Gli schemi di raffinazione

1. Gli schemi di raffinazione Le raffinerie hanno un ciclo di lavorazione che può essere classificato in funzione degli impianti presenti e dei prodotti realizzati.Alcuni di essi sono: Hydroskimming: distillazione topping + vacuum, reforming catalitico, desolforazione gasoli. Si realizza una bassa resa in prodotti leggeri e un'alta resa in olio combustibile. Schema a conversione: a differenza delle raffinerie hydroskimming, le frazioni pesanti non vengono vendute come olio combustibile, ma convertite termicamente o cataliticamente in frazioni più leggere. Le raffinerie di questo tipo sono più flessibili nel rispondere alle diverse richieste del mercato (stagionalità dei prodotti). Lube: in una raffineria Lube si producono principalmente basi per oli lubrificanti. I grezzi che sono impiegati devono essere a base paraffinica.

2. Gli impianti di raffineriaDi seguito vengono riportati i principali impianti che sono usati in una raffineria. Solo alcuni di essi sono presenti in tutte le raffinerie (distillazione topping, desolforazioni...). Questo dipende dalle caratteristiche del petrolio che viene lavorato in quella raffineria e dalle richieste del mercato. Trattamenti preliminariIl petrolio, prima di poter essere lavorato, deve essere separato dall'acqua, dai sali e dalla sabbia che sono eventualmente presenti in sospensione. Queste operazioni, insieme alla stabilizzazione (allontanamento della frazione gassosa che accompagna il petrolio) vengono effettuati anche a "bocca di pozzo", in fase di estrazione. Si preferisce ripeterli, in maniera molto più approfondita, prima di iniziare qualsiasi lavorazione in raffineria. A causa della sua elevata viscosità le goccioline ed i solidi sospesi non riescono a sedimentare spontaneamente quindi è necessario effettuare un'operazione di dissalaggio.  

3. Il petrolio viene riscaldato in uno o più scambiatori di calore fino a 50-150 °C, a seconda della viscosità iniziale, allo scopo di diminuirla. Questo pre-riscaldamento avviene a spese di una o più correnti di prodotti caldi che lasciano l'impianto. Il petrolio, così riscaldato, viene miscelato con una certa quantità di acqua ed alcuni additivi ed attraversa una valvola di laminazione che aiuta a miscelare il tutto molto bene. I sali presenti nel petrolio passano così in soluzione e le goccioline piccole, eventualmente presenti, possono aggregarsi con altre gocce più grandi che possono essere agevolmente separate in un desalter. Il desalter è una sorta di grande serbatoio che ha all'interno due piastre elettriche. Tra queste piastre viene applicato un forte campo elettrico che favorisce la coalescenzadelle goccioline d'acqua che si separano così dal petrolio. Il petrolio viene generalmente trattato in un ulteriore desalter e l'acqua oleosa viene inviata all'impianto di trattamento apposito per la disoleazione.

4. Il treno di pre-riscaldo Il petrolio, per poter essere separato nei suoi componenti, deve essere riscaldato e parzialmente vaporizzato fino a circa 350 °C. Questa operazione si effettua in un forno e richiede una notevole quantità di combustibile. Per ridurre al minimo il consumo di combustibile, si pre-riscalda la corrente di petrolio dissalato a spese dei prodotti caldi che abbandonano l'impianto di distillazione topping. Il numero di scambiatori di calore impiegati può essere notevole (anche 20 o 30). Ovviamente, per massimizzare il rendimento del recupero termico, il petrolio scambierà calore con le correnti in ordine crescente di temperatura, prima quelle più fredde e poi quelle più calde. Insieme ai prodotti che lasciano l'impianto, cedono calore al petrolio anche i "pump around" che sono dei riflussi intermedi di prodotti. Questi prodotti vengono prelevati, raffreddati e reimmessi in colonna qualche piatto più in alto. In questo modo si opera la condensazione di parte dei vapori che risalgono in colonna. Questo insieme di scambiatori viene comunemente chiamato "treno di scambio" o "treno di pre-riscaldo".

5. La distillazione topping Il greggio è una miscela molto complessa di idrocarburi che non può essere impiegata direttamente. Necessita innanzi tutto di essere separa in frazioni (o tagli petroliferi) tramite l'operazione di distillazione topping (o atmosferica). I tagli petroliferi sono miscele di idrocarburi che hanno una temperatura di ebollizione compresa in un determinato intervallo. Le frazioni che otteniamo da una colonna di distillazione sono generalmente: Incondensabili (C1 + C2) GPL (C3 + C4) Benzina (C5 ÷ C9) Kerosene (C9 ÷ C12) Gasolio leggero (C13 ÷ C14) Gasolio pesante (C15 ÷ C20) Residuo atmosferico(C20+)

6. Il petrolio dissalato e pre-riscaldato, viene alimentato in un forno che lo porta fino ad una temperatura di 350 °C circa. La carica, parzialmente vaporizzata, viene immessa nella zona di flash della colonna (sul fondo) dove vaporizza ulteriormente in virtù di una riduzione di pressione (si passa da 5 bar a 2 bar). Tutti i prodotti che hanno una temperatura di ebollizione inferiore sono vaporizzati e risalgono verso l'alto mentre i prodotti più pesanti (residuo atmosferico) escono dal fondo. La corrente gassosa, man mano che sale in colonna, viene in contatto con il liquido che scende dai piatti di ditillazione superiori. In questo modo condensano prima i prodotti con la temperatura di ebollizione più alta. Da alcuni piatti di distillazione sono prelevati i prodotti che poi vengono inviati alle lavorazioni successive. La corrente liquida che scende è costituita dai pump around e dal riflusso (portata di liquido) immesso in testa alla colonna.

7. La distillazione vacuum Il residuo topping contiene ancora altri composti che possono essere utilizzati, ma la loro temperatura di ebollizione a pressione atmosferica è così elevata che subirebbero una rottura se fossero vaporizzati a pressione atmosferica (cracking termico). Per ovviare a questo inconveniente si distilla il residuo topping ad una pressione notevolmente inferiore (40 mmHg circa). Il residuo Topping viene riscaldato in un forno nuovamente fino a 380 °C ed immesso nel fondo della colonna vacuum.I prodotti ottenuti dipendono dal tipo di grezzo utilizzato e sono, nel caso di grezzi paraffinici per lubrificanti: • Gasolio da vuoto (VGO)3 frazioni lubrificanti leggere e medie • Residuo da vuoto (asfalteni + frazione lubrificante pesante) Nel caso di grezzi per la produzione di combustibili: • Gasolio leggero da vuoto (LVGO) • Gasolio pesante da vuoto (HVGO) • Residuo vacuum (asfalteni)

8. I gasoli da vuoto possono essere utilizzati per alimentare le navi oppure per produrre benzine e gasoli per autotrazione tramite dei processi di cracking termico o catalitico.I prodotti della distillazione vengono di solito inviati ai trattamenti di desolforazione, in cui si inietta H2 che viene poi separato in forma di H2S e in seguito ridotto, a zolfo elementare. Dalla distillazione sotto vuoto si ottengono quindi i prodotti pesanti, quali gasolio e olio combustibile.Questi prodotti non sono subito utilizzabili commercialmente, perché spesso non rispettano tutte le specifiche come il numero di ottano o il contenuto di zolfo. Inoltre è improbabile che le quantità prodotte rispettino le proporzioni delle quantità vendute. Si sono quindi sviluppate nel tempo delle tecniche di processo mediante le quali le molecole di idrocarburi pesanti vengono spezzate in molecole più leggere (Craking). • Greggi molto leggeri possono dare un eccesso di benzine a scapito dei gasoli. Sono stati allora sviluppati dei processi di reforming.

9. Attraverso tutti questi trattamenti di ottengono, nelle quantità desiderate, tutti i prodotti che il mercato richiede. Tra questi, si distinguono le frazioni pesanti (C-20 e oltre), che hanno poco interesse commerciale e che vengono spesso usate in raffineria per produzione di energia in speciali caldaie, e soprattutto la virgin naphta, già citata, che è la principale materia prima per l'industria petrolchimica, e quindi per la produzione di materie plastiche, gomme sintetiche e di un'infinità di materiali diversi.

10. La torre di frazionamento La torre di frazionamento è composta da una torre cilindrica in acciaio alta circa 30 m e larga 3,50 m. All’interno della torre ad intervalli regolari si trovano dei piatti orizzontali forati, muniti di appositi passaggi, alcuni dei quali sormontati da coperchi detti campane di gorgogliamento. La temperatura della torre è elevata alla base e va diminuendo con l’altezza. Il petrolio che entra alla base della torre è preriscaldato in un forno fino a 360°C.

11. I componenti che hanno punto di ebollizione inferiore a quella temperatura, salgono la torre sotto forma di vapore. Incontrando i piatti e le campane di gorgogliamento che sono al di sotto della temperatura di ebollizione, condensano e si depositano sul piatto allo stato liquido. Apposite tubazioni possono raccogliere queste frazioni liquide e allontanarle dalla torre. Le frazioni ad elevato punto di ebollizione che non evaporano entrando nella torre, si spostano alla base e, data l’elevata temperatura, passano allo stato aeriforme e, condensando, si raccolgono sui piatti inferiori

12. La raffineria e l'ambiente • Una raffineria di petrolio è certamente un impianto industriale con forte impatto ambientale, • sia per l'area che essa normalmente occupa, misurabile in ettari, • sia per la grande componente energetica (quasi tutti i processi di raffinazione sono di tipo termico) • sia per l'effetto sull'ambiente. • In tempi recenti le tecnologie di raffinazione hanno ridotto di molto gli scarichi liquidi e gassosi; oggi è possibile vivere vicino ad una raffineria senza seri problemi sanitari. Tuttavia, le emissioni, pur ridotte, non sono annullate, e le grandi dimensioni di questi impianti fanno si che queste emissioni, piccole se considerate relativamente, siano comunque importanti in termini assoluti.

13. D'altra parte, le raffinerie sono un tassello essenziale nella filosofia di vita attuale. Se è quindi giusto operare per un sempre minore impatto ambientale della raffineria, si deve pur sempre tenere conto che nessun processo, fisico o chimico, può mai lasciare inalterato l'ambiente che lo circonda. Nel periodo tra il 2004 e il 2006, si è avuto un netto aumento degli investimenti sia in nuovi impianti che nel miglioramento di quelli esistenti. L'elevato costo del greggio, consente alle imprese di raffinazione di compiere ingenti investimenti realizzando così economie di processo e di scala (una raffineria completa, nel 2006, aveva un costo dell'ordine di 1 - 2 miliardi di Euro).