Petróleo en las centrales térmicas

Industria petroleoquímica. Transformación química. Craqueos. Combustibles. Quemadores pulverizadores. Turbinas

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INTRODUCCIÓN Y ORIGEN DEL PETRÓLEO

El petróleo o aceite de piedra o roca es una mezcla de hidrocarburos sólidos, líquidos y gaseosos, saturados que se encuentran en yacimientos naturales.

Se puede englobar en dos usos:

  • Como fuente de energía primaria.

  • Como materia prima para la industria petroleoquímica

Del origen del petróleo se barajan varias hipótesis de las cuales la más confirmada es la de su origen orgánico:

Primero la acumulación de fitoplancton muerto en los fondos marinos y mezclados con sedimentos arenosos, luego la descomposición bajo presión mediante bacterias anaerobias; Cubrimiento por otros estratos sedimentarios y Migración por efecto de movimientos geológicos y atrapamiento en rocas porosas cubiertas por estratos impermeables: trampas en fallas anticlimales etc. Si no hay trampas, afloran los componentes volátiles.

El petróleo se presenta empapado en rocas porosas junto con agua salada (síntoma de su origen marino) y gases.

INDUSTRIA PETROLEOQUÍMICA

Gases de síntesis y metano (11%)

Amoníaco (74%):

Fertilizantes

Plásticos y fibras

Explosivos

Metanol (16%):

Polímeros

Formol y Ácido Acético

Disolventes

Negro de humo (5%):

Neumáticos

Otros cauchos

Colorantes

Cianuro de hidrógeno (1%):

Metacrilato de metilo

Acetileno (0.6%):

Cloruro de vinilo

Butanodiol

Acetato de vinilo

Clorometanos (4%):

Disolventes y síntesis

Alifáticos u Olefinas (64%):

Etileno (62%):

Polietilenos de baja densidad (alta presión) (34%):

Plástico para película, hoja, moldeo y extrusión.

Polietilenos de alta densidad (baja presión) (15%):

Plástico para película, hoja, moldeo y extrusión.

Óxido de etileno (12%):

Monoetilenglicol

Etoxilatos

Glicoéteres

Dicloroetano (15%):

Cloruro de vinilo

Disolventes

Etanol y Etanal (15%):

Bebidas, perfumerías y síntesis

Estireno (8%):

Poliestireno

ABS

Cloroetanos (2%):

Limpiezas y disolventes

Síntesis

Aerosoles

Propileno (36%):

Polipropileno (54%)

Moldeo por inyección

Extrusión (tubos...)

Fibras e hilos

Cumeno (6%)

Fenol y acetona

Alcohol Isopropílico (3%)

Acetona

Disolvente

Cosmética y farmacia

Óxido de propileno (8%)

Polioles -> Uretanos

Aminas y éteres

Acrilonitrilo (12%)

Fibras y tejidos

Mobiliario doméstico

Butenos y butanos (2%):

Butadieno(55%)

Caucho SBR

Polibutadieno

Hexametilendiamina

Caucho butilo (25%)

Neumáticos

Resinas de alto impacto

n-Butanol (21%)

Acrilatos

Glicoéteres

Acetato de butilo

Disolventes

Aromáticos y derivados (25%)

Benceno (72%)

Etilbenceno

Estireno

Cumeno

Fenol y acetona

Ciclohexano

Poliamidas y “nilones”

Nitrobenceno-Anilina

Uretanos y síntesis

Etilbenceno (%)

Estireno

Tolueno (21%)

Elevador del índice de octano !Benceno y Xileno

Usos cautivos Industria petroleoquímica

Disolvente y síntesis

Ciclohexano (%)

Ácido adíptico

Nylon 66

Caprolactama

Nylon 6

o-Xileno (3%)

Anhídrido Ftálico

Resinas alquídicas

Plastificantes de vinilo

m-Xileno

Elevador índice octano

Usos cautivos Industria petroleoquímica

p-Xileno (4%)

Ácido tereftálico

Moldeo (botellas para bebidas refrescantes) y fibras

Dimetiltereftalato

Los productos que se obtienen de la naturaleza del crudo y de las demandas del mercado, las fracciones obtenidas en la refinería por orden de volatilidad y longitud de las cadenas son:

FRACCIONES

PRODUCTO

INTERVALO DE PUNTOS DE EBULLICIÓN

APLICACIONES

LIGERAS

Gas de refinería GLP

Gasolina directa

Nafta pesada

< 20ºC

< 20ºC

40-150ºC

150-200ºC

Combustible para la refinería

Calefacción doméstica e industrial

Carburante para automóviles

Materia prima para productos químicos, disolvente

MEDIAS

Queroseno

Gas-oil

170-250ºC

250-320ºC

Lámparas de alumbrado, carburante para turborreactores

Carburante para motores Diesel

Calefacción doméstica

PESADAS

Fuel-oil ligero

Fuel-oil pesado

Asfaltos

340-400ºC

400-500ºC

>500ºC

Combustibles para buques, locomotoras...

Materia prima para: lubricantes, ceras y parafinas, cremas y aceites esenciales

Pavimentación, techado, impermeabilización, abrasivos y electrodos.

PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN QUÍMICA

CRAQUEOS

Es la fractura de moléculas en fracciones pesadas para dar otras más ligeras y se extiende a una serie de procesos de transformación química muy variada, se puede decir que son operaciones de transformación química de las moléculas de las fracciones de petróleo medias y pesadas (de poca demanda) para convertirlas en otras como gasolinas y gasóleos de demanda mayor.

TIPOS DE CRAQUEO:

Craqueos térmicos: Aumento de la temperatura desde 400ºC hasta 1090 ºC

Craqueos catalíticos: se emplea un catalizador y se aumenta el rendimiento

Hidrocaraqueo: Con adicción de hidrógeno

Craqueo al vapor de agua no reactante: craqueo térmico muy duro con temperaturas superiores a 750ºC y rápido (0.2-0.3 seg) para obtener olefinas (C2,C3 y C4) en petroleoquímica.

DEFINICIÓN Y RASGOS GENERALES

Central térmica, instalación que produce energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en una caldera diseñada al efecto. El funcionamiento de todas las centrales térmicas, o termoeléctricas, es semejante. El combustible se almacena en parques o depósitos adyacentes, desde donde se suministra a la central, pasando a la caldera, en la que se provoca la combustión. Esta última genera el vapor a partir del agua que circula por una extensa red de tubos que tapizan las paredes de la caldera. El vapor hace girar los álabes de la turbina, cuyo eje rotor gira solidariamente con el de un generador que produce la energía eléctrica; esta energía se transporta mediante líneas de alta tensión a los centros de consumo. Por su parte, el vapor es enfriado en un condensador y convertido otra vez en agua, que vuelve a los tubos de la caldera, comenzando un nuevo ciclo.

El agua en circulación que refrigera el condensador expulsa el calor extraído a la atmósfera a través de las torres de refrigeración, grandes estructuras que identifican estas centrales; parte del calor extraído pasa a un río próximo o al mar. Las torres de refrigeración son enormes cilindros contraídos a media altura (hiperboloides), que emiten de forma constante vapor de agua, no contaminante, a la atmósfera. Para minimizar los efectos contaminantes de la combustión sobre el entorno, la central dispone de una chimenea de gran altura (llegan a los 300 m) y de unos precipitadores que retienen las cenizas y otros volátiles de la combustión. Las cenizas se recuperan para su aprovechamiento en procesos de metalurgia y en el campo de la construcción, donde se mezclan con el cemento.

TIPOS Y PROPIEDADES DE LOS COMBUSTIBLES

Una clasificación y estudio sistemático de los diversos combustibles debe llevarse a cabo sobre la base de sus características principales. Estas son:

Humedad

Es la cantidad de agua, expresada en tanto por ciento en peso, que contiene un combustible.

Cenizas

Es el residuo sólido resultante de la combustión completa de un combustible. Pueden ser intrínsecas al mismo o haber sido añadidas durante los procesos de extracción y transporte. Interesa conocer su porcentaje en peso y su temperatura de fusión.

Volátiles

Se denominan materias volátiles al porcentaje de pérdida de peso que experimenta un combustible al calentarlo en ausencia de aire a 925 ºC durante siete minutos. Las materias volátiles influyen notablemente en la facilidad de la combustión.

Carbono fijo

Es la materia realmente combustible contenida en lo que se denomina un combustible.

Temperatura de inflamación

Es aquella temperatura a la que empiezan a desprenderse vapores inflamables de un combustible.

Temperatura de ignición

Es aquella temperatura a la cual la velocidad de desprendimiento de vapores combustibles iguala a la de su combustión, permitiendo así que la llama sea estable.

Poder calorífico

Es el número de calorías desprendidas en la combustión completa de 1 kg de combustible si éste es sólido o líquido, o de 1 m3 a 0 ºC y 760 mm de presión si éste es gaseoso.

Se pueden distinguir dos valores distintos para el poder calorífico que se diferencian en el calor latente de vaporización de la humedad contenida en el mismo. El poder calorífico superior (PCS) incluye este calor de vaporización y el poder calorífico inferior (FCI) no.

El combustible puede además, y con mayor frecuencia de lo deseado contener azufre, elemento que si bien es capaz de arder cuando se encuentra en estado libre (y así producir calor en su combustión) da como resiultados óxidos de azufre que son perjudiciales desde el punto de vista del impacto ambiental.

Los combustibles más utilizados en las centrales térmicas de vapor se muestran a continuación clasificados:


SÓLIDO

PCS

humedad

cenizas