Destilacion Astm.docx

Refinerías y determinación de cortes de petróleo La fábrica que convierte a un petróleo crudo en productos valiosos se denomina Refinería. El propósito de una Refinería es transformar petróleo crudo de relativamente bajo valor en productos refinados de alto valor de la manera más eficiente, rentable y ambientalmente amigable que sea posible. La forma de determinar que productos se pueden obtener del petróleo es mediante la destilación del mismo: Es un proceso de Separación Física basado en la diferencia de volatilidad de los distintos componentes de una mezcla o solución. El objetivo es separar los diferentes componentes con base en las diferencias entre sus puntos de ebullición.

Destilación ASTM D-86

El resultado de ir recogiendo el volumen destilado a una temperatura dada nos produce una curva de destilación como la mostrada a continuación:

Curva de Destilación ASTM D-86

La determinación exacta de la composición de un petróleo crudo no es posible debido a la gran cantidad de componentes que integran la mezcla. Se caracteriza entonces el petróleo por una curva de destilación realizada de acuerdo a procedimientos estandarizados (destilación TBP, ASTM D86, D1160, etc.). Luego se emplean correlaciones existentes para determinar las propiedades físicas del petróleo a partir de las temperaturas que conforman la curva de destilación. Así, el crudo puede ser modelado como un grupo de componentes hipotéticos cuyas propiedades dan forma a la curva de destilación.

Mediciones experimentales como la densidad, la viscosidad, etc., generan nuevas curvas que permiten ajustar las estimaciones para el crudo. Estas destilaciones indican la calidad del petróleo. Están basadas en la cantidad de material que ebulle en un determinado rango de temperaturas.

Estas destilaciones representan los productos esperados de la destilación atmosférica y al vacío. Y son importantes ya que determinan el rendimiento de los productos que se pueden obtener cuando este crudo es procesado en una refinería. Los posibles ensayos de destilación normalizados son: - ASTM 2892 Curva de destilación TBP (“True Boiling Point” ) - ASTM D86 Curva de destilación para fracciones ligeras - ASTM D1160 Curva de destilación para fracciones pesadas - ASTM D5307 Curva de destilación simulada a partir de cromatografía de

gases.

Destilación ASTM D-86

La destilación D-86 es una técnica que se le aplica a las gasolinas naturales, de motores de avión, turbo combustibles de avión, naftas y otras fracciones proveniente de la destilación atmosférica. Este método es utilizado para determinar la volatilidad de un producto y determinar la tendencia de un hidrocarburo de producir vapores altamente explosivos. La destilación D-86 permite conocer el porcentaje de contaminación de un corte con su consecutiva fracción.

Destilación ASTM D-86 Las características de vaporización de los crudos y las fracciones petroleras se determinan por medio de una destilación por carga a presión atmosférica (ASTM D-86), donde solo ocurre un fraccionamiento muy pequeño. Se usa generalmente para naftas y destilados medios. Este tipo de destilación se aplica básicamente a fracciones livianas del petróleo crudo como naftas y kerosene.

Destilación ASTM D-86 Las características de vaporización de los crudos y las fracciones petroleras se determinan por medio de una destilación por carga a presión atmosférica (ASTM D-86), donde solo ocurre un fraccionamiento muy pequeño. Se usa generalmente para naftas y destilados medios. Este tipo de destilación se aplica básicamente a fracciones livianas del petróleo crudo como naftas y kerosene.

El tanque T-1 contiene el petróleo a ser analizado en condiciones estándar (15 °C, 1 atm). El líquido a destilar pasa por el calentador H-1 para alcanzar la temperatura de equilibrio. Cuando el líquido calentado alcanza la torre F-1 se produce la evaporación parcial a la presión presente en dicho equipo (generalmente 1 atm). El líquido que no evaporó es recogido en el tanque T-2,

mientras que el vapor es condensado y enfriado a 15° C en el intercambiador C-1, y finalmente es recogido en el tanque T-3. El porcentaje de líquido destilado es: 100×(volumen del líquido en T-3 al final)/(volumen del líquido en T-1 en el inicio); o lo que es mejor, de la siguiente manera: 100×(flujo volumétrico de FVL)/(flujo volumétrico de F0). De esta forma, repitiendo el experimento para distintas temperaturas de equilibrio, y graficándolas frente a los correspondientes porcentajes de volumen destilado, se obtiene la curva EFV. En la Destilación EFV la curva de destilación que se obtiene grafica la temperatura de equilibrio líquido-vapor. La destilación EFV se diferencia de la destilación fraccionada en que el vapor no es removido en la medida que se va formando sino que permanece en contacto con el liquido remanente hasta que se completa el proceso.

Conocer las condiciones del equilibrio de fases vapor-líquido de las fracciones del petróleo es esencial para el diseño de la mayoría de los equipos empleados en la industria de la refinación del petróleo. Esta información puede ser obtenida experimentalmente mediante la determinación de la curva EFV. Sin embargo, el procedimiento es laborioso y costoso. Por estos motivos, generalmente se emplean correlaciones empíricas para estimar la curva EFV a partir de curvas ASTM o TBP, que son más fáciles de obtener experimentalmente.

En la literatura se presentan varias correlaciones que involucran las curvas ASTM, TBP y EFV a presión atmosférica. No obstante, ninguno de esos métodos es aplicable para todo el rango de presión y temperatura existente en la industria del petróleo. Los métodos de cálculo son el de Maxwell, el de Edmister y el empleo de simuladores. Método de Maxwell.- El método de Maxwell utiliza una línea recta auxiliar que corta la curva TBP en 10% y 70% del porcentaje de volumen destilado; esta línea se llama DRL (distillation reference line). Luego, se define la línea FRL (flash reference line) en función de la línea anterior y de datos extraídos de diagramas desarrollados para tal fin. Finalmente, la curva EFV se obtiene a partir de la FRL y datos provenientes de diagramas adicionales (Maxwell, 1950). La intensa utilización de diagramas hace que este método sea complejo e inexacto. Método de Edmister.- El método de Edmister localiza un punto clave (la temperatura correspondiente al 50% de volumen destilado). Luego, estima los incrementos de la curva EFV en función de los aumentos de la TBP utilizando datos extraídos de diagramas (Edmister y Okamoto, 1959). Finalmente, la curva EFV se obtiene procesando todos los incrementos. Una vez más, el intenso uso de diagramas es la mayor debilidad del método. Empleando simuladores.- Se puede empelar por ejemplo el Simulador Chemcad para establecer un sistema como el de la figura del EFV y obtener la data directamente del simulador. (Más adelante se volverá sobre este tema)

Destilación TBP (True Boiling Point)

La destilación TBP (True Boiling Poínt) permite dar una imagen casi exacta de la composición de un crudo por la medida de la temperatura de «ebullición» de los constituyentes que lo componen, de ahí su nombre. Para llevar a cabo la destilación se utiliza una columna de relleno, que debe equivaler, aproximadamente, a diez y hasta veite platos teóricos con una relación de reflujo del orden de cinco. El conjunto consta de un matraz equipado con calefacción eléctrica y dotado de un par termoeléctrico, una columna de relleno provista de un sistema de reflujo de cabeza con toma de temperatura. Debe poder trabajar a presión atmosférica y a cierto vacío y no debe alcanzarse más de 650ºF para minimizar craqueo.

A partir de una muestra de petróleo crudo, se recogen en cabeza fracciones, de las cuales, se anotan las temperaturas inicial y final del paso de cada una de las fracciones y estos datos permiten trazar la curva de destilación T.B.P. Al comenzar la destilación T.B.P. salen primeramente sin condensar los gases disueltos en el petróleo crudo y se recogen para analizarlos, bien por cromatografía o espectrografía. Por otra parte, es difícil sobrepasar la temperatura de 250°C en la cabeza de la columna pues la temperatura

correspondiente en el matraz estaría próxima a los 400°C a presión atmosférica, con riesgo de alterar el residuo cracking, lo que modificaría la composición de las fracciones pesadas. Es preciso entonces recurrir a destilación al vacío. Se toma de nuevo el residuo atmosférico a una presión de 50 a 100 mm de Hg y se le vuelve a destilar hasta que la temperatura en el matraz alcance de 350 a 400°C. Si el residuo obtenido es aun relativamente importante (superior a 30%), se intenta una tercera etapa de destilación bajo un vacío de algunos milímetros de mercurio en una instalación simplificada con sólo uno o dos platos teóricos. Quedando en el matraz un residuo espeso y viscoso, más o menos importante según el crudo.

El esquema de destilación es el siguiente:

Una curva de destilación TBP se muestra a continuación.

Cada tipo de crudo tiene una curva TBP que los caracteriza. La información sobre cada corte que se obtiene de la destilación TBP se denomina ASSAY del Crudo. Una evaluación TBP de un crudo incluye como mínimo la medición de la gravedad del crudo, su viscosidad, contenido de azufre, el punto denominado “pour point”, contenido de metales, etc.

La destilación TBP incluye una curva de destilación, un análisis cromatográfico de los componentes livianos, la determinación de las propiedades (gravedad, viscosidad, contenido de azufre, “pour point”, contenido de metales, etc.) de cada fracción etc. La data del Crude Assay de la destilación TBP se emplea para: Evaluar la calidad global de un crudo; Indicar las dificultades potenciales al refinar o transportar el petróleo crudo y sus productos; Proveer data para planeamiento y diseño de procesos; Proveer data de calidades y yields para los productos primarios de la destilación del crudo. Además es muy útil en evaluaciones económicas.