Destilación del Crudo

La destilación de crudos se basa en la transferencia de masa entre las fases líquidas y vapor de una mezcla de hidrocarburos. El objetivo es extraer los hidrocarburos presentes naturalmente en el crudo por destilación, sin afectar la estructura molecular de los componentes. Se obtienen combustibles terminados y cortes de hidrocarburos para ser procesados en otras unidades. Típicamente en una refinería existen la destilación atmosférica y la destilación al vacío.

Destilación Atmosférica

En las torres de destilación atmosférica, el crudo desalinizado se precalienta utilizando calor recuperado del proceso. Después pasa a un horno de calentamiento directo y desde allí a la columna de destilación vertical, justo por encima del fondo, a presiones ligeramente superiores a la atmosférica y a temperaturas comprendidas entre 343 °C y 371 °C, para evitar el craqueo térmico que se produciría a temperaturas superiores.

Las fracciones ligeras (de bajo punto de ebullición) se difunden en la parte superior de la torre, de donde son extraídas continuamente y enviadas a otras unidades para su ulterior proceso, tratamiento, mezcla y distribución. Las fracciones con los puntos de ebullición más bajos (el gas combustible y la nafta ligera) se extraen de la parte superior de la torre (tope) por una tubería en forma de vapores. La nafta, o gasolina de destilación directa, se toma de la sección superior de la torre como corriente de productos de evaporación. Tales productos se utilizan como cargas petroquímicas, material para mezclas de gasolina, disolventes y GPL.

Las fracciones del rango de ebullición intermedio (gasóleo, nafta pesada y destilados) se extraen de la sección intermedia de la torre como corrientes laterales y se envían a las operaciones de acabado para su empleo como queroseno, gasóleo diésel, fuel oil, combustible para aviones de reacción, material de craqueo catalítico y productos para mezclas. Algunas de estas fracciones líquidas se separan de sus residuos ligeros, que se devuelven a la torre como corrientes de reflujo descendentes.

Las fracciones pesadas, de alto punto de ebullición (denominadas residuos o crudo reducido), que se condensan o permanecen en el fondo de la torre, se utilizan como fuel oil, para fabricar betún o como carga de craqueo, o bien se conducen a un calentador y a la torre de destilación al vacío para su ulterior fraccionamiento. La vaporización comienza en el horno previo a la torre y continúa en la zona de carga a la misma.

Las variables de proceso que pueden afectar al equilibrio líquido – vapor:

• Temperatura de transferencia: máxima temperatura a la que se eleva al crudo para vaporizarlo. El rendimiento que tenga la torre dependerá de ella.
• Presión de trabajo (típicamente 1 kg/cm²g).
• Temperatura de cabecera.
• Inyección de vapor: el vapor disminuye la presión parcial de los hidrocarburos estableciendo nuevos equilibrios líquido – vapor y favoreciendo la vaporización de los componentes más volátiles.
• Temperatura del corte: es la de extracción de cada producto y se controla con el reflujo de cabecera y los circulantes.
• Caudal de extracción de productos.
• La temperatura de la zona flash y la presión parcial se pueden variar con la presión total de la zona flash y/o el caudal de vapor de agua inyectado.
• Relación volumétrica reflujo – carga: incide en la eficiencia de la separación de los productos, consiguiéndose una mejor separación si aumenta esta relación.
• Reflujos circulantes (“pump around”, PA).

Productos y destinos típicos:

• Gases: unidad de concentración de gases (mechero).
• Nafta liviana: isomerización
• Nafta pesada: Reformador de nafta
• Kerosene: Merox / producto final
• Gasoil liviano: pool de gasoil / hidrotratamiento de gasoil.
• Gasoil pesado: cracking catalítico / hidrocraqueo
• Crudo reducido: destilación al vacío.

Destilación al Vacío

Las unidades de vacío están diseñadas para operar en condiciones termodinámicas adecuadas para destilar las fracciones pesadas del crudo, sin que se produzca la descomposición térmica de los mismos (craqueo). Para lograrlo se baja la presión de trabajo hasta alcanzar presiones absolutas de 20 mm Hg en la zona de carga de la columna de destilación. El vacío es obtenido con eyectores de vapor.

En esta unidad, la energía necesaria para vaporizar el crudo reducido es suministrada totalmente en hornos, diseñados para minimizar la pérdida de carga (pérdidas de presión) de modo de operar con la menor presión posible en los puntos donde se inicia la vaporización. La carga parcialmente vaporizada es enviada a la zona flash de la columna de destilación, donde se produce una corriente ascendente de vapores y otra descendente de líquidos.

La torre tiene características particulares, que la diferencian de las fraccionadoras atmosféricas. Los dispositivos o elementos mecánicos para producir el contacto líquido vapor, son rellenos especiales (flexi rings, ubicados en lechos ordenados) que permiten incrementar la superficie de interface, favoreciendo la transferencia de masa. El diámetro de la columna es diferente en zona de condensación, respecto de la zona superior o inferior de la misma. Generalmente la torre de vacío es más ancha que la torre de destilación atmosférica para reducir las velocidades. La construcción de las torres presenta anillos para evitar el colapso de las torres por efecto del vacío.

Productos y destinos típicos:

• Gases: unidad de concentración de gases (mechero).
• Gas húmedo: LPG.
• Gasolina LSR (Light Straight Run): HDS/mezcla de gasolina/Isomerización.
• Nafta o gasolina HSR (Heavy Straight Run): Reformador catalítico.
• Gasoil: hidrocraqueo.
• Residuo de vacío: Visbreaker/Coker/Asfalto

La presión típica de operación de la torre de vacío es de 25 a 50 mm Hg. Para mejorar la vaporización, se reduce aún más la vaporización efectiva (a 10 mm Hg o menos) mediante la inyección de vapor a la entrada del horno y a la base de la torre de vacío.

Determinación de Rendimientos

Para aumentar la producción de LGO pueden utilizarse puntos finales tan altos como 650 ºF. En algunas localidades específicas, la economía puede recomendar que todo el corte entre 330 y 800 ºF sea enviado al hidrocraqueador. Para variar el rendimiento de los diferentes productos o las temperaturas de los diferentes cortes se manipulan las variables del proceso anteriormente mencionadas. Las diferentes empresas petroleras suelen tener curvas típicas para determinar la cantidad de azufre en cada corte. Los metales pesados quedan en el residuo al vacío y posteriormente en el coque si este residuo es sometido al proceso de flexicoquer.

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