Visbreaker

El término viscorreducción en serpentín (o en horno ) se aplica a las unidades donde el proceso de craqueo tiene lugar en los tubos del horno (o serpentines). El material que sale del horno se enfría bruscamente para detener las reacciones de craqueo: frecuentemente esto se logra mediante intercambio de calor con el material virgen que se alimenta al horno, lo que a su vez representa una buena mejora en la eficiencia energética; sin embargo, a veces se utiliza un flujo de aceite frío (generalmente gasóleo) con el mismo efecto. El gasóleo se recupera y se reutiliza. El grado de craqueo se controla regulando la velocidad de flujo del aceite a través de los tubos del horno. El aceite enfriado pasa luego a una fraccionadora donde los productos del craqueo (gas, GLP, gasolina, gasóleo y alquitrán) se separan y recuperan.

En el proceso de viscorreducción por remojo, la mayor parte de la reacción de craqueo no ocurre en el horno, sino en un tambor ubicado después del horno, llamado remojo. Allí, el aceite se mantiene a una temperatura elevada durante un tiempo predeterminado para permitir que se produzca el craqueo antes de enfriarse rápidamente. Posteriormente, el aceite pasa a un fraccionador . En la viscorreducción por remojo, se utilizan temperaturas más bajas que en la viscorreducción en bobina. En su lugar, se aprovecha la duración relativamente prolongada de la reacción de craqueo.

El alquitrán de viscorreducción se puede refinar aún más alimentándolo a un fraccionador al vacío . Allí se puede recuperar gasóleo pesado adicional 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 de viscorreducción se envía a un coquizador retardado para la producción de ciertos coques especializados, como el coque anódico o el coque de aguja .

Desde el punto de vista del rendimiento, hay poca o ninguna diferencia entre ambos enfoques. Sin embargo, cada uno ofrece ventajas significativas en situaciones particulares:

• Descarbonización : La reacción de craqueo forma coque de petróleo como subproducto. En el viscorreducción de serpentín, este se deposita en los tubos del horno y, con el tiempo, provoca su ensuciamiento u obstrucción. Lo mismo ocurre en el tambor de un viscorreductor de remojo, aunque las temperaturas más bajas utilizadas en este último provocan un ensuciamiento mucho más lento. Por lo tanto, los viscorreductores de serpentín requieren una descarbonización frecuente. Si bien esta tarea requiere bastante mano de obra, puede convertirse en una rutina en la que los tubos se descarbonizan secuencialmente sin necesidad de detener la operación de viscorreducción. Los tambores de remojo requieren una atención mucho menos frecuente, pero su puesta fuera de servicio normalmente implica la paralización completa de la operación. La actividad que resulte más perjudicial variará de una refinería a otra.
• Ahorro de combustible : Las bajas temperaturas utilizadas en el proceso de remojo implican un menor consumo de combustible. En refinerías que adquieren combustible para sus operaciones, cualquier ahorro en el consumo puede resultar sumamente valioso. En tales casos, la viscorreducción por remojo puede ser ventajosa.

La calidad de la materia prima que ingresa a una unidad de viscorreducción varía considerablemente según el tipo de crudo que procesa la refinería. A continuación, se muestra una calidad típica del residuo de destilación al vacío del crudo ligero árabe (un crudo de Arabia Saudita ampliamente refinado en todo el mundo):

Una vez que este material ha pasado por un viscosificador (y, de nuevo, habrá una variación considerable de un viscosificador a otro, ya que no hay dos que funcionen exactamente en las mismas condiciones), la disminución de la viscosidad es drástica:

El rendimiento de los distintos productos de hidrocarburos dependerá 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 que calienta a 425  °C produciría un craqueo leve, mientras que las operaciones a 500  °C se considerarían muy severas. El residuo de crudo ligero árabe, al ser viscorreducido a 450  °C, produciría alrededor del 76 % (en peso) de alquitrán, el 15 % de destilados medios, el 6 % de gasolinas y el 3 % de gas y GLP.

La severidad del proceso de viscorreducción suele estar limitada por la necesidad de producir un alquitrán de viscorreducción que pueda mezclarse para obtener un fueloil estable.

En este caso, la estabilidad se refiere a la tendencia del fueloil a producir sedimentos durante su almacenamiento. Estos sedimentos son indeseables, ya que pueden obstruir rápidamente los filtros de las bombas utilizadas para mover el aceite, lo que requiere un mantenimiento que consume mucho tiempo.

Los residuos de vacío que se introducen en un viscorreductor pueden considerarse compuestos de lo siguiente:

• Asfaltenos : moléculas policíclicas grandes que se encuentran suspendidas en el petróleo en forma coloidal.
• Resinas : también policíclicas, pero de menor peso molecular que los asfaltenos.
• Hidrocarburos aromáticos : derivados del benceno , tolueno y xilenos.
• Hidrocarburos parafínicos : alcanos

El proceso de viscorreducción craquea preferentemente los compuestos alifáticos , que presentan un contenido de azufre relativamente bajo, baja densidad y alta viscosidad. El efecto de su eliminación se aprecia claramente en la diferencia de calidad entre la materia prima y el producto. Un craqueo excesivo en un viscorreductor puede provocar la metaestabilidad del coloide de asfaltenos. La posterior adición de un diluyente para la fabricación de un fuelóleo acabado puede causar la descomposición del coloide, precipitando los asfaltenos en forma de lodo. Se ha observado que un diluyente parafínico tiene mayor probabilidad de provocar precipitación que uno aromático. La estabilidad del fuelóleo se evalúa mediante diversas pruebas patentadas (por ejemplo, el valor "P" y las pruebas SHF).

La mezcla de viscosidad de dos o más líquidos con viscosidades diferentes es un procedimiento de tres pasos. El primer paso es calcular el Índice de Mezcla de Viscosidad (VBI) de cada componente de la mezcla utilizando la siguiente ecuación (conocida como ecuación de Refutas): ^{[ 2 ] [ 4 ]}

(1) VBN = 14,534 × ln[ln( v + 0,8)] + 10,975 

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:

(2) _Mezcla VBN = [ w _A × VBN _A ] + [ w _B × VBN _B ] + ... + [ w _X × VBN _X ] 

donde w es la fracción en peso (es decir,  % ÷ 100) de cada componente de la mezcla.

Una vez que se ha 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 inversa de la ecuación (1):

(3) v = mi ^{mi (VBN - 10,975) ÷ 14,534} − 0,8 

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 fueloil comercializable, como el que se usa para alimentar una central eléctrica, podría requerir una viscosidad de 40 centistokes a 100  °C. Podría prepararse utilizando el residuo virgen o viscorreducido descrito anteriormente, combinado con un diluyente destilado ("cortador"). Dicho cortador podría tener típicamente una viscosidad de 1,3 centistokes  a 100 °C . Reordenando la ecuación (2) anterior para una mezcla simple de dos componentes, se observa que el porcentaje de cortador requerido en la mezcla se obtiene mediante:

(4) % de material de corte = [VBN ₄₀ − _{residuo VBN ] ÷ [ material de corte} VBN − _residuo VBN ] 

Utilizando las viscosidades citadas en las tablas anteriores para los residuos del petróleo crudo Arab Light y calculando los VBN según la ecuación (1) se obtiene:

Para el residuo virgen (es decir, la alimentación sin convertir al viscorreductor): 27,5 % de materia prima de corte en la mezcla.

Para residuos viscorreducidos : 13,3% de materia prima de corte en la mezcla.

Dado que los destilados intermedios tienen un valor mucho mayor en el mercado que los fuelóleos, se observa que el uso de un viscorreductor mejorará considerablemente la rentabilidad de la fabricación de fuelóleo. Por ejemplo, si se considera que el residuo de corte tiene un valor de 300 dólares por tonelada y el fuelóleo de 150 dólares por tonelada (los precios del petróleo fluctúan rápidamente, pero estos precios, y más importante aún, las diferencias entre ellos, no son irreales), es sencillo calcular el valor de los diferentes residuos en este ejemplo:

Residuos vírgenes: 93,1 dólares por tonelada

Residuo viscorreducido: $127,0 por tonelada