caracterización de una fracción de petróleo
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Ing. Zoraida Carrasquero MSc.
FRACCIÓN PETROLIFERA
Una fracción petrolífera cualquiera, está compuesta por numerososp q , p p
tipos de hidrocarburos diferentes. Estos tienen una característica
común: la de tener unos puntos de ebullición comprendidos entre unos
determinados valores.
Esto último es debido a que dicha fracción es recogida a una
determinada altura en una columna de rectificación, por lo que dicha
fracción tendrá una composición y un punto de ebullición diferente
según sea recogida.
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MEZCLAS COMPLEJAS
En destilación, una mezcla se considera compleja cuando:
-El número de átomos de carbono de los componentes puede variarentre 1 y 50.
-Los puntos de ebullición están en el rango entre –162 a 538°C.
-Los productos de la destilación son también mezclas complejas.
-En las fracciones de petróleo, podemos encontrar parafinas, olefinas,naftenos y aromáticos.
MEZCLAS COMPLEJAS
Los procesos de destilación de mezclas complejas se presentan,
en general, en las refinerías de petróleo.
Esta destilación requiere grandes equipos con altos consumos
energéticos que involucran costos de instalación y de operación
considerables por lo que el diseño exige estudios rigurosos deconsiderables, por lo que el diseño exige estudios rigurosos de
optimización
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MEZCLAS COMPLEJAS
Caracterización de las muestras complejas (petróleo y susfracciones)
Gravedad API- Gravedad API
- Volatilidad
- Puntos de ebullición promedio
- Índice de parafinas
- Contenido de azufre
- Contenido de agua y sedimento
- Contenido de sales y metales
- El punto de anilina y número de octanos, entre otros.
Las pruebas para determinar los valores anteriores están
estandarizadas por la ASTM.
MEZCLAS COMPLEJAS
La gravedad API (ASTM D 87; ASTM D 1298)
se define como:
Gravedad API = 141.5 / (SG 60/60°F) – 131.5
Donde, SG 60/60°F significa gravedad específica medida a 60°F y
referida a la gravedad específica del agua a 60°F.
Así la gravedad API de agua es 10, la de la mayoría de los
hidrocarburos está entre 10 y 80, y la de los hidrocarburos ligeros
tiene valores superiores a 92.8.
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MEZCLAS COMPLEJAS
lblbsSG fluidofluidofluido ρρρρ
≈≈≈
gallb
pielbs
agua 31,837,62 3ρ
APISG
+≈
5,1315,141
G. E. oAPIAPI+5,131
5,1315,141−≈
SGAPI
0,85 35
0,92 22
MEZCLAS COMPLEJAS
LA DENSIDAD ES FACILMENTE MEDIBLE (ASTM D 1298). POR ESA
RAZON ES UN PARAMETRO DE CORRELACION IMPORTANTERAZON ES UN PARAMETRO DE CORRELACION IMPORTANTE
Escala graduada
Termómetro
Lectura visual
FlotadorFluido
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MEZCLAS COMPLEJAS
FACTOR DE CARACTERIZACIÓN
EN LAS FRACCIONES DE PETROLEO PODEMOSEN LAS FRACCIONES DE PETROLEO, PODEMOSENCONTRAR PARAFINAS, OLEFINAS, NAFTENOS YAROMATICOS.
EL KW INDICA CUALITATIVAMENTE LA FRACCIÓNDOMINANTE
ORIGINALMENTE UNA MEDIDA DE LA AROMATICIDADDE LA MEZCLA (WATSON Y NELSON)
Tb (oF) Kw
3-METIL-OCTANO 292 12,6O-XILENO 292 10,3
MEZCLAS COMPLEJAS
FACTOR DE CARACTERIZACIÓN
( ))60/60(
3
SGRMeanT
K bW
°=
KW … Parafinas: 12 - 12,5
Kw … Naftenos: 11 - 12Kw … Aromáticos: 10 - 11
LAS FRACCIONES DE CRUDO MANTIENEN EL MISMO Kuop QUE
EL CRUDO ORIGINAL
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MEZCLAS COMPLEJAS
TEMPERATURA DE EBULLICIÓN
EL COMPONENTE PURO SE CARACTERIZA POR UNA SOLATb A P atm.
UNA MEZCLA SE CARACTERIZA POR UNA CURVA DEPUNTOS DE EBULLICIÓN.
PARA MEZCLAS, UN ANALISIS DE COMPONENTES NO ESPRACTICO.
UNA COMPOSICIÓN FÍCTICIA, EN TÉRMINOS DE “PSEUDOCOMPONENTES” PUEDE OBTENERSE DE LA CURVA DEPUNTOS DE EBULLICIÓN Y LA GRAVEDAD API (SG)
CARACTERIZACIÓN DE CRUDOS Y FRACCIONES
ASTM D86PRUEBA DE DESTILACION POR LOTES (BATCH) SIN REFLUJO.CORREGIR POR SUMERGENCIA DEL TERMOMETRO SIETETEMPERATURAS. y PARA LA FRACCION COMPLETA. METODON
TO yESTANDARIZADO
ASTM D1160PARA FRACCIONES PESADAS QUE PUEDEN SER VAPORIZADASPARCIAL O TOTALMENTE A 750 oF. SE CORRE EN VACIO (0,2 psia).METODO ESTANDARIZADO.
ASTM D2887CROMATOGRAFIA A TEMPERATURA PROGRAMADA (ALTA T)CONVERTIDA A CURVA TBP PM MEDIDOS PARA LA FRACCIOND
E F
RA
CC
ION
AM
IEN
CONVERTIDA A CURVA TBP. PM, γ MEDIDOS PARA LA FRACCIONCOMPLETA C6+. METODO ESTANDARIZADO
TBPPRUEBA DE DESTILACION CON 5-100 PLATOS TEORICOS YREFLUJO 5:1. ENTRE 5-15 TEMPERATURAS DE EBULLICION SONREPORTADAS. PM, y SON MEDIDOS PARA CADA CORTEREPORTADO. METODO NO ESTANDARIZADO
GR
AD
O D
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DESTILACION ASTM D86
La volatilidad de los componentes de una mezcla compleja sedetermina con pruebas de destilación de laboratorio (ASTM D 86;ASTM D 1160)ASTM D 1160)
Es una destilación intermitente equivalente a una etapa de
equilibrio sin reflujo
Se aplica a gasolinas: naturales, de motor de aviones, naftas,
gasóleos y destilados atmosféricosg y
Por este método también se determina la tendencia de un
hidrocarburo de producir vapores altamente explosivos
DESTILACION ASTM D86
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Determinar la gravedad API o Presión de
vapor Reid a la muestra, 100 ml
Preparación del equipo
Termómetro
Condensador (Tubo de cobre):Agua - hielo
ASTM D86: DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO
p q p
Registro de la temperatura y presión local
Suministro de calor al balón y su contenido
Se registra el punto inicial de ebullición IBP
(Temperatura leída cuando se genera la
primera gota de condensado)
Regular el calentamiento de tal forma que la
Cilindrograduado
Muestra 100 ml
velocidad de condensación sea uniforme (4.5
ml/min)
Se toma para cada volumen recuperado en el
cilindro (10,20,30……90) el valor de la
temperatura.
Después de que se ha recogido el 95%, aumentar el calentamientohasta alcanzar punto final (EP: es la temperatura tomada en elmomento en que la última gota de líquido se evapora desde el frascode destilación), y se continúa el calentamiento durante tres a cinco
ASTM D86
minutos más.
Volumen Recuperado
Temperatura ºC
IBP 38,1
5% 51,6
10% 55,4
20% 62,0
30% 70 4
Gravedad API 61,9
% Recuperado V/V 93%
Reporte de Datos
30% 70,4
40% 81,07
50% 95,5
60% 116,7
70% 186,3
80% 386,7
90% 387,3
% Recuperado V/V 93%
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Las temperaturas IBP y EP no corresponden a las temperaturas de
DESTILACIÓN ASTM D86 (Cont.)
burbuja, ni de rocío, respectivamente, y al igual que las temperaturas
intermedias registradas no tienen ninguna base teórica pero en la
práctica se utilizan para caracterizar productos finales e intermedios
del petróleo.
El porcentaje de recuperación se determina con respecto alj
volumen destilado, el porcentaje de residuo con respecto a lo que
queda de la muestra y el porcentaje de pérdidas como la diferencia
entre los porcentajes anteriores.
DESTILACIÓN ASTM D86: Equipo
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Curva ASTM D-86 CRUDO DE 61,9 º API
DESTILACIÓN ASTM D86
Reporte de resultados
100150200250300350400450
empe
ratu
ra (º
C)
050
100
0 20 40 60 80 100
%v/v
Te
Curva ASTM D-86
CURVAS ASTM D86 representativas
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DESTILACIÓN TBP
Regida por la Norma ASTM D2892
Otra prueba de laboratorio, con bases teóricas, generalmentel d l d l t d b lli ió d d (TBP)empleada es la del punto de ebullición verdadero (TBP), aunque
no existe un método estándar, la norma ASTM 2892 o algunamodificación de ella se utiliza normalmente.
Se llevan a cabo en columnas de 15 a 100 etapas teóricas conrelaciones de reflujo superiores a 5
Temperatura IBP es menor y la temperatura FBP es mayor que lasdeterminadas con la norma ASTM D 86determinadas con la norma ASTM D 86
Las curvas de destilación TBP (del inglés "true boiling point",temperatura de ebullición real) distinguen a los diferentes tipos depetróleo y definen los rendimientos que se pueden obtener de losproductos por separación directa
DESTILACIÓN TBP
Por el costo y las complicaciones que implica se practicany p q p p
periódicamente en laboratorios, solo para los crudos completos y no
para sus fracciones
Para las fracciones se usa la destilación ASTM D- 86
Sin embargo una Curva ASTM D-86 se pueda convertir a curva TBP
de esa fracción.
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DESTILACIÓN TBP: Equipo
DESTILACION TBP
Reporte de resultados
Crudo de 48,75 ºAPI
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DESTILACIÓN TBP
Reporte de resultados
La mezcla multicomponente
se representa por
seudocomponentes, donde
cada seudocomponente es
caracterizado por un rango
TBP, y los siguientes valores
promedio: punto de ebullición
normal, gravedad API y peso
molecular.
DESTILACIÓN TBP
Reporte de resultados
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CONVERSIÓN DE CURVA ASTM A TBP
DESTILACIÓN EFV
En la destilación EFV, el vapor y el líquido se colocan juntos hasta
que se alcance el equilibrio, y entonces se registra la cantidad de
muestra vaporizada Este proceso se repite a varias temperaturasmuestra vaporizada. Este proceso se repite a varias temperaturas.
La separación obtenida por este método de destilación es más
pobre que la obtenida con un ensayo ASTM.
Esta destilación es costosa y poco frecuente en la práctica de
laboratorio, pero puede estimarse para cortes de petróleo
utilizando simuladores comerciales
Una Curva ASTM D-86 se pueda convertir a curva EFV de esa
fracción.
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CONVERSIÓN DE CURVA ASTM AEFV
DETRMINACIÓN DE LOS PUNTOS DE EBULLICIÓN
ABP (AVERAGE BOILING POINT): Punto de ebullición promedio
VABP: Punto de ebullición promedio volumétrico
MABP: Punto de ebullición promedio molal
WABP: Punto de ebullición promedio de peso
CABP: Punto de ebullición promedio cúbico
MeABP: Punto de ebullición promedio medio
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DESTILACIÓN ASTM D86DESTILACIÓN ASTM D86
APLICACIONES
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METODO PARA CONVERSIÓN DE CURVA ASTM D86 A CURVA TBP Y CURVA EFVASTM D86 A CURVA TBP Y CURVA EFV
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METODO PARA CONVERSIÓN DE CURVA ASTMD86 A CURVA TBP Y CURVA EFV
Volumen Recuperado
Temperatura ºC
T, ºC ΔASTMSe corrigen las
IBP 38,1 0-10 17,30
5% 51,6 10-30 15
10% 55,4 30-50 25,1
20% 62,0 50-70 90,8
30% 70,4 70-90 201,0
40% 81,07 90-100
50% 95,5
60% 116,7
g
temperaturas que estén por
encima de 246 ºC
Log D = - 1,587 + 0,00473*T
T: temperatura observada, ºF
D: temperatura a adicionar a T70% 186,3
80% 386,7
90% 387,3
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mΔASTM(10-70%) = (TASTM,70 – TASTM,10)/(70-10)
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ΔASTM 50-30
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21
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22
460