TORRE DI FRAZIONAMENTO DEL PETROLIO, COME FUNZIONA E COME CONTROLLARLA CON GLI ENDOSCOPI

La torre di frazionamento rappresenta l’elemento centrale all’interno del processo di raffinazione del petrolio. La sua funzione è quella di separare il petrolio greggio nelle altre componenti che verranno utilizzate nei vari processi di combustione legati alla motorizzazione ed alle attività industriali (tra questi c’è ovviamente anche la benzina!).

Nelle prossime righe andremo ad osservare com’è fatta una torre di distillazione del petrolio e tutti quelle lavorazioni che ci permettono di avere quotidianamente benzina e gasolio nelle stazioni di rifornimento. Dopodiché, osserveremo il ruolo che svolgono gli endoscopi industriali nel monitoraggio e nelle ispezioni delle raffinerie.

Che cos’è una torre di frazionamento?

Partiamo osservando la struttura della torre di frazionamento. Si presenta come una grande colonna cilindrica in acciaio, con altezze variabili che vanno dai 25 ai 70 metri. L’interno è suddiviso in livelli separati da piatti orizzontali collocati a intervalli regolari. In ognuno di questi piani avviene una fase del processo di distillazione del petrolio.

Nella pratica, i piatti consentono ai vapori generati dal riscaldamento del greggio di raffreddarsi gradualmente e condensare a diverse altezze. Ogni sezione della colonna corrisponde infatti a una temperatura differente: la base è la zona più calda, mentre la parte superiore è la più fredda.

Di conseguenza, possiamo definire la torre di frazionamento del petrolio come un sistema di separazione progressiva. Le componenti più leggere, con punto di ebollizione più basso, tendono a salire verso la sommità. Le frazioni più pesanti, invece, condensano nei livelli inferiori oppure restano sul fondo.

Come si separa il petrolio greggio?

Il petrolio greggio è una miscela complessa di idrocarburi, soprattutto alcani, con caratteristiche fisiche e chimiche diverse. Nella sua composizione troviamo però anche:

• sabbie;
• acqua salata;
• zolfo;
• composti azotati; 
• composti ossigenati;
• fanghi.

Tutte queste sostanze, che potremmo definire impurità, se non rimosse potrebbero andare a compromettere i processi industriale e i prodotti ottenuti. Proviamo ad immaginare di fare il pieno alla macchina con una benzina non depurata da questi componenti: il nostro motore potrebbe deteriorarsi in brevissimo tempo!

Quindi, come avviene il processo di “purificazione” del petrolio greggio? La risposta è “distillazione”.

Come avviene il processo di distillazione del petrolio?

La distillazione frazionata si basa su un principio semplice: ogni idrocarburo evapora e condensa a una temperatura propria. Le sostanze più volatili richiedono ovviamente una temperatura minore per raggiungere lo stato di evaporazione, mentre quelle più pesanti necessitano un riscaldamento più aggressivo. 

Il punto di evaporazione degli idrocarburi dipende anche dal numero di atomi di carbonio presenti. Le molecole più piccole hanno punti di ebollizione più basse e si raccolgono nella parte alta della torre di frazionamento. Al contrario, quelli con molecole più grandi hanno temperature di condensazione superiori e si separano nelle zone inferiori.

Il processo di distillazione si fonda su due principi fisici fondamentali: l’evaporazione appena citata e la condensazione. Osserviamo nella pratica come il greggio si trasforma in benzina ed altri componenti nella torre di frazionamento del petrolio.

Come funziona una torre di frazionamento?

Il funzionamento della torre può essere riassunto in alcune fasi principali. Prima di tutto, il petrolio greggio viene preparato attraverso operazioni di filtrazione e depurazione. Questa fase serve a rimuovere tutte quelle impurità che abbiamo sottolineato nei paragrafi precedenti. 

Successivamente, il greggio viene riscaldato in un forno intorno ai 350-360 °C, valore sufficiente a vaporizzare una parte significativa della miscela. Il petrolio caldo viene quindi introdotto nella zona inferiore della colonna.

Da qui, le componenti vaporizzate iniziano a risalire. Durante il percorso verso l’alto attraversano i piatti interni e incontrano temperature progressivamente più basse. Quando una determinata frazione raggiunge il livello in cui la temperatura è adatta alla sua condensazione, passa dallo stato di vapore allo stato liquido.

Il liquido si deposita sul piatto corrispondente e viene prelevato attraverso condotti dedicati. Le sostanze più leggere arrivano fino alla parte alta della torre, mentre quelle più pesanti condensano prima o rimangono nella zona inferiore. Sul fondo si raccolgono i residui più complessi e meno volatili.

Cosa si ottiene dalla distillazione del petrolio?

Nella torre di distillazione del petrolio si ottengono diverse “frazioni”, ovvero tutta una serie di derivati. Ma quali sono?

Nella parte superiore della torre, a temperature indicative comprese tra circa 20-35 °C e 60 °C, si raccolgono gas e idrocarburi a basso numero di atomi di carbonio, come metano, etano, propano e butano. Questi possono essere destinati a successive lavorazioni, anche per la produzione di GPL.

Scendendo lungo la colonna, tra circa 120-150 °C e 200 °C, si condensa la benzina, attualmente insieme al gasolio, al centro del dibattito internazionale per i mancati rifornimenti legati alla situazione dello stretto di Hormuz.

Nella zona centrale, tra circa 200 °C e 260 °C, si separano kerosene e nafta. Il primo viene impiegato come combustibile per aerei a reazione e, in alcuni casi, per impianti di riscaldamento. La nafta può essere usata come combustibile oppure come materia prima per ulteriori produzioni.

A livelli inferiori, tra circa 260 °C e 350 °C, condensa il gasolio, destinato ai motori diesel e al riscaldamento domestico.

Nella zona medio-bassa, intorno a 350-370 °C e oltre, si raccolgono oli combustibili, oli pesanti e altre frazioni ad alto punto di ebollizione. Questi prodotti possono essere impiegati come combustibili in ambito industriale o inviati a ulteriori lavorazioni.

Alla base della torre, dove si concentrano le temperature più alte, restano i residui più pesanti: 

• oli lubrificanti;
• paraffine;
• peci;
• asfalti;
• bitumi. 

Cosa succede dopo la distillazione?

Il processo di raffinazione del petrolio non si conclude con la raffinazione. Le frazioni ottenute non sono sempre pronte per l’utilizzo finale e devono spesso subire ulteriori operazioni per eliminare impurità, migliorare la qualità o modificare alcune caratteristiche fisico-chimiche.

Ad esempio, il residuo della prima distillazione, chiamato topping, può essere sottoposto a una seconda distillazione. Da questa lavorazione si possono ottenere ulteriori quantità di keroseni, gasoli e oli lubrificanti. Dal residuo più pesante derivano invece bitumi, utilizzati soprattutto nella produzione di asfalto per la copertura delle strade.

Al tempo stesso, altri processi di raffineria, come desolforazione, cracking e reforming, permettono di trattare le sostanze ottenute e renderle più adatte agli impieghi previsti. La torre di frazionamento, quindi, non produce da sola tutti i prodotti finiti, ma crea le basi per le successive trasformazioni.

Gli endoscopi per il controllo delle torri di raffinazione del petrolio

La distillazione del petrolio avviene in ambienti indubbiamente pericolosi per la salute dei lavoratori. Gli endoscopi industriali risultano ottimi alleati per l’ispezione e la manutenzione della torre di rifrazione. Infatti, da un lato permettono di effettuare i controlli senza smontaggio e dall’altro evitano agli operatori di entrare in zone anguste ed ad alto rischio.

Ma per cosa possono essere utilizzate le sonde endoscopiche?

• Piatti della colonna: verifica di deformazioni, rotture, danni alle valvole e accumuli di materiale. 
• Controllo dei depositi: le sonde monitorano la formazione di eventuali intasamenti e la distribuzione anomala dei depositi che potrebbero determinare una perdita di efficienza del piano.
• Pareti interne della torre: attraverso le sonde si possono rilevare i primi segnali di pitting, abrasioni e segni di attacchi chimici.
• Saldature e giunzioni interne: in questo caso gli endoscopi rivelano deformazioni nei cordoni, distacchi e segni di stress meccanico.
• Supporti di piatti: questi componenti sono sostenuti da staffe e griglie. Le sonde verificano lo stato dei bulloni, i fissaggi ed i punti di ancoraggio.

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