Conocé cuáles son los procesos de refinación en la industria petrolera.
El petróleo crudo es la materia prima esencial para producir una amplia gama de productos, como el combustible y el plástico. Sin embargo, este recurso no puede utilizarse directamente en su estado natural, sino que requiere una serie de procesos que transforman sus componentes en productos útiles.
En este artículo te contamos cómo se llevan a cabo los procesos de refinación de petróleo, desde la destilación hasta el hidrotratamiento, y exploramos las innovaciones que están impulsando a la industria hacia soluciones más sustentables.
Los fundamentos de la refinación del petróleo crudo
La refinación del petróleo crudo es un proceso complejo que consiste en separar los destilados valiosos del petróleo y el gasóleo atmosférico con el fin de extraer combustibles fósiles y otros productos útiles como los plásticos.
Consta de distintas etapas interconectadas que aprovechan las propiedades químicas y físicas de los componentes del petróleo.
Destilación: separando componentes clave
El primer paso en el proceso de refinación del petróleo es la destilación. En esta etapa, el crudo se calienta y se introduce en una torre de destilación, donde se separa en fracciones. Cada una de estas fracciones tiene aplicaciones específicas y requiere procesos adicionales para convertirlas en productos finales.
El proceso comienza con el calentamiento del petróleo a temperaturas que oscilan entre los 200ºC a 400º, provocando su evaporación. El vapor resultante se transfiere a una torre de destilación, donde se eleva y se enfría. A continuación, los hidrocarburos se condensan a distintos niveles de la torre según sus puntos de ebullición, lo que permite extraerlos de forma separada.
Es importante destacar que en la destilación, las temperaturas nunca superan los 400° C para evitar la degradación de los componentes del crudo (agrietamiento). Sin embargo, a esas temperaturas no se termina de separar por completo el material, por lo que en la base de la torre quedan restos de hidrocarburos (residuo atmosférico), que luego se somete a una segunda destilación.
Existen diversos procesos para destilar el petróleo:
- Destilación simple. Se utiliza para los productos con puntos de ebullición muy diferentes. Mediante la condensación se puede extraer uno de los componentes con facilidad.
- Destilación fraccionada. Es el tipo de destilación principal. Debido a que los componentes del crudo tienen distintos puntos de ebullición, se utiliza una columna de fraccionamiento para dividir las temperaturas. Los vapores se elevan en función de su densidad, creando distintos tipos de productos derivados.
- Destilación por arrastre. Utiliza vapor para destilar compuestos sensibles al calor. El vapor resultante se condensa posteriormente para obtener distintos aceites.
- Destilación al vacío. Se utiliza principalmente para los compuestos con puntos de ebullición muy altos, como el combustible de los aviones. En lugar de aumentar la temperatura, se disminuye la presión para que los compuestos hiervan bajo condiciones específicas. En el caso de los compuestos sensibles al aire, se hace un aislamiento para su posterior tratamiento y ebullición.
- Destilación de corto recorrido. Con una presión reducida, los compuestos deben recorrer un espacio concreto antes de entrar en ebullición. Esta técnica se aplica a compuestos que tienen un comportamiento aleatorio cuando se someten a altas temperaturas.
Como resultado, se obtienen productos como el gas licuado de petróleo, químicos, gasolina para autos y aviones, diésel, aceites, lubricantes, y finalmente el betún para asfaltar, hecho con los residuos.
Si queres conocer más de las distintas máquinas extractoras de petróleo y su funcionamiento, visitá este artículo.
Craqueo catalítico: rompiendo moléculas para más utilidad
El siguiente paso en la refinación es el craqueo catalítico, mediante el cual las moléculas de hidrocarburos más pesadas se descomponen en moléculas más pequeñas y útiles, como la gasolina y el gasóleo.
El craqueo tiene dos ventajas clave: convierte las fracciones menos útiles del petróleo en gasolina y produce hidrocarburos insaturados como los alquenos. El eteno, por ejemplo, obtenido por este procedimiento, luego se utiliza para fabricar plásticos.
La elección del catalizador, la sustancia para descomponer las moléculas, se basa en una combinación de alta reactividad y resistencia al desgaste.
El catalizador es fundamental ya que acelera la transformación y reduce las reacciones secundarias no deseadas que producen gases, coque y residuos pesados.
Existen distintos tipos de craqueo catalítico: de lecho fijo, que usa partículas de catalizador en un reactor vertical; de líquidos, utiliza un catalizador pulverizado suspendido en vapor o gas petróleo; de lecho móvil, similar al de líquidos pero emplea pastillas de catalizador transferidas continuamente en lugar de polvo fino; thermofor, en el que la carga precalentada fluye por gravedad a través del reactor catalítico; y el craqueo catalítico fluidizado, que se basa en la descomposición de moléculas de alto peso molecular.
Los productos obtenidos del craqueo catalítico son los gases secos, propano/propileno (PP), butano/butileno (BB), gasolina, aceite de reciclo liviano (ARL), aceite de reciclo pesado (ARP) y aceite lodoso.
Reformado: transformando moléculas para mayor calidad
El reformado es un proceso químico esencial en el refinado del petróleo. Su objetivo es mejorar la calidad de los productos derivados. En este proceso se modifican las moléculas de nafta para elevar su índice de octano, resultando en gasolina de mayor calidad.
Se lleva a cabo a altas temperaturas (entre 490 y 530 °C), a presiones moderadas (entre 10 y 25 bar) y con el uso de catalizadores sólidos que contienen platino y otros metales nobles soportados sobre alúmina.
Se realiza en unidades diseñadas específicamente para eso, que suelen tener nombres registrados. El más extendido es el de Platformado.
Estas unidades suelen constar de tres secciones principales:
- Hidrotratamiento de nafta
- Reformado catalítico
- Etapas de estabilización y fraccionamiento
Un producto importante que se obtiene de este proceso es el gas hidrógeno, que se utiliza en otros procesos de refinación como el hidrocraqueo. Además de usarse en la mezcla de gasolina, la gasolina reformada es fuente de productos químicos aromáticos usados en la fabricación de plásticos.
Hidrotratamiento: reducción de Impurezas y contaminantes
Llegando al final del proceso de refinamiento, nos encontramos con una etapa crucial: la reducción de impurezas y contaminantes, conocida como hidrotratamiento.
Este proceso se enfoca en mejorar la calidad de los productos finales y reducir el impacto ambiental al eliminar sustancias no deseadas presentes en los derivados del petróleo, como el azufre y el nitrógeno. Estas sustancias son perjudiciales tanto para la calidad del combustible como para el funcionamiento de los motores.
Se lleva a cabo mediante una reacción química entre el producto a tratar y el hidrógeno, en presencia de un catalizador. Su principal aplicación en las refinerías es garantizar el cumplimiento de las especificaciones de combustibles limpios, como el gasóleo de bajo contenido en azufre.
Impacto Ambiental: desafíos y soluciones sostenibles
Las refinerías de petróleo son el tercer mayor emisor de gases de efecto invernadero y representan el 6% de las emisiones industriales. El proceso de destilación, por ejemplo, emite gases tóxicos como óxidos de azufre y nitrógeno, metales pesados y dióxido de carbono.
De acuerdo a un estudio elaborado por científicos de la Universidad de Tsinghua, para el 2050 las refinerías de petróleo emitirán miles de millones de toneladas de dióxido de carbono; lo que hará imposible alcanzar la neutralidad cero y combatir el calentamiento global. China e India liderarán este aumento debido a la construcción de nuevas plantas.
La capacidad media de las refinerías modernas ha aumentado desde el 2000 al 2018, especialmente en Asia-Pacífico y Oriente Medio, mientras que las refinerías más antiguas han mantenido su capacidad estable.
Mientras tanto, la creciente demanda de energía ha trasladado las actividades de refinación de petróleo a países en desarrollo.
Ante este panorama, los investigadores recomiendan a las refinerías invertir en procesos más limpios y correr el riesgo de “superar en gran medida el objetivo de emisión neta cero de carbono para 2050”. Además, mejorar la eficiencia operativa, eliminar la capacidad atrasada y acelerar la actualización de la refinación son medios óptimos para equilibrar la creciente demanda y reducir las emisiones de gases contaminantes.
Otras medidas de prevención podrían incluir: ubicar las refinerías lejos de áreas propensas a desastres naturales para evitar derrames de petróleo; diseñar instalaciones de almacenamiento que prevengan derrames y realizar inspecciones regulares para detectar fugas. También podrían implementarse medidas de reutilización del agua en los procesos, para ayudar a reducir los desechos.
Innovaciones tecnológicas: avances en la refinación
En los últimos años se han logrado grandes innovaciones que transforman la forma en que se produce y se utilizan los derivados del petróleo.
Uno de los avances clave se encuentra en la carga de reactores de protección con catalizadores frescos, sin necesidad de desconectar una unidad, garantizando un funcionamiento continuo y eficiente de las instalaciones.
Como vimos, el refinado es esencial para transformar el petróleo crudo en productos como gasolina y diésel. En este sentido, la tecnología ha desempeñado un papel importante al mejorar la calidad de los productos y reducir el impacto ambiental.
Un ejemplo de esto es el procesamiento catalítico, que logra producir combustibles más limpios y de mayor calidad, resultando en una reducción significativa de gases contaminantes.
Además, la automatización y el uso de sistemas de monitoreo avanzados han mejorado la seguridad y la eficiencia en las plantas de producción. Al monitorear los procesos de refinado de manera remota y en tiempo real, se logra una operación más continua, minimizando los tiempos de inactividad y reduciendo riesgos operativos.
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