Industria del petróleoGeneralidades

I. Q. Msc. Diana Catalina Moreno

Contenido

• Introducción• Origen del petróleo• Evolución del consumo de reservas

petrolíferas.• Composición química

Introducción

• La palabra petróleo significa “Aceite de piedra” o “Aceite de roca” y por tal nombre se entiende la mezcla de hidrocarburos saturados en estado sólido, líquido o gaseoso que se encuentran en yacimientos naturales.

• El petróleo ha sido la principal fuente de energía en este siglo. Hasta el ano 1960, mas del 55% de la demanda mundial de energía era cubierta por el petróleo. Hoy, a pesar de los grandes esfuerzos realizados para utilizar otras fuentes alternativas de energía, todavía el petróleo cubre casi el 40% de la demanda mundial de energía primaria.

• La industria petroquímica creció espectacularmente en la segunda mitad del siglo pasado, al fijar los productos derivados del petróleo como fuente de multitud de productos químicos orgánicos, mas de tres mil.

Las 20 mayores compañías petroleras mundiales1 Exxon mobil 11 Gazprom

2Royal Dutch

Shell 12 Valero Energy3 BP 13 Statoil4 Chevron 14 Petrobras5 Total 15 Lukoil

6 ConocoPhilips 16 Repson YPF7 Sinopec 17 Petronas

8China National

Petroleum 18 Marathon Oil9 ENI 19 Indian Oil

10 Pemex 20 Nippon Oil

Materias primas de partida

Petróleo Gas Natural Pizarras Bituminosas

Petróleo

• El petróleo es un compuesto formado mayoritariamente por hidrocarburos. Es un combustible orgánico y de origen fósil creado a través de la transformación de materia orgánica procedente de zooplancton y algas, que se acumuló en grandes cantidades en los fondos marinos. Este proceso se lleva a cabo sin oxigeno y que posteriormente enterrados bajo pesadas capas de sedimentos.

Gas natural

• El gas natural es un hidrocarburo gaseoso, realmente una mezcla de gases, formado principalmente por metano y una proporción variable de nitrógeno, dióxido de carbono, etano, propano, butano, mercaptanos y trazas de hidrocarburos mas pesados. Estos componentes varían en función de los yacimientos en los que se encuentre.

Pizarras bituminosas• Las pizarras bituminosas son rocas homogéneas, de

grano fino, comúnmente de color negro azulado, opacas y tenaces que se separan con facilidad en hojas delgadas y planas. En ellas pueden distinguirse dos partes bien diferenciadas. Una parte inorgánica (60-80 % p/p) compuesta principalmente por arcillas, calizas, feldespatos y piritas y otra orgánica (10-30 % p/p) formada por largas cadenas de hidrocarburos (80-85 % C y 12-15 % H) junto a compuestos de oxigeno, nitrógeno y azufre.

Origen del petróleo

ORIGEN VOLCÁNICO •Se habría formado a partir de la actividad volcánica hace miles

de años.

ORIGEN QUÍMICO

•El petróleo y el gas natural serían producto de la mezcla y reacción de una o varias sustancias minerales con el agua del mar.

ORIGEN ORGÁNICO

•El Petróleo y gas natural son combustibles fósiles que se habrían formado hace millones de años, por la acumulación de restos animales y vegetales que se fueron acumulando en el fondo del océano.

RESERVAS PETROLÍFERAS

COMPOSICIÓN QUÍMICA

Composición elemental

Elementos Masa (%)

Carbono (C) 84-87

Hidrogeno (H) 11-14

Azufre (S) 0-2

Nitrógeno (N) 0.2

Densidad

Tipo de crudo Densidad en (g/cc) Densidad °API

Extrapesado > 1.0 10

Pesado 1.00-0.92 10.0-22.3

Mediano 0.92-0.87 22.3-31.1

Ligero 0.87-0.83 31.1-39

Superligero <0.83 >39

°API (American Petroleum Institute)

• También llamada gravedad API, corresponde a una función especial de la densidad relativa (gravedad específica) a 60/60º F:

• Esta determinación es aplicable al petróleo crudo, productos de petróleo o mezclas de productos del petróleo y no petrolíferos manejados como líquidos, que tengan una presión de vapor Reid de 26 lb o menos.

Contenido de azufre

• Los compuestos de azufre reducen la calidad de los productos petrolíferos debido a su corrosividad y generación de gases contaminantes durante su combustión. Al crudo con alto contenido relativo de azufre (mayor al 0.5%w) se le conoce como crudo amargo y al de menor contenido, crudo dulce.

Punto de escurrimiento

• El punto de escurrimiento es la temperatura más baja expresada como múltiplo de 3°C (5°F), a lo cual se observa fluir la muestra cuando es enfriada bajo condiciones especificadas. Este parámetro da una idea del contenido de parafinas presente en la muestra: los naftenos tienen menor punto de fluidez y las parafinas mayor.

Clasificación por basea. Base parafínica: Se encuentran generalmente en Pensilvana, West Virginia y centro de Estados Unidos.

b. Base nafténica: o cicloparafínicos: Generalmente contienen gran proporción de fracciones volátiles. Se encuentran generalmente en Perú, California y Golfo de México.

c. Base asfáltica: Contienen gran cantidad de azufre y una cantidad relativamente alta de alquitrán y asfalto. Se pueden encontrar en México, Venezuela, California y el Caribe.

d. Base mixta: Ciertos crudos tienen tan parejos los contenidos de nafta, parafinas y asfaltos que resulta imposible clasifcarlos en una sola de estas clases, ejemplos son: Kansas, Oklahoma y Texas.

Clasificación por base

Ningún crudo es realmente netamente nafténico, asfáltico o parafínico en su composición química, sino que contienen proporciones de los otros tipos, caracterizándose por la predominancia del compuesto en mayoría.La clasifcación de los crudos según el factor Kw se considera:

• Base parafínica: Kw > 12.2• Intermedio 12.2 ≥ Kw ≥ 1.45• Base nafténica 10.5≤ Kw< 1.5• Base aromática Kw< 10.5

Parafinas

Son alcanos saturados cuya estructura molecular es prácticamente lineal. Su formula química es CnH2n+2 , donde n>20

CH3 - CH2 - (CH2)R- CH3

Siendo R la longitud de la cadena, que varía aproximadamente de 17 a 57. Sus pesos moleculares están comprendidos entre los 280 y 840.

IsoparafinasSon hidrocarburos saturados (alcanos) en cuya estructura molecular predominan las cadenas ramificadas. Estas ramificaciones están principalmente constituidas por radicales lineales, C1-C6, o bien ciclos de 5 ó 6 carbonos.

El esquema que se presenta a continuación es una simplificación de la estructura química de estas moléculas, referido a radicales de tipo lineal.

Punto de ebullición

•El punto de ebullición aumenta con el tamaño del alcano porque las fuerzas intramoleculares atractivas (fuerzas de Van Der Waals y de London) son más efectivas cuanto mayor es la superficie de la molécula.

Parafinas

•En el caso de los alcanos ramificados, éstos presentan un punto de ebullición más bajo que el del los lineales con el mismo número de átomos de carbono. Esta diferencia se debe a que los alcanos ramificados son más compactos, con menos área superficial para las interacciones por fuerzas de London.

Iso parafinas

Isómeros C5 H12 Punto de ebullición

36.1°C

27.8°C

9.5°C

Punto de fusiónEl punto de fusión también aumenta con el tamaño del alcano por la misma razón. Los alcanos con número de carbonos impar se empaquetan peor en la estructura cristalina y poseen puntos de ebullición un poco menores de lo esperado.

La ramificación de un alcano da lugar a una estructura tridimensional sólida más compacta en la que las moléculas pueden empaquetarse más fácilmente, incrementando el punto de fusión.

Solubilidad y densidad

Los alcanos son apolares, por lo que se disuelven en disolventes orgánicos apolares o débilmente polares. Se dice que son hidrofóbicos (repelen el agua) ya que no se disuelven en agua. En lo que se refiere a la densidad, cuanto mayor es el número de carbonos las fuerzas intermoleculares son mayores y la cohesión intermolecular aumenta, resultando en un aumento de la proximidad molecular y, por tanto, de la densidad.

Solubilidad y densidad

Olefinas

Olefina es el término químico antiguo todavía muy utilizado en la industria para nombrar a los alquenos (denominación IUPAC)Las olefinas son hidrocarburos que contienen al menos un enlace doble

Propiedades físicas

Estado físico:◦ Gases: etileno a butenos (C2 a C4)◦ Líquidos: pentenos a 1-octadeceno (C5 a C18)◦ Sólidos: Igual o superiores a C19

Densidad: de 0,63 a 0.79 g/cm3

• Insolubles en agua y solubles en la mayor parte de los disolventes orgánicos: Alcoholes, éteres e hidrocarburos aromáticos.

Naftinas (cicloalcanos)

• Los cicloalcanos son alcanos que contienen anillos de átomos de carbono. Muchos compuestos orgánicos presentes en la naturaleza son cíclicos, por ejemplo los monoterpenos, con 10 átomos de carbono, están presentes en muchas esencias de las plantas.

Propiedades físicas

Punto de ebullición

Punto de Fusión

Densidad

Compuestos azufrados

Referencias• Austin, G. T., Espinoza Rubio, M. E., Guerra de Monjarás, C., Sánchez

Herzberger, J., & Viesca Murie, R. (1988). Manual de procesos químicos en la industria. México: McGraw-Hill.

• Iglesias, E. P. (2009). Petróleo y gas natural: Ediciones Akal.• Mario, G. R., & Eugenio, M. C. (2013). Ingeniería química: UNED.• MIRANDA, M. P. C. (2008). Química Orgánica: Universidad Nacional

de Educación a Distancia.• Ortuño, Á. V. (1999). Introducción a la química industrial: Reverté.• Weininger, S. J., & Stermitz, F. R. (1988). Química orgánica: Reverté.• William C. Lyons, P. D. P. E., & Gary J Plisga, B. (2011). Standard

Handbook of Petroleum and Natural Gas Engineering: Elsevier Science.