DIVISION

CARRERA

MATERIA

INGENIERIA

INGENIERIO PETROLERO Y ENERGIA ALTERNASMATERIA CONSECUENTE

QUIMICA PETROLERACUATRIMESTRE CLAVE MATERIA

REQUISITO ACADEMICO

6TOTAL HORAS PLAN DE ESTUDIOS FECHA DE ELABORACION

MFLUHRS. PRACTICAS

CUATRIMESTRAL ELABORADO POR:

MAYO 2010

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MATERIA QUIMICA PETROLERA

H/DOCENTES

H/INDEPENDIENTES

CREDITOS

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QUIMICA PETROLERAUNIDAD1.- INTRODUCCION, MATERIA Y ENERGIA 1.1.- Que es materia; clases o tipos de materia. La microestructura de la materia. 1.2.- Que es energa. Calor y Temperatura 1.3- Combinaciones y conjuntos de tomos 1.4.- Peso tomos y otras masas. El mol 1.5.- Formulas estequiometricas 1.6.- Ecuaciones qumicas 1.7.- Estequiometria y reacciones UNIDAD 2.- SOLUCIONES Y REACCIONES EN SOLUCION ACUOSA 2.1.- Mezclas, tipos de solucin, concentracin y solubilidad 2.2.- Relaciones cido-base; reacciones de precipitacin 2.3.- Ecuacin neta para reacciones en solucin acuosa 2.4.- Balance de ecuaciones (oxidacin y reduccin) UNIDAD 3.- COMPOSICION, CLASIFICACION Y PROPIEDADES DE LOS PETROLEOS EN MEXICO. 3.1.- Definicin de petrleo y de gas natural

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3.2.- Composicin de los petrleos y los gases naturales 3.3.- Clasificaciones de los petrleos 3.4.- Los petrleos de Mxico UNIDAD 4.- ELEMENTOS DE REFINAICON DEL PETROLEO, TRATAMIENTO DE GAS 4.1.- Fracciones del petrleo y del gas natural: gasolina, kerosina, gasoleo, residuo gas comercial y gas licuado 4.2.- Proceso de refinacin y sus equipos 4.2.1. Destilacin normal y al vaci. Hornos 4.2.2. Fraccionamiento. Torres de burbujeo. 4.2.3. Desintegracin trmica y cataltica. Reactores 4.2.4. Otros procesos catalticos de refinacin 4.2.5. Otros procesos fisicoqumicos 4.2.6 Tratamiento bsico de fracciones cruda 4.2.7 Equipo, torres de enfriamiento, tanques, equipo de control e instrumentacin 4.3.- Principales productos comerciales obtenidos en las refineras: gas licuado, gasolinas, kerosinas, combustibles diesel, aceite combustible industrial, aceites lubricantes, grasas, parafinas y asaltos 4.4.- Diagramas de bloques de una refinera 4.5.- Tratamientos de gas 4.6.- Absorcin y condensacin UNIDAD1.- INTRODUCCION, MATERIA Y ENERGIA 1.1 QUE ES MATERIA?, CLASES O TIPOS DE MATERIA. LA MICROESTRUCTURA DE LA MATERIA

MATERIA: Todo lo que nos rodea es materia: el libro que leemos, la mesa en la que nos apoyamos, el agua que bebemos, el aire que respiramos. Podemos definir la materia como todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y se puede pesar.

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MATERIA ORGNICA La etimologa de la palabra orgnico significa que procede de rganos, relacionado con la vida; en oposicin a inorgnico, que sera el calificativo asignado a todo lo que carece de vida. Se les dio el nombre de orgnicos en el siglo XIX, por la creencia de que slo podran ser sintetizados por organismos vivos. La teora de que los compuestos orgnicos eran fundamentalmente diferentes de los "inorgnicos", fue refutada con la sntesis de la urea, un compuesto "orgnico" por definicin ya que se encuentra en la orina de organismos vivos, sntesis realizada a partir de cianato de potasio y sulfato de amonio por Friedrich Whler (sntesis de Whler). Los compuestos del carbono que todava se consideran inorgnicos son los que ya lo eran antes del tiempo de Whler; es decir, los que se encontraron a partir de fuentes sin vida, "inorgnicas", tales como minerales. Los compuestos orgnicos son sustancias qumicas que contienen carbono, formando enlaces covalentes carbono-carbono y/o carbono-hidrgeno. En muchos casos contienen oxgeno, y tambin nitrgeno, azufre, fsforo, boro, halgenos y otros elementos. No son molculas orgnicas los carburos, los carbonatos y los xidos de carbono. Las molculas orgnicas pueden ser de dos tipos: Molculas orgnicas naturales: Son las sintetizadas por los seres vivos, y se llaman biomolculas, las cuales son estudiadas por la bioqumica. Molculas orgnicas artificiales: Son sustancias que no existen en la naturaleza y han sido fabricadas por el hombre como los plsticos. La lnea que divide las molculas orgnicas de las inorgnicas ha originado polmicas e histricamente ha sido arbitraria, pero generalmente, los compuestos orgnicos tienen carbono con enlaces de hidrgeno, y los compuestos inorgnicos, no. As el cido carbnico es inorgnico, mientras que el cido frmico, el primer cido graso, es orgnico. El anhdrido carbnico y el monxido de carbono, son compuestos inorgnicos. Por lo tanto, todas las molculas orgnicas contienen carbono, pero no todas las molculas que contienen carbono, son molculas orgnicas. MATERIA INORGNICA Se denomina materia inorgnico a todos aquellos compuestos que estn formados por distintos elementos, pero en los que su componente principal no es el carbono siempre. Ejemplos de compuestos inorgnicos: El agua (H2O) es igual a dos tomos de hidrgeno y un tomo de oxgeno. El amoniaco (NH3) es igual a un tomo de nitrgeno y tres de hidrgeno. El anhdrido carbnico, el cual se encuentra en la atmsfera en estado gaseoso y los seres vivos lo eliminan hacia ella a travs de la respiracin. Su frmula qumica es CO2, o sea, un tomo de carbono y dos de oxgeno. El CO2 es ocupado por los vegetales en el proceso de fotosntesis para fabricar glucosa. Es importante

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aclarar que el CO2, aunque contiene carbono, no es orgnico porque tampoco contiene hidrgeno. MATERIA VIVA La materia viva es la materia que forma parte de los seres vivos. Puede ser orgnica (protenas, lpidos, azcares, etc.) y tambin puede ser inorgnica (agua, sales minerales). La materia viva llamada tambin materia orgnica, esta formada principalmente por carbono, hidrgeno, oxigeno y nitrgeno. Estos elementos, al combinarse, forman sustancias que interactan entre si dentro de la forma viva mas simple que es la clula. MICROESTRUCTURA La microsestructura de la materia es la forma en que estn ordenadas los fragmentos cristalinos dentro de la masa microscpica de la materia o material.

1.2.- QUE ES ENERGA. CALOR Y TEMPERATURA ENERGIA El trmino energa tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar, poner En fsica, energa se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnologa y economa, energa se refiere a un recurso natural y la tecnologa asociada para explotarla y hacer un uso industrial o econmico del mismo.

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Tipos de energa ms comunes:

Energa Hidrulica: Es la energa del agua en movimiento. Energa Calorfica: Energa que ocasiona en los cuerpos un cambio de temperatura. Energa Qumica: Es la energa que se da al producirse los cambios qumicos de la materia, produciendo calor, luz o electricidad. Energa luminosa: Es una emisin de ondas electromagnticas capaces de estimular la retina del ojo. Energa sonora: Es la que se obtiene con la vibracin o perturbacin de un cuerpo sonoro que se transmite a travs de los slidos, lquidos o gases. Energa elctrica: Es la energa de la corriente de los electrones que a su paso por un conductor produce luz y calor. Energa nuclear: Es la energa contenida en el ncleo del tomo Energa elica: Es la energa del viento en movimiento.

CALOR: En fsica, el calor es una forma de energa asociada al movimiento de los tomos, molculas y otras partculas que forman la materia. El calor puede ser generado por reacciones qumicas (como en la combustin), nucleares (como en la fusin nuclear de los tomos de hidrgeno que tienen lugar en el interior del Sol), disipacin electromagntica (como en los hornos de microondas) o por disipacin mecnica (friccin). Su concepto est ligado al Principio Cero de la Termodinmica, segn el cual dos cuerpos en contacto intercambian energa hasta que su temperatura se equilibre. El calor puede ser transferido entre objetos por diferentes mecanismos, entre los que cabe resear la radiacin, la conduccin y la conveccin, aunque en la mayora de los procesos reales todos los mecanismos anteriores se encuentran presentes en mayor o menor grado.

TEMPERATURA: La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de calor o fro, por lo general un objeto ms "caliente" tendr una temperatura mayor. Fsicamente es una magnitud escalar dada por una funcin creciente del grado de agitacin de las partculas de los materiales. A mayor agitacin, mayor temperatura. As, en la escala microscpica, la temperatura se define como el promedio de la energa de los movimientos de una partcula individual por grado de libertad.

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En el caso de un slido, los movimientos en cuestin resultan ser las vibraciones de las partculas en sus sitios dentro del slido. En el caso de un gas ideal monoatmico se trata de los movimientos traslacionales de sus partculas (para los gases multiatmicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta tambin). Multitud de propiedades fisicoqumicas de los materiales o las sustancias varan en funcin de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (gaseoso, lquido, slido, plasma...), su volumen, la solubilidad, la presin de vapor o la conductividad elctrica. As mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones qumicas. La temperatura se mide con termmetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a las unidades de medicin de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin. Sin embargo, fuera del mbito cientfico el uso de otras escalas de temperatura es comn el uso de la escala Celsius (o centgrada), y, en los pases anglosajones, la escala Fahrenheit. Tambin existe la escala Rankine (R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, es la escala utilizada en el Sistema Ingls Absoluto. Una diferencia de temperatura de un kelvin equivale a una diferencia de un grado centgrado.

FORMULAS, ECUACIONES, ESTEQUIOMETRIA. 1.3.-COMBINACIONES Y CONJUNTOS DE ATOMOS En todas las investigaciones qumicas, el conocimiento de los pesos relativos de los simples que constituyen un compuesto ha sido considerado con buen juicio un tema de gran importancia. Sin embargo, por desgracia, la indagacin ha terminado aqu, a pesar que, de los pesos relativos en masa, los pesos relativo de las ltimas partculas o tomos de los cuerpos podra haber sido inferida, y a partir de ellos su nmero y peso en otros compuestos saldra a la luz, para asistir y guar investigaciones futuras y corregir sus resultados. Ahora, un objetivo importante de este trabajo es mostrar la importancia y las ventajas de averiguar los pesos relativos de las ltimas partculas, tanto de cuerpos

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simples como compuestos, el nmero de partculas simples elementales que constituye una partcula compuesta, y el nmero de partculas menos compuestas que entran en la formacin de una partcula ms compuesta. Si existen dos cuerpos, A y B, capaces de combinarse, he aqu el orden en el cual las combinaciones podran tener lugar, comenzando por la ms simple, a saber:

1 tomo de A + 1 tomo de B

= 1 tomo de C, binario

1 tomo de A + 2 tomos de B = 1 tomo de D, ternario 2 tomos de A + 1 tomo de B = 1 tomo de E, ternario 1 tomo de A + 3 tomos de B = 1 tomo de F, cuaternario 3 tomos de A + 1 tomo de B = 1 tomo de G, cuaternario, etc.

Las siguientes reglas generales pueden ser adoptadas como guas en todas nuestras investigaciones respecto a la sntesis qumica: 1.- Cuando slo una combinacin entre dos cuerpos puede ser obtenida, debe suponerse que es una combinacin binaria, a menos que alguna razn indique lo contrario. 2.- Cuando se conocen dos combinaciones, debe suponerse que una es binaria y otra ternaria. 3.- Cuando se obtienen tres combinaciones, podemos esperar que una es binaria y las otras dos ternarias. 4.- Cuando se conocen cuatro combinaciones, debemos esperar que una es binaria, otra ternaria, y otra cuaternaria, etc. 5.- Un compuesto binario debe ser siempre explcitamente ms pesado que la simple mezcla de sus dos componentes. 6.- Un compuesto ternario debe ser explcitamente ms pesado que la mezcla de uno binario y uno simple que, al combinarse, lo constituyen, etc. 7.- Las anteriores reglas se aplican igualmente cuando dos cuerpos como C y D, D y E, etc., se combinan.

De la aplicacin de estas reglas a hechos qumicos ya bien establecidos, podemos obtener las siguientes conclusiones: 7

1.- Que el agua es un compuesto binario de hidrgeno y de oxgeno, y que los pesos relativos de estos dos tomos elementales son aproximadamente como 17 2.- Que el amonaco es un compuesto binario de hidrgeno y zoe, y que los pesos relativos de los dos tomos son aproximadamente como 15 3.- Que el gas nitroso es un compuesto binario de zoe y de oxgeno, cuyos tomos pesan respectivamente 5 y 7; que el cido ntrico es un compuesto binario o ternario, segn su fabricacin, y que consiste en un tomo de zoe y dos de oxgeno, que pesan conjuntamente 19; que el xido nitroso es un compuesto similar al cido ntrico, y que est formado de un tomo de oxgeno y de dos de zoe, pesando en total 17; que el cido nitroso es un compuesto binario de cido ntrico y de gas nitroso, pesando 31; que el cido oxintrico es un compuesto binario de cido ntrico y de oxgeno, pesando 26; 4.- Que el xido carbnico es un compuesto binario, formado de un tomo de carbn y un tomo de oxgeno, que pesan en conjunto 12; que el cido carbnico es un compuesto ternario (aunque a veces binario) formado de un tomo de carbn, y de dos de oxgeno, que pesan en total 19; etc. En todos los casos, los pesos han sido expresados en tomos de hidrgeno, cada uno de ellos denotado por la unidad.

1.4.- PESOS ATOMICOS Y OTRAS MASAS. EL MOL La masa atmica es la masa de un tomo en reposo, la unidad SI en la que se suele expresar es la unidad de masa atmica unificada. La masa atmica puede ser considerada como la masa total de los protones, neutrones y electrones en un tomo nico en estado de reposo. La masa atmica, tambin se ha denominado peso atmico, aunque esta denominacin es incorrecta, ya que la masa es propiedad del cuerpo y el peso depende de la gravedad. Las masas atmicas de los elementos qumicos se suelen calcular con la media ponderada de las masas de los distintos istopos de cada elemento 8

teniendo en cuenta la abundancia relativa de cada uno de ellos, lo que explica la no correspondencia entre la masa atmica en unas, de un elemento, y el nmero de nucleones que alberga el ncleo de su istopo ms comn. En cambio, la masa atmica de un istopo s coincide aproximadamente con la masa de sus nucleones. Esta diferencia es debida a que los elementos no estn formados por un solo istopo si no por una mezcla con unas ciertas abundancias para cada uno de ellos. Mientras que cuando medimos la masa de un istopo en concreto no tenemos en cuenta las abundancias. De todas formas ni siquiera la masa atmica de los istopos equivale a la suma de las masas de los nucleones. Esto es debido al defecto de masa.

PESO ATOMICO Nmero asignado a cada elemento qumico para especificar la masa promedio de sus tomos. Puesto que un elemento puede tener dos o ms istopos cuyas masas difieren, el peso atmico de tal elemento depender de las proporciones relativas de sus istopos. La composicin isotpica de los elementos que se encuentran en la naturaleza es casi constante, excepto en aquellos que ha producido la radiactividad natural. El peso atmico se refiere a esta mezcla natural. En 1960 se introdujo una unidad llamada masa nuclear relativa, definida como 1/12 de la masa de carbono- 12. Se representa con el smbolo u; de este modo, 12C = 12u. La tabla de los pesos atmicos relativos se basa ahora en la masa atmica de 12C = 12. V.

EL MOL El mol (smbolo mol) es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia, una de la siete magnitudes fsicas fundamentales del Sistema Internacional de Unidades. Dada cualquier sustancia (elemento qumico, compuesto o material) y considerando a la vez un cierto tipo de entidades elementales que la componen, se define como un mol a la cantidad de esa sustancia que contiene tantas entidades elementales como tomos de C12 hay en 12 gramos de ste.

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El nmero de unidades elementales tomos, molculas, iones, electrones, u otras partculas o grupos especficos de stas existentes en un mol de sustancia es, por definicin, una constante que no depende del material ni del tipo de partcula considerado. Esta cantidad es llamada nmero de Avogadro (NA) y equivale a 6,02 1023 unidades elementales por mol.

Dado el tamao extremadamente pequeo de las unidades fundamentales, y su nmero inmensamente grande, es imposible contar individualmente las partculas de una muestra. Esto llev a desarrollar mtodos para determinar estas cantidades de manera rpida y sencilla. Si tuvisemos que crear una unidad de cantidad de sustancia hoy en da, seguramente se utilizara la "Tera-partcula" (1012 partculas) o algo similar. Sin embargo, dado que el mol se ha definido hace ya tiempo y en otro contexto de investigacin, se han utilizado diferentes mtodos. El primer acercamiento fue el de Joseph Loschmidt, intentando contabilizar el nmero de molculas en un centmetro cbico de sustancias gaseosas bajo condiciones normales de presin y temperatura. Los qumicos del siglo XIX usaron como referencia un mtodo basado en el peso y decidieron utilizar unos patrones de masa que contuviesen el mismo nmero de tomos o molculas. Como en las experiencias de laboratorio se utilizan generalmente cantidades del orden del gramo, definieron los trminos tomo-gramo, molcula-gramo, frmula-gramo, etc. Actualmente estos trminos no se usan y han sido sustituidos por el mol. Ms adelante el mol queda determinado como el nmero de molculas H2 existentes en dos gramos de hidrgeno, lo que da el peculiar nmero de 6,02 1023 al que se conoce como nmero de Avogadro. Dado que un mol de molculas H2 equivalen a 2 gramos de hidrgeno, un mol de tomos H ser entonces un gramo de este elemento. O sea que en un gramo de hidrgeno hay 6.022 1023 tomos. Para evitar ambigedades, en el caso de sustancias macroelementales conviene por lo tanto indicar, cuando sea necesario, si se trata de tomos o de molculas. Por ejemplo: "un mol de molculas de nitrgeno" equivale a 28 g de nitrgeno. O, en general, especificar el tipo de partculas o unidades elementales a que se refiere. En los compuestos inicos tambin puede utilizarse el concepto de mol, aun cuando no estn formados por molculas discretas. En ese caso el mol equivale al trmino frmula-gramo. Por ejemplo: 1 mol de NaCl (58,5 g) contiene NA iones Na+ y NA iones Cl, donde NA es el nmero de Avogadro. Equivalencias 1 mol es equivalente a 6,022 1023 molculas de la misma sustancia

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1 mol es equivalente a la masa atmica en gramos. 1 mol es equivalente al peso molecular de un compuesto determinado. 1 mol es equivalente a 22,4 L de un compuesto gaseoso en condiciones normales de temperatura y presin. Tiene que ver con la ley de los gases ideales.

1.5.- FORMULAS ESTEQUIOMETRICAS En el captulo estudiamos que las sustancias se representan simblicamente mediante las frmulas qumicas. La representacin de una reaccin qumica se realiza, mediante una ecuacin qumica, escribiendo de forma adecuada las frmulas qumicas de todas las sustancias involucradas en la reaccin. La Estequiometra es al parte de la Qumica que se ocupa de la composicin cuantitativa de los compuestos, las relaciones cuantitativas entre las sustancias involucradas en las reacciones qumicas y de las leyes que gobiernan stas transformaciones. La Estequiometra, por lo tanto permite determinar frmulas qumicas, escribir las ecuaciones qumicas y calcular la cantidad de sustancia que reacciona o se forma en una reaccin qumica, a partir de determinadas cantidades de otras de las sustancias involucradas en la misma. Este captulo trata acerca de la determinacin de frmulas qumicas y sobre los clculos basados en las frmulas y ecuaciones qumicas. FORMULAS QUIMICAS: En la Qumica se trabaja con diferentes frmulas: global, desarrollada, semidesarrollada, emprica. Veamos en que consiste cada una de ellas. Frmula global. Es la representacin abreviada y simblica de una sustancia qumica y da informacin sobre cuales elementos y de que cantidad de cada uno de ellos est formada la entidad elemental de la misma, que puede ser un tomo, molcula o in. Ejemplo: eteno C2H4

En Qumica Orgnica se utilizan las frmulas desarrollada y semidesarrollada:

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Frmula emprica. Brinda informacin acerca de cuales elementos constituyen la sustancia, pero no expresa que cantidad de cada uno de ellos forman la entidad elemental de la misma, sino que solo da a conocer la menor relacin en que se combinan los tomos de los diferentes elementos. Ejemplo: Frmula emprica del eteno. CH2

Determinacin de las frmulas emprica y global de una sustancia. Cuando se sintetiza un nuevo compuesto, uno de los primeros aspectos de inters es la determinacin de la frmula del compuesto. Generalmente, para su determinacin es necesario disponer de la composicin porcentual del compuesto y su masa molar. A partir de esos datos se sigue el siguiente procedimiento: Se supone que se parte de 100g del compuesto, por lo tanto los porcientos de cada elemento pueden ser considerados las masas de los mismos contenidos en 100g del compuesto. Se calculan las cantidades de sustancia de cada elemento, dividiendo la masa entre la masa tomica de cada uno. Se calcula la menor relacin entre las cantidades de sustancia, dividiendo todas por el menor valor. Si la menor relacin no da un nmero entero o aproximadamente entero*, es necesario multiplicar todos los valores por un nmero, que los convierta en un valor entero o aproximadamente entero*. Esos valores se toman como los subndices de cada elemento en la frmula emprica. Se calcula a partir de la frmula emprica, la masa frmula relativa de la misma. Se calcula la relacin entre la masa molecular, que se dispone por dato, y la masa frmula relativa calculada anteriormente, dividiendo una entre la otra. El nmero que resulte se multiplica por cada subndice en la frmula emprica y esa operacin nos dar los subndices de cada elemento en la frmula global. 12

1.6.- ECUACIONES QUIMICAS Es la representacin simblica de una reaccin qumica. En ella aparecen las frmulas qumicas de todas las sustancias que intervienen en la reaccin, con el smbolo de los estados de agregacin correspondiente a cada una de ellas. A la izquierda en la ecuacin, aparecen las sustancias iniciales o reaccionantes y a la derecha, separadas de las anteriores por un signo igual o flecha, se encuentran las sustancias finales o productos de la reaccin. En toda ecuacin qumica debe cumplirse, que en ambos lados de la misma se encuentren el mismo nmero de tomos de cada elemento, es decir debe estar ajustada materialmente. El nmero que se coloca delante de cada sustancia para ajustar la ecuacin, se denomina coeficiente estequiomtrico, x. Ejemplo: 2 HCl (ac) + Na2CO3(s) = 2 NaCl (ac) + CO2 (g) + H2O (l) Como toda ecuacin puede escribirse: 0 = -2HCl (ac) Na2CO3 (s) + 2NaCl (ac) + CO2 (g) + H2O (l) Por lo que toda reaccin qumica puede representarse por: xX = 0 Donde por convenio los coeficientes estequiomtricos, x, de los reaccionantes tienen signo negativo y los de los productos signo positivo. AJUSTE DE ECUACIONES Mtodo de tanteo. Muchas ecuaciones qumicas pueden ajustarse por el mtodo de tanteo o de ensayo y error. Este mtodo consiste en localizar en la ecuacin la sustancia cuya frmula contiene un mayor nmero de tomos y se comienzan a poner coeficientes adecuados delante de las sustancias que contienen los mismos tomos de la sustancia seleccionada, comenzando por los elementos metlicos, despus los no metlicos y por ltimo el oxgeno y el hidrgeno, de modo tal que existan el mismo nmero de tomos de todos los elementos en ambos lados de la ecuacin. *Recuerde que al ajustar la ecuacin nunca debe cambiar las frmulas de las sustancias. Ejemplo:

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Uno de los mayores usos comerciales del cido sulfrico, es la produccin de cido fosfrico (que se usa como fertilizante) y sulfato de calcio. Para ello el cido sulfrico se hace reaccionar con fosfato de calcio slido. Escriba la ecuacin ajustada que representa dicho proceso. Primeramente se escriben las frmulas y los estados de agregacin de reaccionantes y productos. H2SO4 (ac) + Ca3(PO4)2 (s) CaSO4 (s) + H3PO4 (ac)

En esta ecuacin la sustancia que ms tomos presenta es el Ca3(PO4)2, por lo que se comienza el ajuste con los productos que contienen los tomos de la misma. Ya que el Ca3(PO4)2 contiene 3 tomos de calcio se coloca el nmero 3 delante del CaSO4 para ajustar este elemento. H2SO4 (ac) + Ca3(PO4)2 (s) 3Ca 3CaSO4 (s) + H3PO4 (ac) 3Ca

Como el Ca3(PO4)2 contiene 2 tomos de fsforo se coloca el nmero 2 delante del H3PO4. H2SO4 (ac) + Ca3(PO4)2 (s) 2P 3CaSO4 (s) + 2H3PO4 (ac) 2P

Antes de ajustar el O y el H, se debe ajustar el otro elemento no metlico, el S. Como ya el CaSO4 est ajustado y tiene 3 azufres, se coloca el nmero 3 delante del H2SO4. 3H2SO4 (ac) + Ca3(PO4)2 (s) 3S 3CaSO4 (s) + 2H3PO4 (ac) 3S

Si se ha trabajado correctamente, ya deben haber quedado ajustados los elementos oxgeno e hidrgeno. 3H2SO4 (ac) + Ca3(PO4)2 (s) 6H 12 O + 8 O = 20 O 12 O = 3CaSO4 (s) + 2H3PO4 (ac) 6H + 8 O = 20 O

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Muchas reacciones redox son complicadas, lo que dificulta ajustar su ecuacin por el mtodo de tanteo, por lo que se utilizan el mtodo de la variacin del nmero de oxidacin y el mtodo del in electrn.

1.7.- ESTEQUIOMETRIA DE REACCIONES: La estequiometra preside lo que debera suceder, pero no lo que suceder en una reaccin qumica.

Leyes estequiomtricas Ley de la conservacin de la materia Esta Ley fue postulada por Antonie Lavoisier despus de realizar varios experimentos en los cuales la cantidad de mas de las sustancias constituyentes rea igual al de las sustancias obtenidas de la masa de las sustancias obtenidas despus del cambio qumico sufrido. Por lo que su ley dice: la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. Ley de la proporciones constantes Esta ley es tambin conocida como ley de las proporciones definidas o fjas. En sus experimentos el qumico francs Joseph Prooust realizo innumerables anlisis cuantitativos, en los cuales se percat de que los elementos, al unirse para formar un compuesto, siempre lo hacen de la misma cantidad, la cual permanece fija e invariable. Es por eso que esta ley dice: Los elementos que forman un compuesto se combinan siempre en la misma proporcin. Ley de la proporciones mltiples Dalton, al realizar sus experimentos, se dio cuenta de que hay elementos que al combinarse en diferente proporcin forman compuestos distintos. Esta ley nos menciona lo siguiente: Dos elementos se pueden combinar en proporciones diferentes formando compuestos distintos. 3.- Balanceo de ecuaciones qumicas Balanceo de ecuaciones por el mtodo de tanteo Estos son los pasos para aplicar correctamente este mtodo.

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Seleccionar un compuesto que contenga el tomo de un elemento que se repita en la mayora de las sustancias que intervienen. b) Asignar la formula del compuesto seleccionado un coeficiente tal que logre igualar el nmero de tomos del elemento en reactantes y productos. Dicho coeficiente el menor posible y afecta a todos los elementos, incluso a los ndices. Repetir el procedimiento anterior con los tomos de los otros elementos hasta que la ecuacin este balanceada. NOTA: Durante la ecuacin se pueden experimentar con muchos coeficientes, pero los subndices de las frmulas no pueden ser alterados. Balanceo de ecuaciones por el mtodo algebraico Se asigna un literal a cada compuesto o molculas que se encuentren en la reaccin, en el lado de los reactantes como de los productos. Se hace una lista con los elementos que se encuentran en la ecuacin Se elige el primer elemento y se tomar como un coeficiente el nmero de tomos de ste y como factor la literal asignada anteriormente, esto ser igualado con el otro lado de la ecuacin en el o los casos que aparezca el mismo elemento. Este paso se repite con cada uno de los elementos que aparezcan en la ecuacin. Ya que se tienen establecidas la igualdades, se le asigna un valor mnimo a la primera literal, esto provocar que se puedan resolver y despejar las dems ecuaciones. Los valores que resulten de cada literal sern los coeficientes de los compuestos. NOTA: No puede haber coeficientes fraccionarios y si resultara alguno se toma el valor del denominador y se asigna a la primera literal Balanceo de ecuaciones por el mtodo de redox Se escriben los nmeros de oxidacin de todos los tomos que participen en la reaccin. Se identifican se identifican los elementos que cambian su numero de oxidacin, al efectuarse la reaccin, y se determina el nmero de oxidacin del tomo oxidado y reducido. Indicar el nmero de electrones cedidos o aceptados

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Establecer una ecuacin electrnica Se balancean las ecuaciones electrnicas, igualando el nmero de electrones cedidos por el reductor con el nmero de electrones aceptados por el oxidante, multiplicando por un factor que iguale la cantidad de electrones cedidos y aceptados. Se invierte el numero de electrones ganados y perdidos y se anota como coeficiente.

Se escriben los coeficientes de las ecuaciones electrnicas igualadas. Se termina el ajuste de la ecuacin, determinando el valor de los otros coeficientes por tanteo. Unidades de medida usuales en estequiometra tomo Gramo Es el peso de atmico de un elemento expresado en gramos Mol gramo Es un nmero de molculas contenidas en la molcula gramo o el peso molecular de una sustancia expresado en gramos. Volumen gramo molecular Es el volumen que ocupa una mol de un gas en condiciones normales de temperatura y presin*, y es igual a 22.4 1/mol. *Temperatura normal: 0 C o 273 K Presin Normal: 1atm o 760 mm de Hg. Numero de Avogadro Es el nmero de molculas o moles de cualquier sustancia o en 22.4 l de un gas en condiciones normales de temperatura y presin, y es igual a: 602 300 000 000 000 000 000 000 = 6.02 x 10 23 molculas/ mol.

UNIDAD 2.- SOLUCIONES, Y REACCIONES EN SOLUCION ACUOSA 2.1.- Mezclas, tipos de solucin, concentracin y solubilidad.

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Mezclas.- Al examinar varias formas de materia, podemos advertir que algunas de ellas se componen de dos o mas substancias un ejemplo podria ser el granito, aparece moteado e incluso a simple vista pueden observarse tres distintas clases de partculas, primero notamos manchas obscuras, que son de mica, luego pequeos fragmentos duros, transparentes que son de cuarzo, y finalmente unas partculas grisceas, translucidas de feldespato. Tales materiales, compuestos de una sustancia, se le llaman mezclas. Los compuestos de una mezcla conservan todas sus propiedades como substancias separadas: es decir no se han alterado al entrar a formar parte de la mezcla. TIPOS DE SOLUCION : Solucin Saturada: Es aquella en que la cantidad de soluto disuelto es igual a la que indica su solubilidad. Este tipo de solucin se reconoce experimentalmente agregndole una pequea cantidad de soluto y no se disolver. En qumica una solucin saturada es aquella que tiene un equilibrio entre el solvente y el soluto a la temperatura dada. La cantidad mxima de soluto que puede contener un solvente para una temperatura dada se denomina punto de saturacin. Si se eleva la temperatura, el punto de saturacin aumenta, y habr mayor capacidad del solvente de disolver el soluto. Cuando una solucin est saturada, sta ya no es capaz de disolver ms soluto y si se agrega ms de ste, ste aparecer como un precipitado, es decir aparecer como slido. Cuando una solucin contiene "disuelto" ms soluto del que puede disolver se dice que esta solucin es una solucin sobresaturada, la cual no es estable. Un ejemplo de solucin saturada es una solucin de 37.5 gramos de NaCl (sal comn) en 100 gramos de agua a 0C. Cuando una solucin contiene disuelto menos soluto del que puede disolver el solvente, se dice que esta solucin es no saturada.

Solucin Insaturada: Es aquella en que la cantidad de soluto disuelto es inferior a la que indica su solubilidad esta solucin se reconoce experimentalmente agregndole una pequea cantidad de soluto y esta se disolver.

Solucin Sobresaturada: Es aquella en que la cantidad de soluto disuelto es mayor a la que indica su solubilidad. Este tipo de solucin se reconoce experimentalmente por su gran inestabilidad ya que al agitarla o al agregar un pequeo cristal de soluto (cristal de siembra o semilla de cristal) se provoca la cristalizacin del exceso de soluto disuelto.

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Concentracin: La concentracin es la magnitud qumica que expresa la cantidad de un elemento o un compuesto por unidad de volumen. En el SI se emplean las unidades molm-3. Cada substancia tiene una solubilidad que es la cantidad mxima de soluto que puede disolverse en una disolucin, y depende de condiciones como la temperatura, presin, y otras substancias disueltas o en suspensin. En qumica, para expresar cuantitativamente la proporcin entre un soluto y el disolvente en una disolucin se emplean distintas unidades: molaridad, normalidad, molalidad, formalidad, porcentaje en peso, porcentaje en volumen, fraccin molar, partes por milln, partes por billn, partes por trilln, etc. Tambin se puede expresar cualitativamente empleando trminos como diluido, para bajas concentraciones, o concentrado, para altas.

Estos vasos, que contienen un tinte rojo, demuestran cambios cualitativos en la concentracin. Las soluciones a la izquierda estn ms diluidas, comparadas con las soluciones ms concentradas de la derecha.

Solubilidad: La solubilidad es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en otra. Puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro, o en porcentaje de soluto; en algunas condiciones se puede sobrepasarla, 19

denominndose a estas soluciones sobresaturadas. El mtodo preferido para hacer que el soluto se disuelva en esta clase de soluciones es calentar la muestra. La sustancia que se disuelve se llama soluto y la sustancia donde se disuelva se llama disolvente. No todas las sustancias se disuelven en un mismo solvente, por ejemplo en el agua, se disuelve el alcohol y la sal. El aceite y la gasolina no se disuelven. En la solubilidad, el carcter polar o apolar de la sustancia influye mucho, ya que, debido a estos la sustancia ser ms o menos soluble; por ejemplo, los compuestos con ms de un grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles en ter etlico. Entonces para que sea soluble en ter etlico ha de tener poca polaridad, es decir no ha de tener ms de un grupo polar el compuesto. Los compuestos con menor solubilidad son los que presentan menor reactividad como son: las parafinas, compuestos aromticos y los derivados halogenados. El trmino solubilidad se utiliza tanto para designar al fenmeno cualitativo del proceso de disolucin como para expresar cuantitativamente la concentracin de las soluciones. La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del disolvente y del soluto, as como de la temperatura y la presin del sistema, es decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor mximo de entropa. Al proceso de interaccin entre las molculas del disolvente y las partculas del soluto para formar agregados se le llama solvatacin y si el solvente es agua, hidratacin.

2.2.- Relaciones cido- Base En 1923, dos cientficos llamados Johannes N.Brnsted y T.M.Lowry, caracterizaron as los cidos y las bases: cido: Es la sustancia capaz de ceder protones. Base: Es la sustancia capaz de recibir protones. As entre un cido y una base dados hay una relacin determinada por el intercambio de protones. Es ese intercambio lo que les hace ser considerados bien cidos, bien bases.

Creacin de bases Para crear una base usando diversas nomenclaturas para ellas tomadas a partir de los nombres de los elementos y juntndolos con un ion hidroxilo (OH), tomando el nmero de valencia del elemento y combinarlos (cambindolos de posicin) como se muestra en la tabla: Frmula Tradicional Stock IUPAC

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Cu(OH)

Hidrxido cuproso

Hidrxido de cobre (I) Monohidrxido de cobre Hidrxido de cobre (II) Dihidrxido de cobre

Cu(OH)2 Hidrxido cprico

Cuando un elemento tiene ms de dos valencias no se le pone nomenclatura tradicional. Al usar la menor valencia, el elemento termina en -oso y cuando se usa la mayor termina en -ico. En la nomenclatura IUPAC se le va a dar una conformacin de prefijos al elemento segn su valencia usada (Tri, Penta, Hexa, Mono, Di, etc) junto con la terminacin -hidroxi u -oxidrilo que es el in OH con carga -1. Cu(OH)2. Reacciones de precipitacin Las reacciones de precipitacin son aquellas en las que el producto es un slido; se utilizan en los mtodos gravimtricos de anlisis y en las titulaciones por precipitacin. Mtodos gravimtricos: se basan en las mediciones de masa, donde la sustancia a analizar se convierte en un precipitado escasamente soluble; se filtra, se lava para eliminar impurezas, se convierte mediante el tratamiento trmico adecuado en un producto de composicin conocida y finalmente se pesa. Mtodos por titulacin: se basan en la medicin de la cantidad de un reactivo de concentracin conocida que se consume por la sustancia a analizar, formando un precipitado. Es necesario aadir un indicador colorido que indique el punto final de la reaccin. Solubilidad: mxima cantidad de soluto que es posible disolver en un litro de agua. Cuando est expresado en mol/L se llama solubilidad molar (s), cuando se expresa en g/L o mg/L es solubilidad (S) . Factores que afectan la solubilidad: La temperatura: En la mayora de los casos la solubilidad de una sustancia slida aumenta con la temperatura; en los gases la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura. La presin: Para fines prcticos, la presin externa no tiene influencias sobre la solubilidad de lquidos y slidos pero si influye sobre la solubilidad de los gases. Ley de Henry: la solubilidad de un gas en un lquido es proporcional a la presin del gas sobre la disolucin. La adicin de un ion comn (efecto del ion comn): Es el efecto que produce agregar determinada concentracin de un Ion que es comn con uno de los iones de la sal cuando ambos se encuentran en la misma solucin, dando como resultado la disminucin de la solubilidad.

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2.3.- Ecuacin neta para reacciones en solucin acuosa Reacciones en solucin acuosa El agua es un compuesto de gran importancia tanto por su relevancia para los procesos biolgicos como industriales. Muchas de las reacciones que tienen lugar a nuestro alrededor involucran sustancias disueltas en agua y utilizan sta como medio de reaccin. Esta posicin destacada del agua se deriva en primer lugar de su abundancia y fcil accesibilidad. Se presenta en estado lquido en un amplio rango de temperaturas (el cual incluye la temperatura ambiente de la mayor parte de los puntos del planeta) y adems tiene una alta constante dielctrica por lo que puede disolver un gran nmero de sustancias, especialmente las inicas De todo ello se deriva que sea un solvente de bajo costo, apropiado para proporcionar un medio de reaccin a numerosos procesos qumicos.

2.4.- Balance de ecuaciones (oxidacin-reduccin)

Balanceo de ecuaciones qumicas Una reaccin qumica es la manifestacin de un cambio en la materia y la isla de un fenmeno qumico. A su expresin grfica se le da el nombre de ecuacin qumica, en la cual, se expresan en la primera parte los reactivos y en la segunda los productos de la reaccin.

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A+BC+D Reactivos Productos Para equilibrar o balancear ecuaciones qumicas, existen diversos mtodos. En todos el objetivo que se persigue es que la ecuacin qumica cumpla con la ley de la conservacin de la materia. Balanceo de ecuaciones por el mtodo de Tanteo El mtodo de tanteo consiste en observar que cada miembro de la ecuacin se tengan los tomos en la misma cantidad, recordando que en H2SO4 hay 2 Hidrgenos 1 Azufre y 4 Oxgenos 5H2SO4 hay 10 Hidrgenos 5 azufres y 20 Oxgenos Para equilibrar ecuaciones, solo se agregan coeficientes a las formulas que lo necesiten, pero no se cambian los subndices. Ejemplo: Balancear la siguiente ecuacin H2O + N2O5 NHO3 Aqu apreciamos que existen 2 Hidrgenos en el primer miembro (H2O). Para ello, con solo agregar un 2 al NHO3 queda balanceado el Hidrogeno. H2O + N2O5 2 NHO3 Para el Nitrgeno, tambin queda equilibrado, pues tenemos dos Nitrgenos en el primer miembro (N2O5) y dos Nitrgenos en el segundo miembro (2 NHO3) Para el Oxigeno en el agua (H2O) y 5 Oxgenos en el anhdrido ntrico (N2O5) nos dan un total de seis Oxgenos. Igual que (2 NHO3)

Balanceo de ecuaciones por el mtodo de Redox (Oxido - reduccin ) En una reaccin si un elemento se oxida, tambin debe existir un elemento que se reduce. Recordar que una reaccin de oxido reduccin no es otra cosa que una perdida y ganancia de electrones, es decir, desprendimiento o absorcin de energa (presencia de luz, calor, electricidad, etc.) Para balancear una reaccin por este mtodo, se deben considerar los siguiente pasos

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1) Determinar los nmeros de oxidacin de los diferentes compuestos que existen en la ecuacin. Para determinar los nmeros de oxidacin de una sustancia, se tendr en cuenta lo siguiente: En una formula siempre existen en la misma cantidad los nmeros de oxidacin positivos y negativos El Hidrogeno casi siempre trabaja con +1, a ecepcion los hidruros de los hidruros donde trabaja con -1 El Oxigeno casi siempre trabaja con -2 Todo elemento que se encuentre solo, no unido a otro, tiene numero de oxidacin 0 2) Una vez determinados los nmeros de oxidacin , se analiza elemento por elemento, comparando el primer miembro de la ecuacin con el segundo, para ver que elemento qumico cambia sus nmeros de oxidacin 0 0 +3 -2 Fe + O2 Fe2O3 Los elementos que cambian su numero de oxidacin son el Fierro y el Oxigeno, ya que el Oxigeno pasa de 0 a -2 Y el Fierro de 0 a +3 3) se comparan los nmeros de los elementos que variaron, en la escala de Oxido-reduccin 0 0 +3 -2 Fe + O2 Fe2O3 El fierro oxida en 3 y el Oxigeno reduce en 2 4) Si el elemento que se oxida o se reduce tiene numero de oxidacin 0 , se multiplican los nmeros oxidados o reducidos por el subndice del elemento que tenga numero de oxidacin 0 Fierro se oxida en 3 x 1 = 3 Oxigeno se reduce en 2 x 2 = 4 5) Los nmeros que resultaron se cruzan, es decir el numero del elemento que se oxido se pone al que se reduce y viceversa 4Fe + 3O2 2Fe2O3

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Los nmeros obtenidos finalmente se ponen como coeficientes en el miembro de la ecuacin que tenga mas trminos y de ah se continua balanceando la ecuacin por el mtodo de tanteo

UNIDAD 3.- COMPOSICION, CLASIFICACION Y PROPIEDADES DE LOS PETROLEOS EN MEXICO

3.1.- Definicin de petrleo y gas natural

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PETROLEO El petrleo es una mezcla en la que coexisten en fases slida, liquida y gas, compuestos denominados hidrocarburos, constituidos por tomos de carbono e hidrogeno y pequeas proporciones de heterocompuestos con presencia de nitrgeno, azufre, oxgeno y algunos metales, ocurriendo en forma natural en depsitos de roca sedimentaria. Su color vara entre mbar y negro. La palabra petrleo significa aceite de piedra. ORIGEN Durante la era terciaria en el fondo de los mares se acumularon restos de peces, invertebrados y, probablemente, algas, quedando sepultadas por la arena y las arcillas sedimentadas. Las descomposiciones provocadas por microorganismos, acentuadas por altas presiones y elevadas temperaturas posteriores, dieron origen a hidrocarburos. Al comenzar la era cuaternaria los movimientos orognicos convulsionaron la corteza terrestre y configuraron nuevas montaas, la cordillera de los Andes entre ellas. Los estratos sedimentarios se plegaron y el petrleo migr a travs de las rocas porosas, como las areniscas, hasta ser detenido por anticlinales, pliegues con forma de A mayscula, y por fallas que interrumpieron la continuidad de los estratos. El yacimiento no debe imaginarse como un gran "lago" subterrneo. El petrleo ocupa los intersticios de rocas sedimentarias muy porosas, acompaado habitualmente de gas natural y de agua salada.

FUENTES DE OBTENCIN El hallazgo de yacimientos de petrleo no es obra librada al azar y obedece a una tarea cientficamente organizada, que se planifica con mucha antelacin. Instrumental de alta precisin y tcnicos especializados deben ser trasladados a regiones a menudo deshabitadas, en el desierto o en la selva, obligando a construir caminos y sistemas de comunicacin, disponer de helicpteros, instalar campamentos y laboratorios, etc. Los estudios realizados se desarrollan segn el siguiente ordenamiento:

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Elevamiento geogrfico, que incluye la aerofotografa. Elevamiento geolgico para identificar terrenos sedimentarios con posibilidad de contener petrleo. Aplicacin de mtodos geofsicos: Con gravitmetros se mide la aceleracin de gravedad terrestre: g, que disminuye ligeramente donde hay petrleo de menor densidad que las rocas que le rodean. Con magnetmetros se aprecian variaciones de l campo magntico. Tambin hay determinaciones de conductividad elctrica del terreno. Y, finalmente, se detecta con sismgrafos las ondas ssmicas provocadas por la detonacin de cargas explosivas. Todos estos procedimientos son concurrentes y permiten determinar la direccin, extensin e inclinacin de los estratos presuntivamente petrolferos. Perforaciones de prueba: Las muestras de rocas tomadas a distintas profundidades son analizadas qumica y geolgicamente. La Argentina no solamente explora su territorio sino que gracias a una plataforma mvil semisumergible, cuyo costo fue de 200 millones de dlares, ha iniciado el estudio del lecho marino en la desembocadura del ro de la Plata y en el golfo de San Jorge (Chubut). En promedio se demora diez aos y se invierte un ingente capital antes de decidir si la explotacin puede ser afrontada con relativo xito.

Destilacin fraccionada El petrleo, por si mismo es un conjunto de hidrocarburos. Sin embargo, los derivados del petrleo se pueden obtener luego de algunos procesos qumicos. Un mtodo para destilar el petrleo crudo es la destilacin fraccionada. Mediante este mtodo se obtienen fracciones y no productos puros. Para destilar el petrleo se utilizan las conocidas refineras. Estas son enormes complejos donde se somete al petrleo crudo a procesos de separacin fsica en los cuales se extrae gran variedad de sus derivados. Las torres de destilacin industrial para petrleo poseen alrededor de 100 bandejas dentro del petrleo existen varios compuestos de los cuales se obtienen alrededor de 2.000 productos.

La destilacin fraccionada se realiza principalmente a base de temperatura. Cada sustancia dentro del petrleo destila a distinta temperatura. Entonces, a partir de una temperatura fija se obtiene una sustancia predeterminada. Por ejemplo: se calienta el crudo hasta los 100 C de donde se obtiene nafta, luego se sigue calentando el petrleo restante para obtener otras sustancias buscadas en temperaturas ms altas y as hasta llegar a los 350-400 C, temperatura en la cual el petrleo empieza a descomponerse. Es por esto que dentro de las refineras se somete al petrleo crudo a determinadas

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temperaturas en distintas instancias. De este modo, los componentes se van desprendiendo de una manera ordenada. DERIVADOS Gasolina motor corriente extra Turbo combustible o turbosina Gasolina de aviacin ACPM o Diesel Queroseno Cocinol Gas propano Bencina industrial Combustleo o fuel oil Disolventes alifticos Asfaltos Bases lubricantes Ceras parafinas Polietileno Alquitrn aromtico cido naftnico Benceno Ciclohexano Tolueno Xilenos mezclados Definicin de gas natural Gas Natural Definicin: El gas natural es un combustible que se obtiene de rocas porosas del interior de la corteza terrestre y se encuentra mezclado con el petrleo crudo cerca de los yacimientos. Como se trata de un gas, puede encontrarse slo en 28

yacimientos separados. La manera ms comn en que se encuentra este combustible es atrapado entre el petrleo y una capa rocosa impermeable. En condiciones de alta presin se mezcla o disuelve aceite crudo. El gas natural arrastra desde los yacimientos componentes indeseables como son: el cido sulfhdrico (H2S), bixido de carbono (CO2) y agua en fase gaseosa, por lo que se dice que el gas que se recibe es un gas hmedo, amargo e hidratado; amargo por los componentes cidos que contiene, hmedo por la presencia de hidrocarburos lquidos e hidratado por la presencia de agua que arrastra desde los yacimientos. Existen diversas denominaciones que se le al gas natural y por lo general se asocia a los compuestos que forman parte de su composicin. Por ejemplo cuando en el gas natural hay H2S a nivel por encima de 4 ppm por cada pie cbico de gas se dice que es un gas amargo y cuando la composicin desciende a menos de 4 ppm se dice que es un gas dulce. Gas Natural Componentes: No existe una composicin o mezcla que se pueda tomar para generalizar la composicin del gas natural. Cada gas tiene su propia composicin, de hecho dos pozos de un mismo yacimiento puede tener una composicin diferente entre si. Tambin la composicin del gas varia conforme el yacimiento va siendo explotado, es por eso que se deber hacer un anlisis peridico al gas que es extrado, para adecuar los equipos de explotacin a la nueva composicin y evitar problemas operacionales. Cuando el gas natural es extrado de los yacimientos presenta impurezas las cuales hay que eliminar ya que pueden provocar daos al medio ambiente, corrosin en equipos o disminuir el valor comercial del gas. Normalmente se compone de hidrocarburos con muy bajo punto de ebullicin. El Metano es el principal constituyente de este combustible, con un punto de ebullicin de -154C, el etano con un punto de ebullicin de -89C, puede estar presente en cantidades de hasta 10%; el propano cuyo punto de ebullicin es de hasta -42C, representa un 3%. El butano, pentano, hexano y octano tambin pueden estar presentes. La composicin de una mezcla de gas natural puede ser expresada tanto en fraccin mol, fraccin volumen o fraccin peso de sus componentes, aunque tambin puede ser expresada en porciento mol, en porciento volumen o porciento peso.

3.2.- Composicin de los petrleos y gases naturales. El petrleo est formado por hidrocarburos, que son compuestos de hidrgeno y carbono, en su mayora parafinas, naftenos y aromticos. Junto con cantidades variables de derivados hidrocarbonatos de azufre, oxgeno y nitrgeno. Cantidades variables de gas disuelto y pequeas proporciones de

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componentes metlicos. Tambin puede contener, sales y agua en emulsin o libre. Sus componentes tiles se obtienen por destilacin fraccionada en las refineras de petrleo. Los componentes no deseados, como azufre, oxgeno, nitrgeno, metales, agua, sales, etc., se eliminan mediante procesos fsicoqumicos. El nmero de compuestos es muy grande. La mayora de los hidrocarburos aislados se clasifican como: Alcanos o "Serie de las parafinas": Son hidrocarburos saturados homlogos del metano (CH4). Su frmula general es CnH2n+2. Ciclo-alcanos o Cicloparafinas-Naftenos: Son hidrocarburos cclicos saturados, derivados del ciclopropano (C3H6) y del ciclohexano (C6H12). Muchos de estos hidrocarburos contienen grupos metilo en contacto con cadenas parafnicas ramificadas. Su frmula general es CnH2n. Hidrocarburos aromticos: Son hidrocarburos cclicos insaturados constituidos por el benceno (C6H6) y sus homlogos. Su frmula general es CnHn. Alquenos o Olefinas: Son molculas lineales o ramificadas que contienen un enlace doble de carbono (-C=C-). Su frmula general es CnH2n. Tienen terminacin -"eno". Dienos: Son molculas lineales o ramificadas que contienen dos enlaces dobles de carbono. Su frmula general es CnH2n-2. Alquinos: Son molculas lineales o ramificadas que contienen un enlace triple de carbono. Su frmula general es: CnH2n-2. Tienen terminacin -"ino". Compuestos no hidrocarburos: Los compuestos ms importantes son los sulfuros orgnicos, los compuestos de nitrgeno y de oxgeno. Tambin hay trazas de compuestos metlicos, tales como el sodio (Na), hierro (Fe), nquel (Ni), vanadio (V), plomo (Pb), etc. Asimismo se pueden encontrar trazas de porfirinas, que son especies rgano metlicas.

3.3.- Clasificacin de los petrleos

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Clasificacin del petrleo segn su Gravedad API Relacionndolo con su gravedad API el American Petroleum Institute) clasifica el petrleo en "liviano", "mediano", "pesado" y "extrapesado". Crudo liviano o ligero, es definido como el que tiene gravedades API mayores a 31,1 API Crudo medio o mediano es aquel que tiene gravedades API entre 22,3 y 31,1 API. Crudo pesado es definido como aquel que tiene gravedades API entre 10 y 22,3 API. Crudo extrapesado es aquel que tiene gravedades API menores a 10 API. A estos crudos tambin se les denomina bitmenes. 3.4.- Los petrleos de Mxico Petrleos Mexicanos (PEMEX) es una empresa pblica paraestatal mexicana petrolera, creada en 1938, que cuenta con un monopolio constitucional para la explotacin de los recursos energticos (principalmente petrleo y gas natural) en territorio mexicano, aunque tambin cuenta con diversas operaciones en el extranjero. PEMEX es la nica empresa que puede explotar el petrleo en Mxico.

OrganizacinEn 1992 Se expide una nueva Ley Orgnica de Petrleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios mediante la cual Petrleos Mexicanos opera por conducto de un corporativo y cuatro organismos subsidiarios:

Pemex Exploracin y Produccin Pemex Refinacin Pemex Gas y Petroqumica Bsica Pemex PetroqumicaProduce diversos tipos de combustible:

Gasolina "Magna" (calidad regular grado 87) Gasolina "Premium" (calidad superior grado 92) Diesel Turbosina

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ProduccinPrincipales estados petroleros segn produccin: 1 Campeche 2 Tabasco 3 Veracruz 4 Tamaulipas 5 Chiapas

Destilacin fraccionada del petrleoEl petrleo natural no se usa como se extrae de la naturaleza, sino que se separa en mezclas ms simples de hidrocarburos que tienen usos especficos, a este proceso se le conoce como destilacin fraccionada. El petrleo natural hirviente (unos 400 grados centgrados) se introduce a la parte baja de la torre, todas las sustancias que se evaporan a esa temperatura pasan como vapores a la cmara superior algo mas fra y en ella se condensan las fracciones mas pesadas que corresponden a los aceites lubricantes.De este proceso se obtienen las fracciones:

Gases Bencina, ligroina o ter de petrleo Gasolina Queroseno Combustibles disel (ligero y pesados) Aceites lubricantes Asfalto

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UNIDAD 4.- ELEMENTOS DE REFINACION DEL PETROLEO, TRATAMIENTO DE GAS 4.1.- Fracciones del petrleo y del gas natural: gasolina, kerosina gasoleo residuo, gas comercial, y gas licuado.

GASOLINA:

ComponentesLa gasolina se obtiene del petrleo en una refinera. En general se obtiene a partir de la nafta de destilacin directa, que es la fraccin lquida ms ligera del petrleo (exceptuando los gases). La nafta tambin se obtiene a partir de la conversin de fracciones pesadas del petrleo (gasoil de vaco) en unidades de proceso denominadas FCC (craqueo cataltico fluidizado) o hidrocrquer. La gasolina es una mezcla de cientos de hidrocarbonos individuales desde C4 (butanos y butenos) hasta C11 como, por ejemplo, el metilnaftaleno. Gasolina de Destilacin Directa: Ausencia de hidrocarburos no saturados, de molculas complejas aromticas- naftnicas

KEROSINA: Un aceite medio ligero procedente de la refinacin del petrleo, intermedio entre el gasleo y la gasolina; utilizado para alumbrado y calefaccin y tambin como combustible para los motores de los aviones a chorro y los de turbohlice.

GASOLEO El gasleo, tambin denominado gasoil o disel, es un lquido de color blancuzco o verdoso y de densidad sobre 850 kilogramos por metro cbico, compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente como combustible en motores disel y en calefaccin. Cuando es obtenido de la destilacin del petrleo se denomina petrodisel y cuando es obtenido a partir de aceites vegetales se denomina biodisel.

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RESIDUOS: Los residuos industriales se originan porque los procesos de fabricacin no poseen unos rendimientos de produccin del 100 % con respecto a las materias primas y energa que utilizan. Por ello, junto a productos con valor comercial, se generan paralelamente residuos sin valor econmico en el contexto que son producidas y de las cuales su generador se quiere desprender al no poder encontrar una salida comercial o de uso propio, destinndolas en consecuencia al abandono. GAS COMERCIAL: Los usos comerciales del gas natural son muy similares a los usos residenciales. El sector comercial incluye el sector pblico y las empresas privadas, como los edificios de oficinas, escuelas, iglesias, hoteles, restaurantes y los edificios gubernamentales. Los usos principales del gas natural en este sector incluyen calefaccin de espacios, la calefaccin de agua y aire acondicionado. Para los restaurantes y otros establecimientos que requieren cocinar alimentos, el gas natural es una muy buena opcin para cumplir con estas necesidades. Es un combustible sumamente eficaz y barato para calentar todo tipo de edificios comerciales. Aunque mayoritariamente se usa para el calentamiento de espacios y de agua en el mbito comercial existen otras posibilidades de uso. Las reas de mayor crecimiento sern las de enfriamiento y la preparacin de alimentos. Hay tres tipos de procesos a gas natural que manejan el enfriamiento de ambientes. El primero de ellos se hace a travs de un motor a gas natural, en lugar de un motor elctrico, que maneja un compresor. Con este sistema, el calor que emana del motor a gas puede ser utilizado para aplicaciones calorficas, incrementando la eficiencia de la energa. El segundo es un dispositivo refrescante que se basa en la absorcin que proporciona el aire fro por la evaporacin de un refrigerante como agua o amonaco. Estos dispositivos son los que mejor satisfacen las necesidades de enfriamiento de grandes edificios, como torres de oficinas y centros comerciales. El tercer tipo de sistema de enfriamiento en el mbito comercial consiste en un sistema deshidratante que refresca reduciendo la humedad del aire. Enfriar el aire seco requiere menos energa que enfriar el aire hmedo. Otra rea de potencial crecimiento en el uso comercial del gas natural es la de la industria de servicios alimenticios o preparacin de comida. El gas natural es una opcin excelente para los requerimientos de esta industria, al ser una fuente de energa flexible, que puede suministrar a estos establecimientos aparatos que cocinen los alimentos de muchas maneras diferentes.

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El gas natural tambin es una opcin barata, eficaz para los establecimientos comerciales de preparacin de comida en forma masiva. Los restaurantes no tradicionales que utilizan artefactos de cocina compactos y multifuncionales en locales ms pequeos, como aqullos de los centros comerciales y aeropuertos, estn extendiendo tambin el uso comercial del gas natural. En ellos se puede integrar un sartn a gas, una plancha, hornos y reas de almacenamiento calientes y fras, o sea, mltiples opciones en reas relativamente pequeas. El gran nmero de avances tecnolgicos ha permitido usar el gas natural para aumentar la eficiencia de la energa dentro del mbito comercial. Es as como muchos edificios de gran consumo de electricidad tienen generadores propios. Artefactos como motores, turbinas y clulas de combustible o bateras, obtienen su energa del gas natural para generar electricidad. Estos aplicaciones de la generacin distribuida de electricidad ofrecen ms independencia a los establecimientos comerciales por la facilidad de control del suministro energtico. Otra innovacin tecnolgica es la combinacin de la energa y poder calorfico y la combinacin de sistemas de enfriamiento y suministro de energa. Estos sistemas integrados se usan en el mbito comercial para aumentar la eficiencia energtica. stos integran sistemas que pueden usar energa que normalmente se perdera. Por ejemplo, el calor que emana de los generadores de electricidad a gas natural, puede ser aprovechado para calentar un espacio, o para calentar agua o para las calderas comerciales.

GAS LICUADO: El gas licuado del petrleo (GLP) es la mezcla de gases condensables presentes en el gas natural o disueltos en el petrleo. Los componentes del GLP, aunque a temperatura y presin ambientales son gases, son fciles de condensar, de ah su nombre. En la prctica, se puede decir que los GLP son una mezcla de propano y butano. El propano y butano estn presentes en el petrleo crudo y el gas natural, aunque una parte se obtiene durante el refino de petrleo, sobre todo como subproducto de la destilacin fraccionada cataltica (FCC, por sus siglas en ingls Fluid Catalytic Cracking).

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4.2.- PROCESOS DE REFINACION Y SUS EQUIPOSProceso de refinacin del petrleo El petrleo 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 qumicas ms diversas. El petrleo crudo es una mezcla de diversas sustancias, las cuales tienen diferentes puntos de ebullicin. Su separacin se logra mediante el proceso llamado "destilacin fraccionada". Esta funcin est destinada a las "refineras", factoras de transformacin y sector clave por definicin de la industria petrolfera, bisagra que articula la actividad primaria y extractiva con la actividad terciaria. El trmino de refino, nos fue heredado en el siglo XIX, cuando se contentaban con refinar el petrleo para lmparas, se reviste hoy de tres operaciones: La separacin de los productos petrolferos unos de otros, y sobre la destilacin del crudo (topping). La depuracin de los productos petrolferos unos de otros, sobretodo su desulfuracin. La sntesis de hidrocarburos nobles mediante combinaciones nuevas de tomos de carbono y de hidrgeno, su deshidrogenacin, su isomerizacin o su ciclado, Obtenidos bajo el efecto conjugado de la temperatura, la presin y catalizadores apropiados. En un inicio, el refino se practicaba directamente en los lugares de produccin del petrleo, pero pronto se advirti que era ms econmico transportar masivamente el crudo hasta las zonas de gran consumo y construir refineras en los pases industrializados, adaptando su concepcin y su programa a las necesidades de cada pas. El petrleo crudo es depositado en los tanques de almacenamiento, en donde permanece por varios das 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 refinacin. Una refinera comprende una central termoelctrica, un parque de reservas para almacenamiento, bombas para expedicin por tubera, un apeadero para vagones-cisterna, una estacin para vehculos de carretera para la carga de camiones cisterna. Es, pues, una fbrica compleja que funciona 24 horas diarias con equipos de tcnicos que controlan por turno todos los datos. Mientras que antes las antiguas refineras ocupaban a centenares y a veces a millares de obreros en tareas manuales, sucias e insalubres, las ms modernas estn dotadas en la actualidad de automatismos generalizados para el control y la conduccin de los procesos y no exigen ms que un efectivo reducido de algunas personas.

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En la industria de transformacin del petrleo, la destilacin es un proceso fundamental, pues permite hacer una separacin de los hidrocarburos aprovechando sus diferentes puntos de ebullicin, que es la temperatura a la cual hierve una sustancia. Destilacin Atmosfrica y al Vaco Este es el primer proceso que aparece en una refinera. El petrleo que se recibe por ductos desde las instalaciones de produccin, se almacena en tanques cilndricos de gran tamao, de donde se bombea a las instalaciones de este proceso. El petrleo se calienta en equipos especiales y pasa a una columna de destilacin que opera a presin atmosfrica en la que, aprovechando la diferente volatilidad de los componentes, se logra una separacin en diversas fracciones que incluyen gas de refinera, gas licuado de petrleo (LPG), nafta, queroseno (kerosene), gasleo, y un residuo que corresponde a los compuestos ms pesados que no llegaron a evaporarse. En una segunda columna de destilacin que opera a condiciones de vaco, se logra la vaporizacin adicional de un producto que se denomina gasleo de vaco, y se utiliza como materia prima en otros procesos que forman parte de las refineras para lograr la conversin de este producto pesado en otros ligeros de mayor valor. En este proceso, el petrleo se separa en fracciones que despus de procesamientos adicionales, darn origen a los productos principales que se venden en el mercado: el gas LP (comnmente utilizado en las estufas domsticas), gasolina para los automviles, turbosina para los aviones jet, diesel para los vehculos pesados y combustleo 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 tcnico, como el nmero de octano de la gasolina, o el de cetano del diesel, o el punto de humo del queroseno, o la viscosidad del combustleo; actualmente, las consideraciones de proteccin ambiental han incorporado muchos ms requerimientos, limitndose, por ejemplo en la gasolina, el contenido del azufre (este compuesto al quemarse, produce dixido de azufre que al pasar a la atmsfera se oxida, y con el agua da origen a la lluvia cida), el benceno (que es un hidrocarburo que tiene carcter cancergeno), las olefinas y los aromticos (que son familias de hidrocarburos altamente reactivas en la atmsfera, promotoras de la formacin de ozono); la presin de vapor (que debe limitarse para reducir las emisiones evaporativas en los automviles y gasolineras), e inclusive se requiere la presencia de compuestos oxigenados que no ocurren naturalmente en el petrleo (estos compuestos favorecen la combustin completa en los motores automotrices). Adems de la destilacin atmosfrica y al vaco, los procesos de refinacin ms importantes son los siguientes:

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2. Hidrotratamiento En forma generalizada, en los combustibles de hoy da se reducen los compuestos de azufre, para evitar daos ambientales por lluvia cida. Al proceso que se utiliza para este propsito y al cual se someten las diferentes fracciones que se obtienen en la destilacin atmosfrica y al vaco se le denomina hidrotratamiento o hidrodesulfuracin, por estar basado en el uso de hidrgeno que reacciona con los compuestos de azufre presentes en los hidrocarburos para formar cido sulfhdrico; en un procesamiento posterior, este compuesto se convierte en azufre elemental slido que tiene una importante aplicacin industrial. En el proceso ocurren reacciones adicionales que permiten complementar el tratamiento al eliminar tambin compuestos nitrogenados, convertir las olefinas en compuestos saturados y reducir el contenido de aromticos. El hidrotratamiento requiere de altas presiones y temperaturas, y la conversin se realiza en un reactor qumico con catalizador slido constituido por almina impregnada con molibdeno, nquel y cobalto.

3. Reformacin de Nafta Los cortes de nafta que se obtienen por destilacin directa de cualquier tipo de petrleo presentan un nmero de octano muy bajo (45 a 55), y seran inaplicables para la gasolina que requieren los automviles modernos (octanajes de 80 a 100). Es necesario entonces modificar la estructura qumica de los compuestos que integran las naftas, y para ello se utiliza el proceso de reformacin en el que a condiciones de presin moderada y alta temperatura, se promueven reacciones catalticas conducentes a la generacin de compuestos de mayor octano como son los aromticos y las isoparafinas. Simultneamente en las reacciones se produce hidrgeno, que se utiliza en la misma refinera en los procesos de hidrotratamiento. Las reacciones son promovidas por catalizadores basados en gg-almina como soporte de metales activos (platino-renio o platino-estao). 4. Isomerizacin Los ismeros son molculas que tienen el mismo tipo y cantidad de tomos, pero con diferente estructura en su conformacin. En el caso particular de las parafinas, que son hidrocarburos constituidos por cadenas de tomos de carbono asociados a hidrgeno, se tienen para una misma frmula general (CnH(2n+2)) una gran variedad de estructuras; cuando la cadena de tomos de carbono es lineal, el compuesto se denomina parafina normal, y si la cadena es ramificada, el compuesto es una isoparafina. En el grupo de parafinas que forman parte de las gasolinas, las isoparafinas tienen nmero de octano superior a las parafinas normales, de tal manera que para mejorar la calidad del producto se utiliza un proceso en el que las parafinas normales se convierten en isoparafinas a travs de reacciones de isomerizacin. La prctica es separar por destilacin la corriente de nafta en dos cortes, ligero y pesado; el ligero que corresponde a molculas de cinco y seis tomos de carbono se alimenta al proceso de isomerizacin, mientras que el pesado, con molculas de siete a once tomos de carbono, es la carga al proceso de 38

reformacin antes descrito. Las reacciones de isomerizacin son promovidas por catalizador de platino soportado en almina

Desintegracin Cataltica Fluida (FCC) Este es un proceso de conversin de hidrocarburos pesados presentes en los gasleos de vaco, que permite producir gasolina, y en consecuencia aumentar el rendimiento de este combustible en las refineras, disminuyendo la produccin de residuales. El proceso FCC se basa en la descomposicin o rompimiento de molculas de alto peso molecular; esta reaccin se promueve por un catalizador slido con base en zeolitas en presentacin pulverizada, que se incorpora a los hidrocarburos de carga en un reactor de tipo tubular con flujo ascendente. A la salida del reactor, el catalizador se separa de los productos de reaccin a travs de ciclones, y el coque que se genera y adhiere al mismo por las altas temperaturas de reaccin, se quema en un equipo especial antes de recircularse al reactor; la energa liberada en el quemado sirve para dar parte del calentamiento de la corriente de carga. En el proceso se producen, adems de gasolina, productos ms ligeros como gas seco (metano y etano) y fracciones de 3 a 5 tomos de carbono, de carcter olefnico, que se utilizan como materia prima en la produccin de teres y gasolina alquilada en procesos subsecuentes de la refinera. Tambin se genera un producto pesado rico en aromticos, conocido como aceite cclico ligero, que se procesa en las hidrotratadoras de la fraccin diesel, y otro denominado aceite decantado que se incorpora al combustleo. Produccin de teres Con el propsito de reducir las emisiones de monxido de carbono e hidrocarburos no quemados de los vehculos con motor a gasolina, se agregan a este combustible componentes que contienen oxgeno en su molcula, como es el caso de los teres. Estos componentes se dosifican en la gasolina para obtener un contenido de oxgeno de 1 a 2% en peso y, en virtud de su alto nmero de octano, contribuyen al buen desempeo de este combustible en los motores. Los componentes oxigenados utilizados en la formulacin de gasolinas en Mxico son el MTBE (metil tert-butil ter) y en menor grado el TAME (tert-amil metil ter). Estos teres se obtienen en las refineras a partir de alcohol metlico, producido en los complejos petroqumicos, y de las olefinas ligeras producidas en los procesos de desintegracin cataltica FCC, con el beneficio adicional de reducir el contenido de estas olefinas ligeras (importantes contribuyentes a la formacin de ozono en la atmsfera) en la gasolina. Alquilacin El proceso de alquilacin es una sntesis qumica por medio de la cual se unen olefinas ligeras (propileno y/o butenos producidos en el proceso FCC antes

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descrito) con isobutano (proveniente de la fraccin de gas LP recuperada en la destilacin atmosfrica del petrleo y complementada con corrientes equivalentes del procesamiento del gas natural). Al resultado de la sntesis se le denomina alquilado o gasolina alquilada, producto constituido por componentes isoparafnicos cuyos puntos de ebullicin se ubican dentro del intervalo de la gasolina. En sus inicios el proceso tuvo como objetivo obtener un combustible aplicable a aviones de turbohlice, y aumentar el rendimiento de gasolina a partir de las diversas corrientes ligeras producidas en la refinera, pero actualmente su objetivo es producir una fraccin cuyas caractersticas tanto tcnicas (alto octano) como ambientales (bajas presin de vapor y reactividad fotoqumica) la hacen hoy en da, uno de los componentes ms importantes de la gasolina reformulada. La alquilacin es un proceso cataltico que requiere de un catalizador de naturaleza cida fuerte, y se utilizan para este propsito ya sea cido fluorhdrico o cido sulfrico. Fondo de Barril La cada vez mayor disponibilidad relativa de crudo pesado, con altos contenidos de azufre y metales y bajos rendimientos de destilados, hace necesario el contar con unidades de proceso que permitan modificar estos rendimientos en conformidad con las demandas, produciendo combustibles con calidad ecolgica. Esto apunta hacia la introduccin de procesos de conversin que aumenten la produccin de destilados y disminuyan los residuales pesados. A este tipo de procesos se les ha llamado en su conjunto procesos de fondo de barril, y constituyen ya una seccin especfica de la mayor parte de las refineras. En Mxico, esta tendencia se justifica por la necesidad de procesar cada vez mayores proporciones de crudo tipo Maya. Entre las opciones de procesamiento, se tienen las orientadas a la produccin de combustleo de bajo contenido de azufre, utilizando el proceso de hidrotratamiento de residuos, aunque se empiezan a generalizar los esquemas de alta conversin, basados en hidrodesintegracin profunda o en coquizacin, para aumentar el rendimiento de destilados a expensas de la desaparicin del combustleo. Los procesos de hidrotratamiento se basan en la reaccin cataltica del hidrgeno con los compuestos de azufre a condiciones severas de presin y temperatura, y con catalizadores de caractersticas muy especiales. Los procesos de hidrodesintegracin se diferencian fundamentalmente en el tipo de catalizador, que se disea para orientar las reacciones a la descomposicin de las molculas para generar productos ligeros; la presencia del hidrgeno permite que estos productos resulten de carcter no olefnico y bajos en azufre. Por otro lado, los procesos de coquizacin consisten en la desintegracin trmica no cataltica de los residuales; la ausencia de hidrgeno hace que los productos del proceso sean ricos en olefinas y azufre, requiriendo entonces procesamiento ulterior en las unidades de hidrotratamiento de destilados. Simultneamente se produce coque de petrleo, compuesto constituido principalmente de carbn.

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Otro proceso basado en la descomposicin trmica, bastante antiguo pero an presente en muchas refineras, es el de reduccin de viscosidad, orientado a la autogeneracin de diluentes del combustleo para reducir el uso de destilados valiosos que tambin se usan para este propsito. Produccin de Lubricantes Dentro de la industria en general, los lubricantes juegan un papel fundamental, pues evitan que el contacto continuo entre partes mviles de una mquina provoque esfuerzos por friccin que puedan llevarla a un mal funcionamiento e inclusive a su destruccin. Durante la refinacin del petrleo es posible, si se desea, producir bases de lubricantes, las cuales deben cumplir en forma muy estricta con el rango de viscosidad que las caracteriza. La materia prima para obtener las bases de lubricantes es el residuo de la destilacin atmosfrica del petrleo, el cual se redestila a condiciones de vaco para generar cortes especficos que se denominan: especialidades, neutro ligero y neutro, generndose adems en otro proceso de desasfaltizacin del residuo de vaco por extraccin con solventes, cortes adicionales que se denominan: neutro pesado, pesado y cilindros. En su conjunto, los cortes lubricantes requieren de un procesamiento posterior que involucra plantas de desaromatizacin y de desparafinacin, indispensables para ajustar los ndices de viscosidad, o sea la variacin de la viscosidad del lubricante con la temperatura, que es la propiedad fundamental que define su calidad. Simultneamente se produce parafina suave y parafina dura. Endulzamiento y Recuperacin de Azufre La eliminacin del cido sulfhdrico (H2S) que acompaa al gas que se separa en la destilacin atmosfrica, y que est sobre todo presente en el gas resultante de los procesos de hidrotratamiento, es indispensable para evitar emisiones de azufre durante el quemado de dicho producto como combustible de la propia refinera. La separacin del H2S de los gases se realiza en un proceso que se denomina de endulzamiento, basado en la absorcin en soluciones acuosas de aminas; la solucin rica en sulfhdrico se regenera por agotamiento con vapor para recircularse a la absorcin, y el H2S separado se procesa en unidades donde primeramente se realiza una combustin parcial del mismo para generar una proporcin adecuada de H2S y SO2, que enseguida se hacen reaccionar catalticamente para generar azufre elemental. Procesamiento de Gas Natural El gas natural est constituido principalmente por metano con proporciones variables de otros hidrocarburos (etano, propano, butanos, pentanos y gasolina natural) y de contaminantes diversos. El objetivo del procesamiento del gas natural es eliminar los contaminantes, incluyendo los componentes corrosivos (agua y cido sulfhdrico, este ltimo tambin por su carcter contaminante), los que reducen el poder calorfico (dixido de carbono y nitrgeno) y los que forman depsitos slidos a bajas temperaturas (nuevamente agua y dixido de carbono), para despus separar los hidrocarburos ms pesados que el metano, que constituyen materias primas bsicas para la industria petroqumica. 41

Las etapas normales en el procesamiento del gas natural son la deshidratacin (eliminacin de agua, usualmente con adsorbentes slidos, como almina o mallas moleculares), el endulzamiento (eliminacin de cido sulfhdrico y dixido de carbono con soluciones absorbentes en un esquema similar al descrito para los procesos de endulzamiento de gas de refinera), y la recuperacin criognica de etano e hidrocarburos ms pesados (condensacin de estos componentes a bajas temperaturas, del orden de 100oC, y destilacin fraccionada de los lquidos condensados). Otras etapas complementarias son el fraccionamiento de los hidrocarburos recuperados y la conversin del cido sulfhdrico a azufre

4.2.1.- DESTILACION NORMAL Y AL VACIO La destilacin es la operacin fundamental para el refino del petrleo. Su objetivo es conseguir, mediante calor, separar los diversos componentes del crudo. Cuando el crudo llega a la refinera es sometido a un proceso denominado destilacin fraccionada. El petrleo crudo calentado se separa fsicamente en distintas fracciones de destilacin directa, diferenciadas por puntos de ebullicin especficos y clasificadas, por orden decreciente de volatilidad, en gases, destilados ligeros, destilados intermedios, gasleos y residuo.

Destilacin atmosfrica En las torres de destilacin atmosfrica, el crudo desalinizado se precalienta utilizando calor recuperado del proceso. Despus pasa a un calentador de carga de crudo de caldeo directo, y desde all a la columna de destilacin vertical, justo por encima del fondo, a presiones ligeramente superiores a la atmosfrica y a temperaturas comprendidas entre 343 C y 371 C, para evitar el craqueo trmico que se producira a temperaturas superiores. Las fracciones ligeras (de bajo punto de ebullicin) se difunden en la parte superior de la torre, de donde son extradas continuamente y enviadas a otras unidades para su ulterior proceso, tratamiento, mezcla y distribucin. Las fracciones con los puntos de ebullicin ms bajos (el gas combustible y la nafta ligera) se extraen de la parte superior de la torre por una tubera en forma de vapores. La nafta, o gasolina de destilacin directa, se toma de la seccin superior de la torre como corriente de productos de evaporacin. Tales productos se utilizan como cargas petroqumicas y de reforma, material para mezclas de gasolina, disolventes y GPL. Las fracciones del rango de ebullicin intermedio (gasleo, nafta pesada y destilados) se extraen de la

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seccin intermedia de la torre como corrientes laterales y se envan a las operaciones de acabado para su empleo como queroseno, gasleo diesel, fuel, combustible para aviones de reaccin, material de craqueo cataltico y productos para mezclas. Algunas de estas fracciones lquidas se separan de sus residuos ligeros, que se devuelven a la torre como corrientes de reflujo descendentes.

Las fracciones pesadas, de alto punto de ebullicin (denominadas residuos o crudo reducido), que se condensan o permanecen en el fondo de la torre, se utilizan como fuel, para fabricar betn o como carga de craqueo, o bien se conducen a un calentador y a la torre de destilacin al vaco para su ulterior fraccionamiento. Destilacin al vaco Las torres de destilacin al vaco proporcionan la presin reducida necesaria para evitar el craqueo trmico al destilar el residuo, o crudo reducido, que llega de la torre atmosfrica a mayores temperaturas. Los diseos internos de algunas torres de vaco se diferencian de los de las torres atmosfricas en que en lugar de platos se utiliza relleno al azar y pastillas separadoras de partculas areas. A veces se emplean tambin torres de mayor dimetro para reducir las velocidades. Una torre de vaco ordinaria de primera fase produce gasleos, material base para aceites lubricantes y residuos pesados para desasfaltacin de propano. Una torre de segunda fase, que trabaja con un nivel menor de vaco, destila el excedente de residuo de la torre atmosfrica que no se utiliza para procesado de lubricantes, y el residuo sobrante de la primera torre de vaco no utilizado para la desasfaltacin. Por lo comn, las torres de vaco se usan para separar productos de craqueo cataltico del residuo sobrante. Asimismo, los residuos de las torres de vaco pueden enviarse a un coquificador, utilizarse como material para lubricantes o asfalto, o desulfurarse y mezclarse para obtener fuel bajo en azufre. Columnas de destilacin En las refineras hay muchas otras torres de destilacin ms pequeas, denominadas columnas, diseadas para separar productos especficos y exclusivos, todas las cuales trabajan segn los mismos principios que las torres atmosfricas. Por ejemplo, un despropanizador es una columna pequea diseada para separar el propano del isobutano y otros componentes ms pesados. Para separar el etilbenceno y el xileno se utiliza otra columna ms grande. Una torres pequeas de burbujeo, llamadas torres rectificadoras, utilizan vapor para eliminar vestigios de productos ligeros (gasolina) de corrientes de productos ms pesados. Las temperaturas, presiones y reflujo de control deben mantenerse dentro de los parmetros operacionales para evitar que se produzca craqueo trmico dentro de las torres de destilacin. Se utilizan sistemas de descarga dado que pueden producirse desviaciones de presin, temperatura o niveles de lquidos si fallan los dispositivos de control automtico. Se vigilan las operaciones para evitar la entrada de crudo en la carga de la

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unidad de reforma. Los crudos utilizados como materia prima contienen a veces cantidades apreciables de agua en suspensin que se separa al principio del proceso y que, junto con el agua procedente de la purga de vapor que queda en la torre, se deposita en el fondo de sta. Es posible que esta agua se caliente hasta alcanzar el punto de ebullicin, originando una explosin por vaporizacin instantnea al entrar en contacto con el aceite de la unidad. El intercambiador de precalentamiento, el horno de precalentamiento, el intercambiador de calor de residuos, la torre atmosfrica, el horno de vaco, la torre de vaco y la seccin superior de evaporacin sufren corrosin por efecto del cido clorhdrico (HCl), el cido sulfhdrico (H2S), el agua, los compuestos de azufre y los cidos orgnicos. Cuando se procesan crudos sulfurosos es posible que la corrosin sea intensa tanto en las torres atmosfricas como en las de vaco si la temperatura de las partes metlicas excede de 232 C, y en los tubos de los hornos. El H2S hmedo tambin produce grietas en el acero. Al procesar crudos con alto contenido de nitrgeno se forman, en los gases de combustin de los hornos, xidos de nitrgeno, que son corrosivos para el acero cuando se enfran a bajas temperaturas en presencia de agua. Se utilizan productos qumicos para controlar la corrosin por cido clorhdrico producida en las unidades de destilacin. Puede inyectarse amonaco en la corriente de la seccin superior antes de la condensacin inicial, y/o inyectarse con mucho cuidado una solucin alcalina en la alimentacin de petrleo crudo caliente. Si no se inyecta suficiente agua de lavado, se forman depsitos de cloruro de amonio y se produce una intensa corrosin. La destilacin atmosfrica y al vaco son procesos cerrados, por lo que las exposiciones son mnimas. Cuando se procesan crudos agrios (con alto contenido de azufre) se produce exposicin al cido sulfhdrico en el intercambiador y el horno de precalentamiento, la zona de destilacin instantnea y el sistema de evaporacin superior de la torre, el horno y la torre de vaco, y el intercambiador de calor de residuos. Todos los crudos de petrleo y los productos de destilacin contienen compuestos aromticos de alto punto de ebullicin, como los HAP cancergenos. La exposicin de corta duracin a altas concentraciones de vapor de nafta causa cefaleas, nuseas y mareos, y la de larga duracin, prdida del conocimiento. Las naftas aromticas contienen benceno, por lo que debe limitarse la exposicin a las mismas. Es posible que los productos de evaporacin del deshexanizador contengan grandes cantidades de hexano normal que afecten al sistema nervioso. En el intercambiador de precalentamiento, en zonas superiores de la torre y en productos de evaporacin a veces hay cloruro de hidrgeno. El agua residual contiene a veces sulfuros hidrosolubles en altas concentraciones y otros compuestos hidrosolubles, como amonaco, cloruros, fenol y mercaptano, dependiendo del crudo de partida y de los productos qumicos de tratamiento.

4.2.2. FRACCIONAMIENTO TORRES DE BURBUJEO

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LA DESTILACIN La destilacin es un proceso que consiste en calentar una sustancia, normalmente un lquido, para que sus componentes ms voltiles pasen a estado gaseoso o de vapor y a continuacin volver esos componentes al estado lquido mediante condensacin por enfriamiento. La meta principal de la destilacin es separar los distintos componentes de una mezcla aprovechando para ello sus distintos grados de volatilidad. Otra funcin de la destilacin es separar los elementos voltiles de los no voltiles de una mezcla. En otros sistemas similares como la evaporacin y en el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos voltil; el componente ms voltil, casi siempre agua, se desecha. Sin embargo, la finalidad principal de la destilacin es obtener el componente ms voltil en forma pura. Por ejemplo, la eliminacin del agua de la glicerina evaporando el agua, se llama evaporacin, pero la eliminacin del agua del alcohol evaporando el alcohol se llama destilacin, aunque se usan mecanismos similares en ambos casos.

Si la diferencia entre las temperaturas de ebullicin o volatilidad de sustancias es grande, se puede realizar fcilmente la separacin completa en una sola destilacin. Es el caso de la obtencin de agua destilada a partir de agua marina. Esta contiene aproximadamente el 4% de distintas materias slidas en disolucin. En ocasiones, los puntos de ebullicin de todos o algunos de los componentes de una mezcla difieren en poco por lo que no es posible obtener la separacin completa en una sola destilacin por lo que se suelen realizar dos o ms. As el ejemplo del alcohol etlico y el agua. El primero tiene un punto de ebullicin de 78,5 C y el agua de 100 C por lo que al hervir esta mezcla se producen unos vapores con ambas sustancias aunque diferentes concentraciones y ms ricos en alcohol. Para conseguir alcohol industrial o vodka es preciso realizar varias destilaciones. Teora de la destilacin En la mezcla simple de dos lquidos solubles entre s, la volatilidad de cada uno es perturbada por la presencia del otro. En este caso, el punto de ebullicin de una mezcla al 50%, por ejemplo, estara a mitad de camino entre los puntos de ebullicin de las sustancias puras, y el grado de separacin producido por una destilacin individual dependera solamente de la presin de vapor, o volatilidad de los componentes separados a esa temperatura. Esta sencilla relacin fue anunciada por vez primera por el qumico francs Franois Marie Raoult (1830-1901) y se llama ley de Raoult. Esta ley slo se aplica a mezclas de lquidos muy similares en su estructura qumica, como el benceno y el tolueno. En la mayora de los

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casos se producen amplias desviaciones de esta ley. Si un componente slo es ligeramente soluble en el otro, su volatilidad aumenta anormalmente. En el ejemplo anterior, la volatilidad del alcohol en disolucin acuosa diluida es varias veces mayor que la predicha por la ley de Raoult. En disoluciones de alcohol muy concentradas, la desviacin es an mayor: la destilacin de alcohol de 99% produce un vapor de menos d