UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA QUÍMICA

ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

ASIGNATURA: INGENIERÍA PETROQUÍMICA (IQ-456)

IMPUREZAS DEL CRUDO, PROPIEDADES Y REACCIONES

IMPORTANTES EN REFINACIÓN

PROFESOR: Ing. JESÚS MUNARRIZ AEDO

ALUMNO(S):

RODRÍGUEZ CÁRDENAS ,Luis adolfo

GAMBOA MENDOZA, Vladimir

AYACUCHO PERÚ

2015

ÍNDICE

NÚMERO DE PÁGINA

1. IMPUREZAS DEL CRUDO 11.1 INPUREZAS OLEOFÓBICAS 1 INFLUENCIA DE LAS IMPUREZAS OLEFÓBICAS EN EL PROCESO 1 1.2 IMPUREZAS OLEFÍLICAS

2 INFLUENCIA DE LAS IMPUREZAS OLEOFÍLICAS EN EL PROCESO 2 PROCESOS DE TRATAMIENTO DE IMPUREZAS DEL CRUDO 2 PROCESO DE DESALADO DE PETROLEO 3 DECANTACION DE TANQUES 4 INYECCION DE NaOH 4

2. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL CRUDO 52.1 PROPIEDADES FÍSICAS DEL CRUDO 5

COLOR 5 OLOR 5

DENSIDAD 6 SABOR

6 INDICE DE REFRACCIÓN 6 COEFICIENTE DE EZPANSIÓN 6

PUNTO DE EBULLICIÓN 6 PUNTO DE CONGELACIÓN 7 PUNTO DE DEFLAGRACIÓN 7 PUNTO DE QUEMA 7 PODER CALORIFICO 7 CALOR ESPECÍFICO 7 CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN 7 VISCOSIDAD 7 VISCOSIDAD RELATIVA 7 VISCOSIDAD CINEMÁTICA 7

VISCOSIDAD UNIVERSAL SAYBOLT 8 2.2 PROPIEDADES QUÍMICAS DEL CRUDO

8 2.2.1 COMPOSICION QUÍMICA 8 2.2.2 SEGÚN SU COMPOSICIÓN

8 HIDROCARBUROS PARAFÍNICOS 8 HIDROCARBUROS AROMÁTICOS

93. REACCIONES IMPORTANTES EN REFINACIÓN 9

3.1 ISOMERIZACIÓN 9 3.2 ALQUILACIÓN 10 3.3 POLIMERIZACIÓN 10BIBLIOGRAFIA CONSULTADA 11

1 IMPUREZAS DEL PETRÓLEO

El hidrocarburo se encuentra en estado gaseoso, líquido y sólido, pero además se encuentran otras sustancias consideradas impurezas, tales como compuestos de Azufre, Oxigeno, Nitrógeno, Trazas de Metales y Sales de Sodio, Calcio y Magnesio. Las impurezas se definen como todo aquel material contenido en el petróleo que no esté constituido por carbono e hidrógeno. En la actualidad se consideran dos clases de impurezas Oleofóbicas y Oleofílicas.

1.1 IMPUREZAS OLEOFÓBICAS

Son impurezas que no se encuentran disueltas en el hidrocarburo. Las principales impurezas Oleofobicas son, Las Sales, El Agua y Los Sedimentos de Petróleo.

IMPUREZAS OLEOFÓBICAS RANGO DE CONTENIDO SALES 10 -2000gr/m3 AGUA 0.1 - 5 Vol. %SEDIMENTOS 1 – 1000 gr/m3

INFLUENCIA DE LAS IMPUREZAS OLEOFÓBICAS EN EL PROCESO.

Agua: El Agua si no se le ha hecho el previo tratamiento, se habla de un agua de formación, que dentro del proceso de refinación al someterla a altas temperaturas tiende a evaporizarse aumentando su volumen en el orden de 1500 veces más a la original, lo que ocasiona en las torres de refinación espuma en su interior, arrastre de pesados y otros problemas como consecuencia del aumento de presión.

Sedimentos de Petróleo: Los sedimentos de petróleo como impurezas producen ensuciamiento, por ende una pérdida de intercambio de calor y restricción en los fluidos de los líquidos.

Sales: Las sales, por otra parte, por su potencial de acidez, producen una severa corrosión en los equipos de destilación y condensación, cuando las sales se encuentran en presencia de agua condensada, los ácidos clorhídrico y sulfhídrico se disuelven en el agua, formando soluciones muy agresivas, en especial a temperaturas situadas en la cabeza de la torre.

1.2 IMPUREZAS OLEOFÍLICAS

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Son impurezas que se encuentran disueltas en el hidrocarburo Las principales impurezas Oleofílicas son, Compuestos de Azufre, Compuestos Órgano-Metálicos, Ácidos Nafténicos y Compuestos nitrogenados.

IMPUREZAS OLEOFÍLICAS RANGO DE CONTENIDOCompuestos de azufre 0.1 – 5 % en peso como “S”Compuestos órgano – metálicos 5 – 400 ppm como el metalÁcidos nafténicos 0.03 - 0.5 % en vol.Compuestos de nitrógeno 0.05 – 1.5 % en vol.

INFLUENCIA DE LAS IMPUREZAS OLEFÍLICAS EN EL PROCESO.

Compuesto Sulfurado Su concentración media es de 0.65 % en peso y varía entre 0.02 % y 4.00 %. Son compuestos indeseables porque aumenta la estabilidad del petróleo – agua, provocando la corrosión, también contaminan los catalizadores y hacen que varié el producto final.

Compuesto nitrogenados Su concentración media es de 0.17 % en peso. Son compuestos indeseables porque aumentan la capacidad del petróleo con agua, contaminan los catalizadores.

Compuestos oxigenados Su concentración es medida a través del TAN (Total Acid Number). Petróleos ácidos TAN > 1 y petróleos no ácidos TAN < 1 Son compuestos indeseables porque aumentan la acides, la corrosividad y el olor del petróleo.

Resinas y asfáltenos Son moléculas grandes de estructura semejante con alta relación carbono- hidrógeno, también contiene azufre, oxígeno y nitrógeno. Las resinas se encuentran disueltas en el petróleo y se solubilizan fácilmente. Los asfáltenos se encuentran dispersos en forma de coloides.

PROCESOS DE TRATAMIENTO DE IMPUREZAS DEL PETRÓLEO.

Para evitar o minimizar los efectos de las impurezas se realizan fundamentalmente tres tratamientos.

Decantación de tanques Desalado Inyección de NaOH

Una parte de la purificación de impurezas se produce en los tanques de acumulación de los yacimientos y de almacenaje de las refinerías por decantación natural del agua y los sedimentos, con la colaboración de la temperatura y el tiempo.

Proceso de desalado de petróleo.

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La desaladora en una unidad de destilación de crudo es una sección crítica de la planta. Su propósito es remover sales y agua del crudo mediante fuerzas electrostáticas y permitir un mayor tiempo de residencia para la separación. Una buena performance en la desaladora podría mejorar el funcionamiento de la planta reduciendo el arrastre de sales corriente abajo y mejorar su desempeño reduciendo el arrastre de crudo en la salmuera. A continuación se presenta una discusión detallada de la importancia de los parámetros de operación para una operación de desalado.

Adición de Agua de Lavado. Agua de lavado es ingresada a la corriente de crudo antes de entrar a la desaladora para remover sales del mismo. La cantidad de agua recomendada a adicionar es el 3 –4.5% del flujo de crudo. Mientras mayor sea la cantidad de agua adicionada, mejor será el lavado y mayor la remoción de sales del crudo. Un flujo de agua de lavado superior al 4.5 % puede acarrear el Arrastre de agua junto con el crudo.

Diferencial de Presión en la Válvula de Mezclado. Una válvula de mezclado es ubicada antes de la

Desaladora para facilitar una mezcla apropiada entre el crudo y el agua de lavado. A una mayor diferencial de presión a través de la válvula, mejor será el mezclado. Diferencial de presión normal varía desde 0.5 a 1.5 kg/cm2. Un diferencial de presión muy elevado puede reducir la carga debido a limitaciones en el bombeo de la alimentación.

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Durante una operación normal, un nivel de interfaz del 30% al 45% permite un mejor funcionamiento de la desaladora. A veces, los transformadores de la desaladora se disparan debido al aumento de intensidad. Esto puede deberse a un alto nivel de la interfaz o al alto nivel de la emulsión.

La figura muestra una purificación por decantación forzada con un equipo desalador electrostático de petróleo.

Decantación de tanques

Consiste en decantar el agua libre presente en el petróleo, por gravedad, en la decantación la temperatura es muy importante ya que tiene u papel muy importante ya que a mayor temperatura menor viscosidad y por lo tanto se mejora la decantación del agua.

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Inyección de NaOHEste tipo de tratamiento comparado con los demás no elimina el contaminante si no que minimiza el efecto por transformación de sales, se inyecta una solución de cloruros de calcio y magnesio en cloruros de sodio, el cloruro de sodio tiene una hidrolisis menor el cual minimiza la corrosión de la unidad.

2 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL CRUDO

El petróleo contiene elementos gaseosos, líquidos y sólidos. La consistencia varía desde un líquido tan poco viscoso como la gasolina hasta un líquido tan espeso que apenas fluye.La composición elemental, aproximada, del petróleo, es de 84 a 87 % de carbono, alrededor de 11 a 14 % de hidrógeno, con más o menos de 0 a 2,5 % de azufre y de 0 a 0,2 % de nitrógeno. Estos últimos elementos, junto con oxígeno y algunos metales (como vanadio, níquel, sodio, arsénico y otros) son considerados como impurezas en el crudo.

2.1 Propiedades físicas del petróleo crudo

Color: Generalmente se piensa que todos los crudos son de color negro, lo cual ha dado origen a cierta sinonimia y calificativos: "oro negro", "más negro que el petróleo crudo". Sin embargo por transmisión de la luz, los crudos pueden tener color amarillo pálido, tonos de rojo y marrón hasta llegar a negro. Por reflexión de la luz pueden aparecer verdes, amarillos con tonos azules, rojo, marrón y negro. Los crudos pesados y extrapesados son negro casi en su totalidad. Crudos con

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altísimo contenido de cera son livianos y de color amarillo; por la noche al bajar bastante la temperatura tienden a solidificarse notablemente y durante el día, cuando arrecia el sol, muestra cierto hervor en el tanque. El crudo más liviano o condensado llega a tener un color blanquecino, lechoso y a veces se usa en el campo como gasolina cruda.

Olor: El olor de los crudos es aromático como el de la gasolina, del kerosene u otros derivados. Si el crudo contiene azufre tiene un olor fuerte y hasta repugnante, como el de huevo podrido. Si contiene sulfuro de hidrogeno, los vapores son irritantes, tóxicos y hasta mortíferos. Para atestiguar la buena o rancia calidad de los crudos es común que la industria los designe como dulces o agrios.

DensidadLos crudos pesados y extrapesados pesan más que el agua, mientras que los crudos livianos y mediados pesan menos que el agua. La densidad, la gravedad API o los grados API (American Petroleum Institute) denotan la relación entre el peso específico y fluidez de los crudos respecto al agua, en forma más clara es una medida que describe que tan pesado o liviano es el petróleo comparándolo con el agua. La gravedad API también puede ser usada para comparar fracciones de petróleo. La ecuación general de la gravedad API es la siguiente:

Gravedad API = (141,5/GE) - 131,5

Donde la gravedad especifica:

GE=ρ petróleo/ρ agua

La gravedad API matemáticamente no tiene unidades, pero siempre se coloca al lado del número la denominación grados API. La gravedad API es medida con un instrumento denominado hidrómetro. La clasificación de los crudos por rango de gravedad API es como sigue:

Livianos 31,1 °API -- a más Medianos 22,3 - 31,1°APIPesados 10 - 22,3 °API Extrapesados, menos de 10°API

Sabor: El sabor de un crudo es una propiedad que se torna importante cuando el contenido de sal es bastante alto. Esta circunstancia requiere que el crudo sea tratado

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adecuadamente en las instalaciones de producción del campo para ajustarle la sal al mínimo (gramos por metro cúbico) aceptable por compradores y refinerías.

Índice de refracción: Medido con un refractómetro, los hidrocarburos acusan valores de 1,39 a 1,49. Se define como la relación de la velocidad de la luz al pasar de uno a otro cuerpo.

Coeficiente de expansión: Varía entre 0,00036 y 0,00096. Temperatura ºC por volumen.

Punto de ebullición: No es constante, Debido a sus constituyentes varía algo menos que la temperatura atmosférica hasta la temperatura igual o por encima de 300 ºC.

Punto de congelación: Varía desde 15,5 ºC hasta la temperatura de −45 ºC. Depende de las propiedades y características de cada crudo o derivado. Este factor es de importancia al considerar el transporte de los hidrocarburos y las estaciones, principalmente el invierno y las tierras gélidas.

Punto de deflagración: Varía desde −12 ºC hasta 110 ºC. Reacción vigorosa que produce calor acompañado de llamas y/o chispas.

Punto de quema: Varía desde 2 ºC hasta 155 ºC. Poder calorífico: Puede ser entre 8.500 a 11.350

calorías / gramo. Entre BTU/libra puede ser de 15.350 a 22.000. (BTU es la unidad térmica británica).

Calor específico: Varía entre 0,40 y 0,52. El promedio de la mayoría de los crudos es de 0,45. Es la relación de cantidad de calor requerida para elevar su temperatura un grado respecto a la requerida para elevar un grado la temperatura de igual volumen o masa de agua.

Calor latente de vaporización: Para la mayoría de los hidrocarburos parafínicos y metilenos acusa entre 70 a 90 kilocalorías / kilogramo ó 130 a 160 BTU/libra.

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Viscosidad: La viscosidad es una de las características más importantes de los hidrocarburos en los aspectos operacionales de producción, transporte, refinación y petroquímica. La viscosidad, que indica la resistencia que opone el crudo al flujo interno, se obtiene por varios métodos y se le designa por varios valores de medición. El poise o centipoise (0,01 poise) se define como la fuerza requerida en dinas para mover un plano de un centímetro cuadrado de área, sobre otro de igual área y separado un centímetro de distancia entre sí y con el espacio relleno del líquido investigado, para obtener un desplazamiento de un centímetro en un segundo. La viscosidad de los crudos en el yacimiento puede tener 0,2 hasta más de 1.000 centipoise. Es muy importante el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de los crudos, en el yacimiento o en la superficie, especialmente concerniente a crudos pesados y extrapesados.Viscosidad relativa: es la relación de la viscosidad del fluido respecto a la del agua. A 20 ºC la viscosidad del agua pura es de 1.002 centipoise.

Viscosidad cinemática: es equivalente a la viscosidad expresada en centipoises dividida por la gravedad específica, a la misma temperatura. Se designa en Stokes o centistokes.

Viscosidad Universal Saybolt: representa el tiempo en segundos para que un flujo de 60 centímetros cúbicos salga de un recipiente tubular por medio de un orificio, debidamente calibrado y dispuesto en el fondo del recipiente, el cual se ha mantenido a temperatura constante.

2.2Propiedades químicas del crudo

2.2.1 Composición química:

Todos los tipos de petróleo se componen de hidrocarburos, aunque también suelen contener unos pocos compuestos de azufre y de oxígeno.La composición elemental del petróleo está comprendida entre los siguientes porcentajes:

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2.2.2 Según su composición

o Hidrocarburos parafínicos (CnH2n+2):Se caracterizan porque su composición es de un 70-80% de hidrocarburos parafínicos saturados de cadena lineal o ramificada, pero nunca cíclica.

Características:* Baja densidad* Elevado índice de viscosidad (80-90)* Baja volatilidad (alto punto de

inflamación)* Bajo poder disolvente (elevado punto

de anilina 90-100oC)

o Hidrocarburos aromáticos (CnH2n+6):Tienen entre un 70 – 80% de hidrocarburos aromáticos no saturados con una o varias cadenas laterales. Los hidrocarburos aromáticos y sus derivados son compuestos cuyas moléculas están formadas por una o más estructuras de anillo estables.

Características:* densidad muy elevada.* Índice de viscosidad muy bajo.* Provocan la formación de productos

resinosos.* Se emulsionan fácilmente con el agua.

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3. REACCIONES IMPORTANTES EN REFINACIÓN

3.1 ISOMERIZACIÓN:

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. 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. La reacción de isomerización  es un proceso de reordenamiento molecular de parafinas lineales de pentano y hexano (RON 60) que da como resultado una nafta (isomerada) de mayor valor octánico.La Unidad de Isomerización está compuesta por dos secciones:

HTN (Hidrotratamiento de naftas): tiene como objetivo la separación del corte de pentanos y hexanos de la carga, y su posterior tratamiento con hidrógeno para eliminar los contaminantes del catalizador de la sección de PENEX.

PENEX (Reacción de Isomerización): tiene como objetivo la isomerización de las parafinas lineales de pentanos y hexanos.

El proceso de isomerización en la petroquímica incrementa el valor agregado a las corrientes de naftas livianas de Topping obteniendo una nafta isomerada de mayor valor octánico.

3.2 ALQUILACIÓN:

La alquilación es un proceso de síntesis química que consiste en la reacción de olefinas ligeras con hidrocarburos saturados dando lugar a hidrocarburos saturados de cadena ramificada con alto índice de octano.

La alquilación es un proceso catalítico que requiere un catalizador de naturaleza ácido

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fuerte, como el ácido fluorhídrico (HF) o el ácido sulfúrico (H2SO4).

Así, por ejemplo, se forma 2, 2,4 - trimetilpentano ("isooctano") a partir de isobuteno e isobutano.

3.3 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.

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.

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BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

http://www.monografias.com/trabajos12/petrol/petrol.shtml#REFINAC#ixzz3oB1jcQMO.

http://www.theicct.org/sites/default/files/ICCT_RefiningTutorial_Spanish.pdf. http://www.lacomunidadpetrolera.com/showthread.php/2346-Proceso-de-Refinaci

%C3%B3n-de-Petr%C3%B3leo. http://es.slideshare.net/soniaalejandrasanchegomez/propiedades-del-crudo-

15476663 http://quimica.laguia2000.com/general/la-petroquimica

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