Petróleo para casi todo
Eso sí, hay que tener en cuenta que hay muchos tipos de crudo y que no todos permiten obtener de todo. Puede decirse que prácticamente cada yacimiento tiene un tipo de petróleo diferente, incluso cerca.
Tipos y composición de crudos
Los hidrocarburos son compuestos orgánicos de carbono e hidrógeno y el crudo de petróleo, incluido el gas natural, es una compleja mezcla de hidrocarburos. Es decir, el petróleo es un hidrocarburo.
Se distinguen distintos tipos de hidrocarburos en función de las relaciones existentes entre los átomos de carbono e hidrógeno de estas moléculas que forman la mezcla de hidrocarburos: alifáticos cuando las cadenas de átomos de carbono son abiertas, cíclicos cuando las cadenas de carbono son cerradas y mixtos cuando presentan radicales de características diferentes a las de la cadena principal. El crudo más común es el alifático parafinico.
Pero junto a los hidrocarburos, el petróleo también puede contener compuestos orgánicos que contienen otros elementos: azufre (el tercer componente más abundante), oxígeno, nitrógeno o metales (el vanadio y el níquel son los más abundantes). En general, todos estos componentes se consideran contaminantes en la industria de refino de petróleo.
Dado que la composición del petróleo es tan diferente, las clasificaciones de los petróleos crudos son también diversas, dependiendo de qué se hagan. Por ejemplo:
- Parafínicos, insaturados, nafténicos o aromáticos, según el tipo de hidrocarburo predominante en la composición.
- Densidad API: escala arbitraria para expresar la densidad del crudo y expresada en grados API. El crudo es de grado ligero (superior a 38 API), medio o pesado (inferior a 22 API). Cuanto más átomos contengan las moléculas de los hidrocarburos, más pesado es el hidrocarburo. Es la clasificación más utilizada.
- Ácidos o dulces, si contienen muchos o pocos ácidos y compuestos de azufre.
Refino de petróleo
El crudo puede utilizarse directamente como fuente de energía, como combustible en hornos y calderas, pero no es su uso principal. Esto se debe a que el rendimiento económico es mucho mayor separando en fracciones los componentes que contiene el crudo, que se realiza en refinerías de petróleo. Además, la quema de crudo produce una gran contaminación al quemarse o liberarse muchos componentes que no se separan en el refino y que no son necesarios en esta combustión.
En cualquier caso, tanto el petróleo como el gas natural son contaminantes y las principales fuentes de emisión son la combustión de combustibles, refinerías de petróleo e industria química.
Desde que se comenzaron a utilizar los derivados del petróleo, las labores de refino del petróleo han ido cambiando en función de los productos que se pretendían obtener y de las tecnologías disponibles. Al principio se hacía el llamado refino clásico. Los procesos físicos predominaban: destilación del crudo a presión atmosférica y separación de fracciones, purificación de productos (generalmente desulfuración) y separación de gases licuados. El único proceso químico era el reforming de naftas para obtener las gasolinas adecuadas. Son las partes amarillas que aparecen en el diagrama de la refinería.
Posteriormente se iniciaron los procesos de conversión para obtener productos más específicos. Esto se debe a que a medida que se modifica la estructura de consumo de los productos petrolíferos, los productos intermedios y, principalmente, los ligeros (gasolinas y gasóleos) han aumentado (aparecen en verde en el diagrama de la refinería). La demanda de productos pesados ha disminuido.
Dependiendo de las características del crudo y de los productos finales que se deseen obtener, se puede modificar la estructura y configuración de la instalación. No obstante, en las refinerías se plantean cuatro objetivos principales: i) el reparto del crudo en fracciones, ii) aumentar el valor de las fracciones mínimas de demanda para obtener gasolina y productos similares, iii) aumentar la calidad de las gasolinas mediante reforming y iv) limpiar los productos obtenidos mediante el refinado final. Los procesos clave para ello son los mismos en todas las refinerías (ver cuadro inferior).
Refinerías y medio ambiente
En todos estos procesos que se llevan a cabo en las refinerías se produce una contaminación diferente, aunque en Europa la ‘relación’ entre las refinerías y el medio ambiente ha ido evolucionando paulatinamente.
Además de los gases, petróleo u otros componentes emitidos de forma accidental, la relación de contaminantes emitidos en los procesos es interminable: dióxido de carbono (CO 2), dióxido de azufre (SO 2), óxidos de nitrógeno (NO x), hidrocarburos aromáticos policíclicos (benceno, tolueno, etil-benceno, compuestos orgánicos volátiles, dióxido de carbono, etc.), fenul-sulfuro, En 1990, por ejemplo, 95 refinerías europeas vertieron al agua 3.340 toneladas de petróleo.
Según datos de la Organización Europea de Empresas Petrolíferas para la Protección del Medio Ambiente y la Salud (CONCAWE), en 1993 se generaron un millón de toneladas de residuos en 89 refinerías europeas. Esta basura se divide en tres grupos: 1) lodos, petrolíferos y no, 2) residuos del refino, líquidos, semi-líquidos y sólidos, y 3) residuos no procedentes de refinerías (de construcción, detergentes…). No tienen por tanto en cuenta los gases emitidos al aire. En la tabla de la derecha podéis ver los tipos de residuos que han identificado.
La cantidad de “lodos biológicos” aumenta año tras año debido al aumento del tratamiento biológico de los vertidos. Los residuos de catálisis también han aumentado debido al aumento del rendimiento del refino de petróleo debido al aumento de las obligaciones ambientales de los productos.
Sin embargo, entre los vertidos de las refinerías puede que sea de especial importancia el azufre debido a los daños causados por la lluvia ácida en el norte y centro de Europa. En el estudio realizado por la misma entidad en 1995 en 79 refinerías se indica que la emisión media era de 1.350 mg/Nm 3 SO 2. En 1998 se emitieron 1.125 mg/Nm 3. La reducción es atribuida al rigor de la legislación ambiental, así como a la diferencia de emisiones entre países nórdicos y mediterráneos (550 mg/Nm 3 en países nórdicos y 1.870 mg/Nm 3 en los mediterráneos, en 1998). Podéis ver en el gráfico el origen por procesos de vertido de SO 2.
Por último, si bien el refino del petróleo genera contaminación, hay que tener en cuenta que la cadena no acaba en refinerías, ya que, en definitiva, el uso de muchos de los productos que en ella se generan también produce contaminación. Por ello, en algunos países, los componentes más contaminantes del petróleo se han ido extrayendo en el propio proceso de refinado, ya que su localización facilita su control.
Por lo tanto, para terminar, podemos decir que sacamos mucho partido al petróleo, pero…
Procesos clave en refinerías
Separación
Se utilizan procesos físicos de refino para separar las fracciones de crudo. No se alteran las moléculas de los componentes, sólo se separan por tamaño o familia química. La separación se realiza mediante diferentes procesos:
- Destilación atmosférica del crudo. El líquido se evapora total o parcialmente, separando las fracciones condensadas a diferentes temperaturas: gases, naftas, querosenos, destilados medios (gasóleos) del residuo bruto (base principal del fuel). Es la técnica más utilizada.
- Procesos de desulfuración. Para cada tipo de destilado se utiliza un proceso de desulfuración separado (por hidrógeno, por corriente de sosa cáustica…). El objetivo es extraer azufre.
- Separación de GLP. El fraccionamiento de los GLP separados en destilación distingue entre butano, propano y gas combustible. Esta última se quema en los hornos de la refinería.
Conversión
Se utilizan procesos químicos de refino para separar los productos específicos de las fracciones. En los procesos químicos, la estructura molecular cambia: disminuye el tamaño de las moléculas (cracking o rotura), las amplía (generalmente mediante catalizadores) o se convierte en una molécula de otra familia petroquímica (transformación catalítica, reforming e isomerización, por ejemplo) sin alterar la longitud de la cadena. Los procesos de conversión más habituales son:
- Destilación al vacío de la fracción pesada. Requiere una temperatura inferior a la de la destilación atmosférica. Se obtienen gasóleos pesados y residuos (a veces asfalto) y cada fracción tendrá un tratamiento diferente. Se aplica a la arena de la destilación atmosférica del petróleo.
- Cracking térmico y catalítico. El calentamiento o tratamiento del residuo con un catalizador rompe las moléculas de hidrocarburos. Se utiliza para reducir la viscosidad del residuo, obtener coque de petróleo, productos ligeros y medios y vapor de hidrocarburos para ser enviado a fraccionar. Si el craqueo catalítico se realiza con hidrógeno se denomina hidrocracking. El hidrógeno se utiliza para eliminar elementos contaminantes como azufre, nitrógeno o metales.
- Reforming catalítico de naftas. Tras la desulfuración, las reacciones de deshidrogenación e isomerización aumentan el contenido de compuestos aromáticos de naftas y, por tanto, los números de octano de gasolina. La abundancia de hidrógeno resultante de estas reacciones se utiliza para los procesos de desulfuración antes mencionados.
- Producción de hidrógeno. En la refinería clásica se producía el hidrógeno necesario para la desulfuración en la unidad de reforming catalítico. Sin embargo, cuando se requiere una desulfuración más profunda o mayores cantidades de destilados, la producción de hidrógeno también debe ser mayor, lo que se consigue en unidades de reforming a vapor. En ellos se descompone totalmente el hidrocarburo en H 2 y CO 2.
- Optimización de la fracción de butano. A partir de diversas corrientes de butano presentes en la refinería, se obtienen valiosos productos líquidos de alto número de octano para la preparación de gasolinas sin plomo.
En ocasiones se realizan simultáneamente procesos físicos y químicos, como destilaciones con catalizadores. El objetivo de los procesos mixtos suele ser reducir el número de pasos a dar en la unidad de producción.
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