Un viscorreductor es una unidad de procesamiento en una refinería de petróleo cuyo propósito es reducir la cantidad de petróleo residual producido en la destilación de petróleo crudo y aumentar el rendimiento de destilados medios más valiosos ( combustible para calefacción y diésel ) por la refinería. Un viscorreductor rompe térmicamente las moléculas grandes de hidrocarburos en el petróleo calentándolo en un horno para reducir su viscosidad y producir pequeñas cantidades de hidrocarburos ligeros ( GLP y gasolina ). [1] [2] [3] El nombre del proceso de "viscorreductor" se refiere al hecho de que el proceso reduce (es decir, rompe) la viscosidad del petróleo residual. El proceso no es catalítico .
Los objetivos del viscorreductor son:
El término viscorreducción en serpentín (o en horno ) se aplica a las unidades en las que el proceso de craqueo se produce en los tubos del horno (o "serpentines"). El material que sale del horno se enfría para detener las reacciones de craqueo: con frecuencia, esto se logra mediante el intercambio de calor con el material virgen que se alimenta al horno, lo que a su vez es un buen paso para la eficiencia energética, pero a veces se utiliza una corriente de aceite frío (normalmente gasóleo) con el mismo efecto. El gasóleo se recupera y se reutiliza. La extensión de la reacción de craqueo se controla mediante la regulación de la velocidad del flujo del aceite a través de los tubos del horno. El aceite enfriado pasa entonces a un fraccionador donde se separan y recuperan los productos del craqueo (gas, GLP, gasolina, gasóleo y alquitrán).
En la reducción de viscosidad con remojo, la mayor parte de la reacción de craqueo no se produce en el horno, sino en un tambor situado después del horno, llamado remojo. Aquí, el aceite se mantiene a una temperatura elevada durante un período de tiempo predeterminado para permitir que se produzca el craqueo antes de enfriarse. A continuación, el aceite pasa a un fraccionador . En la reducción de viscosidad con remojo, se utilizan temperaturas más bajas que en la reducción de viscosidad con serpentín. En su lugar, se aprovecha la duración comparativamente larga de la reacción de craqueo.
El alquitrán del viscorreductor se puede refinar aún más alimentándolo a un fraccionador de vacío . Aquí se puede recuperar más gasóleo pesado y enviarlo a unidades de craqueo catalítico , hidrocraqueo o craqueo térmico en la refinería. El alquitrán evaporado al vacío (a veces denominado brea ) se envía luego a la mezcla de fueloil. En algunas refinerías, el alquitrán del viscorreductor se envía a un coquizador retardado para la producción de ciertos coques especiales, como el coque de ánodo o el coque de aguja .
Desde el punto de vista del rendimiento, no hay prácticamente nada que elegir entre los dos enfoques. Sin embargo, cada uno ofrece ventajas significativas en situaciones particulares:
La calidad de la materia prima que ingresa a un viscorreductor varía considerablemente según el tipo de petróleo crudo que procesa la refinería. A continuación, se muestra una calidad típica del residuo de destilación al vacío de petróleo ligero árabe (un petróleo crudo de Arabia Saudita que se refina ampliamente en todo el mundo):
Una vez que este material ha pasado por un viscosímetro (y, nuevamente, habrá una variación considerable de un viscosímetro a otro, ya que no hay dos que funcionen exactamente en las mismas condiciones), la reducción de la viscosidad es espectacular:
Los rendimientos de los diversos productos de hidrocarburos dependerán de la "severidad" de la operación de craqueo, determinada por la temperatura a la que se calienta el petróleo en el horno de viscorreducción. En el extremo inferior de la escala, un horno calentado a 425 °C produciría un craqueo leve, mientras que las operaciones a 500 °C se considerarían como muy severas. El residuo de crudo ligero árabe, cuando se viscorre a 450 °C, produciría alrededor de un 76 % (en peso) de alquitrán, un 15 % de destilados medios, un 6 % de gasolinas y un 3 % de gas y GLP.
La severidad de la operación del viscorreductor normalmente está limitada por la necesidad de producir un alquitrán viscorreductor que pueda mezclarse para producir un combustible estable.
En este caso, se entiende por estabilidad la tendencia de un combustible a producir sedimentos durante el almacenamiento. Estos sedimentos son indeseables, ya que pueden ensuciar rápidamente los filtros de las bombas que se utilizan para mover el combustible, lo que hace necesario un mantenimiento que requiere mucho tiempo.
El residuo de vacío que se alimenta a un viscosificador puede considerarse compuesto de lo siguiente:
El visbreaking agrieta preferentemente los compuestos alifáticos que tienen un contenido de azufre relativamente bajo, baja densidad y alta viscosidad, y el efecto de su eliminación se puede ver claramente en el cambio de calidad entre la alimentación y el producto. Un agrietamiento demasiado severo en un visbreaking hará que el coloide de asfaltenos se vuelva metaestable. La adición posterior de un diluyente para fabricar un fueloil terminado puede hacer que el coloide se descomponga, precipitando los asfaltenos en forma de lodo. Se ha observado que un diluyente parafínico tiene más probabilidades de causar precipitación que uno aromático. La estabilidad del fueloil se evalúa utilizando una serie de pruebas patentadas (por ejemplo, pruebas de valor "P" y SHF).
La mezcla de viscosidades de dos o más líquidos con diferentes viscosidades es un procedimiento de tres pasos. El primer paso es calcular el índice de mezcla de viscosidades (VBI) de cada componente de la mezcla utilizando la siguiente ecuación (conocida como ecuación de Refutas): [2] [4]
donde v es la viscosidad en milímetros cuadrados por segundo (mm²/s) o centistokes (cSt) y ln es el logaritmo natural (log e ). Es importante que la viscosidad de cada componente de la mezcla se obtenga a la misma temperatura.
El siguiente paso es calcular el VBN de la mezcla, utilizando esta ecuación:
donde w es la fracción de peso (es decir, % ÷ 100) de cada componente de la mezcla.
Una vez calculado el número de mezcla de viscosidad de una mezcla utilizando la ecuación (2), el paso final es determinar la viscosidad de la mezcla utilizando la ecuación inversa (1):
donde VBN es el número de mezcla de viscosidad de la mezcla y e es el número trascendental 2,71828, también conocido como número de Euler .
Un combustible comercializable, como el que se utiliza para abastecer una central eléctrica, podría requerir una viscosidad de 40 centistokes a 100 °C. Se podría preparar utilizando el residuo virgen o viscorreducido descrito anteriormente combinado con un diluyente destilado ("stock de corte"). Este stock de corte podría tener típicamente una viscosidad a 100 °C de 1,3 centistokes . Reordenando la ecuación (2) anterior para una mezcla simple de dos componentes se muestra que el porcentaje de stock de corte requerido en la mezcla se obtiene mediante:
(4) % de material de corte = [VBN 40 − residuo de VBN ] ÷ [VBN material de corte − residuo de VBN ]
Utilizando las viscosidades citadas en las tablas anteriores para los residuos del petróleo crudo ligero árabe y calculando los VBN según la ecuación (1), se obtiene:
Para residuo virgen (es decir, la alimentación no convertida al viscosificador): 27,5 % de material de corte en la mezcla
Para residuos viscosos : 13,3 % de material de corte en la mezcla.
Como los destilados medios tienen un valor mucho mayor en el mercado que los fueloils, se puede ver que el uso de un viscorreductor mejorará considerablemente la economía de la fabricación de fueloil. Por ejemplo, si se considera que el material de corte tiene un valor de 300 dólares por tonelada y el fueloil, 150 dólares por tonelada (los precios del petróleo cambian naturalmente con rapidez, pero estos precios, y lo que es más importante, las diferencias entre ellos, no son irreales), es una cuestión sencilla calcular el valor de los diferentes residuos en este ejemplo como:
Residuos vírgenes: 93,1 dólares por tonelada
Residuo viscorreducido: $127,0 por tonelada