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Descrizione del processo di raffinazione


Descrizione del processo di raffinazione
In una descrizione approssimativa del processo di raffinazione, possiamo tracciare delle linee guida generali che identificano alcuni delle caratteristiche fondamentali del processo, comuni a tutte le raffinerie. Ovviamente, il processo e' poi completato da numerose altre funzioni, oggetto di trattazioni separate.
 Innanzi tutto il greggio entrante deve essere filtrato e depurato da quei componenti che possono impedire o disturbare i processi successivi; nel greggio sono presenti sabbie, sale, fanghi vari che vengono separati prima dei trattamenti veri e propri.
 
Il greggio e' una miscela di idrocarburi, soprattutto alcani,  e per dar luogo a prodotti commercializzabili o sfruttabili per altri processi,deve essere separato nei suoi componenti.
Questo si fa mediante una distillazione nel corso della quale vengono appunto raccolte separatamente le varie fasi, dal top (frazioni leggere, sostanzialmente le frazioni da C1 a C5, ossia idrocarburi con un numero di atomi di carbonio tra 1 e 5) attraverso i vari piatti estraendo benzine (C6 - C9), kerosene (C10 - C12), gasolio (C13 - C14), olio combustibile, (C15 - C20) e infine i bottoms, che sono idrocarburi pesanti quali peci, asfalti, paraffine solide.

Questa fase di distillazione e' in realta' quasi sempre divisa in due fasi: una distillazione atmosferica in cui si separano in modo relativamente grossolano idrocarburi leggeri dai pesanti, separando la nafta (che, attenzione, e' diversa da quella che viene cosi' denominata nel parlare comune: la prima e' una frazione leggera, mentre la seconda e' piu' correttamente definita olio combustibile) dal residuo atmosferico, piu' pesante, che passa alla distillazione sotto vuoto da cui vengono definitivamente separati l'olio combustibile e altre frazioni pesanti dalle frazioni leggere.
I prodotti della distillazione sotto vuoto vengono di solito inviati ai trattamenti di desolforazione, in cui si inietta H2 che viene poi separato in forma di H2S (acido solfidrico) e in seguito ridotto, nei classici impianti Claus (vedi schema sotto), a zolfo elementare.

Dalla distillazione sotto vuoto si ottengono quindi i prodotti pesanti, quali gasolio e olio combustibile.
Dalla distillazione atmosferica, come top si ottiene la nafta, all'inglese virgin naphta, approssimativamente un C10, da cui vengono subito separate le frazioni leggete, fino a C4 - C5 e le benzine.

Questi prodotti sono di per se gia' utilizzabili commercialmente, ma e' improbabile che le quantita' prodotte rispettino le proporzioni delle quantita' vendute. Si sono quindi sviluppate nel tempo delle tecniche di processo mediante le quali le molecole di idrocarburi pesanti vengono spezzate in molecole piu' leggere - ad esempio mediante una reazione del tipo C13H28 + H2 -----> C7H16 + C6H14
Questi processi sono detto processi di cracking (letteralmente: spezzettatura) e consentono, nel caso indicato, di ottenere una molecola di eptano ed una di esano (cioe' due di benzina leggera) partendo da una molecola di C13, ossia gasolio.
Si pone evidentemente anche il problema inverso : greggi molto leggeri possono dare un eccesso di benzine a scapito dei gasoli. Sono stati allora sviluppati dei processi di reforming (letteralmente: riformatura), inversi di quelli di cracking.

Attraverso tutti questi trattamenti di ottengono, nelle quantita' desiderate, tutti i prodotti che il mercato richiede. Tra questi, si distinguono le frazioni pesanti (C20 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, gia' citata, che e' la principale materia prima per l'industria petrolchimica, e quindi per la produzione di materie plastiche, gomme sintetiche e di un'infinita' di materiali diversi.

Punto centrale dei processi di raffinazione e cracking sono le colonne di distillazione a piatti.

L'animazione illustra il principio di funzionamento di una colonna di distillazione a piatti.

La miscela liquida da distillare (A + B), il cui comportamento e' supposto quasi ideale, viene riscaldata alla temperatura di ebollizione, ed il vapore sale passando attraverso dei piatti orizzontali muniti di fori a valvola (in modo da permettere solo l'ingresso) alcuni dei quali sormontati da coperchi detti campane di gorgogliamento.
La temperatura del vapore va diminuendo dal basso verso l'alto, ed e' regolata in modo da raggiungere (all'altezza dell'ultimo piatto) un valore prossimo alla temperatura di condensazione del componente piu' volatile.
Lungo il percorso, una parte del vapore condensa raccogliendosi nei piatti e quando in un piatto il livello del liquido raggiunge l'altezza dello sfioratore, il liquido trabocca nel piatto sottostante e cosi' via.

 

Nel corso del processo, quindi, si ha una corrente di vapore che sale, riscaldando i successivi strati di liquido contenuti nei piatti cha attraversa; in questo modo, il vapore si arricchisce del componente piu' volatile, A. Contemporaneamente, si ha un flusso di liquido che scende e diventa sempre piu' ricco del componente meno volatile, B.
 

Si puo' dimostrare, ma e' intuitivo, che tanto piu' vicini sono i valori delle temperature di ebollizione di A e B, tanto maggiore dovra' essere il numero di piatti e la durata dell'operazione. Le tipiche colonne consentono di separare industrialmente miscele di due liquidi le cui temperature di ebollizione differiscono di 2 gr. C.
 
 
Colonne di distillazione piu' complesse di quella illustrata, consentono di separare, con funzionamento continuo, anche miscele costituite da piu' componenti.
Sono infatti comuni, per l'industria petrolifera, colonne alte circa 60 m con diametro 12 m, che operano in pressione.
 

Colonne di distillazione a piatti con impaccamento
 
 
 
 

Una colonna a piatti che presenta problemi di flusso puo' essere sbloccata rimpiazzando una sezione di piatti con l'impaccamento.
  • Questo in quanto:
  • - l'impaccamento (packings) produce un'area interfacciale supplementare per il contatto liquido-vapore;
  • - l'efficienza della separazione e' aumentata a parita' di altezza della colonna;
  • - le colonne impaccate sono piu' corte di quelle a piatti.
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  • Le colonne impaccate sono chiamate colonne a contatto continuo, mentre le colonne a piatti sono chiamate colonne a contatto simulato (staged-contact) a causa del modo in cui vapore e liquido sono in contatto.
Ulteriori informazioni sono disponibili su http://www.eniscuola.net