Análisis de componentes de

fracciones pesadas.

Realizado por: Gabriel Mujica B.

Febrero-10 - 2009

IntroducciónEl petróleo en su estado natural es una mezcla

de compuestos orgánicos de estructura variada y de pesos moleculares diferentes, lo cual lleva al diseño de métodos de análisis y procesamiento acordes a la complejidad del crudo y considerando los productos que se desea obtener.

En general, es posible agrupar los constituyentes del petróleo en cuatros grupos orgánicos bien definidos: a) Saturados, b) Aromáticos, c) Resinas y d) Asfaltenos; este conjunto es conocido como SARA.

El análisis SARA (Saturados, Aromáticos, Resinas, Asfaltenos) se realiza normalmente en fracciones pesadas (residuos atmosféricos, o de vacío, y destilados de vacío con una doble finalidad:

El conocimiento de las cantidades ponderadas de los cuatro tipos de compuestos, que supone una importante información para el refinado.

La precipitación de fracciones para realizar un análisis posterior de las mismas: espectrometría de masas para fracciones vaporizables, RMN del protón o del carbono, etc.

Importancia del análisis SARA

Separación SAR (Saturados, Aromáticos y Resinas)• Sobre una columna empacada con adsorbentes de sílica/alúmina/arcilla se hace eluir la muestra.

•Los saturados son compuestos solubles en n-hexano y n-heptano y por percolación pasan a través de los tres lechos adsorbentes .

•Los aromáticos por percolación pasan a través de la columna de arcilla pero son retenidos por la columna de sílica/alúmina.

•Las resinas o polares son retenidos en la columna de arcilla.

Separación de AsfaltenosLa extracción de la fracción de asfaltenos se realiza según las normas (ASTM 83, ASTM 91) de la siguiente manera:

•La muestra se disuelve en n-heptano con el fin de precipitar los asfaltenos insolubles en este solvente.

•El precipitado es disuelto en benceno y la muestra sometida a evaporación.

•El residuo seco correspondiente a la fracción de asfaltenos se guarda en desecador.

Técnicas de Análisis

• El análisis elemental CHNS de las muestras se realizan siguiendo las normas ASTM D 5291 utilizando un equipo Perkin Elmer 2400 Series II para el análisis CHNS/O.

•La fracción de aromáticos se determina por espectroscopía RMN en un espectrómetro Bruker tipo DR que opere a frecuencias de resonancia de 500.13 MHz (1H-RMN) a (22 + 0,1 )ºC.

Asfaltenos

Se definen como la fracción de los residuales que es soluble en benceno e insoluble en n-pentano, también se les conoce como la porción que se precipita al añadir cuarenta o más volúmenes de un alcano líquido que contenga un número de carbonos entre cinco y ocho.

Brockrath, B. C.;Schweighardt, F.K.; “Coal-Derived Asphaltenes: History and Some Current Observations in Chemistry of Asphaltenes” , ACS, Washington D.C., (1981)

Estructuras de Asfaltenos

Groenzin H., Mullins O., J. “Asphaltene molecular size and structure” Phys. Chem. A., 103, 50 (1999), 11237.

El estudio de la fracción pesada del crudo (asfaltenos) se ha incrementado en los últimos años debido a los problemas que éstos representan en los procesos producción y conversión.

Tabla 1. Composición elemental de varios asfaltenos

Speight J. G., “The Chemistry and Technology of Petroleum,” Marcel Dekker, pp. 401-471, New York, 1980.

Asfaltenos

ResinasEs la fracción que está constituida por compuestos aromáticos que poseen un alto contenido de heteroátomos (N,S y O), con formación de grupos funcionales de carácter polar. Su contenido de Ni y V es bajo, y poseen un peso molecular comprendido entre 500 y 1000 uma.

Hettinger, W.; Wesley, D.; Wombles, R.; “Residual Oil Processing in Petroleum Derived Carbons” ACS, Washington D.C., pp. 99-117 (1986).

• Las resinas son las responsables de mantener separados a los asfaltenos manteniendo al sistema en estabilidad, debido a que la fuerza de repulsión electrostática es mayor que la fuerza de atracción de Van der Waals.

• Sin embargo, si a este sistema en estabilidad coloidal se le inyecta un solvente ionizador o existe alguna perturbación físico-química ocasionada en el campo petrolífero (como las que suceden en la producción de pozos), se provoca que la concentración de moléculas de resina cambie.

Resinas

AromáticosEstán constituidos por hidrocarburos cíclicos insaturados de seis o más carbonos, que contienen uno o más anillos con cadenas parafínicas unidas a ellos. El único heteroátomo presente en esta fracción es el azufre.

Hettinger, W.; Wesley, D.; Wombles, R.; “Residual Oil Processing in Petroleum Derived Carbons” ACS, Washington D.C., pp. 99-117 (1986).

Saturados

• Son compuestos principalmente constituidos por hidrógeno y carbono unidos por enlaces simples, su proporción en los crudos pesados es menor a la que se consigue en los crudos livianos y medios.

• Las insaturaciones detectadas en la fracción de saturados provenientes de crudos pesados son atribuidas a la presencia de cicloparafinas, las cuales pueden llegar a representar el 90% de la fracción.

Layrisse, I.; Rivas, H.; Acevedo, S.; Medina, R.; Sánchez, M.; Utrera, M.;“Composición y Caracteristicas Físico-Químicas de Crudos Extrapesado” . Revista Técnica Intevep, 4, pp. 3-18 (1984).

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