Distillazione Atmosferica e Sotto Vuoto: Separazione e Frazionamento degli Idrocarburi

Cos'è una Torre di Distillazione?

Il petrolio greggio (o grezzo) è una miscela complessa di idrocarburi, ma i prodotti petroliferi finiti si ottengono dopo specifici processi chimici e fisici. Un metodo chiave per la distillazione del petrolio greggio è la distillazione frazionata. Attraverso questo metodo si ottengono frazioni pure di distillati, che vengono poi utilizzate nelle raffinerie.

Le raffinerie sono enormi complessi in cui il greggio è sottoposto a un processo di separazione fisica. Questo processo avviene in una serie di torri di distillazione industriali, che possono contenere fino a circa 100 piatti (o vassoi). All'interno di queste torri sono presenti diversi composti da cui si possono ottenere circa 2.000 prodotti derivati.

Le Raffinerie

Le raffinerie sono composte da alte torri. Queste torri, che spesso lavorano a pressione atmosferica, sono dotate di molti comparti interni (piatti o vassoi). Ogni piatto opera a temperature diverse e, di conseguenza, svolge una funzione specifica nel processo di separazione.

Funzionamento della Torre di Distillazione Atmosferica

Il petrolio greggio viene inizialmente fatto passare attraverso un forno dove viene riscaldato (fino a circa 400 °C). A questa temperatura, si trasforma parzialmente in vapore e viene poi immesso nelle alte torri. Una volta nella torre, i vapori entrano dal basso e salgono attraverso i piatti (vassoi).

Man mano che i vapori salgono, si raffreddano progressivamente, perdendo calore e condensandosi automaticamente nei rispettivi piatti. Dopo la condensazione sui piatti, ogni sostanza trova il suo luogo specifico. La parte residua dell'olio che non è evaporata (il cosiddetto "greggio ridotto") rimane alla base della colonna.

Cos'è una Torre di Distillazione Sotto Vuoto?

Le torri di distillazione sotto vuoto sono progettate per operare in condizioni termodinamiche adeguate per la distillazione delle frazioni più pesanti del greggio, evitando la loro decomposizione termica. Per raggiungere queste basse pressioni operative (fino a pressioni assolute di 20 mm Hg nella zona di distillazione), il vuoto viene creato utilizzando eiettori a vapore.

La distillazione sotto vuoto è l'operazione complementare alla distillazione atmosferica, trattando il residuo (greggio ridotto) che non è vaporizzato ed esce dal fondo della colonna atmosferica. Vaporizzare l'intero volume di olio a pressione atmosferica richiederebbe di innalzare la temperatura al di sopra della soglia di decomposizione chimica degli idrocarburi, un fenomeno indesiderabile in questa fase della raffinazione.

Cos'è la Distillazione Atmosferica (Torre di Pressione)?

Nella torre di distillazione atmosferica, il greggio desalinizzato viene preriscaldato utilizzando il calore recuperato dal processo. Dopo il riscaldamento, il carico di petrolio viene immesso nella colonna di distillazione verticale, appena sopra il fondo, a pressioni leggermente superiori a quella atmosferica e a temperature comprese tra 343 °C e 371 °C. Queste condizioni sono mantenute per evitare il cracking termico che si verificherebbe a temperature più elevate.

Le frazioni più leggere (a basso punto di ebollizione) si raccolgono in cima alla torre, da dove vengono continuamente estratte e inviate ad altre unità per l'ulteriore lavorazione, miscelazione e distribuzione.

Distillazione a Pressione Ridotta (Sotto Vuoto)

La distillazione è un processo fondamentale per separare i liquidi attraverso l'ebollizione. Dopo la distillazione frazionata (o topping), si ottengono diverse frazioni che devono essere ulteriormente distillate per l'uso finale.

Il problema sorge quando si tenta di distillare le frazioni più pesanti: il loro punto di ebollizione è molto alto e, se riscaldate a pressione atmosferica, il liquido brucerebbe o gran parte del materiale andrebbe perso per decomposizione termica. La temperatura di decomposizione del materiale è inferiore al suo punto di ebollizione atmosferico. Ad esempio, a circa 350 °C, le catene di carbonio iniziano a decomporsi. Questa temperatura non è sufficiente a distillare completamente il materiale pesante. Per ovviare a questo, è stata sviluppata la Distillazione a Pressione Ridotta.

La Distillazione a Pressione Ridotta consiste nel diminuire drasticamente la pressione a cui è sottoposto il liquido da distillare (la pressione normale è di 760 mm Hg; la pressione applicata è di circa 40 mm Hg). In questo modo, anche il punto di ebollizione diminuisce, permettendo di distillare il materiale senza che si decomponga o si perda per evaporazione.

Cos'è lo Stripping (Torri di Strippaggio)?

Sono piccole torri la cui funzione principale è rimuovere i componenti a basso peso molecolare (volatili) dai prodotti combustibili estratti lateralmente nelle torri di frazionamento.

Il principio fisico alla base del loro funzionamento è la diminuzione della pressione parziale dei componenti volatili, ottenuta tramite l'iniezione di un fluido (solitamente vapore) nel sistema. Queste unità sono cruciali per impostare il punto di infiammabilità (flash point) dei combustibili.

I fluidi comunemente utilizzati sono vapore o gas secco.