Tema II Quimica Basica Del Petroleo

REGISTRO MPPPE N R-00831114 INCES N 1090226386

CURSO: OPERADOR DE PLANTA PETROLERA

Instructor: Ing. Jos A. Gmez

Santa Ana de Coro, Junio 2013


INTRODUCCION

El presente material est dirigido a los estudiantes del curso OPERADOR DE

PLANTA PETROLERA de la academia CURTYCON. C.A como una herramienta de

orientacin y apoyo en el proceso de aprendizaje de dicho curso, e introduccin al

complejo mundo del proceso de transformacin del petrleo. El objetivo de este

curso es dotar al estudiante del conocimiento a nivel bsico e intermedio de las

operaciones de las diferentes plantas procesadoras de petrleo, (a nivel de

refinacin) analizando su funcionamiento, describiendo los proceso, reconociendo

los equipos inherentes al proceso etc. Desde la recepcin del crudo, pasando por los

distintos tratamientos de separacin hasta el almacenamiento final de los productos

finales.

Aqu se presentara una recopilacin de informacin que se ha considerado

necesaria para el objetivo del curso, de fuentes minuciosamente seleccionadas,

aportada y publicada por reconocidos institutos especializados en esta materia y

universidades as como tambin de empresas estatales de larga y amplia trayectoria

en el ramo (PDVSA, PEMEX, ECOPETROL, PETROBAS).

En el tema nmero dos, hace referencia a la QUIMICA BASICA DEL PETROLEO que

conocemos como la qumica orgnica, donde se exponen los tpicos esenciales

acerca la configuracin molecular, enlaces, familia de los hidrocarburos etc. Adems

se expone acerca de las impurezas del petrleo y aquellos elementos presentes en

pequeas cantidades pero que puede dar un valor agregado aguas abajo de la

explotacin del petrleo como en la petroqumica, o por el contrario puede ser

perjudicial a los equipos e instalaciones de proceso.

CURTYCON. C.A


QUIMICA BASICA DEL PETROLEO El petrleo crudo es la materia prima principal de la industria de Refinacin del Petrleo, est constituido por una mezcla de diferentes tipos de hidrocarburos, cuyas molculas se componen de Carbono e Hidrgeno, con un pequeo porcentaje de otros elementos conformando hidrocarburos de estructuras ms o menos complejas como compuestos heterocclicos de nitrgeno, oxgeno y azufre, compuestos rgano metlicos, adems contiene sedimentos inorgnicos y agua. Hidrocarburo: Son todos aquellos compuesto cuyo elemento radical es el carbn C . Enlaces: Son fuerzas intermoleculares que mantienen unidos los elementos de un compuesto. Se ha establecido que todo tomo posee un ncleo positivos (protones) y alrededor de el giran cargas negativas (electrones)

Walter Kossler (Alemn) Estableci el enlace Inico (Transferencia de electrones)

G.N Lewis (USA) Propuso el enlace covalente (comparten electrones)

La composicin aproximada de los crudos Aproximadamente 600 tipos diferentes de hidrocarburos han sido identificados en el petrleo y es probable que existan cientos de compuestos. En un estudio realizado en el Instituto Americano del Petrleo (API) cerca de 300 hidrocarburos individuales fueron identificados en el petrleo Oklahoma en Ponca City. Alrededor de 200 compuestos de


azufre fueron identificados en 20 aos de estudios sistemticos de 4 tipos de petrleo. Las molculas de hidrocarburos son ms complejas a medida que aumenta el punto de ebullicin de las mismas. En un crudo estn presentes, en mayor o menor proporcin, hidrocarburos parafnicos, aromticos y naftnicos. Como su formacin ha tenido lugar en atmsfera reductora, anaerbica, no se encuentran hidrocarburos olefnicos en su composicin. La teora ms aceptada plantea su origen orgnico, formado a partir de residuos animales y vegetales sometidos a determinadas condiciones de temperatura y presin, que junto a una accin bacteriana anaerbica da lugar a los hidrocarburos. Estos fluyen entre varias capas sedimentarias hasta que se concentran en unas formaciones geolgicas caractersticas, no permeables y porosas que constituyen lo que se denomina yacimiento dentro de un campo petrolfero. El yacimiento se encuentra estratificado, en su capa superior aparece gas, en una segunda capa el lquido hidrocarbonado y por ltimo agua salada. Algunos yacimientos solo contienen gas, denominado Gas Natural, compuesto fundamentalmente por sulfuro de hidrgeno y metano. Los yacimientos pueden localizarse en tierra y bajo el mar (off shore) a diferentes profundidades que pueden llegar a varios miles de metros. Algunas caractersticas fsicas de los hidrocarburos parafnicos, naftnicos y aromticos hasta un contenido mximo de 30 tomos de carbono.


Base parafnica: Las parafinas livianas dan buenos aceites para usos domsticos, pues no producen humo al quemarse, tienden a resistir el calor. Las parafinas ms espesas contienen cristales blancos y blandos que cuando son aislados y refinados forman lo que se conoce como cera parafinada. Se encuentran generalmente en Pensilvana, West Virginia y centro de Estados Unidos. Base naftnica: Generalmente contienen gran proporcin de fracciones voltiles, es decir, componentes que se evaporan fcilmente. Se encuentran generalmente en la antigua URSS, Per, California y Golfo de Mjico. En Cuba se encuentra en la zona de Motembo. Base asfltica: Contienen adems de carbono e hidrgeno, gran cantidad de azufre. En la destilacin avanzada o ms completa rinden una cantidad relativamente alta de alquitrn y asfalto. Se pueden encontrar en Mjico, Venezuela, California y el Caribe. Base mixta: Ningn crudo es realmente netamente naftnico, asfltico o parafnico en su composicin qumica, sino que contienen proporciones de los otros tipos, caracterizndose por la predominancia del compuesto en mayora. Sin embargo, ciertos crudos de Kansas, Oklahoma y Texas, tienen tan parejos los contenidos de nafta,parafinas y asfaltos que resulta imposible clasificarlos en una sola de estas clases. Pueden definirse dos grandes grupos de hidrocarburos: Saturados y no saturados. Cuando todas las valencias de los tomos de carbono se comparten con otros tomos, es saturado; cuando hay falta de hidrgeno es no saturado y se pueden compartir dos y hasta tres valencias entre un tomo de carbono con otro tomo. Los saturados y no saturado, se dividen a su vez en dos grupos importantes cada uno Las parafinas son las ms ricas en hidrgeno, son saturadas y por tanto relativamente estables. Las parafinas comunes son lquidos, pero se pueden encontrar gaseosas o slidas. La frmula general es: CnH2n+2. Los naftenos (ciclanos o ciclo alcanos) son saturados, lo que hace que sean resistentes a los cambios, incluyendo la oxidacin. Son relativamente insolubles en cido sulfrico fuerte. Los ms importantes son ciclo pentano y ciclohexano. La frmula general es: CnH2n Los no saturados tienden a formar gomas, lacas y fangos, al unirse al oxgeno y separarse del carbono que es un enlace relativamente menos estable.


Las olefinas son no saturados o insaturados y por lo que tienen deficiencia de hidrgeno, consecuentemente son muy reactivos y combinan fcilmente con el hidrgeno, oxgeno, cloro y azufre, esto causa que no se deseen altos porcentajes de olefinas en los combustibles, sin embargo son apreciados en la manufactura de varios productos, entre ellos el plstico. La frmula general es: CnH2n Los aromticos son no saturados, pero actan como saturados. Son deseables en la gasolina, pues tienen altas propiedades antidetonantes. El nombre aromticos surge por su olor caracterstico. Algunos se usan en la produccin del TNT, colorantes, plsticos, insecticidas, etc. Hoy en da se ha limitado su concentracin en los derivados por ser dainos a la salud, son cancergenos. La frmula general es: CnH2n-6 A continuacin se representan las estructuras moleculares y ciertas propiedades de algunos hidrocarburos.


A continuacin se muestran las frmulas y puntos de ebullicin de algunas ciclo parafinas La estructura de la olefina ms simple se puede representar as: A continuacin se muestran algunos detalles acerca de esta familia de compuestos hidrocarbonados:


AROMATICOS Los aromticos se encuentran en pequeas cantidades en casi todos los crudos. El benceno, el tolueno y el xileno (BTX) se pueden extraer en las refineras para utilizarlos como materia prima de procesos petroqumicos o como solventes. A continuacin se muestran las estructuras moleculares y ciertas propiedades del benceno y algunos de sus ismeros. Caracterizacin Bsica


La calidad de un crudo se especifica a travs de una serie mnima de propiedades: su densidad, contenido en azufre y curva de destilacin TBP. El conocimiento de estas propiedades permite una diferenciacin entre los crudos en trminos de ligero o pesado segn el valor de API, rendimientos en destilacin mediante su curva TBP y el contenido en azufre que permite una primera valoracin de sus dificultades de procesamiento. Densidad: Se refiere a la relacin existente entre el peso en masa de una sustancia en una unidad de volumen. La densidad en o API se define a partir de la densidad relativa o specific gravity 60/60oF mediante la siguiente expresin: Fsicamente, la densidad API da una idea de la composicin del crudo, que ser ms ligero cuanto mayor es su API, con mayor proporcin de destilados ligeros y por lo tanto ms favorable para la obtencin de productos destilados de mayor valor aadido como gasolinas y gasleos mediante un esquema de refino simple, mientras que un crudo con menor API, ms pesado, necesitar de un esquema de refino ms complejo que incluya procesos de conversin para obtener los mismos destilados. Ntese que el valor numrico de la densidad en API tiene el sentido inverso respecto a la densidad relativa, de esta forma cuanto mayor es el API de un crudo ms ligero ser. Los crudos se sitan entre un API de 20 y 40 En funcin de sus condiciones de transporte, almacenamiento y trasiego El crudo debe transportarse desde su lugar de produccin hasta una refinera para su procesamiento donde deber almacenarse, ello implica una manipulacin fsica del mismo: carga en buque tanque o petrolero, bombeo por oleoducto, descarga desde el barco a tanque de almacenamiento, trasiegos entre tanques, etc., es importante conocer las caractersticas del crudo que deben tenerse en cuenta en esta manipulacin, se deber conocer, adems de su densidad, sus caractersticas de fluidez y comportamiento en fro para prever su bombeabilidad y manipulacin, su volatilidad en trminos de presin de vapor y su inflamabilidad son requisitos necesarios, para asegurar tambin su manipulacin y almacenamiento en condiciones seguras tanto desde el punto de vista de explosin e incendio como de intoxicacin, en este ltimo aspecto su contenido en cido sulfhdrico disuelto ser un dato importante. Viscosidad Se determina normalmente la viscosidad cinemtica, que puede describirse como una medida de la resistencia de un lquido a su flujo y se mide como el tiempo que un lquido


tarda en descender en condiciones de gravedad a travs de una restriccin calibrada (capilar de cristal). Los datos de viscosidad suelen darse en centistokes, aunque en ocasiones puede encontrarse este dato en Segundos Saybolt Universal o en Segundo Saybolt Furol. Se utilizan tablas para la conversin de viscosidades cinemticas a Saybolt las que aparecen en la norma ASTM D 216 Solubilidad: Es el grado en que un compuesto puede ser diluido o disuelto, mientras mas soluble es ms difcil su separacin. Punto de fusin: Temperatura a la que se vence la fuerza intermolecular.(desorden molecular) Punto de ebullicin: Temperatura a la cual se vence los enlaces del compuesto( liberacin de perticulas de un compuesto) Punto de Congelacin o de Vertido (pour point) El punto de congelacin de un crudo es una indicacin de la mnima temperatura a la que un crudo puede ser trasegado con una bomba o almacenado en estado lquido. En condiciones de bajas temperaturas, pueden precipitar los hidrocarburos parafnicos de bajo punto de congelacin. Para determinados crudos, altamente parafnicos, esta temperatura puede ser superior a la ambiental en determinadas latitudes y pocas del ao, en cuyo caso hay que prever cuando se procede a su transporte o almacenamiento el adecuado calentamiento con serpentines o trazadoras con vapor u otros sistemas y el necesario aislamiento de lneas y tanques para evitar prdidas de calor. Los crudos con un alto contenido de aromticos tienen ms bajo punto de congelacin. Punto de Inflamacin El punto de inflamacin de un lquido combustible es la temperatura a la cual debe calentarse para producir una mezcla inflamable del vapor procedente del lquido calentado y aire, situada en la superficie y expuesta a una llama abierta. El punto de inflamacin de un crudo ser menor cuanto mayor contenido en hidrocarburos gaseosos y voltiles contenga. La determinacin del Punto de Inflamacin se realiza mediante el ensayo normalizado ASTM-D 93, Test Flash Point by Pensky-Martens Closed Tester, o ensayo equivalente en otras normas nacionales o internacionales. Sulfhdrico El cido sulfhdrico al pasar a la fase vapor es un gas venenoso que puede ser causa de graves accidentes durante la manipulacin del crudo, por la formacin de atmsferas irrespirables y con consecuencias fatales La determinacin del Contenido en Sulfhdrico no est normalizada y su anlisis se realiza mediante tcnicas analticas adecuadas.


En funcin de sus condiciones de procesamiento Hay una serie de caractersticas que ofrecen una primera evaluacin de las condiciones de procesamiento de un crudo, tanto en su fraccionamiento primario como en otros procesos de refino posteriores que es necesario conocer: Contenido en Sales, Agua y Sedimentos, Corrosividad y Contenido en Metales. Contenido en Sales El contenido en sales inorgnicas, normalmente cloruros sdico y potsico, de los crudos es inherente a su propio proceso de formacin y se encuentran disueltas en el agua que le acompaa en los yacimientos. Su presencia es perniciosa, incluso en pequeas dosis, por dos motivos principales, en primer lugar por su acumulacin en los equipos de los procesos, tales como columnas, hornos, intercambiadores, con el consiguiente ensuciamiento y obstruccin y en segundo lugar porque al descomponerse dan lugar a los respectivos aniones cidos, con su consecuente efecto corrosivo, en el lugar donde se depositen e hidrolicen las sales. El primer proceso a que se somete un crudo en una refinera es el de desalado para evitar los problemas indicados anteriormente. Agua y Sedimentos La presencia de agua y sedimentos en el crudo se debe a la propia localizacin del crudo, en yacimientos en los que se impregna con determinadas estructuras sedimentarias y se mezcla con aguas salinas. Adems puede producirse un aporte adicional como consecuencia de toda la manipulacin del crudo en el proceso de extraccin, carga y trasporte del mismo. Los sedimentos, generalmente inorgnicos, pueden ser arenas, arcillas, rocas etc. El agua suele encontrase libre o en emulsin (pequeas gotas dispersas entre las molculas hidrocarbonadas), en el agua se encuentran disueltas las sales. Acidez y Corrosin La presencia de cidos orgnicos, naftnicos que, a diferencia de los derivados de las sales inorgnicas que se hayan disuelto en el agua presente en el crudo, forman parte de la propia mezcla hidrocarbonada, puede dar lugar a importantes problemas de corrosin en tubos y equipos a determinadas temperaturas y otras condiciones de operacin a los que se someten las fracciones destiladas procedentes del crudo. Es difcil predecir el grado y tipo de corrosin que se puede ocasionar, un ndice para su valoracin es el denominado nmero de cido, que mide la cantidad de base, en forma de KOH expresada en mg, necesaria para neutralizar un gramo de muestra de crudo. Metales La presencia de metales en los residuos del crudo de petrleo tiene tambin especial importancia. Los metales pesados forman parte de estructuras orgnicas complejas que se concentran en los residuos de destilacin atmosfrica o de vaco. Su presencia tambin es


posible en fracciones pesadas de destilacin a vaco como consecuencia de un pobre fraccionamiento que conlleva un arrastre de fracciones pesadas en destilados ms ligeros. Este tipo de metales pesados estn formados principalmente por Nquel, Vanadio, y Hierro, pudindose encontrar tambin Sodio. Otros metales como Arsnico y Mercurio se encuentran en fracciones destiladas ligeras. Alrededor de 30 trazas de metales diferentes se ha encontrado en los crudos y con el crecimiento de los mtodos analticos es probable que otros sean detectados. Los compuestos de vanadio pueden causar dao en los tubos y refractarios de los hornos, los compuestos de sodio, as como algunos compuestos organometlicos voltiles pueden contaminar fracciones de destilados y provocar reduccin en su estabilidad o mal funcionamiento de los equipos que los utilizan como combustible.

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Tema II Quimica Basica Del Petroleo