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Teoría del proceso
La destilación consiste en separar los componentes de una sustancia, de acuerdo a sus diferentes puntos de ebullición. El punto de ebullición es la temperatura constante a la cual un liquido puro hierve, hasta que todo él liquido se ha evaporado. La principal característica que distingue a los productos del petróleo es la volatilidad o facilidad para vaporizarse. La volatilidad esta íntimamente relacionada con la temperatura de ebullición, un liquido con una temperatura baja de ebullición es más volátil que uno de temperatura alta de ebullición.
El proceso de ebullición se basa en lo siguiente: cuando se coloca una sustancia de varios componentes líquidos en un recipiente y se le aplica calor, él liquido hierve y forma vapores, los cuales son enfriados para obtener otro liquido (destilado. Este destilado contiene una mayor concentración de componentes livianos que la sustancia inicial. Si se desea mayor
Separación, el destilado obtenido se calienta nuevamente en otro recipiente y este proceso se repite las veces necesarias, hasta obtener la pureza deseada. Este proceso se llama destilación diferencial, o por carga.
Normalmente en la Industria, la destilación no se realiza por cargas sino en forma continua. Este tipo de destilación continua se caracteriza por la adición constante de la carga que alimenta el proceso y el retiro continuo de líquidos destilados.
En la Industria, la utilización de varios recipientes en serie, con flujo de vapor y liquido de uno a otro, es reemplazada por una torre que cuenta con cierto dispositivos de contacto vapor/ liquido, los cuales realizan la función de los recipientes en serie. Los dispositivos internos de la torre son generalmente bandejas o empaques cuya función es retener cierto cantidad de liquido a través del cual pasa una corriente de vapor que se mezcla con el liquido.
La torre de destilación consta de las siguientes secciones:
Sección de alimentación: Se refiere a la carga semi vaporizada con que se alimenta continuamente a la torre. Los componentes livianos vaporizados suben, mientras que los más pesados permanecen como líquidos y bajan hacia el fondo de la torre.
A medida que los componentes livianos (vapor) suben por la torre, entran en contacto con el liquido en cada bandeja. Este contacto resulta en la condensación de los componentes más pesados del vapor ascendente y la evaporación de los componentes más livianos del líquido descendente.
Esta transferencia de masa que ocurre en cada bandeja permite enriquecer el vapor que sube con fracciones livianas y liberarlo de las fracciones pesadas. Es importante destacar el perfil de temperaturas que existen en la torre y como permite la vaporización y la condensación de las fracciones, según correspondientes temperaturas de ebullición.
A la parte superior de la torre se le llama sección de rectificación porque corrige la calidad del producto de tope.
La parte liquida de la carga de alimentación va al fondo de la torre y se encuentra con los vapores que suben. El liquido, por contacto con el vapor ascendente, es despojado de sus partes más livianas y estas suben con el vapor; Y las partes más pesadas se unen al liquido que baja. Al llegar al fondo, el liquido alcanza el mayor grado de temperatura de la torre y como el liquido contiene las partes mas pesadas de la alimentación sale por el fondo de la torre. A esta parte inferior de la torre se le llama sección de despojamiento, ya que allí se inyecta vapor de agua, para reducir la presión parcial de los hidrocarburos y vaporizar los componentes más livianos. A la sección de la torre donde se inyecta la carga de alimentación se le llama zona de vaporización instantánea.
Sección de Condensación: En esta sección, los vapores del tope de la torre son condensados mediante un intercambiador de calor, cuyo enfriante, generalmente es agua y / o aire. El líquido condensado (destilado) pasa al tambor acumulador de destilado, donde el agua es separada por gravedad. Del tambor de destilado sale una corriente que refresca al tope de la torre como reflujo y una corriente de producto de tope”destilado” que se retira del sistema. Los vapores no condensados salen por el tope del tambor ( metano, etano, propano y butano) y se envían a otro sistema de destilación para recuperar el propano y butano, mientras que el metano y etano pueden ser enviados al sistema de gas combustible. La función del reflujo es enfriar la parte superior de la torre. Al entrar el reflujo en contacto con los vapores ascendentes de la bandeja superior, los enfría y condensa las partes más pesadas. Allí se repite el mismo proceso, sube la temperatura del reflujo, se evapora más líquido y se condensan más vapores en la torre. A medida que baja, el liquido se va haciendo más pesado y el vapor, a medida que sube, se va haciendo más liviano. La calidad del destilado sé controla mediante la temperatura mantenida en el tope de la torre, lo cual se logra variando la cantidad de reflujo.
Retiros laterales de fracciones: A lo largo de la torre se pueden retirar diferentes fracciones en fase liquida o gaseosa (cortes laterales. Si se desea un producto más liviano, se extrae de una bandeja de la parte superior de la torre. Si se desea un corte lateral mas pesado, se retira de una bandeja situada en una zona inferior. Posteriormente, estos productos pueden ser fraccionados o despojados para removerles fracciones livianas adicionales y así satisfacer las especificaciones respecto al punto de inflamación. Las bandejas de las cuales se extrae un corte lateral liquido que no se retira del todo, se denominan bandejas de retiro parcial. Cuando el corte lateral se retira todo, se denomina bandeja de retiro total y por ende no existe flujo de liquido hacia el plato inferior. En este caso, hay que introducir un reflujo externo por debajo de la bandeja de retiro total para que haya liquido en las bandejas subyacentes.
El reflujo externo es una corriente lateral que se retira de la misma torre, y es enfriado a través del intercambio de calor con el crudo u otras corrientes de alimentación que cargan a la torre. Esto permite mejor control de la temperatura de la bandeja de retiro del producto, y el control de las características del producto.
Suministro de Calor: La alimentación a la torre es precalentada por intercambio de calor con corrientes calientes, y para ello se utiliza el fondo (sustancias) de destilación atmosférica o de vació y las corrientes laterales que se enfrían antes de ser enviadas a almacenaje. Además, la alimentación es calentada en un horno hasta obtener la temperatura deseada. Generalmente, las torres de destilación tienen un rehervido, que introduce calor a la torre por vaporización de parte del liquido que sale del fondo para luego ser regresado a la torre. Este procedimiento, además de servir como fuente calórica, sirve para mejorar el fraccionamiento de la carga en la parte inferior de la torre, ya que el vapor producido asciende y evapora las partes livianas del liquido que baja. La parte que no se evapora en el rehervido es el producto de fondo. La temperatura en el rehervido controla la pureza del liquido de fondo.
Descripción del proceso
Destilación atmosférica del petróleo crudo
Los productos obtenidos por destilación del crudo no son hidrocarburos sencillos, excepto en el caso de los gases simples, como el etano, propano y butano. Son compuestos de hidrocarburos que hierven según un cierto rango de temperatura, y por orden decreciente de volatilidad y pueden ser ampliamente clasificados como gases, destilados livianos, destilados medios y residuos.
Los gases son principalmente metano, etano, propano y butano. Los dos primeros se utilizan como combustibles en la refinería, mientras que el propano y el butano pueden ser
Licuados por compresión y vendidos como gas liquido del petróleo (GLP. El butano también puede ser utilizado como componente de la gasolina de motor o como carga para las unidades de alquilación e isomerización.
Los destilados livianos poseen fracciones de naftas y Kerosene que pueden ser usadas directamente en mezcla de gasolina de motor y combustible de aviación, respectivamente. Las Naftas pesadas pueden usarse para alimentar las plantas de reformación catalítica y petroquímica. Asimismo, las fracciones más pesadas de los destilados livianos se utilizan para la producción de Kerosene iluminante y para calefacción.
Los destilados mas pesados, gasóleos livianos y pesados son usados como gasoleo, diesel, o mezcla con residual sirven para la preparación de combustible para barcos; igualmente los gasóleos más pesados pueden ser utilizados para alimentar los procesos de desintegración catalítica. El residual se procesa en destilación al vació para la manufactura de aceite lubricantes, parafinas o asfalto, y para la alimentación de unidades de desintegración y como combustible residual.
El petróleo crudo es precalentando mediante una serie de intercambiadores de calor para luego entrar al horno, donde alcanza temperaturas entre 300-350°C, dependiente del tipo de crudo y de los productos que se desean obtener; temperatura mas altas pueden originar craqueo (descomposición térmica).
La mezcla vapor/ liquido que sale del horno entra luego a la torre principal de fraccionamiento, la cual opera normalmente un poco por encima de la presión atmosférica. Por consiguiente, la mayoría de los hidrocarburos con temperaturas de ebullición por debajo de 350°C son vaporizados y aquellos de mayor ebullición se mantienen en forma liquida, y pasan a la zona de despojamiento de la torre.
Para evaporizar cualquier componente liviano presente en el producto de fondo se inyecta vapor de agua en forma continua, el cual actúa como despojador.
Los vapores de hidrocarburos más livianos y el vapor de agua salen por el tope de la torre y son parcialmente condensados. Los hidrocarburos no condensados permanecen en estado gaseoso mientras que parte del liquido, que incluyen gasolina, regresa como reflujo y el resto se envía a otra torre para posterior fraccionamiento. El agua se separa por decantación en el tambor acumulador de tope.
Adicional al reflujo del tope existen otras corrientes de reflujo, cuya circulación permite la remoción de calor de la torre, por intercambio de calor con la alimentación. La fracción de Kerosene obtenida es retirada como una corriente lateral de la torre y es pasada a través de un despojador al que se le inyecta vapor de agua por el fondo para controlar el punto de inflamación del Kerosene.
Las fracciones de gasóleos livianos, intermedios y pesados son también retiradas como corrientes laterales de la torre. El liquido residual que sale del fondo de la torre pasa a un segundo horno antes de entrar como carga a la planta de destilación al vació o puede ser enfriado intercambiando calor con el crudo para luego ser enviado a almacenaje.
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