Visión general sobre el mejoramiento de crudos pesados y extrapesados
Bienvenidos a mi blog de ingeniería enfocado en el área petrolera. El día de hoy estaremos retomando el tema del procesamiento de petróleo y sus etapas finales antes de su comercialización, con esto quiero hacer mención al proceso de mejoramiento de crudo, específicamente crudos pesados y extrapesados.
Instalaciones de un Mejorador de crudo [Imagen propiedad del autor @ennyta]]
Es sabido que las grandes reservas del mundos son de crudo pesado y extrapesado, por ello la importancia del mejoramiento para sacarle provecho a este recurso difícil de operar.
El crudo cuando se extrae del yacimiento sale a superficie con impurezas que deben ser tratadas con el fin de obtener un crudo que cumpla con los parámetros internacionales de calidad y demandas del mercado, estas impurezas son agua, sedimentos, ácidos, sales, metales y otros compuestos que deben ser eliminados. Es aquí cuando entra en juego el mejorador de crudo, puesto que es el lugar donde el crudo se somete a procesos de deshidratación, desalación, desadificación, hidrotratamiento y lo más importante, mejora su calidad en cuanto a su densidad (conversión térmica) es decir lo convierten en un crudo más liviano.
¿Qué son crudos pesados?
Es un crudo viscoso, por lo tanto no fluye con facilidad, y bastante denso, por eso su denominación de "pesado". Está constituido por cadenas largas de carbono y alto peso molecular. Este tipo de crudo por su condición presenta problemas durante los procesos de producción, transporte y refinación, por esta razón se diluye con nafta para mejorar sus características.
Esto es gracias a los diferentes procesos por los que se pasea el crudo al llegar al mejorador. El objetivo principal de un mejorador es aumentar la gravedad API del crudo con el fin de obtener un producto de mejor atractivo económico. Esto se logra principalmente con la reducción de los hidrocarburos pesados en su composición, convirtiéndolo en coque.
Hasta ahora hemos tocado términos interesantes que es importante resaltar: gravedad API y coque de petróleo.
Gravedad API
Como hacia mención en un post pasado que trataba sobre la determinación de la gravedad API y densidad de crudos, la gravedad API es una medida relacionada directamente con la densidad, de hecho es la escala más usada en la industria del petróleo para determinar la calidad del crudo. Está calibrada en grados la cual relaciona la gravedad específica, este parámetro denota la fluidez de los crudos.
La gravedad API se determina a través de la siguiente ecuación:
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Como mencionaba anteriormente la gravedad API es una escala que según los grados que denota el producto se clasifica en:
Coque de petróleo
Montaña de coque de petróleo obtenido de los mejoradores de crudo extrapesado del Complejo Petroquímico José Antonio Anzoátegui [Imagen del autor @ennyta]
Es un producto obtenido del crudo durante los procesos de craqueo. Este proceso se lleva a cabo en los mejoradores de crudo en las unidades de coquificación retardada. Es el componente más pesado de la composición del crudo que una vez aplicado altas temperaturas y presión se obtiene como producto el coque con el fin de tener un crudo más liviano.
¿Qué es el mejoramiento de crudos pesados y extrapesados?
Son aquellos procesos llevados a cabo con el fin de aumentar la gravedad API del crudo pesado o extrapesado para convertirlo en un crudo liviano sintético con características de calidad en comparación con el original, es decir, “mejorar” las propiedades de un crudo para hacerlo más comercial.
Los procesos que se aplican para mejorar el crudo están relacionados con el fraccionamiento, hidrotratamiento y procesos de conversión térmica como la destilación y coquificación. Más adelante estaremos explicando sobre qué trata cada uno.
Por lo general un mejorador de crudo extrapesado está constituido por diferentes unidades que cumplen con el objetivo final de obtener un crudo liviano, estas unidades son: la unidad de crudo donde se encuentran los procesos de destilación atmosférica y destilación al vacío; la unidad de coquificación retardada, donde se obtiene coque como subproducto del proceso de conversión y la unidad de hidrotratamiento. En la imagen se observa la distribución de las unidades del mejorador de crudo junto a los productos obtenidos.
Esquema de las unidades que conforman un mejorador de crudo extrapesado [Imagen creada por el autor @ennyta]
¿Es lo mismo un crudo mejorado que un crudo refinado?
La respuesta a esta pregunta es no y les explicaré por qué. El mejoramiento permite mejorar (es algo redundante, pero es así) las propiedades de un crudo para convertirlo en uno de mayor calidad y atractivo económico, es decir, convertir un crudo extrapesado en uno liviano. Mientras que la refinación permite obtener a partir de un crudo productos de uso final como gasolina, diesel, lubricantes, entre otros. La calidad de un crudo extrapesado afecta tanto la producción, como su transporte y refinación.
De hecho, el mejoramiento es el paso previo a la refinación del crudo. Para poder refinar un crudo extrapesado se requiere de tecnología e inversión económica, es más costo refinar un crudo extrapesado que uno liviano, es por eso que nace el mejorador como la tecnología necesaria para obtener un crudo liviano para venta y para refinación.
Representación esquemátima del recorrido del crudo desde el campo de producción hasta la refinería [Imagen creada por el autor @ennyta. Imagen de balancín e industria tomadas desde Pixabay]
Objetivos del mejoramiento de crudos pesados y extrapesados
Entre sus principales objetivos está mejorar el proceso de transporte de crudo y la obtención de un crudo de mejor calidad:
- Producir un crudo que pueda ser transportado por las líneas (oleoductos).
- Disminuir la viscosidad del crudo y con ello reducir los costos de transporte.
- Ayuda a optimizar propiedades como el contenido de sólidos, agua y sedimentos, azufre y nitrógeno, metales y carbón de Conradson.
- Crear un crudo estable para almacenamiento en los tanques con el fin de evitar sedimentación.
- Producir un crudo de mayor gravedad API (crudo liviano sintético).
- Aumentar la relación Carbono-Hidrógeno.
- Aumentar la carga de crudo hacia las refinerías.
Tipos de mejoramiento del crudo extrapesado
Existen 3 tipos de mejoradores según la complejidad de los procesos, la tecnología aplicada y los productos que se desean obtener, estos son:
1. Mejoramiento básico
Es el tipo de mejoramiento más económico, puesto que las inversiones son bajas para el producto que se desea obtener y de baja capacidad de producción. Este mejorador se encarga de producir un crudo de calidad que simplemente cumpla con las especificaciones de transporte, por lo tanto la gravedad API del crudo es de 16º aproximadamente. Este tipo de mejoramiento sólo consta de 3 procesos, el primero que es el proceso de separación llevado a cabo en la unidad de destilación atmosférica para obtener el diluente y retornarlo al campo de producción para diluir el crudo extrapesado para que pueda alcanzar las especificaciones de transporte. El segundo proceso es el de conversión constituido por la unidad de coquificación retardada empleada para el rechazo de carbono y obtener coque como resultado y el tercer proceso es el hidrotratamiento donde por inyección de hidrógeno se mejora el corte de nafta y crudo liviano buscando eliminar impurezas como azufre, aromáticos y oleofinas.
Representación esquemátima de un mejorador de crudo básico [Imagen creada por el autor @ennyta. Imagen de barril de petróleo tomada desde publicdomainvectors, imagen de dominio público]
2. Mejoramiento complejo
En este tipo de mejoramiento se produce un crudo de mejor calidad que el obtenido en el mejoramiento básico. Es lógico pensar que requiere de una mayor inversión, aunque la inversión es rentable puesto que el crudo producido es de mejor valor económico. Similar al mejoramiento básico consta de los procesos de separación, conversión y de hidrotratamiento, sólo que ahora se añaden unos procesos más: la destilación al vacío y el hidrocraqueo de los gasóleo pesados, en este proceso de hace uso de la inyección de hidrógeno y catalizadores con el objetivo de obtener un producto de mejor calidad. En este tipo de mejoramiento se producen crudos de 22 a 28º API aproximadamente.
Representación esquemátima de un mejorador de crudo complejo [Imagen creada por el autor @ennyta. Imagen de barril de petróleo tomada desde publicdomainvectors, imagen de dominio público]
3. Mejoramiento ultra-complejo
Este tipo de mejoramiento es de mayor inversión y tecnología, consiste en la integración tanto de un mejorador como de una refinería, ambas instalaciones funcionando en el mismo complejo. Este tipo de mejoramiento también cuenta con los 3 procesos básicos de mejoramiento: separación, conversión e hidrotratamiento, aunque la conversión se amplia en la obtención de productos, además que este juega un papel importante en el mejoramiento con las nuevas características de alimentación, esto se conoce como conversión profunda. Se añaden nuevos procedimientos propias de las refinerías como son la isomerización y reformación.
Proceso de mejoramiento del crudo
Los procesos que normalmente se aplican durante el mejoramiento de crudos extrapesados están relacionados con el fraccionamientos (destilación atmosférica y al vacío), conversión (coquificación retardada) e hidrotratamiento. Una vez el crudo es producido en campo y diluido con nafta para su transporte llega al mejorador topándose con el primer proceso:
1. Destilación atmosférica y al vacío
Luego de ser extraído el crudo del yacimiento y diluido con nafta llega hasta la columna de destilación atmosférica con el objetivo de fraccionar el crudo en diferentes cortes y así recuperar una parte de la nafta usada como diluyente para ser retornada al campo de producción. El principio de la destilación es separar los componentes de una mezcla según el punto de ebullición de los elementos que la componen, en la destilación atmosférica tiene la particularidad de operar con una presión igual a 1 atm. Estas fracciones son gases livianos, naftas, gasóleos y residuos pesados.
Por otra parte, la destilación al vacío, tal como lo denota su nombre trabaja a una presión de vacío para reducir la temperatura de ebullición de los componentes del crudo y poder lograr su separación sin descomponer térmicamente su estructura molecular. La alimentación a esta columna se constituye principalmente de los residuos pesados dejados por la destilación atmosférica, esto se conoce como "residuo largo". Los productos obtenidos del proceso son gasóleo ligero, gasóleo pesado, aceites lubricantes, asfalto y residuo de vacío, conocido como "residuo corto", el cual será la alimentación del próximo proceso.
Representación de los equipos involucrados en el proceso de destilación atmosférica y destilación al vacío [Imagen creada por el autor @ennyta]
2. Coquificación retardada
La coquización retardada es un proceso de conversión térmica que se lleva a cabo para lograr la valorización de los residuos dejados por el proceso de destilación al vacío, es decir, seguir obteniendo productos de una mezcla similar al bitumen. En este proceso se usan hornos con altas temperatura para lograr la descomposición de las cadenas (craqueo) y luego se envía hasta un tambor donde se mantiene a una temperatura y presión adecuada para favorecer las reacciones de coquificación: las reacciones de craqueo térmico donde producen los gases y las reacciones de polimerización donde se produce el coque. Los productos obtenidos durante este proceso en la torre fraccionadora y en el tambor de coquificación son: gas, nafta de coque, gasóleo liviano de coque (LCGO), gasóleo pesado de coque (HCGO) y coque.
Representación de los equipos involucrados en el proceso de coquificación retardada [Imagen creada por el autor @ennyta]
3. Hidrotratamiento
La unidad de hidrotratamiento tiene como objetivo la hidrogenación de los gasóleos obtenido como producto en el proceso de coquificación retardada con el fin aumentar la relación hidrógeno-carbono y obtener un producto de mejor calidad, además de eliminar impurezas como azufre, nitrógeno, metales y otros que causan problemas durante el proceso y al medio ambiente.
Durante el hidrotratamiento ocurren complejas reacciones de hidrogenación como por ejemplo:
Hidrodesulfurización: Este proceso se realiza con el fin de eliminar los componentes sulfurados del producto y así evitar el envenamiento de los catalizadores durante los procesos de hidrotratamiento, además que reduce la corrosión y mejora el olor de los productos.
Hidrogenación: Este proceso se lleva a cabo con el fin de aumentar en número de cetatos en el gasóleo para alcanzar mejor estabilidad y evitar la formación de gomas.
Hidrodesnitrogenación: Este proceso ayuda a la eliminación de nitrógeno de los gasóleos el cual contribuye al envenenamiento de los catalizadores.
Hidrodesmetalización: En este proceso de extraen los metales que forman parte de la composición del producto lo cual disminuye la calidad la mismo. Este proceso se lleva a cabo para evitar la desactivación o envenamiento de los catalizadores usados en procesos posteriores, además para cumplir con las regulaciones ambientales.
IMPORTANCIA DEL TEMA PARA LA INDUSTRIA
Hoy en día las mayores reservas del mundo corresponden a crudos extrapesados y pesados, posicionando a Venezuela como la primera, seguido por Arabia Saudí. Este tipo de crudo por su característica densa y viscosa dificulta el proceso de extracción, transporte y posteriormente refinación, por lo tanto se requiere la inyección de productos costosos y aplicación de tecnología para poder ser refinado, lo cual se traduce en una mayor inversión de equipos y elevado costo de producción. Es por esta razón que toma importancia los procesos de mejoramiento de crudos extrapesados para obtener los beneficios no sólo económicos, sino también como energía y materia prima al obtenerse como producto principal un crudo liviano y de mejores características.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Harraka, C. Modelaje de un Mejorador de crudo extrapesado con programa lineal utilizando Aspen Pims. Trabajo de Grado no publicado. Coordinación de Ingeniería Química. Universidad Simón Bolívar. Venezuela (2016).
Muñoz, S. Mejoramiento de crudoextrapesado con actividad bacteriológica. Trabajo de Grado no publicado. Departamento de Ingeniería de Petróleo. Universidad Central de Venezuela. Venezuela (2004).
Medrano, J. López, Y. Sánchez, J. Procesos para el mejoramiento y refinación de crudos extrapesados venezolanos. Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia. Venezuela . (2014).
Fernández, R. Lárez, D. Pérez, L. Descripción de los procesos de mejoramiento de los crudos pesados y extrapesados a nivel de superficie aplicados en la Faja Petrolífera del Orinoco. Departamento de Ingeniería de Petróleo. Universidad de Oriente. Venezuela (2012).
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¡Excelente post! Como ingeniero civil, he tenido la tarea de estudiar este tipo de crudo y sus procesos de refinación con fines de utilizarlo en la producción de mezclas asfálticas y pavimentos flexibles, es ciertamente un desafío dado a las características de este material que explicas muy bien. Ahora te dejo 2 preguntas, me comentaron en la universidad que el petroleo venezolano (en especial el extraído en la faja del orinoco) tiende a ser muy pesado y por esto, para poderlo exportar, es necesario mezclarlo con crudos livianos (extraídos por ejemplo en la cuenca del lago de Maracaibo) para "mejorarlo" ¿Es esto posible o cierto?, segundo, viendo los procesos de refinación, ¿sería conveniente extraer crudo pesado? considerando la amplia variedad de subproductos como algunas mezclas asfálticas?. Gracias y de nuevo, excelente!
Hola amigo @josevbc, gracias por tu intervención, me placen tus palabras. Bien, con respecto a tus dudas, es cierto que el crudo extrapesado (que es el producido en el Faja Petrolífera del Orinoco, con una gravedad API de hasta 4º) se diluye con un crudo mucho más liviano para mejorar sus características de transporte y ser llevado hasta un patio tanque, mejorador o refinería, tal sea el caso. Es usual que se use nafta como diluente, que es un corte del petróleo de mucho valor porque se trata de producto de una gravedad ºAPI mayor a 40º API (es como tener oro en tus manos en este mundo petrolero), pero esto sólo para alcanzar las especificaciones de transporte porque la nafta es sumamente costosa, luego en el mejorador se encarga de extraerlo para volver a ser usado con el mismo fin. El objetivo del mejorador es aumentar la gravedad API del crudo con los métodos que expliqué, si el producto final del mejorador (crudo liviano sintético) no es suficientemente atractivo para la comercialización, es decir requieres un crudo con mayor gravedad API, ya sea que por problemas operacionales no se alcanzó el objetivo previsto, entonces si es normal que se use crudo liviano del lago para disolver aun más y alcanzar un producto deseado.
Ahora con la 2da incógnita, si es "conveniente" explotar crudo extrapesado, siempre y cuando sea rentable económicamente según los precios del mercado, porque como mencioné producir, transportar y refinar un crudo extrapesado es mucho más costoso, pero el negocio del crudo es rentable cuando el mercado está estable. Por ejemplo, en el año 2016 cuando el barril de crudo rondaba los 25$ aprox., no era tan rentable como antes producirlo ¿por qué? porque producir un barril de crudo liviano, es decir ya mejorado, cuesta alrededor de 14$. Ahora que el crudo nuevamente ha ido en alza es muchísimo más rentable producir nuestro crudo extrapesado. Es cierto que invertimos mucho dinero para que ese crudo de poco valor (extrapesado) se revalorice al convertirlo en liviano, es más costoso operar un crudo extrapesado que uno liviano o mediano, pero fíjate que sigue siendo rentable explotarlo.
Espero haya resuelto tus dudas. Gracias y saludos.
Hey si, sin duda me resolvió mis dudas, muchisimas gracias bella! Un saludo!.
El mejoramiento de este tipo de crudo ha sido un proceso necesario en Venezuela y esta visión que expones facilita el entendimiento de la problemática a nivel tecnológico. Buen trabajo @ennyta
Gracias @iamphysical, mi intención es que este este lado de la ingeniería sea comprendido por otros que no comparten mi rama y puedan disfrutar la lectura sin dificultad. Un compartir de conocimientos.
Gracias a ti por pasearte por mi blog @amestyj. Un placer recibir tus palabras de agrado. Sigamos compartiendo saberes.
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Saludos, leyendo tu post, me di cuenta que tienes un error, cambia cetato por cetano.
Otras acotaciones serían:
Arabia Saudita tiene crudo liviano y mediano. No pesado, aparte prohibieron que sus crudos sean certificados como se hizo en Vzla. Por una estrategia de mercado.
En el siguiente parráfo creo que puede entenderse que al crudo (carbón e hidrógeno) lo hidrotratan?
También podemos decir que en las refinerías (no mejoradores) se obtiene coquer. En refinería Amuay (Estado Falcón, Venezuela) tenemos una planta de coquificación retardada. Y en cardón también se produce coquer.
Me encantó leer este artículo. Interesante y pertinente artículo, pues tenemos crudo de esas características aquí en Venezuela. Te felicito y gracias por compartirlo @ennyta. En mi blog tengo uno sobre el Tiempo, podría interesarte. Ya te estoy siguiendo, sígueme si es de tu agrado. Saludos.