Refinería de petróleo

Una refinería de petróleo o destilería de petróleo es una planta de proceso industrial donde el petróleo (petróleo crudo) se transforma y refina en productos útiles como gasolina (gasolina), combustible diesel, base asfáltica, aceites combustibles, aceite de calefacción, queroseno, gas licuado de petróleo y petróleo. nafta. Las materias primas petroquímicas como el etileno y el propileno también se pueden producir directamente mediante el craqueo del petróleo crudo sin necesidad de utilizar productos refinados de petróleo crudo como la nafta.La materia prima de petróleo crudo ha sido típicamente procesada por una planta de producción de petróleo. Por lo general, hay un depósito de petróleo en o cerca de una refinería de petróleo para el almacenamiento de la materia prima de petróleo crudo entrante, así como productos líquidos a granel. En 2020, la capacidad total de las refinerías mundiales de petróleo crudo fue de unos 101,2 millones de barriles por día.

Las refinerías de petróleo suelen ser complejos industriales grandes y extensos con extensas tuberías que las recorren y transportan flujos de fluidos entre grandes unidades de procesamiento químico, como columnas de destilación. En muchos sentidos, las refinerías de petróleo utilizan gran parte de la tecnología y pueden considerarse como tipos de plantas químicas. Desde diciembre de 2008, la refinería de petróleo más grande del mundo es la refinería de Jamnagar, propiedad de Reliance Industries, ubicada en Gujarat, India, con una capacidad de procesamiento de 1,24 millones de barriles (197 000 m). Algunas refinerías de petróleo modernas procesan hasta 800 000 a 900 000 barriles (120 000 a 143 000 metros cúbicos) de petróleo crudo por día.

Una refinería de petróleo se considera una parte esencial del lado aguas abajo de la industria del petróleo.

Historia

Los chinos fueron una de las primeras civilizaciones en refinar el petróleo. Ya en el primer siglo, los chinos estaban refinando petróleo crudo para usarlo como fuente de energía. Entre 512 y 518, a finales de la Dinastía Wei del Norte, el geógrafo, escritor y político chino Li Daoyuan introdujo el proceso de refinación del petróleo en varios lubricantes en su famosa obra Comentario sobre el clásico del agua.

El petróleo crudo a menudo era destilado por químicos árabes, con descripciones claras en manuales árabes como los de Muhammad ibn Zakarīya Rāzi (c.  865–925). Las calles de Bagdad fueron pavimentadas con alquitrán, derivado del petróleo que se hizo accesible desde los campos naturales de la región. En el siglo IX, se explotaron campos petroleros en el área alrededor de la actual Bakú, Azerbaiyán. Estos campos fueron descritos por el geógrafo árabe Abu al-Hasan 'Alī al-Mas'ūdī en el siglo X, y por Marco Polo en el siglo XIII, quien describió la salida de esos pozos como cientos de cargamentos. Los químicos árabes y persas también destilaron petróleo crudo para producir productos inflamables con fines militares. A través de la España islámica, la destilación estuvo disponible en Europa occidental en el siglo XII.

En la dinastía Song del Norte (960-1127), se estableció un taller llamado "Taller de aceite feroz" en la ciudad de Kaifeng para producir aceite refinado para el ejército Song como arma. Luego, las tropas llenaban latas de hierro con aceite refinado y las arrojaban hacia las tropas enemigas, provocando un incendio, efectivamente la primera "bomba incendiaria" del mundo. El taller fue una de las primeras fábricas de refinación de petróleo del mundo donde miles de personas trabajaron para producir armamento chino impulsado por petróleo.

Antes del siglo XIX, el petróleo se conocía y utilizaba de diversas formas en Babilonia, Egipto, China, Filipinas, Roma y Azerbaiyán. Sin embargo, se dice que la historia moderna de la industria del petróleo comenzó en 1846 cuando Abraham Gessner de Nueva Escocia, Canadá, ideó un proceso para producir queroseno a partir del carbón. Poco después, en 1854, Ignacy Łukasiewicz comenzó a producir queroseno a partir de pozos de petróleo excavados a mano cerca de la ciudad de Krosno, Polonia.

La primera refinería de petróleo sistemática del mundo se construyó en Ploiești, Rumania, en 1856 utilizando el abundante petróleo disponible en Rumania.

En América del Norte, el primer pozo de petróleo fue perforado en 1858 por James Miller Williams en Oil Springs, Ontario, Canadá. En los Estados Unidos, la industria del petróleo comenzó en 1859 cuando Edwin Drake encontró petróleo cerca de Titusville, Pensilvania. La industria creció lentamente en el siglo XIX, produciendo principalmente queroseno para lámparas de aceite. A principios del siglo XX, la introducción del motor de combustión interna y su uso en automóviles creó un mercado para la gasolina que fue el impulso para un crecimiento bastante rápido de la industria del petróleo. Los primeros hallazgos de petróleo como los de Ontario y Pensilvania pronto fueron superados por grandes "booms" petroleros en Oklahoma, Texas y California.

Samuel Kier estableció la primera refinería de petróleo de Estados Unidos en Pittsburgh en Seventh Avenue cerca de Grant Street, en 1853. El farmacéutico e inventor polaco Ignacy Łukasiewicz estableció una refinería de petróleo en Jasło, entonces parte del Imperio Austro-Húngaro (ahora en Polonia) en 1854. La primera gran refinería abierta en Ploiești, Rumania, en 1856–1857. Después de ser tomada por la Alemania nazi, las refinerías de Ploiești fueron bombardeadas en la Operación Tidal Wave por los Aliados durante la Campaña del Petróleo de la Segunda Guerra Mundial. Otro contendiente cercano por el título de albergar la refinería de petróleo más antigua del mundo es Salzbergen en Baja Sajonia, Alemania. La refinería de Salzbergen se inauguró en 1860.

En un momento, se afirmó que la refinería en Ras Tanura, Arabia Saudita, propiedad de Saudi Aramco, era la refinería de petróleo más grande del mundo. Durante la mayor parte del siglo XX, la refinería más grande fue la refinería de Abadan en Irán. Esta refinería sufrió grandes daños durante la Guerra Irán-Irak. Desde el 25 de diciembre de 2008, el complejo de refinería más grande del mundo es Jamnagar Refinery Complex, que consta de dos refinerías una al lado de la otra operadas por Reliance Industries Limited en Jamnagar, India, con una capacidad de producción combinada de 1 240 000 barriles por día (197 000 m3 /d). El Complejo de Refinería Paraguaná de PDVSA en la península de Paraguaná, Venezuela, con una capacidad de 940 000 bbl/d (149 000 m3 /d) y Ulsan de SK Energy en Corea del Sur con 840 000 bbl/d (134 000 m3 /d) son el segundo y el tercero más grandes, respectivamente..

Antes de la Segunda Guerra Mundial a principios de la década de 1940, la mayoría de las refinerías de petróleo en los Estados Unidos consistían simplemente en unidades de destilación de petróleo crudo (a menudo denominadas unidades de destilación atmosférica de petróleo crudo). Algunas refinerías también tenían unidades de destilación al vacío, así como unidades de craqueo térmico como visbreakers (disyuntores de viscosidad, unidades para reducir la viscosidad del petróleo). Todos los otros muchos procesos de refinación que se analizan a continuación se desarrollaron durante la guerra o unos pocos años después de la guerra. Estuvieron disponibles comercialmente entre 5 y 10 años después de que terminó la guerra y la industria petrolera mundial experimentó un crecimiento muy rápido. La fuerza impulsora de ese crecimiento en tecnología y en el número y tamaño de las refinerías en todo el mundo fue la creciente demanda de gasolina para automóviles y combustible para aviones.

En los Estados Unidos, por varias razones económicas y políticas complejas, la construcción de nuevas refinerías se detuvo virtualmente alrededor de la década de 1980. Sin embargo, muchas de las refinerías existentes en los Estados Unidos han renovado muchas de sus unidades y/o construido unidades complementarias para: aumentar su capacidad de procesamiento de petróleo crudo, aumentar el octanaje de la gasolina que producen, reducir el contenido de azufre de su combustible diesel y combustibles para calefacción doméstica para cumplir con las regulaciones ambientales y cumplir con los requisitos de contaminación ambiental del aire y contaminación del agua.

Refinería de petróleo ExxonMobil en Baton Rouge, Louisiana (la cuarta más grande de los Estados Unidos)

El tamaño del mercado de refinación de petróleo en 2017 se valoró en más de US $ 6 billones en 2017 y se espera que sea testigo de un consumo de más de 100 millones de barriles por día (MBPD) para 2024. El mercado de refinación de petróleo será testigo de un crecimiento apreciable debido a la rápida industrialización y transformación económica. Los cambios demográficos, el aumento de la población y la mejora de los niveles de vida en los países en desarrollo son algunos de los factores que influyen positivamente en el panorama de la industria.

Estados Unidos

En el siglo XIX, las refinerías de EE. UU. procesaban el petróleo crudo principalmente para recuperar el queroseno. No había mercado para la fracción más volátil, incluida la gasolina, que se consideraba un desecho y, a menudo, se vertía directamente en el río más cercano. La invención del automóvil desplazó la demanda hacia la gasolina y el diésel, que siguen siendo los principales productos refinados en la actualidad.

Hoy en día, la legislación nacional y estatal exige que las refinerías cumplan con estrictos estándares de limpieza del aire y el agua. De hecho, las compañías petroleras en los EE. UU. perciben que obtener un permiso para construir una refinería moderna es tan difícil y costoso que no se construyeron nuevas refinerías (aunque muchas se han ampliado) en los EE. UU. desde 1976 hasta 2014 cuando la pequeña refinería Dakota Prairie en Dakota del Norte comenzó a funcionar. Más de la mitad de las refinerías que existían en 1981 ahora están cerradas debido a las bajas tasas de utilización y la aceleración de las fusiones. Como resultado de estos cierres, la capacidad total de refinería de EE. UU. cayó entre 1981 y 1995, aunque la capacidad operativa se mantuvo bastante constante en ese período de tiempo en alrededor de 15 000 000 barriles por día (2 400 000 m3 /d).Los aumentos en el tamaño de las instalaciones y las mejoras en la eficiencia han compensado gran parte de la capacidad física perdida de la industria. En 1982 (los primeros datos proporcionados), Estados Unidos operaba 301 refinerías con una capacidad combinada de 17,9 millones de barriles (2 850 000 m) de petróleo crudo cada día calendario. En 2010, había 149 refinerías estadounidenses operativas con una capacidad combinada de 17,6 millones de barriles (2.800.000 m) por día natural. Para 2014, el número de refinerías se había reducido a 140, pero la capacidad total aumentó a 18,02 millones de barriles (2 865 000 m3) por día calendario. De hecho, para reducir los costos operativos y la depreciación, la refinación se opera en menos sitios pero de mayor capacidad.

En 2009 y 2010, cuando los flujos de ingresos en el negocio del petróleo se agotaron y la rentabilidad de las refinerías de petróleo cayó debido a la menor demanda de productos y las altas reservas de suministro que precedieron a la recesión económica, las compañías petroleras comenzaron a cerrar o vender las refinerías menos rentables.

Operación

El petróleo crudo crudo o sin procesar generalmente no es útil en aplicaciones industriales, aunque el petróleo crudo "ligero, dulce" (baja viscosidad, bajo contenido de azufre) se ha utilizado directamente como combustible para quemadores para producir vapor para la propulsión de embarcaciones marítimas. Los elementos más ligeros, sin embargo, forman vapores explosivos en los depósitos de combustible y, por tanto, son peligrosos, especialmente en los buques de guerra. En cambio, los cientos de diferentes moléculas de hidrocarburos en el petróleo crudo se separan en una refinería en componentes que pueden usarse como combustibles, lubricantes y materias primas en procesos petroquímicos que fabrican productos como plásticos, detergentes, solventes, elastómeros y fibras como el nailon. y poliésteres.

Los combustibles fósiles de petróleo se queman en motores de combustión interna para proporcionar energía a barcos, automóviles, motores de aviones, cortadoras de césped, motos todoterreno y otras máquinas. Diferentes puntos de ebullición permiten separar los hidrocarburos por destilación. Dado que los productos líquidos más livianos tienen una gran demanda para su uso en motores de combustión interna, una refinería moderna convertirá hidrocarburos pesados ​​y elementos gaseosos más livianos en estos productos de mayor valor.

El petróleo se puede utilizar de diversas formas porque contiene hidrocarburos de diferentes masas moleculares, formas y longitudes, como parafinas, compuestos aromáticos, naftenos (o cicloalcanos), alquenos, dienos y alquinos. Mientras que las moléculas en el petróleo crudo incluyen diferentes átomos como el azufre y el nitrógeno, los hidrocarburos son la forma más común de moléculas, que son moléculas de diferentes longitudes y complejidad hechas de átomos de hidrógeno y carbono, y una pequeña cantidad de átomos de oxígeno. Las diferencias en la estructura de estas moléculas explican sus diferentes propiedades físicas y químicas, y es esta variedad la que hace que el petróleo crudo sea útil en una amplia gama de aplicaciones.

Una vez separado y purificado de cualquier contaminante e impureza, el combustible o lubricante se puede vender sin más procesamiento. Las moléculas más pequeñas como el isobutano y el propileno o los butilenos se pueden recombinar para cumplir con los requisitos específicos de octano mediante procesos como la alquilación o, más comúnmente, la dimerización. El octanaje de la gasolina también se puede mejorar mediante reformado catalítico, que consiste en eliminar el hidrógeno de los hidrocarburos que producen compuestos con índices de octano más altos, como los aromáticos. Los productos intermedios, como los gasóleos, pueden incluso reprocesarse para romper un aceite pesado de cadena larga en uno más ligero de cadena corta, mediante diversas formas de craqueo, como el craqueo catalítico fluido, el craqueo térmico y el hidrocraqueo. El paso final en la producción de gasolina es la mezcla de combustibles con diferentes índices de octanaje, presiones de vapor, y otras propiedades para cumplir con las especificaciones del producto. Otro método para reprocesar y mejorar estos productos intermedios (aceites residuales) utiliza un proceso de desvolatilización para separar el aceite utilizable del material de desecho de asfaltenos.

Las refinerías de petróleo son plantas a gran escala que procesan entre cien mil y varios cientos de miles de barriles de petróleo crudo por día. Debido a la alta capacidad, muchas de las unidades funcionan de forma continua, a diferencia del procesamiento por lotes, en estado estable o casi estable durante meses o años. La alta capacidad también hace que la optimización de procesos y el control avanzado de procesos sean muy deseables.

Productos principales

Los productos derivados del petróleo son materiales derivados del petróleo crudo (petróleo) a medida que se procesa en las refinerías de petróleo. La mayoría del petróleo se convierte en productos derivados del petróleo, que incluyen varias clases de combustibles.

Las refinerías de petróleo también producen varios productos intermedios, como hidrógeno, hidrocarburos ligeros, reformado y gasolina de pirólisis. Por lo general, estos no se transportan, sino que se mezclan o procesan más en el sitio. Por lo tanto, las plantas químicas a menudo están adyacentes a las refinerías de petróleo o se integran en ellas una serie de procesos químicos adicionales. Por ejemplo, los hidrocarburos ligeros se rompen con vapor en una planta de etileno y el etileno producido se polimeriza para producir polietileno.

Para garantizar tanto la separación adecuada como la protección del medio ambiente, es necesario un contenido de azufre muy bajo en todos los productos, excepto en los más pesados. El contaminante de azufre crudo se transforma en sulfuro de hidrógeno mediante hidrodesulfuración catalítica y se elimina de la corriente de producto mediante el tratamiento de gas de amina. Mediante el proceso Claus, el sulfuro de hidrógeno se transforma posteriormente en azufre elemental para ser vendido a la industria química. La energía térmica bastante grande liberada por este proceso se usa directamente en las otras partes de la refinería. A menudo, una planta de energía eléctrica se combina con todo el proceso de refinería para absorber el exceso de calor.

De acuerdo con la composición del crudo y dependiendo de las demandas del mercado, las refinerías pueden producir diferentes proporciones de productos derivados del petróleo. La mayor parte de los productos derivados del petróleo se utiliza como "portadores de energía", es decir, varios grados de fuel oil y gasolina. Estos combustibles incluyen o pueden mezclarse para dar gasolina, combustible para aviones, combustible diésel, aceite para calefacción y aceites combustibles más pesados. Las fracciones más pesadas (menos volátiles) también se pueden usar para producir asfalto, alquitrán, cera de parafina, lubricantes y otros aceites pesados. Las refinerías también producen otros productos químicos, algunos de los cuales se utilizan en procesos químicos para producir plásticos y otros materiales útiles. Dado que el petróleo a menudo contiene un pequeño porcentaje de moléculas que contienen azufre, el azufre elemental también se produce a menudo como un producto del petróleo. Carbono, en forma de coque de petróleo, y el hidrógeno también se puede producir como productos derivados del petróleo. El hidrógeno producido se utiliza a menudo como producto intermedio para otros procesos de refinería de petróleo, como el hidrocraqueo y la hidrodesulfuración.

Los productos derivados del petróleo generalmente se agrupan en cuatro categorías: destilados ligeros (GLP, gasolina, nafta), destilados medios (queroseno, combustible para aviones, diesel), destilados pesados ​​y residuos (combustible pesado, aceites lubricantes, cera, asfalto). Estos requieren la combinación de varias materias primas, la mezcla de aditivos apropiados, el almacenamiento a corto plazo y la preparación para la carga a granel en camiones, barcazas, barcos de productos y vagones de ferrocarril. Esta clasificación se basa en la forma en que el petróleo crudo se destila y se separa en fracciones.

• Combustible gaseoso como gas licuado de petróleo y propano, almacenado y transportado en forma líquida bajo presión.
• Lubricantes (produce aceites livianos para máquinas, aceites para motores y grasas, agregando estabilizadores de viscosidad según sea necesario), generalmente enviados a granel a una planta de empaque externa.
• Cera de parafina, utilizada en la industria de las velas, entre otras. Puede enviarse a granel a un sitio para prepararlos como bloques empaquetados. Se utiliza para emulsiones de cera, velas, fósforos, protección contra la oxidación, barreras de vapor, tableros de construcción y empaque de alimentos congelados.
• Azufre (o ácido sulfúrico), subproductos de la eliminación de azufre del petróleo que pueden tener hasta un porcentaje de azufre como compuestos orgánicos que contienen azufre. El azufre y el ácido sulfúrico son materiales industriales útiles. El ácido sulfúrico generalmente se prepara y se envía como el precursor del ácido oleum.
• Envío de alquitrán a granel para empaques de unidades fuera del sitio para uso en techos de alquitrán y grava.
• Asfalto utilizado como aglutinante de grava para formar hormigón asfáltico, que se utiliza para pavimentar carreteras, lotes, etc. Una unidad de asfalto prepara asfalto a granel para su envío.
• Coque de petróleo, utilizado en productos especiales de carbono como electrodos o como combustible sólido.
• Los productos petroquímicos son compuestos orgánicos que son los ingredientes para la industria química, que van desde polímeros y productos farmacéuticos, incluidos etileno y benceno-tolueno-xilenos ("BTX") que a menudo se envían a plantas petroquímicas para su posterior procesamiento en una variedad de formas. Los productos petroquímicos pueden ser olefinas o sus precursores, o varios tipos de productos petroquímicos aromáticos.
• Gasolina
• Nafta
• Queroseno y combustibles para aviones a reacción relacionados
• Combustible diesel y aceites combustibles
• Calor
• Electricidad

Se fabrican más de 6000 artículos a partir de subproductos de desechos de petróleo, incluidos fertilizantes, revestimientos para pisos, perfumes, insecticidas, vaselina, jabón, cápsulas de vitaminas. Consulte el enlace a la lista parcial de 144 subproductos enumerados por Ranken Energy.

• Muestra de crudo (petróleo)
• Cilindros de gas licuado de petróleo
• muestra de gasolina
• Muestra de queroseno
• Muestra de combustible diesel
• aceite de motor
• Montón de agregados cubiertos de asfalto para la formación de hormigón asfáltico
• Azufre

Procesos químicos

• La unidad desalinizadora lava la sal del petróleo crudo antes de que ingrese a la unidad de destilación atmosférica.
• La unidad de destilación de petróleo crudo destila el petróleo crudo entrante en varias fracciones para su posterior procesamiento en otras unidades. Véase destilación continua.
• La destilación al vacío destila aún más el aceite residual del fondo de la unidad de destilación de petróleo crudo. La destilación al vacío se realiza a una presión muy por debajo de la presión atmosférica.
• La unidad de hidrotratamiento de nafta utiliza hidrógeno para desulfurar la nafta de la destilación atmosférica. La nafta debe ser desulfurada antes de enviarla a una unidad reformadora catalítica.
• El reformador catalítico convierte las moléculas de nafta desulfuradas en moléculas de mayor octanaje para producir reformado (producto del reformador). El reformado tiene un mayor contenido de aromáticos e hidrocarburos cíclicos que es un componente de la gasolina o gasolina del producto final. Un subproducto importante de un reformador es el hidrógeno liberado durante la reacción del catalizador. El hidrógeno se usa en los hidrotratadores o en el hidrocraqueador.
• El hidrotratador de destilados desulfura los destilados (como el diesel) después de la destilación atmosférica. Utiliza hidrógeno para desulfurar la fracción de nafta de la destilación de petróleo crudo u otras unidades dentro de la refinería.
• El craqueador catalítico fluido (FCC) mejora las fracciones más pesadas y de mayor punto de ebullición de la destilación del petróleo crudo al convertirlas en productos más valiosos, más livianos y de menor punto de ebullición.
• Hydrocracker utiliza hidrógeno para mejorar los aceites residuales pesados ​​de la unidad de destilación al vacío al craquearlos térmicamente en productos de viscosidad reducida más livianos y valiosos.
• Merox desulfura GLP, queroseno o combustible para aviones mediante la oxidación de mercaptanos a disulfuros orgánicos.
• Se conocen procesos alternativos para eliminar los mercaptanos, por ejemplo, proceso de edulcorante y lavado cáustico.
• Las unidades de coquización (coquizador retardado, coquizador fluido y flexicoker) procesan aceites residuales muy pesados ​​en gasolina y combustible diesel, dejando coque de petróleo como producto residual.
• La unidad de alquilación utiliza ácido sulfúrico o ácido fluorhídrico para producir componentes de alto octanaje para la mezcla de gasolina. La unidad "alky" convierte el isobutano y los butilenos ligeros del proceso FCC en alquilato, un componente de muy alto octanaje de la gasolina o gasolina de producto final.
• La unidad de dimerización convierte las olefinas en componentes de mezcla de gasolina de mayor octanaje. Por ejemplo, los butenos se pueden dimerizar en isoocteno que posteriormente se puede hidrogenar para formar isooctano. También hay otros usos para la dimerización. La gasolina producida a través de la dimerización es altamente insaturada y muy reactiva. Tiende espontáneamente a formar encías. Por esta razón, el efluente de la dimerización debe mezclarse con la piscina de gasolina terminada inmediatamente o hidrogenarse.
• La isomerización convierte moléculas lineales como el pentano normal en moléculas ramificadas de mayor octanaje para mezclarlas con gasolina o alimentar unidades de alquilación. También se usa para convertir butano normal lineal en isobutano para usar en la unidad de alquilación.
• El reformado con vapor convierte el gas natural en hidrógeno para los hidrotratadores y/o el hidrocraqueador.
• Los recipientes de almacenamiento de gas licuado almacenan propano y combustibles gaseosos similares a una presión suficiente para mantenerlos en forma líquida. Estos suelen ser recipientes esféricos o "balas" (es decir, recipientes horizontales con extremos redondeados).
• El tratador de gas de amina, la unidad Claus y el tratamiento de gas de cola convierten el sulfuro de hidrógeno de la hidrodesulfuración en azufre elemental. La gran mayoría de las 64.000.000 toneladas métricas de azufre producidas en todo el mundo en 2005 fue subproducto de azufre de las plantas de procesamiento de gas natural y refinación de petróleo.
• El separador de agua agria utiliza vapor para eliminar el gas de sulfuro de hidrógeno de varias corrientes de aguas residuales para su posterior conversión en azufre como producto final en la unidad Claus.
• Las torres de enfriamiento hacen circular el agua de enfriamiento, las plantas de calderas generan vapor para los generadores de vapor y los sistemas de aire para instrumentos incluyen válvulas de control operadas neumáticamente y una subestación eléctrica.
• Los sistemas de recolección y tratamiento de aguas residuales consisten en separadores API, unidades de flotación por aire disuelto (DAF) y otras unidades de tratamiento, como un biotratador de lodos activados para hacer que el agua sea apta para su reutilización o eliminación.
• El refinado de solventes utiliza solventes como el cresol o el furfural para eliminar los compuestos aromáticos no deseados, principalmente de las existencias de aceite lubricante o diesel.
• El desparafinado con disolventes elimina los constituyentes cerosos pesados ​​de la vaselina de los productos de destilación al vacío.
• Tanques de almacenamiento para almacenar petróleo crudo y productos terminados, generalmente recipientes cilíndricos verticales con algún tipo de control de emisión de vapor y rodeados por una berma de tierra para contener derrames.

Diagrama de flujo de una refinería típica

La siguiente imagen es un diagrama de flujo esquemático de una refinería de petróleo típica que representa los diversos procesos unitarios y el flujo de flujos de productos intermedios que se producen entre la materia prima de entrada de petróleo crudo y los productos finales finales. El diagrama representa solo una de las literalmente cientos de configuraciones diferentes de refinerías de petróleo. El diagrama tampoco incluye ninguna de las instalaciones de refinería habituales que proporcionan servicios como vapor, agua de refrigeración y energía eléctrica, así como tanques de almacenamiento para materia prima de petróleo crudo y para productos intermedios y productos finales.

Diagrama de flujo esquemático de una refinería de petróleo típica

Hay muchas configuraciones de procesos además de las descritas anteriormente. Por ejemplo, la unidad de destilación al vacío también puede producir fracciones que se pueden refinar en productos finales, como aceite para husos que se usa en la industria textil, aceite liviano para máquinas, aceite para motores y diversas ceras.

Unidad de destilación de petróleo crudo

La unidad de destilación de petróleo crudo (CDU) es la primera unidad de procesamiento en prácticamente todas las refinerías de petróleo. La CDU destila el petróleo crudo entrante en varias fracciones de diferentes rangos de ebullición, cada una de las cuales luego se procesa en las otras unidades de procesamiento de la refinería. La CDU a menudo se denomina unidad de destilación atmosférica porque opera a una presión ligeramente superior a la atmosférica.

A continuación se muestra un diagrama de flujo esquemático de una unidad típica de destilación de petróleo crudo. El petróleo crudo entrante se precalienta intercambiando calor con algunas de las fracciones destiladas calientes y otras corrientes. Luego se desaliniza para eliminar las sales inorgánicas (principalmente cloruro de sodio).

Después de la desalinización, el petróleo crudo se calienta aún más mediante el intercambio de calor con algunas de las fracciones destiladas calientes y otras corrientes. Luego se calienta en un horno alimentado con combustible (calentador encendido) a una temperatura de alrededor de 398 °C y se conduce al fondo de la unidad de destilación.

El enfriamiento y la condensación de la parte superior de la torre de destilación se proporciona parcialmente mediante el intercambio de calor con el petróleo crudo entrante y parcialmente mediante un condensador enfriado por aire o por agua. El calor adicional se elimina de la columna de destilación mediante un sistema de bombeo, como se muestra en el siguiente diagrama.

Como se muestra en el diagrama de flujo, la fracción destilada superior de la columna de destilación es nafta. Las fracciones extraídas del costado de la columna de destilación en varios puntos entre la parte superior e inferior de la columna se denominan cortes laterales. Cada uno de los cortes laterales (es decir, el queroseno, el gasóleo ligero y el gasóleo pesado) se enfría intercambiando calor con el crudo entrante. Todas las fracciones (es decir, la nafta superior, los cortes laterales y el residuo del fondo) se envían a tanques de almacenamiento intermedios antes de continuar con el procesamiento.

Diagrama de flujo esquemático de una unidad típica de destilación de petróleo crudo como se usa en las refinerías de petróleo crudo

Ubicación de las refinerías

Una parte que busca un sitio para construir una refinería o una planta química debe considerar los siguientes aspectos:

• El sitio tiene que estar razonablemente lejos de las áreas residenciales.
• La infraestructura debe estar disponible para el suministro de materias primas y el envío de productos a los mercados.
• La energía para operar la planta debe estar disponible.
• Debe haber instalaciones disponibles para la eliminación de desechos.

Factores que afectan la selección del sitio para la refinería de petróleo:

• Disponibilidad de terreno
• Condiciones de tráfico y transporte
• Condiciones de los servicios públicos: suministro de energía, suministro de agua
• Disponibilidad de mano de obra y recursos.

Las refinerías que utilizan una gran cantidad de vapor y agua de refrigeración necesitan una fuente abundante de agua. Las refinerías de petróleo, por lo tanto, suelen estar ubicadas cerca de ríos navegables o en la costa, cerca de un puerto. Tal ubicación también da acceso al transporte por río o por mar. Las ventajas de transportar crudo por oleoducto son evidentes, y las compañías petroleras suelen transportar un gran volumen de combustible a las terminales de distribución por oleoducto. Una tubería puede no ser práctica para productos con poca producción, y se utilizan vagones de ferrocarril, camiones cisterna y barcazas.

Las plantas petroquímicas y las plantas de fabricación de solventes (fraccionamiento fino) necesitan espacios para el procesamiento posterior de un gran volumen de productos de refinería, o para mezclar aditivos químicos con un producto en la fuente en lugar de en las terminales de mezcla.

Seguridad y medio ambiente

El proceso de refinación libera una serie de diferentes sustancias químicas a la atmósfera (ver AP 42 Compilación de factores de emisión de contaminantes atmosféricos) y un olor notable normalmente acompaña la presencia de una refinería. Además de los impactos de la contaminación del aire, también existen preocupaciones sobre las aguas residuales, los riesgos de accidentes industriales como incendios y explosiones, y los efectos del ruido en la salud debido al ruido industrial.

Muchos gobiernos de todo el mundo han impuesto restricciones sobre los contaminantes que liberan las refinerías, y la mayoría de las refinerías han instalado el equipo necesario para cumplir con los requisitos de las agencias reguladoras de protección ambiental pertinentes. En los Estados Unidos, existe una fuerte presión para evitar el desarrollo de nuevas refinerías, y no se ha construido ninguna refinería importante en el país desde la instalación de Garyville, Luisiana de Marathon en 1976. Sin embargo, muchas refinerías existentes se han ampliado durante ese tiempo. Las restricciones ambientales y la presión para evitar la construcción de nuevas refinerías también pueden haber contribuido al aumento de los precios del combustible en los Estados Unidos. Además, muchas refinerías (más de 100 desde la década de 1980) han cerrado debido a la obsolescencia y/o actividad de fusión dentro de la propia industria.

Las preocupaciones ambientales y de seguridad significan que las refinerías de petróleo a veces se ubican a cierta distancia de las principales áreas urbanas. Sin embargo, hay muchos casos en los que las operaciones de refinería están cerca de áreas pobladas y presentan riesgos para la salud. En los condados de Contra Costa y Solano de California, un collar costero de refinerías, construido a principios del siglo XX antes de que esta área estuviera poblada, y las plantas químicas asociadas se encuentran junto a las áreas urbanas de Richmond, Martinez, Pacheco, Concord, Pittsburg, Vallejo y Benicia., con eventuales eventos accidentales que requieren órdenes de "refugio en el lugar" a las poblaciones aledañas. Varias refinerías están ubicadas en Sherwood Park, Alberta, directamente adyacente a la ciudad de Edmonton. El área metropolitana de Edmonton tiene una población de más de 1.000.000 de habitantes.

Los criterios de NIOSH para la exposición ocupacional a solventes de petróleo refinado están disponibles desde 1977.

Salud del trabajador

Fondo

La refinación de petróleo moderna implica un sistema complicado de reacciones químicas interrelacionadas que producen una amplia variedad de productos derivados del petróleo. Muchas de estas reacciones requieren parámetros precisos de temperatura y presión. El equipo y el monitoreo necesarios para garantizar la progresión adecuada de estos procesos son complejos y han evolucionado a través del avance del campo científico de la ingeniería petrolera.

La amplia gama de reacciones a alta presión y/o alta temperatura, junto con los aditivos químicos necesarios o los contaminantes extraídos, produce una cantidad asombrosa de riesgos potenciales para la salud del trabajador de la refinería de petróleo. A través del avance de la ingeniería química y petrolera técnica, la gran mayoría de estos procesos están automatizados y cerrados, lo que reduce en gran medida el impacto potencial en la salud de los trabajadores. Sin embargo, dependiendo del proceso específico en el que participe un trabajador, así como del método particular empleado por la refinería en la que trabaja, persisten riesgos significativos para la salud.

Aunque las lesiones ocupacionales en los Estados Unidos no se rastrearon ni informaron de manera rutinaria en ese momento, se pueden encontrar informes de los impactos en la salud del trabajo en una refinería de petróleo desde el siglo XIX. Por ejemplo, una explosión en una refinería de Chicago mató a 20 trabajadores en 1890. Desde entonces, numerosos incendios, explosiones y otros eventos significativos han atraído de vez en cuando la atención del público sobre la salud de los trabajadores de las refinerías de petróleo. Tales eventos continúan en el siglo XXI, con explosiones reportadas en refinerías en Wisconsin y Alemania en 2018.

Sin embargo, existen muchos peligros menos visibles que ponen en peligro a los trabajadores de las refinerías de petróleo.

Exposiciones químicas

Dada la naturaleza altamente automatizada y técnicamente avanzada de las modernas refinerías de petróleo, casi todos los procesos están contenidos dentro de los controles de ingeniería y representan un riesgo sustancialmente menor de exposición para los trabajadores en comparación con épocas anteriores. Sin embargo, ciertas situaciones o tareas laborales pueden subvertir estos mecanismos de seguridad y exponer a los trabajadores a una serie de peligros químicos (consulte la tabla anterior) o físicos (descritos a continuación). Ejemplos de estos escenarios incluyen:

• Fallos del sistema (fugas, explosiones, etc.).
• Inspección estándar, muestreo de productos, rotación de procesos o actividades de limpieza/mantenimiento de equipos.

Curiosamente, a pesar de que las refinerías de petróleo utilizan y producen sustancias químicas que son cancerígenas conocidas, la literatura sobre las tasas de cáncer entre los trabajadores de las refinerías es mixta. Por ejemplo, se ha demostrado que el benceno tiene una relación con la leucemia; sin embargo, los estudios que examinan la exposición al benceno y la leucemia resultante específicamente en el contexto de los trabajadores de las refinerías de petróleo han llegado a conclusiones opuestas. El mesotelioma relacionado con el asbesto es otra relación particular entre cáncer y carcinógeno que se ha investigado en el contexto de los trabajadores de las refinerías de petróleo. Hasta la fecha, este trabajo ha mostrado un vínculo marginalmente significativo con el empleo en refinerías y el mesotelioma. En particular, un metanálisis que incluyó datos sobre más de 350 000 trabajadores de refinerías no logró encontrar ninguna tasa excesiva estadísticamente significativa de mortalidad por cáncer, excepto por un aumento marginalmente significativo en las muertes por melanoma. Un estudio adicional realizado en EE. UU. incluyó un período de seguimiento de 50 años entre más de 17 000 trabajadores. Este estudio concluyó que no hubo exceso de mortalidad entre esta cohorte como resultado del empleo.

BTX significa benceno, tolueno, xileno. Este es un grupo de compuestos orgánicos volátiles (COV) comunes que se encuentran en el entorno de las refinerías de petróleo y sirven como paradigma para una discusión más profunda sobre los límites de exposición ocupacional, la exposición química y la vigilancia entre los trabajadores de las refinerías.

La vía de exposición más importante para las sustancias químicas BTX es la inhalación debido al bajo punto de ebullición de estas sustancias químicas. La mayor parte de la producción gaseosa de BTX se produce durante la limpieza del tanque y la transferencia de combustible, lo que provoca la liberación de gases de estos productos químicos en el aire. La exposición también puede ocurrir por ingestión a través de agua contaminada, pero esto es poco probable en un entorno laboral. La exposición y absorción dérmica también es posible, pero nuevamente es menos probable en un entorno laboral donde se cuenta con el equipo de protección personal adecuado.

En los Estados Unidos, la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA), el Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional (NIOSH) y la Conferencia Estadounidense de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH) han establecido límites de exposición ocupacional (OEL, por sus siglas en inglés) para muchas de las sustancias químicas por encima del cual los trabajadores pueden estar expuestos en las refinerías de petróleo.

El benceno, en particular, tiene múltiples biomarcadores que se pueden medir para determinar la exposición. El benceno en sí se puede medir en el aliento, la sangre y la orina, y los metabolitos como el fenol, el ácido t, t -mucónico (t, t MA) y el ácido S-fenilmercaptúrico (s PMA) se pueden medir en la orina. Además de monitorear los niveles de exposición a través de estos biomarcadores, OSHA requiere que los empleadores realicen análisis de sangre regulares a los trabajadores para detectar signos tempranos de algunos de los resultados hematológicos temidos, de los cuales el más ampliamente reconocido es la leucemia. Las pruebas requeridas incluyen hemograma completo con diferenciales de células y frotis de sangre periférica "de forma regular". La utilidad de estas pruebas está respaldada por estudios científicos formales.

Exposición química potencial por proceso

Peligros físicos

Los trabajadores corren el riesgo de sufrir lesiones físicas debido a la gran cantidad de máquinas de alta potencia que se encuentran relativamente cerca de la refinería de petróleo. La alta presión requerida para muchas de las reacciones químicas también presenta la posibilidad de fallas localizadas del sistema que resultan en un trauma cerrado o penetrante debido a la explosión de los componentes del sistema.

Heat is also a hazard. The temperature required for the proper progression of certain reactions in the refining process can reach 1,600 °F (870 °C). As with chemicals, the operating system is designed to safely contain this hazard without injury to the worker. However, in system failures, this is a potent threat to workers’ health. Concerns include both direct injury through a heat illness or injury, as well as the potential for devastating burns should the worker come in contact with super-heated reagents/equipment.

El ruido es otro peligro. Las refinerías pueden ser entornos muy ruidosos y anteriormente se ha demostrado que están asociadas con la pérdida de audición entre los trabajadores. El ambiente interior de una refinería de petróleo puede alcanzar niveles superiores a los 90 dB. En los Estados Unidos, un promedio de 90 dB es el límite de exposición permisible (PEL) para una jornada laboral de 8 horas. Las exposiciones al ruido que promedian más de 85 dB durante 8 horas requieren un programa de conservación de la audición para evaluar periódicamente la audición de los trabajadores y promover su protección. La evaluación periódica de la capacidad auditiva de los trabajadores y el uso fiel de protección auditiva debidamente examinada son partes esenciales de dichos programas.

Si bien no es específico de la industria, los trabajadores de refinerías de petróleo también pueden estar en riesgo de sufrir peligros como accidentes relacionados con vehículos, lesiones asociadas con maquinaria, trabajo en un espacio confinado, explosiones/incendios, riesgos ergonómicos, trastornos del sueño relacionados con el trabajo por turnos y caídas.

Controles de peligro

La teoría de la jerarquía de controles se puede aplicar a las refinerías de petróleo y sus esfuerzos para garantizar la seguridad de los trabajadores.

La eliminación y la sustitución son poco probables en las refinerías de petróleo, ya que muchas de las materias primas, los productos de desecho y los productos terminados son peligrosos de una forma u otra (p. ej., inflamables, cancerígenos).

Los ejemplos de controles de ingeniería incluyen un sistema de detección/extinción de incendios, sensores de presión/químicos para detectar/predecir la pérdida de integridad estructural y un mantenimiento adecuado de las tuberías para evitar la corrosión inducida por hidrocarburos (que conduce a fallas estructurales). Otros ejemplos empleados en refinerías de petróleo incluyen la protección posterior a la construcción de componentes de acero con vermiculita para mejorar la resistencia al calor/fuego. La compartimentación puede ayudar a evitar que un incendio u otra falla en los sistemas se propague y afecte otras áreas de la estructura, y puede ayudar a prevenir reacciones peligrosas al mantener diferentes productos químicos separados entre sí hasta que puedan combinarse de manera segura en el entorno adecuado.

Los controles administrativos incluyen una cuidadosa planificación y supervisión de los procesos de limpieza, mantenimiento y reparación de la refinería. Estos ocurren cuando muchos de los controles de ingeniería se apagan o suprimen y pueden ser especialmente peligrosos para los trabajadores. Es necesaria una coordinación detallada para garantizar que el mantenimiento de una parte de la instalación no cause exposiciones peligrosas a quienes realizan el mantenimiento oa los trabajadores en otras áreas de la planta. Debido a la naturaleza altamente inflamable de muchas de las sustancias químicas involucradas, las áreas para fumar están estrictamente controladas y cuidadosamente ubicadas.

El equipo de protección personal (EPP) puede ser necesario según el producto químico específico que se procese o produzca. Se necesita especial cuidado durante el muestreo del producto parcialmente terminado, la limpieza del tanque y otras tareas de alto riesgo como se mencionó anteriormente. Dichas actividades pueden requerir el uso de ropa exterior impermeable, capucha para ácidos, overoles desechables, etc. En términos más generales, todo el personal en las áreas de operaciones debe usar protección auditiva y visual adecuada, evitar ropa hecha de material inflamable (nylon, Dacron, acrílico o mezclas), y pantalones largos y mangas.

Reglamento

Estados Unidos

La salud y seguridad de los trabajadores en las refinerías de petróleo es monitoreada de cerca a nivel nacional por la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) y el Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional (NIOSH). Además del monitoreo federal, CalOSHA de California ha sido particularmente activa en la protección de la salud de los trabajadores en la industria y adoptó una política en 2017 que requiere que las refinerías de petróleo realicen un "Análisis de jerarquía de controles de peligro" (consulte la sección anterior "Controles de peligro") para cada peligro de seguridad del proceso.Las normas de seguridad han resultado en una tasa de lesiones por debajo del promedio para los trabajadores de la industria de refinación. En un informe de 2018 de la Oficina de Estadísticas Laborales de EE. UU., indican que los trabajadores de las refinerías de petróleo tienen una tasa significativamente más baja de lesiones ocupacionales (0,4 casos registrables por OSHA por cada 100 trabajadores a tiempo completo) que todas las industrias (3,1 casos), petróleo y gas. extracción (0,8 casos), y elaboración de petróleo en general (1,3 casos).

A continuación se muestra una lista de las reglamentaciones más comunes a las que se hace referencia en las citaciones de seguridad de refinerías de petróleo emitidas por OSHA:

• Líquidos inflamables y combustibles (29 CFR 1910.106)
• El estándar de comunicación de peligros (HazCom) (29 CFR 1910.1200)
• Espacios confinados que requieren permiso (29 CFR 1910.146)
• Ubicaciones peligrosas (clasificadas) (29 CFR 1910.307)
• El estándar de equipo de protección personal (PPE) (29 CFR 1910.132)
• El estándar de control de energía peligrosa (bloqueo/etiquetado) (29 CFR 1910.147)

Corrosión

La corrosión de los componentes metálicos es un factor importante de ineficiencia en el proceso de refinación. Debido a que conduce a la falla del equipo, es un factor principal para el programa de mantenimiento de la refinería. Los costos directos relacionados con la corrosión en la industria petrolera de los EE. UU. a partir de 1996 se estimaron en 3.700 millones de dólares estadounidenses.

La corrosión ocurre en varias formas en el proceso de refinación, como la corrosión por picadura de las gotas de agua, la fragilización por el hidrógeno y el agrietamiento por corrosión bajo tensión por el ataque de sulfuro.Desde el punto de vista de los materiales, el acero al carbono se usa para más del 80 por ciento de los componentes de la refinería, lo cual es beneficioso debido a su bajo costo. El acero al carbono es resistente a las formas más comunes de corrosión, particularmente por impurezas de hidrocarburos a temperaturas inferiores a 205 °C, pero otros productos químicos y entornos corrosivos impiden su uso en todas partes. Los materiales de reemplazo comunes son los aceros de baja aleación que contienen cromo y molibdeno, y los aceros inoxidables que contienen más cromo se enfrentan a entornos más corrosivos. Los materiales más caros que se utilizan comúnmente son las aleaciones de níquel, titanio y cobre. Estos se reservan principalmente para las áreas más problemáticas donde están presentes temperaturas extremadamente altas y/o productos químicos muy corrosivos.

La corrosión se combate mediante un complejo sistema de monitoreo, reparaciones preventivas y uso cuidadoso de los materiales. Los métodos de monitoreo incluyen controles fuera de línea realizados durante el mantenimiento y monitoreo en línea. Las comprobaciones fuera de línea miden la corrosión una vez que ha ocurrido y le indican al ingeniero cuándo se debe reemplazar el equipo en función de la información histórica que han recopilado. Esto se conoce como gestión preventiva.

Los sistemas en línea son un desarrollo más moderno y están revolucionando la forma en que se aborda la corrosión. Existen varios tipos de tecnologías de monitoreo de corrosión en línea, como la resistencia de polarización lineal, el ruido electroquímico y la resistencia eléctrica. El monitoreo en línea generalmente ha tenido tasas de informes lentas en el pasado (minutos u horas) y ha estado limitado por las condiciones del proceso y las fuentes de error, pero las tecnologías más nuevas pueden informar tasas de hasta dos veces por minuto con una precisión mucho mayor (lo que se conoce como monitoreo en tiempo real). Esto permite a los ingenieros de procesos tratar la corrosión como otra variable de proceso que se puede optimizar en el sistema. Las respuestas inmediatas a los cambios en el proceso permiten el control de los mecanismos de corrosión, por lo que pueden minimizarse y al mismo tiempo maximizar la producción.En una situación ideal, tener información de corrosión en línea que sea precisa y en tiempo real permitirá identificar y reducir las condiciones que causan altas tasas de corrosión. Esto se conoce como gestión predictiva.

Los métodos de materiales incluyen la selección del material adecuado para la aplicación. En áreas de corrosión mínima, son preferibles los materiales baratos, pero cuando puede ocurrir una corrosión grave, se deben usar materiales más costosos pero más duraderos. Otros métodos de materiales vienen en forma de barreras protectoras entre las sustancias corrosivas y los metales del equipo. Estos pueden ser un revestimiento de material refractario como el cemento Portland estándar u otro cemento especial resistente a los ácidos que se inyecta en la superficie interna del recipiente. También están disponibles revestimientos delgados de metales más caros que protegen el metal más barato contra la corrosión sin requerir mucho material.