CARACTERIZACIN DE HIDROCARBUROS Y CORTES DEL PETRLEO

Caracterizacin del petrleo y sus fracciones

1.1. Densidad API.1.2. Viscosidad. ndice de viscosidad1.3. Ensayos de destilacin ASTM. Curvas ASTM1.4. Destilacin 15/5. Curvas TBP.1.5. Temperaturas medias de ebullicin.1.6. Factor de caracterizacin y peso molecular medio.

Propiedades fsicas del petrleo y sus fracciones.

2.1. Calor especfico 2.2. Potencia calorfica 2.3. Presin de vapor 2.4. Entalpa 2.5. Propiedades crticas

Equilibrio lquido-vapor en mezclas multicomponentes.

3.1. Constante de equilibrio lquido-vapor 3.2. Mezclas de componentes identificados 3.3. Mezclas complejas de componentes no identificadosEnsayos de caracterizacin de los productos petrolferos finales.

1. Caracterizacin del petrleo y sus fracciones

1.1. Densidad API

Gravedad especfica. Relacin entre el peso de un volumen dado de aceite a 60F y el peso del mismo volumen de agua a la misma temperatura.

Grados API

API = (141.5/sp-gr) 131.5

API = American Petroleum Institute

1.2. Viscosidad. ndice de viscosidad

Viscosidad absoluta o dinmica. Cociente entre el esfuerzo cortante existente en la pared del recipiente que contiene el fluido en movimiento y el valor del gradiente de la velocidad del fluido en la direccin perpendicular a dicha pared.

= Unidades. 1 Poise= dina.s/cm2=10-1Pa.s

Viscosidad cinemtica. Cociente entre la viscosidad absoluta del fluido y su densidad, medidos ambos a la misma temperatura.

= / Unidades. 1 Stoke= = 10-4 m2/s

1cSt= 1mm2/s

F/Adv/dy1 Poise1 g/cm3

Segundos Saybolt (Norma ASTM D88)

Universal a 70, 100, 130 y 200FFurol a 77, 100, 122 y 210 F. 1cSt= 2.13 segundos

Segundos RedwoodGrados Engler 1cSt = 7.60E

ndice de viscosidad. Mediante grficas, conociendo datos de viscosidada 2 temperaturas.

1.3. Ensayos de destilacin ASTM. Curvas ASTMSe usa para la definir las volatilidades de mezclas complejas y cortesdel petrleo.ASTM D86 (Cortes de naftas y kerosenos)

Destilacin a presin atmosfrica sin reflujo

Toma de temperatura a diferentes volmenes de destilado (5, 10, 20, 30,

40, 50, 60, 70, 80 y 90% de destilado)

Temperatura cuando aparece la 1 gota de destilado: Punto inicial de

ebullicin (IBP)

Fin del ensayo: Se agota el lquido (punto seco) o cuando la T

deja de aumentar o desciende (punto final).

Temperatura del punto final: Punto final de ebullicin (FBP)

Correccin de temperatura para ensayos a P 760 mmHg

Ecuacin de Sidney-YoungT760 = Tp+ 0,00012 (760-P) (460+Tp)

ASTM D-1160 (Fracciones pesadas)

Destilacin a vaco

1.4. Destilacin 15/5. Curvas TBP (True Boiling Point)

Destilacin en columnas con ms de 15 platos de rectificacin y relaciones de reflujo superiores a 1/5.

ASTM D 2892

Columna 15/5 a presin atmosfrica o vaco.

1.5. Temperaturas medias de ebullicinVolume Average Boiling Point (VABP)

VABP = xvi Tbi

xvi Fraccin en volumenTbiTemperatura de ebullicin para i.

Molar Average Boiling Point (MABP)

MABP = xi Tbi

xi Fraccin molarWeigh Average Boiling Point (WABP)

WABP = xw Tbi

xw Fraccin en pesoCubic Average Boiling Point (CABP)

CABP= (xvi Tbi)3

Mean Average Boiling Point (MeABP) (MABP + CABP) /2

1.6. Factor de caracterizacin de Watson o KUOP y peso molecular medio

KUOP =

Se suele usar la temperatura en Rankine

K= 10 Aromticos purosK= 11Naftnicos purosK = 12Mixtos (Parafinas y naftenos)K = 13Parafnicos e isoparafnicos

Peso molecular medio M = xi mi

Grficas relacin entre Peso molecular medio y MeABP(CABP)1/3sp-gr

Propiedades fsicas del petrleo

y sus fracciones2.1. Calor especfico

Casi independiente de Presin.A igualdad de temperatura, a mayor densidad, menor Calor especfico

Ce parafinas > Cenaftenos > Ce aromticos

Grficas relacin entre Calor especfico y fracciones con KUOP =18.

2.2. Potencia calorfica de las fracciones del petrleo

Estimacin para hidrocarburos gaseosos

A partir del Peso molecular medio (M) de la fraccin y la naturaleza parafnica u olefnica de los componentes.

Potencia calorfica superior. Calor de combustin referido a T=15C por unidad de volumen en condiciones normales, cuando el agua formada se encuentra en fase lquida a 15C. PCS = (K1 M + K2) .103 Kcal/Nm3K1=0.5 y K2=1.57 para las parafinasK1=0.496 y K2=1.10 para las olefinas

Potencia calorfica inferior. Calor de combustin referido a T=15C por unidad de volumen en condiciones normales, cuando el agua formada se encuentra en fase vapor a 15C.

PCS = (K3 M + K4) .103 Kcal/Nm3

K3=0.47 y K4=1.03 para las parafinasK3=0.463 y K4=1.04 para las olefinas

Mezclas de parafinas y olefinas: mediante interpolacin de los valores de las constantes proporcionalmente a la fraccin volumtrica.

Estimacin para hidrocarburos lquidos

Grficas de relacin entre PCS, la gravedad especfica y el factor KUOP

PCI= PCS (18. HvH2O15c/200) %H Kcal/Kg

2.3. Presin de vapor

Diagramas de Cox (Presin de vapor- T )

2.4. Entalpa de hidrocarburos, sus mezclas y fracciones petrolferas

Hidrocarburos ligeros (C1-C6)

Diagramas Entalpa- T. En caso de mezclas. Comportamiento ideal H= wi Hi

b) Fracciones del petrleo con componentes no identificados Diagramas Entalpa- T (para KUOP =12)

2.5. Propiedades crticas de los hidrocarburos

La temperatura y presin crtica se usan como variables de correlacin para predecir otras propiedades de inters.

Representacin de curvas de presin de vapor y sus puntos crticos para hidrocarburos parafnicos.

Temperatura y presin pseudocrticas

Tpc = xi (Tc)i Ppc = xi (Tc)i

Muchas propiedades termodinmicas de mezclas pueden estimarse mediante las variables pseudoreducidas.

Variable pseudoreducida =

T y P crticas son determinantes para la definicin de las condiciones en que una fraccin debe ser procesada.Grficas para determinar temperaturas/presiones crticas y temperaturas /presiones pseudocrticas, en funcin de gravedad especfica

Valor absoluto de variableValor pseudocrtico de variable

3. Equilibrio lquido-vapor en mezclas multicomponentes

3.1. Constante de equilibrio lquido-vapor

El equilibrio lquido-vapor se caracteriza por el coeficiente de distribucin o constante de equilibrio.

Ki = =

Ki: Constante de equilibrio del componente i a T y P del sistemayi: Fraccin molar del componente i en la fase vaporxi: Fraccin molar del componente i en la fase lquidaPi0: Presin del vapor del componente i puro, a la temperatura del sistema.PT : Presin total sobre el sistema.

3.2. Mezclas de componentes identificados

Sea una alimentacin total de i componentes, cuyas fracciones molares son zi. Si la alimentacin se vaporiza parcialmente, se obtienen dos corrientes de lquido y vapor:

AlimentacinziV, yiL, xi

3. Equilibrio lquido-vapor en mezclas multicomponentes

Determinacin del punto de roco de un vapor

VAPOR (P, T) P T del punto de rocoComposicin conocida

Suponed T o P

Clculo de Ki

Cumple ecuacin de equilibrio? yi/Ki = 1

T P de punto de roco = Valor supuesto

NoS

3. Equilibrio lquido-vapor en mezclas multicomponentes

Determinacin del punto de burbuja de un lquido

LQUIDO(P, T) P T del punto de burbujaComposicin conocida

Suponed T o P

Clculo de Ki

Cumple ecuacin de equilibrio? xi.Ki = 1

T P de punto de burbuja = Valor supuesto

NoS

3. Equilibrio lquido-vapor en mezclas multicomponentes

Vaporizacin-condensacin parcial

A P constante

T punto burbujaT punto rocoLquidoLquido + VaporVaporAumento de temperaturaPara una mezcla de componentes en equilibrio a una T entre punto de burbuja y roco, se cumple:

yi = Ki xi(1)

zi = Vyi + Lxi(2)

Siendo V y L, la fraccin molar vaporizada y en fase lquida respectode la mezcla inicial. V + L =1

Sustituyendo yi de (1) en (2), resulta:

xi = zi/(VKi + L) y por tanto, se debe cumplir, en el equilibrio, que:

xi = zi/(V Ki + L)(3)

yi = (xi.Ki) = 1(4)

3. Equilibrio lquido-vapor en mezclas multicomponentes

Vaporizacin-condensacin parcial

Clculo de Ki a P y T del sistema

Suponed una fraccin vaporizada V

Cumple ecuaciones de equilibrio (3) y (4)?

Fraccin vaporizada V = Valor supuesto

d) Estudio de las ecuaciones de equilibrio. Funcin F(V) F(V) = yi - xi =

NoSEn el equilibrio F(V) deber ser cero

3. Equilibrio lquido-vapor en mezclas multicomponentes

d) Estudio de las ecuaciones de equilibrio. Funcin F(V)

d.2. Para V= 1

F(1)= 1- (zi/ Ki)Vapor en su punto de roco(zi/Ki)=1 y F(1) =0Vapor recalentado(zi/Ki) 1

(zi Ki) >1

3. Equilibrio lquido-vapor en mezclas multicomponentes

3.3. Mezclas complejas de componentes no identificados

Curvas EFV (Equilibrium flash vaporization)

Clculo de % vaporizado y composicin Mtodosde la fase lquido y vapor empricosa una P y T

Curva EFV

Representacin de las temperaturas a las que a P constante una fraccin tiene distintas tasas de evaporacin (0, punto de burbuja a 1, punto de roco).

Caracterizacin de curvas EFV

Temperatura a la que se vaporiza el 50% en volumen (T50)EFVPendiente de la recta que une los puntos correspondientes a vaporizaciones de 10 y 70% en volumen: Lnea de referencia flash

Existen correlaciones empricas para obtener las curvas EFV a presin atmosfrica a partir de la ASTM y/o TBP.

3.3. Mezclas complejas de componentes no identificados

Diagramas de fase

Si en el diagrama P-T se representan los puntos de roco, de burbuja y los correspondientes a determinadas tasas de evaporacin a partir de una misma fraccin a distinta Presin

Las lneas que unen los puntos correspondientes de idnticas tasas de evaporacin son rectas convergentes en un punto: Punto focal

Diagrama de fase: Tringulo definido por la lnea de presin atmosfrica y las de punto de roco y burbuja.

Determinacin del punto focal, en funcin de:

Pendiente (s) = C/%

M= C/%