El papel crucial de la viscosidad de los residuos de productos petroleros
Mejor comprensión de los residuos petroleros
En el refinado del petróleo, los residuos surgen como un subproducto de la destilación del crudo, donde las fracciones más pesadas se condensan a altas temperaturas. Los residuos petroleros son las fracciones más viscosas que provienen de este refinado. Estos hidrocarburos densos y de alto peso molecular se valorizan en las cadenas de producción de betún, coque y fracciones más ligeras gracias a los procesos de craqueo y viscorreducción.
Debido a su alto contenido energético, la producción de energía y el transporte marítimo también son un destino para estos residuos. Como muchos productos procesados en esta industria, la viscosidad es una característica esencial. En el caso de las fracciones pesadas, condiciona el desarrollo adecuado y la eficiencia de las operaciones unitarias.
Por lo tanto, una medición precisa de la viscosidad es esencial para un tratamiento y uso eficientes.
Las fuentes y el proceso de producción de los residuos pesados
Los residuos se producen principalmente en 3 etapas:
• Por destilación atmosférica de petróleos crudos pesados y extra pesados.
• Luego por destilación al vacío.
• Y finalmente, a través de procesos de craqueo catalítico y viscorreducción.
También existen residuos similares en otras industrias que provienen de la destilación destructiva del carbón o de materiales orgánicos como la madera. El término residuos pesados también agrupa productos denominados “alquitrán” o “pitch”.
La naturaleza y la cantidad de residuos dependen de la calidad del crudo que se procesa durante su refinado. Un crudo se clasifica según su gravedad API, que es una propiedad fundamental y define su densidad y viscosidad, dos características esenciales para la industria petrolera.
Esto permite distinguir 4 tipos de crudo:
• Crudo ligero, cuya densidad es inferior a 31,1° API, fluye fácilmente y requiere poco tratamiento.
• Crudo medio, cuya densidad está entre 31,1° y 22,3° API y tiene una viscosidad moderada.
• Crudo pesado, cuya densidad está entre 22,3° y 10° API, es notablemente más viscoso.
• Crudo extra pesado, cuya densidad es superior a 10° API, casi sólido a temperatura ambiente y requiere un tratamiento intensivo.
Dependiendo de la gravedad API del crudo destilado, la tasa de residuos extraídos será diferente, un crudo extra pesado producirá más residuos que un crudo ligero.
Las etapas de producción de los residuos
Las principales etapas que producen residuos durante el refinado de un crudo son:
La destilación fraccionada
El crudo se calienta primero y sus componentes se separan según sus puntos de ebullición. Las fracciones volátiles se recuperan en la parte superior de la torre de destilación, mientras que las más pesadas se recuperan en la parte inferior de la columna.
La destilación fraccionada ocurre en 2 etapas. La primera destilación se realiza a presión atmosférica y permite una primera separación. El fondo de columna de la destilación atmosférica se envía a la segunda columna de destilación al vacío.
El funcionamiento al vacío reduce las temperaturas de ebullición y permite continuar la fracción sin descomponer los componentes. Los fondos de columna de las 2 destilaciones, en particular los de la destilación al vacío, son fuentes de residuos.
El craqueo catalítico
Esta etapa permite transformar los hidrocarburos de alto peso molecular producidos por las destilaciones fragmentándolos en moléculas más pequeñas. El craqueo reduce la viscosidad y aumenta el valor añadido de los productos.
La viscorreducción
Similar al craqueo catalítico, es un craqueo térmico que tiene objetivos y resultados similares.
La producción de bitumen
El betún, también denominado asfalto según el país, está compuesto por fracciones con puntos de ebullición elevados, alrededor de los 500°C. La primera etapa es tratar el fondo de columna de destilación para eliminar los compuestos de bajo punto de ebullición.
La cokefacción
La cokefacción es otro proceso para transformar los residuos pesados y permite extraer hidrocarburos ligeros y producir coque, que está compuesto principalmente de carbono y se encuentra en forma sólida.
La mezcla
La mezcla consiste en diluir los residuos pesados de alta viscosidad con una fracción mucho más ligera y de baja viscosidad, proveniente por ejemplo de alguna de las etapas de craqueo.
El objetivo de esta etapa es realizar la mezcla en proporciones adecuadas para producir fuelóleo residual o fuelóleo pesado. Estos productos con viscosidad estandarizada se utilizan como combustible para la industria y plantas térmicas, o como carburante, especialmente para los motores de los barcos.
Impacto de la viscosidad en las transformaciones industriales y el uso de los residuos pesados
La viscosidad influye en varios aspectos de la transformación, manipulación y uso de los residuos y productos derivados:
Eficiencia de bombeo
La viscosidad varía según la temperatura y la calidad del crudo y las etapas de transformación previas.
La viscosidad de los residuos es especialmente alta. Para garantizar el flujo y la transferencia de un punto a otro en la instalación industrial, la viscosidad debe mantenerse dentro de los rangos definidos durante el dimensionamiento de la instalación que permiten una bombeo eficiente. La mejor solución para controlar la viscosidad es medirla directamente en línea utilizando un viscosímetro de proceso.
Monitoreo y control de las etapas de transformación
Este aspecto se refiere especialmente a las etapas de craqueo, la del viscorreductor, la de desasfaltado, fluido (“cutback bitumen” en inglés, “cutback asphalt” en estadounidense), fluxed bitumen en inglés, fluxed asphalt en estadounidense y modificación (polímero modificado bitumen (PMB) y crumb rubber modified bitumen (CRMB)), que resultan en betún. La medición en línea de la viscosidad permite tener en cuenta la calidad de la materia prima que alimenta la unidad de fabricación y caracterizar la calidad del producto final.
Control de la mezcla
Cuando los residuos no tienen otro uso, se transforman en fuelóleo residual diluyéndolos con fracciones ligeras para obtener fuelóleo pesado. La medición de la viscosidad, y en particular la viscosidad a la temperatura de referencia, es esencial para regular el aporte de solvente o de fracción ligera y para obtener el fuelóleo pesado con el valor adecuado de viscosidad que caracterizará el producto final.
Atomización y combustión
Cuando se utilizan como combustible o carburante, los residuos petroleros y sus productos derivados se pulverizan en la cámara de combustión de una caldera o en un motor de explosión.
Para cada sistema de inyección y pulverización, el tamaño de las gotas depende de la viscosidad del fluido. Una viscosidad demasiado alta puede dificultar la atomización, lo que resulta en una combustión incompleta, un consumo excesivo, un aumento de las emisiones de gases nocivos y mantenimiento frecuente. Una atomización eficiente es crucial para una combustión óptima en plantas de energía y calderas industriales. Los viscosímetros en línea que miden la viscosidad a la temperatura del proceso se utilizan ampliamente para mantener la viscosidad en el valor deseado.
Cómo los viscosímetros Sofraser optimizan la gestión de los residuos petroleros
Los viscosímetros vibrantes de Sofraser aseguran la supervisión en tiempo real de la viscosidad de los residuos petroleros y sus derivados, garantizando un tratamiento óptimo y una eficiencia operativa. Ofrecen varios beneficios:
• Medición de alta precisión incluso a temperaturas extremas.
• Respuesta inmediata a las variaciones del proceso, reduciendo el desperdicio y el consumo de energía.
• Diseño robusto adecuado para entornos industriales difíciles.
• Mejora del control de la mezcla y el refinado manteniendo niveles óptimos de viscosidad.
• Supervisión continua en línea para evitar ineficiencias durante el transporte y la combustión.
Las soluciones en la gama Sofraser
La gama de viscosímetros de Sofraser es perfecta para la transformación y el uso de los residuos y permite elegir una solución que se adapte mejor a la instalación. Se pueden considerar dos tipos de soluciones diferentes.
Los viscosímetros MIVI y los analizadores THERMOSET se adaptan a todos los fluidos y condiciones de proceso gracias a la amplia variedad de opciones y configuraciones. Proporcionan a sus usuarios una medición fiable y duradera de forma segura.
El viscosímetro MIVI
Con sus aprobaciones ATEX, IECEx, FM, JIS y KGS, utilizando modos de protección antideflagrante y seguridad intrínseca, este MIVI viscosímetro es la solución para su implementación en todas las zonas explosivas encontradas en refinerías así como en instalaciones de almacenamiento, transformación y uso de productos petroleros.
Con su opción de alta temperatura, el sensor MIVI se adapta fácilmente a los flujos más calientes y su medición proporciona una máxima sensibilidad, independientemente del nivel de viscosidad y el tipo de flujo.
Los beneficios de este sensor para la aplicación de residuos pesados son:
• No hay desgaste del sensor, que puede funcionar durante años, incluso décadas, sin mantenimiento.
• La vibración del sensor tiene un efecto que retrasa la obstrucción y facilita la limpieza en línea.
• No hay deriva en la medición.
• No es necesario desmontar el sensor durante los paros para mantenimiento periódico.
Los analizadores Thermoset
Los analizadores de viscosidad a temperatura de referencia de tipo THERMOSET aprovechan todas las ventajas del sensor MIVI sin necesidad de baño de aceite ni horno.
• El THERMOSET LT es la solución económica del mercado para la medición de la viscosidad dinámica y funciona sobre el principio de un ciclo de temperatura memorizambo viscosidad cuando alcanza el valor de referencia.
• El Thermoset CF, que también funciona sobre este principio, es la solución todo en uno que simplifica el diseño, llegando incluso a prescindir del bucle de acondicionamiento de la muestra.
• El THERMOSET KV está diseñado para medir de manera continua, directa y simultánea la viscosidad cinemática, la viscosidad dinámica y la densidad. Esto permite una correlación directa con el ASTM D445 sin necesidad de un densímetro adicional.
Productos similares y derivados de los residuos:
• Anticorrosivos y lubricantes
• Bitumen
• Betunes para carreteras
• Combustible residual
• Fuels pesados
• Alquitrán
• Óleo para calderas y combustible para procesos
• Aislamiento y protección de cimientos
• Lubricantes asfálticos
• Materiales para techos
• Petrolato
• Pitch
• Productos de recubrimiento de cables
• Productos impermeables al agua
• Tar
