2012 UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA
QUIMICA ORGANICA ING. PETROLERA 20/04/2012
UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA
INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COSAMALOAPAN Carrera: Ing. Petrolera
Grupo: 207-A
Asignatura: Química Orgánica Alumnos: Virgen Castro Indira Melina Velasco Villegas Jenyfer Barrientos Pérez Petra Cruz Mendoza Daniela Cruz Guzmán Deisys Areli Trabajo: Unidad 6 ¨ Aplicación de la Química orgánica en la Industria Petrolera¨ Fecha de entrega:
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Índice Introducción……………………………………………………………………………………...4 Objetivo…………………………………………………………………………………………...4 6.1 La Química orgánica en la industria petrolera………………………………………...5 6.2 Extracción y cracking del petróleo………………………………………………………6 6.3 Elementos de refinación del petróleo: Destilación normal y al vacio, fraccionamiento, desintegración térmica y catalítica, tratamiento básico de fracciones crudas y equipos de tratamiento………………….10 6.4 Composición, clasificación y propiedades de los petróleos en México………...18 6.5 Tratamiento del gas natural procesos de absorción y condensación…………...24 6.6 Elementos de petroquímica……………………………………………………………...26 6.7 Objetivo y función de la industria petroquímica……………………………………..28 6.8 Principales reacciones de transformación en la industria petroquímica: isomerización, polimerización, oxidación, cloración, otros……………………………29 6.9 Principales compuestos petroquímicos básicos y su importancia en otras industrias………………………………………………………………………………………...33 6.10 Diagrama de bloques de una refinería………………………………………………..35 Conclusión………………………………………………………………………………………38 Bibliografía………………………………………………………………………………………38 Webside………………………………………………………………………………………….38
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Introducción
Objetivo El alumno conocerá algunas de las aplicaciones de la Química en la Industria Petrolera, y los principios básicos de la química orgánica e inorgánica e identificará los procesos más comúnmente empleados en la industria petrolera.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA 6.1 LA QUÍMICA ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA La química orgánica es una rama de la química en la que se estudian los compuestos del carbono y sus reacciones. Importancia de la química orgánica y sus aportes en la medicina bioquímica y la industria petrolera: El aporte hacia la industria petrolera es muy extenso ya que como trabaja con el carbono se centra en los combustibles como por ejemplo: la gasolina, gasoil, fueloil, querosén y combustibles industriales también en el asfalto es un gran aporte hacia la industria petrolera. Podemos ver que la química orgánica mediante sus compuestos se encuentra interactuando a diario con todas las especies vivientes por lo que se hace clave para la vida y por ello es importante estudiarla. Además que el carbono debidamente procesado se puede utilizar para fabricar plásticos, cauchos, asfaltos y también combustibles, lubricantes y aceites. También cubre gran parte de la industria farmacéutica porque en su gran mayoría los compuestos orgánicos sirven de base para la fabricación de medicamentos. Además para la industria petrolera es de gran importancia porque el átomo de carbono está presente principalmente en el petróleo, el carbón mineral en su estado natural y para poder procesar el petróleo y obtener algunos productos como la gasolina, los aceites lubricantes y algunos otros como los hidrocarburos aromáticos es necesario saber los procedimientos que se deben realizar para cada proceso por ejemplo un aceite lubricante para autos de nombre x debe tener una cadena de al menos 16 carbonos para que le de una viscosidad ideal si llegase a tener menos sería muy volátil y no serviría para ser lubricante(entonces es necesario saber qué tipo de petróleo se puede utilizar que cumpla con las características que debe tener el petróleo y además para poder procesarlo debe mezclarse con algunos otros compuestos orgánicos y se debe saber cuáles son y cuáles son sus características y para poder deducir todos estos interrogantes es necesario saber química orgánica) espero te haya podido ayudar. Esta rama de la química ha afectado profundamente la vida desde el siglo XX: ha perfeccionado los materiales naturales y ha sintetizado sustancias naturales y artificiales que, a su vez, han mejorado la salud, han aumentado el bienestar y han favorecido la utilidad de casi todos los productos actuales. Materiales orgánicos son todos aquellos que poseen en su estructura química el elemento carbono, por lo tanto entran en su categoría todos los seres vivos, los hidrocarburos, y en especial el petróleo y sus derivados, etc.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Polímeros orgánicos Los polímeros orgánicos son compuestos formados por la unión de dos o más unidades moleculares carbonadas idénticas que reciben el nombre de monómeros. La unión de dos monómeros da lugar a un dímero, la de tres a un trímero, etc. Los polímeros pueden llegar a contener cientos o incluso miles de monómeros, constituyendo moléculas gigantes o macromoléculas. Existen en la naturaleza diferentes sustancias que desde un punto de vista molecular son polímeros, tales como el caucho o las proteínas; pero en el terreno de las aplicaciones los más importantes son los polímeros artificiales. Su síntesis en los laboratorios de química orgánica ha dado lugar a la producción de diferentes generaciones de nuevos materiales que conocemos bajo el nombre genérico de plásticos.
6.2 EXTRACCIÓN Y CRACKING DEL PETRÓLEO La extracción, producción o explotación del petróleo se hace de acuerdo con las características propias de cada yacimiento. Para poner un pozo a producir se baja una especie de cañón y se perfora la tubería de revestimiento a la altura de las formaciones donde se encuentra el yacimiento. El petróleo fluye por esos orificios hacia el pozo y se extrae mediante una tubería de menor diámetro, conocida como "tubería de producción". Si el yacimiento tiene energía propia, generada por la presión subterránea y por los elementos que acompañan al petróleo (por ejemplo gas y agua), éste saldrá por sí solo. En este caso se instala en la cabeza del pozo un equipo llamado "árbol de navidad", que consta de un conjunto de válvulas para regular el paso del petróleo. Si no existe esa presión, se emplean otros métodos de extracción. El más común ha sido el "balancín", el cual, mediante un permanente balanceo, acciona una bomba en el fondo del pozo que succiona el petróleo hacia la superficie. El petróleo extraído generalmente viene acompañado de sedimentos, agua y gas natural, por lo que deben construirse previamente las facilidades de producción, separación y almacenamiento. Una vez separado de esos elementos, el petróleo se envía a los tanques de almacenamiento y a los oleoductos que lo transportarán hacia las refinerías o hacia los puertos de exportación.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Extracción del petróleo El tiempo de perforación de un pozo dependerá de la profundidad programada y las condiciones geológicas del subsuelo. En promedio se estima entre dos a seis meses. La perforación se realiza por etapas, de tal manera que el tamaño del pozo en la parte superior es ancho y en las partes inferiores cada vez más angosto. Esto le da consistencia y evita derrumbes, para lo cual se van utilizando brocas y tubería de menor tamaño en cada sección. Así, por ejemplo, un pozo que en superficie tiene un diámetro de 66 centímetros, en el fondo puede tener apenas 21.59 centímetros. Durante la perforación es fundamental la circulación permanente de un "lodo de perforación", el cual da consistencia a las paredes del pozo, enfría la broca y saca a la superficie el material triturado. Ese lodo se inyecta por entre la tubería y la broca y asciende por el espacio anular que hay entre la tubería y las paredes del hueco. El material que saca sirve para tomar muestras y saber qué capa rocosa se está atravesando y si hay indicios de hidrocarburos. Durante la perforación también se toman registros eléctricos que ayudan a conocer los tipos de formación y las características físicas de las rocas, tales como densidad, porosidad, contenidos de agua, de petróleo y de gas natural. Igualmente se extraen pequeños bloques de roca a los que se denominan "corazones" y a los que se hacen análisis en laboratorio para obtener un mayor conocimiento de las capas que se están perforando. Para proteger el pozo de derrumbes, filtraciones o cualquier otro problema propio de la perforación, se pegan a las paredes del hueco, por etapas, tubos de revestimiento con un cemento especial que se inyecta a través de la misma tubería y se desplaza en ascenso por el espacio anular, donde se solidifica. La perforación debe llegar y atravesar las formaciones donde se supone se encuentra el petróleo. El último tramo de la tubería de revestimiento se llama "línea de producción" y se fija con cemento al fondo del pozo. Al finalizar la perforación el pozo queda literalmente entubado (revestido) desde la superficie hasta el fondo, lo que garantiza su consistencia y facilitará posteriormente la extracción del petróleo en la etapa de producción. El común de la gente tiene la idea de que el petróleo brota a chorros cuando se descubre, como ocurría en los inicios de la industria petrolera. Hoy no es así. Para evitarlo, desde que comienza la perforación se instala en la boca del pozo un conjunto de pesados equipos con diversas válvulas que se denominan "preventoras".
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Desde el momento en que se inicia la investigación geológica hasta la conclusión del pozo exploratorio, pueden transcurrir de uno a cinco años. La perforación se adelanta generalmente en medio de las más diversas condiciones climáticas y de topografía: zonas selváticas, desiertos, áreas inundables o en el mar. Cuando se descubre el petróleo, alrededor del pozo exploratorio se perforan otros pozos, llamados de "avanzada", con el fin de delimitar la extensión del yacimiento y calcular el volumen de hidrocarburo que pueda contener, así como la calidad del mismo. La perforación en el subsuelo marino sigue en términos generales los mismos parámetros, pero se efectúa desde enormes plataformas ancladas al lecho marino o que flotan y se sostienen en un mismo lugar. Son verdaderos complejos que disponen de todos los elementos y equipo necesarios para el trabajo petrolero. En la exploración petrolera los resultados no siempre son positivos, puesto que la mayoría de las veces los pozos resultan estar secos o ser productores de agua. En cambio, los costos son elevados, lo que hace de esta actividad una inversión de alto riesgo. El proceso de extracción El petróleo se extrae mediante la perforación de un pozo sobre el yacimiento. Si la presión de los fluidos es suficiente, forzará la salida natural del petróleo a través del pozo que se conecta mediante una red de oleoductos hacia su tratamiento primario, donde se deshidrata y estabiliza eliminando los compuestos más volátiles. Posteriormente se transporta a refinerías o plantas de mejoramiento. Durante la vida del yacimiento, la presión descenderá y será necesario usar otras técnicas para la extracción del petróleo. Esas técnicas incluyen la extracción mediante bombas, la inyección de agua o la inyección de gas, entre otras. Los componentes químicos del petróleo se separan y obtienen por destilación mediante un proceso de refinamiento. De él se extraen diferentes productos, entre otros: propano, butano, gasolina, queroseno, gasóleo, aceites lubricantes, asfaltos, carbón de coque, etc. Todos estos productos, de baja solubilidad, se obtienen en el orden indicado, de arriba abajo, en las torres de fraccionamiento. Debido a la importancia fundamental para la industria manufacturera y el transporte, el incremento del precio del petróleo puede ser responsable de grandes variaciones en
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA las economías locales y provoca un fuerte impacto en la economía global. Cracking del petróleo La desintegración o "cracking" del petróleo consiste en la ruptura o descomposición de hidrocarburos de elevado peso molecular, como los contenidos en las fracciones de alto punto de ebullición del petróleo crudo, en compuestos de menor peso molecular, de punto de ebullición más bajo. Muchas veces del petróleo se puede destilar sólo un bajo porcentaje de naftas. Para aumentar dicho porcentaje se utiliza el proceso de destilación secundaria o cracking. El cracking consiste en romper o descomponer hidrocarburos de elevado peso molecular (combustibles como el gas oíl y fuel oíl), en compuestos de menor peso molecular (naftas). En el proceso siempre se forma hidrógeno y compuestos del carbono. Es muy importante en las refinerías de petróleo como un medio de aumentar la producción de nafta a expensas de productos más pesados y menos valiosos, como el querosene y el fuel oíl. Existen dos tipos de cracking, el térmico y el catalítico. El primero se realiza mediante la aplicación de calor y alta presión; el segundo mediante la combinación de calor y un catalizador. En el proceso antiguo del "cracking" térmico se empleaba una carga pesada (compuestos de alto peso molecular), temperaturas relativamente bajas y presiones altas. En el proceso moderno se usan cargas ligeras líquidas o gaseosas, temperaturas elevadas (800-900 ºC) y presiones bajas. Se utiliza principalmente para la obtención de olefinas a partir de naftas. En este proceso, las partes más pesadas del crudo se calientan a altas temperaturas bajo presión. Esto divide (craquea) las moléculas grandes de hidrocarburos en moléculas más pequeñas, lo que aumenta la cantidad de nafta — compuesta por este tipo de moléculas— producida a partir de un barril de crudo. Se usan cargas ligeras líquidas o gaseosas, temperaturas elevadas (800-900 ºC) y presiones bajas. El "cracking" catalítico tiene lugar a temperaturas entre 450 y 550 ºC en presencia de catalizadores, los cuales realizan una acción selectiva que orienta la reacción de ruptura en un sentido perfectamente determinado, con lo que se evitan muchas reacciones secundarias indeseadas. Se utiliza principalmente para la obtención de hidrocarburos saturados de cadena corta a partir de otros de cadena más larga.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA 6.3 ELEMENTOS DE REFINACIÓN DEL PETRÓLEO: Destilación normal y al vacio, fraccionamiento, desintegración térmica y catalítica, tratamiento básico de fracciones crudas y equipos de tratamiento. Refinación del petróleo
Esquema de destilación del petróleo. La refinación del petróleo es un proceso que incluye el fraccionamiento y transformaciones químicas del petróleo para producir derivados comercializables. La estructura de cada refinería debe tener en cuenta todas las diferentes características del crudo. Además, una refinería debe estar concebida para tratar una gama bastante amplia de crudos. Sin embargo existen refinerías concebidas para tratar solamente un único tipo de crudo, pero se trata de casos particulares en los que las reservas estimadas de dicho crudo son consecuentes. Existen refinerías simples y complejas. Las simples están constituidas solamente por algunas unidades de tratamiento, mientras que las refinerías complejas cuentan con un mayor número de estas unidades. En efecto, en función del objetivo fijado y el lugar en el que se encuentra la refinería, además de la naturaleza de los crudos tratados, la estructura de la refinería puede ser diferente. De la misma manera, en función de las necesidades locales, la refinería puede ser muy simple o muy compleja. A menudo, en
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Europa, en Estados Unidos y generalmente en las regiones en las que las necesidades de carburantes son elevadas, la estructura de las refinerías es compleja. En cambio, en países menos desarrollados como algunos de África dicha estructura es bastante simple. En los países que disponen de ellas, las refinerías se instalan preferentemente en las costas, para ahorrar gastos de transporte y construcción de oleoductos. En España hay sólo una refinería de interior, la de Puertollano, que se construyó para reconvertir la anterior industria de pizarras bituminosas en refinería de petróleo después de la Guerra Civil. En Extremadura se ha originado una polémica de ámbito regional por el proyecto de construir una segunda refinería de interior en la comarca de Tierra de Barros de la provincia de Badajoz. Procesos de Refinación Las refinerías simples o complejas de baja conversión constan en su mayoría de las unidades de:
Destilación atmosférica (topping), Destilación al vacío Gas plant, Hidrotratamiento de nafta, hidrodesulfuración de queroseno y de gasóleo reformado catalítico.
Sin embargo, además de las unidades antes citadas, las refinerías complejas pueden contar con otras unidades tales como:
Hidrocraqueo Craqueo catalítico fluidizado (FCC Fluid Catalytic Cracking), Viscorreducción (visbreaking), Isomerización Alquilación Craqueo con vapor (steam cracking), Soplado de bitúmenes Coquización (coking).
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA En este caso, se dice que se trata de conversión profunda (deep conversion). Estas técnicas son cada vez más empleadas debido a la evolución del mercado. Los crudos disponibles tienden a ser cada vez más pesados mientras que la demanda se orienta hacia la "cima del barril‖: el mercado de fueles pesados se reduce (en parte porque a menudo son remplazados por el gas natural) mientras que el consumo de carburantes para automóvil no cesa de crecer. La refinación del petróleo se inicia con la separación del petróleo crudo en diferentes fracciones de la destilación. Las fracciones se tratan más a fondo para convertirlas en mezclas de productos con los derivados del petróleo netamente comerciables y más útiles por diversos y diferentes métodos, tales como craqueo, reformado, alquilación, polimerización e isomerización. Estas mezclas de nuevos compuestos se separan mediante métodos tales como el fraccionamiento y la extracción por solvente. Las impurezas se eliminan por varios métodos, por ejemplo, deshidratación, eliminación de la desalación, el azufre y el hidrógeno. Los procesos de refinación del petróleo se han desarrollado en respuesta a las cambiantes demandas del mercado para ciertos productos. Con la llegada del motor de combustión interna la tarea principal de las refinerías se convirtió en la producción de gasolina. Las cantidades de gasolina disponibles de la destilación eran insuficientes para satisfacer la demanda de los consumidores. Las refinerías comenzaron a buscar maneras de producir más gasolina y de mejor calidad por lo cual dos tipos de procesos de refinación del petróleo se han desarrollado:
Romper grandes moléculas de hidrocarburos pesados. Remodelación o reconstrucción de las moléculas de hidrocarburos.
De acuerdo a lo anterior los procesos de refinación del petróleo para tratar y poder transformar los diferentes derivados del petróleo son los siguientes:
Destilación (Fraccionamiento): Dado que el petróleo crudo es una mezcla de hidrocarburos con diferentes temperaturas de ebullición, que pueden ser separados por destilación en grupos de hidrocarburos que hierven entre dos puntos determinados de ebullición. Hay dos tipos de destilación: atmosférica y al vacío. Reforma: La reforma es un proceso que utiliza calor, presión y un catalizador (por lo general contiene platino) para provocar reacciones químicas con naftas actualizar el alto octanaje de la gasolina y como materia prima petroquímica. Las naftas son mezclas de hidrocarburos que contienen muchas parafinas y naftenos. Esta materia prima nafta proviene de la destilación de petróleo crudo o de procesos de craqueo catalítico, pero también proviene de craqueo térmico y los procesos de hidrocraqueo. La reforma convierte una parte de estos compuestos a
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isoparafinas y aromáticos, que se utilizan para mezclar la gasolina de octanaje más alto. Craqueo (Agrietamiento): En el refino de petróleo los procesos de craqueo descomponen las moléculas de hidrocarburos más pesados (alto punto de ebullición) en productos más ligeros como la gasolina y el gasóleo. Estos procesos incluyen craqueo catalítico, craqueo térmico y de hidrocraqueo. Alquilación: Olefinas (moléculas y compuestos químicos) tales como el propileno y el butileno son producidos por el craqueo catalítico y térmico. Alquilación se refiere a la unión química de estas moléculas de luz con isobutano para formar moléculas más grandes en una cadena ramificada (isoparafinas) que se forma para producir una gasolina de alto octanaje. Isomerización: La Isomerización se refiere a la reorganización química de los hidrocarburos de cadena lineal (parafinas), por lo que contienen ramificaciones unidas a la cadena principal (isoparafinas). Este proceso se consigue mediante la mezcla de butano normal con un poco hidrógeno y cloro y se deja reaccionar en presencia de un catalizador para formar isobutano, más una pequeña cantidad de butano normal y algunos gases más ligeros. Los productos se separan en un fraccionador. Los gases más ligeros se utilizan como combustible de refinería y el butano reciclados como alimento. Polimerización: Bajo la presión y la temperatura, más un catalizador ácido, las moléculas de luz de hidrocarburos insaturados reaccionan y se combinan entre sí para formar moléculas más grandes de hidrocarburos. Este proceso con los suministros de petróleo se puede utilizar para reaccionar butenos (moléculas de olefinas con cuatro átomos de carbono) con iso-butano (ramificando moléculas de parafina o isoparafinas, con cuatro átomos de carbono) para obtener una gasolina de alto octanaje. Hidrotratamientos: El Hidrotratamiento es una manera de eliminar muchos de los contaminantes de muchos de los productos intermedios o finales obtenidos del proceso de refinación del petróleo. En el proceso de tratamiento con hidrógeno, la materia prima que entra se mezcla con hidrógeno y se calienta a 300 – 380°C. El aceite combinado con el hidrógeno entra entonces en un reactor cargado con un catalizador que promueve varias reacciones.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA La Destilación Simple Es una de las operaciones de separación muy utilizada tanto en el laboratorio como en la industria. El objetivo de la destilación es la separación de un líquido volátil de una sustancia no volátil o la separación de líquidos con distintos puntos de ebullición. La destilación es el método habitualmente empleado para la separación de un líquido de sus impurezas no volátiles, y es ampliamente utilizada para recuperar disolventes y para obtener agua destilada. Los sistemas más empleados para obtener un producto destilado son: Destilación a presión normal. Destilación a presión reducida: se hace un cierto vacío en el recipiente que contiene los líquidos a destilar. Destilación fraccionada: se separan líquidos de puntos de ebullición próximos. Destilación por arrastre de vapor: se utiliza para la separación de sustancias insolubles en agua y de elevado punto de ebullición, destilándose a menor temperatura y evitando su descomposición. La destilación a presión normal se realiza en unos matraces provistos de un tubo lateral llamados matraces de destilación. A la boca del matraz se le adapta un tapón atravesado por un termómetro. El tubo lateral está unido a un refrigerante mediante un tapón, siendo el refrigerante más empleado en los laboratorios el de Liebig, formado por dos tubos de vidrio concéntricos. La alimentación se produce de modo que el agua penetre por la entrada inferior y salga por la superior, es decir, en contracorriente del líquido destilado. El líquido condensado se recoge en una probeta. Si el líquido a destilar no hierve a una temperatura superior a 120ºC, se puede usar como refrigerante agua, pero si la temperatura fuese mayor no es aconsejable ya que el refrigerante se rompería. El matraz de destilación se calienta con mecheros, apoyado en un soporte con rejilla, con placas eléctricas, en baños de arena o al baño maría, según la temperatura que se vaya a emplear. Para evitar una ebullición tumultuosa del líquido a destilar, se añaden unos trocitos de porcelana sin barnizar o bolas de vidrio. Destilación al vacio Es la operación complementaria de destilación del crudo procesado en la unidad de destilación atmosférica, que no se vaporiza y sale por la parte inferior de la columna de destilación atmosférica. El vaporizado de todo el crudo a la presión atmosférica necesitaría elevar la temperatura por encima del umbral de descomposición química y eso, en esta fase del refino de petróleo, es indeseable. Las torres de destilación al vacío proporcionan la presión reducida necesaria para evitar el craqueo térmico al destilar el residuo, o crudo reducido, que llega de la torre atmosférica a mayores temperaturas. Los diseños internos de algunas torres de vacío se diferencian de los de las torres atmosféricas en que en lugar de platos se utiliza relleno al azar y pastillas separadoras de partículas aéreas. A veces se emplean también torres de mayor diámetro para reducir
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA las velocidades. Una torre de vacío ordinaria de primera fase produce gasóleos, material base para aceites lubricantes y residuos pesados para desasfaltación de propano. Una torre de segunda fase, que trabaja con un nivel menor de vacío, destila el excedente de residuo de la torre atmosférica que no se utiliza para procesado de lubricantes, y el residuo sobrante de la primera torre de vacío no utilizado para la desasfaltación. Por lo común, las torres de vacío se usan para separar productos de craqueo catalítico del residuo sobrante. Asimismo, los residuos de las torres de vacío pueden enviarse a un coquificador, utilizarse como material para lubricantes o asfalto, o desulfurarse y mezclarse para obtener fuel bajo en azufre. Destilación fraccionada El petróleo, por si mismo es un conjunto de hidrocarburos. Sin embargo, los derivados del petróleo se pueden obtener luego de algunos procesos químicos. Un método para destilar el petróleo crudo es la destilación fraccionada. Mediante este método se obtienen fracciones y no productos puros. Para destilar el petróleo se utilizan las conocidas refinerías. Estas son enormes complejos donde se somete al petróleo crudo a procesos de separación física en los cuales se extrae gran variedad de sus derivados. Las torres de destilación industrial para petróleo poseen alrededor de 100 bandejas, dentro del petróleo existen varios compuestos de los cuales se obtienen alrededor de 2,000 productos. La destilación fraccionada se realiza principalmente a base de temperatura. Cada sustancia dentro del petróleo destila a distinta temperatura. Entonces, a partir de una temperatura fija se obtiene una sustancia predeterminada. Por ejemplo: se calienta el crudo hasta los 100 °C de donde se obtiene nafta, luego se sigue calentando el petróleo restante para obtener otras sustancias buscadas en temperaturas más altas y así hasta llegar a los 350-400 °C, temperatura en la cual el petróleo empieza a descomponerse. Es por esto que dentro de las refinerías se somete al petróleo crudo a determinadas temperaturas en distintas instancias. De este modo, los componentes se van desprendiendo de una manera ordenada. Tratamiento básico de fracciones crudas y equipos de tratamiento Estos procesos de tratamiento son típicamente referidos a un:
Tratamiento primario(asentamiento de sólidos) Tratamiento secundario(tratamiento biológico de sólidos flotantes y sedimentados) Tratamiento terciario(pasos adicionales como lagunas, micro filtración o desinfección)
Equipo complementario: calderas, compresores, cambiadores de calor, enfriadores, torres de enfriamiento, tanques, equipo de control e instrumentación.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Calderas: Una caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería que está diseñado para generar vapor saturado. Éste vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado liquido, se calienta y cambia de estado. Bombas: Una bomba es una máquina hidráulica generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigónantes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud. Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo, a diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicación es la neumática y no la hidráulica. Pero también es común encontrar el término bomba para referirse a máquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire.
Compresores: Un compresor de gas es una máquina motora, que trabaja entregándole energía a un fluido compresible. Ésta energía es adquirida por el fluido en forma de energía cinética y presión (energía de flujo). Se utiliza en aires. Cambiadores de calor: En el sentido más amplio podemos llamar cambiador de calor a todos aquellos dispositivos utilizados para transferir energía en forma de calor entre fluidos separados por una pared sólida. Teniendo en cuenta que cualquiera de los dos
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA fluidos puede ser un líquido, un gas, un vapor condensante o un líquido en ebullición, el número de aplicaciones diferentes del cambiador de calor es elevadísimo: tubos de caldera, condensadores, refrigerantes, evaporadores, calefacción con vapor o agua caliente, etc. Enfriadores: Equipo que se emplea para enfriar fluidos en un proceso. El agua es el medio más importante para disminuir su contenido calorífico. Torres de enfriamiento: Equipo en el cual se enfría el agua por medio de corrientes de aire. El agua de este tipo de torre se utiliza para enfriar los productos intermedios y finales de las refinerías (aceite, gasolina, gas, etcétera) y en otros servicios de enfriamiento. Tanques: Recipiente metálico de gran capacidad, generalmente cilíndrico. Se utiliza para almacenar, medir o transportar líquidos. Se pueden fabricar de hormigón, metal o madera, dependiendo del tipo de líquido que se almacene.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA 6.4 COMPOSICIÓN, CLASIFICACIÓN Y PROPIEDADES DE LOS PETRÓLEOS EN MÉXICO Composición del petróleo La composición elemental del petróleo normalmente está comprendida dentro de los siguientes intervalos: Elemento
Peso (%)
Carbono
84 – 87
Hidrógeno
11 – 14
Azufre
0–2
Nitrógeno
0.2
Dependiendo del número de átomos de carbono y de la estructura de los hidrocarburos que integran el petróleo, se tienen diferentes propiedades que los caracterizan y determinan su comportamiento como combustibles, lubricantes, ceras o solventes. Las cadenas lineales de carbono asociadas a hidrógeno, constituyen las ; cuando las cadenas son ramificadas se tienen las isoparafinas; al presentarse dobles uniones entre los átomos de carbono se forman las olefinas; las moléculas en las que se forman ciclos de carbono son los naftenos, y cuando estos ciclos presentan dobles uniones alternas (anillo bencénico) se tiene la familia de los aromáticos. Además hay hidrocarburos con presencia de azufre, nitrógeno y oxígeno formando familias bien caracterizadas, y un contenido menor de otros elementos. Al aumentar el peso molecular de los hidrocarburos las estructuras se hacen verdaderamente complejas y difíciles de identificar químicamente con precisión. Un ejemplo son los asfáltenos que forman parte del residuo de la destilación al vacío; estos compuestos además están presentes como coloides en una suspensión estable que se genera por el agrupamiento envolvente de las moléculas grandes por otras cada vez menores para constituir un todo semicontínuo. Tipos de petróleo Son miles los compuestos químicos que constituyen el petróleo, y, entre muchas otras propiedades, estos compuestos se diferencian por su volatilidad (dependiendo de la temperatura de ebullición). Al calentarse el petróleo, se evaporan preferentemente los compuestos ligeros (de estructura química sencilla y bajo peso molecular), de tal manera que conforme aumenta la temperatura, los componentes más pesados van incorporándose al vapor.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Las curvas de destilación TBP (del inglés "true boiling point", temperatura de ebullición real) distinguen a los diferentes tipos de petróleo y definen los rendimientos que se pueden obtener de los productos por separación directa. La industria mundial de hidrocarburos líquidos clasifica el petróleo de acuerdo a su densidad API (parámetro internacional del Instituto Americano del Petróleo, que diferencia las calidades del crudo). Clasificación de los Crudos de acuerdo a su composición Todo lo que hemos descrito tiene como función hacer ver que los crudos contienen inmensas variedades de compuestos, y con base en el mayor o menor contenido de alguna de las familias de productos químicos presentes se les puede agrupar en: • parafínicos • intermedios • nafténicos Dependiendo del número de átomos de carbono y de la estructura de los hidrocarburos que integran el petróleo, se tienen diferentes propiedades que los caracterizan y determinan su comportamiento como combustibles, lubricantes, ceras o solventes. Las cadenas lineales de carbono asociadas a hidrógeno constituyen las parafinas; cuando las cadenas son ramificadas se tienen las isoparafinas; al presentarse dobles uniones entre los átomos de carbono se forman las olefinas; las moléculas en las que se forman ciclos de carbono son los naftenos, y cuando estos ciclos presentan dobles uniones alternas (anillo bencénico) se tiene la familia de los aromáticos. La presencia en diversas cantidades de cada uno de los elementos químicos (orgánicos e inorgánicos) que componen el petróleo, determinan sus características particulares como el color, densidad, viscosidad, entre otras, las que nos permiten clasificarlo de diferentes maneras. Los tipos de petróleo pueden ser determinados de distintos modos en función al criterio que se desee considerar como predominante, siendo los más comunes:
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Por su composición química Este tipo de clasificación depende estrictamente de la presencia de ciertos componentes químicos en el petróleo, así como de la unión de éstos en elementos más complejos. Su importancia radica en las características particulares que cada uno de estos elementos le añade al petróleo. Así tenemos que se puede clasificar en:
Parafínico: cuyo componente principal es el compuesto químico llamado parafina. Son muy fluidos y de color claro. Proporcionan una mayor cantidad de nafta (usada para obtener solventes de pintura, productos de lavado al seco o gasolinas) y lubricantes que los otros tipos de petróleo en el proceso de refinación. Nafténicos: siendo sus componentes principales los naftenos y los hidrocarburos aromáticos. Son petróleos muy viscosos y de coloración oscura. Generan una gran cantidad de residuos tras el proceso de refinación. Mixtos: es decir, con presencia de ambos tipos de compuestos.
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Por su densidad La referencia que sustenta esta clasificación es la gravedad API (del Instituto de Petróleo Americano), que es una ―medida de densidad‖. La densidad es una propiedad física que mide la cantidad de masa contenida en un determinado volumen. Por ejemplo, si comparamos 1 kg de ladrillos con 1 kg de plumas tendremos que los ladrillos ocuparán un espacio menor que las plumas, y esto se debe a que los ladrillos tienen una mayor densidad, en otras palabras, ocupan una mayor cantidad de masa en un espacio menor.
La Gravedad API se basa en la comparación de la densidad del petróleo con la densidad del agua, es decir, se busca determinar si el petróleo es más liviano o pesado que ésta última. La clasificación propuesta por el Instituto de Petróleo Americano indica que a una mayor gravedad API el petróleo será más liviano, como se puede ver en el siguiente cuadro.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Cabe indicar que los petróleos ligeros son también los más requeridos en el mercado, y al mismo tiempo los de mayor precio, ya que los costos tanto de extracción como de refinación son menores en comparación con petróleos pesados. Así, se da una relación directa entre la gravedad API y la calidad del petróleo, petróleos más ligeros tienen una mayor calidad, y requieren de menores costos para ser aprovechados que aquellos más pesados. Por la presencia de azufre Como mencionamos en un inicio, el azufre es uno de los componentes que están presentes en los hidrocarburos. Pero su presencia en los hidrocarburos implica la necesidad de mayores procesos de refinamiento, y por ende un mayor costo final, razón por la cual la presencia de azufre es también un determinante del valor comercial del petróleo. Así, tenemos que el petróleo puede clasificarse de 2 formas:
Petróleo Dulce: (Sweet Crude Oil), es aquel que contiene menos de 0.5% de contenido sulfuroso, es decir, con presencia de azufre. Es un petróleo de alta calidad y es ampliamente usado para ser procesado como gasolina. Petróleo Agrio: (Sour Crude Oil), es aquel que contiene al menos 1% de contenido sulfuroso en su composición. Debido a la mayor presencia de azufre su costo de refinamiento es mayor, razón por la cual es usado mayormente en productos destilados como el diesel, dado su menor costo de tratamiento.
Las tres formas generales de categorización antes mencionadas nos permiten establecer criterios básicos para determinar la calidad del petróleo, las cuales influirán finalmente en la determinación de los precios de cada uno de ellos. Petróleo de referencia En el mundo existen alrededor de 161 zonas petroleras, cada una de ellas produciendo petróleo de diferentes características. No obstante, es común determinar el precio de mercado de la producción de una zona en comparación con aquel petróleo referencial que se encuentra próximo geográficamente. Así, por ejemplo, el petróleo de Dubai es usado como referencia en el Oriente Medio, el Minas y el Tapis (de Malasia e Indonesia respectivamente) son usados como referencia en el Lejano Oriente, y así sucesivamente. Pero sin duda los dos petróleos referenciales más conocidos y de uso difundido en el mundo son el West Texas Intermediate (o mayormente conocido como WTI) y el Brent Blend (o Brent), el primero de ellos producido en Norteamérica y el otro en el Mar del Norte.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Cuáles son sus características - El West Texas Intermediate (WTI), es un promedio en cuanto a calidad se refiere del petróleo producido en los campos occidentales de Texas (EE.UU.). Es un petróleo ligero (39.6ºde gravedad API) y dulce (0.24% de contenido sulfuroso). Su alta calidad lo hace ideal para la producción de gasolinas y es usado como valor de referencia sobre todo en el mercado norteamericano (por ejemplo en los mercados de New York). - El Brent Blend (o Brent), es una combinación de crudos de 19 diferentes campos de explotación petrolera localizados en el Mar del Norte, cuyas producciones se envían hacia la terminal de Sullom Voe (Escocia) para su posterior comercialización. Su gravedad API es de 38.3º y contiene alrededor de 0.37% de contenido sulfuroso, lo cual hace de él un petróleo ligero y dulce, pero en menor escala que el WTI, siendo ideal para la producción de gasolinas y destilados intermedios. Es usado como precio de referencia en los mercados de Europa (por ejemplo, en el Internacional Petroleum Exchange – IPE – de Londres), en África y Oriente Medio. No obstante, podríamos considerar también la Bolsa de Crudos de la OPEP, cuya bolsa de 11 crudos producidos por sus países miembros es un valor referencial para el precio en el Oriente Medio, así como para los mercados internacionales. Finalmente es importante recalcar que no todos los petróleos tienen el mismo precio en el mercado mundial, como hemos visto, las características propias del producto determinan su calidad y de allí su precio.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA 6.5 TRATAMIENTO DEL GAS NATURAL PROCESOS DE ABSORCIÓN Y CONDENSACIÓN Procesamientos del gas Se entiende como procesamiento del gas, la obtención a partir de la mezcla de hidrocarburos gaseosos producida en un campo, de componentes individuales como etano, propano y butano. En el procesamiento del gas se obtiene los siguientes productos:
Gas Residual o Pobre: Compuesto por metano básicamente y en algunos casos cuando no interesa el etano, habrá porcentajes apreciables de éste. Gases Licuados del Petróleo (LPG): Compuestos por CH3 y CH4; pueden ser compuestos de un alto grado de pureza (propano y butano principalmente) o mezclas de éstos. Líquidos del Gas Natural (NGL): Es la fracción del gas natural compuesta por pentanos y componentes más pesados; conocida también como gasolina natural.
El caso más sencillo de procesamiento del gas natural es removerle a este sus componentes recuperables en forma de líquidos del gas natural (NGL) y luego esta mezcla líquida separarla en LPG y NGL. Cuando del proceso se obtiene con un alto grado de pureza C2, C3 y C4 se conoce como fraccionamiento Tipos de procesos Los procesos que se aplican para eliminar H2S y CO2 se pueden agrupar en cinco categorías de acuerdo a su tipo y pueden ser desde demasiado sencillos hasta complejos dependiendo de si es necesario recuperar o no los gases removidos y el material usado para eliminarlos. En algunos casos no hay regeneración con recobro de azufre y en otros sí. Las cinco categorías son:
Absorción química: (Procesos con aminas y carbonato de potasio). La regeneración se hace con incremento de temperatura y decremento de presión. Absorción Física: La regeneración no requiere calor. Híbridos: Utiliza una mezcla de solventes químicos y físicos. El objetivo es aprovechar las ventajas de los absorbentes químicos en cuanto a capacidad para remover los gases ácidos y de los absorbentes físicos en cuanto a bajos requerimientos de calor para regeneración. Procesos de conversión directa: El H2S es convertido directamente a azufre. Procesos de lecho seco: El gas agrio se pone en contacto con un sólido que tiene afinidad por los gases ácidos. Se conocen también como procesos de adsorción.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Procesos de absorción química Estos procesos se caracterizan porque el gas agrio se pone en contacto en contracorriente con una solución en la cual hay una substancia que reacciona con los gases ácidos. El contacto se realiza en una torre conocida como contactora en la cual la solución entra por la parte superior y el gas entra por la parte inferior. Las reacciones que se presentan entre la solución y los gases ácidos son reversibles y por lo tanto la solución al salir de la torre se envía a regeneración. Los procesos con aminas son los más conocidos de esta categoría y luego los procesos con carbonato. El punto clave en los procesos de absorción química es que la contactora sea operada a condiciones que fuercen la reacción entre los componentes ácidos del gas y el solvente (bajas temperaturas y altas presiones), y que el regenerador sea operado a condiciones que fuercen la reacción para liberar los gases ácidos (bajas presiones y altas temperaturas) Procesos de Absorción Física La absorción física depende de la presión parcial del contaminante y estos procesos son aplicables cuando la presión del gas es alta y hay cantidades apreciables de contaminantes. Los solventes se regeneran con disminución de presión y aplicación baja o moderada de calor o uso de pequeñas cantidades de gas de despojamiento. En estos procesos el solvente absorbe el contaminante pero como gas en solución y sin que se presenten reacciones químicas; obviamente que mientras más alta sea la presión y y la cantidad de gas mayor es la posibilidad de que se disuelva el gas en la solución. Los procesos físicos tienen alta afinidad por los hidrocarburos pesados. Si el gas a tratar tiene un alto contenido de propano y compuestos más pesados el uso de un solvente físico puede implicar una pérdida grande de los componentes más pesados del gas, debido a que estos componentes son liberados del solvente con los gases ácidos y luego su separación no es económicamente viable. El uso de solventes físicos para endulzamiento podría considerarse bajo las siguientes condiciones: Presión parcial de los gases ácidos en el gas igual o mayor de 50 Lpc. Concentración de propano o más pesados baja. Solo se requiere remoción global de los gases ácidos (No se requiere llevar su concentración a niveles demasiado bajos) Se requiere remoción selectiva de H2S. Entre estos procesos está el proceso selexol y el lavado con agua.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA 6.6 ELEMENTOS DE PETROQUÍMICA Del petróleo obtenemos determinados compuestos que son la base de diversas cadenas productivas que determinan en una amplia gama de productos denominados petroquímicos que se utilizan en las industrias de fertilizantes, plásticos, alimenticia, farmacéutica, química y textil, entre otras. Las principales cadenas petroquímicas son las del gas natural, las olefinas ligeras (etileno, propileno y butenos) y la de los aromáticos.
Gas natural: se produce el gas de síntesis que permite la producción a gran escala de hidrógeno, haciendo posible la producción posterior de amoníaco por su reacción con nitrógeno, y de metanol, materia prima en la producción de metilterbutil-éter, entre otros compuestos. Etileno: se producen un gran número de derivados, como las diferentes clases de polietileno, cloruro de vinilo, compuestos clorados, óxidos de etileno, monómeros de estireno entre otros que tienen aplicación en plásticos, recubrimientos, moldes, etc. Propileno: se producen compuestos como alcohol isopropílico, polipropileno y acrilonitrilo, que tienen gran aplicación en la industria de solventes, pinturas y fibras sintéticas. Deshidrogenación de butenos: o como subproducto del proceso de fabricación de etileno se obtiene el 1.3-butadieno que es una materia prima fundamental en la industria de los elastómeros, para la fabricación de llantas, sellos, etc.
Una cadena fundamental en la industria petroquímica se basa en los aromáticos (benceno, tolueno y xilenos). El benceno es la base de producción de ciclohexano y de la industria del nylon; así como del cumeno para la producción industrial de acetona y fenol. Los xilenos son el inicio de diversas cadenas petroquímicas, principalmente las de las fibras sintéticas. La petroquímica se basa fundamentalmente en la refinación del petróleo y la fabricación de polímeros que son los derivados del petróleo, durante estos procesos se derivan varios diferentes productos como lo son el metano, etano, propano, etc. Fabricación de elementos petroquímicos El proceso de refinería petroquímica supone un consumo muy elevado de energía y requiere una supervisión técnica cuidadosa para determinar la seguridad y la eficiencia térmica de cada proceso. El examen de estos procesos térmicos con equipo de infrarrojos capaz de realizar medidas de temperaturas altas puede proporcionar un diagnóstico rápido y preciso de los problemas y ahorrar a las refinerías costes elevados debido a los daños. Las refinerías pueden lograr un mayor nivel de productividad y un aumento del rendimiento mediante la utilización de cámaras de infrarrojos para realizar la verificación del nivel de los depósitos, el diagnóstico de la aleta del condensador, el
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA mantenimiento de los hornos, la gestión de la pérdida refractaria, y el mantenimiento eléctrico y mecánico.
Control de procesos Inspección de hornos: las cámaras de infrarrojos facilitan la inspección de los tubos calefactores de los hornos para detectar la formación de escamas de carbón. Este fenómeno, también conocido como "coquización" se puede revelar fácilmente con un equipo de infrarrojos para alta temperatura adecuado, ya que las áreas con formación de coque se muestran más calientes que otras áreas de la superficie del tubo. Esto muestra que el coque impide que el producto absorba el calor del tubo de manera uniforme. Otros inconvenientes de la coquización son mayores índices de encendido del horno y menor vida útil del tubo. Esto supone un incentivo mayor para que el personal de mantenimiento realice exploraciones por infrarrojos habituales como media de protección ante la coquización. Inspección del tubo del condensador: en ocasiones los tubos del condensador de una refinería se pueden obstruir, lo que puede reducir de forma importante el rendimiento y afectar negativamente al funcionamiento eficiente de la refinería. Las imágenes infrarrojas de estos tubos pueden revelar secciones obstruidas del tubo, sirviendo así de aviso al personal de mantenimiento antes de que puedan dar lugar a consecuencias más graves.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Mantenimiento preventivo Conductos de presión a alta temperatura: las plantas petroquímicas hacen amplio uso de los conductos de presión a alta temperatura. En ocasiones, las fugas y los accidentes que provocan puede tener lugar tras un determinado periodo de tiempo debido a la corrosión de los soportes, los agrietamientos debidos a defectos o tensión de la soldadura, y el deterioro del material. Para garantizar el funcionamiento seguro de las tuberías, es necesario conocer la integridad de sus paredes, lo que permite reemplazar únicamente las tuberías con daños importantes. Dado que la termografía por infrarrojos no implica contacto, es rápida, no provoca daños y se puede utilizar fácilmente, constituye un instrumento idóneo para observar la discontinuidad en los patrones de flujo térmico debidos a defectos de las paredes en tuberías de presión a alta temperatura. Validación de termopares: el equipo de infrarrojos también puede proporcionar un mecanismo sin contacto idóneo para validar las medidas de temperatura de un termopar. Los termopares se instalan en varios puntos de un horno con el fin de proporcionar temperaturas de tubo muy precisas; sin embargo, cuando se produce la coquización en torno al termopar, proporciona datos imprecisos o se separa. Una exploración por infrarrojos puede impedirlo gracias a una validación rápida de la precisión de la lectura de temperatura del tubo de un horno que proporciona un termopar. Esto garantiza un rendimiento adecuado del producto.
6.7 OBJETIVO Y FUNCIÓN DE LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA El objetivo en la industria petroquímica es una actividad fundamental para la economía de los países desarrollados y para los países como México en vías de desarrollo. Los volúmenes masivos de producción químicos a un precio considerablemente más bajo, que el que se obtiene utilizando en su elaboración otras materias primas naturales menos abundantes. Su importancia es también asociada a la gran aplicación que tienen todos sus productos, ya que prácticamente se usan en todas las actividades del hombre como son: Agricultura, habitación, alimentos, medicinas, vestidos, etc. La función es analizar en forma genérica lo que constituye su proceso de fabricación que es industria dedficada a la producción de materias primas industriales, derivadas del oxido de etileno, oxido de propileno y estireno. La industria petroquímica, es transformar el gas natural y algunos derivados del petróleo en materias primas, las cuales representan la base de diversas cadenas productivas. Las principales cadenas petroquímicas son:
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Metano. (Gas natural). Etano (olefinas ligeras). Naftas (aromáticos).
La industria petroquímica es una plataforma fundamental para el crecimiento y desarrollo de importantes cadenas industriales como son la textil y del vestido; la automotriz y del transporte; la electrónica; la de construcción; la de los plásticos; la de los alimentos; la de los fertilizantes; la farmacéutica y la química, entre otras.
6.8 PRINCIPALES REACCIONES DE TRANSFORMACIÓN EN LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA: Isomerización, polimerización, oxidación, cloración, otros. Isomeración Se define como el proceso químico mediante el cual una molécula es transformada en otra que posee los mismos átomos pero dispuestos de forma distinta. De este modo, se dice que la primera molécula es un isómero de la segunda, y viceversa.1 En algunos casos y para algunas moléculas, la isomerización puede suceder espontáneamente. De hecho, algunos isómeros poseen aproximadamente la misma energía de enlace, lo que conduce a que se presenten en cantidades más o menos iguales que se interconvierten entre sí. La diferencia de energía existente entre dos isómeros se denomina energía de isomerización. Las reacciones de isomerización son comunes en el metabolismo celular. Por ejemplo, los anillos de de α-D-ribofuranosa y β-D-ribofuranosa (dos monosacáridos tipo pentosa) sólo difieren en el carbono en posición 1, que se denomina carbono anomérico; estos monosacáridos, denominados isómeros anómeros, pueden interconvertirse mediante la enzima mutarrotasa mediante un mecanismo que involucra un intermediario de cadena abierta.
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PROCESO DE REFORMADO E ISOMERIZACIÓN.
Polimerización Es un proceso químico por el que los reactivos, monómeros (compuestos de bajo peso molecular) se agrupan químicamente entre sí, dando lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero, o bien una cadena lineal o una macromolécula tridimensional. Existen muchos tipos de polimerización y varios sistemas para categorizarlos. Las categorías principales son:
Polimerización por adición y condensación. Polimerización de crecimiento en cadena y en etapas. Polimerización por adición y condensación
Una polimerización es por adición si la molécula de monómero pasa a formar parte del polímero sin pérdida de átomos, es decir, la composición química de la cadena resultante es igual a la suma de las composiciones químicas de los monómeros que la conforman. La polimerización es por condensación si la molécula de monómero pierde átomos cuando pasa a formar parte del polímero. Por lo general se pierde una molécula pequeña, como agua. La polimerización por condensación genera subproductos, la polimerización por adición no.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Polimerización por crecimiento en cadena y en etapas En la polimerización por crecimiento en cadena los monómeros pasan a formar parte de la cadena de uno en uno. Primero se forman dímeros, después trímeros, a continuación tetrámeros, etc. La cadena se incrementa de uno en uno, monómero a monómero. En la polimerización por crecimiento en etapas (o pasos) es posible que un oligómero reaccione con otros, por ejemplo un dímero con un trímero, un tetrámero con un dímero, etc., de forma que la cadena se incrementa en más de un monómero. En la polimerización por crecimiento en etapas, las cadenas en crecimiento pueden reaccionar entre sí para formar cadenas aún más largas. Esto es aplicable a cadenas de todos los tamaños. En una polimerización por crecimiento de cadena sólo los monómeros pueden reaccionar con cadenas en crecimiento.
PROCESO DE POLIMERIZACIÓN
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Oxidación Es una reacción química muy poderosa donde un elemento cede electrones, y por lo tanto aumenta su estado de oxidación. Se debe tener en cuenta que en realidad una oxidación o una reducción es un proceso por el cual cambia el estado de oxidación de un compuesto. Este cambio no significa necesariamente un intercambio de electrones. Suponer esto -que es un error común- implica que todos los compuestos formados mediante un proceso redox son iónicos, puesto que es en éstos compuestos donde sí se da un enlace iónico, producto de la transferencia de electrones. Por ejemplo, en la reacción de formación del cloruro de hidrógeno a partir de los gases dihidrógeno y dicloruro, se da un proceso redox y sin embargo se forma un compuesto covalente. Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox. La propia vida es un fenómeno redox. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) mas sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor. El nombre de "oxidación" proviene de que en la mayoría de las reacciones, la transferencia de electrones se da mediante la adquisición de átomos de oxígeno o viceversa. La oxidación y la reducción puede darse sin que haya intercambio de oxígeno de por medio, por ejemplo, la oxidación de yoduro de sodio a yodo mediante la reducción de cloro a cloruro de sodio:
2 NaI + Cl2 → I2 + 2 NaCl
LA OXIDACIÓN DEL SODIO Y LA REDUCCIÓN DEL CLORO
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Tipos de oxidación Oxidación lenta: La que ocurre casi siempre en los metales a causa del agua o aire, causando su corrosión y pérdida de brillo y otras propiedades características de los metales, desprendiendo cantidades de calor inapreciables; al fundir un metal se acelera la oxidación, pero el calor proviene principalmente de la fuente que derritió el metal y no del proceso químico (una excepción sería el aluminio en la soldadura autógena).
Oxidación rápida: La que ocurre durante lo que ya sería la combustión, desprendiendo cantidades apreciables de calor, en forma de fuego, y ocurre principalmente en substancias que contienen carbono e hidrógeno, (Hidrocarburos).
6.9 PRINCIPALES COMPUESTOS PETROQUÍMICOS BÁSICOS Y SU IMPORTANCIA EN OTRAS INDUSTRIAS. La industria petroquímica es una de las actividades industriales más importantes para nuestro país. De los petroquímicos básicos se desprenden numerosas aplicaciones que sirven para las más variadas necesidades, desde la agricultura hasta la producción de artículos de belleza La ley reglamentaria del artículo 27 constitucional en el ramo del petróleo, en su artículo 3 incisos III establece que los petroquímicos básicos son parte de la industria petrolera que abarca: La elaboración, transporte, almacenamiento, distribución y las ventas de primera mano de aquellos derivados del petróleo y del gas, que sean susceptibles de servir como materias primas industriales básicas y que constituyen petroquímicos básicos, Producto
Centro Productor
Usos
Etano
Cangrejera, Pajaritos y Morelos
Obtención de etileno para elaboración de polietileno.
Nafta
Cangrejera, Morelos, Nuevo Pemex, Cactus, Reynosa, Matapionche y Poza Rica
Producción de etileno, propileno y butadieno, reformulado de gasolinas y/o craqueo.
Hexano
Pajaritos y Minatitlán
Extractor de aceites vegetales, diluyente de pinturas, solvente, elaboración de thinners, materia prima para síntesis orgánica.
Heptano
Pajaritos
Extractor de aceites vegetales, disolvente, materia prima para síntesis orgánica, determinación y
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA valoración de octanaje de gasolinas, preparación de adhesivos, adelgazadores y reactivos de laboratorio. Propano
Poza Rica, Reynosa y Morelos
Refrigerante, combustible doméstico, propelente para aerosoles, obtención de hidrógeno.
Butano
Poza Rica
Síntesis orgánica, combustible doméstico, propulsor para aerosoles, disolvente, refrigerante, enriquecidos de gases.
Isobutano
Poza Rica
Síntesis orgánica, combustible doméstico, propulsor para aerosoles, fluido para calibración de instrumentos, caucho sintético.
Mezcla de Pentanos
Pajaritos
Obtención de Pentano e isopentano, en la industria de expansores.
Materia Prima para Negro de Cd. Madero, Tula y Cadereyta Industria Hulera Humo Solvente "K" Incoloro
Reynosa
Vehículo de insecticidas, desengrasante
Solvente "L"
Matapionche, Reynosa, Poza Rica y Cangrejera
Industria de solventes
Solvente de Absorción
Reynosa
Industria de Asfaltos
La petroquímica se basa fundamentalmente en la refinación del petróleo y la fabricación de polímeros que son los derivados del petróleo, durante estos procesos se derivan varios diferentes productos como lo son el metano, etano, propano, etc... La industria petroquímica surge de la necesidad de obtener una serie de derivados del petróleo, y básicos para otras industrias. Su importancia deriva de la gran variedad de las industrias a las que abastece, entre ellas la de fertilizantes, fibras sintéticas, plásticos, llantas, jabones y detergentes, artículos para el hogar. Productos que elabora la petroquímica. Se pueden dividir los productos según su utilización en:
Solventes: entre los cuales se encuentran diversos alcoholes, acetona y otros que se usan en la extracción de esencias para perfumes o de aceites de semillas oleaginosas, limpieza de ropas, etcétera.
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Productos químicos industriales: tales como el negro de humo para pinturas y neumáticos; azufre para preparar ácido sulfúrico; aditivos para la nafta; anticongelantes para radiadores, etcétera.
Detergentes: que en gran parte reemplazan a los jabones y son más eficaces cuando se emplean aguas duras.
Productos químicos agropecuarios: tales como fertilizantes y herbicidas, cuyo uso determina aumentos en el rendimiento de las tierras cultivadas; insecticidas para combatir depredadores como la langosta e insectos portadores de diversas enfermedades.
Plásticos: como el polietileno, el polipropileno, el cloruro de polivinilo, etcétera, que al ser moldeados permiten la fabricación de innumerables objetos: tubos, envases, cubiertas impermeables, juguetes, materiales para la construcción.
Fibras sintéticas: variedades de plásticos que se transforman en filamentos continuos por el pasaje a través de finos orificios; por ejemplo: el nailon, el dacrón, el poliéster, etcétera. 6.10 DIAGRAMA DE BLOQUES DE UNA REFINERÍA.
Uno de los objetivos de refinar el petróleo es elevar el octanaje. Esto se logra mediante una serie de reacciones, las cuales modifican una de las fracciones del petróleo o proporcionan materia prima para dar lugar a otra reacción que dé compuestos de octanaje más elevado. El octanaje o índice de octano, de una gasolina, es el porcentaje de 2,2,4 - trimetilpentano (isooctano) que, mezclado con heptano, da un combustible de las mismas características detonantes que la gasolina en cuestión. un diagrama de flujo de una refinería de petróleo que representa los diferentes procesos unitarios y el flujo de corrientes de productos intermedios, la materia prima y los productos finales. Esto nos da una breve idea de cómo se refina el petróleo crudo. Los productos incluyen el GLP, butanos, combustible de avión, kerosene, gasoil, gasolina y como producto lateral el sulfuro.
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UNIDAD VI APLICACIÓN DE LA QUÍMICA 2012 ORGÁNICA EN LA INDUSTRIA PETROLERA Conclusiones Al llegar al final de este trabajo investigativo concluimos lo siguiente: La destilación es un proceso fundamental en la industria de refinación del petróleo, pues permite hacer una separación de los hidrocarburos aprovechando sus diferentes puntos de ebullición. La destilación atmosférica y al vacío es el primer proceso que aparece en una refinería. El petróleo se separa en fracciones que después de procesamiento adicional, darán origen a los productos principales que se venden en el mercado: el gas LPG (comúnmente utilizado en estufas domésticas), gasolina para los automóviles, turbosina para los aviones jet, diesel para los vehículos pesados y combustóleo para el calentamiento en las operaciones industriales. Bibliografía
Wedside
http://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leo#El_proceso_de_extracci.C3.B3n http://www.maremundi.com/hidrocarburos.asp?pg=5&id=3 www.buenastareas.com › Informes de libros mx.answers.yahoo.com › ... › Ciencias y Matemáticas › Química http://www.telecable.es/personales/albatros1/quimica/industria/refina.htm http://www.monografias.com/trabajos16/el-petroleo-peru/el-petroleoperu.shtml http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20090713085310AAZWXEK http://www.muchapasta.com/b/var/Destilacion%20petroleo.php http://es.scribd.com/doc/49169547/20/TRATAMIENTO-BASICO-DEFRACCIONES-CRUDAS
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