medicinales y cosmticosAceite blanco: industria alimentaria

Aceites lubricantes Aceites para transformadores y husillosLubricantes para motoresLubricantes para mquinas y compresoresAceites hidrulicos y para turbinasLubricantes para transmisionesAceites para maquinaria y aislamiento de cablesLubricantes para ejes, engranajes y mquinas de vaporAceites de mecanizado, corte y rectificado de metalesAceites de temple e inhibidores de la corrosinAceites de transferencia trmicaGrasas y compuestos lubricantesAceites para tintas de imprenta

Cera de parafina Industria del cauchoProductos farmacuticos y cosmticosIndustrias alimentaria y papeleraVelas y cerillas

ResiduosPetrolato Vaselina

CosmticosInhibidores de la corrosin y lubricantesCompuestos para revestimiento de cables

Fuel residual Fuel de calderas y procesos del n. 6Asfaltos Asfalto para pavimentos

Materiales para cubiertas y tejadosLubricantes asflticosAislantes y para proteccin de cimientosProductos para impermeabilizacin del papel

Subproductos de refinerasCoque Electrodos y combustibleSulfonatos EmulsoresAcido sulfrico Fertilizantes sintticosAzufre Productos qumicosHidrgeno Reforma de hidrocarburos

Tabla 78.2 Principales productos del refino de petrleocrudo.

continuacin figura una breve descripcin de aqullos que sonespecficos y caractersticos del refino:

Dixido de azufreEl gas procedente de la combustin de combustibles de altocontenido en azufre suele tener niveles altos de dixido de azufre,que se elimina por lo comn mediante lavado con agua.

CusticosSe aaden custicos al agua de desalinizacin para neutralizarcidos y reducir la corrosin. Se aaden tambin al crudo desali-nizado con el fin de reducir la cantidad de cloruros corrosivos delos productos de las zonas superiores de la torre. Se utilizan enprocesos de tratamiento de las refineras para eliminar contami-nantes de las corrientes de hidrocarburos.

Oxidos de nitrgeno y monxido de carbonoEl gas de chimenea contiene hasta 200 ppm de xido ntrico, quereacciona lentamente con el oxgeno y forma dixido de nitr-geno. El xido ntrico no se elimina mediante el lavado con agua,por lo que el dixido de nitrgeno puede disolverse en el agua yformar cido nitroso y ntrico. Por lo comn, el gas de chimeneaslo contiene una pequea cantidad de monxido de carbono, amenos que la combustin sea anmala.

Acido sulfhdricoEl cido sulfhdrico se encuentra de modo natural en la mayorade los crudos de petrleo y se forma tambin durante el proce-sado debido a la descomposicin de compuestos de azufre inesta-bles. El cido sulfhdrico es un gas extremadamente txico,incoloro e inflamable, ms pesado que el aire y soluble en agua.Tiene un olor a huevos podridos que se percibe a concentra-ciones muy por debajo de su lmite de exposicin, que es muybajo. Aun as, no ha de confiarse en ese olor como seal de alerta,pues los sentidos se desensibilizan casi de forma inmediata alproducirse la exposicin. Se necesitan detectores especiales paraalertar a los trabajadores de la presencia de cido sulfhdrico,y en presencia del gas debe utilizarse proteccin respiratoriaadecuada. La exposicin a niveles bajos de cido sulfhdricocausa irritacin, mareos y cefaleas, mientras que la exposicin aniveles por encima de los lmites prescritos causa depresin delsistema nervioso e incluso la muerte.

Agua amargaEl agua amarga es agua de proceso que contiene cido sulfh-drico, amonaco, fenoles, hidrocarburos y compuestos de azufrede bajo peso molecular. Se produce al absorber el vapor frac-ciones de hidrocarburos durante la destilacin, en la regeneracinde catalizador o al absorber el vapor cido sulfhdrico durante elhidrotratamiento y el hidroacabado. Tambin se genera por laadicin de agua a procesos para absorber cido sulfhdricoy amonaco.

Acido sulfrico y cido fluorhdricoAmbos se utilizan como catalizadores en los procesos de alquila-cin. El cido sulfrico se emplea tambin en algunos de losprocesos de tratamiento.

Catalizadores slidosEn los procesos de refino se utilizan varios catalizadores slidosdiferentes, de numerosas formas distintas, desde pastillas hastacuentas granulares o polvos, constituidos por diversos materialesy con diversas composiciones. En unidades de lecho mvil y fijose emplean catalizadores de pastillas extruidas, mientras que enprocesos de lecho fluido se usan catalizadores de partculas esf-ricas finas. Los catalizadores utilizados en procesos que eliminan

el azufre estn impregnados de cobalto, nquel o molibdeno. Enlas unidades de craqueo se emplean catalizadores de funcincida: arcilla natural, almina-silce y zeolitas. En la isomeriza-cin y la reforma se emplean catalizadores de funcin cidaimpregnados de platino u otros metales nobles. Los catalizadoresagotados requieren medidas especiales de manipulacin y protec-cin frente a las exposiciones, dado que a veces contienenmetales, aceites aromticos, compuestos aromticos policclicoscancergenos u otros materiales peligrosos, y tambin pueden serpirofricos.

CombustiblesLos principales productos combustibles son el gas de petrleolicuado, la gasolina, el queroseno, el combustible para motores dereaccin, el gasleo diesel, el gasleo para calefaccin y el fuelresidual.

El gas de petrleo licuado (GLP), constituido por mezclas dehidrocarburos parafnicos y olefnicos, como el propano yel butano, se produce para utilizarlo como combustible, y sealmacena y manipula en fase lquida a presin. El GPL tienepuntos de ebullicin que van desde aproximadamente 74 Chasta +38 C, es incoloro y sus vapores son ms pesados queel aire y extremadamente inflamables. Las cualidades impor-tantes del GPL desde la perspectiva de la salud y seguridaden el trabajo, son la presin de vapor y el control de loscontaminantes.

Gasolina. El producto ms importante de las refineras esla gasolina para motores, una mezcla de fracciones de hidrocar-buros con puntos de ebullicin relativamente bajos, incluida lagasolina reformada, de alquilato, nafta aliftica (nafta ligera dedestilacin directa), nafta aromtica (nafta de craqueo trmico ycataltico) y aditivos. Las mezclas de gasolina tienen puntos deebullicin que van desde temperaturas ambiente hasta unos204 C, y un punto de inflamacin inferior a 40 C. Las cuali-dades crticas de la gasolina son el ndice de octano (cualidadantidetonante), la volatilidad (arranque y tapn de vapor) y lapresin de vapor (control ambiental). Los aditivos se utilizanpara mejorar el rendimiento de la gasolina y proporcionarproteccin frente a la oxidacin y la corrosin. La gasolinaempleada en aviacin es un producto de alto ndice de octano,una mezcla especialmente estudiada para ofrecer buen rendi-miento a grandes altitudes.

El plomo tetraetlico (PTE) y el plomo tetrametlico (PTM)son aditivos de la gasolina que mejoran los ndices de octano ylas cualidades antidetonantes. En un esfuerzo por reducir lapresencia de plomo en las emisiones de escape de los autom-viles, estos aditivos ya no se utilizan de modo habitual, exceptoen la gasolina empleada en aviacin.

Para mejorar las cualidades antidetonantes de la gasolina sinplomo y reducir las emisiones de monxido de carbono, en lugarde PTE y PTM se utilizan etilbutilter terciario (EBET), metil-butilter terciario (MBET), amilmetilter terciario (AMET) yotros compuestos oxigenados.

Combustible para motores de reaccin y queroseno. El queroseno esuna mezcla de parafinas y naftenos, generalmente con menos deun 20 % de componentes aromticos. Tiene un punto de infla-macin superior a 38 C y un intervalo de temperaturas deebullicin de 160 C a 288 C, y se utiliza para alumbrado, cale-faccin, disolventes y para mezclarlo con gasleo diesel. Elcombustible para motores de reaccin es un destilado inter-medio de queroseno cuyas cualidades crticas son el punto decongelacin, el punto de inflamacin y el punto de humo.El combustible comercial para motores de reaccin tiene unrango de ebullicin de aproximadamente 191C a 274 C, y elcombustible para motores de reaccin de uso militar, un rangode 55 C a 288 C.


INDUSTRIAS QUIMICAS

78.P

ETRO

LEO

YG

AS

NA

TURA

L

Combustibles de destilacin. Los gasleos diesel y los de calefac-cin domstica son mezclas de color claro de parafinas, naftenosy componentes aromticos, que a veces contienen cantidadesmoderadas de olefinas. Los combustibles de destilacin tienenpuntos de inflamacin superiores a 60 C y rangos de ebullicinde 163 C a 371 C aproximadamente, y con frecuencia sesometen a hidrodesulfuracin para mejorar la estabilidad. Al sercombustibles, cuando se tratan emiten vapores que formanmezclas inflamables con el aire. Entre las cualidades idneas delos combustibles de destilacin estn los puntos de inflamacin yde goteo controlados, la combustin limpia, la ausencia deformacin de depsitos en los tanques de almacenamiento y unndice de cetano de los gasleos diesel adecuado para un buenarranque y una combustin satisfactoria.

Combustibles residuales. Muchos barcos e instalaciones comer-ciales e industriales utilizan combustibles residuales o combina-ciones de combustibles residuales y de destilacin, parageneracin de energa y calor y para procesado. Los combusti-bles residuales son mezclas lquidas de color oscuro y alta visco-sidad de molculas grandes de hidrocarburos, con puntos deinflamacin superiores a 121 C y altos puntos de ebullicin. Lasespecificaciones crticas de los combustibles residuales son laviscosidad y el bajo contenido de azufre (para el controlambiental).

Salud y seguridadEl riesgo ms importante del GPL y la gasolina para la seguridad,es el fuego. La alta volatilidad e inflamabilidad de los productosde bajo punto de ebullicin permite que los vapores se difundanfcilmente en el aire y formen mezclas inflamables que entran enignicin con facilidad. Se trata de un riesgo reconocido, que haceque aqullos requieran almacenamiento especfico, confina-miento y precauciones de manipulacin, as como medidas deseguridad para garantizar que las emanaciones de vapores y lasfuentes de ignicin estn controlados a fin de que no puedanproducirse incendios. Los combustibles menos voltiles (quero-seno y gasleo diesel) deben manipularse con cuidado para evitarderrames y su posible ignicin, ya que sus vapores tambin soncombustibles cuando se mezclan con aire en el rango de inflama-bilidad. Cuando se trabaja en atmsferas que contienen vaporesde combustible, las concentraciones en el aire de vapores deproductos inflamables muy voltiles, suelen estar restringidas a noms del 10 % de los lmites inferiores de inflamabilidad (LII), ylas concentraciones de los vapores de productos combustiblesmenos voltiles, a no ms del 20 % de los LII, en funcin de lanormativa que aplique la empresa y el gobierno en cuestin, a finde reducir el riesgo de ignicin.

Aunque los niveles de vapores de gasolina en las mezclas conaire se mantienen normalmente por debajo del 10 % de los LIIpor motivos de seguridad, esta concentracin es bastante supe-rior a los lmites de exposicin que deben observarse por razonesde salud. La inhalacin de pequeas cantidades de vapor degasolina en el aire, muy por debajo del lmite inferior de infla-mabilidad, causa irritacin, cefaleas y mareos, mientras quela inhalacin de mayores concentraciones puede provocarprdida del conocimiento e incluso la muerte. Es posible que seproduzcan tambin efectos de larga duracin para la salud. Lagasolina contiene, por ejemplo, benceno, un conocido cancer-geno con lmites de exposicin permisibles de slo algunaspartes por milln. As pues, incluso trabajar en atmsferas convapores de gasolina a niveles inferiores al 10 % de los LII exigela adopcin de precauciones apropiadas de higiene industrial:proteccin respiratoria o ventilacin aspirante local.

Antes, muchas gasolinas contenan los aditivos antidetonantesa base de plomo alqudico tetraetlico o tetrametlico, que sontxicos y presentan graves riesgos de absorcin de plomo por

contacto con la piel o por inhalacin. Los depsitos o recipientesque han contenido gasolina con plomo en algn momentodurante su utilizacin, deben ventilarse, limpiarse a fondo,comprobarse con un dispositivo de ensayo especial de plomo enaire y certificar que carecen de plomo para garantizar que lostrabajadores puedan entrar en ellos sin utilizar respiradoresautnomos ni equipos con admisin de aire puro, aunque losniveles de oxgeno sean normales y los depsitos contenganahora gasolina sin plomo u otros productos.

Las fracciones de petrleo gaseosas y los productos combusti-bles, ms voltiles, tienen un ligero efecto anestsico, por logeneral inversamente proporcional al peso molecular. La inhala-cin de combustibles de bajo punto de ebullicin, como la gaso-lina y el queroseno, causa una grave neumona qumica, y debeevitarse su aspiracin por efecto sifn con la boca as como suingestin accidental. Es posible que las concentraciones de gasesy vapores sean lo bastante elevadas para desplazar el oxgeno(del aire) hasta reducirlo por debajo de los niveles normales parala respiracin. Por lo comn, se consigue mantener las concen-traciones de vapor por debajo de los lmites de exposicin y losniveles de oxgeno dentro de los rangos respiratorios normales,mediante purga o ventilacin.

Los destilados de craqueo contienen pequeas cantidades dehidrocarburos aromticos policclicos (HAP) cancergenos; aspues, deber limitarse la exposicin. En ocasiones originantambin dermatitis por exposicin a gasolina, queroseno ycombustibles de destilacin, ya que tienen tendencia a desgrasarla piel, cuya prevencin se consigue utilizando equipos deproteccin personal y cremas barrera; reduciendo el contactoy observando buenas prcticas higinicas, como lavarse conagua tibia y jabn en lugar de limpiarse las manos con gasolina,queroseno o disolventes. Algunas personas tienen sensibilidadcutnea a los tintes utilizados para colorear la gasolina y otrosproductos de la destilacin.

Los fueles residuales contienen trazas de metales y a vecesretienen cido sulfhdrico, que es extremadamente txico. Loscombustibles residuales, cuyos componentes de craqueo tienenpuntos de ebullicin superiores a 370 C contienen hidrocar-buros aromticos policclicos (HAP) cancergenos. Debe evitarsela exposicin repetida a combustibles residuales sin la debidaproteccin personal, sobre todo al abrir depsitos y recipientes,ya que puede desprenderse cido sulfhdrico gaseoso.

Cargas petroqumicasMuchos productos derivados del refino de crudos de petrleo,como el etileno, propileno y butadieno, son hidrocarburos olef-nicos derivados de procesos de craqueo de refineras, y estndestinados a su utilizacin en la industria petroqumica comomaterias primas para la produccin de plsticos, amonaco,caucho sinttico, glicol, etc.

Disolventes derivados del petrleoVarios compuestos puros, entre ellos el benceno, el tolueno,el xileno, el hexano y el heptano, cuyos puntos de ebullicin ycomposicin en cuanto a hidrocarburos estn estrictamentecontrolados, se obtienen para utilizarlos como disolventes. Losdisolventes se clasifican en aromticos y no aromticos, segn sucomposicin. Su empleo como diluyentes de pintura, lquidos delimpieza en seco, desengrasantes, disolventes industriales y deplaguicidas, etc., suele estar determinado por su punto de infla-macin, que vara desde bastante menos de 18 C hasta msde 60 C.

Los riesgos asociados con los disolventes son semejantes a losde los combustibles, ya que los disolventes con un punto de infla-macin ms bajo son inflamables, y sus vapores, cuando semezclan con aire que est dentro del rango de inflamabilidad,


INDUSTRIAS QUIMICAS

pueden entrar en ignicin. Por lo comn, los disolventes arom-ticos tienen mayor toxicidad que los no aromticos.

Aceites de procesoLos aceites de proceso comprenden el rango de alto punto deebullicin, los productos de destilacin directa atmosfrica o alvaco, y los que se obtienen por craqueo trmico o cataltico. Setrata de mezclas complejas que contienen grandes molculas dehidrocarburos parafnicos, naftnicos y aromticos con ms de15 tomos de carbono; se utilizan como cargas para craqueo ofabricacin de lubricantes. Los aceites de proceso tienen viscosi-dades bastante altas, puntos de ebullicin comprendidos entre260 C y 538 C y puntos de inflamacin superiores a 121 C.

Los aceites de proceso son irritantes para la piel y contienenaltas concentraciones de HAP, as como compuestos de azufre,nitrgeno y oxgeno. Debe evitarse la inhalacin de vapores ynieblas, y la exposicin cutnea debe controlarse con medios deproteccin personal y buenas prcticas higinicas.

Lubricantes y grasasLos aceites lubricantes bsicos se obtienen mediante procesos derefino especiales de acuerdo con requisitos especficos de losclientes. Son mezclas de color claro a intermedio, baja volati-lidad, y viscosidad entre intermedia y alta, de aceites parafnicos,naftnicos y aromticos, con rangos de ebullicin entre 371 C y538 C. Con los aceites lubricantes base se mezclan aditivos(desemulsificantes, antioxidantes y elementos que mejoran de laviscosidad) a fin de proporcionarles las caractersticas exigidas alos aceites de motor, aceites hidrulicos y para turbinas, grasasindustriales, lubricantes, aceites para engranajes y aceites decorte. La cualidad ms crtica de un aceite lubricante base es unalto ndice de viscosidad, lo que, a temperaturas variables,proporciona menores cambios en viscosidad. Tal caracterstica latiene el petrleo crudo utilizado como carga o se consigue pormedio de aditivos que mejoren el ndice de viscosidad. Se aadendetergentes para mantener en suspensin cualquier lodo formadodurante el uso del aceite.

Las grasas son mezclas de aceites lubricantes y jabones met-licos, a los que se aaden materiales de funcin especfica, comoamianto, grafito, molibdeno, siliconas y talco para proporcionaraislamiento o lubricidad. Los aceites de corte y los aceites detransformacin de metales son aceites lubricantes con aditivosespeciales, como cloro, azufre y cidos grasos, que reaccionanbajo la accin del calor, proporcionando as lubricaciny proteccin a las herramientas de corte. A los aceites decorte solubles en agua se les aaden emulsificantes y agentesantibacterianos.

Aunque los aceites lubricantes no son irritantes por s mismosy tienen baja toxicidad, los aditivos presenta ciertos riesgos. Losusuarios deben consultar los datos de seguridad de los materialesque figuran en la informacin facilitada por el proveedor, paradeterminar los riesgos de ciertos aditivos, lubricantes, aceitesde corte y grasas especficos. El principal riesgo de los lubri-cantes es la dermatitis, que normalmente se controla conequipos de proteccin personal y unas prcticas higinicasadecuadas. De forma aislada, en algunos trabajadores aparecesensibilidad a los aceites de corte o lubricantes, lo que har nece-sario asignarles a un puesto de trabajo en que no pueda produ-cirse el contacto. Existe cierta preocupacin por la exposicincancergena a vapores de aceites de corte y aceites ligeros parahusillos, de base naftnica, que se controla mediante sustitucin,medidas de control tcnico o proteccin personal. Los riesgos deexposicin a la grasa son similares a los del aceite lubricante, conlos riesgos aadidos que presentan los materiales o aditivos delas grasas. La mayora de estos riesgos se tratan en otra seccinde esta Enciclopedia.

Productos especialesLa cera se utiliza para proteger productos alimenticios, en revesti-mientos, como ingrediente de otros productos (cosmticos ycremas limpiadoras de calzado) y para velas.

El azufre se produce como resultado del refino del petrleo. Sealmacena unas veces en fase lquida, calentado y fundido, endepsitos cerrados, y otras en fase slida, en recipientes o a laintemperie.

El coque es carbono casi puro y tiene diversos usos, desde elec-trodos hasta pastillas combustibles para barbacoas, dependiendode sus caractersticas fsicas, que son resultado del proceso decoquizacin.

El asfalto, que se utiliza principalmente para pavimentar carre-teras y fabricar materiales para cubiertas y tejados, debe serinerte a la mayora de las sustancias qumicas y condicionesmeteorolgicas.

Las ceras y asfaltos son slidos a temperatura ambiente,si bien para su almacenamiento, manipulacin y transporte serequieren temperaturas ms elevadas, con el consiguiente riesgode que se produzcan quemaduras. La cera de petrleo est tanrefinada que, por lo comn, no presenta ningn riesgo.El contacto de la piel con la cera puede causar taponamiento delos poros, que se controla con las prcticas higinicas adecuadas.Para evitar la exposicin al cido sulfhdrico al abrir depsitosde asfalto y de azufre fundido basta con utilizar medidasadecuadas de control tcnico o proteccin respiratoria. El azufrees tambin fcilmente inflamable a temperaturas elevadas.El asfalto se trata en otra parte de esta Enciclopedia.

Procesos de refino del petrleoEl refino de hidrocarburos consiste en el empleo de sustanciasqumicas, catalizadores, calor y presin para separar y combinarlos tipos bsicos de molculas de hidrocarburos que se hallan deforma natural en el petrleo crudo, transformndolos en gruposde molculas similares. Es decir: se reorganizan las estructuras ylos modelos de enlaces de las molculas bsicas y se convierten enmolculas y compuestos de hidrocarburos con ms valor. Elfactor ms significativo del proceso de refino no son loscompuestos qumicos que intervienen, sino el tipo de hidrocar-buro (parafnico, naftnico o aromtico).

Es necesario utilizar en toda la refinera procedimientosoperativos, mtodos de trabajo seguros y prendas y equipos deproteccin personal, entre ellos: proteccin respiratoria homolo-gada, contra la exposicin al fuego, las sustancias qumicas, laspartculas, el calor y el ruido, as como durante las operacionesde proceso y las actividades de toma de muestras, inspeccin,revisin general y mantenimiento. Como la mayora de losprocesos de la refinera son continuos y las corrientes de procesoestn confinadas en recipientes y tuberas cerrados, el potencialde exposicin es limitado. Ahora bien, aunque las operacionesde la refinera son procesos cerrados, el riesgo de incendio existe,pues si se produce una fuga o emanacin de lquido, vapor o gasde hidrocarburos, hay fuentes de ignicin como los calentadores,los hornos y los intercambiadores de calor de las distintasunidades de proceso.

Tratamiento previo del petrleo crudo

DesalinizacinEl petrleo crudo suele contener agua, sales inorgnicas, slidosen suspensin y trazas metlicas solubles en agua. El primer pasodel proceso de refino consiste en eliminar estos contaminantesmediante desalinizacin (deshidratacin), a fin de reducir lacorrosin, el taponamiento y la formacin de incrustaciones en elequipo, y evitar el envenenamiento de los catalizadores en lasunidades de proceso. Tres mtodos usuales de desalinizacin del


INDUSTRIAS QUIMICAS

78.P

ETRO

LEO

YG

AS

NA

TURA

L

petrleo crudo son la desalinizacin qumica, la separacin elec-trosttica y el filtrado. En la desalinizacin qumica se aaden alcrudo agua y surfactantes qumicos (desemulsificantes), secalientan para que las sales y otras impurezas se disuelvan en elagua o se unan a ella, y despus se dejan reposar en un tanque,donde se decantan. En la desalinizacin elctrica se aplicancargas electrostticas de alto potencial para concentrar losglbulos de agua suspendidos en la parte del fondo del tanque dedecantacin. Los surfactantes se aaden slo cuando el crudocontiene gran cantidad de slidos en suspensin. Un tercerproceso, menos comn, consiste en filtrar el petrleo crudo calen-tado utilizando tierra de diatomeas como medio filtrante.

En la desalinizacin qumica y electrosttica, el crudo utili-zado como carga se calienta a una temperatura entre 66 C y177 C, para reducir la viscosidad y la tensin superficial conobjeto de facilitar la mezcla y la separacin del agua. La tempe-ratura est limitada por la presin de vapor del crudo que sirvede materia prima. Ambos mtodos de desalinizacin son conti-nuos. Puede aadirse un custico o un cido para ajustar el pHdel bao de agua, y amonaco para reducir la corrosin. El aguaresidual, junto con los contaminantes, se descarga por el fondodel tanque de decantacin a la instalacin de tratamiento deagua residual. El petrleo crudo desalinizado se extrae continua-mente de la parte superior de los tanques de decantacin y seenva a una torre de destilacin atmosfrica (fraccionamiento)de crudo (vase la Figura 78.2) .

Una desalinizacin inadecuada origina incrustaciones en lostubos de los calentadores y de los intercambiadores de calor detodas las unidades de proceso de la refinera, lo que restringe elflujo de producto y la transferencia trmica, y origina averasdebido al aumento de presiones y temperaturas. La presuriza-cin excesiva de la unidad de desalinizacin provocar averas.

Tambin causa averas la corrosin, que se produce debido ala presencia de cido sulfhdrico, cloruro de hidrgeno, cidosnaftnicos (orgnicos) y otros contaminantes del petrleo crudo.La corrosin tiene lugar cuando las sales neutralizadas (clorurosy sulfuros de amonio) se mojan por el agua condensada. Al ser ladesalinizacin un proceso cerrado, existe poco riesgo potencialde exposicin al petrleo crudo o las sustancias qumicas deproceso, a menos que se produzca una fuga o emanacin. Esposible que se origine un incendio a causa de una fuga en loscalentadores, lo que permitira la liberacin de componentes delcrudo con bajo punto de ebullicin.

Durante la desalinizacin hay posibilidad de exposicin aamonaco, desemulsificantes qumicos secos, sustancias custicasy/o cidos. Cuando se utilizan temperaturas elevadas en lasoperaciones de desalinizacin de crudos de petrleo agrios

(sulfurosos), hay cido sulfhdrico. Dependiendo del crudo utili-zado como carga y de los productos qumicos de tratamientoempleados, el agua residual contendr cantidades variables decloruros, sulfuros, bicarbonatos, amonaco, hidrocarburos, fenoly slidos en suspensin. Si se utiliza tierra de diatomeas en lafiltracin, debern minimizarse o controlarse las exposiciones,ya que la tierra de diatomeas puede contener slice con part-culas de granulometra muy fina, por lo que presenta un riesgorespiratorio potencial.

Procesos de separacin del petrleo crudoEl primer paso en el refino de petrleo es el fraccionamiento delcrudo en torres de destilacin atmosfrica y al vaco. El petrleocrudo calentado se separa fsicamente en distintas fracciones dedestilacin directa, diferenciadas por puntos de ebullicin espec-ficos y clasificadas, por orden decreciente de volatilidad, en gases,destilados ligeros, destilados intermedios, gasleos y residuo.El fraccionamiento funciona porque la gradacin de temperaturadesde el fondo al extremo superior de la torre de destilacin haceque los componentes con punto de ebullicin ms alto secondensen primero, en tanto que las fracciones con punto deebullicin ms bajo alcanzan mayor altura en la torre antesde condensarse. En el interior de la torre, los vapores ascendentesy los lquidos descendentes (reflujo) se mezclan a niveles en losque sus composiciones respectivas estn equilibradas entre s.En dichos niveles (o fases) estn dispuestos unos platos especialesque extraen una fraccin del lquido que se condensa en cadanivel. En una unidad ordinaria de destilacin de crudo en dosfases, la torre atmosfrica, que produce fracciones y destiladoligeros, va seguida inmediatamente de una torre de destilacin alvaco que procesa los productos residuales atmosfricos. Despusde la destilacin, slo unos pocos hidrocarburos son adecuadospara utilizarlos como productos acabados sin necesidad de unproceso ulterior.

Destilacin atmosfricaEn las torres de destilacin atmosfrica, el crudo desalinizado seprecalienta utilizando calor recuperado del proceso. Despuspasa a un calentador de carga de crudo de caldeo directo, y desdeall a la columna de destilacin vertical, justo por encima delfondo, a presiones ligeramente superiores a la atmosfrica y atemperaturas comprendidas entre 343 C y 371 C, para evitar elcraqueo trmico que se producira a temperaturas superiores. Lasfracciones ligeras (de bajo punto de ebullicin) se difunden en laparte superior de la torre, de donde son extradas continuamentey enviadas a otras unidades para su ulterior proceso, tratamiento,mezcla y distribucin.


INDUSTRIAS QUIMICAS

Figura 78.2 Proceso de desalinizacin (tratamiento previo).

Las fracciones con los puntos de ebullicin ms bajos (el gascombustible y la nafta ligera) se extraen de la parte superior dela torre por una tubera en forma de vapores. La nafta, o gaso-lina de destilacin directa, se toma de la seccin superior de latorre como corriente de productos de evaporacin. Talesproductos se utilizan como cargas petroqumicas y de reforma,material para mezclas de gasolina, disolventes y GPL.

Las fracciones del rango de ebullicin intermedio (gasleo,nafta pesada y destilados) se extraen de la seccin intermedia dela torre como corrientes laterales y se envan a las operacionesde acabado para su empleo como queroseno, gasleo diesel,fuel, combustible para aviones de reaccin, material de craqueocataltico y productos para mezclas. Algunas de estas fraccioneslquidas se separan de sus residuos ligeros, que se devuelven a latorre como corrientes de reflujo descendentes.

Las fracciones pesadas, de alto punto de ebullicin (denomi-nadas residuos o crudo reducido), que se condensan o perma-necen en el fondo de la torre, se utilizan como fuel, para fabricarbetn o como carga de craqueo, o bien se conducen a un calen-tador y a la torre de destilacin al vaco para su ulterior fraccio-namiento (vanse las Figuras 78.3 y 78.4).

Destilacin al vacoLas torres de destilacin al vaco proporcionan la presin redu-cida necesaria para evitar el craqueo trmico al destilar elresiduo, o crudo reducido, que llega de la torre atmosfrica amayores temperaturas. Los diseos internos de algunas torres devaco se diferencian de los de las torres atmosfricas en que enlugar de platos se utiliza relleno al azar y pastillas separadoras departculas areas. A veces se emplean tambin torres de mayordimetro para reducir las velocidades. Una torre de vaco ordi-naria de primera fase produce gasleos, material base paraaceites lubricantes y residuos pesados para desasfaltacin depropano. Una torre de segunda fase, que trabaja con un nivelmenor de vaco, destila el excedente de residuo de la torre atmos-frica que no se utiliza para procesado de lubricantes, y el residuosobrante de la primera torre de vaco no utilizado para ladesasfaltacin.

Por lo comn, las torres de vaco se usan para separarproductos de craqueo cataltico del residuo sobrante. Asimismo,los residuos de las torres de vaco pueden enviarse a un coquifi-cador, utilizarse como material para lubricantes o asfalto, odesulfurarse y mezclarse para obtener fuel bajo en azufre(vanse las Figuras 78.5 y 78.6).

Columnas de destilacinEn las refineras hay muchas otras torres de destilacin mspequeas, denominadas columnas, diseadas para separarproductos especficos y exclusivos, todas las cuales trabajan segnlos mismos principios que las torres atmosfricas. Por ejemplo, undespropanizador es una columna pequea diseada para separarel propano del isobutano y otros componentes ms pesados. Paraseparar el etilbenceno y el xileno se utiliza otra columna msgrande. Una torres pequeas de burbujeo, llamadas torresrectificadoras, utilizan vapor para eliminar vestigios de productosligeros (gasolina) de corrientes de productos ms pesados.

Las temperaturas, presiones y reflujo de control deben mante-nerse dentro de los parmetros operacionales para evitar que seproduzca craqueo trmico dentro de las torres de destilacin. Seutilizan sistemas de descarga dado que pueden producirsedesviaciones de presin, temperatura o niveles de lquidos sifallan los dispositivos de control automtico. Se vigilan lasoperaciones para evitar la entrada de crudo en la carga de launidad de reforma. Los crudos utilizados como materia primacontienen a veces cantidades apreciables de agua en suspensinque se separa al principio del proceso y que, junto con el aguaprocedente de la purga de vapor que queda en la torre, se depo-sita en el fondo de sta. Es posible que esta agua se calientehasta alcanzar el punto de ebullicin, originando una explosinpor vaporizacin instantnea al entrar en contacto con el aceitede la unidad.


INDUSTRIAS QUIMICAS

78.P

ETRO

LEO

YG

AS

NA

TURA

L

Figura 78.3 Proceso de destilacin atmosfrica.

Figura 78.4 Esquema del proceso de destilacinatmosfrica.

El intercambiador de precalentamiento, el horno de precalen-tamiento, el intercambiador de calor de residuos, la torre atmos-frica, el horno de vaco, la torre de vaco y la seccin superiorde evaporacin sufren corrosin por efecto del cido clorhdrico(HCl), el cido sulfhdrico (H2S), el agua, los compuestos deazufre y los cidos orgnicos. Cuando se procesan crudos sulfu-rosos es posible que la corrosin sea intensa tanto en las torresatmosfricas como en las de vaco si la temperatura de las partesmetlicas excede de 232 C, y en los tubos de los hornos. El H2Shmedo tambin produce grietas en el acero. Al procesar crudoscon alto contenido de nitrgeno se forman, en los gases decombustin de los hornos, xidos de nitrgeno, que son corro-sivos para el acero cuando se enfran a bajas temperaturas enpresencia de agua.

Se utilizan productos qumicos para controlar la corrosin porcido clorhdrico producida en las unidades de destilacin.Puede inyectarse amonaco en la corriente de la seccin superiorantes de la condensacin inicial, y/o inyectarse con mucho

cuidado una solucin alcalina en la alimentacin de petrleocrudo caliente. Si no se inyecta suficiente agua de lavado, seforman depsitos de cloruro de amonio y se produce una intensacorrosin.

La destilacin atmosfrica y al vaco son procesos cerrados,por lo que las exposiciones son mnimas. Cuando se procesancrudos agrios (con alto contenido de azufre) se produce exposi-cin al cido sulfhdrico en el intercambiador y el horno deprecalentamiento, la zona de destilacin instantnea y el sistemade evaporacin superior de la torre, el horno y la torre de vaco,y el intercambiador de calor de residuos. Todos los crudos depetrleo y los productos de destilacin contienen compuestosaromticos de alto punto de ebullicin, como los HAP cancer-genos. La exposicin de corta duracin a altas concentracionesde vapor de nafta causa cefaleas, nuseas y mareos, y la de largaduracin, prdida del conocimiento. Las naftas aromticascontienen benceno, por lo que debe limitarse la exposicin a lasmismas. Es posible que los productos de evaporacin del deshe-xanizador contengan grandes cantidades de hexano normal queafecten al sistema nervioso. En el intercambiador de precalenta-miento, en zonas superiores de la torre y en productos de evapo-racin a veces hay cloruro de hidrgeno. El agua residualcontiene a veces sulfuros hidrosolubles en altas concentracionesy otros compuestos hidrosolubles, como amonaco, cloruros,fenol y mercaptano, dependiendo del crudo de partida y de losproductos qumicos de tratamiento.

Procesos de conversin del petrleo crudoLos procesos de conversin, como el craqueo, la combinacin y larectificacin, modifican el tamao y la estructura de las molculasde hidrocarburos para convertir las fracciones en productos dems valor (vase la Tabla 78.3) .

Como resultado de la conversin se crean varias molculas dehidrocarburos que no suelen encontrarse en el petrleo crudo,aunque son importantes para el proceso de refino. Las olefinas(alquenos, olefinas dicclicas y alquinos) son molculas de hidro-carburos de cadena o anillo insaturados con un enlace doblecomo mnimo. Por lo comn, se forman por craqueo trmico ycataltico, y rara vez se encuentran de modo natural en elpetrleo crudo sin procesar.

Los alquenos son molculas de cadena recta y frmula CnHn,que contienen al menos un enlace doble (insaturado) en lacadena. La molcula de alqueno ms sencilla es el etileno deolefina monocclica, con dos tomos de carbono unidos por undoble enlace, y cuatro tomos de hidrgeno. Las olefinas dic-clicas (que contienen dos dobles enlaces), como el 1,2-butadienoy el 1,3-butadieno, y los alquinos (con un triple enlace), como elacetileno, se encuentran en el C5 y las fracciones ms ligerasprocedentes del craqueo. Las olefinas son ms reactivas que las


INDUSTRIAS QUIMICAS

Figura 78.5 Proceso de destilacin al vaco.

Figura 78.6 Esquema del proceso de destilacinal vaco.


INDUSTRIAS QUIMICAS

78.P

ETRO

LEO

YG

AS

NA

TURA

L

Nombre del proceso Accin Mtodo Finalidad Materia prima Productos

Procesos de fraccionamiento

Destilacin atmosfrica Separacin Trmico Separar fracciones Petrleo crudo desalinizado Gas, gasleo, destilado, residuo

Destilacin al vaco Separacin Trmico Separar sin craqueo Residuo de torre atmosfrica Gasleo, materia prima paralubricantes, residuo

Procesos de conversin Descomposicin

Craqueo cataltico Alteracin Cataltico Mejorar gasolina Gasleo, destilado de coque Gasolina, materia primapetroqumica

Coquizacin Polimerizacin Trmico Convertir residuos de vaco Residuo, aceite pesado,alquitrn

Nafta, gasleo, coque

Hidrocraqueo Hidrgenoacin Cataltico Convertir en hidrocarburos msligeros

Gasleo, aceite de craqueo,residuos

productos ms ligeros, de mayorcalidad

Reforma de hidrgeno alvapor

Descomposicin Trmico/cataltico Producir hidrgeno Gas desulfurado, O2, vapor Hidrgeno, CO, CO2

Craqueo al vapor Descomposicin Trmico Craqueo de molculas grandes Combustible pesado/destiladode torre atmosfrica

Nafta de craqueo, coque,residuos

Ruptura de la viscosidad Descomposicin Trmico Reducir la viscosidad Residuo de torre atmosfrica Destilado, alquitrn

Procesosde conversinUnificacin

Alquilacin Combinacin Cataltico Unir olefinas e isoparafinas Isobutano de torre/olefina decraqueo

Isooctano (alquilato)

Composicin de grasas Combinacin Trmico Combinar jabones y aceites Aceite lubricante, cido graso,metal alcalino

Grasa lubricante

Polimerizacin Polimerizacin Cataltico Unir dos o ms olefinas Olefinas de craqueo Nafta de alto ndice de octano,materias primas petroqumicas

Procesos de conversinAlteracin/rectificacin

Reforma cataltica Alteracin/deshidrogenacin

Cataltico Mejorar nafta de bajo ndice deoctano

Nafta decoquificador/hidrocraqueo

Reformado/aromtico de altondice de octano

Isomerizacin Rectificacin Cataltico Convertir cadena recta enramificada

Butano, pentano, hexano Isobutano/pentano/hexano

Procesos de tratamiento

Tratamiento de aminas Tratamiento Absorcin Eliminar contaminantes acdicos Gas cido, hidrocarburos conCO2 y H2S

Gases sin cidos e hidrocar-buros lquidos

Desalinizacin(pretratamiento)

Deshidratacin Absorcin Eliminar contaminantes Petrleo crudo Petrleo crudo desalinizado

Secado ydesmercaptanizacin

Tratamiento Absorcin/trmico Eliminar H2O y compuestos deazufre

Hidrocarburo lquido, GPL,materia prima alquilada

hidrocarburos desmercaptani-zados y secos

Extraccin de furfural Extraccin dedisolvente

Absorcin Mejorar destilado intermedio ylubricantes

Aceites reciclados y materiaprima para lubricantes

Gasleo diesel y lubricantede alta calidad

Hidrodesulfuracin Tratamiento Cataltico Eliminar azufre, contaminantes Residuo/gasleo alto en azufre Olefinas desulfuradas

Hidrotratamiento Hidrogenacin Cataltico Eliminar impurezas/saturarhidrocarburos

Residuos, hidrocarburos decraqueo

Carga de craqueo, destilado,lubricante

Extraccin de fenol Extraccin dedisolvente

Absorcin/trmico Mejorar ndice de viscosidad dellubricante, color

Materiales bsicos para aceiteslubricantes

Aceites lubricantes de altacalidad

Desasfaltado de disolventes Tratamiento Absorcin Eliminar asfalto Residuo de torre de vaco,propano

Aceite lubricante pesado,asfalto

Desparafinado dedisolventes

Tratamiento Refrigeracin/filtracin

Eliminar cera de las cargas delubricante

Aceites lubricantes de torrede vaco

Material bsico para lubricantesdesparafinados

Extraccin de disolvente Extraccin dedisolvente

Absorcin/precipitacin

Separar aromticos insaturados Gasleo, reformado, destilado Gasolina de alto ndice deoctano

Desmercaptanizacin Tratamiento Cataltico Eliminar H2S, convertirmercaptano

Destilado/gasolina sin tratar Destilado/gasolina de altacalidad

Tabla 78.3 Resumen de los procesos de refino del petrleo.

parafinas o los naftenos, y se combinan fcilmente con otroselementos, como el hidrgeno, el cloro y el bromo.

Procesos de craqueoDespus de la destilacin se utilizan otros procesos de refino paraalterar las estructuras moleculares de las fracciones con el fin decrear ms productos de valor. Uno de estos procesos, el conocidocomo craqueo, descompone (rompe) fracciones de petrleopesadas, de alto punto de ebullicin, y los convierte en productosms valiosos: hidrocarburos gaseosos, materiales para mezclas degasolina, gasleo y fuel. Durante el proceso, algunas de las mol-culas se combinan (polimerizan) para formar molculas mayores.Los tipos bsicos de craqueo son el craqueo trmico, el craqueocataltico y el hidrocraqueo.

Procesos de craqueo trmicoLos procesos de craqueo trmico, desarrollados en 1913, se basanen la destilacin por calor de combustibles y aceites pesados, bajopresin, en grandes tambores, hasta que se rompen (dividen) enmolculas ms pequeas con mejores cualidades antidetonantes.El primer mtodo, que produca grandes cantidades de coqueslido, sin valor, ha evolucionado hasta los modernos procesos decraqueo trmico, entre los que se cuentan la ruptura de la visco-sidad, el craqueo en fase de vapor y la coquizacin.

Ruptura de la viscosidadLa ruptura de la viscosidad es una forma suave de craqueotrmico que rebaja el punto de goteo de los residuos parafnicos yreduce bastante la viscosidad de la carga sin afectar a su lmite deebullicin. El residuo de la torre de destilacin atmosfrica sedescompone suavemente en un calentador a la presin atmosf-rica. Despus se enfra con gasleo refrigerante para controlar el

exceso de craqueo y se destila por expansin instantnea en unatorre de destilacin. El alquitrn residual del craqueo trmico,que se acumula en el fondo de la torre de fraccionamiento, sesomete a expansin instantnea al vaco en una torre rectifica-dora, y el destilado se recicla (vase la Figura 78.7).

Craqueo en fase de vaporEl craqueo en fase de vapor produce olefinas mediante craqueotrmico de materiales con molculas de hidrocarburos grandes,a presiones ligeramente superiores a la atmosfrica y a muyaltas temperaturas. El residuo del craqueo se mezcla para obtenercombustibles pesados. Normalmente, la nafta producida poreste mtodo contiene benceno, que se extrae antes delhidrotratamiento.

CoquizacinLa coquizacin es una forma enrgica de craqueo trmico utili-zada para obtener gasolina de destilacin directa (nafta de coqui-ficador) y diversas fracciones de destilacin intermedia, que seutilizan como materiales para craqueo cataltico. Por esteproceso, el hidrgeno de la molcula de hidrocarburo se reducede forma tan completa, que el residuo es una forma de carbonocasi puro, denominado coque. Los dos procesos de coquizacinms comunes son la retardada y la continua (por contacto olquida), que, dependiendo del mecanismo de reaccin, el tiempo,la temperatura y el crudo de partida, producen tres tipos decoque: esponjoso, alveolar y cristalizado en agujas (vase laFigura 78.8).

Coquizacin retardada. En la coquizacin retardada, primero secarga el material en un fraccionador para separar los hidrocar-buros ms ligeros y despus se combina con el petrleo pesadoreciclado. El material pesado pasa al horno de coquizacin y se


INDUSTRIAS QUIMICAS

Figura 78.7 Proceso de ruptura de la viscosidad.

Figura 78.8 Proceso de coquizacin.

calienta hasta altas temperaturas a bajas presiones para evitarla coquizacin prematura en los tubos del calentador, produ-ciendo as una vaporizacin parcial y un craqueo suave. Lamezcla de lquido y vapor se bombea desde el calentador a unoo ms tambores de coque, donde el material caliente perma-nece aproximadamente 24 horas (retardo) a bajas presioneshasta que se descompone en productos ms ligeros. Cuando elcoque alcanza un nivel predeterminado en un tambor, el flujose desva a otro tambor para mantener la continuidad de laoperacin. El vapor procedente de los tambores se devuelve alfraccionador para separar el gas, la nafta y los gasleos, y reci-clar los hidrocarburos ms pesados a travs del horno. Eltambor lleno se trata con vapor para eliminar los hidrocar-buros no craqueados, se enfra mediante inyeccin de aguay se decoquiza mecnicamente por medio de un tornillo sin finque asciende desde el fondo del tambor, o hidrulicamente,rompiendo el lecho de coque con agua a alta presin proyec-tada desde un cortador rotativo.

Coquizacin continua. La coquizacin continua (por contacto olquida) es un proceso de lecho mvil que opera a presionesmenores y temperaturas ms altas que la coquizacin retar-dada. En la coquizacin continua se efecta un craqueotrmico utilizando calor transferido de las partculas de coquecalientes recicladas a la carga situada en un mezclador radial,llamado reactor. Se toman los gases y vapores del reactor, seenfran para impedir que contine la reaccin y se fraccionan.El coque de la reaccin entra en un tambor de compensacin yse eleva hasta un alimentador y clasificador donde se separanlas partculas de coque ms grandes. El coque restante cae enel precalentador del reactor para ser reciclado con la carga. Elproceso es automtico, dado que hay un flujo continuo decoque y carga, y la coquizacin tiene lugar tanto en el reactorcomo en el tambor de compensacin.

Salud y seguridadEn la coquizacin, la temperatura debe mantenerse controladadentro de un estrecho margen, ya que las temperaturas altasproducen un coque demasiado duro para cortarlo y extraerlo deltambor y las temperaturas demasiado bajas provocan la forma-cin de lodos de alto contenido asfltico. Si se descontrolasen lastemperaturas de coquizacin, podra producirse una reaccinexotrmica.

En el craqueo trmico, cuando se procesan crudos sulfurosos,se produce corrosin a temperaturas del metal comprendidasentre 232 C y 482 C. Al parecer, por encima de 482 C elcoque forma una capa protectora sobre el metal. En cambio,cuando las temperaturas no estn debidamente controladas porencima de los 482 C se produce corrosin por cido sulfhdrico.

La parte inferior de la torre, los intercambiadores de altatemperatura, el horno y los tambores de reaccin estn sujetos acorrosin. Los continuos cambios trmicos hacen que lascarcasas de los tambores de coque se hinchen y agrieten.

Para evitar la acumulacin de coque en los tubos de loshornos de coquizacin retardada, se inyecta agua o vapor. Debedrenarse completamente el agua del coquificador para noprovocar una explosin al recargarlo con coque caliente. Encaso de urgencia, se requieren medios alternativos de escape dela plataforma de trabajo situada en la parte superior de lostambores de coque.

Pueden producirse quemaduras al manipular coque caliente,por vapor en caso de fuga de una tubera de vapor, o por expul-sin violenta de agua, coque o lodo calientes al abrir los coquifi-cadores. Existe riesgo potencial de exposicin a naftasaromticas que contienen benceno, cido sulfhdrico y mon-xido de carbono, y a trazas de HAP cancergenos asociados a lasoperaciones de coquizacin. El agua amarga residual puede seraltamente alcalina y contener petrleo, sulfuros, amonaco yfenol. Cuando se mueve coque en forma de lodo en espaciosconfinados, como los silos de almacenamiento, cabe la posibi-lidad de que se agote el oxgeno, puesto que es absorbido por elcarbono hmedo.

Procesos de craqueo catalticoEl craqueo cataltico descompone los hidrocarburos complejos enmolculas ms simples para aumentar la calidad y cantidad deotros productos ms ligeros y valiosos para este fin y reducir lacantidad de residuos. Los hidrocarburos pesados se exponen, aalta temperatura y baja presin, a catalizadores que favorecen lasreacciones qumicas. Este proceso reorganiza la estructura mole-cular, convirtiendo las cargas de hidrocarburos pesados en frac-ciones ms ligeras, como queroseno, gasolina, GPL, gasleo paracalefaccin y cargas petroqumicas (vanse las Figuras 78.9 y78.10). La seleccin de un catalizador depende de una combina-cin de la mayor reactividad posible con la mxima resistencia aldesgaste. Los catalizadores utilizados en las unidades de craqueode las refineras son normalmente materiales slidos (zeolita,hidrosilicato de aluminio, arcilla bentontica tratada, tierra debatn, bauxita y almina-slice) en forma de polvos, cuentas,grnulos o materiales perfilados denominados pastillas extruidas.

En todo proceso de craqueo cataltico hay tres funcionesbsicas:

Reaccin: la carga reacciona con el catalizador y se descom-pone en diferentes hidrocarburos.

Regeneracin: el catalizador se reactiva quemando el coque. Fraccionamiento: la corriente de hidrocarburos craqueados se

separa en diversos productos.


INDUSTRIAS QUIMICAS

78.P

ETRO

LEO

YG

AS

NA

TURA

L

Figura 78.9 Proceso de craqueo cataltico.

Los procesos de craqueo cataltico son muy flexibles, por loque los parmetros de operacin se ajustan segn la demanda deproductos. Los tres tipos bsicos de procesos de craqueo catal-tico son los siguientes:

craqueo cataltico de lquidos (CCL); craqueo cataltico de lecho mvil, craqueo cataltico termofor (CCT).

Craqueo cataltico de lquidosLas unidades de craqueo cataltico de lecho fluido tienen unaseccin de catlisis (elevador, reactor y regenerador) y una seccinde fraccionamiento, las cuales trabajan conjuntamente como unaunidad de proceso integrada. El CCL utiliza un catalizador fina-mente pulverizado, suspendido en vapor o gas de petrleo, queacta como un lquido. El craqueo tiene lugar en la tubera dealimentacin (elevador), por la que la mezcla de catalizador ehidrocarburos fluye a travs del reactor.

El proceso de CCL mezcla una carga de hidrocarburos preca-lentada con catalizador regenerado caliente al entrar aqulla enel elevador que conduce al reactor. La carga se combina conaceite reciclado dentro del elevador, se vaporiza y es calentadapor el catalizador caliente hasta alcanzar la temperatura delreactor. Mientras la mezcla asciende por el reactor, la carga secraquea a baja presin. El craqueo contina hasta que losvapores de petrleo se separan del catalizador en los ciclonesdel reactor. La corriente de producto resultante entra en unacolumna donde se separa en fracciones, volviendo parte delaceite pesado al elevador como aceite reciclado.

El catalizador agotado se regenera para separar el coque quese acumula en el catalizador durante el proceso. Para ello circulapor la torre rectificadora de catalizador hacia el regenerador,donde se mezcla con el aire precalentado y quema la mayorparte de los depsitos de coque. Se aade catalizador fresco y seextrae catalizador agotado para optimizar el proceso decraqueo.

Craqueo cataltico de lecho mvilEs similar al craqueo cataltico de lquidos, pero el catalizadorest en forma de pastillas en lugar de polvo fino. Las pastillas setransfieren continuamente mediante una cinta transportadora otubos elevadores neumticos a una tolva de almacenamientosituada en la parte superior de la unidad, y despus desciende porgravedad a travs del reactor hasta un regenerador. El regene-rador y la tolva estn aislados del reactor por sellos de vapor. Elproducto craqueado se separa en gas reciclado, aceite, aceiteclarificado, destilado, nafta y gas hmedo.

Craqueo cataltico termoforEn el craqueo cataltico termofor, la carga precalentada circulapor gravedad por el lecho del reactor cataltico. Los vapores seseparan del catalizador y se envan a una torre de fracciona-miento. El catalizador agotado se regenera, enfra y recicla, y elgas de chimenea de la regeneracin se enva a una caldera demonxido de carbono para recuperar calor.

Salud y seguridadDeben realizarse tomas de muestras y verificaciones peridicas dela carga y de las corrientes de producto y de reciclaje para asegu-rarse de que el proceso de craqueo funciona como estaba previstoy de que no han entrado contaminantes en la corriente deproceso. Si hay sustancias corrosivas o depsitos en la carga,pueden ensuciar los compresores de gas. Cuando se procesacrudo sulfuroso, es de prever que se produzca corrosin a tempe-raturas inferiores a 482 C. La corrosin se produce donde hayfases lquidas y de vapor, y en las zonas sometidas a refrigeracinlocal, como por ejemplo, toberas y soportes de plataformas.Cuando se procesan cargas con alto contenido de nitrgeno, laexposicin a amonaco y cianuro somete el equipo de acero alcarbono del sistema superior de CCL a corrosin, agrietamientoo vesiculacin por hidrgeno, efectos que se reducen al mnimomediante lavado con agua o el empleo de inhibidores de la corro-sin. Se utiliza lavado con agua para proteger los condensadoressuperiores de la columna principal sujetos a contaminacin porbisulfuro amnico.

Deber inspeccionarse el equipo crtico: bombas, compre-sores, hornos e intercambiadores de calor. Entre las inspeccionesdeber incluirse la comprobacin de fugas por erosin u otrasanomalas de funcionamiento: acumulacin de catalizador en losexpansores, coquizacin de las tuberas de alimentacin supe-riores por residuos de la carga y otras condiciones de funciona-miento inusuales.

La presencia de hidrocarburos lquidos en el catalizador o suentrada en la corriente de aire de combustin calentadoprovocan reacciones exotrmicas. En algunos procesos debenadoptarse precauciones para asegurarse de que no hay concen-traciones explosivas de catalizador en polvo durante la recarga oeliminacin. Al descargar catalizador coquizado, existe riesgo deincendio por sulfuro de hierro. El sulfuro de hierro se inflamaespontneamente al ser expuesto al aire, por lo que es necesariohumedecerlo con agua para evitar que se convierta en unafuente de ignicin de vapores. El catalizador coquizado se enfrahasta una temperatura inferior a 49 C antes de descargarlo delreactor, o bien se vaca en recipientes purgados con nitrgenoinerte y despus se enfra antes de someterlo a ulteriormanipulacin.

Al tomar muestras durante el proceso, as como en caso defugas o emanaciones, existe riesgo de exposicin a lquidos ovapores de hidrocarburos extremadamente calientes. Igual-mente, durante un escape de producto o vapor hay exposicin aHPA cancergenos, nafta aromtica que contenga benceno, gascido (gas combustible derivado de procesos como craqueo cata-ltico e hidrotratamiento, que contiene cido sulfhdrico ydixido de carbono), cido sulfhdrico y/o monxido decarbono. Es posible tambin que en procesos de craqueo en losque se utilizan catalizadores de nquel, se produzca, de formainadvertida, nquel carbonilo, compuesto altamente txico, conel consiguiente riesgo de exposiciones peligrosas.

La regeneracin del catalizador implica absorcin por vapory descoquizacin, con el consiguiente riesgo de exposicin acorrientes de residuos lquidos con cantidades variables de aguaamarga, hidrocarburo, fenol, amonaco, cido sulfhdrico,mercaptano y otros materiales, dependiendo de las cargas,crudos y procesos. Al manipular catalizador agotado o recargar


INDUSTRIAS QUIMICAS

Figura 78.10 Esquema del proceso de craqueo cataltico.

catalizador, y en caso de fugas o emanaciones, es preciso adoptarprcticas de trabajo seguras y utilizar equipos de proteccinpersonal adecuados.

Proceso de hidocraqueoEl hidrocraqueo es un proceso en dos fases que combina elcraqueo cataltico y la hidrogenacin, y por medio del cual lasfracciones de destilado se descomponen en presencia de hidr-geno y catalizadores especiales dando lugar a productos de msvalor. En comparacin con el craqueo cataltico, el hidrocraqueotiene la ventaja de que se procesan cargas con alto contenidode azufre sin desulfuracin previa. En el proceso, la carga deproductos aromticos pesados se convierte en productos msligeros, a muy altas presiones y temperaturas bastante elevadas.Cuando la carga tiene un alto contenido parafnico, el hidrgenoimpide la formacin de HAP, reduce la formacin de alquitrn ypreviene la acumulacin de coque en el catalizador. El hidrocra-queo produce cantidades relativamente grandes de isobutanopara cargas de alquilacin, as como isomerizacin para controldel punto de goteo y del punto de humo, dos caractersticasimportantes en el combustible de alta calidad para aviones dereaccin.

En la primera fase, la carga se mezcla con hidrgeno reci-clado, se calienta y se enva al reactor primario, donde granparte de ella se convierte en destilados intermedios. Loscompuestos de azufre y nitrgeno se convierten en cido sulfh-drico y amonaco en el reactor de la fase primaria por medio deun catalizador. El residuo se calienta y se enva a un separadorde alta presin, donde se extraen y reciclan los gases ricos enhidrgeno. Los restantes hidrocarburos se rectifican o purificanpara extraer el cido sulfhdrico, el amonaco y los gases ligeros,que se recogen en un acumulador, donde la gasolina se separadel gas cido.

Los hidrocarburos lquidos rectificados procedentes delreactor primario se mezclan con hidrgeno y se envan alreactor de la segunda fase, donde se descomponen en gasolinade alta calidad, combustible para aviones de reaccin y mate-riales de destilacin para mezclas. Tales productos pasan poruna serie de separadores de alta y baja presin para extraer deellos los gases, los cuales se reciclan. Los hidrocarburos lquidosse estabilizan, dividen y rectifican, y las naftas ligeras producidasen la unidad de hidrocraqueo se utilizan para mezclas de gaso-lina mientras que las naftas pesadas se reciclan o se envan a unaunidad de reforma cataltica (vase la Figura 78.11).

Salud y seguridadLa inspeccin y verificacin de los dispositivos de seguridad sonimportantes debido a las muy altas presiones que se producen eneste proceso. Es necesario un control adecuado del mismo comoproteccin contra el taponamiento de los lechos del reactor.Debido a las temperaturas de la operacin y a la presencia dehidrgeno, hay que reducir estrictamente al mnimo el contenidode cido sulfhdrico de la carga para reducir el riesgo de que seproduzca una corrosin intensa. Tambin deber tenerse encuenta la posibilidad de corrosin por dixido de carbonohmedo en las zonas de condensacin. Cuando se procesancargas con alto contenido de nitrgeno, el amonaco y el cidosulfhdrico forman bisulfuro amnico, que provoca fuerte corro-sin a temperaturas inferiores al punto de roco del agua. Elbisulfuro amnico tambin se encuentra en la eliminacin delagua amarga. Como la unidad de hidrocraqueo trabaja apresiones y temperaturas muy elevadas, es importante el controlde fugas de hidrocarburos y de emanaciones de hidrgeno paraevitar incendios.

Al tratarse de un proceso cerrado, en condiciones de trabajonormales las exposiciones son mnimas. Existe riesgo de exposi-cin a nafta aliftica que contenga benceno, HAP cancergenos,


INDUSTRIAS QUIMICAS

78.P

ETRO

LEO

YG

AS

NA

TURA

L

Figura 78.11 Proceso de hidrocraqueo.

Figura 78.12 Proceso de polimerizacin.

emisiones de gases y vapores de hidrocarburos, gas rico enhidrgeno y cido sulfhdrico, como consecuencia de fugas a altapresin. Durante la regeneracin y el cambio de catalizador sedesprenden grandes cantidades de monxido de carbono. Laabsorcin y regeneracin de catalizador con vapor creacorrientes de residuos que contienen agua amarga y amonaco.Al manipular catalizador agotado deben utilizarse mtodos detrabajo seguros y equipos de proteccin personal adecuados. Enalgunos procesos, se requiere actuar con precaucin para que nose formen concentraciones explosivas de polvo cataltico durantela recarga. La descarga de catalizador coquizado requiereprecauciones especiales para evitar incendios inducidos porsulfuro de hierro. El catalizador coquizado debe enfriarse hastauna temperatura inferior a 49 C antes de su descarga, o colo-carse en recipientes inertizados con nitrgeno hasta que se leenfre.

Procesos de combinacinSe utilizan dos procesos de combinacin, la polimerizacin y laalquilacin, para unir entre s pequeas molculas deficitarias enhidrgeno, denominadas olefinas, recuperadas del craqueotrmico y cataltico, con el fin crear materiales de mezcla de gaso-linas de ms valor.

PolimerizacinLa polimerizacin es el proceso que consiste en combinar dos oms molculas orgnicas insaturadas (olefinas) para formar unsola, ms pesada, con los mismos elementos y en la mismaproporcin que en la molcula original. Convierte las olefinasgaseosas, como el etileno, el propileno y el butileno convertidospor unidades de craqueo trmico y de lquidos, en molculas mspesadas y complejas, de mayor ndice de octano, como la nafta ylas cargas petroqumicas. La carga de olefinas se trata previa-mente para eliminar los compuestos de azufre y otros constitu-yentes sin valor, y despus se hace pasar sobre un catalizadorfosforoso, generalmente un catalizador slido o cido fosfricolquido, donde tiene lugar una reaccin polimrica exotrmica.Para ello se requiere el empleo de agua refrigerante y la inyeccinde una carga fra en el reactor con el fin de controlar las tempera-turas a distintas presiones. Se elimina el cido de los lquidosmediante un lavado custico, se fraccionan los lquidos y serecicla el catalizador cido. El vapor se fracciona para extraer losbutanos y se neutraliza para eliminar trazas de cido (vase laFigura 78.12).

Si entra agua en contacto con el cido fosfrico, por ejemplodurante el lavado con agua en las paradas, se producir unaintensa corrosin que acarrear la avera del equipo. La corro-sin alcanza tambin a las tubuladuras, rehervidores, intercam-biadores de calor y otros puntos donde pueda depositarse cido.

Existe riesgo de exposicin a solucin de lavado custico (hidr-xido sdico), al cido fosfrico utilizado en el proceso o elimi-nado mediante lavado durante las revisiones generales, y alcatalizador en polvo. Es posible que se produzca asimismo unareaccin exotrmica incontrolada en caso de prdida de aguarefrigerante.

AlquilacinLa alquilacin combina las molculas de las olefinas producidasen el craqueo cataltico con las de isoparafinas para aumentar elvolumen y octanaje de las mezclas de gasolina. Las olefinas reac-cionan con las isoparafinas en presencia de un catalizador muyactivo, por lo general cido sulfrico o cido fluorhdrico(o cloruro de aluminio) para crear una molcula parafnica decadena ramificada larga, denominada alquilato (isooctano),con excepcionales cualidades antidetonantes. A continuacin, elalquilato se separa y se fracciona. Las temperaturas de reaccin,relativamente bajas, de 10 C a 16 C para el cido sulfrico,27 C a 0 C para el cido fluorhdrico y 0 C para el cloruro dealuminio, se controlan y mantienen mediante refrigeracin (vasela Figura 78.13).

Alquilacin del cido sulfrico. En las unidades de alquilacin decido sulfrico en cascada, , penetran en el reactor cargas depropileno, butileno, amileno e isobutano fresco, entre otras, yall entran en contacto con el catalizador de cido sulfrico. Elreactor est dividido en zonas; las olefinas se introducen en cadazona mediante distribuidores, y el cido sulfrico y los isobu-tanos circulan sobre deflectores de una zona a otra. El calor dela reaccin se elimina por evaporacin del isobutano. El isobu-tano gaseoso se extrae de la parte superior del reactor, se enfray se recicla, envindose una parte del mismo a la torre despropa-nizadora. El residuo del reactor se decanta y el cido sulfrico seextrae del fondo del recipiente y se recicla. Se utilizan lavadorescusticos o de agua para eliminar pequeas cantidades de cidode la corriente de proceso, que a continuacin pasa a una torredesisobutanizadora. El isobutano obtenido en la seccin superiordel desbutanizador se recicla, y los restantes hidrocarburos seseparan en una torre de redestilacin y/o se envan a la opera-cin de mezcla.

Alquilacin del cido fluorhdrico. Hay dos tipos de procesos dealquilacin del cido fluorhdrico: Phillips y UOP. En el procesoPhillips, la carga de olefina e isobutano se seca y pasa a unaunidad combinada de reaccin y decantacin. El hidrocarburoprocedente de la zona de decantacin se carga en el fraccio-nador principal. El producto de evaporacin de la seccin supe-rior del fraccionador principal pasa a un despropanizador. Elpropano, que contiene trazas de cido fluorhdrico (HF), pasa auna torre rectificadora de HF, y despus se desfluora cataltica-mente, se trata y se almacena. El isobutano se extrae del


INDUSTRIAS QUIMICAS

Figura 78.13 Proceso de alquilacin.

fraccionador principal y se recicla en el reactor/decantador, y elalquilato del fondo del fraccionador principal se enva a undivisor.

El proceso UOP utiliza dos reactores con divisores separados.La mitad del material seco se carga en el primer reactor, juntocon isobutano reciclado y de relleno, y despus en su decan-tador, donde se recicla el cido y se carga el hidrocarburo en elsegundo reactor. La otra mitad del material va al segundoreactor; el cido del decantador se recicla y los hidrocarburos secargan en el fraccionador principal. El proceso subsiguiente essimilar al Phillips en que el producto de la seccin superior delfraccionador principal pasa a un despropanizador, se reciclael isobutano y se enva el alquilato a un divisor.

Salud y seguridadEl cido sulfrico y el cido fluorhdrico son productos qumicospeligrosos, por lo que es esencial proceder con precaucindurante la entrega y descarga del cido. Para trabajar con delcido sulfrico de forma satisfactoria y evitar la corrosin, esnecesario mantener su concentracin entre el 85 y el 95 %; paraevitar la corrosin por cido fluorhdrico la concentracin de steen la unidad de proceso debe mantenerse por encima del 65 %, yla humedad por debajo del 4 %. En las unidades de cido sulf-rico se origina corrosin e incrustaciones debido a la descomposi-cin de los steres del cido sulfrico, o cuando se aade uncustico con fines de neutralizacin. Los steres se eliminanmediante tratamiento con cido fresco y lavado con aguacaliente.

En el caso de que haya prdida del agua refrigerante, nece-saria para mantener las temperaturas, a veces se producendescompensaciones. Para evitar la contaminacin por agua, lapresin se mantiene en el lado del agua refrigerante y del vaporde los intercambiadores de calor por debajo de la presinmnima del lado de servicio del cido. Para neutralizar el fluo-ruro de hidrgeno gaseoso o los vapores de cido fluorhdricoantes de su descarga, se conectan los tubos de ventilacin a lava-dores de ceniza de sosa. Se proporcionarn bordillos, drenajes yaislamiento para la contencin de la unidad de proceso a fin deque pueda neutralizarse el efluente antes de verterlo alalcantarillado.

Las unidades de cido fluorhdrico deben drenarse y limpiarsea fondo qumicamente antes de las revisiones generales y de laentrada en dichas unidades, para eliminar cualquier resto defluoruro de hierro y cido fluorhdrico. Despus de la parada,si se ha utilizado agua se deber secar por completo la unidadantes de introducir en ella cido fluorhdrico. Las fugas, lasemisiones o los derrames contaminados con cido fluorhdrico,as como los hidrocarburos que contienen dicho cido, son extre-madamente peligrosos. Es necesario adoptar precauciones paraasegurarse de que el equipo y los materiales que han estado encontacto con cido se manipulen con cuidado y se limpienperfectamente antes de que abandonen el rea de proceso o larefinera. Con frecuencia se prevn tanques de lavado porinmersin para neutralizar el equipo que ha estado en contactocon cido fluorhdrico.

Existe riesgo de exposiciones txicas y gravemente peligrosasen caso de fugas, derrames o emanaciones. El contacto directocon cido sulfrico o cido fluorhdrico provoca graves lesionescutneas y oculares, y la inhalacin de vahos cidos o de vaporesde hidrocarburos que contienen cido causa fuerte irritacin ygraves daos en el sistema respiratorio. Debern utilizarsemedidas especiales de precaucin para situaciones de emer-gencia, y proveerse una proteccin acorde con el potencial deriesgo y las zonas que pueden resultar afectadas. Ser necesarioutilizar mtodos de trabajo seguros y equipos de proteccinpersonal apropiados para proteger la piel y el aparato

respiratorio cuando haya riesgo de exposicin a cidos fluorh-drico y sulfrico durante las operaciones normales, como lecturade manmetros, inspeccin y toma de muestras de proceso, ascomo durante las actividades de respuesta a emergencias,mantenimiento y revisin general. Debern existir procedi-mientos que aseguren que el equipo y las prendas de proteccinutilizados en actividades en que intervengan el cido sulfrico oel cido fluorhdrico (trajes de proteccin qumica, fundas parala cabeza y el calzado, guantes, proteccin facial y ocular, yequipo de proteccin respiratoria) se limpien y descontaminenperfectamente antes de su reutilizacin.

Procesos de rectificacinLa reforma cataltica y la isomerizacin son procesos que reorganizanlas molculas de hidrocarburos para obtener productos con dife-rentes caractersticas. Despus del craqueo algunas corrientes degasolina, aunque tienen el tamao molecular correcto, requierenun proceso ulterior para mejorar su rendimiento, por ser deficita-rias en algunas cualidades, como el ndice de octano o el conte-nido de azufre. La reforma de hidrgeno (al vapor) producehidrgeno adicional para utilizarlo en el proceso dehidrogenacin.

Reforma catalticaLos procesos de reforma cataltica convierten las naftas pesadasde bajo octanaje en hidrocarburos aromticos para cargas petro-qumicas y componentes de gasolina de alto ndice de octano,que reciben el nombre de reformados, mediante reorganizacinmolecular o deshidrogenacin. Dependiendo de la carga y de loscatalizadores, se producen reformados con concentraciones muyaltas de tolueno, benceno, xileno y otros aromticos tiles para lamezcla de gasolinas y el procesado petroqumico. El hidrgeno,un subproducto importante, se separa del reformado para reci-clarlo y utilizarlo en otros procesos. El producto resultantedepende de la temperatura y presin del reactor, el catalizadorutilizado y la velocidad de reciclaje del hidrgeno. Algunasunidades de reforma cataltica trabajan a baja presin y otras aalta presin. Algunos sistemas de reforma cataltica regenerancontinuamente el catalizador; algunas instalaciones regenerantodos los reactores durante las revisiones generales, y otras sacanlos reactores de la corriente por turno, de uno en uno, para laregeneracin del catalizador.

En la reforma cataltica, la carga de nafta se trata previa-mente con hidrgeno para eliminar contaminantes tales comolos compuestos de cloro, azufre y nitrgeno, que podran enve-nenar el catalizador. El producto se somete a vaporizacininstantnea y se fracciona en unas torres, donde se eliminan elresto de gases y contaminantes. La carga de nafta desulfurada seenva a la unidad de reforma cataltica, donde se calienta hastala evaporacin y se hace pasar por un reactor con un lecho esta-cionario de catalizador bimetlico o metlico que contiene unapequea cantidad de platino, molibdeno, renio u otros metalesnobles. Las dos reacciones primarias que tienen lugar son laproduccin de aromticos de alto ndice de octano medianteextraccin del hidrgeno de las molculas de la carga de partida,y la conversin de las parafinas normales en parafinas de cadenaramificada o en isoparafinas.

En la platformacin, otro proceso de reforma cataltica, la cargaque no ha sido hidrodesulfurada se combina con gas reciclado yse hace pasar primero sobre un catalizador de bajo coste. Cual-quier impureza remanente se convierte en cido sulfhdrico yamonaco, y se elimina antes de que la corriente pase sobre elcatalizador de platino. El vapor rico en hidrgeno se recicla parainhibir reacciones que podran envenenar el catalizador. Elproducto de salida del reactor se separa en reformado lquido,


INDUSTRIAS QUIMICAS

78.P

ETRO

LEO

YG

AS

NA

TURA

L

que se enva a una torre rectificadora, y gas, que se comprime yrecicla (vase la Figura 78.14).

Se necesitan procedimientos operativos para controlar lospuntos calientes durante el arranque. Hay que actuar concuidado para no romper o aplastar el catalizador al cargar lascuentas, ya que el polvo menudo obturar las rejillas de launidad de reforma. Es preciso adoptar precauciones contra elpolvo al regenerar o sustituir el catalizador. Es posible quedurante la regeneracin del catalizador se originen pequeasemisiones de monxido de carbono y cido sulfhdrico.

Si se ha ensuciado el estabilizador en las unidades de reformadebido a la formacin de cloruro amnico y sales de hierrodeber considerarse la conveniencia de un lavado con agua. Enocasiones se forma cloruro amnico en los intercambiadores decalor de la unidad de tratamiento previo y origina corrosin eincrustaciones. El cloruro de hidrgeno formado por hidrogena-cin de compuestos de cloro puede formar cidos o sales decloruro amnico. En caso de fugas o emanaciones existe riesgode exposicin a naftas alifticas y aromticas, gas de proceso ricoen hidrgeno, cido sulfhdrico y benceno.

IsomerizacinLa isomerizacin convierte el n-butano, n-pentano y n-hexano ensus respectivas isoparafinas. Algunos de los componentes paraf-nicos normales de cadena recta de la nafta ligera de destilacindirecta tienen un bajo ndice de octano. Tales componentes seconvierten en ismeros de cadena ramificada y alto octanajereorganizando los enlaces entre tomos, sin cambiar el nmero ola clase de tomos. La isomerizacin se asemeja a la reformacataltica en que reorganiza las molculas de hidrocarburo, peroslo convierte parafinas normales en isoparafinas. La isomeriza-cin utiliza un catalizador distinto al de la reforma cataltica.

Los dos procesos de isomerizacin claramente diferenciadosson el de butano (C4) y el de pentano/hexano. (C5/C6).

La isomerizacin de butano (C4) produce materia prima parala alquilacin. Un proceso de baja temperatura utiliza un catali-zador muy activo de cloruro de aluminio o cloruro de hidrgenosin calentadores caldeados para isomerizar n-butano. La cargatratada y precalentada se aade a la corriente de reciclaje, semezcla con HCl y se hace pasar por el reactor (vase laFigura 78.15).


INDUSTRIAS QUIMICAS

Figura 78.14 Proceso de reforma cataltica.

Figura 78.15 Isomerizacin de C4.

La isomerizacin de pentano/hexano se utiliza para elevar elndice de octano convirtiendo n-pentano y n-hexano. En unproceso normal de isomerizacin de pentano/hexano, la cargadesecada y desulfurada se mezcla con una pequea cantidad decloruro orgnico e hidrgeno reciclado, y se calienta a la tempe-ratura del reactor. A continuacin se hace pasar sobre un catali-zador metlico soportado (de contacto) en el primer reactor,donde se hidrogenan el benceno y las olefinas. Seguidamente, elmaterial pasa al reactor de isomerizacin, donde las parafinas seisomerizan catalticamente en isoparafi

kraus, r. s. - proceso de refino del petroleo

Documents