Refinacion De Crudo

Caracterización de crudos

Aunque la destilación y el análisis elemental de los productos proporcionan una buena información de la calidad de un crudo, sin embargo son insuficientes. Debido a los numerosos usos del petróleo es necesario un análisis molecular detallado de todas las fracciones obtenidas por destilación. Así, algunos crudos se valoran fundamentalmente por sus fracciones ligeras usadas como carburantes, otros son de interés porque proporcionan aceites lubricantes de calidad y otros porque dan excelentes bases para la formulación de asfaltos de carretera .Por otra parte, la industria del refino necesita el análisis molecular para poder interpretar los procesos químicos que se utilizan y evalúan la eficiencia de los procesos, sean térmicos o catalíticos.

• CARACTERIZACIÓN DE CRUDOS SEGÚN SU CARÁCTER DOMINANTE A PARTIR DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS GLOBALES.

Debido a las diferencias que existen entre la calidad de las diferentes fracciones obtenidas por destilación y las que resultan de sus tratamientos posteriores es interesante clasificarlas según su carácter dominante, es decir, su distribución entre las tres series químicas principales que las forman: parafínica, nafténica y aromática. Según la reactividad química de estas series, desde el punto de vista molecular, pueden ordenarse así:

Parafínicas < nafténicas < aromáticas.

Es necesario aclarar este vocabulario tanto el plano molecular como en el atómico. Tomando como ejemplo la siguiente molécula que se indica a continuación en el plano atómico un átomo común a dos estructuras, aromática y nafténica o aromática y parafínica o nafténica y parafínica, será primeramente aromática , después nafténica y después parafínica.

Es decir los átomos de carbono 1, 2, 3, 4,5 y 6 son aromáticos, los átomos 7,8 y 9 son nafténicos y los átomos 10, 11,12 y 13 son parafinicos.

Es preciso entender bien estas diferencias, ya que según los métodos de caracterización elegidos se hablará, bien del porcentaje de un tipo de molécula, bien del porcentaje de un tipo de átomos. Una molécula es aromática desde el momento en que tiene al menos un anillo bencénico “caso de la molécula del ejemplo anterior “, y es nafténica si tiene al menos un anillo nafténico. Sin anillos aromáticos ni nafténicos la molécula seria parafínica. Así, en el plano molecular, la molécula indica el 100% aromática, mientras que sus porcentajes según cada tipo de carbono son de 6/13 para carbonos aromáticos, 3/13 para carbonos nafténicos y 4/13 para los carbonos parafinados.

La experiencia ha demostrado que algunas propiedades físicas se pueden correlacionar con la composición dominante de una fracción de petróleo o de un crudo.

• CARACTERIZACIÓN DE UN CRUDO POR LOS VALORES DE LAS DENSIDADES DE UNA FRACCIÓN LIGERA Y DE UNA FRACCIÓN PESADA.

A partir de la densidad de la fracción de nafta pesada y de la del residuo de destilación atmosférica a una temperatura superior a 350°C se han definido 11 grupos diferentes de crudos.

En efecto, la densidad de un hidrocarburo puro está ligada a la relación H/C de dicho hidrocarburo, siendo la densidad menor al aumentar la cantidad de hidrógeno.

• ASTM.

En el laboratorio se determinaron diversas propiedades del crudo tales como la °API, mediante la prueba ASTM D287, la cual es de gran importancia porque nos permite clasificar los crudos a través de su peso; la viscosidad cinemática, determinada a través de tubos capilares siguiendo la norma ASTM D445; el porcentaje de asfáltenos, el cual es de gran importancia para la industria petrolera para predecir problemas operacionales y seleccionar un tratamiento adecuado, determinado con la norma ASTM D3279.

Luego se determinaron el porcentaje de agua por destilación con la norma ASTM 4006 y el porcentaje de agua y sedimentos mediante centrifugación a través de la norma ASTM D4007, los cuales son parámetros importantes para saber si el crudo está en especificaciones y para saber si es necesaria la deshidratación; también se determinó la salinidad del crudo utilizando un conductímetro siguiendo la norma ASTM D3230; así como también la viscosidad por el método de Saybolt con la Norma ASTM D88 la cual es de importancia para poder comparar con las viscosidades cinemáticas. Finalmente se determinaron el porcentaje de carbón residual mediante la ASTM D189; el punto de inflamación, el cual es de gran importancia para conocer el rango de temperatura al cual se debe operar el crudo de forma segura, determinado por la norma ASTM D56; el porcentaje de Nafta y el factor de caracterización de Watson, para así evaluar el valor comercial del crudo y su clasificación según su base.

• RESULTADOS.

Tabla N° 1

Tabla N° 2

Tabla N° 3

Tabla N° 4

Tabla N° 5

Tabla N° 6

Tabla N° 7

Tabla N°8

Tabla N°9

Procedimiento para la destilación ASTM (ASTM D-86)

•Medir 100ml de muestra y colocarla junto con los núcleos de ebullición en el balón de destilación.

•Colocar el corcho y el termómetro, asegurándose que el bulbo del termómetro esté a la altura de la salida de los vapores del balón.

•Iniciar la destilación con un leve calentamiento.

•Registrar la temperatura de la primera gota condensada.

•Registrar la temperatura del 5% y a intervalos de 10% en volumen de destilado.

•Incrementar progresivamente el calentamiento de tal forma que se tenga un goteo constante y uniforme hasta obtener el 95% de destilado.

•El punto final se evidencia por la formación de humos blancos y descenso de la temperatura

.

•Apagar y desarmar el equipo. Una vez enfriado el balón de destilación medir el volumen de residuo que se encuentra en el balón.

• FACTOR DE CARACTERIZACIÓN KUOP O FACTOR DE WATSON KW.

Si en dos ejes de coordenadas rectangulares se ponen en la abscisa los valores crecientes de la temperatura de ebullición y en la ordenada los valores decrecientes de la densidad para diferentes hidrocarburos se obtienen una serie de puntos los cuales dan una curva característica. Se realiza de esta manera una doble clasificación de los hidrocarburos, de la izquierda a la derecha según la temperatura de ebullición o la masa molecular y de abajo hacia arriba una clasificación en base a la composición química o la relación en hidrógeno y carbono en la molécula.

Partiendo de estas consideraciones se ha introducido el factor de caracterización KUOP, por medio del cual se expresa la afinidad del producto petrolero que puede estar comprendido entre dos límites extremos: hidrocarburos parafinicos con un contenido máximo de hidrógeno e hidrocarburos aromáticos con un contenido mínimo de hidrógeno.

Se ha constatado que por fraccionamiento de un petróleo con carácter uniforme en fracciones con límite de destilación angosto, la densidad de las fracciones es aproximadamente proporcional con la raíz cúbica de las temperaturas de ebullición absolutas.

El factor de proporcionalidad es precisamente el factor de caracterización dado por la siguiente expresión.

Dónde:

Tb= Temperatura media de ebullición en R.

ρ= Densidad relativa a 15,6 °C.Para fracciones angosta en lugar de temperatura media se puede usar la temperatura a la cual destila el 50% en la curva ASTM.

Los valores del factor de caracterización para diferentes hidrocarburos y productos petroleros son:

KUOP=13 Hidrocarburos parafinicos normales e iso.

KUOP=12 Hidrocarburos en los que el peso relativo de las cadenas y de los anillos son equivalentes.

KUOP=11 Hidrocarburos nafténicos puros o aromáticos poco sustituidos.

KUOP=10 Hidrocarburos aromáticos puros.

KUOP=12,5-13 Productos parafinosos.

KUOP=10-11 Hidrocarburos nafténicos y aromáticos.

Para extender la aplicación de este factor de caracterización a las mezclas complejas de hidrocarburos como son las fracciones del petróleo, ha sido necesario introducir el concepto de temperatura media ponderada de ebullición, calculada a partir de las curvas de destilación ASTM o TBP. La temperatura media ponderada (TMP) se define a partir de la temperatura a la que destila el 10, 20, 50, 80 o 90% del producto estudiado.

En la fórmula del cálculo del KUOP sustituirá a la temperatura de ebullición del cuerpo puro.

Se define de la siguiente forma:

• Para un crudo, a partir de su curva de destilación TBP, la temperatura media ponderada (en volumen) es:

• Para una fracción del petróleo, a partir de su curva de destilación ASTM, la temperatura media ponderada (en volumen) es:

De esta forma se puede calcular de forma rápida el Kuop de una fracción del petróleo a partir de datos fácilmente disponibles como su densidad y su curva de destilación.

Este valor del KUOP comprendido entre 10 y 13 definirá, al igual que para los productos puros, el carácter químico de la fracción.

• PROPIEDADES

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