mayo 22, 2023

Introducción a la industria petroquímica y de refinación

El petróleo y el gas para combustible se producen en casi todos los rincones del mundo, desde pequeños pozos privados que generan alrededor de 100 barriles por día, hasta pozos de gran calibre que producen más de 40 veces ese volumen. A pesar de esta gran variación de tamaño, muchas partes del proceso de refinación son bastante similares.

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Figura 1.Ilustración de una columna de destilación fraccionada utilizada para refinar petróleo crudo en varios productos finales deseables.

Los productos químicos derivados del petróleo o del gas natural, los llamados «petroquímicos», son parte esencial de la industria química contemporánea. El campo de la petroquímica se hizo cada vez más popular a principios de la década de 1940 durante la Segunda Guerra Mundial. En ese momento había una demanda creciente de productos sintéticos que fue un gran motor para el desarrollo de productos petroquímicos.

La refinación de petróleo tiene como objetivo proporcionar una gama definida de productos de acuerdo con las especificaciones acordadas. Las refinerías simples usan una columna de destilación ( Figura 1 ) para separar el petróleo crudo en diferentes fracciones según sus propiedades químicas, y las cantidades relativas dependen directamente del petróleo crudo utilizado. Por lo tanto, es necesario obtener una gama de crudos que se puedan mezclar en una materia prima adecuada para producir la cantidad y calidad requeridas de productos finales.

En la Figura 1 se muestran los productos básicos de la destilación fraccionada  .

La espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) es una técnica particularmente adecuada para hacer que el control de calidad de estos productos finales sea  más eficiente y rentable para los fabricantes . Además, NIRS es reconocido y aceptado por ASTM como un método alternativo a otras técnicas. Los métodos ASTM dedicados para el desarrollo de métodos, la validación de métodos y la validación de resultados se presentan más adelante en este artículo.

Siga leyendo para obtener una breve descripción general de la espectroscopia NIR seguida de ejemplos de aplicación para la industria petroquímica y de refinería para aprender cómo los productores petroquímicos y las refinerías pueden beneficiarse de NIRS.

Tecnología NIR: una breve descripción

La interacción entre la luz y la materia es un proceso bien conocido. La luz utilizada en los métodos espectroscópicos normalmente no se describe por la energía aplicada, pero en muchos casos por la  longitud de onda  o en  números de onda .

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Figura 2.Espectros diésel resultantes de la interacción de la luz NIR con las respectivas muestras.

Un espectrómetro NIR como el  Metrohm NIRS DS2500 Petro Analyzer  mide esta interacción luz-materia para generar espectros como los que se muestran en la  Figura 2 . NIRS es especialmente sensible a la presencia de ciertos grupos funcionales como  -CH ,  -NH ,  -OH y  -SH.  Por lo tanto, la espectroscopia NIR es un  método ideal  para cuantificar diferentes parámetros de control de calidad, como el contenido de agua (humedad),  el índice de cetano ,  RON/MON (números de octano de motor y de investigación) ,  el punto de inflamación y  el punto de obstrucción del filtro frío (CFPP), Sólo para nombrar unos pocos. Además, la interacción también depende de la matriz de la muestra en sí, lo que también permite la detección de parámetros físicos y reológicos como la densidad y la viscosidad.

Toda esta información está contenida en un solo espectro, lo que hace que este método sea adecuado para  el análisis rápido de múltiples parámetros . Las muestras líquidas, como los aceites, se aseguran dentro de un recipiente o vial adecuado ( Figura 3 ), luego se colocan tal como están en el soporte del vial inteligente.

Figura 3.Colocación de muestras líquidas para la medición de espectros NIR en el soporte de vial inteligente de Metrohm.

Figura 4.R. Las mediciones de líquidos generalmente se realizan con viales desechables. B. El modo de medición NIRS se conoce como transmisión, donde la luz viaja a través de la muestra mientras es absorbida (de izquierda a derecha en la ilustración).

El modo de medición se denomina «transmisión», generalmente un procedimiento apropiado para analizar líquidos. Para la medición de transmisión ( Figura 4 ), la luz NIR viajará a través de la muestra mientras se absorbe. La luz NIR no absorbida pasa al detector. En  menos de 60 segundos  se completa la medición y se muestran los resultados.

El procedimiento para obtener espectros NIR ya destaca  dos grandes ventajas  de la espectroscopia NIR en comparación con otras técnicas analíticas: la simplicidad  en cuanto a la medición de la muestra y  la velocidad :

  • Técnica rápida  con resultados en menos de un minuto.
  • No se requiere preparación de muestras  : mida las muestras tal como están.
  • Bajo costo por muestra  : no se necesitan químicos ni solventes.
  • Técnica respetuosa con el medio ambiente  : no genera residuos.
  • No destructivo  : las valiosas muestras se pueden reutilizar después del análisis.
  • Fácil de operar  : los usuarios sin experiencia tienen éxito de inmediato.

¿Dónde se puede usar NIRS en el proceso de refinación?

El proceso de refinación

se puede dividir en tres segmentos diferentes:

  1. Río arriba
  2. Centro de la corriente
  3. Río abajo

Upstream  describe el proceso de convertir el petróleo crudo en productos intermedios. Las refinerías suelen ser complejos muy grandes con varias áreas explosivas peligrosas. Por lo tanto, los operadores son reacios a transportar muestras de los diferentes procesos al laboratorio. Incluso el proceso de obtención de muestras para análisis en laboratorios de control de calidad externos es laborioso y puede requerir un papeleo importante y servicios de transporte certificados. Por razones obvias, en la mayoría de los casos se prefieren las mediciones en línea  . Estos tipos de mediciones generalmente se realizan mediante analizadores NIRS de proceso.

Lea más sobre la diferencia entre los análisis en línea, en línea y en línea en nuestra publicación de blog.

Somos pioneros: Metrohm Process Analytics

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Analizadores de proceso Metrohm NIRS XDS


Midstream
 , que se muestra aquí en  la Figura 5 , ofrece muchas más oportunidades para que el analizador de petróleo DS2500 de Metrohm ayude en el control de calidad.

Figura 5.Diagrama de flujo de cómo el petróleo crudo se convierte en gasolina en la gasolinera local y dónde NIRS puede realizar controles de calidad durante el proceso.

La calidad del combustible se verifica constantemente cuando se recibe y se suministra, y además de esto, muchas terminales también prueban la calidad del combustible antes de descargar los camiones. El tiempo total para recibir y descargar combustible en un tanque de almacenamiento es de aproximadamente 30 minutos, por lo que una técnica de análisis rápida como NIRS es muy ventajosa.

Aguas abajo  en depósitos de combustible y gasolineras, las agencias reguladoras exigen la medición de muchos de los mismos parámetros de calidad que en la producción de gasolina y diésel, y esto también se puede lograr con NIRS. Existe una  ventaja significativa  si el análisis se puede realizar  en el sitio usando muestras frescas  y sin la molestia de tener que transportarlas a los laboratorios de prueba.

Figura 6.Ejemplos de pruebas móviles de combustible con el Metrohm DS2500 Petro Analyzer.

Las pruebas de combustible NIRS móviles que utilizan Metrohm  NIRS XDS RapidLiquid Analyzer  (XDS-RLA) se han implementado con éxito en varios países donde disfrutan de los beneficios de tener  resultados instantáneos en el sitio  para pruebas de gasolina y diésel. Las calibraciones desarrolladas en el XDS-RLA son fácilmente transferibles al  DS2500 Petro Analyzer . El DS2500 Petro Analyzer no requiere analistas capacitados y las calibraciones no requieren un mantenimiento constante, lo que lo convierte en una forma ideal de monitorear diferentes combustibles en estaciones de servicio y más.