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¿Cómo funciona una refinería - qué sucede en una torre de refinación?
¿Cómo funciona una refinería - qué sucede en una torre de refinación?
En la columna de destilación, el corazón de una refinería de petróleo, tienen lugar muchos procesos interesantes. El desafío, hay muchos gases mezclados. ¿Cómo se separan? Bueno, una solución a este problema es que el petróleo crudo puede separarse en muchos componentes útiles. El complicado problema para los ingenieros es cómo abordan el problema desde el principio. Y para simplificar, supongamos que solo hay tres gases. Una solución es enfriar los gases y asegurarse de reducir finalmente la temperatura hasta el punto de ebullición de un solo gas. Voilá. Solo ese gas se condensará y este líquido puede separarse fácilmente. Si quieres separar el siguiente gas, solo tienes que reducir la temperatura justo por debajo del punto de ebullición de ese gas y así sucesivamente. Pero si amplías la vista de una torre de destilación, no verás ninguna bobina de enfriamiento y sin ellas cómo se condensaron los gases. Para comprender esta ingeniosa columna de destilación, debemos saber que todos estos platos están cubiertos de líquido condensado. Con el líquido de menor temperatura en la parte superior y el de mayor temperatura en el fondo. El petróleo crudo se introduce al horno. La mayor parte del líquido se vaporiza. El fluido formado mayormente por vapor y algo de líquido entra en la columna de destilación. El líquido en el primer plato se mantiene a 370ºC. Y el fluido entrante tiene una temperatura de 400º Cus. En cuanto este flujo entra en la columna, la parte líquida cae y solo el vapor asciende. Ahora veamos el trayecto que sigue este vapor que está a 400º Celus. Este diseño de plato con ajuste en forma de hongo se le conoce como tapa de burbuja. El gas que entra por este tubo tiene que pasar a través del líquido del plato. Recuerda que el líquido está a una temperatura mucho más baja. Si un componente del gas tiene una temperatura de ebulición de 375ºC, se condensará dentro del volumen de líquido, al igual que todos los demás componentes gaseosos con un punto de ebullición de 370 y 400ºC. Los gases que tienen un punto de ebulición inferior a 370ºC escapan de esta porción de líquido y continúan ascendiendo. Allí les espera el siguiente depósito a una temperatura más baja, unos 300º Cel. El proceso se repite y todos los gases con punto de ebullición entre 300 y 375ºC se condensan en el depósito de líquido. Así se separa el petróleo crudo en diferentes componentes. Una torre de destilación práctica tendrá casi 15 de estos platos. Cuanto más pesada es la molécula, más alto es el punto de ebullición. Esto significa que todos los componentes pesados del petróleo crudo se encuentran en el fondo de la torre. y los más ligeros en la parte superior. Por ejemplo, la gasolina está en la región superior y el fuel óleo en la región inferior. En la parte más alta de la torre se instala un condensador. Está sometido a enfriamiento activo. Una parte del gas que se encuentra en la parte superior al pasar por estas bobinas se condensará. El gas restante que tiene un punto de ebullición muy bajo, se recoge como gas de petróleo en la parte más alta. Lamentablemente, la separación del petróleo crudo no sucede en la práctica de forma tan perfecta como se ha descrito. Un ejemplo puede encontrarse en el plato inferior. Todos los gases con un punto de ebullición superior a los 370ºC se condensan aquí. Sin embargo, algunas moléculas de gas con una temperatura de ebullición superior a 370ºC escapan de este contenedor y quedarán atrapadas en el plato superior. Pero no se supone que estén allí. La solución ingeniosa es enviar este líquido de vuelta al plato inferior mediante tuberías. El plato, con una temperatura de ebullición más alta vaporizará las moléculas del plato superior y atrapará solo las moléculas necesarias. Este tipo de separación ocurre de forma continua, devolviendo todos los líquidos a la parte inicial de la columna de destilación. Ahora centrémonos en el residuo que cayó en el fondo de la columna de destilación. contiene algunos productos útiles. Las fracciones del residuo hierven a temperaturas muy altas, algunas a más de 1000º C, pero a esta temperatura
las moléculas se romperían antes de hervir. Los ingenieros siguen queriendo hervir todas las fracciones del residuo, pero a temperaturas más bajas. Aquí un ejemplo sencillo. El agua generalmente hierve a 100º C, sin embargo, si se reduce la presión alrededor del agua, puede hervir incluso a solo 50º C. El mismo truco se aplica al residuo. Cambia la presión de la columna de destilación y podrás reducir los puntos de ebullición. Este proceso se llama destilación al vacío. Aquí seguimos destilando el residuo en diferentes fracciones a temperaturas mucho más bajas sin romper las moléculas. La fracción más ligera procedente de la columna de destilación al vacío pasa a un convertidor catalítico. De la siguiente fracción se obtiene cera y aceite lubricante. La fracción más pesada permanece como líquido. A partir de esta fracción se produce asfalto y fuel óleo. Ahora quizás te preguntes cómo se mantiene el vacío de forma continua desde esta torre con un eyector de vapor que realiza la tarea crucial. El eyector de vapor elimina cualquier gas no condensable y el aire que se filtra en la torre. Este dispositivo funciona según el principio de Venturi. Cuando el vapor a alta presión alcanza esta zona de estrangulamiento, su velocidad aumenta drásticamente. Según el principio de Bernuli, alta velocidad significa baja presión. La zona de baja presión del eyector de vapor aspira aire y gases, manteniendo así la presión negativa dentro de la torre. La presión mantenida dentro de la destilación al vacío es bastante baja, generalmente alrededor de 10 a 50 mm de mercurio. Recuerda que la presión atmosférica estándar es de 760 mm de mercurio. Obviamente, una presión tan baja exige tipos especiales de juntas y sistemas de sellado de alto rendimiento. Te presentamos la junta moderna nacida de la tecnología de grafito de última generación, Grafoil. Están hechas de grafito puro y expandido. Se adaptan muy bien a las imperfecciones microscópicas de las bridas y pueden soportar altas temperaturas. Las juntas más comunes que se utilizan para sellar las uniones son las juntas espirales. Aquí una tira metálica en forma de V está enrollada en espiral con un material flexible. forma una junta que soporta bien altas temperaturas y presiones. Ya hemos visto cómo se producía la gasolina en la columna principal de destilación. Por desgracia, esta gasolina tiene un número de octano muy bajo. Si la usas en un coche, habría serios problemas de cascabeleo en el motor. Sin embargo, si se purifica el fuelóleo de la fracción más pesada de todas, podemos producir una gasolina de mayor octanaje. Pero aún no hemos desvelado el mayor misterio de las refinerías. Al comienzo del proceso de destilación, asumimos que los platos contenían charcos de líquido. ¿Cómo se hace esto? Se consigue mediante el proceso de precarga o preumectación. La precarga se lleva a cabo bombeando líquido desde la parte superior de la columna lentamente. El líquido desciende por la columna en cascada de un plato a otro hasta llenarlos todos. Esto retiene el líquido necesario, creando el sello de líquido para un contacto adecuado vapor líquido durante el funcionamiento normal. Ahora se puede introducir petróleo crudo vaporizado en la columna de destilación. Esto significa que al inicio el líquido en todos los platos es igual. Sin embargo, este es un estado temporal. En el momento en que el petróleo crudo vaporizado se introduce al sistema, todo empieza a cambiar. En minutos cada plato contendrá un líquido con una composición única, un barril de petróleo crudo son 159 L. Y es interesante que el volumen total de productos refinados es de unos 170 L. Este volumen aumenta debido a la ganancia de proceso. Hemos descompuesto el crudo con moléculas densas en productos con moléculas más ligeras. De estos 170 L, 73 son gasolina, 43 son diésel ultrabajo en azufre y unos 16 son queroseno y combustible para aviones. Los demás pequeños productos se representan aquí. Parece magia. De este petróleo crudo, feo e inútil hemos producido componentes de alto valor. Esa es la magia de la destilación fraccionada.