DESTILACION FRACCIONADA DE CRUDO DE PETROLEO 1.OBJETIVOS
Realizar de una manera practica la destilación fraccionada del petróleo crudo Distinguir las fracciones del petróleo petróleo crudo ,provenientes ,provenientes de su previa destilación Comprender que es el petróleo crudo y con esta destilación que productos se obtendrían .
2.MARCO TEORICO EL PETROLEO –DEFICICION El petróleo es una de las sustancias más valiosas de que podemos disponer. También se le conoce como "aceite mineral". El aceite mineral o petróleo se encuentra en el interior de la tierra y se compone principalmente de carbono e hidrógeno; lo que significa que es un hidrocarburo y no un mineral, ya que procede de sustancias orgánicas. La palabra petróleo, proviene de las voces latinas petra y oleum, que significan piedra y aceite, no porque sea aceite de piedra, sino por estar aprisionado entre piedras. El petróleo es un fluido algo espeso cuyo color varía bastante, así como su composición. A veces se presenta amarillo, ot ot como en color, y en este sentido nos recuerda al carbón. Según el Diccionario Enciclopédico Ilustrado Océano Uno, petróleo es un: "líquido aceitoso, de color oscuro, olor característico, más ligero que el agua, constituido por una mezcla de hidrocarburos líquidos naturales, que se encuentra generalmente almacenado en rocas del interior de la corteza terrestre", mientras que la definición que encontramos en el Diccionario Hispánico Universal, aunque similar, es un poco más completa: "Líquido oleoso más ligero que el agua y de color oscuro y olor fuerte; se encuentra nativo en lo interior de la Tierra y a veces forma grandes manantiales. Es una mezcla de carburos de hidrógeno, que arde con facilidad, y después de refinado tiene diversas aplicaciones". Al igual que el carbón, el petróleo se encuentra a muy distintas profundidades en la Tierra. En algunos lugares sólo hay que perforar algo más de quince metros para encontrarlo, mientras que en otros es necesario llegar hasta profundidades de dos mil o más metros. El petróleo está almacenado en la Tierra en capas o estratos de roca porosa, tal como la piedra caliza o la arenisca, o en capas de arena o sobre una capa impermeable. Cuando estos estratos se encuentran cubiertos con rocas más duras, tenemos un campo petrolífero ideal.
Hasta 1859 la utilización del petróleo o del gas solo ocurrió como emprendimientos aislados sobre aquellas manifestaciones de las mismas .En 1859 se perfora en Pennsylvania el que se considera el primer pozo de petróleo ,por el Drake,comenzando la era conocida como del queroseno , que se extiende hasta 1900.Durante este periodo el principal uso fue para la iluminación . En el principio del siglo XX irrumpe el la vida del hombre el motor de combustión interna dando comienzo ala era de la nafta que si bien se puede considerar que perdura hasta nuestro tiempo ,presenta una inflexión en el año 1973 donde la crisis del petróleo hizo reflexionar sobre la necesidad de una utilización mas racional de este recurso ,desde entonces comenzó el estudio y aplicación de planes de ahorra de energía ,con la mirada puesta en la necesidad de incrementar la utilización del petróleo como materia prima petroquímica . Si bien es de esperar varios años de utilización del petróleo como fuente de energía especialmente en el uso automotor ,no debemos descartar la realidad que estamos en las fronteras de utilización masiva de otras energías alternativas menos contaminantes y por lo tanto en el inicio de una nueva era .
1.1
ORIGEN DEL PETRÓLEO
Nadie conoce el origen preciso del petróleo. Para explicarlo D. Mendeleiev propuso la hipótesis inorgánica, la cual sostiene que el petróleo se originó por la reacción del agua sobre alquinuros metálicos. La presión y la temperatura ocasionaron otras reacciones y polimerizaciones formando los demás componentes del petróleo. Sin embargo, la presencia de restos fósiles de animales y vegetales en los reservorios petroleros ha hecho que esta teoría sea descartada casi completamente.
La más aceptada es la hipótesis orgánica que establece que el petróleo se produjo por los restos de plantas (hipótesis vegetal formulada por Kramer) o de animales (hipótesis animal presentada por Engler) que vivieron en los mares o lagos hace unos 500 millones de años, o por la combinación de ambos. Estos organismos murieron y con el tiempo quedaron cubiertos por sedimentos. La presión, el calor, el contacto con su entorno, la presencia de algunos microorganismos y, sobre todo, el paso del tiempo, fueron transformando muy lentamente las estructuras químicas orgánicas originales en otras menos complejas que pasaron a acumularse en las rocas porosas cercanas. Es a este conjunto bien diverso de compuestos orgánicos derivados de entidades vivas al que genéricamente llamamos
petróleo. Es un hecho que este ciclo se sigue produciendo en la actualidad, sin embargo, la velocidad de su formación es tan lenta que, a todo efecto práctico que nos concierna como sociedad actual, el petróleo representa un recurso natural no renovable. La roca que dio origen a los hidrocarburos se conoce como Roca madre. Esta masa esponjosa es producto de los depósitos de mantos de arcillas, arenas, limos y sedimentos en general, con la deposición de fósiles se convirtió en el ambiente propicio para que se que originara el petróleo y el gas natural.
en términos legales el petróleo ha sido considerado un mineral (aceite de piedra ),si bien este encasillamiento no satisface tecnológica ni científicamente .Evidentemente se trata de una mezcla compleja formada principalmente por hidrocarburos ,con contaminantes de distinta composición química que le dan características especiales . Las modernas teorías sobre el origen del petróleo son de carácter orgánico pero cambian no solo la procedencia de la materia prima ,si las formaciones de cuencas sedimentarias contenedoras y las propiedades migratorias del aceite resultante . De acuerdo con la teoría del origen orgánico la materia prima la aportan restos de organismos vegetales y animales ,tanto marinos como terrestres .algunos petróleo se formaron de estos materiales en el mismo lugar en que se encuentran hoy los yacimientos ,otros han debido migrar del lugar de origen a alguna trampa la conservación de petróleo en acumulaciones comerciales siempre se produce en condiciones subterráneas ,estos reservorios o trampas deben ser espacios porales revestidos de agua en rocas sedimentaria como el petróleo y el gas son mas livianos que le agua suben ala parte superior del receptáculo que deberá ser cóncavo e impermeable con lo que quedaran “” entre el techo y agua .
1.2
COMPOSICIÓN DEL PETRÓLEO
El petróleo crudo se presenta en la naturaleza como un liquido móvil de color amarillento pudiendo llegar hasta tener el aspecto de un material semisólido de color negro .En la composición del petróleo entran fundamentalmente hidrocarburos gaseosos ,líquidos y solidos estando estos últimos disueltos o suspendidos en los líquidos ,además se
encuentran otras sustancias consideradas impurezas tales como compuestos de azufre ,oxigeno ,nitrógeno trazas de metales y sales de sodio ,calcio y magnesio . Como impurezas se define todo aquel material contenido en el petróleo que no este constituido solo por carbono e hidrogeno ,en la actualidad se considera dos tipos de impurezas :oleofóbicas y oleofílicas ,las primeras insolubles en el cuerpo del petróleo constituido por hidrocarburos forman una fase separada y deben ser llevadas a limites tolerables antes de proceder al procesamiento del petróleo .Las principales impurezas oleofóbicas son:
La influencia de las impurezas oleofóbicas en el proceso tiene que ver con la corrosión de los equipos y el ensuciamiento de los mismos no afectando mayormente la calidad de los productos obtenidos ,salvo los no destilados .En lo que respecta a las impurezas oleofóbicas estas están disueltas en los hidrocarburos y generalmente afectan alos procesos de elaboración ,tanto como productos obtenidos . Los constituyentes típicos de este grupo son :
A diferencia de las oleofóbicas que son tratadas antes del procedimiento las impurezas oleofílicas deben tratarse durante el mismo constituyendo un problema tecnológico que puede resultar de alto costo .
VARIEDADES DE CRUDO Cada yacimiento de petróleo está constituido por una mezcla de miles de hidrocarburos diferentes, formados por la asociación de átomos de carbono e hidrógeno, cuyo origen todavía es mal conocido; a esta mezcla se agregan cantidades variables de sustancias que contienen azufre, nitrógeno y oxígeno: de los más de 1.500 campos petrolíferos conocidos, no se han encontrado aún dos crudos exactamente iguales. Según la predominación de uno de los compuestos característicos, se pueden clasificar los petróleos en: 1. crudos parafínicos, presentan una proporción elevada de hidrocarburos tipo CnH n+ particularmente parafinas y ceras naturales (Pennsylvania, Libia) 2.
crudos nafténicos, con una cantidad más grande de naftenos, hidrocarburos
de la serie anulares o cíclicos (Venezuela); 3.
crudos aromáticos, en los que se encuentran hidrocarburos bencénicos CnH (Borneo)
4. crudos sulfurosos, que contienen sulfuro de hidrógeno y mercaptanos formados por la fijación de azufre sobre un hidrocarburo (Oriente Medio) 5. crudos particulares, como los crudos bituminosos, que son los crudos de muy bajo contenido en azufre, y los crudos polucionados por ácidos, metales (vanadio, níquel, arsénico), sales, agua salada, etc. Por otro lado, algunos hidrocarburos raros o ausentes en el petróleo bruto son sintetizados por cracking o por hidrogenación y se encuentran en los productos petrolíferos después del refino y en petroquímica; tales son las olefinas o hidrocarburos etilénicos CnH con doble enlace entre los átomos de carbono, los hidrocarburos aromáticos o el acetileno. Para dilucidar la naturaleza compleja del petróleo crudo y sus derivados, se han tenido que poner a punto procedimientos que permiten determinar la composición y las características físico-químicas de los diferentes productos, después estudiar su comportamiento, primero por ensayos de simulación en laboratorio, después en el curso de su utilización real ulterior. En particular métodos de análisis muy rigurosos se han desarrollado y normalizado, primero en Estados Unidos, después en el mundo entero, para asegurar que la calidad de los derivados del petróleo está definida de manera incontestable antes de ser entregados para su consumo. Hablar de petróleo puede referirse a una mezcla compleja de hidrocarburos, que aunque é “ ” j influencias fisicoquímicas mutuas y la presión de vapor de cada componente es proporcional a su fracción molar en el líquido. Para separar estos pueden existir diversos medios, siendo el más común la destilación.
PROCESO DE REFINACIÓN DEL PETRÓLEO El petróleo crudo no es directamente utilizable, salvo a veces como combustible. Para obtener sus diversos subproductos es necesario refinarlo, de donde resultan, por
centenares, los productos acabados y las materias químicas más diversas. El petróleo crudo es una mezcla de diversas sustancias, las cuales tienen diferentes puntos de ebullición. Su separación se logra mediante el proceso llamado "destilación fraccionada". Esta función está destinada a las "refinerías", factorías de transformación y sector clave por definición de la industria petrolífera, bisagra que articula la actividad primaria y extractiva con la actividad terciaria.
El término de refino, nos fue heredado en el siglo XIX, cuando se contentaban con refinar el petróleo para lámparas, se reviste hoy de tres operaciones:
La separación de los productos petrolíferos unos de otros, y sobre la destilación del crudo (topping). La depuración de los productos petrolíferos unos de otros, sobretodo su desulfuración. La síntesis de hidrocarburos nobles mediante combinaciones nuevas de átomos de carbono y de hidrógeno, su deshidrogenación, su isomerización o su ciclado, obtenidos bajo el efecto conjugado de la temperatura, la presión y catalizadores apropiados.
En un inicio, el refino se practicaba directamente en los lugares de producción del petróleo, pero pronto se advirtió que era más económico transportar masivamente el crudo hasta las zonas de gran consumo y construir refinerías en los países industrializados, adaptando su concepción y su programa a las necesidades de cada país. El petróleo crudo es depositado en los tanques de almacenamiento, en donde permanece por varios días para sedimentar y drenar el agua que normalmente contiene. Posteriormente
es mezclado con otros crudos sin agua y es bombeado hacia la planta para su refinación. Una refinería comprende una central termoeléctrica, un parque de reservas para almacenamiento, bombas para expedición por tubería, un apeadero para vagones- cisterna, una estación para vehículos de carretera para la carga de camiones cisterna. Es, pues, una fábrica compleja que funciona 24 horas diarias con equipos de técnicos que controlan por turno todos los datos. Mientras que antes las antiguas refinerías ocupaban a centenares y a veces a millares de obreros en tareas manuales, sucias e insalubres, las más modernas están dotadas en la actualidad de automatismos generalizados para el control y la conducción de los procesos y no exigen más que un efectivo reducido de algunas personas. En la industria de transformación del petróleo, la destilación es un proceso fundamental, pues permite hacer una separación de los hidrocarburos aprovechando sus diferentes puntos de ebullición, que es la temperatura a la cual hierve una sustancia.
Destilación Atmosférica y al Vacío Este es el primer proceso que aparece en una refinería. El petróleo que se recibe por ductos desde las instalaciones de producción, se almacena en tanques cilíndricos de gran tamaño, de donde se bombea a las instalaciones de este proceso. El petróleo se calienta en equipos especiales y pasa a una columna de destilación que opera a presión atmosférica en la que, aprovechando la diferente volatilidad de los componentes, se logra una separación en diversas fracciones que incluyen gas de refinería, gas licuado de petróleo (LPG), nafta, queroseno (kerosene), gasóleo, y un residuo que corresponde a los compuestos más pesados que no llegaron a evaporarse.
En una segunda columna de destilación que opera a condiciones de vacío, se logra la vaporización adicional de un producto que se denomina gasóleo de vacío, y se utiliza como materia prima en otros procesos que forman parte de las refinerías para lograr la conversión de este producto pesado en otros ligeros de mayor valor. En este proceso, el petróleo se separa en fracciones que después de procesamientos adicionales, darán origen a los productos principales que se venden en el mercado: el gas LP (comúnmente utilizado en las 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. Pero estos productos tienen que cumplir con una serie de especificaciones que aseguren su comportamiento satisfactorio. Originalmente, las especificaciones tuvieron un enfoque eminentemente técnico, como el número de octano de la gasolina, o el de cetano del diesel, o el punto de humo del queroseno, o la viscosidad del combustóleo; actualmente, las consideraciones de protección ambiental han incorporado muchos más requerimientos, limitándose, por ejemplo en la gasolina, el contenido del azufre (este compuesto al quemarse, produce dióxido de azufre que al pasar a la atmósfera se oxida, y con el agua da origen a la lluvia ácida), el benceno (que es un hidrocarburo que tiene carácter cancerígeno), las olefinas y los aromáticos (que son familias de hidrocarburos altamente reactivas en la atmósfera, promotoras de la formación de ozono); la presión de vapor (que debe limitarse para reducir las emisiones evaporativas en los automóviles y gasolineras), e inclusive se requiere la presencia de compuestos oxigenados que no ocurren naturalmente en el petróleo (estos compuestos favorecen la combustión completa en los motores automotrices). Además de la destilación atmosférica y al vacío, los procesos de refinación más importantes son los siguientes:
3.MATERIALES REACTIVOS Y EQUIPOS a) Equipo de destilación fraccionada
Equipos de destilación fraccionada : Manto calefactor Balón de 2000 ml Columna de relleno Anillos Rashig Termómetro (0-350)ºC Condensador Soporte universal Probetas graduadas Cronometro Termómetro infrarrojo
b) Reactivos 1000 ml de crudo de petróleo Sal de cocina
4.PROCEDIMIENTO Destilación en el laboratorio Las destilaciones en laboratorio de petróleo y fracciones son de gran utilidad en la refinación y formulación de combustibles .Estudiaremos tres de las mas importantes ;ASTM conocida así por el método normalizado universal, la TBP(puntos de ebullición verdaderos )para la cc cual se utilizan equipos de alto fraccionamiento y la de vaporización instantánea . En la siguiente ficha técnica nº2 muestra un esquema de equipo de destilación fraccionada de laboratorio ASTM en le cual el valón A se carga un volumen de producto que se va a fraccionar (100cm3)se calienta con B y se recibe el destilado en C midiéndolo La temperatura de los vapores se toma en D con un termómetro haciendo coincidir las lecturas de volumen de destilado y temperatura . Los % de destilado y temperatura se anotan de 10% en 10% tomando como inicial de la “ ” (%) f “x ” que se alcanza y el máximo de % de destilado que le corresponde . La temperatura de ebullición y los productos obtenidos a partir de la cantidad de atomos de carbono de cada componente :
De acuerdo al suministro de calor habrá un incremento de temperatura en el termómetro ubicado en la cabeza de la columna, manteniéndose estable cuando se tiene el primer corte separado, entonces registrar el tiempo transcurrido y la temperatura correspondiente. Posteriormente se dará un nuevo incremento de temperatura ante la salida de otro corte, volver a registrar tiempo y temperatura. Repetir la misma operación tantas veces como se requiera según el porcentaje de destilado. Los primeros componentes separados (gases) se recogerán utilizando la cubeta hidroneumática.
4. MEDICIÓN, CÁLCULOS Y GRÁFICOS Registro de tiempos y temperaturas Medición de la cantidad obtenida de cada corte (porcentaje de destilado) Realizar un balance de materia en todo el proceso Construir dos gráficos:
Corte versus tiempo
Gráfica de la curva de destilación Vs % destilado Volumen destilado
Nº
Tiempo(min)
Temperatura balón (ºC)
Temperatura parte superior(ºC)
(ml)
1
0
56.15
18
0
2
2
60.5
19
9
3
5
71.6
39
42
4
10
83.0
53
85
5
15
94
65
124
6
20
99
73
152
7
25
106.7
84
187
8
30
113.9
90
221
9
35
120.6
94
251
10
40
126.9
102
280
11
45
135.4
111
312
12
50
141.8
117
338
13
55
148.5
123
360
14
60
154.6
128
375
15
65
154.7
134
388
16
70
166.2
144
414
17
75
175
152
444
18
80
178
157
465
19
85
183.4
161
475
20
90
186.3
164
484
5. CUESTIONARIO 6.
¿Cuáles son los componentes posibles en cada corte obtenido? Sugerencia: Identificar los componentes de acuerdo a la temperatura registrada en el fraccionamiento.
7.
¿Qué otros métodos se pueden aplicarse para identificar con mayor precisión los diferentes componentes del crudo de petróleo? (Investigar)
8.
De acuerdo a la explicación del docente, ¿Cuál es la diferencia que existe entre un proceso de destilación de petróleo discontinuo y otro continuo?
9.
¿Cuáles son las ventajas que ofrecen una destilación con reflujo comparada con una sin reflujo?
10. De acuerdo a los resultados obtenidos en el balance de materia, ¿existen pérdidas? ¿por qué? 6 GUIAS DE PRÁCTICA PETROLEO Código de registro: RE-10-LAB-027-001
Versión 1.0
Practica No 2 DETERMINACIÓN DEL PODER CALORIFICO DE GAS NATURAL A PARTIR DEL ANALISIS CROMATOGRAFICO 1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO Poder calorífico. Poder calorífico inferior y superior: Cantidad de calor que se produce por la combustión completa en aire de una cantidad específica de gas ,de forma que la presión p 1 y la temperatura t1 permanecen constantes, estando todos estos productos en estado gaseoso, se denomina poder calorífico inferior. Si el agua que se forma por la combustión está en estado líquido a esa temperatura se denomina poder calorífico superior, y las denominaciones son las siguientes: Cuando la cantidad de gas se determina en base molar, el poder calorífico se representa como HS, en base másica como H S y cuando se determina en base volumétrica como H S. Cuando tenemos el poder calorífico inferior las denominaciones son las siguientes: H I HI y HI respectivamente. Airep1,t1+Gasp1,t1=Combustión=Producto combustión a (p 1,t1)= = Poder calorífico Poder calorífico en base volumétrica 2. COMPETENCIAS
El alumno debe tener el conocimiento y capacidad de calcular el poder calorífico de gases naturales, y de gases licuados secos cuando se conoce la composición del gas en fracción molar, obtenida por un análisis de cromatografía de gases 3. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS a. Equipos y materiales Comprende una unidad de introducción y de transferencia de muestra, una unidad de separación, una unidad de detección y un sistema de acopio y tratamiento de los datos. Cromatógrafo de gases con detector FID y TCD en serie: na apropiado para mantener la temperatura de la columna entre 35 oC y 230 oC.
