Análisis de gases de refinería: composición, procesos y seguridad

Actualizado: octubre de 2026

El análisis de gases de refinería comienza por decidir si se necesita identificar la composición de una corriente, monitorear un componente del proceso o detectar un peligro ambiental. Primero, ajuste la magnitud medida y el sistema de muestreo a esa necesidad; después, compare los instrumentos.

El análisis de gases de refinería ayuda a tomar distintas decisiones operativas. Un cabezal de combustible puede abastecer varios calentadores y recibir gas de diferentes unidades de proceso, cuya operación cambia. El laboratorio necesita conocer la composición, operaciones requiere información de control oportuna y el equipo de seguridad necesita detectar los peligros adecuados. Comprar un solo instrumento para atender las tres solicitudes puede dejar alguna medición sin cubrir. Un buen punto de partida es enumerar las decisiones y las magnitudes que necesita cada una.

Composición del gas de refinería: defina la corriente que medirá

Defina una corriente de refinería por su origen, los componentes previstos y el rango de operación. El gas de refinería no tiene una composición fija. Una solicitud de análisis de composición debe especificar los gases permanentes, los hidrocarburos individuales, las fracciones agrupadas de componentes pesados, los requisitos de medición de azufre y la base de presentación de informes que necesita cada aplicación.

Entre las fuentes habituales están los cabezales de combustible, los sistemas de recirculación, el gas de desulfuración y el gas residual de procesos asociados con la conversión de petróleo crudo. El hidrógeno, el metano, el etano, el etileno, el propano y el propileno pueden ser relevantes para distintos análisis. Incluya nitrógeno, dióxido de carbono y monóxido de carbono si la pregunta sobre el proceso lo requiere. La especificación del gas natural para gasoductos no debe aplicarse automáticamente a todas las corrientes de gases derivados del petróleo.

ASTM D7833-20 abarca el análisis cromatográfico de gases no condensados e hidrocarburos ligeros. Agrupa los hidrocarburos más pesados que el benceno como C7+ e indica que una vaporización adecuada es necesaria para analizar correctamente los componentes más pesados. Los resultados de especies moleculares agrupadas e individuales responden preguntas diferentes.

Entre las características enumeradas en la especificación, una línea se dedica a la especificación del azufre. La medición de sulfuro de hidrógeno es diferente de la identificación de especies de azufre o de la medición de azufre total. ASTM D5504-20 trata las especies volátiles de azufre, incluidas las aplicaciones al gas combustible de refinería, mediante cromatografía de gases y quimioluminiscencia. Las especies medidas son las que eluyen con las condiciones cromatográficas elegidas. Esta diferencia importa cuando se protege un catalizador de un contaminante específico.

Relacione las mediciones de gases de refinería con las necesidades del proceso

El proyecto se organiza en torno a tres necesidades de medición: composición, una magnitud específica del proceso o de emisiones, y protección ambiental. El Mapa de medición de refinería en 3 necesidades muestra el resultado útil para cada una. El nombre de la unidad de refinería, por sí solo, no basta para determinar el detector adecuado ni para definir el alcance analítico completo del proyecto.

El mapa contempla aplicaciones de análisis de gases de refinería sin convertir cada necesidad en un proyecto de cromatografía. El objetivo operativo podría ser optimizar una mezcla de combustible, seguir un componente después del tratamiento o detectar una liberación no deseada a la atmósfera. Cada objetivo requiere distintas ubicaciones de medición y criterios de respuesta.

El gas de chimenea y el gas residual también requieren alcances de medición distintos: un requisito de emisiones de chimenea no equivale automáticamente a un requisito de composición del proceso. Para un proyecto relacionado con la producción de propileno, la especificación útil define la corriente medida y el resultado requerido, en lugar de basarse en el nombre de la unidad de producción.

Estas normas definen métodos para medir el poder calorífico y los requisitos relacionados con las antorchas contempladas en 40 CFR 63.670. La opción de medición continua de la composición mide los componentes al menos una vez cada 15 minutos. Una lectura de hidrocarburos totales por sí sola no cumple el requisito. El monitoreo aplicable también incluye requisitos de calibración y validez de los datos en la sección 63.671.

Estas normas no exigen cromatografía de gases para todos los métodos de análisis de composición. La sección 63.671(f) establece los requisitos para procesos continuos de espectrometría de masas sin cromatografía. La selección del método debe respetar las disposiciones aplicables sobre calibración, respuesta de componentes y calidad de los datos.

Cromatografía de gases, hidrocarburos totales y detección de gases

Use cromatografía de gases cuando la decisión requiera separar componentes según el método utilizado. Recurra a la medición de hidrocarburos totales cuando la pregunta se refiera a esa magnitud. Elija la detección ambiental de gases para el peligro evaluado. Cada método mide una magnitud diferente; que tengan un gas en común no significa que sus resultados sean equivalentes.

¿Cómo se realiza el análisis de gases de refinería?

El análisis de gases de refinería se realiza recolectando una muestra representativa o extrayéndola de forma continua, y aplicando un método adecuado para los componentes requeridos. Un cromatógrafo de gases separa los compuestos. Los analizadores específicos miden los componentes requeridos, mientras que otros informan una respuesta agregada.

La configuración de los detectores es importante. Un TCD y un FID funcionan de manera diferente. Para analizar hidrógeno y otros gases permanentes se necesitan rutas adecuadas o instrumentos especiales; una señal basada en carbono no puede sustituirlos. Un análisis más complejo solo es útil si sus resultados adicionales ayudan a tomar una decisión definida.

El alcance del método ASTM D7833 incluye un rango amplio: 0.03-100 mole % de gases no hidrocarbonados mediante detección de conductividad térmica y 0.005-100 mole % de hidrocarburos C1-C6 mediante detección por ionización de llama. Estos límites del método deben relacionarse con las limitaciones específicas de cada componente del instrumento. La indicación de un rango por sí sola no permite determinar la resolución, las interferencias ni la recuperación de la muestra.

El monitoreo de hidrocarburos totales permite medir una respuesta total. Sin arreglos analíticos adicionales, no separa el metano, el etano y el propano en concentraciones individuales. Además, un valor agregado bajo dice poco sobre un componente que no genera respuesta en esa medición.

La detección de gases combustibles cumple una función de seguridad distinta. El Manual técnico de OSHA analiza los efectos de los gases de calibración y las limitaciones de los sensores —por ejemplo, su dependencia del oxígeno— en sensores catalíticos de gases combustibles. El porcentaje del límite inferior de explosividad no equivale a una concentración de exposición tóxica ni a una composición completa del proceso.

Ejemplo: (hipotético) Un cliente solicita «monitoreo de hidrocarburos», pero en realidad necesita comprender los cambios en la contribución del hidrógeno. Compras recibe una cotización atractiva para un canal de hidrocarburos agregados. Ese canal responde a otra pregunta. El ingeniero modifica el alcance para aclarar la identificación del hidrógeno y de los demás componentes requeridos para el cálculo de calidad del combustible seleccionado, y conserva el monitoreo agregado solo si cumple una función distinta. Así, el área de finanzas puede evaluar paquetes que proporcionen la misma información. La decisión se basa en la magnitud faltante, no en suponer que el instrumento más complejo siempre es mejor.

Especifique el muestreo de gases de refinería y el tiempo de respuesta

El transporte, el acondicionamiento, la selección de corrientes, la medición y la actualización de datos influyen en la utilidad de un resultado registrado. Especifique el tiempo de respuesta desde el punto de muestreo del proceso hasta obtener un resultado utilizable y registrado. Un detector rápido aún puede estar analizando una muestra antigua o alterada. El diseño del sistema de muestreo debe preservar los componentes requeridos en todo el rango previsto de presión, temperatura y fases.

Los cambios en las condiciones y la presión del gas pueden afectar el análisis de la muestra. El enfriamiento puede hacer que los componentes pesados se licúen. La revisión del acondicionamiento también debe verificar si el filtrado o el secado elimina un componente que el análisis debe medir. ASTM D7833 indica que se puede perder parte del sulfuro de hidrógeno durante el muestreo. Los sistemas de acondicionamiento de muestras deben seleccionarse según el analito de interés. Para que sea útil, la muestra debe representar el proceso que se mide.

El artículo de ingeniería de sistemas de muestreo de Ian Verhappen trata los espacios muertos, el retraso y la caída de presión como verificaciones de diseño independientes. El caudal se indica en litros estándar por minuto y, antes de compararlo con el volumen que ocupa una línea, hay que determinar sus condiciones de referencia.

¿Dónde debe instalarse el analizador de gases?

Ubique el analizador donde el sistema diseñado cumpla los requisitos de integridad de la muestra, tiempo de respuesta, condiciones ambientales y mantenimiento. Una ubicación cerca del proceso puede reducir la distancia de transporte, mientras que una caseta puede proporcionar condiciones controladas y facilitar el acceso. La ubicación también debe ajustarse al diseño del área clasificada de la instalación y a las disposiciones para devolver o desechar muestras de forma segura.

Una toma de muestreo mal ubicada no se corrige instalando un gabinete cerca del proceso. Por otro lado, un instrumento en una caseta puede funcionar con un sistema de transporte bien diseñado. La revisión de la ubicación debe abarcar todo el recorrido, desde aguas arriba hasta aguas abajo, e incluir ramales estancados, conmutación de corrientes y el punto en que el sistema de control recibe un resultado nuevo y válido.

Para el ejemplo de un cabezal de combustible, el límite completo es «desde la toma de muestreo del cabezal de combustible hasta la etiqueta de composición en el sistema de control». El resultado esperado es un registro sincronizado en el tiempo de las condiciones de la muestra, del resultado y de su validez. Operaciones especifica el requisito de respuesta. Los proveedores determinan el límite de la prueba. Una prueba de respuesta del detector por sí sola no permite completar esta especificación.

Interprete la concentración de gas y las bases de presentación de hidrocarburos

Compare las concentraciones solo después de igualar la magnitud y la base de presentación de informes. La fracción en volumen, la fracción molar, la concentración másica, la respuesta equivalente en carbono y el porcentaje del límite inferior de explosividad describen magnitudes diferentes. Especifique la base húmeda o seca y la especie de calibración junto con el valor numérico, en lugar de dejarlas fuera en una nota al pie.

Con la misma base de fracción en volumen, 1% equivale a 10,000 ppmv. La presentación de informes en carbono introduce otra diferencia: la explicación del principio de FID de HORIBA usa 100 ppm de propano para ilustrar 300 ppmC, ya que el propano contiene tres átomos de carbono. Ese recuento de carbono no justifica ignorar los factores de respuesta de los compuestos en una medición cuantitativa.

El encabezado del informe debe indicar el nombre del analito, la unidad, la base húmeda o seca, la convención de calibración y la regla de agrupación. Con el método especificado, un resultado C1 corresponde al metano y una fracción C6+ es un resultado analítico agrupado. Un número etiquetado únicamente como «concentración de gas» no permite completar la comparación.

Valide el sistema completo de análisis de gases de refinería

Evalúe el sistema según la propiedad requerida, los materiales representativos y un límite físico acordado. Diferencie la verificación en la entrada del instrumento de una prueba de la ruta de muestreo instalada. Establezca y registre las condiciones en que se realizó la prueba. Defina los criterios de precisión, sesgo y respuesta antes de hacerla.

ASTM D3764-23 describe la validación del desempeño de analizadores de corrientes de proceso. Proporciona un marco de referencia para diferenciar los materiales de validación de los utilizados anteriormente para desarrollar una correlación entre los dos sistemas de medición. También limita la validación al sistema situado aguas abajo del punto de inyección o extracción especificado, y al tipo de material y rango de propiedades sometidos a prueba. Una mezcla simple puede comportarse de forma distinta a una matriz del proceso.

La calibración no puede corregir la falta de precisión, escribe Tony Waters, especialista en muestreo. En su explicación sobre calibración de Swagelok, define la verificación como la comparación del resultado con un patrón y el ajuste como la acción de corregirlo. Un problema de repetibilidad requiere investigar el instrumento o las condiciones de la muestra. Los ajustes repetidos pueden ocultar el problema subyacente.

Ejemplo: (hipotético) Una instalación nueva obtiene un resultado estable al verificar un cilindro en la entrada del instrumento, pero las lecturas del proceso no coinciden con las del laboratorio. El equipo del proyecto determina qué abarca cada prueba. Descubre que la verificación en la entrada evita la línea de transporte y que la muestra del laboratorio corresponde a otro momento de recolección. La persona responsable de calidad sincroniza el material de comparación y el momento del muestreo, y un proveedor del sistema de muestreo revisa la preservación de los componentes objetivo. El informe de aceptación presenta por separado el resultado de la entrada y el de la ruta instalada. Nadie considera que la coincidencia con una mezcla de calibración simple equivalga a una prueba completa de la medición del proceso.

Diagnostique lecturas lentas o inestables del analizador de gases

Clasifique los síntomas antes de modificar la calibración. Si la respuesta es lenta, verifique los tiempos y el movimiento de la muestra. Si las lecturas son inestables, compruebe la repetibilidad y las condiciones. Si hay una discrepancia constante, verifique la base de presentación de la muestra y los métodos de muestreo y análisis. El informe de diagnóstico debe conservar la observación original para que un ajuste no altere el patrón.

Si una lectura se retrasa, compare la marca de tiempo de la muestra, el ciclo de análisis y la actualización del sistema de control. Si persiste una desviación, compare la base húmeda o seca, la convención de calibración y los componentes incluidos en cada resultado. Para lecturas erráticas, la revisión puede examinar variaciones de presión o temperatura, conmutación de corrientes y contaminación, conforme al procedimiento de mantenimiento aprobado.

En una entrevista de Control Global, el tecnólogo consultor Michael Chaney menciona que, antes de entregar un analizador para el control, conviene revisar el recorrido desde la toma de muestreo del proceso hasta la interfaz con el sistema de control. Ese límite evita reducir un problema de comunicación o acondicionamiento a un simple ajuste del detector.

Mantenga separadas la investigación de fallas y la intervención en procesos peligrosos. La hoja de diagnóstico identifica al especialista responsable y el trabajo requerido; los procedimientos aprobados en la instalación para aislamiento, muestreo y mantenimiento rigen las tareas físicas.

Elija al proveedor según el alcance de medición documentado

Las responsabilidades del proveedor deben corresponder a las necesidades de medición del cliente y coordinarse con los demás componentes del sistema. La fabricación del instrumento, el acondicionamiento de muestras, la integración y la puesta en marcha son alcances separados. La compra debe asignar un responsable específico a cada interfaz, sobre todo cuando el paquete incluye un analizador de terceros.

Entre las ofertas actuales se encuentran las configuraciones para refinerías del Micro GC 990 de Agilent y del analizador de gases de refinería TRACE 1610 de Thermo Scientific. Son ejemplos de ofertas publicadas, no paquetes intercambiables ni recomendaciones. Compare los canales y la lista de componentes; después, pida al integrador que defina las responsabilidades de muestreo y aceptación en planta para esa configuración.

GESHINE ofrece analizadores de gases de proceso para componentes y aplicaciones definidos. Para sistemas completos de cromatografía de gases de proceso, el alcance de integración GC de GESHINE contempla la coordinación condicional con terceros, en lugar de cromatógrafos fabricados por GESHINE. El paquete acordado debe incluir la plataforma seleccionada, las responsabilidades de muestreo y los trabajos de puesta en marcha.

IEC 62381:2024 proporciona un marco de automatización útil para que el propietario, el comprador y el proveedor acuerden las actividades de aceptación. La edición de 2024 agrega pruebas opcionales de integración en fábrica. Es más valioso definir un alcance de pruebas específico para el proyecto que incluir todas las pruebas posibles en cada pedido de instrumentos.

Prepare una cotización para un analizador de gases de refinería

Defina un alcance de medición y entréguelo igual a todos los oferentes. Este alcance incluye la corriente del proceso, las salidas requeridas, las condiciones de operación, el manejo de muestras, los servicios auxiliares, las interfaces y las responsabilidades de aceptación. Compare el alcance completo de suministro instalado y las obligaciones recurrentes antes de comparar el precio del instrumento por separado. Una responsabilidad no asignada requiere una aclaración de la cotización; no representa un ahorro.

El marco de conocimientos de automatización de ISA incluye hojas de datos de equipos, condiciones ambientales, desempeño, comunicaciones y pruebas dentro del diseño y las adquisiciones del sistema. Estos campos ayudan a los equipos técnicos y comerciales a ponerse de acuerdo al revisar las cotizaciones.

Prepare una hoja de comparación con una fila para cada elemento siguiente y columnas para el oferente, incluido, suministrado por el cliente, excluido, responsable y evidencia de aceptación. Por ejemplo, marque un panel de muestreo como incluido solo cuando la oferta especifique sus condiciones de diseño y quién se encargará de la entrega; registre por separado la prueba en sitio.

Ejemplo: (hipotético) Se presentan dos ofertas para la misma medición de composición. Una incluye un panel de muestreo acondicionado y una prueba de la interfaz con el sistema de control; la otra solo incluye el instrumento. El área de compras desglosa ambas ofertas en las mismas partidas. Operaciones identifica el trabajo de mantenimiento que puede asumir, y finanzas incorpora en la comparación los costos omitidos de instalación y servicio recurrente. Aunque el precio ofertado por el instrumento puede ser menor, el costo total quizá no lo sea; la decisión depende de que el alcance sea equivalente. El alcance de trabajo también muestra quién debe resolver el problema si falla la prueba de aceptación en sitio.

Para un proyecto definido, proporcione una lista de componentes y las condiciones de operación para analizar el alcance de medición. Indique también si el requisito corresponde a la composición, una variable específica del proceso, una medición de emisiones o la protección ambiental.

Preguntas frecuentes sobre el análisis de gases de refinería

¿Por qué se requiere el análisis de gases de refinería?

¿El gas de refinería es lo mismo que el gas natural?

¿Con qué frecuencia se debe calibrar un analizador de gases de refinería?

¿Cuántas ppm equivalen a 1% de gas?

¿Una sola mezcla de calibración sirve para todas las corrientes de gas de refinería?