progetto Nigeria 2023, unità di distillazione atmosferica e sotto vuoto per 100 TPD di petrolio greggio.

Unità di distillazione atmosferica e sotto vuoto del petrolio greggio: dettagli tecnici e vantaggi competitivi

L'Unità di distillazione atmosferica e sotto vuoto (AVDU) rappresenta il primo passo fondamentale nel processo di raffinazione del petrolio greggio. Spesso definita il "cuore della raffineria", la sua funzione principale è separare la complessa miscela di idrocarburi presente nel petrolio greggio in frazioni distinte o "tagli" in base ai loro punti di ebollizione. Questa separazione iniziale fornisce i blocchi fondamentali per tutti i successivi processi delle unità a valle.

Questo articolo esamina le complessità tecniche e i significativi vantaggi di questa fondamentale infrastruttura della raffineria.

Parte 1: Dettagli tecnici

Il processo è logicamente suddiviso in due fasi: distillazione atmosferica e distillazione sotto vuoto.

1.1 Pretrattamento: disalazione

Prima di entrare nelle colonne di distillazione, il petrolio greggio deve essere disalato. Il greggio contiene normalmente acqua, sali inorganici (principalmente cloruri di sodio, calcio e magnesio) e sedimenti.

Processo: Il greggio viene riscaldato e mescolato con acqua dolce per sciogliere i sali. La miscela viene successivamente inviata in un desalatore, dove viene applicato un campo elettrostatico ad alta tensione. Questo campo favorisce la coalescenza delle piccole gocce d'acqua in gocce più grandi, che si depositano sul fondo e vengono scaricate.

Scopo: La rimozione dei sali è fondamentale per prevenire incrostazioni, corrosione e avvelenamento dei catalizzatori nelle unità a valle. I sali possono formare acido cloridrico (HCl) durante il riscaldamento, causando gravi problemi di corrosione nei sistemi di testa delle colonne di distillazione.

1.2 Unità di Distillazione Atmosferica (ADU)

Il greggio desalato viene ulteriormente riscaldato fino a circa 350°C - 380°C mediante una serie di scambiatori di calore (batteria di preriscaldamento) e un forno a fiamma diretta (detto riscaldatore o forno del pipestill).

Il greggio caldo e parzialmente vaporizzato viene quindi immesso nella Colonna di Distillazione Atmosferica. Si tratta di un grande recipiente cilindrico che opera a una pressione leggermente superiore a quella atmosferica, per evitare l'ingresso dell'aria.

Struttura interna: La colonna è dotata di più ripiani orizzontali o di riempimento per facilitare il trasferimento di massa e calore tra il vapore ascendente e il liquido discendente.

Frazionamento: Salendo, il vapore si raffredda. I componenti con punto di ebollizione più alto condensano sui ripiani inferiori, mentre i componenti più leggeri continuano a salire. Dei prelievi laterali vengono effettuati a diverse altezze per raccogliere frazioni specifiche:

Leggeri: Gas (C1-C4) e nafta leggera escono dalla sommità della colonna.

Nafta pesante: Prelevata vicino alla sommità, è un precursore della benzina.

Cherosene / Jet Fuel: Prelevata più in basso, è una frazione con punto di ebollizione intermedio.

Gasolio / Diesel: Prelevata ancora più in basso.

Ref lusso: Una parte del liquido condensato viene pompata nuovamente nella sommità della colonna come riflusso. Questo processo è fondamentale per controllare la temperatura della colonna e migliorare l'efficienza di separazione dei prodotti in testa.

Prodotto di fondo: Il residuo proveniente dal fondo della colonna atmosferica, chiamato Olio Residuo Atmosferico o "long residue", è troppo pesante per essere vaporizzato a pressione atmosferica senza subire cracking (decomposizione termica). Questo residuo viene alimentato all'Unità di Distillazione sotto Vuoto.

1.3 Unità di Distillazione sotto Vuoto (VDU)

Per vaporizzare molecole più pesanti dal residuo atmosferico senza provocare il loro cracking, la pressione viene drasticamente ridotta.

Processo: Il residuo atmosferico viene riscaldato in un forno sotto vuoto fino a circa 380°C - 420°C e alimentato nella Colonna di Distillazione sotto Vuoto. Questa colonna opera sotto un alto vuoto (pressione assoluta di 10 a 40 mmHg), che riduce significativamente i punti di ebollizione degli idrocarburi.

Creazione del Vuoto: Il vuoto viene principalmente mantenuto da una serie di ejector a vapore (spesso seguiti da pompe per vuoto a anello liquido). Gli ejector a vapore utilizzano l'effetto Venturi per aspirare i gas (aria e idrocarburi leggeri) dal sommo della colonna.

Struttura interna: Per ridurre al minimo la caduta di pressione nella colonna, viene utilizzato un impacchettamento strutturato a bassa perdita di carico al posto dei piatti. Il diametro della colonna è inoltre maggiore rispetto a quello della colonna atmosferica.

Frazionamento: La colonna separa il residuo in:

Oli Vacuo (VGO): Vengono prelevati come correnti laterali; sono alimentazioni chiave per unità di cracking catalitico fluido (FCC) e di idrocracking.

Residuo Vacuo / "Residuo Breve": Prodotto di fondo, che viene spesso utilizzato per la produzione di bitume, il blending di oli combustibili o come alimentazione per un'unità di cokerizzazione.

Parte 2: Vantaggi Tecnici

La progettazione e l'esercizio di un AVDU moderno offrono diversi vantaggi fondamentali:

1. Elevata integrazione e efficienza energetica

Le moderne unità di distillazione atmosferica (AVDU) sono un esempio eccellente di integrazione termica. Un'estesa rete di scambiatori di calore (il cosiddetto "pre-heat train") utilizza i flussi caldi del prodotto per preriscaldare il greggio freddo in ingresso. Questo riduce drasticamente il consumo di combustibile nei forni, abbassando i costi operativi e l'impronta di carbonio della raffineria. L'utilizzo di scambiatori di linea (TLEs) subito dopo il forno permette inoltre di recuperare ulteriore calore ad alto livello.

2. Flessibilità operativa

Un'AVDU ben progettata può processare una vasta gamma di tipi di greggio (dai greggi leggeri e dolci a quelli pesanti e acidi). Gli operatori possono regolare parametri chiave — come la temperatura di uscita del forno, i rapporti di riflusso e le portate di prelievo — al fine di ottimizzare la resa dei prodotti più preziosi (ad esempio massimizzare la produzione di gasolio rispetto al combustibile) in base alla domanda di mercato e al tipo di greggio in ingresso.

3. Base per i processi a valle

L'AVDU fornisce alimentazioni purificate e distinte per le unità specializzate a valle:

Nafta destinata ai reformer catalitici per produrre benzina ad alto numero di ottano.

Gasolio da idrotreaters per la rimozione dello zolfo.

VGO verso FCC o idrocracker per rompere le molecole pesanti in benzina e gasolio.

Questa iniziale separazione pulita è essenziale per l'efficienza e la durata di questi complessi impianti secondari.

4. Controllo Avanzato del Processo (APC)

Gli impianti moderni sono dotati di sofisticati sistemi di controllo distribuiti (DCS) e algoritmi di controllo avanzato del processo. L'APC consente di:

Controllo qualità più preciso: Mantenere costantemente le specifiche del prodotto (ad esempio, punto di infiammabilità, intervallo di ebollizione).

Massimizzazione della capacità produttiva: Spingere in sicurezza i limiti idraulici della colonna per massimizzare la lavorazione del greggio.

Ottimizzazione del consumo energetico: Regolare dinamicamente le operazioni per ridurre al minimo i costi energetici.

5. Maggior resa e valore dei prodotti

L'unità a vuoto, in particolare, aggiunge un valore significativo. Utilizzando la distillazione sotto vuoto invece di quella atmosferica, una raffineria può convertire il fuel oil residuo di basso valore in VGO (olio greggio vuoto) di alto valore, che viene poi trasformato in carburanti per i trasporti (benzina, gasolio, cherosene). Questo aumenta notevolmente la resa complessiva di prodotti pregiati per ogni barile di greggio.

6. Affidabilità e lunga durata delle campagne

Sebbene soggetta a corrosione e incrostazioni, l'AVDU è una tecnologia solida e collaudata. Con una corretta scelta dei materiali (ad esempio, vassoi rivestiti per resistenza alla corrosione), un efficace trattamento chimico (ad esempio, agenti antincrostanti, inibitori di corrosione) e una manutenzione accurata, queste unità possono funzionare ininterrottamente per 3-5 anni tra un fermo programmato e l'altro (interventi di manutenzione straordinaria), garantendo un'elevata disponibilità della raffineria.

Conclusione

L'unità di distillazione atmosferica e a vuoto è un capolavoro dell'ingegneria chimica che unisce principi fisici fondamentali a tecnologie altamente avanzate. I suoi vantaggi tecnici, che vanno dall'eccezionale efficienza energetica e flessibilità operativa alla fornitura della base essenziale per l'intera raffineria moderna, ne consolidano il ruolo insostituibile nella conversione del greggio in prodotti vitali che alimentano l'economia globale. Miglioramenti continui nei materiali, nel controllo dei processi e nell'integrazione termica garantiscono che rimanga un punto di riferimento per efficienza e affidabilità.