Fracciones del petróleo y sus componentes

El petróleo crudo contiene numerosos compuestos de hidrocarburos con diferentes tamaños moleculares, estructuras, puntos de ebullición y características químicas. El refinado separa estos compuestos en grupos llamados fracciones de petróleo para su posterior procesamiento y aplicaciones.

Las fracciones de petróleo consisten en hidrocarburos que comparten rangos de ebullición muy similares en lugar de estructuras químicas idénticas. Su composición varía considerablemente porque los petróleos crudos difieren según su fuente geológica y su historia de formación.

El composición del petróleo crudo Influye en la cantidad y calidad de las fracciones recuperadas durante la destilación. Las diferencias en parafinas, naftenos, aromáticos, heteroátomos y metales afectan los requisitos de procesamiento posteriores.

Las refinerías primero separan físicamente el petróleo crudo mediante destilación atmosférica y al vacío antes de aplicar procesos de conversión química. Estas operaciones transforman materias primas complejas de crudo en combustibles, materiales petroquímicos, corrientes lubricantes y productos más pesados.

Comprender las fracciones del petróleo facilita comprender cómo el petróleo crudo se convierte en gasolina, queroseno, combustible de aviación, diésel, gasóleo, materiales lubricantes, GLP, materias primas petroquímicas y coque de petróleo.

Componentes de gases y nafta

Los gases de petróleo constituyen los productos de refinería más ligeros y contienen principalmente metano, junto con pequeñas cantidades de etano, propano, butano e isobutano. Sus proporciones dependen en gran medida de las características del petróleo crudo.

El naturaleza de los combustibles gaseosos ayuda a explicar la importancia de los gases ligeros del petróleo en la producción de energía. Estos gases pueden servir como combustible de refinería, combustible doméstico o materia prima petroquímica.

Los gases de petróleo también pueden contener compuestos indeseables como hidrógeno, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y sulfuro de carbonilo. Las refinerías eliminan estos materiales porque pueden crear corrosión y dificultades de procesamiento.

La nafta ocupa un rango de ebullición relativamente bajo y contiene principalmente hidrocarburos saturados, junto con cantidades más pequeñas de compuestos aromáticos. La nafta sin tratar a menudo requiere una mejora antes de que las refinerías la utilicen directamente para la producción de gasolina.

La nafta cruda comúnmente se somete a reformado, isomerización, mezcla y tratamiento con aditivos antes de ingresar a las formulaciones de gasolina comercial. Estas operaciones mejoran las características del combustible y aumentan el valor del flujo de petróleo resultante.

Las parafinas constituyen importantes componentes saturados de la nafta, mientras que los cicloalcanos y los compuestos aromáticos también contribuyen significativamente. Las proporciones varían según la fuente y la naturaleza del petróleo crudo procesado.

Dentro de la nafta se encuentran cicloalcanos de cinco y seis miembros, comúnmente llamados naftenos. Los ciclopentanos y ciclohexanos sustituidos suelen aparecer junto a los compuestos parafínicos en esta fracción de petróleo de punto de ebullición relativamente bajo.

Los componentes aromáticos comunes incluyen benceno y derivados de benceno alquilados. Los compuestos que contienen cicloparafina fusionada y anillos aromáticos, incluidos tetralina y naftaleno, también pueden presentarse dentro de rangos de ebullición apropiados.

Fracciones de petróleo destilado medio

Los destilados medios ocupan rangos de ebullición intermedios entre la nafta más ligera y las corrientes de residuos más pesadas. Proporcionan importantes materias primas de refinería para producir queroseno, combustible para aviones, combustible diésel y productos relacionados.

El diferentes aplicaciones de combustibles de hidrocarburos demostrar por qué los destilados medios siguen siendo comercialmente importantes. Sus propiedades físicas los hacen adecuados para el transporte, la calefacción, la aviación y varios requisitos energéticos industriales.

El petróleo destilado medio contiene muchos compuestos saturados pero también incluye cantidades mensurables de naftenos e hidrocarburos aromáticos. Estos materiales aromáticos pueden presentarse como estructuras de un solo anillo o compuestos de múltiples anillos fusionados.

Las parafinas normales dentro de este rango de ebullición comúnmente se extienden desde aproximadamente C11 a C20. Las mono y dicicloparafinas que contienen anillos de cinco o seis miembros representan estructuras de nafteno significativas en la fracción.

Los naftalenos metilados representan componentes aromáticos importantes de los destilados medios. Otros compuestos aromáticos de uno y dos anillos se encuentran en cantidades más pequeñas, y sus proporciones dependen de la materia prima cruda en particular.

El queroseno y el gasóleo ligero son productos importantes que se separan durante la destilación atmosférica. Estas corrientes normalmente aparecen hacia el extremo más pesado de la columna atmosférica antes de que el procesamiento de la refinería avance hacia el tratamiento de residuos.

El gasóleo de vacío también pertenece a la importante familia de corrientes intermedias de refinería. Su composición refleja el petróleo crudo original y contiene proporciones variables de saturados, naftenos, aromáticos y parafinas más pesadas.

El gasóleo de vacío puede servir como combustible para calefacción y como materia prima diésel, pero las refinerías con frecuencia lo dirigen hacia el craqueo catalítico. La conversión puede producir corrientes más ligeras, incluida nafta adecuada para mezclar con gasolina.

El Origen del petróleo crudo y sus materias primas. influye en la distribución de hidrocarburos. En consecuencia, dos petróleos crudos procesados ​​en condiciones similares pueden producir composiciones de destilado medio notablemente diferentes.

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Fracciones pesadas de petróleo

Las fracciones pesadas del petróleo representan algunos de los materiales más complejos que se separan durante el refinado del petróleo crudo. Contienen hidrocarburos de alto peso molecular junto con cantidades sustanciales de heteroátomos y trazas de metales.

Las fracciones pesadas pueden contener moléculas con pesos moleculares que alcanzan varios miles. Su complejidad estructural dificulta la identificación de compuestos individuales porque muchas moléculas contienen múltiples anillos sustituidos y grupos funcionales.

Los residuos del vacío contienen cantidades importantes de azufre, nitrógeno, oxígeno, níquel, vanadio y otros compuestos. Estos componentes pueden afectar las operaciones de refinería, la actividad del catalizador, la calidad del producto y los procesos de conversión posteriores.

El gestión de recursos ambientales finitos proporciona un contexto útil para el procesamiento del petróleo. El petróleo crudo sigue siendo un recurso finito, lo que hace que su utilización eficiente y su procesamiento responsable sean cada vez más importantes.

Los residuos pesados ​​a menudo requieren craqueo térmico, coquización o hidrocraqueo porque sus moléculas complejas no producen fácilmente productos más ligeros valiosos mediante separación física únicamente.

El procesamiento catalítico directo de fracciones pesadas no tratadas puede crear serias dificultades porque los metales y los compuestos que contienen heteroátomos pueden desactivar los catalizadores. Por lo tanto, el pretratamiento adquiere importancia antes de operaciones de conversión catalítica seleccionadas.

El conservación de recursos no renovables apoya la utilización eficiente del petróleo porque el petróleo crudo requiere escalas de tiempo geológicas para su formación y no puede reponerse naturalmente a las tasas de consumo humano.

Las fracciones pesadas del petróleo siguen siendo comercialmente útiles a pesar de los desafíos de su procesamiento. Las tecnologías de conversión apropiadas pueden recuperar productos más livianos, componentes de combustible, materias primas petroquímicas, coque y otros materiales de estas difíciles corrientes.

Refinación Física De Fracciones De Petróleo

El refinado físico separa los componentes del petróleo crudo según sus propiedades físicas, especialmente sus puntos de ebullición. Las corrientes resultantes luego pasan a la mezcla, el tratamiento, el almacenamiento, la fabricación de combustible, la producción petroquímica o una mayor conversión.

1. Desalinización y deshidratación: Las refinerías eliminan el agua y las sales del petróleo crudo antes de las principales operaciones de destilación. Estas impurezas pueden provocar corrosión, incrustaciones, incrustaciones y otros problemas dentro de los equipos de la refinería.

2. Destilación Atmosférica: El crudo calentado ingresa a una columna atmosférica donde los vapores y líquidos se separan según el rango de ebullición. El proceso produce gases, nafta, queroseno, gasóleo y residuos atmosféricos.

3. Destilación al vacío: Los residuos atmosféricos pueden ingresar a una columna de vacío donde la presión reducida permite una mayor separación a temperaturas de ebullición efectivas más bajas. Este proceso reduce la degradación térmica severa de valiosas corrientes pesadas.

4. Colección de fracciones: Las columnas de refinería recogen corrientes de diferentes secciones según sus características de ebullición. Luego, cada fracción recibe un procesamiento adicional de acuerdo con su composición, calidad, uso previsto y valor de mercado.

El principios de minimización de residuos también puede respaldar operaciones eficientes de refinería. Reducir las pérdidas innecesarias de materiales derivados del petróleo ayuda a conservar las materias primas y al mismo tiempo limita la generación de desechos y las presiones ambientales.

La separación física no cambia fundamentalmente la mayoría de las moléculas de hidrocarburos. En cambio, organiza la mezcla cruda en corrientes que los procesos químicos posteriores pueden manejar de manera más eficiente y económica.

Conversión química de fracciones de petróleo

El refinado químico cambia las moléculas de hidrocarburos en lugar de simplemente separarlas. Las refinerías utilizan procesos de conversión para aumentar el suministro de productos valiosos, mejorar la calidad del combustible y reducir las impurezas indeseables.

1. Actualización de valor: Las refinerías convierten materiales pesados ​​de menor valor en productos más livianos como nafta y GLP. Estos flujos pueden respaldar la producción de gasolina, los mercados de combustibles y los requisitos de fabricación de petroquímicos.

2. Mejora del combustible: Los procesos de conversión mejoran características como la calidad del octanaje. La nafta de bajo octanaje puede reformarse para producir reformado de mayor octanaje adecuado para la mezcla de gasolina y la recuperación de aromáticos.

3. Reducción de impurezas: Los procesos de refinación reducen el azufre, el nitrógeno, los metales y otros compuestos indeseables. Las concentraciones más bajas de contaminantes protegen los catalizadores, respaldan productos más limpios y mejoran el rendimiento general de la refinería.

4. Equilibrio del producto: La conversión química permite a las refinerías ajustar la producción según la demanda del mercado. Las corrientes pesadas e intermedias adecuadas pueden convertirse en productos más ligeros cuando aumenta la demanda de gasolina y GLP.

El tratamiento y eliminación adecuados de los residuos de refinería también forma parte del procesamiento responsable del petróleo. Las buenas prácticas en materia de residuos ayudan a evitar que los contaminantes entren en el suelo, el agua y otros compartimentos ambientales.

El hidrotratamiento frecuentemente acompaña a la conversión química porque algunas corrientes de petróleo contienen azufre, nitrógeno, metales y compuestos insaturados inestables. El tratamiento a base de hidrógeno puede mejorar la calidad del producto antes de la mezcla o distribución final.

Craqueo térmico y coquización

El craqueo térmico utiliza temperaturas elevadas para romper moléculas grandes de hidrocarburos en moléculas más pequeñas. A diferencia del craqueo catalítico, la vía de reacción principal involucra radicales libres generados mediante la escisión térmica del enlace.

1. Iniciación Radical: El calentamiento proporciona suficiente energía para que los enlaces carbono-carbono se rompan homolíticamente, creando dos fragmentos de radicales libres. La posición de ruptura del enlace influye en las reacciones que siguen durante el agrietamiento.

2. Propagación en cadena: Los radicales recién generados sufren escisión beta y abstracción de hidrógeno. Estas reacciones rompen repetidamente las cadenas de hidrocarburos y generan moléculas más pequeñas, incluidas olefinas y otros productos más ligeros.

3. Terminación radical: Los radicales libres eventualmente se combinan o participan en reacciones de transferencia de hidrógeno que terminan cadenas de reacción individuales. Las condiciones de operación determinan las proporciones relativas de los productos resultantes.

4. Formación del producto: El craqueo térmico puede producir gases, nafta, destilados medios, olefinas y coque. La distribución del producto depende de la composición del alimento, la temperatura, la presión, el tiempo de residencia y la gravedad del agrietamiento.

La coquización retardada y la coquización fluida representan importantes procesos comerciales de conversión térmica. Permiten a las refinerías procesar residuos pesados ​​difíciles y recuperar materiales más ligeros a partir de materias primas que de otro modo serían de bajo valor.

La coquización es particularmente útil para residuos que contienen asfaltenos y metales sustanciales porque tales materiales pueden desactivar catalizadores en operaciones de craqueo catalítico convencionales.

La coquización produce gases de hidrocarburos, nafta craqueada, destilados medios y coque de petróleo. Los productos gaseosos y líquidos pueden contener una insaturación sustancial, lo que hace que el hidrotratamiento sea útil para mejorar la estabilidad y eliminar el azufre.

Proceso de coquización retardado

Una unidad de coquización retardada utiliza un calentador de tiempo de contacto corto conectado a grandes tambores de coque. La alimentación calentada ingresa a un tambor donde continúan las reacciones térmicas y el coque sólido se acumula gradualmente en su interior.

Cuando el coque alcanza un nivel predeterminado, los operadores desvían la alimentación hacia otro tambor. Los vapores del tambor activo ingresan a un fraccionador para separarlos en gases, nafta, queroseno y gasóleo.

Figura: Unidad de coquización retardada (Speight 2006)

La importancia ambiental del procesamiento del petróleo se vuelve más clara cuando se considera Contaminación por petróleo en el medio ambiente.. Los derrames y liberaciones pueden transportar compuestos de petróleo a través del suelo, el agua, los sedimentos y los sistemas biológicos.

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Craqueo catalítico de fracciones de petróleo

El craqueo catalítico convierte materias primas de petróleo pesadas y de menor valor en productos más ligeros y valiosos. El proceso puede producir gasolina con mejores características de octanaje que muchos productos obtenidos mediante craqueo térmico simple.

El craqueo catalítico promueve la isomerización, lo que crea estructuras de hidrocarburos ramificadas. Estas moléculas ramificadas contribuyen a mejorar la calidad del octanaje de la gasolina y hacen que la conversión catalítica sea comercialmente valiosa.

Los catalizadores de craqueo comunes incluyen arcillas tratadas con ácido, sílice-alúmina amorfa y zeolitas. Los sistemas catalíticos modernos suelen utilizar catalizadores que contienen zeolita porque sus estructuras proporcionan actividad y selectividad útiles durante la conversión.

El mecanismo de reacción difiere del craqueo térmico porque el craqueo catalítico se produce principalmente a través de intermediarios carbocatión en lugar de intermediarios de radicales libres.

Los sitios ácidos en los catalizadores de craqueo promueven la formación y reordenamiento de carbocationes. Estos intermedios pueden sufrir cambios de metilo, escisión beta y otras reacciones que producen hidrocarburos más ligeros e isómeros ramificados.

El proceso de tratamiento de aguas residuales industriales Sigue siendo importante en las refinerías porque las instalaciones petroleras generan aguas residuales que contienen aceite, grasa, materiales suspendidos, sustancias disueltas y otros contaminantes.

Las unidades de craqueo catalítico fluido contienen un reactor y un regenerador. La alimentación de hidrocarburos entra en contacto con el catalizador fluidizado dentro del reactor, mientras que el regenerador elimina el coque depositado y restablece la actividad del catalizador.

El aire caliente favorece la regeneración al reaccionar con el coque depositado y convertirlo en gran medida en dióxido de carbono. El catalizador regenerado luego regresa al reactor para continuar con la conversión de hidrocarburos.

El fuentes y tipos de contaminación del agua son relevantes para la gestión ambiental de las refinerías porque las liberaciones accidentales y las descargas industriales pueden introducir contaminantes relacionados con el petróleo en los ambientes acuáticos.

El Principales efectos de la contaminación del agua. También demuestran por qué las instalaciones petroleras necesitan sistemas eficaces de contención, tratamiento de aguas residuales, prevención de derrames y monitoreo durante las operaciones de refinación y almacenamiento.

El control adecuado de la contaminación del agua requiere que las industrias limiten las emisiones de contaminantes, gestionen las aguas residuales de forma eficaz, mantengan los equipos y respondan rápidamente cuando se produzca una contaminación accidental por petróleo.

La protección ambiental de las refinerías también depende de medidas de reducción y control de la contaminación que reducen las emisiones nocivas de las unidades de procesamiento, instalaciones de almacenamiento, sistemas de transporte y flujos de desechos asociados.

El estrategias para reducir la contaminación del agua puede complementar los programas de aguas residuales de las refinerías enfatizando el tratamiento, la prevención, el monitoreo, las prácticas responsables de descarga y los controles regulatorios apropiados.

La contaminación por petróleo también puede afectar a los organismos acuáticos, lo que hace que Los efectos de la contaminación en los organismos acuáticos. una consideración ambiental importante para las regiones productoras y refinadoras de petróleo.

Las consecuencias económicas de la contaminación refuerzan aún más la necesidad de prevención. Estudios de pérdidas económicas resultantes de la contaminación mostrar por qué el daño ambiental puede imponer costos más allá de los gastos de limpieza originales.

Las refinerías pueden mejorar la eficiencia adoptando prácticas de reducción de residuos que previenen pérdidas de material innecesarias, reducen derrames, mejoran el mantenimiento y optimizan los procedimientos de producción.

El importancia de la reducción de residuos va más allá del ahorro en eliminación porque minimizar los residuos puede conservar materias primas, reducir las cargas ambientales y mejorar la eficiencia operativa dentro de los sistemas industriales.

La buena gestión de las refinerías también se beneficia de prácticas Enfoques de gestión ambiental para reducir los residuos., particularmente cuando los operadores pueden evitar pérdidas antes de que los materiales se contaminen o requieran eliminación.

La refinación del petróleo sigue estrechamente relacionada con el uso de recursos fósiles. El Consecuencias ambientales de la quema de combustibles fósiles. demostrar por qué la producción y el consumo de combustible deben seguir siendo temas de planificación y gestión ambiental.

Además de los impactos de la combustión, la extracción y el procesamiento del petróleo pueden afectar los ecosistemas. Por lo tanto, las operaciones responsables requieren prevención de la contaminación, eficiencia de los recursos, monitoreo ambiental, respuesta a emergencias y manejo adecuado de desechos en toda la cadena de valor del petróleo.

En conclusión, las fracciones de petróleo proporcionan las corrientes esenciales a través de las cuales el petróleo crudo se convierte en productos comerciales útiles. Los gases y la nafta, los destilados medios y las fracciones pesadas contienen hidrocarburos y requisitos de procesamiento distintivos.

El refinado físico separa estos materiales según el rango de ebullición, mientras que la conversión química cambia las estructuras moleculares para aumentar el valor del producto y mejorar las características deseadas del combustible.

El craqueo térmico funciona principalmente a través de la química de radicales libres, mientras que el craqueo catalítico utiliza intermediarios de carbocatión promovidos por catalizadores ácidos. La coquización proporciona otra ruta para convertir residuos pesados ​​difíciles en productos útiles.

La capacidad de la refinería para recuperar productos valiosos depende de la composición del crudo, las características de la fracción, las condiciones del proceso, el rendimiento del catalizador, los niveles de contaminantes y los requisitos de calidad final de los productos individuales.

Por lo tanto, el procesamiento eficiente del petróleo requiere algo más que producir combustibles. También exige una gestión cuidadosa de las emisiones, las aguas residuales, los residuos de petróleo, los materiales contaminados, el consumo de energía y otras preocupaciones ambientales creadas por las actividades de las refinerías.

Resumen sobre fracciones del petróleo y sus componentes

Preguntas frecuentes sobre fracciones de petróleo y sus componentes

1. ¿Qué son las fracciones del petróleo?

Las fracciones de petróleo son grupos de hidrocarburos separados del petróleo crudo principalmente según las diferencias en el rango de ebullición durante la destilación en la refinería.

2. ¿Cuáles son las principales fracciones del petróleo?

Los grupos principales incluyen gases y nafta, destilados medios y fracciones pesadas. Las refinerías dividen además estos grupos en corrientes específicas.

3. ¿Qué se encuentra en la nafta?

La nafta contiene principalmente parafinas y naftenos, con cantidades menores de compuestos aromáticos como benceno e hidrocarburos aromáticos alquilados.

4. ¿Qué productos proceden de los destilados medios?

Los destilados medios proporcionan materias primas para queroseno, combustible para aviones, combustible diésel, gasóleo ligero y otros productos de refinería.

5. ¿Por qué son difíciles de procesar las fracciones pesadas del petróleo?

Las fracciones pesadas contienen hidrocarburos complejos de alto peso molecular, heteroátomos, metales y estructuras de anillos sustituidas que complican el procesamiento y pueden dañar los catalizadores.

6. ¿Qué es el craqueo térmico?

El craqueo térmico utiliza altas temperaturas para romper grandes moléculas de hidrocarburos mediante reacciones que involucran principalmente intermediarios de radicales libres.

7. ¿Qué es el craqueo catalítico?

El craqueo catalítico utiliza catalizadores ácidos para convertir hidrocarburos pesados ​​en productos más ligeros mediante reacciones que involucran intermediarios carbocatión.

8. ¿Qué es la coque?

La coquización es un proceso severo de craqueo térmico que convierte residuos pesados ​​en gases, nafta craqueada, destilados medios y coque de petróleo.

9. ¿Por qué se utiliza la destilación al vacío?

La destilación al vacío separa los residuos atmosféricos pesados ​​a temperaturas de ebullición efectivas más bajas, lo que ayuda a recuperar corrientes útiles adicionales sin una degradación térmica excesiva.

10. ¿Por qué son importantes las fracciones del petróleo?

Las fracciones de petróleo permiten a las refinerías separar, tratar y convertir el petróleo crudo en combustibles valiosos, materias primas petroquímicas, materiales lubricantes y otros productos.

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